浅析主断路器的灭弧原理及其方式.docx

毕业设计（论文）浅析主断路器灭弧的原理及其方式侯庆丰 黑龙江交通职业技术学院2015年12月毕业设计（论文）浅析主断路器灭弧的原理及其方式姓名：侯庆丰指导教师：谭啸专业：铁道机车车辆（电力机车）专业学院：机车车辆学院答 辩 日 期：2015年12月单位：黑龙江交通职业技术学院目 录摘 要电力机车是指由电动机驱动车轮的机车。电力机车因为所需电能由电气化铁路供电系统的接触网或第三轨供给运行中的电力机车，所以是一种非自带能源的机车。电力机车被广泛应用于铁路运输、城市地铁以及轻轨运输上，用它作为运输系统的动力装置，因此它是运输系统的核心。 而主断路器是主电路中重要部分之一。它是电力机车电源的总开关和机车的总保护电器。主断路器是接在受电弓与主变压器原边绕组之间，安装在机车车顶中部，当主断路器闭合时，机车通过受电弓从接触网导线上获得电源，投人工作。若机车主电路和辅助电路发生短路、过载、接地等故障时，故障信号通过相关控制电路使主断路器自动开断，切断机车总电源，防止故障范围扩大。 当电力机车断开主断路器时会产生电弧，电弧产生的高温将使断路器的触头表面熔化和蒸化，烧坏绝缘材料。对机车会产生很大危害，所以主断路器需要安装灭弧装置，来减少电弧对电力机车的危害。 用于电力机车的的主断路器及其灭弧方式分为真空主断路与空气主断路器两种。从当初单一的空气主断路器到现在两种类型的主断路器，经历了两个不同的发展时期。 本论文针对目前国内主要使用的两种主断路器进行分析，根据目前的使用情况来探讨主断路器是如何进行灭弧的，和主断路器灭弧的原理、方式进行分析。关键词：电弧；灭弧；空气主断路器；真空主断路器1abstractelectric locomotive is a locomotive wheel driven by a motor. electric locomotive because the electric energy required by electrified contact net or the third rail supply operation of the power supply system of railway electric locomotive, so is a non energy comes with the locomotive. electric locomotive is widely used in railway transportation, urban subway and light rail transit on and use it as a transportation system of the power plant, so it is the core of the transportation system.and main circuit breaker is in the main circuit of one of the most important part. it is the electric locomotive power switch and locomotive total protection of electrical. main circuit breaker is connected between the subject of pantograph and transformer primary winding, installation in the middle of the roof of the locomotive. when the main circuit breaker closure, locomotive by the pantograph catenary wire from access to power, investment work. if a short circuit occurs locomotive main circuit and auxiliary circuit, overload, grounding fault, fault signal through the control circuit to enable main circuit breaker automatically