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1、,开关柜,真空开关的发展,1893年,美国人，里顿豪斯 发明第一只真空灭弧室，并申请专利,1920年,瑞典公司 研制出世界上第一台真空开关,1926年,加利福尼亚工学院，索伦森教授 发表真空开关的试验结果，并预言真空开关时代即将到来,1956年,美国，罗斯改造真空开关，试制出15kV 200A的真空开关,1961年,美国，GE公司研制出15kV 12.5kA的真空断路器,从此，真空开关正式进入电力开关行业，在全球范围内得到认可和发展,我国真空开关的发展,1958年,西交大和西开 4kV，5kA的真空灭弧室,1960年,西高所 6.7kV， 500A单相真空开关,1964年,西交大 10kV，1
2、500A三相真空开关,1984年,宝光（4401） 引进真空断路器的全套制造技术（含真空灭弧室技术）,1986年,华光（777） 引进WH真空灭弧室技术（含触头材料技术）,从此，我国的真空开关得到了快速的发展,1968年,华光（777） 第一只商用真空灭弧室,1992年,天津会议 确立了真空开关在电力系统的广泛引用,ZN2812系列真空断路器外观图,开关柜图片,SSBEA永磁断路器和普通断路器结构比较,由于真空断路器要完成：合闸与合闸保持、分闸与分闸保持、过流脱扣与自由脱扣等许多规定的操作，不管是电磁机构还是弹簧机构，其结构都显得非常复杂； 永磁机构是用微电子技术控制电磁线圈输出功进行合闸和分
3、闸操作，并利用永磁体产生的吸合力使断路器保持在合闸（也可包括分闸）状态。精确设计的电子单元，可使 永磁机构的出力特性达到十分理想的程度。,真空断路器的分合部分,真空断路器概述 真空断路器因其灭弧介质和灭弧后触头间隙的绝缘介质都是高真空而得名；其具有体积小、重量轻、适用于频繁操作、灭弧后不用检修的优点，在配电网中应用较为普及。 真空断路器：在真空容器中进行电流开断与关合的断路器。,一、真空及真空度 1、基本概念 真空：是指在给定的空间内压力低于一个大气压的气体状态，绝对压力等于零的空间称为绝对真空。 真空间隙气体稀薄，气体分子的自由行程大，发生碰撞游离的机会少，击穿电压高，绝缘强度高。,真空度：
4、即真空的程度，用气体的绝对压力值来表示，绝对压力值越低表示真空度越高。要满足真空灭弧室的绝缘强度要求，真空度一般要求在1.3310-31.3310-7Pa之间。 1标准大气压P=101325 Pa 真空度的换算： 1Toor = 1mmHg =133.32Pa=1.3310-3 bar,2、我国真空度的划分： 粗真空：真空压力在1.01105 Pa_1.33102 Pa 低真空：真空压力在1.33102 Pa _ 1.3310-1 Pa 高真空：真空压力在1.3310-1 Pa _ 1.3310-6Pa 超高真空：真空压力在1.3310-6 Pa _1.3310-10 Pa 极高真空：真空压力
5、小于1.3310-10 Pa 工厂出厂的新真空灭弧室的真空度要求达到1.3310-6 Pa,3、真空中的电弧： 真空电弧的实质：触头电极蒸发出来的金属蒸汽导电。 真空电弧的形成：在开断电流时，随着触头的分离，触头接触面积迅速减少，其电流密度非常大，温度急剧升高，使接触点的金属熔化并蒸发出大量的金属蒸汽。由于金属蒸汽温度很高，同时又存在很强的电场，导致金属蒸汽的电离，从而发展成真空电弧。,二、真空断路器的特点 1、分断能力高、熄弧能力强 真空介质具有优异的介质强度和灭弧性能，真空介质恢复速率快达25kVs；触头开距间的真空耐压强度达60kVmm以上。 2、触头电磨损小、电寿命长 1）真空介质中的
