【摘 要】
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真空断路器为一种环保型开关电器,在中压配电领域得到广泛应用。由于真空间隙击穿电压与间隙长度之间的饱和效应,单断口真空断路器向更高电压等级发展受到制约,多断口串联是超高压真空断路器的技术路线之一。多断口真空断路器各断口对地杂散电容参数的不同导致各断口电压分布不均,常规均压配置采用真空灭弧室两端并联均压电容或阻容元件。而罐式多断口真空断路器罐体接地和紧凑型设计造成断口和真空灭弧室主屏蔽罩对地杂散电容增
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真空断路器为一种环保型开关电器,在中压配电领域得到广泛应用。由于真空间隙击穿电压与间隙长度之间的饱和效应,单断口真空断路器向更高电压等级发展受到制约,多断口串联是超高压真空断路器的技术路线之一。多断口真空断路器各断口对地杂散电容参数的不同导致各断口电压分布不均,常规均压配置采用真空灭弧室两端并联均压电容或阻容元件。而罐式多断口真空断路器罐体接地和紧凑型设计造成断口和真空灭弧室主屏蔽罩对地杂散电容增大,罐式多断口真空断路器紧凑型均压配置需求迫切。面向罐式多断口真空断路器紧凑型均压需求,本文提出了一种基于环形陶瓷电容器和外部均压屏蔽罩固封集成的40.5 kV串联专用一体化自均压真空灭弧室新结构,理论分析其结构组成和工作原理。使用三维建模软件搭建了 40.5 kV自均压真空灭弧室三维模型,通过COMSOL电热场仿真计算确定了自均压真空灭弧室配置方案:内外侧环氧树脂厚度为5 mm,外部均压屏蔽罩为高度59 mm、边缘倒角半径30 mm的铝质碗状结构,外部均压屏蔽罩与环形陶瓷电容器连接方式为外部均压屏蔽罩圆角末端与外侧环氧树脂沿面相切,连接处圆角半径为10 mm。同时,基于设计的40.5 kV自均压真空灭弧室串联构成多断口真空断路器进行静电场仿真,得到主屏蔽罩悬浮电位均压比,断口间均压比等参数。参照仿真结果,研制自均压真空灭弧室样机,搭建试验平台,试验测量新结构自均压真空灭弧室在工频高压和高频暂态恢复电压下真空灭弧室主屏蔽罩电位和断口间电压分布。仿真结果表明:较商用真空灭弧室,自均压真空灭弧室将外部最大场强由0.97 kV/mm降低为0.45 kV/mm,同时使内部电势等值线趋于真空灭弧室中间分布,改善真空灭弧室内外侧电场分布,提升了内外侧绝缘性能。在相同载流条件下,自均压真空灭弧室较商用灭弧室有效降低了真空灭弧室温升。自均压真空灭弧室串联构成的多断口真空断路器各断口电压分布比为34.27%:33.14%:32.59%,串联后各断口主屏蔽罩均压比高于49.79%。试验结果表明:自均压真空灭弧室串联构成的双断口真空断路器在工频高压下断口分压比为52.81%:47.19%,高压侧真空灭弧室主屏蔽罩均压比为48.94%;在高频暂态恢复电压下断口分压比为53.94%:46.04%,高压侧真空灭弧室主屏蔽罩均压比为44.17%。试验数据与仿真结果对比表明:串联专用一体化自均压真空灭弧室可实现主屏蔽罩和串联断口间的均压控制,其结构紧凑、绝缘空间需求小,能满足罐式多断口真空断路器紧凑型均压需求,为进一步开展252 kV及以上电压等级罐式断路器研究提供技术支撑。
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