disconnects, cut off the total power of the locomotive, so as to prevent the expansion of the scope of the fault.arc will occur when the electric locomotive disconnect the main circuit breaker, arc produced by high temperature will make a circuit breaker contact surface melting and steaming, burned insulation materials. will bring great harm to the locomotive, so the main circuit breaker need install arc extinguishing device, to reduce the harm of arc of electric locomotive.the main circuit breaker for electric locomotive and its main circuit breaker are divided into two kinds: vacuum main circuit and air main circuit breaker. the main circuit breaker from the original single air to two types of main circuit breaker, has experienced two different development stages.in this paper, two main circuit breakers are analyzed in this paper. according to the present situation, the main circuit breaker is analyzed.keywords: arc,arcing,main air circuit breaker,vacuum main circuit breaker目 录目 录摘 要iabstractii目 录iii第1章 绪 论- 1 -1.1 概述电力机车主断路器- 1 -1.2 各种主断路器灭弧原理- 1 -1.3电力机车主断路器的要求- 2 -第2章 电弧产生、分类及对机车的危害- 4 -2.1 引言- 4 -2.2 电弧的产生- 4 -2.3 电弧的分类方式- 4 -2.4 电弧的危害- 4 -第3章 tdz1a-10/25型空气主断路器的灭弧方式- 5 -3.1 引言- 5 -3.2 tdz1a-10/25型空气主断路器的结构- 5 -3.3 tdz1a-10/25型空气主断路器动作原理- 5 -3.4 tdz1a-10/25型空气主断路器灭弧的原理- 7 -3.5 tdz1a-10/25型空气主断路器的特点及优缺点- 8 -3.5.1 tdz1a-10/25型空气主断路器的特点- 8 -3.5.2 tdz1a-10/25型空气断路器的优点- 8 -3.5.3 tdz1a-10/25型空气主断路器的缺点- 9 -3.6 本章小结- 9 -第4章 bvac n99型交流真空主断路器的灭弧方式- 10 -4.1引言- 10 -4.2 bvac n99型交流真空主断路器的结构- 10 -4.3 bvac n99型交流真空主断路器动作原理- 10 -4.4 bvac n99型交流真空主断路器灭弧的原理- 12 -4.5 bvac n99型交流真空主断路器的特点及优缺点- 13 -4.5.1 bvac n99型交流真空主断路器的特点- 13 -4.5.2 bvac n99型交流真空主断路器的优点- 13 -4.5.3 bvac n99型交流真空主断路器的缺点- 13 -4.6 本章小结- 13 -结 论- 14 -参考文献- 15 -致 谢- 16 - iii -第1章 绪论第1章 绪 论1.1 概述电力机车主断路器主断路器连接在受电弓和主变压原边绕组之间，安装在机车车顶中部。在机车中起双重作用，既是机车电源总开关，又是机车总保护电器。