一种基于栅片电压测试的低压断路器开断性能优化方法技术

本发明专利技术涉及一种基于栅片电压测试的低压断路器开断性能优化方法，通过对断路器开断过程中电弧在灭弧室内的时空特性，以及灭弧室整体和各栅片区域在燃弧、电流过零、弧后阶段的能量耗散和介质恢复特性的分析，确定灭弧室设计的薄弱区域和改进方向，针对性强、成本低、效率高，能准确评估灭弧室薄弱区域，可用来指导低压断路器灭弧系统的设计与优化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于栅片电压测试的低压断路器开断性能优化方法
本专利技术涉及低压断路器开断性能优化方法，具体涉及一种基于栅片电压测试的低压断路器开断性能优化方法。
技术介绍
目前低压断路器大都采用金属栅片灭弧技术，其主要原理是通过磁场和气流场的综合作用将电弧驱入栅片灭弧室中，利用金属栅片将电弧切割形成多段短弧，获得多对近极压降，快速提升并维持电弧电压，完成限流和开断任务。掌握金属栅片切割电弧的动态过程，并结合该过程对断路器进行优化设计或研发具有重要意义。然而，金属栅片切割电弧物理过程及其复杂，以往利用高速摄像、光纤阵列等的测试技术难以定量、直接获得栅片切割电弧的效果和动态性能。常用的低压断路器灭弧系统的优化设计方法大都基于工程经验和实验验证，对灭弧系统给所存在的具体问题掌握不清楚，改进方向不明确，难以针对性地进行优化改进，导致研发成本高、效率低、开关性能提升困难。因此，有必要研究一种针对低压断路器灭弧系统设计薄弱区域的改进方法。
技术实现思路
要解决的技术问题为了解决传统基于工程经验和实验验证方法的盲目性、低效率、高成本等问题，本专利技术提出一种基于栅片电压测试的低压断路器开断性能优化方法，以降低断路器研发成本、缩短研发周期、提升开关性能。技术方案一种基于栅片电压测试的低压断路器开断性能优化方法，其特征在于步骤如下：步骤1：实验测量低压断路器开断电弧过程中的电弧电压、栅片电压、电弧电流、燃弧时间、电弧能量、电压峰值、电流峰值数据；步骤2：根据不同栅片电压随时间的变化曲线，评估开断过程中电弧在灭弧室内的时空分布，以及各栅片对电弧的切割作用；步骤3：利用测量得到的栅片电压数据与栅片间距的比值，获得电弧电流零点时刻前后数十微秒和电弧电流过零后数十毫秒内灭弧室的电场分布；步骤4：根据电弧电流零点时刻前后数十微秒内灭弧室的电场分布，判断电弧电流零点附近灭弧室各栅片之间区域的能量耗散和去游离能力，电场强度与区域能量耗散和去游离效果成正比；步骤5：根据电弧电流过零后数十毫秒内灭弧室的电场分布，判断电弧电流过零后灭弧室内各栅片之间区域的介质恢复特性，电场强度与区域介质恢复成正比；步骤6：针对步骤4和步骤5确定的能量耗散和去游离效果差、介质恢复特性差的区域，通过电磁场和气流场仿真、电弧仿真、理论分析方法，针对性地改进灭弧系统设计，提升断路器开断性能。步骤1中，断路器开断过程中的栅片电压可通过耐高温、高压的细导线连接，由多个电压探头测量，电压探头对检测到的电压信号进行适当衰减和隔离；电弧电流可采用罗氏线圈、电流互感器、分流器采集，由数据采集终端进行采集和存储；栅片电压也可通过相关专用设备进行测量；基于采集到的电弧电压、栅片电压、电弧电流数据，可进一步得到提取燃弧时间、电弧能量、电压峰值、电流峰值数据。步骤2中，基于步骤1中数据采集终端得到的电弧电压、栅片电压、电弧电流、燃弧时间、电弧能量、电压峰值、电流峰值数据，获得不同栅片电压随时间变化的曲线，根据20V～40V的近极压降值，判断开断过程中电弧在动静触头上的产生时刻、进入灭弧室被栅片切割的时刻、各片栅片对电弧的切割作用及时间，可进一步对比不同栅片结构、数量情况下各片栅片对电弧的切割作用及时间。