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1、空气主断路器与真空主断路器特性比较学 生 姓 名： 学 号： 专 业 班 级： 指 导 教 师： 西安铁路职业技术学院毕业设计摘 要真空断路器是以真空作为绝缘介质和灭弧介质，利用真空耐压强度高和介质强度恢复速度快的特点进行灭弧的。本文通过对空气断路器和真空断路器的研究。分析了空气断路器和真空断路结构组成和动作原理，从使用寿命的长短及检修周期出发，讨论了空气断路器和真空断路器工作参数和常规检测方法。其次，在分析理论的基础上，结合实际工作环境，详细介绍了空气断路器和真空断路器的工作条件。最后文章根据断路器的工作特点及系统性能要求，结合真空断路器、空气断路器的特点参数，对比得出：与空气断路器相比，真
2、空断路器具有结构简单、工作可靠、动作速度快、绝缘强度高、维修方便等优点。关键字：空气断路器 真空断路器 动作原理 常规检测 - I -目 录摘 要I引 言11 断路器的概述21.1 基本概念21.2 开断过程21.3 基本结构及特性21.4 断路器分类32 空气断路器与真空断路器结构比较42.1 空气断路器结构42.2 真空断路器结构52.3 动作原理63 工作原理及参数比较93.1 空气断路器工作原理93.2 真空断路器工作原理及作用113.4 参数比较144空气断路器具体介绍154.1空气断路器主要附件154.1.1内部附件154.1.2外部附件164.2 空气断路器工作条件184.3 国
3、家标准185 真空断路器具体介绍195.1国内主要依据标准195.2 技术参数205.3机械特性205.4开距215.4.1触头接触压力215.4.2接触行程225.5 分、合闸225.5.1 平均合闸速度225.5.2 平均分闸速度225.5.3 合闸弹跳时间235.5.4 合、分闸不同期性235.5.5 合、分闸时间235.6 回路电阻235.7 开关设备245.7.1 开关柜介绍245.7.2 开关柜常见分类246 空气断路器与真空断路器常规检测246.1 空气断路器检测246.2 真空断路器检测24总 结26致 谢27参考文献28-29引 言真空断路器处于合闸位置时，其对地绝缘由支持绝
4、缘子承受，一旦真空断路器所连接的线路发生永久接地故障，断路器动作跳闸后，接地故障点又未被清除，则有电母线的对地绝缘亦要由该断路器断口的真空间隙承受；各种故障开断时，断口一对触子间的真空绝缘间隙要耐受各种恢复电压的作用而不发生击穿。因此，真空间隙的绝缘特性成为提高灭弧室断口电压，使单断口真空断路器向高电压等级发展的主要研究课题。空气开关也就是断路器，在电路中作接通、分断和承载额定工作电流，并能在线路和电动机发生过载、短路、欠压的情况下进行可靠的保护。断路器的动、静触头及触杆设计成平行状，利用短路产生的电动斥力使动、静触头断开，分断能力高，限流特性强。空气断路器是利用压缩空气把电弧拉长吹灭进行灭弧
5、的，真空断路器是以真空作为绝缘介质和灭弧介质，利用真空耐压强度高和介质强度恢复速度快的特点进行灭弧的。与空气断路器相比，具有结构简单、工作可靠、动作速度快、绝缘强度高、维修方便等优点。采用真空断路器可以彻底避免以往空气断路器灭孤室瓷 瓶爆炸，非电性电阻瓷瓶爆炸，隔离开关轴折断、主阀卡位漏风、控制线圈烧损等惯性故障，减少机车事故，保证铁路运输安全。同时可延长主断路器的检修周期， 减少维修工作量，降低检修成本。TDV3型真空断路器机械寿命达4万次以上。1 断路器的概述1.1 基本概念断路器（英文名称：circuit-breaker，circuit breaker）是指能够关合、承载和开断正常回路条