当主断路器闭合时，机车通过受电弓从接触网导线上获得电源，投入工作。当机车发生过流，过电压，欠电压等故障时，故障信号通过电路使主断路器自动断开，切断机车总电源，以免使故障扩大及其他电器设备受到损害。主断路器属于高压断路器的一种。高压主断路器按其结构可分为多油断路器、少油断路器及无油断路器等。无油主断路器按其灭弧介质可分为油断路器（采用绝缘油作为灭弧介质的断路器，逐渐被淘汰）、压缩空气断路器（采用压缩空气作为灭弧介质及操作机构能源的断路器）、六氟化硫断路器（采用具有优良灭弧性能的气体六氟化硫作为灭弧介质的断路器。）和真空断路器等（在真空中开断电流，利用真空的高绝缘强度来实现灭弧的断路器）。1.2 各种主断路器灭弧原理（1）空气断路器灭弧原理。图1.1 气吹灭弧装置1-动触头；2-灭弧室磁罩；3-静触头；4-压缩空气；5-电弧气吹灭弧是利用压缩空气来熄灭电弧的，图1.1表示了气吹灭弧的一种方式。压缩空气作用于电弧，可以很好地冷却电弧，提高电弧区的压力，很快带走残余的游离气体，所以有较高的灭弧性能。压缩空气沿电弧径向吹人，然后通过动触头的喷口、内孔向大气排出，电弧的弧根能很快被吹离触头表面，因而触头接触表面不易烧损。因为压缩空气的压力与电弧本身无关，所以使用气吹灭弧时要注意熄灭小电流电弧时容易引起过电压。（2）真空断路器灭弧原理。在真空断路器分断瞬间，由于两触头间的电容存在，使触头间绝缘击穿，产生真空电弧。由于触头形状和结构的原因，使得真空电弧柱迅速向弧柱体外的真空区域扩散。当被分断的电流接近零时，触头间电弧的温度和压力急剧下降，使电弧不能继续维持而熄灭。电弧熄灭后的几微秒内，两触头间的真空间隙耐压水平迅速恢复。同时，触头间也达到了一定距离，能承受很高的恢复电压。所以，一般电流在过零后，不会发生电弧重燃而被分断。这就是其灭弧的原理。（3）sf6断路器的灭弧原理sf6断路器灭派性能优良，不仅在于sf6气体本身，而且采用旋弧式灭弧室。目前，国内外在10kv电压级的sf6断路器研制上，广泛采用了具有良好灭弧性能的旋弧式灭抓室，它利用短路电流来建立磁场，使电弧在电磁力的作用下高速旋转，以达到自动灭弧的作用。当短路开始，电信号反馈到脱扣器，使开关分闸。在分闸的瞬间，动触头和静触头之间就产生了电弧。动触头继续向下运动，电弧很快转移到引弧电极上。此时，绕在圆筒电极外而串联在静触头与圆筒电极之间的磁吹线圈通过短路电流，因而产生了磁场，于是电磁力驱使电弧高速旋转， 在sf6气体中，电弧的高速旋转使得其离子体不断地与新鲜的sf6气体接触，以充分发挥sf6的负电性，从而迅速地熄灭电弧。（4）油断路器的灭弧原理当油断路器开断电路时，只要电路中的电流超过0.1a，电压超过几十伏，在断路器的动触头和静触头之间就会出现电弧，而且电流可以通过电弧继续流通，只有当触头之间分开足够的距离时，电弧熄灭后电路才断开。1okv少油断路器开断20ka时的电弧功率，可达一万千瓦以上，断路器触头之间产生的电弧弧柱温度可达六七千度，甚至超过一万度。油断路器的电弧熄灭过程是，当断路器的动触头和静触头互相分离的时候产生电弧，电弧高温使其附近的绝缘油蒸发气化和发生热分解，形成灭弧能力很强的气体（主要是氢气）和压力较高的气泡，使电弧很快熄灭。1.3电力机车主断路器的要求电力机车的特殊运用条件使得对机车电器的要求比一般民用产品苛刻。如果对机车主断路器采用性能与经济性一致的观点，其选择条件应是：（1）足够大的短路电流分断能力。在规定的条件下有开断额定短路的能力这是对高电压断路器的最基本的要求。对于25kv电力机车，其短路电流值与接触网线路参数、机车线路参数短路点有关，一般将其值选择在8到10千安左右。但是由于真空电弧金属等离子体高的导电性，电弧电压很低，断口间的能量消耗小，比起空气电弧来容易熄灭的多。所以就分断能力来说，真空主断路器是占有优势的。现在新型的电力机车都是使用的真空主断路器，无论是真空主断路器还是空气主断路器都可以满足机车的运行要求。（2）长的使用寿命。一台运用中的干线电力机车其主断路器的年通断次数为8000到14000次左右，按照电力机车整体工作寿命35年计算，主断路器的寿命最少需要二十万至三十万次，这样的要求是很苛刻的，所以主断路器要定期的检修，更换某些部件。（3）可靠性好，需要高的响应速度与最小的分断失败率。断路器的分闸响应延时一般称为固有分闸时间。