Физико-технические основы создания вакуумных электрических аппаратов для коммутации импульсных и постоянных токов

• Автор: Алферов, Дмитрий Федорович
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 297 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение
Глава 1. ИНИЦИАЦИЯ, РАЗВИТИЕ И ГАШЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДУГОВОГО РАЗРЯДА В ВАКУУМНЫХ ПРОМЕЖУТКАХ
1.1. Общие свойства вакуумного разряда
1.1.1. Условия развития пробоя
1.1.2. Вакуумная дуга
1.1.3. Восстановление электрической прочности вакуумного промежутка после прохождения тока через нуль
1.1.4. Электрическая прочность «холодных» вакуумных промежутков
1.2. Развитие инициируемого разряда в РВУ
1.2.1. Конструктивные особенности РВУ
1.2.2. Особенности развития разряда в РВУ
1.2.3. Вакуумные управляемые разрядники, разработанные в ВЭИ
1.2.4. Применение РВУ
1.3 Анализ различных способов коммутации постоянного тока
в вакуумных выключателях
1.3.1. Вакуумный выключатель с контуром противотока
1.3.2. Гибридные выключатели постоянного тока
1.3.3. Вакуумный промежуток поперечным магнитным полем
1.3.4 Сравнение различных способов коммутации постоянного
тока в выключателях, содержащих В ДК
Выводы по главе
Глава 2. ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ
2.1. Высоковольтный импульсный стенд №
2.1.1. Схема стенда
2.1.2. Методика измерений
2.2. Сильноточный импульсный стенд №
2.2.1. Описание установки
2.2.2. Методика измерений
2.3. Стенд №3 для изучения гашения вакуумной дуги постоянного тока
2.3.1. Описание экспериментального стенда

2.3.2. Методика измерений
2.4. Методы борьбы с напряжением помех
Выводы по главе
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗВИТИЯ ИНИЦИИРУЕМОГО СИЛЬНОТОЧНОГО ИМПУЛЬСНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАЗРЯДА НА МОДЕЛИ ВАКУУМНОГО ПРОМЕЖУТКА
3.1. Объект исследований
3.2. Разряд инициирующей искры
3.2.1. Оптические измерения
3.2.2. Зондовые измерения
3.2.3. Обсуждение результатов
3.3. Основной разряд
3.3.1. Развитие вакуумного дугового разряда при высоких di/dt
3.3.2. Обсуждение результатов
Выводы по главе
Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ ИНИЦИАЦИИ ИМПУЛЬСНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАЗРЯДА В РВУ
4.1. Инициация разряда в РВУ с помощью вспомогательного источника плазмы
4.1.1. Образование катодного пятна
4.1.2. Расчет коммутационных характеристик
4.1.3. Результаты измерений
4.2. РВУ с субмикросекундной длительностью тока
4.2.1. Объект исследований и условия измерений
4.2.2. Результаты исследований
4.3. Требования к параметрам инициирующего разряда
Выводы по главе
Глава 5. КОММУТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РВУ СО СТЕРЖНЕВОЙ ЭЛЕКТОДНОЙ СИСТЕМОЙ
5.1. Объект исследований
5.2. Эксперимент
5.2.1. Развитие импульсного сильноточного электрического
разряда в стержневой электродной системе
5.2.2. Анодная мода вакуумной дуги в стержневой

электродной системе
5.3. Обсуждение результатов
5.3.1. Феноменологическая модель развития разряда в стержневой электродной системе
5.3.2. Анодная мода вакуумного дугового разряда
5.4. Распределение магнитного поля в стержневой электродной системе
Выводы по главе
Глава 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПОПЕРЕЧНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ГОРЕНИЯ ВАКУУМНОЙ ДУГИ
6.1. Нарушение устойчивости горения вакуумной дуги постоянного тока при возбуждении импульсного аксиально-симметричного магнитного поля
6.1.1. Объект исследований
6.1.2. Результаты исследований
6.2. Характеристики вакуумной дуги отключения в поперечном аксиально-симметричном постоянном магнитном поле.
6.2.1. Объект исследований
6.2.2. Эксперимент
6.2.3. Обсуждение результатов
Выводы по Г лаве
Глава 7. ГАШЕНИЕ ВАКУУМНОЙ ДУГИ ПОСТОЯННОГО
ТОКА В ПОПЕРЕЧНОМ АКСИАЛЬНО-СИММЕТРИЧНОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ
7.1. Опытный образец В ДК
7.2. Изучение условий нарушения устойчивости дуги
7.2.1. Модельные представления
7.2.2. Эксперимент
7.3. Отключающая способность ВДК с аксиально-симметричным магнитным полем
7.3.1. Влияние индукции магнитного поля и длины
межконтактного промежутка на отключение тока ВДК
7.3.2. Влияние параметров цепи на отключение тока в ВДК

Очевидно, что для обеспечения надежной работы сильноточных вакуумных коммутационных аппаратов важно знать возможные минимальные напряжения пробоя. Это становится особенно актуальным при необходимости обеспечить надежную работу большого числа параллельно соединенных аппаратов. Возможные минимальные напряжения пробоя могут быть оценены в результате статистического анализа данных, полученных при измерении электрической прочности вакуумных промежутков в условиях коммутации, близких к реальным.
Математическая модель, описывающая электрическую прочность кондиционированных вакуумных промежутков, была предложена в [42], в которой показано, что вероятность пробоя может быть описана Вейбулловским распределением. Аналогичные результаты были получены в работе [43], в которой исследовалась электрическая прочность коммерческих ВДК. В [43-44] была определена зависимость электрической прочности вакуумных, промежутков от режима коммутации, и было показано, что статистические свойства напряжения пробоя удовлетворительно описываются вейбулловским законом для всех исследуемых режимов:
Существенно повысить рабочее напряжение вакуумного коммутационного аппарата можно путем последовательного соединения нескольких вакуумных промежутков. Разработанные в [45-47] методики расчета и испытаний способствовали созданию высоковольтных много разрывных коммутационных аппаратов на основе вакуумных промежутков.
1.2. Развитие инициируемого разряда в РВУ
1.2.1 Конструктивные особенности РВУ
Управляемые вакуумные разрядники отличаются от ВДК, в которых инициация вакуумного дугового разряда осуществляется разведением контактов при протекании тока, наличием третьего управляющего электрода, а длина вакуумного промежутка между электродами всегда фиксированная (рисунок 1.4). В РВУ наиболее широкое распространение получила инициация разряда с помощью вспомогательного искрового разряда, который