浅谈真空断路器 毕业论文

1、目 录目录.1浅谈真空断路器.1摘要.1关键字.1前言.1一、 真空断路器的发展及各阶段的特点.2（一）概述.2（二）真空灭弧室的发展及特点.21、真空灭弧室的发展.22、真空灭弧室的特点.23、真空灭弧室的结构.34、真空灭弧室的灭弧原理.45、展望发展.4（1）专用化.4（2）小型化、高可靠性.4（3）智能化.4（4）低过电压.5二、真空断路器的概述.5（一）真空断路器的主要结构.5（二）真空断路器的结构要求.5（三）真空断路器过电压的抑制方法.6（四）真空断路器的特点.6（五）真空断路器的维护.61、真空灭弧室.62、高压带电部分.63、操作机构部分.74、控制组件.7结束语.8致谢.8

2、参考文献.8摘要本文主要从真空断路器的发展开始，介绍了断路器的发展阶段及断路器在我国发展。介绍了真空断路器的结构特点，抑制过电压的方法、真空断路器灭弧室的结构及工作原理。关键字真空断路器 真空灭弧室 概述 浅谈真空断路器前言高压断路器是电力系统中重要的电气设备之一，它使用数量多、范围广，应用在电力系统的各种电压等级中，高压断路器在电能生产、传输、分配过程中的主要作用是：在正常情况下，控制各种电气设备和电力线路的断开及投入;在电力系统发生故障时，与继电保护及自动控制装置相配合，快速切断故障电流，缩小事故范围，以保证电力系统的正常运行。因此，它是否具有优良的性能，直接影响到电力系统的稳定和安全运行

3、，在经济效益和社会效益方面具有非常重要的意义。高压断路器的发展始终与电力系统电压等级的提高密切相关。随着电力系统向大容量、高电压的不断发展，相应地高压断路器的种类也日益增多。高压断路器只要可分为压缩空气断路器、油断路器、真空断路器、sf6断路器级sf6混合气体断路器等类型。真空断路器在中压电器行业中广泛应用，随着技术的进步，也不断的变化。本人针对真空断路器现在品种的繁多，根据其几大部分的发展的顺序进行了分类讲解，并对现在广泛使用的弹簧操动机构、固封极柱绝缘方式详细介绍。一、真空断路器的发展及各阶段的特点（一）概述真空断路器是指触头在真空中关合、开断的断路器。真空断路器最初由英、美研究，随后发展

4、到日本、德国和原苏联等其他国家。我国从1959年起开始研究真空断路器的理论，到70年代初正式生产各类真空断路器。真空灭弧室、操动机构、绝缘水平等制造技术的不断创新和改进，使真空断路器的发展极为迅速，在大容量、小型化、智能化及可靠性研究方面取得了一系列重大成果。真空断路器以具备良好的灭弧特性，适宜频繁操作，电气寿命长、运行可靠性高、不检修周期长的优势，在当今我国电力工业城乡电网改造、化工、冶金、铁道电气化以及矿山等定电流达到4000a，开断电流达到50ka，甚至有63ka，电压达到35kv等级。下面将从真空断路器的几个主要方面看它的发展及特点，分别是真空灭弧室的发展、操动机构的发展、绝缘结构的发

5、展。（二）真空灭弧室的发展及特点1、真空灭弧室的发展 用真空介质来熄灭电弧的设想在19世纪末就已提出，20世纪20年代制造出了最早的真空灭弧室。但是由于受到真空工艺、材料等技术水平的限制，当时并未实现实用化。20世纪50年代以后，随着电子工业发展起来的许多新技术，解决了真空灭弧室制造中的很多难题，使真空开关逐渐达到实用水平。50年代中期美国通用电气公司批量生产了额定开断电流为l2ka的真空断路器。随后在50年代末由于发展了具有横向磁场触头的真空灭弧室，使额定开断电流提高到30ka的水平。70年代后，日本东芝电气公司研制成功了具有纵向磁场触头的真空灭弧室，使额定开断电流又进一步提高到50ka以上

6、。目前真空断路器己广泛用于10kv、35kv配电系统中，额定开断电流已能做到50ka100ka。有些国家还生产了7284kv级的真空灭弧室，但数量不多。近年来，我国真空断路器的生产发展也很快。目前国内真空灭弧室的品种不比国外差，有采用纵向、横向的磁场技术、采用中央引燃触头技术的真空灭弧室，cu-cr合金材料制成触头已成功地开断50ka、63ka。中国的真空灭弧室已达到较高的水平，真空断路器完全可以选用国产的真空灭弧室。2、真空灭弧室的特点真空灭弧室是真空断路器的关键部件，它是采用玻璃或陶瓷作支撑及密封，内部有动、静触头和屏蔽罩，室内有负压，真空度为1.3310-21.3310-5pa，保证其开