高得响应速度对保护类电器来说是至关重要的，尤其在机车上，当出现主回路接地、电机过载、整流管击穿等故障时，要求主断路器能在最短的时间内切断机车电源，以防事故扩大。固有分闸是间取决于电磁铁磁极磁速度与灭弧室或活塞的气压的速度。一般来说，固有分闸时间我们可以操纵电磁铁、气流口径、气缸大小的改变加以选择，但是燃弧时间根据空气主断路器或真空主断路器而变，是无法选择的。分断失败率的要求在空气主断路器并不显得重要，因为实际运行中开断短路电流的机会非常少见，而且无论弧触头是否能够将短路电流切断，经过数十毫秒，最终总能够由格力开关将电源切除，从而对机车上其他设备起到保护作用。但是对真空主断路器来说，由于它不带格力开关，因而分断失败则意味着负载将要面临承受短路电流的危险。这是无论机车生产厂家还是用户都极力避免的问题。实际上，只要通过了型式试验中规定的额定分断电流，在其寿命期间，基本不会出现分断失收的情况。值得指出的是导致真空断路器分断失败的真正原因常常是真空室气压的升高。随着气压的上升，真空电弧将转变为空气电弧，其优良的灭弧性随之消逝，而耐压能力则迅速下降，可见，如果因为某种原因使真空断路器的真空度下降到一定水平，则要对其进行严密的监视或及时将真空管更换，防止因波纹管破裂造成气压上升引起不成切断线路的危险.（4）尽可能小的维护工作量紧凑性与封闭性是真空断路器的突出点，而由此带来的极其微小的维护工作量是它具有优势的地方，这一点要比空气主断路器要好的多。- 5 -第2章 电弧产生、分类及对机车的危害第2章 电弧产生、分类及对机车的危害2.1 引言本章主要阐述的是电弧是怎样产生的，及它的分类和对机车有何危害。2.2 电弧的产生电弧是一种气体放电现象，电流通过某些绝缘介质所产生的瞬间火花，电弧当用开关电器断开电流时，如果电路电压不低于10-20v，电流不小于80100ma，电器的触头间便会产生电弧。电弧的形成是触头间中性质子被游离的过程。开关触头分离时，触头间距离很小，电场强度e很高。当电场强度超过3106v/m时，阴极表面的电子就会被电场力拉出而形成触头空间的自由电子。这种游离方式称为强电场发射。从阴极表面发射出来的自由电子和触头间原有的少数电子，在电场力的作用下向阳极作加速运动，途中不断地和中性质点相碰撞。只要电子的运动速度足够高，电子的动能足够大，形成自由电子和正离子。这种现象称为碰撞游离。电弧形成后，弧隙间的高温使阴极表面的电子获得足够的能量而向外发射，形成热电场发射。同时在高温的作用下，气体中性质点的不规则热运动速度增加。当具有足够动能的中性质点相互碰撞时，将被游离而形成电子和正离子，这种现象称为热游离。在开关电器的触头间，发生游离过程的同时，还发生着使带电质点减少的去游离过程。这就是电弧产生的过程。2.3 电弧的分类方式（1）按电流种类可分为：交流电弧、直流电弧和脉冲电弧。（2）按电弧的状态可分为：自由电弧和压缩电弧。（3）按电极材料可分为：熔化极电弧和不熔化极电弧。2.4 电弧的危害 电弧的存在延长了高压断路器开断故障电路的时间，电弧产生的高温将使断路器的触头表面熔化和蒸化，烧坏绝缘材料。电弧在电动力、热力作用下能移动，易造成飞弧短路和伤人，使事故扩大。电弧虽然对电力设备不同形式的危害，但是也存在可以利用的一面，在采用自能式灭弧的断路器中，就利用了电弧燃烧时产生的能量对压气缸进行减压，然后利用有压力的气体在进行吹弧和灭弧。但是在其他的主断路器中是没有这种功能的，电弧的对机车有着很大的危害，所以必须装配灭弧装置。第3章 tzz1a-10/25型空气主断路器的灭弧方式第3章 tdz1a-10/25型空气主断路器的灭弧方式3.1 引言了解tdz1a-10/25型空气主断路器结构，分合闸过程与它的灭弧原理。3.2 tdz1a-10/25型空气主断路器的结构图3.1 tdz1a-10/25型空气主断路器1-灭弧室；2-非线性电阻瓷瓶；3-非线性电阻；4-干燥剂；5-弹簧；6-隔离开关；7-转动瓷瓶；8-控制轴；9-传动杠杆；10-气管；11-合闸阀杆；12-起动阀；13-分闸阀杆；14-主阀活塞；15-延时阀；16-主阀阀门；17-气管；18-主阀；19-通风塞门；20-支持瓷瓶；21-储风缸；22-传动风缸；23-辅助开关tdz1a-10/25型空气断路器的结构如图3.1所示，所有部件分上下两部分安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。以底板为界。