电信设备抗震试验分析

电信设备抗震试验分析一电信设备抗震试验要求 地震是一种严重的自然灾害，强烈的地震可能在很短的时间内对各类设施造成极大破坏。根据《中华人民共和国防震减灾》的要求，工业和信息化部加强了对通信系统抗震防灾工作的重视。目前，在我国抗震设防烈度7度以上（含7度）地区公用电信网上使用的交换、传输、移动基站、通信电源等主要电信设备应取得电信设备抗地震性能检测合格证，未取得信息产业部颁发的电信设备抗震性能检测合格证的电信设备，不得在抗震设防烈度7度以上（含7度）地区的公用电信网上使用。二电信抗震试验分析 抗震设防烈度为7～9度地区的主要电信设备的抗震性能的考核及评定可参考YD 5083-2005《电信设备抗地震性能检测规范》。01抗震试验方法 电信抗地震性能考核一般推荐使用单轴激励方式，也可以采用多轴激励方式，考核输入波形采用正弦共振拍波或人工合成地震波。 （a） 正弦共振拍波 在电信设备抗震性能考核中，采用单轴正弦五拍波（如图1所示），每拍5周，间歇应该能够使设备的响应运动没有显著的叠加，振动持续时间应该相当于地震时间历程强部的持续时间（不少于20秒，如图2所示），其大小按下述公式计算：图1 五周期的五个正弦拍波系列 输入波形的加速度有水平向和垂直向之分，垂直向输入波形加速度为水平向的一半。如果电信设备垂直向固有频率高于20Hz，仅做两个水平向的抗震性能考核。水平向输入加速度计算公式如下： k1、k2值可以根据YD 5083-2005表6.3.1-1取值，根据7、8、9度不同的烈度,ag的值根据表6.3.1-2取值。 （a）人工合成地震波 电信设备抗震性能考核也可采用人工地震波进行多轴激励，根据激励波加速度反应倍率（图3）得出要求反应谱（RRS），由计算机反演出人工合成地震波。其中RRS中的加速度值（见表2，阻尼比为3%）按照水平向、垂直向不同激励水平的地面输入波形加速度值与图3中的电信设备加速度反应倍率的乘积得到。人工模拟加速度时程的持续时间不少于30s，强震部分不少于20s。如果电信设备垂直向固有频率高于20Hz，仅做两个水平向的抗震性能考核。图2 人工地震波图3 激励波加速度反应速率02电信设备抗震性能评估 从两个方面对电信设备抗震性能进行评定，即功能技术性能和结构性能。在7、8、9地震烈度作用下，被测设备结构性能和技术性能应满足下表2要求，抗震性能评为合格。三STIEE地震试验能力 STIEE可靠性与绝缘事业部具备的SERVOTEST模拟地震振动系统能够提供电信设备抗震试验服务，该振动系统的主要性能参数如下：台面尺寸：2.0m×2.0m最大载重：2700kg频率范围：0.1Hz～150Hz波形：正弦扫波、正弦拍波、随机波、冲击、人工地震波自由度：6个（沿三轴平动和绕三轴转动）最大位移：X、Y、Z三个方向均为±150mm最大加速度（满载）：X、Y、Z三个方向均为±4.0g如需了解更多信息，请联系STIEE可靠性与绝缘事业部，电话021-62574990-296。

电气设备绝缘性能的通用测试技术系列-在线局部放电测试技术

在线局部放电测试技术技术专家汪双灿可靠性与绝缘事业部 绝缘技术总监工作方向：从事绝缘材料和绝缘系统检测技术研究及相关标准制修订工作。1局部放电原理 局部放电（Partial Discharge）是绝缘介质中仅被部分桥接的放电现象，简称局放（PD）。在电场集中、绝缘薄弱的地方出现局放是电气设备普遍存在的问题，局部放电的产生及影响如图1。图1 局部放电引发绝缘失效的过程2局部放电的危害 电气设备的多数故障是绝缘性故障。研究表明，局部放电是电气设备绝缘性故障的重要诱因。局部放电在初始阶段对绝缘整体的影响一般可以忽略不计，但局部放电的持续作用最终会导致电力设备绝缘闪络或击穿。电气设备绝缘配合的设计、所用绝缘材料特性、制造工艺、运行条件等都会影响局部放电的放电量、位置、性质和发展趋势。