实时监测灭弧室真空度的方法与应用

由于工艺缺陷，玻璃外壳或陶瓷外壳与金属件封接不良、低劣的触头合金在开断时释放过多的微量气体，或外力使外壳出现细小裂纹等因素均可导致灭弧室内压力升高，真空度降低。一旦压力升至某一值，灭弧室即丧失了熄弧能力且断口绝缘强度极大地降低。监测灭弧室真空度的重要意义在于及时发现这种缺陷，避免由此引发的严重事故。

在线监测一般都采用非接触测量技术。研究发现，在灭弧室内处于正常高真空的状态时，空间的绝缘强度很高，屏蔽罩上没有电荷积聚；而当真空度降低时，弧腔中的气体增多，并在电场不均匀部位气体分子被电离，于是屏蔽罩上积聚的负电荷增多。例如，研究者对10kV、20kA陶瓷灭弧室施加6kV交流电压模拟真实运行条件时，实测屏蔽罩电位随灭弧室内压力升高（真空度下降）的关系曲线如图5-22所示。在DL/T 403—2000《12～40.5kV高压真空断路器订货技术条件》中，规定真空灭弧室内压力不得超过1.33×10-3Pa，可认为这时灭弧室具有正常的工作性能，而压力出现升高现象则可视为灭弧室劣化的征兆，图5-22中曲线能够观察到0.01Pa至更高压力的变化，因而它具有实际应用的意义。基于这一原理，现已推出了利用多种不同探测元件的非接触在线监测系统，此处只简述几种有代表意义的方案设计或装置。

1.电光法测量

图5-22　真空灭弧室内压强与屏蔽罩电位关系的实测曲线

电光法的测量原理是利用一些晶体的Pockles效应，即平面偏振光沿着处于电场中的压电晶体（如Bi12SiOBSO晶体）的光轴传播时发生双折射，且两个主折射率之差与电场强度成正比的现象，将压电晶体制成的探头放置在灭弧室屏蔽罩附近，分析从光纤中入射晶体的探测光线反射后的强度，经计算处理折算成屏蔽罩电场强度的变化最后再换算成灭弧室的真空度。(www.xing528.com)

2.耦合电容法

耦合电容法的原理是测量导电触头对屏蔽罩的电容与屏蔽罩对外电容分压的电位，折算成灭弧室内真空度下降、弧腔绝缘强度降低时触头与屏蔽罩之间电场不均匀部位微弱放电产生的电荷，再将之转换为对应的真空度。

3.采用旋转式电场探头的在线检测方法

探头的平面正对灭弧室的侧壁并保持一定的安全距离。探头由上、下两个开有孔洞的金属片组成，微电机带动上面的金属片高速旋转。当两金属片的孔洞完全重合时，下面的金属片感应电荷量最大，孔洞不重合时则感应电荷量为零。从发光管发出光透过孔洞照射到光电池得到1.8kHz的参考信号同时输入相敏检测器，滤波后还原得到直流电场电压信号，据此，系统软件将数据传至上位机监控单元[44-45]。

4.用静电探针测量

文献[46]作者从分子电离理论自由电子所需的平均行程的角度分析，认为在断路器运行电压的场强作用下和灭弧室有限的空间内，气体分子发生电离是不可能的。这与本书第一章第二节关于真空介质击穿特性的原理基本是一致的：例如，在1.33×10-3Pa的真空中，产生电子崩所需平均自由行程λ必须增大到26km，而在不出现电子崩时气体电离的λ值至少接近数千米。因而该作者通过研究真空中固态绝缘充电机理和充电特性后推测，灭弧室瓷壳电位的变化是由于二次电子发射导致的。实验表明，运用静电探针测量瓷壳表面的静电荷密度并经计算机计算，可测出灭弧室内10-2～10-1Pa的压力，这一方法也可用于在线监测。