6、件下的电流，并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件（包括短路条件）下的电流的开关装置。断路器可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件。目前，已获得了广泛的应用。主要用途是接通或断开电路，在电力系统中起保护和控制作用。电力系统对断路器的基本要求是具有足够的开断能力和尽可能短的切断时间，保证系统中无故障部分的正常运行。1.2 开断过程当断路器接到分闸指令后，传动机构带动绝缘拉杆使可分触头机械分离，开始燃弧，灭弧装置内
7、的绝缘介质使电弧熄灭，主电路断开（如图示1.1）。图1.1 开断过程1.3 基本结构及特性断路器由导电回路、可分触头、灭弧装置、绝缘部件、底座、传动机构、操动机构组成，断路器的核心部件是灭弧装置和操作机构。断路器的特性主要有：额定电压Ue；额定电流In；过载保护（Ir或Irth）和短路保护（Im）的脱扣电流整定范围；额定短路分断电流（工业用断路器Icu；家用断路器Icn）等。额定工作电压（Ue）：这是断路器在正常（不间断的）的情况下工作的电压。额定电流（In）：这是配有专门的过电流脱扣继电器的断路器在制造厂家规定的环境温度下所能无限承受的最大电流值，不会超过电流承受部件规定的温度限值。短路继电
8、器脱扣电流整定值（Im）：短路脱扣继电器（瞬时或短延时）用于高故障电流值出现时，使断路器快速跳闸，其跳闸极限Im。额定短路分断能力（Icu或Icn）：断路器的额定短路分断电流是断路器能够分断而不被损害的最高（预期的）电流值。标准中提供的电流值为故障电流交流分量的均方根值，计算标准值时直流暂态分量（总在最坏的情况短路下出现）假定为零。工业用断路器额定值（Icu）和家用断路器额定值（Icn）通常以kA均方根值的形式给出。短路分断能力（Ics）：断路器的额定分断能力分为额定极限短路分断能力和额定运行短路分断能力两种。1.4 断路器分类按安装地点可分为户内式和户外式两种 。 按灭弧介质不同分为：油断路
9、器（多油断路器和少油断路器）、压缩空气断路器、真空断路器、SF6断路器。由于油断路器开断速度慢且容易引起火灾，压缩空气断路器噪声大，运行费用高，已逐渐被淘汰，真空和SF6断路器是应用最广泛的开关电器。按电压等级分为中压断路器（35KV-66KV）、高压断路器（126KV-363KV）、超高压断路器（550KV-800KV）和特高压断路器(800KV-1100KV），目前断路器的最高电压是1100KV。按操作方式分：有电动操作、储能操作和手动操作；按结构分：有万能式和塑壳式；按使用类别分：有选择型和非选择型；按灭弧介质分：有油浸式、六氟化硫、真空式和空气式；按动作速度分：有快速型和普通型；按极数
10、分：有单极、二极、三极和四极等；按安装方式分：有插入式、固定式和抽屉式等。2 空气断路器与真空断路器结构比较2.1 空气断路器结构 空气断路器所有部件分上下两部分装在铸铝制成的底板上。底板安装在机车顶盖上，用密封圈使底板同顶盖间密封。露在车顶上的为高压部分，主要有灭弧室、非线性电阻、支持绝缘子、隔离开关和转动绝缘子等部件；装在底板下部的为低压部分，主要有储气缸、主阀、延时阀、传动气缸、起动阀、分闸电磁铁、合闸电磁铁、辅助触头和定位机构等部件。它的结构特点是机车气源充足，容易实现频繁的操作；开断能力大，燃弧时间短，动作快；无火灾危险；结构复杂，加工和装配要求高；由于开短能力太大，在开断小电感电流