一些重要的电气设备绝缘失效往往会引发较严重的事故，如图2~图5，为防止电气设备发生故障，在实际运行中应该定期对电气设备进行在线局部放电、绝缘电阻、泄露电流等绝缘预防性试验，并根据试验结果进行定期检修。图2变电站变压器起火图3 高压开关柜故障 GIS盆式绝缘子失效图5电缆绝缘击穿3测试原理 局部放电是能量释放的过程，整个过程中会伴生多种现象，主要包括电磁波的发射、声音信号、气体生成物、光、发热、电流行波。这些能量释放产生的信号是局部放电测试的基础，绝大部分在线局放检测设备和检测方法都是据此开发的，例如超高频测试、超声波测试、紫外和红外成像测试等，如图6。图6放电现象及对应的检测方法 目前，在线局部放电测试中一般采用声电联合测试。在线局部放电测试最大的问题是如何从电气噪声或干扰中分离、判断有用的局部放电。若不能充分识别干扰，有可能将干扰视为电气设备的局部放电，造成错误判断，降低试验的可信度。在线测试中的干扰源一般为电动工具的运行，电力设备引起的瞬变，日光灯，手机信号等，如图7，一般通过频域分离法和时域分离法或两者结合对信号进行处理，分离出有用信号，如图8、图9。图7 噪声源图8时域分离干扰信号图9时域频域结合分离干扰信号4在线局部放电测试方法4.1测试方法概述 在线局部放电测试是指对处于正常运行状态的电气设备进行测试，测试原理主要参考IEC 62478标准。 在线局部放电测试方法：脉冲电流法、射频检测法、超高频法、声测法、光测法等。测试系统一般由局部放电传感器、信号传输系统和信号分析系统组成。传感器分为特高频传感器、超声波传感器、暂态地电压传感器等，如图10。这些传感器对应不同的现场环境，需要根据现场情况匹配相应的传感器，测试方法对比见表1。图10 传感器4.2电测法和声测法对比 在线局部放电测试若只运用单一的检测方法，存在着一定的局限性，不能全面、客观、真实的反应被检设备的运行状况，有时甚至出现误判，电测法和声测法都有各自的优缺点，一般情况下声电联合测试效果是最佳的，对比如表2。5STIEE的技术能力及服务 STIEE可靠性与绝缘事业部对于局部放电测试技术有深入研究，能够对相关问题提供系统解决方案。设备能力：在线局放测试仪、便携式在线局放诊断仪、高精度红外热像仪、高精度紫外成像仪等先进现场测试诊断仪器设备。测试产品范围：变压器、GIS、高压开关柜等输配电设备及系统。服务类型：预防性诊断测试、状态监测、缺陷定位等。图11手持式在线局放测试仪图12 便携式在线局放诊断仪图13高精度红外热像仪图14 高精度紫外成像仪

汽车屏蔽线缆的屏蔽特性测试研究

汽车屏蔽线缆的屏蔽特性测试研究技术专家介绍顾佳丽 上海电器科学研究所（集团）有限公司 电器设备检测所汽车事业部项目工程师工作方向：目前从事项目管理工作，熟悉各项电磁兼容测试项目及测试方法，参与电动车高压部件团体标准的研制、起草；在电动车高压线束屏蔽效能以及汽车智能网联产品电磁兼容测试方法的研究中有深入的理解，并就屏蔽效能测试研究出版了相关论文。01屏蔽线缆的物理结构汽车屏蔽线缆是由导体使用多股裸铜或镀锡铜丝，pvc绝缘，芯线胶合铝镁丝隔离，最外层为镀锡铜编织隔离，pvc外皮构造而成的，它的作用是避免干扰信号进入内层导体干扰同时降低传输信号的损耗。汽车屏蔽线缆要获得一个持久不变的平衡特性，就是在所有芯线外加多一层铝箔进行接地，或者采用编织成网状的金属线和采用金属薄膜的方法【7】，有单屏蔽和多屏蔽的多种不同方式。单屏蔽是指单一的屏蔽网或屏蔽膜，其中可包裹一条或多条导线。多屏蔽方式是多个屏蔽网，屏蔽膜共处于一条线缆中。有的用于隔绝导线之间的电磁干扰，有的是为了加强屏蔽效果而采用的双层屏蔽。这些屏蔽措施保护，都是为了创造一个平衡环境，具有良好的电磁兼容特性。汽车屏蔽线缆的屏蔽原理是利用金属对电磁波的反射、吸收和抵消原理来防止外部电磁干扰进入线缆，同时也阻止内部信号辐射出去，干扰其他设备的工作。当外部干扰（电磁场）入射到线缆的屏蔽层上时, 在线缆上会发生电磁耦合现象。