步骤3中，基于步骤1测量得到的断路器开断过程中的电弧电压、栅片电压、电弧电流数据，选取电弧电流过零前几微秒至几百微秒内的电弧电压、栅片电压、电弧电流数据，根据欧姆定律得到电弧电流过零前的电弧总电导及栅片切割形成的短弧电导，相同开断电流条件下电导越大，能量耗散和去游离能力越差，反之说明能量耗散和去游离能力越强，基于此评估灭弧室整体及各栅片区域的能量耗散和去游离能力。步骤4中，基于步骤1测量得到的断路器开断过程中的电弧电压、栅片电压、电弧电流数据，选取电弧电流过零后几微秒至几百微秒内的电弧电压和栅片电压数据，该时间段电弧已熄灭，所得的电弧电压数据为实验系统施加在断路器上的恢复电压值，栅片电压数据为在恢复电压作用下灭弧室各栅片上的电位。依据电弧电流过零后灭弧室各栅片上的电位，利用栅片间的电位差与栅片间距的比值确定栅片间的电场强度，进而判断灭弧室及各栅片之间区域的介质恢复特性，电场强度较低的区域介质恢复较差。步骤5中，基于步骤2、3、4的分析，评估断路器灭弧室设计的薄弱区域，该薄弱区域即为能量耗散和去游离能力差、介质恢复差的区域，明确改进方向。根据步骤2的结果，确定开断过程中对电弧切割效果不好或未对电弧实现切割作用的栅片，以提高这些栅片的切割电弧效果作为优化目标之一；根据步骤3的结果，确定电弧电流过零前灭弧室内能量耗散和去游离能力较差的区域，以提高这些区域的能量耗散和去游离能力作为优化目标之一；根据步骤4的结果，确定电弧电流过零后灭弧室内介质恢复强度较差的区域，以提高这些区域的介质恢复强度和速度作为优化目标之一。步骤6中，通过电磁场和气流场仿真、电弧仿真、理论分析方法，分析不同灭弧系统结构和改进方案对电弧不同部位、不同时间段的驱动效果，对能量耗散和去游离的作用，和对介质恢复特性的作用然后，结合步骤5确定的优化方向和目标，确定断路器灭弧系统的改进方案，实现断路器开断性能的提升。有益效果本专利技术提出的一种基于栅片电压测试的低压断路器开断性能优化方法，通过对断路器开断过程中电弧在灭弧室内的时空特性，以及灭弧室整体和各栅片区域在燃弧、电流过零、弧后阶段的能量耗散和介质恢复特性的分析，确定灭弧室设计的薄弱区域和改进方向，针对性强、成本低、效率高，能准确评估灭弧室薄弱区域，可用来指导低压断路器灭弧系统的设计与优化。附图说明图1本专利技术的技术方案基本流程示意图图2某断路器开断过程的栅片电压测试结果具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：一种基于栅片电压测试的低压断路器开断性能优化方法，包括步骤：步骤1，实验测量低压断路器开断电弧过程中的电弧电压、栅片电压、电弧电流、燃弧时间、电弧能量、电压峰值、电流峰值数据；步骤2，根据不同栅片电压随时间的变化曲线，评估开断过程中电弧在灭弧室内的时空分布，以及各栅片对电弧的切割作用；步骤3，利用测量得到的栅片电压数据与栅片间距的比值，获得电弧电流零点时刻前后数十微秒和电弧电流过零后数十毫秒内灭弧室的电场分布；步骤4，根据电弧电流零点时刻前后数十微秒内灭弧室的电场分布，判断电弧电流零点附近灭弧室各栅片之间区域的能量耗散和去游离能力，电场越强的区域说明该区域能量耗散和去游离效果越好；步骤5，根据电弧电流过零后数十毫秒内灭弧室的电场分布，判断电弧电流过零后灭弧室内各栅片之间区域的介质恢复特性，电场越强的区域说明该区域介质恢复越好；步骤6，针对步骤4和步骤5确定的能量耗散和去游离效果差、介质恢复特性差的区域，通过电磁场和气流场仿真、电弧仿真、理论分析方法，针对性地改进灭弧系统设计，提升断路器开断性能。步骤1中，断路器开断过程中的栅片电压可通过耐高温、高压的细导线连接，由多个电压探头测量，电压探头对检测到的电压信号进行适当衰减和隔离，电弧电流可采用罗氏线圈、电流互感器、分流器采集，由数据采集终端进行采集和存储。栅片电压也可通过相关专用设备进行测量。