露在车顶上的为高压部分，主要有灭弧室、非线性电阻绝缘子、支持瓷瓶、隔离开关和转动瓷瓶等部件。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、启动阀、分闸电磁铁、合闸电磁铁、辅助开关和定位机构等部件。3.3 tdz1a-10/25型空气主断路器动作原理1. 准备工作 储风缸充满足够的压缩空气；起动阀的d腔充满压缩空气；另有少量的压缩空气经通风塞门、主阀、支持瓷瓶进入灭弧室，使灭弧室内保持一定的正压力，防止外部潮湿空气的侵入。 2.分闸过程司机按下主断路器分闸按键开关，分闸线圈得电，分闸阀阀杆上移，起动阀d腔的压缩空气经起动阀e腔进入主阀的c腔，主阀左移，储风缸内大量的压缩空气经支持瓷瓶进入灭弧室，推动主动触头左移，电弧被吹入空心的动触头，冷却、拉长、进而熄灭。进入延时阀的压缩空气经一定时间延时后，推动延时阀阀门上移，压缩空气进入传动风缸工作活塞的左侧，推动工作活塞右移，驱动传动杠杆带动控制轴、转动瓷瓶转动，隔离开关分闸。与控制轴同步动作的辅助开关同时完成如下三项工作：一是切断分闸线圈电路，分闸线圈失电，分闸阀关闭，d腔的压缩空气不再进入e腔和c腔，主阀关闭，压缩空气停止进入灭弧室，主触头在反力弹簧的作用下重新闭合，分闸过程完成；二是接通信号控制电路，使主断路器信号灯亮，显示主断路器处于断开状态；三是接通合闸线圈电路，为下一次合闸作好准备。图3.2 主阀1-阀体；2-活塞；3-阀杆；4-滑块；5-阀盘；6-弹簧；7-垫圈；8-挡圈；9-密封圈3.合闸过程司机按下主断路器合闸按键开关，合闸线圈得电，合闸阀阀杆上移，起动阀d腔的压缩空气经起动阀f腔进入传动风缸工作活塞的右侧，推动工作活塞左移，驱动传动杠杆带动控制轴、转动瓷瓶转动，隔离开关合闸，同理，与控制轴同步动作的辅助开关：一是切断合闸线圈电路，合闸线圈失电，合闸阀关闭，压缩空气停止进入传动风缸，合闸过程完成；二是切断信号控制电路，使主断路器信号灯灭，显示主断路器处于闭合状态；三是接通分闸线圈电路，为下一次分闸作好准备。图3.3 启动阀1-密封垫；2-阀体；3-阀杆；4-密封垫；5-弹簧；6-盖板3.4 tdz1a-10/25型空气主断路器灭弧的原理主断路器只有在分闸的时候需要灭弧，因为在分闸的时候，需要断开断开电流，电器的触头间便会产生电弧。空气主断路器的主要灭弧装置是高压部分的灭弧室。图3.4 tdz1a-10/25型空气主断路器灭弧室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-固定圈；9-导电管；10-弹簧；11-灭弧室瓷瓶；12动触头；13-静触头；14-静触头杆；15-风道接头；16-套筒；17-隔离开关静触头灭弧室的的结构如图3.4所示，它是主断路器安装主触头、熄灭电弧的重要部件。其主体为空心瓷瓶，端装风道接头，通过支持瓷瓶的中心空腔与主阀的气路相连；另一端装法兰盘，以此将高压电引入主断路器。静触头的头部为球状，端部镶着耐电弧的钼块以提高耐弧性能；它固定在风道接头上，通过套筒与隔离开关静触头相连。动触头呈管状，其一端为工作端工作端的管内壁做成弧形，成“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；另一端与圆环形弹簧座相贴，弹簧座顺次接有触头弹簧、缓冲垫、挡圈网罩和外罩。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，导电管由铜管铣成多瓣形，通过弹簧弹性地套装在动主触头上，其尾端固定在法兰盘上。因此从法兰盘引入的高压电源通过导电管传至动主触头。触头弹簧的张力较大，它一方面使动、静主触头间具有一定的接触压力，另方面使动、静主触头开断后能自行恢复闭合状态，缓冲垫用来缓和动主触头开断时触头弹簧对挡圈的撞击，网罩在动主触头开断过程中起消音作用，外罩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的作用下与静触头闭合。当分闸阀得电时，压缩空气进入灭弧室，推动主动触头克服触头弹簧的压力向左移动，动、静主触头间产生的电弧进入主动触头“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，主断路器分闸完成，压缩空气停止进入灭弧室，动触头在触头弹簧的作用下与静触头重新闭合。