淺談真空斷路器

1、淺談真空斷路器【摘 要】 近些年來真空開關在我們局被廣泛采用，其特有的性能和優(yōu)勢越來越被大家認同。本文對真空開關的生產、安裝、運行、維護作全面而概要的介紹，使大家能夠初步認識真空開關，也為今后更加深入研究真空開關提供基礎知識?！娟P鍵詞】 真空 斷路器 真空的概念是人們在猜測物質世界的構成及物質運動時提出的。1643年意大利人托里拆利的物理試驗證明了真空的存在。在最初經典物理學重真空是指空無一物的空間。但是，隨著量子理論的發(fā)展，真空已經不再是一個簡單的空間。真空荷流密度和強場的起伏即虛粒子的產生和湮沒賦予了真空及其復雜的結構和性質。真空可以被極化，也可以和實物粒子發(fā)生相互作用。真空具有量子特征，

2、而且具有相互獨立的真空點，受激發(fā)時還具有穩(wěn)定的介質特性。隨著人們對真空技術的不斷研究，1893年英國人Rittenhause發(fā)現(xiàn)了真空具有高絕緣的性能，而且對交流電弧具有很強的滅弧能力，并于1895年首先制造出真空滅弧室模型進行了開斷電弧的研究。1926年美國人Sorensen用真空開關成功開斷了4.1kA、926A的交流電弧。1956年H.C.Ross對杰寧無線電制造公司生產的用于高頻回路的真空斷路器管進行了改造，試制出用于電力系統(tǒng)的真空開關。此后，真空斷路器技術得到了飛速發(fā)展。現(xiàn)代商用產品已經可以做到額定電壓168kV、額定開關電流100kA、額定電流4000A，而10-35kV真空開關已

3、經形成了完整的系列產品。真空斷路器和SF6斷路器相比較具有以下優(yōu)點：1、 真空介質絕緣強度更高，恢復速度更快，斷路器行程更短，操動機構的操作功小，在開斷短路電弧時弧壓降很低，觸頭磨損小，斷路器使用壽命長。2、 真空介質在開斷短路電弧時不會產生對人體有害的物質，而SF6氣體在高溫電弧下可分解出SF4、SO2F2、SOF2等劇毒的低氟化物，對人體安全構成威脅并污染自然環(huán)境。3、 真空斷路器結構簡捷，零部件數(shù)量比SF6斷路器顯著減少，不但降低了成本，還提高了運行可靠性，能在整個壽命中做到少維護甚至無維護。由于真空斷路器的獨特優(yōu)點，使其在中低壓領域的應用在歐洲和美國已占到70%，日本已接近100%，俄

4、羅斯已占50%以上，我國也已占到80%以上。近20年來，真空斷路器的理論研究水平和制造技術都有了長足的發(fā)展，真空斷路器已不僅僅限于中低壓。目前真空斷路器朝著高電壓、大功率和低電壓、大電流的方向發(fā)展。一、 真空斷路器的結構1、 基本組成一般來講，真空斷路器由開斷電流裝置、絕緣支撐、操作機構、傳動機構、分閘儲能機構、基座六部分構成。根據(jù)滅弧室和操作機構的相對位置，真空斷路器分為如下五種形式：落地式、懸掛式、綜合式、支架式、全封閉組合式。操作機構分為電磁操作機構、彈簧操作機構、液壓操作機構、氣動操作機構、彈簧液壓操作機構五種類型。2、 真空滅弧室真空滅弧室是真空斷路器中最重要的部分，一般來講，真空滅

5、弧室由動、靜觸頭，絕緣外殼，屏蔽罩和微波管等部分組成。動觸頭位于滅弧室下部，在與其連接的導電桿周圍和外殼之間裝有導向管，以保證動觸頭在上下方向準確的運動。一般在導電桿下方位于滅弧室外部的表面有一個圓點狀標記?？梢詮乃綔缁∈蚁露讼鄬ξ恢玫淖兓闆r觀察到觸頭磨損程度。滅弧室內不低于Pa的高真空狀態(tài)。靜觸頭和動觸頭以及與它相連的導電桿在閉合位置時構成導電回路，而在觸頭分離時則行成斷路，斷口處即是產生真空電弧和進行熄弧過程的弧腔。絕緣外殼的作用是支持動、靜觸頭和屏蔽罩等金屬部分。它與這些部件氣密的焊接在一起，以確保滅弧室內的高真空度。屏蔽罩位于動、靜觸頭周圍，一般由不銹鋼制成。在斷路器和負荷開關滅弧

