真空斷路器發(fā)展史

關(guān)于真空斷路器發(fā)展史第1頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)36分，星期五1真空斷路器的發(fā)展簡史

2真空滅弧室

3操動(dòng)機(jī)構(gòu)的發(fā)展

4絕緣結(jié)構(gòu)的發(fā)展

5展望發(fā)展

6西門子著名的3AH真空斷路器

7新聞（最新產(chǎn)品）第2頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)36分，星期五

真空斷路器是指觸頭在真空中關(guān)合、開斷的斷路器。它以其具備良好的滅弧特性,適宜頻繁操作,電氣壽命長、運(yùn)行可靠性高、不檢修周期長的優(yōu)勢,在當(dāng)今我國電力工業(yè)城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造、化工、冶金、-鐵道電氣化以及礦山等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。產(chǎn)品從過去的ZN1-ZN5幾個(gè)品種到現(xiàn)在數(shù)十個(gè)型號(hào)、品種,額定電流達(dá)到4000A,開斷電流達(dá)到5OKA,甚至有63kA,電壓達(dá)到35kV等級。

第3頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)36分，星期五1、真空斷路器的發(fā)展簡史：

1893年，美國的里頓豪斯提出了結(jié)構(gòu)簡單的真空滅弧室，并獲得了設(shè)計(jì)專利。

1920年瑞典佛加公司第一次制成了真空開關(guān)。

1926年美國索倫森等公布的研究成果也顯示了在真空中分?jǐn)嚯娏鞯目赡苄?，但因分?jǐn)嗄芰π。质艿秸婵占夹g(shù)和真空材料發(fā)展水平的限制，尚不能投入實(shí)際使用。

50年代美國才制成第一批適用于切斷電容器組等特殊要求的真空開關(guān),分?jǐn)嚯娏魃型Ｔ?千安的水平。

第4頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)36分，星期五真空開關(guān)的發(fā)展促進(jìn)了真空斷路器的產(chǎn)生

1961年，美國通用電氣公司開始生產(chǎn)15千伏、分?jǐn)嚯娏鳛?2.5千安的真空斷路器。

1966年試制成15千伏、26千安和31.5千安的真空斷路器，從而使真空斷路器進(jìn)入了高電壓、大容量的電力系統(tǒng)。

20世紀(jì)70年代后,日本東芝電氣公司研制成功了具有縱向磁場觸頭的真空滅弧室,使額定開斷電流又進(jìn)一步提高到5OKA以上。

80年代中期，真空斷路器的分?jǐn)嗄芰σ堰_(dá)100千安。

中國從1958年開始研制真空開關(guān)，1960年西安交通大學(xué)和西安開關(guān)整流器廠共同研制成第一批6.7千伏、分?jǐn)嗄芰?00安的真空開關(guān);隨后又制成10千伏、分?jǐn)嗄芰?.5千安的三相真空開關(guān)。

1969年華光電子管廠和西安高壓電器研究所制成了10千伏、2千安單相快速真空開關(guān)。70年代以后，中國已能獨(dú)立研制和生產(chǎn)各種規(guī)格的真空開關(guān)。

目前真空斷路器己廣泛用于1OKV、35kV配電系統(tǒng)中,額定開斷電流己能做到5OKA-100KAo有些國家還生產(chǎn)了72kV/84kV級的真空滅弧室,但數(shù)量不多。

第5頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)36分，星期五

2、真空滅弧室

真空滅弧室是真空斷路器的關(guān)鍵部件,它是采用玻璃或陶瓷作支撐及密封,內(nèi)部有動(dòng)、靜觸頭和屏蔽罩,室內(nèi)有負(fù)壓,真空度為133×10或133×lOJPa,保證其開斷時(shí)的滅弧性能和絕緣水平。

真空斷路器在真空滅弧室內(nèi)開斷電流并進(jìn)行滅弧,而真空斷路器本身沒有定性、定量監(jiān)測真空度特性的裝置,所以真空度降低故障為隱性故障,同時(shí),真空度降低將嚴(yán)重影響真空斷路器開斷過電流的能力,并導(dǎo)致斷路器的使用壽命急劇下降嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起開關(guān)爆炸。

第6頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)36分，星期五真空滅弧室存在的主要問題真空度降低。真空度降低的主要原因有以下幾點(diǎn)。