7、断时的灭弧性能和绝缘水平。当真空度降低时，其开断性能明显降低，因此真空灭弧室不得受任何外力碰撞，严禁敲击、手拍打，搬动及维护时不得受力。禁止把任何东西放在真空断路器上，以防止落下时打坏真空灭弧室。出厂前真空断路器经过严格平行度检查和装配，维修时应紧固灭弧室的各螺栓，以保证其受力均匀。真空断路器在真空灭弧室内开断电流并进行灭弧，而真空断路器本身没有定性、定量监测真空度特性的装置，所以真空度降低故障为隐性故障，同时，真空度降低将严重影响真空断路器开断过电流的能力，并导致断路器的使用寿命急剧下降，严重时会引起开关爆炸。综上所述真空灭弧室存在的主要问题真空度降低。真空度降低的主要原因有以下几点：1）真

8、空断路器是一个较娇嫩的元件，电子管厂出厂后，经过多次运输颠簸、安装震动、意外碰撞等，都有可能产生玻璃或陶瓷封接的渗漏。 2）真空灭弧室材质或制作工艺存在间题，多次操作后出现漏点。分体式真空断路器，如使用电磁式操作机构，在操作时，由于操作连杆的距离比较大，直接影响开关的同期、弹跳、超行程等特性，加快真空度降低。3）真空灭弧室真空度降低的处理方法： 经常观察真空灭弧室，定期使用真空开关真空度测试仪时真空灭弧室进行真空度的测量，确保真空灭弧室的真空度在规定范围内；当真空度降低时，必须更换真空灭弧室，并做好行程、同期、弹跳等特性试验。3、真空灭弧室的结构真空灭弧室是真空断路器中最重要的部件。真空灭弧室

9、的外壳是由绝缘筒、两端的金属盖板和波纹管所组成的密封容器。灭弧室内有一对触头，静触头焊接在静导电杆一端口与动端盖的中孔焊接，动导电杆从中孔穿出外壳。由于波纹管可以在轴向上自由伸缩，故这种结构即能实现在灭弧室外带动动触头作分合运动，又能保证真空外壳的密封性。外壳：整个外壳通常由绝缘材料和金属组成。波纹管：波纹管既要保证灭弧室完全密封，又要在灭弧室外部操动时使触头作分合运动，允许伸缩量决定了灭弧室所能获得的触头最大开距。屏蔽罩：触头周围的屏蔽罩主要是用来吸附燃弧时触头上蒸发的金属蒸气，防止绝缘外壳因金属蒸气的污染而引起绝缘强度降低和绝缘破坏。触头：触头是真空灭弧室内最为重要的元件，灭弧室的开断能力

10、和电气寿命主要由触头状况来决定。4、真空灭弧室的灭弧原理真空包内的真空灭弧室是利用高真空工作绝缘灭弧介质，靠密封在真空中的一对触头来实现电力电路的通断功能的一种电真空器件。当其断开一定数值的电流时，动静触头在分离的瞬间，电流收缩到触头刚分离的一点上，出现电极间电阻剧烈增大和温度迅速提高，直至发生电极金属的蒸发，同时形成极高的电场强度，导致极强烈的发射和间隙击穿，产生真空电弧，当工频电流接近零时，同时也是触头开距的增大，真空电弧的等离子体很快向四周扩散，电弧电流过零后，触头间隙的介质迅速由导电体变为绝缘体，于是电流被分断，由于触头的特殊构造，燃弧期间触头间隙会产适当的纵向磁场，这个磁场可使电弧均

11、分布在触头表面，维持低的电弧电压，从而使真空灭弧室具有较高弧后介质强度恢复速度，小的电弧能量和小的腐蚀速率。这样，就提高了真空灭弧室开断电流的能力和使用寿命。5、展望发展 从国内外真空断路器新产品品种的产生上及展览会上，德国汉诺威博览会为世界上最大的工业展览会，素有新产品橱窗之美，可以看出真空断路器的发展趋向于专用化、小型化、智能化、低过电压几大方向。 （1）专用化 面临极其不同的开断任务，新的专用断路器应运而生。如用于发电机保护断路器的特大容量真空断路器（短路开断电流高达6380ka及以上），标准型真空断路器（短路开断电流2550ka），经济型真空断路器（1625ka），频繁型真空断路器（如

12、操作次数56万次），超频繁型真空断路器（如操作次数1015万次）。 （2）小型化、高可靠性 真空断路器的小型化研究工作进行了很多年，并取得了一定成效。虽然真空断路器零件数较少，但各国为了提高可靠性、降低成本一直努力减少零件数、缩小管径。 （3）智能化 智能化真空断路器在保留断路器原有的各种功能外，必须具有对电路的异常状况进行检测与判定以及具有一定的指令功能等，也就是把计算机加入机械系统，使开关系统有了“大脑”，再加“传感器”采集信息，用光纤传导信息，使开关系统有了“知觉”，大脑根据“知觉”做出判断与决定，使系统有了“智能”，这是配电自动化的需要，也是断路器本身控制保护的需要。如alstom公司

