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真空断路器真空度声学检测方式研讨

宣布日期:2017-05-06 09:42    阅读次数:次

作者:王成江 舒乃秋
择要:真空灭弧室内存在两种声发射景象,一种是断路器在开断或关合电路时发生的电弧声发射,另一种是真空度降落到必然程度后,电极对屏障罩放电激起的声发射波,切磋了操纵这两种声发射波停止真空断路器真空度在线检测的能够性,阐发及尝试成果显现操纵电极对屏障罩放电声发射道理在线检测真空度是一个可行的方式。
关头词:真空断路器;真空度;在线检测;声发射
真空灭弧室是真空断路器的首要部件,其布局如图1所示,它首要由动电极、静电极、屏障罩、涟漪管和绝缘外壳等部分组成。真空灭弧室的真空度是确保真空断路器靠得住运转的首要目标之一。只需在必然的真空度下,真空断路器的靠得住性能力取得保障。跟着真空断路器在中高压范畴愈来愈遍及地操纵,真空灭弧室真空度的在线检测慢慢成为用户关怀的重点。
今朝,国际外还没法完成真空度的间接丈量,正在研讨的真空度在线检测方式首要有光电检测法、耦合电容法和电光检测法等。本文将切磋一种全新的在线检测方式——声学检测法。尽人皆知,电流流过气体时会发生良多特别景象,如发声、发光、发烧、化学反映等。当真空灭弧室发生泄露后,可否操纵放电声发射波检测真空断路器真空度是本文的研讨内容。

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电极电弧声发射检测法
1.1 检测道理
在气体中,声速由式(1)决议,

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式中,P是静态密度;Y是比热系数;P是静态压力。由(1)式可知,真空度P间接影响灭弧室内声波的传布速率c,若能间接或间接地测定波速的变更,便能够由(1)式肯定真空度的变更。
1.2 检测方式
①操纵声波的特点参数与真空度之间的干系肯定真空度。假设装在断路器外壳上的声波传感器检测到经真空传来的声简谐波,其声压为

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式(2)可见,声压是波速的函数,即声波的特点参数中照顾有真空度信息。若能事后检测出差别电压品级真空断路器的真空度与声场参数间的干系,现实检测时便可按照声场参数的变更判定灭弧室的真空度。
②操纵经淡薄气体传布,又经外壳(或屏障罩)透射的电极电弧声波到达的时候肯定真空度,假设真空灭弧室的半径为s,声波从电极经垂直间隔s传到声领受传感器,所需的时候为t,由式(1)得

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从表中的计较值可见:①声波在大气和固体的界面处,能量透射率极低。即便灭弧室外部气压回升到足以能传布声波,可是由于声波在灭弧室内壁几近发生全反射,请求装在灭弧室外壁上的声传感器具备极高的活络度。②在相对真空与规范大气之间,真空度

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这一样也决议了外加超声波给真空断路器,检测反射或透射超声波,操纵发射波与接管波到达的时候差肯定真空度方式的不易性。
2.1 放电及放电声发射
2.1.1 预放电
真空灭弧室内真空度较高时,带电电极与屏障罩之间绝缘杰出,自在电子的均匀路程都在米到千米数目级,在灭弧室内很少能发生碰撞电离,放电难以发生;当真空度好转时,灭弧室的绝缘程度降落,在工频电压感化下,带电电极与屏障罩之间起头呈现预放电电流(参见图1),放电周期性地呈现在正弦电压峰值四周,电流幅值在数十微安到数毫安规模以内,且常伴跟着放气和电极外表的发光、发声等景象,如图3所示。
2.1.2 击穿放电
当断路器处于合闸状况时,屏障罩的电位是高压部分-屏障罩之间、屏障罩-断路器面板之间别离具备的静电电容分压的电位,即