(1)真空斷路器是一個(gè)比較嬌嫩的元件,電子管廠出廠后,經(jīng)過多次運(yùn)輸顛簸、安裝震動(dòng)、意外碰撞等,都有可能產(chǎn)生玻璃或陶瓷封接的滲漏。

(2)真空滅弧室材質(zhì)或制作工藝存在間題,多次操作后出現(xiàn)漏點(diǎn)。

(3)分體式真空斷路器,如使用電磁式操作機(jī)構(gòu),在操作時(shí),由于操作連桿的距離比較大,直接影響開關(guān)的同期、彈跳、超行程等特性加快真空度降低。

真空滅弧室真空度降低的處理方法:

經(jīng)常觀察真空滅弧室定期使用真空開關(guān)真空度測試儀對真空滅弧室進(jìn)行真空度的測量,確保真空滅弧室的真空度在規(guī)定范圍內(nèi);當(dāng)真空度降低時(shí),必須更換真空滅弧室,并做好行程、同期、彈跳等特性試驗(yàn)。

第7頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)36分，星期五近年來,我國真空斷路器的生產(chǎn)發(fā)展也很快。目前國內(nèi)真空滅弧室的技術(shù)與國外產(chǎn)品不相上下,有采用縱向、橫向的磁場技術(shù)、采用中央引燃觸頭技術(shù)的真空滅弧室,Cu-Cr合金材料制成觸頭已成功地開斷5OKA、63kAo中國的真空滅弧室已達(dá)到較高的水平,真空斷路器完全可以選用國產(chǎn)的真空滅弧室。

第8頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)36分，星期五3、操動(dòng)機(jī)構(gòu)的發(fā)展

隨著新材料的應(yīng)用和新型結(jié)構(gòu)的觸頭不斷研制成功，真空斷路器憑借真空滅弧室無與倫比的開斷特性，其電氣壽命和機(jī)械壽命大大增加，逐漸替代了老式的油開關(guān)，被廣泛應(yīng)用于6~10.5ｋＶ的中壓電力系統(tǒng)中作為控制和分配電能的開關(guān)。

真空斷路器的主要功能歸根到底是體現(xiàn)在觸頭的分、合動(dòng)作上，而觸頭的分、合動(dòng)作主要是通過“操動(dòng)機(jī)構(gòu)”來實(shí)現(xiàn)的，因此真空斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能和質(zhì)量優(yōu)劣，將對真空斷路器的工作性能和可靠性起到至關(guān)重要的作用。第9頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)36分，星期五真空斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的發(fā)展歷程

（１）電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)。

最早應(yīng)用在真空斷路器上的操動(dòng)機(jī)構(gòu)是通過電磁力去實(shí)現(xiàn)分、合閘的，故也稱為電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)。

優(yōu)點(diǎn)：

１．結(jié)構(gòu)相對簡單，零件數(shù)量少，制造成本低；

２．開距小（８～２５ｍｍ），較好地迎合了真空滅弧室的要

求。

缺點(diǎn)：

１．合閘線圈功率大，配套的電源設(shè)備價(jià)格昂貴；

２．操作時(shí)沖擊力大，操作時(shí)間長；

３．合閘接觸力小，易引起觸頭跳動(dòng)，從而產(chǎn)生連續(xù)、呈衰減趨勢的電火花；

４．結(jié)構(gòu)笨重，不利于小型化及配網(wǎng)自動(dòng)化。

由于電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)存在上述較多缺陷，故而逐步被市場所淘汰，取而代之的是后續(xù)研制的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)第10頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)36分，星期五（２）彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)。

彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)是利用交、直流兩用電動(dòng)機(jī)對彈簧進(jìn)行預(yù)儲(chǔ)能，利用彈簧的彈性勢能去進(jìn)行分、合閘操作的。

優(yōu)點(diǎn)

１．對電源要求低，沖擊力較?。?/p>

２．可獲得較高的合閘速度，能實(shí)現(xiàn)快速自動(dòng)重合閘。

缺點(diǎn)

１．因完全依靠機(jī)械傳動(dòng)，故傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，零件數(shù)量多，故障率較高；

２．零件加工精度要求高，制造工藝復(fù)雜，制造成本較高。

由于彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)品的可靠性不易保證，限制了真空斷路器向電氣壽命長、免維護(hù)等要求更高的方向發(fā)展。鑒于以上兩種操動(dòng)機(jī)構(gòu)的不足，近年來，一種將永久磁鐵應(yīng)用于操動(dòng)機(jī)構(gòu)中的新型的