13、的dcx型可编程序数字控制装置，abb公司的ref542型控制和保护装置，西门子公司第二代数字保护装置等。 （4）低过电压 真空断路器开断小电流容易发生截流，引起过电压。过电压是人们使用真空断路器最关心的问题。一般解决方法有两种：第一种是加装过电压吸收装置（rc回路、zno避雷器),但它作为真空断路器的附加装置，不仅使真空断路器结构复杂化，而且增加成本；另一种方法也是今后要致力研究的课题，采用低电压触头材料。研究采用低电压触头材料日本几家公司走在前列。富士康公司开发了cucr添加高蒸气材料、三菱公司开发了cucrbi多元触头材料，东芝公司开发了新型的agwc触头材料开断短路电流达40ka。二、

14、真空断路器的概述（一）真空断路器的主要结构真空断路器在总体结构上，由于它不用液体介质，原则上其灭弧装置可以水平、垂直或以任意角度布置。常用的布置方式也为悬臂式和落地式两种。悬臂式：它的优点为结构布置与一般额定电压10kv的少油式断路器相似，便以在手推式开关柜中使用；操作机构与高压导体距离较远，使得操作安全和便于检修；亮度较小，缺点为传动机构环节较多，传动效率差，操动式振动较大，总体深度尺寸较大。落地式：它的优点为操动机构放置在下方，传动环节少效率高，操作式振动小且稳定性好，断路器的深度尺寸小，易于制成系列产品。缺点是高度较大，检修操作机构比较困难。（二）真空断路器的结构要求1、机械性能稳定，例

15、如合闸弹跳时间，希望在寿命全程中保持同一状态。2、足够的机械强度，使断路器本身具有足够的动稳定度。3、高压区和低压区的分隔，最好是前后布置，有助于保证运行中人员的人身安全。4、操动机构的检查、调整、维修要有足够的空间。5、配用机构的可选择性，有的型号可配cd和ct两种机构，有的只能配用一种。6、结构简单、工作可靠、价格低廉。7、易于实现防误联锁。所有真空断路器，不论是何种结构，断路器本体中均装设有分闸拉力弹簧。合闸过程中操动机构既要提供驱动开关运动的功，又要同时将分闸弹簧贮能。当需要分闸时，操动机构只需完成脱扣解锁任务，由分闸弹簧释能完成分闸运动。（三）真空断路器的特点1、熄弧能力强，燃弧及全

16、分断时间均短;2、触头电侵蚀小，电寿命长，触头不受外界有害气体的侵蚀；3、触头开距小，操作功小，机械寿命长；4、适宜于频繁操作和快速切断，特别是切断电容性负载电路；5、体积和重量均小，结构简单，维修工作量小，而且真空灭弧室和触头无需检修；6、环境污染小，开断是在密闭容器内进行，电弧生成物不致污染环境，无易燃易爆介质，无爆炸及火灾危险，也无严重噪声。（四）真空断路器过电压的抑制方法1、操作过电压。用真空断路器断开电路时，可能会出现操作过电压，主要形式有：截流过电压，所谓截流就是强制交流在自然过零钱突然过零的现象，由于电路中存在电感，因此会发生过电压；切断电容性负载时的过电压，这是因熄弧后间隙发生

17、重击穿而引起的。2、抑制过电压的方法。操作过电压对其他电气设备尤其是电机绕组绝缘危害很大。常用的抑制方法有：1）采用低电涌真空灭弧室。2）在负载端并联电容。3）在负载端并联电阻和电容。4）串联电感。5）安装避雷器。（五）真空断路器的维护真空断路器，是以基本不需要维修的真空灭弧室(又称真空管)为主体及相关附件组合而成，它的操作机构由于动作行程短，结构简单，零部件少，因而故障少，被称为免维护电器。但是，真空断路器并不是完全不需要维护的，它在额定短路开断电流开断次数，或机械操作次数达到规定的次数后，都要进行维护。1、真空灭弧室(1)检查外观有无异常、外表面有无污损，如果绝缘外壳表面沾污，应用干布擦试

18、干净。(2)动静触头累积磨损厚度超过3mm，就要更换真空管。(3)真空度的检查主要通过工频耐压法检查，在真空断路器处于开断状态下，在真空灭弧管的触头间加上规定的预防性工频试验电压1min，无异常。(4)每一次维护，都要对真空断路器的触头开距、压缩行程、三相同期性进行检查及调整。2、高压带电部分(1)检查导电部分有无变色、断裂、锈蚀，固定联接部分元件有无松动，绝缘有无破损、污损。(2)测试主回路相对地、相与相之间及绝缘提升杆的绝缘电阻应不小于规定值。(3)断路器在分、合闸状态下分别进行主回路相对、相间及断口的交流耐压试验1min，应合格；绝缘提升杆在更换或干燥后必须进行耐压试验。(4)测试真空灭弧室二个端之间、主回路端之间的接触电阻，应不大于规定值。3、操作机构部分(1)检查紧固元件有无松动、各种元件是否生锈、变形、损伤、更换不合格的部件、涂上防锈油。(2)多次进行分、合闸操作试验、自由脱扣试验、通电合闸操作试验，断路器应无异常。(3)测试电磁操作机构在12065的额定电压范围内分合闸操作无异常；30额定分闸电压进行操作