11、时容易产生截流过电压，为抑制截流过电压，常采用在主触头间并联非线形电阻的办法；由于隔离开关的开断噪音和压缩空气吹灭电弧时的噪音都很大，使得它操作时噪音很大。空气断路器除了触头等主要的零部件外，还有外罩用于防止外界脏物污染触头；缓冲垫，用来缓和动主触头开断时触头弹簧对挡圈的撞击；而且空气断路器的灭弧室介质为空气，气路回路多，容易产生故障，机车每次行驶三个月就要进行库检，拆下来修一次，也要一，两天的时间空气断路器的灭弧室结构如图2.1所示：图2.1灭弧室1网罩；2外罩；3挡圈；4缓冲垫；5触头弹簧；6弹簧座；7法兰盘；8固定盘；9导电管；10弹簧；11灭弧室瓷瓶；12动触头；13静触头；14静触头
12、杆；15风道接头；16套筒；17隔离开关及触头。静触头13的头部为球状，端部镶着耐电弧的铂块，以提高耐弧性能；它固定在风道接头15上，通过套筒16与隔离开关静触头17相连。动触头12呈管状，其一端为工作端，工作端的管内壁作成弧形，成一“喷口”，以利于与静主触头球面有良好接触及产生良好的吹弧作用；另一端与一圆环形弹簧座6相贴。弹簧座后顺次接有触头弹簧5、缓冲垫4、挡圈3、网罩1和外罩2。动主触头的外面装有与它既有相对滑动也有良好电接触的导电管9。导电管由铜管铣成多瓣形，通过弹簧10弹性地套装在动主触头上，其尾端固定在法兰盘7上。因此，从法兰盘引入的高压电源通过导电管传至动主触头。触头弹簧5的张力
13、较大，它一方面使动，静主触头间具有一定的接触压力，另一方面使动。静主触头开断后能自行恢复闭合状态。缓冲垫4用来缓和动主触头开断时触头弹簧5对挡圈3的撞击。网罩1在动主触头开断过程中起消音作用。外罩2用于防止外界脏物沾污主触头，其下部有排气孔。 当主断路器处于闭合状态时，主动触头在触头弹簧5的作用下与静触头闭合。当分闸阀得电时，压缩空气进人灭弧室，推动主动触头克服触头弹簧5的压力向左移动，动、静触头间产生的电弧进人主动触头“喷口”，拉长、冷却，进而强迫熄灭。废气通过网罩由外罩下方排气孔排入大气。主断路器分间完成，压缩空气停止进入灭弧室，动触头在触头弹簧5的作用下与静触头重新闭合。2.2 真空断路
14、器结构真空断路器由底座将其分为上部高压部分和下部低压部分。高压部分包括真空灭弧室、中央传动机构箱、水平瓷瓶、至迟瓷瓶、绝缘推杆和接地开关静触头等，组成形结构。低压部分包括操作机构、合闸电空阀、分闸电磁铁、辅助开关、计数器、过滤器、插座、箱体等。形高压部分位于机车顶部，操作机构位于机车内部，它们之间通过支持瓷瓶和绝缘杆将高压部分和操作机构隔离开，以保证机车的安全。真空灭弧室结构如图2.2所示。动、静触头4密封在玻璃管3内。静触头杆1直接固定在上方的金属端板8上，动触头杆7通过金属波纹管与下方的金属端板8联接，这样的结构既可保持密封，又使动触头可在一定范围内移动，保证了动、静触头在一定的真空度下断
15、开。动、静触头与玻璃管之间设有金属屏蔽罩5，它固定在玻璃管中部的金属环上。屏蔽罩的作用是在熄弧过程中吸收并冷却由电弧产生的金属蒸气，防止金属蒸气扩散到玻璃管内壁上而破坏其绝缘性能。在TDV3型真空断路器中，为了提高真空灭弧室的真空度和寿命，在灭弧室中加入了一定的高压消气剂，以减少和吸收触头在工作中产生的微量空气；为了达到导电性能好。开断能力大、抗熔焊能力高、截流水平低等较佳的综合技术指标，动、静触头采用了多元铜合金材料；为了提高波纹管的质量与寿命，采用了大口径波纹管，并在波纹管封装时采用了预拉伸技术。这一系列的措施可以使真空断路器可以彻底避免以往空气断路器灭孤室瓷 瓶爆炸，非电性电阻瓷瓶爆炸，隔离开关轴折断、主阀卡位漏风、控制线圈烧损