“永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)”越來越受到電力行業(yè)的關(guān)注。第11頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)36分，星期五（３）永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)

永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由永久磁鐵和分、合閘控制線圈等部件組成，是用永磁體去實(shí)現(xiàn)真空斷路器合閘保持和分閘保持的一種新型的電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)。當(dāng)合閘控制線圈通電時(shí)，線圈所產(chǎn)生的磁拉力會(huì)使動(dòng)鐵心向下運(yùn)動(dòng)，然后由永久磁鐵將動(dòng)鐵心保持在合閘位置；當(dāng)分閘線圈通電時(shí)，動(dòng)鐵心向反方向運(yùn)動(dòng)，同樣由永久磁鐵將它保持在分閘位置。由于該機(jī)構(gòu)在控制線圈不通電流時(shí)動(dòng)鐵心有兩個(gè)穩(wěn)定工作狀態(tài)合閘或閘）故也稱為雙穩(wěn)態(tài)永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)。

第12頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)36分，星期五永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

１）通過雙線圈分別控制分、合閘操作。即合閘線圈只控制合閘操作，分閘線圈只控制分閘操作，提高了機(jī)構(gòu)的可靠性。

２）采用了全新的磁路設(shè)計(jì)，增大了分、合閘的保持力，減小了分、合閘時(shí)對線圈電流的要求，降低了能耗。

３）機(jī)構(gòu)的下部基座設(shè)計(jì)有聯(lián)動(dòng)軸，可保證分合閘操作時(shí)三相同期性，控制了首開相燃弧時(shí)間（１ｍｓ內(nèi)）。

４）機(jī)構(gòu)的機(jī)械壽命可高達(dá)１０萬次，與傳統(tǒng)的電磁機(jī)構(gòu)和彈簧機(jī)構(gòu)相比，機(jī)械壽命至少提高３倍以上。

５）機(jī)構(gòu)是通過動(dòng)鐵心與主軸傳動(dòng)拐臂相連直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)觸頭的，簡化了傳動(dòng)鏈，無需機(jī)械脫、鎖扣裝置，減少了故障源。

第13頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)36分，星期五4、絕緣結(jié)構(gòu)的發(fā)展

據(jù)有關(guān)的歷史資料對全國電力系統(tǒng)高壓斷路器運(yùn)行中的事故類型統(tǒng)計(jì)分析拒分事故占22.67%;拒合事故占6.48%;開斷關(guān)合事故占9.07%;絕緣事故占35.47%;誤動(dòng)事故占7.02%;截流事故占7.95%;外力及其他事故占11.439毛,其中以絕緣事故和拒分事故最為突出,約占全部事故的60%。所以絕緣結(jié)構(gòu)也是真空斷路器的一大要點(diǎn)根據(jù)相柱絕緣經(jīng)歷的變化發(fā)展,可基本上劃分為三代:空氣絕緣方式、復(fù)合絕緣方式、固封極柱絕緣方式。第14頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)36分，星期五（1）空氣絕緣方式

產(chǎn)品的相間絕緣、對地絕緣和滅弧室外絕緣均為空氣介質(zhì)。這樣斷路器的真空滅弧室多采用懸掛支撐方式,并且要遵循嚴(yán)格的安裝調(diào)試工藝。典型產(chǎn)品國內(nèi)有江蘇長江股份公司的ZN68-12,國外有西門子公司的3AFJAG及3AH等系列產(chǎn)品。

干凈清潔的空氣是良好的絕緣介質(zhì),使用歷史最悠久?？紤]到環(huán)境的影響對單純以空氣作為絕緣介質(zhì)的斷路器及開關(guān)柜的空氣絕緣凈距和爬電比距作出了規(guī)定,在相應(yīng)試驗(yàn)基礎(chǔ)上,對12kV開關(guān)設(shè)備要求各相導(dǎo)體相間和對地凈距達(dá)到125mm,對于瓷質(zhì)和有機(jī)材料絕緣件的爬電比距分別要求18mm/kV、2Omm/kVD但有時(shí)還免不了發(fā)生絕緣事故,在絕緣凈距和爬電比距滿足上述規(guī)定外最好對裸露母線增加硅橡膠套,以進(jìn)一步提高絕緣水平。