外部入射场和线缆本身发射的电磁场通过矢量叠加形成的合成场，在物理模型中被认为是干扰源, 决定了屏蔽层上各点的总电磁场大小。而干扰耦合的途径主要是电场以电耦合（容性耦合）和磁场以磁耦合（感性耦合）的方式穿透屏蔽层的孔径到达屏蔽线缆的内部或外部。耦合的强度或者电磁泄漏的程度可以用屏蔽效能(Shielding Effectiveness, SE) 来表示。屏蔽层的结构最常见的是金属网状编织层，其使用方便、重量轻。在通常情况下，金属网状编织的屏蔽效能随编织密度的增加而增加，随频率的上升而下降。当频率越高，吸收损耗就越大；频率较低时，吸收损耗就很小。但在低频磁场中，屏蔽效能除了随频率变化外，还随编织密度和材料磁导率有关。屏蔽线缆的屏蔽层只有在接地之后才能起到屏蔽作用。当线缆工作在低频时，其长度比波长短得多，为不使屏蔽层上有电流流通,必须要将屏蔽层完全良好地接地。如果接地不良，会在传输过程的某两点之间形成电位差，从而产生电流流过，造成干扰，降低屏蔽效能。导体材料如铜箔、铝箔等，在频率较高时，屏蔽体表面会产生电磁感应涡流，这个涡流可以产生一个反向的磁场来抵消穿过该屏蔽体的磁场。涡流越大，屏蔽效能越好。导电性能好的屏蔽材料可以产生更大的涡流，提高屏蔽效能。由于高频的集肤效应，涡流只会在屏蔽材料的表面流动，因此只需要一层很薄的金属材料就可以将高频的电场屏蔽掉。导电金属箔的缺点就是韧性较差，容易断裂，从而会降低屏蔽效能。02屏蔽线缆屏蔽效能测试标准研究对线缆屏蔽效能更进一步研究的测试方法考虑线注入法，该方法在VG95214-11_2002_11【8】、IEC62153-4和IEC96-1,2/1993 修改版中有详细描述。我们采用网络分析仪设备来进行屏蔽效能的测试，适用于频段在100kHz-3GHz。线注入法由两个回路组成, 外回路由馈线, 注入线以及被测线缆的屏蔽层组成, 它模拟的是外界的辐射场，注入线可由一条扁平的铜带，紧贴着被测线缆的长度相连（例如用胶带），和被测线缆外导体组成一段输出线作为注入电路; 内回路由被测线缆的芯线以及屏蔽层组成。其测试布置图如图1所示，典型的测试原理图如图2所示。等效电路如下图3所示图1-线性注入法试验布置图X-被测线缆；G-发生器；f-接收机（网络分析仪等）；g-注入电路发射器；h1,h2-黄铜/紫铜管，用作被测线缆的附件屏蔽；i-注入线的馈电线缆（低耗）；k-发生器的馈电线缆；m1 ,m2 ,m3, m4铁氧体环；q-注入线；d-有屏蔽的同轴馈电孔的屏蔽室墙面；n-被测线缆与屏蔽室之间连接部分的附加屏蔽；p-被测线缆匹配电阻的屏蔽盒;C-连接器（SMA,N等）图2-线注入法原理图n-近端；f-远端；1-（初级）注入电路；2-次级电路；Z01-注入电路的特性阻抗；Z02-次级电路的特性阻抗；G-信号发生器；V-接收机；E-仪器接地；L是被测线缆的长度;U1-初级电路回路电压；I1-初级电路电流；U2n-次级电路在近端的回路电压；U2f-次级电路在远端的回路电压图3-屏蔽线缆线注入法测试方法原理图RF 信号发生器相连的发射线将 FR-信号注入被测线缆屏蔽层上，由接收端测量耦合到被测线缆上的信号。之后根据 AT（对数比率）值计算转移阻抗。AT与输入电压 U1 和耦合电压 U2 有关。按照定义：ZTEnf= IZF士 ZTI→ ZTE=max (ZTEn ; ZTEnf)公式中ZF—容性耦合阻抗；ZT—表面转移阻抗；ZTE—有效转移阻抗式（1）公式中Env(Tnf)——近端/远端耦合函数的包络线；L——被测线缆的长度式（2）公式（2）中：+表示近端，-表示远端;v1表示初级电路的相速;v2表示次级电路的相速AT=AS-（AC/2）-（Ai/2）注：当ZT＞ZF,，则ZT≈ZTE，近端(Tn,v+)或远端(Tf，v-)数据都可使用。