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2.1.3 放电声发射
在工频电压下,当气隙上的电压幅值到达该气隙的击穿电压时,气隙放电,放电发生的电荷成立起反向电场,使空隙中的现实场强低于击穿场强,气隙放电停息。以后,当外加电压由刹时价延续回升使气隙的电压又达击穿电压时,气隙又起头放电。每次放电履历的时候很短,放电波形如图4所示。Ua是试样两端电压,Uc是气隙上的电压。这些渐变电流流过气体空隙时,发生的热能部分转化成机器能,以声波的情势经由进程电极和屏障罩与外壳的毗连体间接传出真空灭弧室,被传感器领受,这便是声发射波。总之,随真空度降落,带电电极与屏障罩之间起头呈现放电并从预放电阶段慢慢进入矜持放电阶段,对应图3中每个放电脉冲,都发生一次声发射进程。在每个工频周期,对应于电压的正负峰值,呈现两轮放电进程并伴跟着两轮声发射进程。是以某一真空度下的放电声发射是一个持久的、周期的、延续的进程。
2.2 检测道理
尝试证明,放电声发射波的声音应巨细与视在放电量(图顶用Q表现)类似呈线性干系,如图5所示。操纵磁控放电法,转变差别的真空压力能够取得差别的放电电流,从而能够测出真空压力-放电电流的干系曲线。是以经由进程现实阐发及尝试能够找出声音应巨细与真空度之间的切当干系,经由进程声领受传感器在线及时监督声发射波,按照领受波的巨细便可肯定真空度。

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2.3 一种简略的方式
用上述方式固然能准确地丈量真空灭弧室外部的气体压力,可是须要特别公用的丈量装配,并且还必须要有该灭弧室的真空压力-声音应规范曲线。对大大都真空开关用户来讲,明显是不合适的。
真空灭弧室为不检验装备,从宁静运转的角度斟酌,现场关怀的是它究竟还能不能操纵,即只需晓得灭弧室外部气体压力是不是离于1.33×10-2Pa就好了,而真空度的巨细并不首要。为此,能够接纳一种简略适用的方式,即判定灭弧室是不是还能延续操纵。
声音应巨细与外部气体压力之间的是同向变更干系,在巴申曲线的最低点之前,跟着外部气体压力增添(真空度的降落),声音应的巨细也在增添。那末,对应于灭弧室可用真空度的上限,设定一个声发射波强度门槛值,此门槛值可由尝试测定,当领遭到的声发射波跨越门槛值时,以为灭弧室不可再用。
现实上,由于一般运转时屏障罩的分压感化,电极和屏障罩间的电压远小于体系电压(35kV或10kV)。由气体放电的巴申曲线可知,要使
电极和屏障罩在较低电压下呈现放电,必须灭弧室外部气体压力回升到巴申曲线的最低点四周。也便是说,呈现电极对屏障罩的放电声发射时,灭弧室外部气体压力已高于1.33×10-2Pa了。是以,只需检测有没有电极对屏障罩的放电声发射波,便能够大抵判定灭弧室是不是能再延续操纵。
3 尝试成果及阐发
用真空灭弧室做尝试室放电声发射尝试,尝试在武汉高压研讨所部分放电尝试室完成。声波传感器的带宽为20kHz-200kHz,装在电极上,灭弧室的真空度为1Pa,当慢慢下降电压到500V时起头呈现放电,典范尝试成果见图6a所示,其频谱如图6b所示。从其波形图上看,t1时辰起头放电,放电伊始有一段强噪声搅扰,它是由传感器四周的散布电容静电耦合的放电电旌旗灯号,在t2时辰收到放电声旌旗灯号,声波延续时候约0.8ms。从频谱图上看,放电声发射波的主频在83.98kHz四周,而噪声谱散布于全频规模内,其幅值远小于放电声发射波的幅值。
真空断路器真空检测装配现场运转时,将会遭到两类噪声搅扰,即电磁噪声和机器噪声搅扰。传感器处于强电磁搅扰情况下,电磁噪声搅扰很是严峻。处理方式除对检测电路接纳电磁屏障断绝办法外,还能够利用恰当带宽的带通滤波器过滤,这不只有益于降落电磁噪声,并且对低频机器振动噪声也有按捺感化。对持续背景噪声,可转变门槛电压值停止按捺;对机器振动噪声和载波旌旗灯号搅扰,由于他们和放电声发射波的频谱规模差别,是以能够用滤波器来节制;而对电晕及其他地位的放电发生的机器噪声,能够接纳公道地安排传感器的地位并且在软件中操纵波形辨认的方式来消弭其搅扰。

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4 论断
①真空断路器的电极电弧声发射波和放电声发射波照顾有真空度信息。
②受传感器活络度和真空度多变量影响的限定,今朝电极电弧声发射检测完成起来存在必然坚苦。
③放电声发射检测法在线检测真空度是一个现实可行的方式,但在现实操纵中,必须处理好旌旗灯号衰减、搅扰和绝缘等题目。

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