為了保證空氣絕緣凈距和爬電比距致使該類型產(chǎn)品的小型化比較困難。

第15頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)36分，星期五（2）復(fù)合絕緣方式

產(chǎn)品的絕緣結(jié)構(gòu)采用固體絕緣和空氣絕緣相結(jié)合的方法,一方面提高了絕緣性能,另一方面可以減少設(shè)備的尺寸。采用絕緣套筒式結(jié)構(gòu),真空滅弧室通過螺栓固定在環(huán)氧樹脂絕緣套筒內(nèi)然后與機(jī)構(gòu)組裝成斷路器。這種斷路器技術(shù)日趨成熟,具有代表性的產(chǎn)品如國產(chǎn)ZN63A、ZN63B型和ABB公司技術(shù)產(chǎn)品VD4型斷路器。

這些措施提高了相間和對地的絕緣,可以避免外部機(jī)械力對滅弧室的沖撞,斷路器尺寸也能減小,但是環(huán)境氣候條件對滅弧室外絕緣的影響還不可避免,對極柱的裝配還是有比較高的工藝要求。

第16頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)36分，星期五（3)固封極柱絕緣方式

固封極柱又稱為澆注式極柱結(jié)構(gòu),這是中壓真空斷路器絕緣結(jié)構(gòu)的重大變革。固封式真空斷路器的研究工作始于上個(gè)世紀(jì)末,德國ABBCalorEIIlang公司為發(fā)展免維護(hù)真空斷路器而開發(fā)在國內(nèi),2003年7月西安高壓電器研究所與廈門華電開關(guān)有限公司聯(lián)合開發(fā)的ZN96(VEP)-12/1250-315型固封式真空斷路器率先通過國家級鑒定,之后該產(chǎn)品發(fā)展很快,高參數(shù)產(chǎn)品不斷推出產(chǎn)品正在完成系列化,它已經(jīng)成為近年來發(fā)展最快的一類高壓電器產(chǎn)品。

它的主要特點(diǎn)是將真空滅弧室及導(dǎo)電端子等零件用環(huán)氧樹脂通過APG工藝(環(huán)氧樹脂自動(dòng)壓力凝膠工藝)包封成極柱,然后與機(jī)構(gòu)組裝成斷路器。

固封式真空斷路器的結(jié)構(gòu)在機(jī)構(gòu)部分根據(jù)選用不同的機(jī)構(gòu)可能差異比較大些,但極柱的外形、結(jié)構(gòu)差異不大,但其功能都是一樣的,它的優(yōu)點(diǎn)主要有:

第17頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)36分，星期五(1)提高了產(chǎn)品的絕緣水平及抗污能力。

(2)小型化,減小了斷路器及其配用的開關(guān)柜體積。

(3)防止了真空滅弧室易受外界撞擊的危險(xiǎn)。

(4)增強(qiáng)了主回路的外爬距,提高了滅弧室耐受電壓水平。

(5)滅弧室的免維護(hù),為斷路器免維護(hù)創(chuàng)造了條件。

固封式真空斷路器的電氣性能除了決定真空滅弧室外,極柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也至關(guān)重要。極柱結(jié)構(gòu)除考慮絕緣外,還應(yīng)考慮強(qiáng)度及散熱問題。大電流情況下,甚至要與真空滅弧室一并考慮。從性能、成本上綜合考慮,真空滅弧室亦單獨(dú)設(shè)計(jì)成一個(gè)系列較為合理。

第18頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)36分，星期五5展望發(fā)展

從國內(nèi)外真空斷路器新產(chǎn)品品種的產(chǎn)生上及展覽會(huì)上,德國漢諾威博覽會(huì)為世界上最大的工業(yè)展覽會(huì),素有新產(chǎn)品櫥窗之美,可以看出真空斷路器的發(fā)展趨向于專用化、小型化、智能化、低過電壓幾大方向。

第19頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)36分，星期五(1)專業(yè)化

如用于發(fā)電機(jī)保護(hù)斷路器的特大容量真空斷路器(短路開斷電流高達(dá)3~8OKA及以上),標(biāo)準(zhǔn)型真空斷路器(短路開斷電流25~5OKA),經(jīng)濟(jì)型真空斷路器(16KA~25KA),頻繁型真空斷路(如操作次數(shù)54萬次),超頻繁型真空斷路器(如操作次數(shù)1615萬次)。