6、室中，屏蔽罩固定在小絕緣支柱式瓷瓶外殼上，其電位是懸浮的。屏蔽罩的作用是吸收弧腔中在開關電流時真空電弧的金屬蒸氣，使之沉淀并附著在罩內，而不至濺落在絕緣罩的內壁上，避免由此降低滅弧室的絕緣強度。另外屏蔽罩還有改善斷口電場分布，提高斷口耐壓和恢復強度的作用。波紋管是動觸頭與大氣側的動導桿相連接的部分。波紋管的作用是給動觸頭桿提供必要的運動和對大氣密封。真空開關每一次分合都使波紋管的波狀薄壁產生大幅度的機械變形，劇烈而頻繁的機械變形容易使波紋管因疲勞而損壞。波紋管是真空滅弧室外殼的一個組成部分，它一旦損壞，真空管的壽命便會因漏氣而終結。由于其他零件在正常運行中不容易損壞，因此波紋管的疲勞壽命也就是

7、真空滅弧室的機械壽命。二、 真空滅弧室的制作過程真空滅弧室是真空斷路器區(qū)別于其他斷路器的最根本特點，而真空滅弧室的制作也是真空斷路器生產過程中最主要的環(huán)節(jié)。它的制作工藝與大型電子管的制造工藝極其相似，都要涉及到一系列專門技術，如真空技術、玻璃金屬和陶瓷金屬封接技術、特殊的金屬零件焊接技術、真空材料處理技術、檢漏技術等。過程包括：零件加工、零件處理、組裝、檢漏、排氣和老練、封切、測驗等步驟。其中排氣和老練是使真空滅弧室達到一定真空度的重要環(huán)節(jié)，它是對封裝焊好的各部件進行的一項工藝處理。排氣和老練工藝將直接影響到真空滅弧室開斷電流能力和絕緣性能。下面對兩項工藝作簡單介紹：排氣通常采用真空烘烤的方法

8、使材料中所吸附的氣體得以釋放，從而達到去氣的目的。老練是對觸頭進一步去氣的過程，它主要是通過火花放電使觸頭表面溫度升高放出氣體。老練分為電流老練、工頻電壓老練和沖擊電壓老練。同時，通過老練工藝還可以消除觸頭表面的污染物和微小毛刺，從而提高耐高壓擊穿能力。三、 真空斷路器的壽命真空斷路器的壽命包括真空壽命、機械壽命、電壽命三種類型。真空壽命包括真空滅弧室的儲存壽命和最低工作真空度，儲存壽命一般為20年，最低工作真空度為P。真空度可以通過磁控真空計或工頻耐壓法檢測決定。機械壽命前面已經提過一般由真空滅弧室的波紋管決定，而波紋管的壽命又與其使用狀態(tài)有關，因此機械壽命可以通過真空開關上的計數(shù)器得知。電

9、壽命是指真空滅弧室成功開斷額定短路電流的次數(shù)或開斷額定電流的次數(shù)。但在實際應用中電壽命無法用次數(shù)統(tǒng)計，只能根據(jù)觸頭燒損量或由于觸頭燒損沉積在絕緣外殼內表面的金屬蒸發(fā)物是否嚴重影響絕緣或出頭表面嚴重燒損后影響絕緣等因素確定。一般規(guī)定觸頭的燒損量為3mm，絕緣外殼內表面的絕緣和額定開距時出頭間的絕緣可以通過工頻耐壓和沖擊耐壓檢驗四、 真空斷路器的運行與維護真空斷路器投入使用后應經常擦拭絕緣外殼，使之保持清潔干燥以免降低耐壓水平。定期調整真空開關的超程，保持觸頭間的距離。定期用工頻耐壓法檢查真空滅弧室的真空度，如出現(xiàn)明顯的輝光放電或持續(xù)放電或耐壓水平下降現(xiàn)象，應及時更換真空滅弧室。定期檢查真空滅弧室觸頭燒損標志的位置，推算觸頭燒損量，當燒損量達到3mm時，表面電壽命已經終止應更換滅弧室。華北電網有限公司交接和預防性試驗規(guī)程中規(guī)定真空斷路器應安排整體絕緣電阻、交流耐壓、導電回路電阻、機械特性、觸頭開距和超行程、動作電壓以及分合閘線圈的直流電阻和絕緣電阻。另外，真空度測試要求在有條件時進行。根據(jù)真空斷路器的工作原理和結構，對真空斷路器的超程檢測和真空滅弧室真空度的檢測（目前主要依靠斷口耐壓）構成了真空斷路器區(qū)別于其他開關的特點。五、 真空斷路器常見故障分析真空斷路器故障大體分為五種情況，具體歸納為：1) 真空滅弧室真空度下