本文主要是關于真空斷路器的介紹，并著重對真空斷路器的原理及其作用進行了詳盡的描述。
真空斷路器“真空斷路器”因其滅弧介質和滅弧后觸頭間隙的絕緣介質都是高真空而得名；其具有體積小、重量輕、適用于頻繁操作、滅弧不用檢修的優(yōu)點，在配電網中應用較為普及。 真空斷路器是3～10kV，50Hz三相交流系統(tǒng)中的戶內配電裝置，可供工礦企業(yè)、發(fā)電廠、變電站中作為電器設備的保護和控制之用，特別適用于要求無油化、少檢修及頻繁操作的使用場所，斷路器可配置在中置柜、雙層柜、固定柜中作為控制和保護高壓電氣設備用。
工作原理
真空斷路器處于合閘位置時，其對地絕緣由支持絕緣子承受，一旦真空斷路器所連接的線路發(fā)生永久接地故障，斷路器動作跳閘后，接地故障點又未被清除，則有電母線的對地絕緣亦要由該斷路器斷口的真空間隙承受；各種故障開斷時，斷口一對觸子間的真空絕緣間隙要耐受各種恢復電壓的作用而不發(fā)生擊穿。因此，真空間隙的絕緣特性成為提高滅弧室斷口電壓，使單斷口真空斷路器向高電壓等級發(fā)展的主要研究課題。
真空度的表示方式
絕對壓力低于一個大氣壓的氣體稀薄的空間，稱為真空空間，真空度越高即空間內氣體壓強越低。真空度的單位有三種表示方式:托(即1個mm水銀柱高)，毫巴(103bar)或帕(帕斯卡:Pa)。(1托=131。6Pa，1毫巴=100Pa)我們通常所說真空滅弧室內部的真空度要達10-4托是指滅弧室內的氣體壓強僅為"萬分之一mm水銀柱高"，亦即是1。31x10-2Pa。
"派森定理"亦有譯為"巴申定律"，是指間隙電壓耐受強度與氣體壓力之間的關系。圖1表示派森定理的關系曲線呈"V"字形，即充氣壓力的增加或降低，都能提高極間間隙絕緣強度。其擊穿機理至今還不清楚，因為真空滅弧室內部真空度高于10-4托，這樣稀薄空氣的空間，氣體分子的自由行程為103mm，在真空滅弧室這么大小的容積內，發(fā)生碰撞的機率幾乎是零。因此不會發(fā)生碰撞游離而使真空間隙擊穿。派森定理的"V"形曲線是實驗得出的，條件是在均勻電場的情況下，其間隙擊穿電壓Uj可表示為:
Uj=KLa
L------間隙距離；
a------間隙系數(shù)(間隙5mm時，a=0。5)
由派森定理的"V"形關系曲線中看出，當真空度達103托時出現(xiàn)拐點，拐點四周曲線變得平坦，擊穿電壓幾乎無變化。
當真空度和間隙距離相同時，其擊穿電壓則隨觸頭電極材料發(fā)生變化，電極材料機械強度高，熔點高時，真空間隙的擊穿電壓亦隨之提高。?真空絕緣的破壞機理
前面已說過，在真空滅弧室這樣高度真空度的空間內，氣體分子的自由行程很大，不會發(fā)生碰撞分離而使真空間隙在高壓電作用下會擊穿又是客觀存在，于是就有種解釋真空絕緣會破壞的機理，場致發(fā)射引起擊穿，微塊引起擊穿和微放電導致?lián)舸?/p>
場致發(fā)射論對真空間隙所以能發(fā)生擊穿的解釋
間隙電場能量集中，在電極微觀表面的突出部分發(fā)生電子發(fā)射或蒸發(fā)逸出，撞擊陽極使局部發(fā)熱，繼續(xù)放出離子或蒸汽，正離子再撞擊陰極發(fā)生二次發(fā)射，相互不斷積累，最后導致間隙擊穿。