6、燃弧时间短，一般不超过半个周期，电弧电压低，通常为20-100V，所以电弧能量小，对触头的电磨损小。,2）分断电路时，触头间形成金属液桥，在高温、高电流密度的作用下金属被熔化和蒸发，向触头间隙喷出大量金属蒸气，继而形成金属蒸气电弧。当电流过零熄灭的瞬间，弧隙间的金属微粒除部分向触头四周扩散，并在屏蔽罩等零部件上附着冷凝以外，大部分金属蒸气微粒溅落在触头表面上，并迅速凝结与复合，形成新的金属层，所以触头材料的损耗较小。,3）、在真空电弧中，触头材料的损耗与负荷电流成正比，而在空气电弧中，触头材料的损耗与负荷电流的平方成正比，所以真空触头的电寿命长。真空断路器触头的电寿命，满容量开断达3050次，
7、额定电流开断达5000次以上。,3、触头开距小、机械寿命长 由于触头开距小，操动机构的操作功就小，机械传动部分行程也小，其机械寿命自然就长，真空断路器的机械寿命已达10000次以上。,4、结构简单、维修方便 触头完全封闭在真空灭弧室内，所以不需要检修，只需定期对断路器表面除尘，检查连接件的松动情况并给以紧固，定期检查灭弧室的真空度。若触头磨损超过规定、真空度降低和切断短路电流达到规定次数，就应更换灭弧室,三、真空断路器的组成 真空断路器主要由真空灭弧室、支架和操动机构三部分组成。 真空灭弧室 真空灭弧室是真空断路器的核心元件，真空开关的合、分操作，是通过位于真空灭弧室外的操动机构使真空灭弧室内
8、的一对对置触头闭合或分离来完成的。具有开断、导电和绝缘的功能，主要由气密绝缘系统 、导电系统、屏蔽系、波纹管及其他零部件组成。,1静端盖板 2主屏蔽罩 3触 头 4波 纹 管 5动端盖板 6静导电杆 7绝缘外壳 8动导电杆,（一）气密绝缘系统 由玻璃、陶瓷或微晶玻璃制成的气密绝缘筒、 动端盖板、定端盖板、不锈钢波纹管组成气密绝 缘系统。为了保证气密性，除了在封接时要有严 格的操作工艺外，还要求材料本身透气性和内部 放气量小。,1、绝缘外壳 既是真空容器，又是动静触头间的绝缘体。 作用：支持动静触头和屏蔽罩等金属部件与这些部件气密地焊接在一起，以确保灭弧室内的高真空度。 材料：硬质玻璃、氧化铝陶
9、瓷或微晶玻璃。,（二）导电系统 定导电杆、定跑弧面、定触头、动触头、动 跑弧面、动导电杆构成了灭弧室的导电系统。,触头：既是关合时的通流元件，又是开断时的灭弧元件。 材料：铜铋合金和铜铬合金。 结构：对接式，有三种类型，即平板触头、横向磁场触头和纵向磁场触头。特点：利用磁场力使真空电弧很快地运动，防止在触头上产生需要长时间冷却的受热区域。,（a）平板触头；（b）杯状触头（横磁场）；（c）螺旋触头（横磁场）；（d）纵磁场触头；（e）纵平板触头（a）：现已被淘汰。,1、对真空灭弧室触头材料的要求 （1）足够的适合于切断额定电流和短路电流的能力。 （2）低截流水平。 （3）抗熔焊性好，并要求有小的熔
10、焊强度。 （4）耐压性能好。 （5）良好的导电性能和导热性能。 （6）低含气量。 （7）耐电磨损性能好。 （8）机械加工性能好。,动、静触头分别焊在动、静导电杆上，用波纹管实现密封。动触头位于灭弧室的下部，在机构驱动力的作用下，能在灭弧室内沿轴向移动，完成分、合闸。在与动触头连接的导电杆周围和外壳之间装有导向管。用以保证动触头在上、下方向准确地运动。导向管采用低摩擦力的绝缘材料制作。,（三）屏蔽系统 屏蔽罩是真空灭弧室中不可缺少的部件，有围绕触头的主屏蔽罩、波纹管屏蔽罩和均压用屏蔽罩等多种。 材料：采用铜或钢制成，要求具有较高的热导率和优良的凝结能力。,1、主屏蔽罩：装设在触头的周围，一般固定
11、在绝缘外壳内的中部. 作用： 1）防止燃弧过程中触头间产生的大量金属蒸汽和金属颗粒喷溅到绝缘外壳的内壁，导致外壳的绝缘强度降低或闪络。 2）改善灭弧室内部电场的均匀分布，降低局部电场强度，提高绝缘性能，有利于促进真空灭弧室小型化。,3） 吸收部分电弧能量，冷却和凝结电弧生成物，有利于提高电弧熄灭后间隙介质强度的恢复速度，这对于增大灭弧室的开断能力起到很大作用。 2、波纹管屏蔽罩：包在波纹管的周围，防止金属蒸汽溅落在波纹管上，影响波纹管的工作和降低其使用寿命。 3、均压屏蔽罩：装设在触头附近，用于改善触头间的电场分布。,（四）波纹管：用于保证动触头在一定行程范围内运动时，不破坏灭弧室的密封状态。
