真空灭弧室基础知识介绍

真空灭弧室基础知识介绍 主要内容 真空灭弧室的概念 分类及工作原理真空灭弧室的基本结构及其主要零件的作用真空灭弧室的封排工艺真空灭弧室的质量关键点真空开关影响真空灭弧室性能的主要机械特性真空开关厂家在安装真空灭弧室时的注意事项固封极柱对真空灭弧室的特殊要求投切电容器组的特点及其对真空开关特性及灭弧室的要求 1 基本概念 真空 真空灭弧室 保证真空灭弧室性能的真空度2 分类 按外壳 按用途3 工作原理气体电弧真空电弧真空电弧的形态 扩散型 积聚型真空电弧的熄弧条件小电流真空电弧的熄弧原理大电流真空电弧的熄弧原理 真空灭弧室的概念 分类及工作原理 真空灭弧室的基本结构及其主要零件的作用 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 动导电杆2 导向套3 波纹管4 动盖板5 波纹管屏蔽罩6 瓷壳7 屏蔽筒8 触头系统9 静导电杆10 静盖板 横向磁场触头 螺旋槽 杯状 万字槽 圆柱形触头 纵向磁场触头 杯状 线圈式 马蹄铁式 R触头 球形触头 真空灭弧室的触头结构 真空灭弧室的封排工艺 排气台工艺 一次封排工艺 完全一次封排工艺 真空灭弧室的质量关键点 型式试验性能 正常使用性能 真空度 触头材料 触头系统结构 波纹管 同轴度 真空度 波纹管 陶瓷金属化 钎焊材料 真空炉真空度及温度均匀性 材料 波形设计 表面处理 导电回路材料 真空开关影响真空灭弧室性能的主要机械特性 时间 行程特性曲线 分闸速度 分闸过冲 反弹及持续时间 开距 合闸速度 触头初压力 终压力 接触行程 合闸弹跳 真空开关厂家在安装真空灭弧室时的注意事项 进厂检验 工频耐压 外观 安装后处理 参数调试 磨合试验 安装过程 洁净 安装力 固封极柱对真空灭弧室的特殊要求 降低发热量 优化电场分布 提高焊缝焊接强度 提高焊缝气密性 增加灭弧室动触头端防扭力 投切电容器组的难点及失败的主要原因 难点 失败的主要原因 分闸后10ms内 分闸后几十ms甚至上百ms 真空灭弧室针对投切电容器组的应对方案 提高静态耐电压能力 提高熄弧后耐压能力 选择合适的触头材料及触头制造工艺 固定合闸时触头的接触面 优化电场分布 加强内部零件表面处理 选择合适的老练工艺 避免零件进炉前的氧化 减小动静端的不同轴度 减少真空灭弧室因分合闸振动而在电极间隙产生悬浮的细小微粒 谢谢 气体电弧 电弧或弧光放电是气体放电的一种形式 放电在性质上和外观上是各种各样的 在正常状态下 气体有良好的电气绝缘性能 但当在气体间隙的两端加上足够强的电场时 就可以引起电流通过气体 这种现象称为放电 放电现象与气体的种类和压强 电极的材料和几何形状 两极间的距离以及加在间隙两端的电压等因素有关 例如在正常状态下 给气体间隙两端的电极加电压到一定程度时 空气中游离的电子在电场作用下高速运动 与气体分子碰撞后产生较多的电子和离子 新生的电子和离子又同中性原子碰撞 产生更多的电子和离子 使气体开始发光 两电极变为炽热 电流迅速增大 这种性质上的转变称为气体间隙的击穿 其所需的电压称为击穿电压 这时 由于电场的支持 放电并不停止 故称为自持放电 电弧则是气体自持放电的一种形式 电弧具有电流密度大和阴极电位降低的特点 真空电弧 在真空环境中 气体非常稀薄 真空度高于1 33x10 2Pa时气体分子极少 在1 33x10 2Pa的真空中 每立方厘米空间中含有的气体分子数仅为标准大气压环境下的千万分之一 在这样稀薄的气体中即使真空间隙中存在电子 它们从一个电极飞向另一个电极时 也很少有机会与气体分子碰撞造成真空间隙的电击穿 真空中电极间电弧是这样产生的 