所有当ZT＞ZF,则ZT可以用下面公式计算式（3）公式中AT=AS-（AC/2）-（A1/2）（单位：dB）Z02—被测屏蔽线缆的阻抗Z01—注入电路的阻抗A0—基准数据（单位：dB）A1—注入电路的插入损耗A1=A1-A0（单位：dB）Ac—被测屏蔽线缆的插入损耗Ac=Ac-A0（单位：dB）As—转移函数As=As-A0（单位：dB）转移阻抗 ZT的测试频率上限取决于被测线缆的长度，信号在线缆上的传播速率和外部系统。对于汽车屏蔽线缆，测试频率可以参考100k-1GHz。03屏蔽线缆屏蔽效能测试方法研究3.1测试步骤：第一、网络分析仪先进行校准第二、 用网络分析仪测量注入电路的阻抗Z01第三、被测屏蔽线缆连接网络分析仪，测量被测屏蔽线缆的阻抗Z02第四、注入线连接网络分析仪，测量注入电路的插入损耗A1第五、 被测屏蔽线缆连接网络分析仪，测量被测屏蔽线缆的插入损耗Ac第六、被测屏蔽线缆和注入线分别接网络分析仪，测量转移函数As第七、 根据公式（3），计算转移阻抗 ZT3.2测试注意事项：（1）减小初级线缆。当用常规的仪器进行远端测量时，接收机通常在Ef处接地(如图2)。在电阻效应可能超过电感效应的低频点，或由于在高千赫范围的谐振，一部分注人电流会从Ef直接流向Eg而不沿被试线缆的屏蔽层回流。（2）非可控电流。需要注意不通过馈电路回流的低频电流。这种电流流经非试验部分的设备，特别是网络分析仪机架。（3）被测线缆屏蔽的四周方向不均匀性。注入电路所覆盖的圆周角取决于注入电路的特性阻抗与被测电路的阻抗的匹配情况(当使用两根或以上的平行导线时)。图4-注入电路的覆盖角如图4所示，为了充分覆盖圆周，应至少测量3次，每次相隔120°或测量 4次，每次相隔90°。（4）被测线缆初级和次级线缆的衰减。电路衰减应足够低，以确保被测线缆所有长度都起作用。（5）被测线缆的阻抗匹配（6）屏蔽层的接地方式。如果接地不良，比如接地电阻过大，接地电压不均衡，在传输过程的某两点之间形成电位差，从而产生电流流通，造成干扰，这些都会影响屏蔽线缆的屏蔽效能。04 测试结果分析4.1测试步骤：选取了四根不同车型的屏蔽线缆用线性注入法进行测试，以下是转移阻抗对比示意图。图5-汽车屏蔽线缆#01，#02，#03，#04转移阻抗对比示意图在频率范围为100kHz-1GHz时，转移阻抗越接近于1，其屏蔽效能就越好。在低频段，耦合转移函数与不同频率下的表面转移阻抗和容性耦合阻抗有关。随着频率的增加，耦合转移函数上升至一定单位后，在近端和远端就会出现不同的截点频率fcn，f，低于截点频率fcn，f时，所测得屏蔽效能为表面转移阻抗ZT，表面转移阻抗ZT的值与被测线缆长度有关。但是高于1GHz，在频率高于截点频率fcn，f时，传输波长小于被测线缆长度，所测得的屏蔽效能为屏蔽衰减aS。屏蔽衰减与被测线缆长度无法。对于长度短的被测线缆表面转移阻抗ZT定义为次级电路（内电路）上感应的纵向电压与初级电路（外电路）中流通的电流的比。所以在这基础上容性耦合可以忽略。但是如果屏蔽线缆长度长，那么容性耦合与感性耦合将同时作用于线缆，等效转移阻抗ZTE(它包括两种作用)或屏蔽衰减aS在高频对屏蔽效能有一定的影响，外界干扰太多。因此用线性注入法测量，我们应选择被测线缆的长度为0.5m。4.2测试结果影响因素分析选取同一根屏蔽线缆，由于接地方式差异，测出数据如下：图6-屏蔽线缆屏蔽层接地不良转移阻抗图7-屏蔽线缆屏蔽层接地良好转移阻抗通过图6和图7可以看出，虽然整体曲线图类似，但是由于屏蔽层接地不良好，测出的转移阻抗值偏大。05总结根据实际汽车屏蔽线缆，用线性注入法测量转移阻抗的数据（图5）可以看出，汽车屏蔽线缆的转移阻抗在100kHz-1GHz整体趋势类似，可以有对比性，结果更可信。但该方法也存在一定的劣势，在1GHz以上由于连接的差异，会在不定频点形成谐振。因此通过该方法的测量，对于100kHz-1GHz在一定程度上能够辨别屏蔽线缆的屏蔽效能的水平。参考文献【1】郭鑫，邱扬，赵大浩.改进型线路注入法测量多芯电缆的屏蔽效能，现代有线传输，2003,6（2）：28-31【2】张斌，秦会斌.屏蔽电缆的接地问题.科技咨讯，2006（7）:145【3】 高攸纲.