12、 材料：通常采用不锈钢。 结构：液压成形和膜片焊接两种。 波纹管是真空灭弧室中最易损坏的部件，真空断路器触头每分合一次，波纹管便产生一次机械变形，长期频繁和剧烈的变形容易使波纹管因材料疲劳而损坏，其金属的疲劳寿命，决定了真空灭弧室的机械寿命。,1、真空灭弧室的机械寿命 1）真空断路器18万次(特殊的要求10万次)。 2）负荷开关1030万次。 3）真空接触器100500万次 2、波纹管的种类 波纹管种类很多，在真空灭弧室中只采用液压成形波纹管和薄片焊接波纹管。,（五）其他零部件 1、导电杆:真空灭弧室的导电杆除了考虑在运行中通过额定电流和短路电流外，还要考虑真空断路器在分、合操作时的机械撞击中
13、不发生弯曲和形变，要有一定的导电能力和机械强度。,真空灭弧室导电杆在导通电流时会发热，但发热情况和其他灭弧室略有不同。因为触头和导电杆一部分在真空中，产生的热量不可能依靠对流散出去，热辐射也只能散去很少。热量主要是通过热传导传到伸出灭弧室外面部分的导电杆，然后以对流方式传递到空气中去，在其他情况相同时，真空灭弧室导电杆比其他介质灭弧室导电杆的温度要高一些。所以，真空灭弧室导电杆的电流密度取的较低，一般为12Amm2，导电杆一般都使用无氧铜制造，而且为满足导电杆与整机操动机构连接的机械强度，通常会在动导电杆端部加焊一段由不锈钢制造的连接头。,2、固定元件 为了将真空灭弧室固定在真空断路器整机的框
14、架上，并满足一定的机械强度，在真空灭弧室的两端都设置有加强盖板，加强盖板随着整机结构的不同要求有三种固定方式：静触头端固定在框架上、动触头端固定在框架上和将真空灭弧室夹在框架之间目前，我国大多数采用两端固定方式和静触头固定方式。,3、导向套 导向套的作用是保证真空断路器在分、合闸过程中动导电杆沿灭弧室轴线作直线运动。导向套通常装在动导电杆处，固定在真空灭弧室的动端盖板上，也有装在真空断路器的支架上的。导向套的设计和安装质量，直接影响真空断路器的使用寿命和分、合闸速度,四、安装与调试 1、真空断路器通常采用整体安装，在安装前一般不需要进行拆卸和调整。真空断路器安装完毕，应按要求进行工频耐压试验、
15、机械特性的测试和操动机构的动作试验。,2、在验收时检查：断路器安装应固定牢靠，外表清洁完整；电气连接应可靠且接触良好；真空断路器与其操动机构的联动应正常，无卡阻；分、合闸指示正确，辅助开关动作应准确可靠，触点无电弧烧损；灭弧室的真空度应符合产品的技术规定；绝缘部件、瓷件应完整无损；并联电阻、电容值应符合产品的技术规定；油漆应完整、相色标志正确，接地良好。,五、维护与检修 1、真空断路器本体故障 真空断路器本体不需要检修，真空灭弧室损坏或寿命终止时只能更换。 1）真空灭弧室真空度降低： 定期检查真空灭弧室的真空度，有异常现象应立即更换。真空度的检测方法：火花检漏计法、观察法、交流耐压法、真空度测
16、试仪测定等 2）回路电阻超标。 3）本体绝缘降低。,真空断路器的绝缘子、绝缘杆及灭弧室外壳应经常保持清洁；操动机构和其他传动部分应保持有干净的润滑油，动作灵活；对变形、磨损严重的零部件应及时更换；定期检查紧固件，防止松动、断裂和脱落 2、操动机构检修维护 1）二次回路电气故障。 2）储能电机、分闸线圈、合闸线圈和行程开关等机械元件故障,六、操动机构的检修 1、活动的部位均应加干净的润滑油，使机构灵活，减少磨损，并及时更换已损坏或磨损严重的部件；检查所有的紧固件防止松脱，做到合闸不弹跳，分闸不反弹，动作轻巧，不卡不涩，配合紧凑。对于CT19等操动机构，要注意合闸半轴与扣板、分闸半轴与扣板的扣接量调整，扣接量一般要求在1825mm之间。,2、机械参数的调整 (一)额定开距：是指断路器处于分闸时，真空断开关管两触头之间的距离（真空断路器真空开关动触头由合闸状态至分闸状态所走的位移）。 额定开距的选择：通常取决于额定电压，其次是触头材料。 真