聞名的FowlerandNoraheim場發(fā)射電流I表達式為:
I=AE2e-B/E
式中 E------電場強度；
A------常數(shù)，與發(fā)射點的面積有關；
B------常數(shù)，與電極表面的逸出有關。
在小的間隙(C值，故按C值去校核其絕緣，試驗時亦不會發(fā)生擊穿。而老產品的A''值是大于C值，出廠新品按C值考核，當然能通過，開斷故障后，由A"值降到B"值。
真空斷路器的作用提高真空滅弧室絕緣耐受能力的措施
真空斷路器要向高電壓使用領域發(fā)展，提高真空滅弧室斷口極間絕緣耐受能力制成額定電壓較高的單獨斷口真空滅弧室的經濟意義是巨大的，不但可減少串聯(lián)斷口的數(shù)量，而且使斷路器結構簡單，從而提高了設備可靠性并使設備造價亦相應降低。提高單斷口真空滅弧室的絕緣耐受能力主要在下列三方面采取措施。
真空滅弧室內觸頭間耐壓強度的提高
前面以說過，在滅弧室內部高度真空的情況下，觸頭間存在的氣體非常稀少，不會受極間電壓而產生游離，但極間發(fā)生擊穿是客觀存在，從而產生幾種真空絕緣破壞機理的解釋。真空間隙實際擊穿時，有可能是幾種機理同時發(fā)生作用，而且擊穿途徑中總是有游離氣體存在，這是由施加電壓后產生的金屬蒸汽或觸頭釋放了所吸附的氣體提供的。基于此點出發(fā)，采取下列措施以提高真空滅弧室觸頭間隙的耐壓性能:
(1)選擇熔點或沸點高，熱傳導率小，機械強度和硬度大的觸頭材料；
(2)預先向觸頭間隙施加高電壓，使其反復放電，使觸頭表面附著的金屬或絕緣微粒熔化，蒸發(fā)，即所謂"老煉處理"；
(3)清除吸附在觸頭或滅弧室表面上的氣體，即進行加熱脫氣處理；
(4)選擇合適的觸頭外形，改善觸頭的電場分布。
提高開斷電流后觸頭極間的絕緣恢復速度
通常斷路開斷電流成功的要害在于電弧電流過零后，觸頭間隙絕緣恢復速度快于觸頭間隙間的暫態(tài)恢復電壓速度，就不會發(fā)生重燃而達到成功開斷。真空滅弧室開斷電流時，電弧放出的金屬蒸汽在電弧電流過零時會迅速擴散，碰到觸頭或屏蔽罩表面會立即凝聚。因此欲求在開斷電流相應的觸頭尺寸，材質，形態(tài)，觸頭間隙以及電流開斷時產生的金屬蒸汽密度，帶電粒子密度等影響因素進行反復實驗取得試驗數(shù)據(jù)作分析研究。發(fā)現(xiàn)觸頭直徑越大且觸頭間隙越小，電流開斷后的絕緣強度恢復越快；縱向磁場觸頭結構的采用，有極為良好的弧后絕緣恢復特性。
提高真空滅弧室的外部絕緣
真空滅弧室的外部表面，如處于正常的大氣之中，則絕緣耐壓是很低的，不能適合高電壓條件下使用，隨著真空斷路器向高電壓，小型化方向發(fā)展，對真空滅弧室外部表面采取下列強化措施:
(1)用環(huán)氧樹脂絕緣包裹真空滅弧室陶瓷外殼表面，環(huán)氧樹脂具有高絕緣性能，其沖擊電壓為50kV/mm，工頻耐壓為30kV/mm，而且其制品機械強度高，澆注加工性能好，可以較輕易成型復蓋于陶瓷外殼表面，從而達到滅弧室外表面絕緣強化的目的。并提高了耐污性能，使所需對地絕緣更趨合理化。戶外真空斷路則往往采用帶有裙邊的硅膠外套作管，復蓋于陶瓷外殼的表面，具有更好的抗霧閃性能，但機械強度則不如環(huán)氧樹脂制間。