在此过程中非线性电阻也起着至关重要的作用，非线性电阻用于限制过电压，减小电电压恢复速度。空气主断路器在分断小电流时，由于熄弧能力太强，易产生截流过电压；同时，其分断的可靠性受断口间电弧电流过零瞬时恢复电压上升的速度影响很大。因此，该型主断路器灭弧室间并联了非线性电阻，用来保护动、静触头。 在非线性电阻瓷瓶内，装了10个串联的非线性电阻片和干燥剂等主要部件。为了保证非线性电阻片之间及与外部连接之间的接触压力，减小接触电阻在其一端装设了弹簧。非线性电阻片采用碳化硅和结合剂烧结而成，其电阻值随外加电压的升高而下降主断路器分闸时，动、静主触头间产生电弧，在熄弧过程中，触头间的电压将急剧增加。当电压增加到一定值时，非线性电阻值迅速下降，主触头上的电流迅速转移到非线性电阻上，既可限制过电压减小电压恢复速度，又有利于主触头上电弧的熄灭，减少触头电磨损，随着非线性电阻两端电压的降低，其阻值又迅速增大，以减小残余电流，保证隔离开规乎在无电状态下断开提高断路器的分断可靠性。为了避免非线性电阻受潮后性能发生改变，在放置非线性电阻的空心瓷瓶内设有密封圈和于燥剂。3.5 tdz1a-10/25型空气主断路器的特点及优缺点3.5.1 tdz1a-10/25型空气主断路器的特点空气主断路器是一种利用压缩空气来灭弧并用压缩空气作为操作能源的电器，它具有如下特点：1. 机车气源充足，容易实现频繁操作；2.开断能力大，燃弧时间短，动作快；3.无火灾危险。3.5.2 tdz1a-10/25型空气断路器的优点1. 压缩空气具有可压缩性，对灭弧室各零部件所产生的机械应力较小；2. 开断能力大，燃弧时间短，动作快；3. 防爆，使用安全可靠；4. 适用于温度变化较大的工作环境。3.5.3 tdz1a-10/25型空气主断路器的缺点1.操作时噪音较大；2.分断能力受电压恢复速度的影响较大；3.在气压和分断能力一定的情况下，在分断小电感电流时，常因灭弧能力过大而产生截流过电压；4.结构复杂，制造工艺要求较高。上述不足之处在采取了若干措施后可以得到改善，加之在电力机车上有现成的压缩空气气源，所以在电力机车上广泛的使用。3.6 本章小结空气主断路器是以压缩空气来熄灭电弧的，但是与真空主断路相比结构复杂，但是空气主断路器的开断能力大，使用安全，适用于温度变化较大的工作环境。所以广泛的使用在韶山型电力机车上。- 11 -第4章 bvac n99型交流真空主断路器的灭弧方式第4章 bvac n99型交流真空主断路器的灭弧方式4.1引言了解bvac n99型交流真空主断路器结构，分合闸过程与它的灭弧原理。4.2 bvac n99型交流真空主断路器的结构图4.1 bvac n99交流真空主断路器1底板；2插座连接器；3110v控制单元；4辅助触头；5肘节机构；6保持线圈；7压力风缸；8电磁阀；9调压阀；10储风缸；11垂直绝缘子；12绝缘操纵杆；13传动头组装；14高压连接端（hv1）；15水平绝缘子；16真空开关管组装；17高压连接端（hv2）bvac n99交流真空主断路器结构如图4.1所示。所有部件也是分上下两部分安装在底板上。上部为高压部分，包括垂直绝缘子、绝缘操纵杆、传动头组装高压连接端、水平绝缘子、真空开关管组装等。上部为低压部分，包括插座连接器、110v控制单元、辅助触头、肘节机构、保持线圈、压力风缸、电磁阀、调压阀、储风缸等。4.3 bvac n99型交流真空主断路器动作原理1. 准备过程本装置带有空气管路，在动触头快速合闸过程中提供必需的压力。压力开关监控断路器合闸的最小压力。电磁阀控制气缸内的气流量，操作机械装置汽缸把空气压力转化为机械作用力。通过调压阀的流量来保证合适的合闸速度。断路器合闸状态通过保持线划来保证，电磁阀得电后允许高压力汽缸泄放。图4.2 bvac n99交流真空主断路器分合闸示意图1-储风缸；2-高压主触头；3-恢复弹簧；4-肘节机构；5-保持线圈；6-活塞；7-压力气缸；8-电磁阀2.合闸操作：（bvac在断开状态）（1）只有在满足如下条件，断路器才能闭合（2）断路器必须是断开的；（3）必须有充足的气压；（4）保持线圈必须处于得电状态。具体合闸过程如下：（1）按“开/关”键；（2）电磁阀得电，气路打开；（3）压缩空气由储风缸通过电磁阀流入压力气缸，推动活塞向上运动；（4）主动触头随着活塞的移动而运动；（5）恢复弹簧压缩；（6）主触头闭合；（7）触头压力弹簧压缩；（8）活塞到达行程末端；（9）保持线圈在保持位置得电；（10）电磁阀失电；（11）压力气缸内的空气排出。