基于采集到的电弧电压、栅片电压、电弧电流数据，可进一步得到提取燃弧时间、电弧能量、电压峰值、电流峰值数据。步骤2中，基于步骤1中数据采集本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于栅片电压测试的低压断路器开断性能优化方法，其特征在于步骤如下：步骤1：实验测量低压断路器开断电弧过程中的电弧电压、栅片电压、电弧电流、燃弧时间、电弧能量、电压峰值、电流峰值数据；步骤2：根据不同栅片电压随时间的变化曲线，评估开断过程中电弧在灭弧室内的时空分布，以及各栅片对电弧的切割作用；步骤3：利用测量得到的栅片电压数据与栅片间距的比值，获得电弧电流零点时刻前后数十微秒和电弧电流过零后数十毫秒内灭弧室的电场分布；步骤4：根据电弧电流零点时刻前后数十微秒内灭弧室的电场分布，判断电弧电流零点附近灭弧室各栅片之间区域的能量耗散和去游离能力，电场强度与区域能量耗散和去游离效果成正比；步骤5：根据电弧电流过零后数十毫秒内灭弧室的电场分布，判断电弧电流过零后灭弧室内各栅片之间区域的介质恢复特性，电场强度与区域介质恢复成正比；步骤6：针对步骤4和步骤5确定的能量耗散和去游离效果差、介质恢复特性差的区域，通过电磁场和气流场仿真、电弧仿真、理论分析方法，针对性地改进灭弧系统设计，提升断路器开断性能。

【技术特征摘要】
1.一种基于栅片电压测试的低压断路器开断性能优化方法，其特征在于步骤如下：步骤1：实验测量低压断路器开断电弧过程中的电弧电压、栅片电压、电弧电流、燃弧时间、电弧能量、电压峰值、电流峰值数据；步骤2：根据不同栅片电压随时间的变化曲线，评估开断过程中电弧在灭弧室内的时空分布，以及各栅片对电弧的切割作用；步骤3：利用测量得到的栅片电压数据与栅片间距的比值，获得电弧电流零点时刻前后数十微秒和电弧电流过零后数十毫秒内灭弧室的电场分布；步骤4：根据电弧电流零点时刻前后数十微秒内灭弧室的电场分布，判断电弧电流零点附近灭弧室各栅片之间区域的能量耗散和去游离能力，电场强度与区域能量耗散和去游离效果成正比；步骤5：根据电弧电流过零后数十毫秒内灭弧室的电场分布，判断电弧电流过零后灭弧室内各栅片之间区域的介质恢复特性，电场强度与区域介质恢复成正比；步骤6：针对步骤4和步骤5确定的能量耗散和去游离效果差、介质恢复特性差的区域，通过电磁场和气流场仿真、电弧仿真、理论分析方法，针对性地改进灭弧系统设计，提升断路器开断性能。2.根据权利要求1所述的基于栅片电压测试的低压断路器开断性能优化方法，其特征在于步骤1中，断路器开断过程中的栅片电压可通过耐高温、高压的细导线连接，由多个电压探头测量，电压探头对检测到的电压信号进行适当衰减和隔离；电弧电流可采用罗氏线圈、电流互感器、分流器采集，由数据采集终端进行采集和存储；栅片电压也可通过相关专用设备进行测量；基于采集到的电弧电压、栅片电压、电弧电流数据，可进一步得到提取燃弧时间、电弧能量、电压峰值、电流峰值数据。3.根据权利要求1所述的基于栅片电压测试的低压断路器开断性能优化方法，其特征在于步骤2中，基于步骤1中数据采集终端得到的电弧电压、栅片电压、电弧电流、燃弧时间、电弧能量、电压峰值、电流峰值数据，获得不同栅片电压随时间变化的曲线，根据20V～40V的近极压降值，判断开断过程中电弧在动静触头上的产生时刻、进入灭弧室被栅片切割的时刻、各片栅片对电弧的切割作用及时间，可进一步对比不同栅片结构、数量情况下各片栅片对电弧的切割作用及时间。4.根据权利要求1所述的基于栅片电压测试的低压断路器开断性能优化方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵虎，李兴文，
申请(专利权)人：西北工业大学，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61