(2)小型化，高可靠性

為了提高可靠性、降低成本一直努力減少零件數(shù)、縮小管徑。

第20頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)36分，星期五(3)智能化

真空斷路器在保留斷路器原有的各種功能外,必須具有對電路的異常狀況進(jìn)行檢測與判定以及具有一定的指令功能等也就是把計(jì)算機(jī)加入機(jī)械系統(tǒng),使開關(guān)系統(tǒng)有了“大腦”,再加“傳感器”采集信息,用光纖傳導(dǎo)信息,使開關(guān)系統(tǒng)有了“知覺”,大腦根據(jù)“知覺”做出判斷與決定使系統(tǒng)有了“智能”,這是配電自動(dòng)化的需要,也是斷路器本身控制保護(hù)的需要。如Alstorn公司的DCX型可編程序數(shù)字控制裝置,ABB公司的REF542型控制和保護(hù)裝置,西門子公司第二代數(shù)字保護(hù)裝置等。

我國為了使斷路器趕上國際先進(jìn)水平，決定把開發(fā)智能化斷路器列為“八五”重點(diǎn)開發(fā)項(xiàng)目.

目前國內(nèi)有的廠正在著手開發(fā)4000A、5000A的智能型斷路器

第21頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)36分，星期五(4)低過電壓

真空斷路器開斷小電流容易發(fā)生截流,引起過電壓。過電壓是人們使用真空斷路器最關(guān)心的問題。一般解決方法有兩種:第一種是加裝過電壓吸收裝置(RC回路、ZnO避雷器),但它作為真空斷路器的附加裝置,不僅使真空斷路器結(jié)構(gòu)復(fù)雜化,而且增加成本;另一種方法也是今后要致力研究的課題,采用低電壓觸頭材料。研究采用低電壓觸頭材料日本幾家公司走在前列。富士康公司開發(fā)了CuCr添加高蒸氣材料、三菱公司開發(fā)了CuCrBiα多元觸頭材料,東芝公司開發(fā)了新型的AgWC觸頭材料開斷短路電流達(dá)40KA。第22頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)36分，星期五6、西門子著名的3AH真空斷路器第23頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)36分，星期五第24頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)36分，星期五第25頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)36分，星期五第26頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)36分，星期五最顯著的優(yōu)點(diǎn)：

穩(wěn)定的絕緣性能—在真空環(huán)境下，沒有分解物，由于嚴(yán)格地封閉，外界環(huán)境對其無影響。

恒定的觸頭接觸電阻—由于真空下無氧氣，能保持觸頭表面的清潔。因此，在設(shè)備的整個(gè)壽命周期內(nèi)，觸頭接觸電阻一直維持在較小水平。

開端次數(shù)高—額定電流開斷最高達(dá)30000次，短路電流開斷次數(shù)可高達(dá)100次第27頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)36分，星期五7、新聞（最新產(chǎn)品）第28頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)36分，星期五1、福州天宇電氣開關(guān)元件事業(yè)部研制的新產(chǎn)品ZW□-12/T630-20型戶外柱上真空斷路器，日前在沈陽機(jī)械工業(yè)高壓電器設(shè)備質(zhì)量檢測中心一次性順利通過國家規(guī)定的所有型式試驗(yàn)項(xiàng)目，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的所有試驗(yàn)項(xiàng)目要求。

12kV戶外柱上真空斷路器的開發(fā)成功，增加了福州天宇電氣公司新的產(chǎn)品種類，也為城市及農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)提供了新的可選產(chǎn)品。

第29頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)36分，星期五2、泰永科技股份有限公司又推出了一款全新的塑料看似體積小巧的MB50系列斷路器，分?jǐn)嗄芰Ω?、飛弧短，還具備隔離功能。當(dāng)線路出現(xiàn)過載故障時(shí)，斷路器會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并且不會(huì)跳閘，保障了供電的連續(xù)性。更讓人驚喜的是，MB50雖然只是一款普通斷路器，卻具有智能化功能——斷路器熱脫扣的動(dòng)作閥值與磁脫扣動(dòng)作閥值可以根據(jù)需要現(xiàn)場調(diào)整設(shè)置，能夠很好實(shí)現(xiàn)上下級之間的選擇性保護(hù)，這是普通塑料外殼式斷路器所無法企及的第30頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)36分，星期五

3、國產(chǎn)新式363型罐式六氟化硫斷路器采用單斷口、無電容結(jié)構(gòu)，整體布置緊湊、簡潔；額定電流5000A、額定短時(shí)耐受電流63kA、機(jī)械壽命5000次，性能穩(wěn)定可靠、使用壽命長、綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)高；其液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)采用進(jìn)口控制閥，液壓管路全部內(nèi)置