3.分闸操作- 19 -第4章 bvac n99型交流真空主断路器的灭弧方式（1）保持线圈失电；（2）活塞在弹簧力作用下（恢复弹簧、肘节机构等）移动；（3）主触头打开，真空开关管灭弧；（4）行程结束，活塞缓冲。4.4 bvac n99型交流真空主断路器灭弧的原理真空灭弧室是真空断路器的灭弧和绝缘部件。主要有动触头、静触头、动端跑弧面、动端法兰、静端法兰、瓷柱、不锈钢支撑法兰、屏蔽罩、动静导电杆、玻壳和波纹管等组成，经过清洗由玻璃封装、真空焊、亚弧焊、排气等工艺程序处理后封装而成。各主要零部件均密封在玻壳中，玻壳不仅通过动静法兰起到密封作用，还能起到绝缘作用。波纹管系一动态密封的弹性元件，通过真空灭弧室在操动机构的作用下可完成分合闸动作，而又不会破坏其真空度。 真空灭弧室制造成一个整体，不能拆装，损坏后应整体更换。 真空电弧的熄灭是基于利用高真空介质的绝缘强度及在这种气体中的电弧生成物具有极高的扩散速度，在电弧电流过零后，触头间隙的介质强度可以迅速恢复起来的原理而实现的。燃弧过程中的金属蒸汽和带电粒子在强烈的扩散中为屏蔽罩所冷凝，带三条阿基米德螺旋槽的跑弧面使电弧电流在其流经路线上的触头间产生一个横向磁场，这时电弧电流在主触头上沿切线方向快速移动，从而降低了主触头表面的温度，减少了主触头的烧损，稳定了断路器的开断性能，提高了断路器的寿命。真空灭弧室常用的屏蔽罩有主屏蔽罩，波纹管屏蔽罩和均压屏蔽罩，主屏蔽罩环绕着电弧间隙，其主要作用有:1、有效防止真空灭弧室开断电流时形成的金属蒸汽喷溅到绝缘外壳的内表面，使内表面的绝缘性能下降。2、交流电流过零时使灭弧室内剩余的金属蒸汽和导电粒子快速扩散到屏蔽罩上冷却、复合和凝结，有利于电流过零后弧隙介质强度的提高，改善了灭弧室的开断性能。3、屏蔽罩的存在会影响动静触头间的电场分布，设计合时有利于触头间绝缘强度的提高。 波纹管是动触头与大气侧的动导杆相连接的部分。从机械上讲，它是真空灭弧室中最薄弱的元件，动、静触头每分合次，波纹管的波纹状薄壁就要产生一次大的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，导致灭弧室漏气而无法使用，因此真空灭弧的机械寿命主要决定于波纹管。动触头位于灭弧室下部，在与其连接的导电杆周围和外壳之间装有导向管，以保证动触头在上下方向准确地运动，一般在导电杆下方位于灭弧室外部的表面有个圆点状标记。可以从它到灭弧室下端相对位置的变化情况观察到触头磨损程度，灭弧室内为不低10-20pa的高真空状态，静触头和动触头以及与它相连的导电杆在闭合位置时构成导电回路，而在触头分离时则形成断路、断口处即是产生真空电弧和进行熄弧过程的弧腔。4.5 bvac n99型交流真空主断路器的特点及优缺点4.5.1 bvac n99型交流真空主断路器的特点1. 绝缘性能好；2. 环境稳定性好；3. 结构简单；4. 开断容量大；5. 机械寿命长；6. 维护保养简单；7. 与dbtf型空气断路器有互换性。4.5.2 bvac n99型交流真空主断路器的优点1.在密封的容器中灭弧，电弧和炽热气体不外露；2. 触头间隙很小；3. 燃弧时间短、电弧电压低、电弧能量小、触头磨耗少、允许的开断次数多；4. 动导电杆的惯性小，适于频繁操作；5. 操作机构小、整机体积小、重量轻； 6. 控制功率小；7. 操作时噪声小；8. 操作时无火灾和爆炸危险；触头部分为完全密封结构，不会因潮气、灰尘、有害气体等影响而降低其性能，工作可靠，开断与关合性能稳定而且触头磨耗少。因此，维修周期长。4.5.3 bvac n99型交流真空主断路器的缺点1. 操作过电压，在开断感性小电流时会出现电流截断现象造成较高的过电压，而且在某些场合下开断高频电流，也会产生过电压。；2. 目前电网运行中，尚无简便的测试方法，用来检验真空断路器的真空度，来确保设备的安全运行。3. 造价高。4.6 本章小结真空主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快的特点进行灭弧的。与空气断路器相比，真空断路器具有结构简单、工作可靠、分段容量大、动作速度快、绝缘强度高、整机检修工作量小等诸多优点，因而在电力工业中得到了广泛应用。由于电力机车的特殊使用环境和一些恶劣工作条件所限