屏蔽与接地.北京邮电大学出版社，2004【4】IEC SC 46A( Central Office) 142, Amendment t o IEC 96-1. Radio Frequency Cables, Part 1 : General requirem ents and measu ring m ethods, Appendix A5. 7: Line in jection meth od. 1990.【5】 孙蓓云，郑振兴，周辉，刘顺坤，谢彦召.屏蔽电缆转移阻抗的测量，核电子学与探测技术，2002,3（2）:179-181【6】Lauri Haime.Development of IEC shielding effetiveness standards[A].IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility[C].1992.321-328.【7】卢致皓. 线缆编织、被覆和绕包的优化计算图表法[J]. 光纤与电缆及其应用技术,1987,(04):41-50【8】线注入法试验方法：VG 95214-11:2002-11

电气设备的绝缘性能通用测试技术简介

电气设备的绝缘性能通用测试技术简介专家介绍汪双灿 可靠性与绝缘事业部 绝缘技术总监工作方向：从事绝缘材料和绝缘系统检测技术研究及相关标准制修订工作。1 概述 电气设备一般包括导体、磁路、绝缘、机械结构和其他组成部分，其中绝缘部分通常属于最薄弱环节。据统计表明，电气设备在运行中发生故障的主要原因之一是绝缘破坏。例如低压电机，其绝缘破坏占总故障率的70%~80%；电力系统的停电事故，50%~80%是由绝缘故障所引起[1]。因此，对于大多数电气设备，无论是在制造环节还是使用环节，绝缘性能都是重点考核的项目。 电气设备的整个寿命周期都会涉及很多绝缘性能测试，如图1。考核电气设备绝缘性能的试验一般可分为绝缘特性试验和介电强度试验两类。绝缘特性试验主要包括：直流试验、介质损耗试验、局部放电试验。介电强度试验主要包括：交流电压试验、直流电压试验和冲击电压试验[1]。图1 电气设备寿命周期绝缘性能测试[2]2绝缘特性试验2.1 直流试验 在电气设备绝缘上施加直流电压，测量电流电阻及其时间特性。工程上，近似地用加压后60s和15s的电阻比值表示吸收比。相似地，对于吸收过程较长的大容量设备，在吸收比尚不足以反映绝缘介质的电流吸收全过程，采用加压后10min和1min时测得的绝缘电阻比值表示极化指数。直流试验一般包括绝缘电阻、吸收比和极化指数，测试示意图见图2。这种方法较为简便，能够有效的反应电气设备的绝缘状况，因此广泛用于电气设备的维护检修。图2 绝缘电阻、吸收比和极化指数的测量2.2介质损耗试验 在电压作用下单位时间内电介质消耗的能量称为介质损耗，等效电路见图3。工程应用上，在电气设备中施加交流电压并通过电桥测量损耗因数值、介质损耗角正切tanδ-电压特性，以检查绝缘的吸潮、污秽、内部缺陷等状况及其老化程度。图3 介质损耗角串联和并联等效电路[2]2.3局部放电试验 局部放电（Partial Discharge）是绝缘介质中仅被部分桥接的放电现象[3]，简称局放（PD）。在电场集中、绝缘薄弱的地方出现局放是电气设备普遍存在的问题，局部放电的产生及影响如图4。图4 局部放电引发绝缘失效的过程 局部放电是能量释放的过程，整个过程中会伴生多种现象，主要包括电磁波的发射、声音信号、气体生成物、光、发热、电流行波[4]。通过检测这些物理量来表征局部放电的状态。局部放电测试技术按照测量的物理量可分为：电测法、声测法、光测法和化学法。按照施加电源的不同可分为：工频、直流和脉冲测试法。按照测试场地的不同又可分为：离线（见图5）和在线测试法。图5 离线状态下工频电测法[2]3介电强度试验3.1交流电压试验 交流电压试验时鉴定电气设备绝缘介电强度的最有效和最直接的方法。一般可分为：交流耐压和交流击穿试验。