当触头行将分离前 触头上原先施加的接触压力开始减弱 动静触头间的接触电阻开始增大 由于负荷电流的作用 发热量增加 在触头刚要分离瞬间 动静触头之间仅靠几个尖峰联系着 此时负荷电流将密集收缩到这几个尖峰桥上 接触电阻急剧增大 同时电流密度又剧增 导致发热温度迅速提高 致使触头表面金属产生蒸发 同时微小的触头距离下也会形成极高的电场强度 造成强烈的场致发射 间隙击穿 继而形成真空电弧 真空电弧一旦形成 就会出现电流密度在104A cm2以上的阴极斑点 使阴极表面局部区域的金属不断熔化和蒸发 以维持真空电弧 在电弧熄灭后 电极之间与电极周围的金属蒸气迅速扩散 密度快速下降直到零 触头间恢复高真空绝缘状态 扩散型真空电弧 当真空电弧电流不大时 对于铜电极来说一般不超过7 8KA 阴极斑点将不停地运动 通常是由电极中心向边缘运动 当阴极斑点到达边缘 就会突然熄灭 在电极中心又会继续不断地产生新的阴极斑点 如果电流保持不变 阴极表面存在的阴极斑点数基本上维持不变 当电弧电流增大或减小时 阴极斑点也随之增加或减少 这种存在许多阴极斑点的真空电弧 随着阴极斑点的运动不断地向四周扩散 所以叫扩散型真空电弧 见图集聚型真空电弧 当真空电弧电流很大时 如对铜电极而言 当电弧电流超过10KA时 电弧的外形将突然发生变化 阴极斑点不再向四周作扩散运动 而是相互吸引 结果所有的阴极斑点都聚集成一个斑点团 阴极斑点团的直径可达1 2CM 此时阳极上出现了阳极斑点 阴极表面和阳极表面均有强烈的光柱 阴极光柱与阳极光柱自由地向电极的四周扩散成为数条连续的闪光 有时偶尔也与电极平行 真空电弧一旦聚集 阴极斑点与阳极斑点便不再移动或以很缓慢的速度运动 阳极和阴极表面被局部强烈加热 导致严重熔化 这种真空电弧叫做集聚型真空电弧 见图 真空电弧的熄弧条件 真空电弧是依靠电极不断地产生金属蒸汽来维持的 因此 要熄灭真空电弧必须将电弧电流减小到一定程度 不足以维持电弧的时候才有可能将其熄灭 在交流情况下 真空电弧电流有很多个过零的时刻 这就给出了熄弧的条件 在直流情况下 必须设置一个电力转向装置 使直流真空电弧电流有一个过零的机会 以创造一个同样的熄弧条件 真空灭弧室切断交流真空电弧成功与否 与触头之间弧区电流过零前的金属蒸汽浓度密切相关 当电流过零前弧区的金属蒸汽浓度很小时 电弧在电流过零时不足以维持便熄灭 反之当电流过零前弧区的金属蒸汽浓度很大 在电流过零时仍足以维持 电弧便不会熄灭 金属蒸汽来自触头的电弧斑点 电弧斑点和金属蒸汽都随着电弧电流瞬时值的增减而变化 电弧电流过零点前一小段时间里 触头间金属蒸汽浓度降低的速度取决于电弧斑点的冷却时间常数 小电流真空电弧的熄弧原理 小电流真空电弧是一种扩散型电弧 对于扩散型电弧 它只有阴极斑点而无阳极斑点 各分支电弧均布于触头表面上且处于移动状态 所以触头表面电弧斑点熔区的面积小 深度浅 热惯性小 其冷却时间常数仅有数微秒 有足够的时间让阴极斑点冷却 因此金属蒸汽浓度低 金属蒸汽在温差 浓度差和压力差的作用下迅速向弧区外扩散 这样 当电弧电流过零时 电弧便不能维持而熄灭 大电流真空电弧的熄弧原理 大电流真空电弧是一种集聚型真空电弧 集聚型电弧会产生阳极斑点 从而导致电极的严重熔化 并产生过量的金属蒸汽 在真空灭弧室分断工频交流电弧时 电流过零后 这些过量的金属蒸汽在电极间还将持续一段时间 电极间的介质恢复速度降低 从而很可能导致真空灭弧室的分断失败 因此 为了熄灭大电流真空电弧 必须要采取一定措施 避免阳极斑点的产生 从而避免产生过量的金属蒸汽 为了能开断10KA及以上的短路电流 设计时采取了在触头间施加横向磁场或纵向磁场