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KEMA Laboratories 90 years 2004-2008

超大电流
通常,电流会突然决定不走电力系统设计师为它们安排好的线路,而是选择去走那条阻力最小的线路,于是电流强度大幅增加:这就是短路。人们为了避免短路,真是付出了诸多努力。但时至今日,在输电系统中,还是要预料到每 100 km 的架空线路每年大概要发生一次短路。系统电压越低,短路频率越高。

有一个地方短路电流可能会特别大:这就是发电厂的输出端。电压转变为输电电压之前,在发电机输出端,即使是正常的连续电流也能够变得过大。发电机断路器需要控制此处发生的故障。

在发电初期,人们就已知道这些设备很“特别”,于是此类专用断路器的首批设计甫一问世,KEMA 实验室便积极与此类装置的制造商合作。

过去和现在的原因都完全是容量。2 号实验室有 4 个发电机可用,因而这个大容量实验室能够相当准确地模拟一个出了故障的发电厂。4 号实验室的设计师希望将极端电流的生成加入到设计中,不仅是为了测试断路器,也是为了对将发电厂与外界连接起来的发电机母线槽进行全面的故障测试。在初始设计中,构建了一条直接将全都并联的实验室发电机与测试间连接起来的大电流母线。这样一来,测试间里可以生成高达 400 kA 的电流。随着电流的增大,主要挑战变成了对涉及的巨大 洛伦磁力的操控。H.A. Lorentz 1853 年出生在阿纳姆,除了他对爱因斯坦相对论做出的重大贡献外,最为人熟知的要数他对载流导体之间的力(更确切地说,是磁场中载流导体所受的力)的描述,被概括成中学物理中有名的“左手定则”。

若看到“他的”力即使是在极端情况下,也在位于他的出生城市的实验室里得到控制,Lorentz 肯定会很高兴。多年来,我们开发了机械设计十分复杂但功能极其强大的结构,用于应对峰值超过 100 万安培的与电流相关联的力。再一次,KEMA 实验室与市场需求保持了一致步伐。即使在需要为最大的核电站测试发电机断路器时,我们也克服了挑战。

测试中不仅要实现故障情境,也要在极端条件下,验证对长时间连续电流的热耐受能力。在 20 世纪 90 年代,高压实验室里的温升试验达到了高达数万安培的水平。

发电机断路器经历了从空气吹弧断路器到 SF6 断路器乃至真空断路器的发展。KEMA 实验室本身也受益于持续不断的发展,因为它自己的发电机必须受到保护。自 20 世纪 70 年代起,阿纳姆实验室采用了 AEG 推出的空气吹弧发电机断路器,更广泛地被称为“主断路器”。这些断路器不仅应当保护我们自己的装置,还必须保护接受测试的装置。速度至关重要,因为在测试对象发生故障后,若不能很快切断巨大的测试电流,就无法检测故障的根本原因了。空气吹弧技术虽然目前在商业应用中已被摒弃,但当时似乎对主断路器而言非常可靠,而且如今仍在继续保护新的发电机。

Lorentz
Hendrik Antoon Lorentz(洛仑磁力是点电荷在电磁场中受到的电力和磁力的合力)
Temperature rise test
2005 年进行的温升试验