交流耐压试验用于检验样品能否在规定的时间内承受住规定的试验电压。在质量保证试验和诊断试验中应用广泛。3.2直流电压试验 直流电压试验用于考核运行在直流电压下的电气设备的介电强度，也经常用于替代交流耐压试验测定大容量样品的介电强度。直流与交流的击穿机理不同，试验施加的直流电压通常要高于交流电压。例如，电容器的直流试验电压值为交流试验电压值（有效值）的2倍。3.3冲击电压试验 一些电气设备在运行过程中有可能会经受不同的冲击电压，例如自然界中的雷电、电气开关的操作，带电线路的闪络和触头间击穿或多次重燃等[2]。电气设备在研发、生产质量保证和诊断试验中需要对其绝缘进行冲击电压试验。冲击电压试验一般包括：匝间冲击试验、雷电冲击电压试验和操作冲击电压试验。参考文献1.《电气电子绝缘技术手册》编辑委员会. 电气电子绝缘技术手册[M]. 北京:机械工业出版社, 2008. 221-340.2. Wolfgang Hauschild, Eberhard Lemke. High-Voltage Test and Measuring Techniques[M]. Berlin Heidelberg:Springer-Verlag, 2014.14-240.3. GB/T 7354-2003, 局部放电测量[S].4. S, Tenbohlen, D, Denissov, S, M, Hoek, and, Z, Ring. Partial discharge measurement in the ultra high frequency (UHF) range[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2008, 15(6): 1544-1552.

低压断路器交流短路电弧伏安特性的研究

低压断路器交流短路电弧伏安特性的研究技术专家介绍洪轩短路专项工程师；机电工程二级建造师；助理工程师。工作方向：主要从事低压电器产品的检测；国家级技术课题的研究； 以及检测设备的研发等。张志文项目经理；中级工程师。工作方向：主要从事低压电器产品的检测；检测方案的评估与实施；产品应用领域及新领域检测技术研究，及检测设备的研发等。 引言 随着现代化建设的发展，低压断路器作为一种重要的工具和手段，在光伏、船电、轨道交通等领域，发挥着越来越重要的作用。随着生产自动化程度的日益提高，不仅对低压断路器的数量需求不断提高，而且对产品的性能、质量等要求也越来越高[1-2]。经过对电力系统中大量故障实例分析发现，80%～95%的电弧故障是由于电器短路喷弧引发[3]。因此，研究低压电器短路电弧特性已显得至关重要。 由于短路电弧是一个十分复杂的过程，在目前的条件下无法进行定性的分析。本文从短路电流是否过零点入手，建立电弧模型，以试验回路为基础分析短路电弧的伏安特性。根据试验数据与波形，分析试验电压、预期电流对交流短路电弧伏安特性的影响。1电弧模型的研究 低压断路器触头动静触头刚开始做分离运动时，接触面积减小，接触处的电流密度逐渐增大，因而此处的金属强烈发热。在触头分离瞬间，接触处的金属首先熔化，形成液态金属桥，然后一部分变成金属蒸汽进入触头间隙中。随着动触头与静触头之间的开度增大，弧隙中的气体温度越来越高，热电离起主导作用，气体中的带电粒子越来越多，气体导电率升高，触头之间形成电弧。 电弧放电是一个高度非线性的时变过程，它受到空气热导率、电弧辐射、对流、电弧形状、电弧长度和电源参数等影响，所以要建立一个精确的电弧模型几乎是不可能的，加上不同类型的电弧特性也存在一定的差异，所以难以实现共性化。本文从分析短路电弧故障特性入手，根据短路电流是否过零点，建立电弧动态模型。 如图1所示交流电路，当电流幅值不变，且弧长不变时，交流电弧一个周期内电流与电压的关系如图2所示。图1 交流电路电弧图2 交流电弧的伏安特性 当触头电压上升到燃弧电压udr时起弧。