中國電工技術學會主辦，2017年6月21-24日在河北省張北縣舉辦，大會圍繞新能源發展戰略、系統關鍵技術、微電網及儲能等重要議題展開交流。瀏覽會議詳情和在線報名參會請長按識別二維碼。
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北京航空航天大學自動化科學與電氣工程學院的研究人員劉斌、武建文，在2016年第24期《電工技術學報》上撰文指出，隨著航空270V直流系統的應用，直流開關的需求逐漸增加。現階段直流開關大多為空氣開關，其開斷容量較小，使用真空開關將對于提高開斷容量具有一定優勢。
針對航空270V直流用短間隙真空滅弧室進行高頻開斷實驗，研究了直流強迫開斷的電弧電壓、電流特性，分析了回路參數對直流強迫開斷中平均電流變化率di/dt和弧后過電壓dv/dt的影響。通過相同開斷實驗電流、相同電流變化率、不同觸頭結構情況下開斷實驗，分析了電弧直徑動態特性。強迫熄弧過程中，平板觸頭電弧直徑逐漸減小，縱磁觸頭電弧直徑變化較小并在熄弧前迅速變化。
針對不同電流實驗，隨電流升高電弧直徑略有增加。起弧階段，平板觸頭電弧直徑隨燃弧時間呈對數函數增加，而縱磁觸頭電弧直徑基本保持不變。擬合得到平板電弧起弧時直徑變化函數，隨燃弧時間延長，平板觸頭電弧直徑逐漸增大至大于縱磁觸頭電弧直徑。
直流電源系統已廣泛應用于鐵路、船舶、地鐵以及航空設備中。傳統直流斷路器一般通過加長觸頭電弧等方法，使電弧電壓高于源極電壓以開斷電弧，設備體積大且開斷容量低；也有采用電子器件進行直流開斷，但設備復雜，開斷容量有限且通態損耗較大[1,2]。
真空開關由于開斷容量高、環境適應性強、可靠性高和免維護操作等優點，應用范圍逐漸擴大，已成為研究熱點[3,4]。而且真空開關具有體積小、重量輕的特點，尤其適合應用于航空領域。
對真空開關注入VT1反向電流是快速開斷直流電弧的方法之一[5-7]。文獻[8]針對1 500V直流系統強迫開斷，采用單機結構，分閘時間縮短到3.6ms；施加1kHz反向電流頻率，預期開斷短路電流50kA。文獻[9]通過改進強迫開斷方案，提高了傳統真空直流斷路器的限流及開斷能力。
文獻[10]利用高速攝像機研究了12kA電流，在開斷頻率50Hz、1kHz及縱向磁場下電流快速過零階段電弧的動態特性，相對工頻開斷，中頻開斷下電弧特性滯后于電流變化，電弧仍然呈聚集態，易導致電弧重燃。直流強迫開斷時，由于較高的電流過零速率，極易導致重燃等情況[11]，這在感性回路中將導致非常嚴重的后果，目前針對直流真空電弧快速開斷的分析多集中于小電流情況[12,13]。
本文首先在航空270V直流模擬系統下進行高頻開斷實驗，實驗電流分別為2 100A、1 800A和1 200A。通過實驗，獲得了回路參數對強迫熄弧及弧后過電壓的影響。通過高速攝像系統，研究了不同實驗電流、不同觸頭結構和不同強迫注入時間下，電弧的動態特性，分析了電弧燃弧中及強迫開斷階段電弧直徑的變化情況。該工作為感性回路的應用提供實驗基礎，并為航空用真空直流開關設計及應用提供依據。
圖1 實驗電路
結論
本文研究了直流強迫開斷的電弧電壓、電流與實驗參數關系，分析了不同觸頭結構、實驗電流和強迫注入時間下，直流電弧強迫開斷的電弧形態，得到如下結論：
1）平板及縱磁觸頭電弧強迫開斷階段，直徑變化均包含緩慢下降階段和快速下降階段。電流減小到約1 000A后平板電弧直徑快速下降，而縱磁在電流減小到約300A后電弧直徑快速下降。強迫開斷中，縱磁利于電弧直徑的保持。
2）電弧起弧過程中，電流上升到一定值后，縱磁觸頭電弧直徑呈現振蕩狀態。而平板觸頭電弧直徑在一定時間內，仍隨燃弧時間增加呈對數函數增大，并擬合得到其函數關系式。
3）隨實驗電流增大，電弧直徑略有增加。相同電流下，隨燃弧時間增加，平板觸頭電弧直徑大于縱磁觸頭直徑。
