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真空开关绝缘外壳高度尺寸的确定

发布日期: 2015-08-04

  真空开关在进行网络切合时,无论是短路切合还是负载切合,真空开关管除了要承受与额定工作电压有关的工频恢复电压和瞬态恢复电压之外,还要承受切合时由于电路状态突变而造成的瞬时过电压的作用。前一类电压的幅值和频率是由负载电路的不同性质决定的,它与额定工作电压有关,其幅值和频率相对较低。在开关管的尽缘试验中,是以短时工频耐压来考核的。后一类电压是由系统操纵负载特性所决定的一种幅值高但持续时间短的脉冲电压,通常以雷电冲击电压来验证开关管耐受瞬时过电压的水平。在以尽缘配合为目的的开关管尽缘外壳的设计中要保证开关管在这两类电压作用下的良好尽缘性能。基本设计依据是开关管的额定工作电压和冲击电压水平。

  1、绝缘外壳高度尺寸的确定

  尽缘外壳最小高度是由冲击电压值决定的。对于真空开关的不同使用场合,根据系统里可能出现的瞬时过电压以及过电压保护装置的特性,国家标准GB311规定了它所必须承受的冲击电压值。表1列出了三种不同电压等级开关管耐受冲击电压的国家标准。这是作为设计尽缘外壳高度的原始依据。根据1。1的分析,表2给出了在海拔高度1000米处不同电场分布下满足各种冲击电压的最小电气间隙。这些都是理论与实验相结合的数据,其中非均匀电场栏中所给出的间隙值可以保证在任何电场条件下间隙都能承受对应的冲击电压。假如要缩小管子尽缘外壳的高度,则必须精心设计电极外形或加以适当的屏蔽来改善消息端之间的电场分布状态,使电场趋于均匀,即电气间隙的极限值是表2均匀电场栏给出的数值。此时高度减少了60%~70%。

  冲击电压标准

  额定工作电压

  (kV)(有效值) 额定冲击电压

  (kV)(1.5/40μs)

  3 42

  6 57

  10 75

  海拔1000米处电气间隙值:

  额定冲击电压(kV) 4 6 8 12 20 40 60 80 100

  非均匀电场时(mm) 3 5.5 8 14 25 60 90 130 170

  均匀电场时(mm) 1.2 2 3 4.5 8 17 27 35 45

  还应留意,当海拔高度超过1000米时,电气间隙值还要乘以修正系数Z,Z=1/(k-), 式中常数k=1.1, H是海拔高度值,单位是米。

  2、绝缘外壳爬电间隔的确定

  爬电间隔是指开关消息端之间沿尽缘外壳表面的最短距高。它与瞬时过电压无关,是由开关管的额定工作电压所决定的,同时要考虑环境的污染条件和介质材料种类的影响。通常环境的污染条件是根据环境的湿润情况和尘埃物质的导电情况而加以区别的。对于玻璃和陶瓷材料,由于玻璃的吸潮性较强,且其体内的碱离子在电场作用下的定向迁移而产生的电解现象,都加重了玻璃表面的电场畸变。所以其表面闪络特性不如陶瓷材料,而上釉陶瓷的介电性能又优于未上釉陶瓷。表3给出了不同工作电压所需的爬电间隔。

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