(2)將真空滅弧室置于SF6氣體之中，使陶瓷外殼為SF6氣體所包圍，由于SF6氣體只起絕緣作用，其充氣壓力一般是不高的。
真空斷路器的特點①觸頭開距小，10KV真空斷路器的觸頭開距只有10mm左右，操作機構的操作功就小，機械部分行程小，其機械壽命就長。
②燃弧時間短，且與開關電流大小無關，一般只有半周波。
③熄弧后觸頭間隙介質恢復速度快，對開斷近區(qū)故障性能較好。
④由于疏通在開斷電流時磨損量較小，所以觸頭的電氣壽命長，滿容量開斷達30-50次，額定電流開斷達5000次以上，噪音小適于頻繁操作。
⑤體積小、重量輕。
⑥適用于開斷容性負荷電流。
由于其優(yōu)點很多，所以廣泛應用于變電站中，目前型號主要有：ZN12-10型、ZN28A-10型、ZN65A-12型、ZN12A-12型、VS1型、ZN30型等。 ［2］
具體介紹
真空斷路器技術標準真空斷路器在我國近十年來得到了蓬勃的發(fā)展。產品從過去的ZN1～ZN5幾個品種發(fā)展到數(shù)十多個型號、品種，額定電流達到5000A，開斷電流達到50kA的較好水平，并已發(fā)展到電壓達35kV等級。
80年代以前，真空斷路器處于發(fā)展的起步階段，技術上在不斷摸索，還不能制定技術標準，直到1985年后才制定相關的產品標準。
國內主要依據(jù)標準：
JP3855-96《3.6～40.5kV交流高壓真空斷路器通用技術條件》
DL403-91《10～35kV戶內高壓斷路器訂貨技術條件》
這里需要說明：IEC標準中并無與我國JB3855相對應的專用標準，只是套用《IEC56交流高壓斷路器》。因此，我國真空斷路器的標準至少在下列幾個方面高于或嚴于IEC標準：
（1） 絕緣水平： 試驗電壓 IEC 中國
1min工頻耐壓（kV） 28 42（極間、極對地）48（斷口間）
1.2/50沖擊耐壓（kV） 75 75（極間、極對地）84（斷口間）
（2）電壽命試驗結束后真空滅弧室斷口的耐壓水平：IEC56中無規(guī)定。我國JB3855一96規(guī)定為：完成電壽命次數(shù)試驗后的真空斷路器，其斷口間絕緣能力應不低于初始絕緣水平的80%，即工頻1min33.6kV和沖擊60kV。
（3）觸頭合閘彈跳時間：IEC無規(guī)定，而我國規(guī)定要求不大于2ms。
（4）溫升試驗的試驗電流：IEC標準中，試驗電流就等于產品的額定電流。我國DL403-91中規(guī)定試驗電流為產品額定電流的110%。
2.真空斷路器的主要技術參數(shù) 真空斷路器的參數(shù)，大致可劃分為選用參數(shù)和運行參數(shù)兩個方面。前者供用戶設計選型時使用；后者則是斷路器本身的機械特性或運動特性，為運行、調整的技術指標。
下表是選用參數(shù)的列項說明，并以三種真空斷路器數(shù)據(jù)為例。
表中所列各項參數(shù)，均須按JB3855和DL403標準的要求，在產品的型式試驗中逐項加以驗證，最終數(shù)據(jù)以型式試驗報告為準。
結語關于真空斷路器的原理及其作用就介紹到這了，希望通過本文能讓你對真空斷路器有更深的認識。
相關閱讀推薦：常用的高壓斷路器有哪些？ 相關閱讀推薦：一文讀懂高壓斷路器檢修工藝故障及處理方法
下載文檔
