大开距真空开断电弧研究

真空开关和SF6开关是60年代开始发展起来的两大类新颖电力开关，真空开关在中压领域占绝对优势，SF6开关以其优异的特性占据了目前高压、超高压领域几乎所有份额。但SF6气体对环境造成的危害已越来越来引起重视，开发环保型的高压开关具有重要意义。在众多类型的断路器中，真空断路器几乎对环境没有污染，是符合环保要求的产品。科学技术的发展使真空开关向高电压大容量方向发展条件已具备，其开发研究已引起了国内外的高度重视。真空灭弧室是真空开关的心脏，大开距真空开断电弧特性及其控制是真空灭弧室向高电压发展过程中需要解决的一个关键问题，也是前沿问题。本项目拟对大开距条件下真空开断电弧特性以及纵向磁场对其控制机理进行研究,包括电极直径、触头材料、开距、纵向磁场对电弧特性和开断能力的影响，探索大开距真空电弧阳极斑点形成机理，为我国高电压等级单断口真空灭弧室的开发提供科学依据，本研究具有重要的学术和应用价值。

毫弧度（milliradian，简称mrad），也称密位（mil），是一种在几何学和应用物理学上用来测量平面角的SI导出单位，相当于1弧度的千分之一，经常被用于校正火器瞄具。一个360度圆周所对应的弧度为2π，也就是2000π（6283.185）个密位。

角距历史

密位在十九世纪中期首先为洛桑大学教授Charles-Marc Dapples （1837–1920）首先使用。

第一次世界大战初期，法国军队试验性的使用milliemes （圆周/6400）作为炮兵角度度量单位替代了decigrade （圆周/4000）。英国军队随后也效仿采用，取代了度与分。 随后是美国军队。而瑞典军队一直使用"streck" （圆周/6300），这个最接近于毫弧度，但于2007年也采用了北约标准的密位（mil）。十月革命后，苏俄军队采用了公制度量体系，并规定6000密位为1个圆周。

随着计算机的普及，普遍不再使用老式标准里修约过的密位，而是直接使用数学上精确的毫弧度。

角距数学原理

角度足够小的时候，有：

这使得三角学计算可以用简单的算术来近似。

1密位接近于1个毫弧度。因此

架空电力线是由杆塔连接的明线，其中弧垂的弯曲程度最大，因此它的大小决定了架空线路的松紧程度和线路杆塔的高度。研究弧垂相关问题首先要了解影响弧垂的因素有哪些。影响弧垂大小的因素主要包括:导线应力、传输容量、大气温度、风、导线覆冰等。导线应力是决定弧垂大小的主要因素，在架线施工的时候己经对导线应力和弧垂的相关情况进行了考虑。应力的大小直接决定了线路的弧垂的大小，当导线的应力变大时线路的弧垂会变小。

等高档距的弧垂计算公式为：在实际的工程中当弧垂f与档距l之比小于10%时，采用平抛物线计算公式，可得最大弧垂的计算公式为：

式中：

真空开关利用真空作为主触头间的绝缘介 质和灭弧介质。真空以其极为优异的绝缘强度和熄弧 能力给真空开关带来了一系列优点：

(1)燃弧时间短、分断能力强。交流真空电弧在触 头分开后电流第一次过零时或过零前即可熄灭，从而 具有很强的熄弧能力。

(2)体积小、重量轻。因触头开距很小，对操动机 构负担减轻，随之体积和重量只是普通开关的1/3～ 1/2。

(3)寿命长，维修量小，适合于重载和频繁操作。

(4)操作功小，振动和噪声相应减小。

(5)不仅能开断工频电流，还有开断高频电流的能 力。

(6)电弧不外露，不会引起周围易燃、易爆物质的 燃烧和爆炸。特别适合于有沼气和煤尘爆炸危险的矿 井中使用。

真空开关的主要缺点。

(1)在特定的条件下可能产生较高的操作过电压。

(2)真空度的检测比较困难，而保持一定的真空度 是真空灭弧的必要条件。

(3)价格较高，因制造真空灭弧室的材质特殊、工 艺严格。