由于电弧的热电离作用，特性曲线AB段是下降的，自B点以后，电流由峰值逐渐减小。电弧电压相应的回升，但因弧柱具有热惯性，BC段低于AB段。当电弧电流不断减小，到达C点时的电压称为熄弧电压uxm。在电弧过零后，在反方向重燃。 为了简化短路电弧中的复杂物理化学过程，忽略电弧与电极之间的相互作用，根据Cassie电弧模型，需要做出以下假定条件：（1）电弧是具有圆柱形的气体通道，其截面有均匀分布的温度；（2）电弧通道的直径明确，在直径以外的气体电导率较小；（3）认为电弧的温度不随着电弧电流的变化而变化；（4）电弧等离子体的能量和能量散出速度与弧柱横截面的变比成正比，能量散出是因为气流或与气流有关的弧柱变化过程造成。不考虑从电极散出的能量。 基于上述假设条件，从能量平衡原理出发，电弧现象的数学模型可表示为： 电流由负值过零瞬间，电弧暂时熄灭，此时电源电压加在触头之间。在电流过零时的小电流燃弧期间，采用Mayr动态电弧模型，其初始条件由Cassie电弧方程来决定。 由短路电流在非过零点的电弧公式（6）与过零时的数学模型公式（10）可以看出，无论电流是否在零点，短路电弧的特性主要与峰值电流Ip、燃弧时间tarc、电弧能量W等参数相关。因此分析上述参数对研究短路电弧有着极其重要的作用。2短路电弧相关参数的测量 通过对电弧数学模型与伏安特性的分析可知，影响电弧性能的最主要的参数为电弧电压与电流。为了更好的研究电弧特性，本文以上海电器科学研究所大容量交流通断试验室为平台，以塑壳断路器为试验对象，搭建了测试系统的主回路，如图3所示，测量短路电弧的相关参数。图3 试验主回路 主回路35KV进线，通过两个高压开关(201DL\201HK)后进入高压阻抗(R1、L1)，利用变压器调节电压后进入低压侧。本回路选用选相开关作为低压闭合开关，同时也可以控制合闸角度，经选相开关控制的电流经低压阻抗（R2、L2）后进入试验端口。将断路器三相进线端与试验端口连接，出线端短接并接地进行试验。为了模拟断路器实际应用情况，在低压侧空芯电抗器上并联分流电阻，分流值约为通过电抗器电流的0.6%。图中V1、V2、V3用于测量线电压，V4、V5、V6用于测量三相相电压，I1、I2、I3用于测量三相电流。 为了简化计算分析，将主回路等效成如图4所示电路。图4 试验等效回路 由图4可得回路方程， 在分断交流电路过程中，弧隙中释放的能量对低压电器的工作性能有着很大的影响，它影响触头和灭弧室的烧损程度及发热情况。3试验结果与分析 试验开始时，断路器处于合闸位置。闭合高压开关，按照GB14048.2要求进行断路器短路分断试验。试验选取断路器额定电流125A，额定电压690V，运行分断能力20KA。 试验电压为220V时，试验所得参数如表1所示。 试验电压为436V时，试验所得参数如表2所示。 试验电压为690V时，试验所得参数如表3所示。 分断试验波形如图5～10所示。图5 220V 3KA 图6 220V 5KA图7 220V 10KA图8 436V 3KA图9 436V 5KA图10 436V 10KA 通过试验数据可知，在相同试验电压的条件下，峰值电流、电弧能量与预期电流成正比，燃弧时间与预期电流成反比；在相同的预期电流下，峰值电流、燃弧时间、电弧能量与电弧电压成正比。在同等条件下，试验电压对电弧的影响明显高于预期电流。 4结语 本文通过对低压断路器交流短路电弧伏安特性的理论分析与试验比对，得出断路器短路电弧特性与试验电压以及预期电流有着极大的关联。比较分析了不同电压与预期电流下，短路电弧特性的区别，为研究交流短路电弧提供了重要的理论与现实依据。参考文献[1] 陈喆歆，吴诩，杨飞等. 低压断路器电弧仿真研究[J]. 电器与能效管理技术，2014（10）：10-17.[2] 李兴文，陈德桂，汪倩. 低压断路器电弧仿真实验和研究[J]. 低压电器，2010（24）：1-11.[3] 吴华仁，李晓慧. 低压电弧短路电流计算[J]. 中国电力，2002（7）：44-47.