2010-11-14高压电器第七章真空断路器.ppt

1、2010-2011年第一学期年第一学期 第七章第七章 真空断路器真空断路器概 述一、真空开关的发展：1、由于真空技术的发展，上世纪五十年代开始，美国制成了第一批适用于切合电容器组等特殊场合的真空负荷开关，但其开断电流较小。2、六十年代初期，由于冶金技术上的进展，解决了开断大电流用的触头材料，使真空断路器获得了新的发展。又经过了几年的运行、研究、改进，真空断路器的开断电流达到了一般断路器的水平，即达40kA，从而使真空断路器进入了高电压、大容量的领域。由于真空断路器具有一系列明显的优点，从七十年代开始，在国际上得到了迅速的发展，尤其在35kV以下更处于优势地位。3、我国于1960年研制了第一批真

2、空灭弧室，进行了部分试验；又于1965年试制成我国第一台二相真空开关（10kV，100A）。目前国内在真空开关和真空断路器方面的研究和生产均得到很大重视和迅速发展。2二、生产现状：国外：生产真空断路器的60多家公司，主要有12家：美国的GE公司和西屋公司；日本的东芝、日立、三菱、明电舍公司；德国的西门子、AEG、CALOREMAG公司；英国的GEC和HAWKER SIDDELEG公司，其中以东芝、三菱、明电舍、西门子、 AEG、 GE和西屋公司的规模最大，灭弧室年产量超过100万只。国内：生产厂家有100多家，真空灭弧室的制造厂家有10余家。主要的真空断路器制造厂有北京开关厂、锦州开关厂、天水

3、长城开关厂、四川电器厂等。主要的真空灭弧室生产厂有4401、777、771、779、沈阳灯泡厂等。三、发展趋势：大容量、高电压、低过电压和小型化，而触头材料是关键。要求开断容量大、耐压强度高、载流水平低、电磨损率小、抗熔性能好。目前，铜铬（ge）合金材料仍是最好的真空灭弧室触头材料。四、要求掌握的内容：真空断路器由真空灭弧室、传动机构和操动机构的组成。重点掌握真空灭弧室、真空断路器和真空断路器的操作过电压。345第一节 真空灭弧室真空灭弧室基础知识真空灭弧室基础知识 http:/ *1010-2-2PaPa，为，为1.331.33* *1010-3-3Pa Pa ）下，下，触头材料的金属蒸汽触

4、头材料的金属蒸汽的的电弧放电电弧放电。真空电弧不是靠电极间气体分子的电离来维持的，它是依靠电极材料蒸发真空电弧不是靠电极间气体分子的电离来维持的，它是依靠电极材料蒸发所形成的金属蒸汽的电离维持的。当真空灭弧室的触头在真空中带电分离时，所形成的金属蒸汽的电离维持的。当真空灭弧室的触头在真空中带电分离时，电接触表面积迅速减小，最后只留下一个或几个微小的接触点（金属桥），在电接触表面积迅速减小，最后只留下一个或几个微小的接触点（金属桥），在金属桥上电流密度非常大。随着金属桥缩小，其电流密度增大，温度也越来越金属桥上电流密度非常大。随着金属桥缩小，其电流密度增大，温度也越来越高。最后金属桥熔化并蒸发出

5、大量的金属蒸汽。金属蒸汽温度很高，同时又存高。最后金属桥熔化并蒸发出大量的金属蒸汽。金属蒸汽温度很高，同时又存在很强的电场，这样就会导致强烈的场致发射和金属蒸汽的电离，从而发展成在很强的电场，这样就会导致强烈的场致发射和金属蒸汽的电离，从而发展成真空电弧。由于触头的特殊构造，可使电弧均匀分布在触头表面，从而减小电真空电弧。由于触头的特殊构造，可使电弧均匀分布在触头表面，从而减小电弧能量和触头的电腐蚀速度，并使真空灭弧室具有较高的弧后介质强度恢复速弧能量和触头的电腐蚀速度，并使真空灭弧室具有较高的弧后介质强度恢复速度。燃弧过程中产生的金属蒸汽被屏蔽罩表面冷凝，释放的少量气体中的一部度。燃弧过程中

6、产生的金属蒸汽被屏蔽罩表面冷凝，释放的少量气体中的一部分被凝聚的金属蒸汽所吸收，一部分被管内吸气剂吸收，使真空灭弧室内一直分被凝聚的金属蒸汽所吸收，一部分被管内吸气剂吸收，使真空灭弧室内一直维持高的真空度。维持高的真空度。61 1、安装前，用棉布或绸布蘸少许酒精，将灭弧室的绝缘外壳表面擦拭干、安装前，用棉布或绸布蘸少许酒精，将灭弧室的绝缘外壳表面擦拭干净，同时将导电杆及电连接表面擦净，以使其与整机有良好的电接触。净，同时将导电杆及电连接表面擦净，以使其与整机有良好的电接触。2 2、按真空断路器的要求将真空灭弧室安装在真空断路器上并按真空灭弧、按真空断路器的要求将真空灭弧室安装在真空断路器上并按

7、真空灭弧室的要求进行调整。与灭弧室有关的机构参数应满足技术条件中的参数要求。室的要求进行调整。与灭弧室有关的机构参数应满足技术条件中的参数要求。3 3、安装、调整过程中，严禁用硬物撞击或敲打真空灭弧室外壳以免破碎漏、安装、调整过程中，严禁用硬物撞击或敲打真空灭弧室外壳以免破碎漏气，同时对玻璃真空灭弧室应防止玻璃外壳划伤。否则开断过程玻壳受热后气，同时对玻璃真空灭弧室应防止玻璃外壳划伤。否则开断过程玻壳受热后易破碎。易破碎。4 4、紧固静端压板用的螺钉旋入灭弧室的深度应满足但不能超过灭、紧固静端压板用的螺钉旋入灭弧室的深度应满足但不能超过灭弧室外形图标注的螺纹深度。弧室外形图标注的螺纹深度。5

8、5、安装开关与灭弧室动导电杆的连接螺杆时，、安装开关与灭弧室动导电杆的连接螺杆时，如产品的动导电杆上有铣扁设计，则应用扳手夹住动导电杆的扁平面，以免如产品的动导电杆上有铣扁设计，则应用扳手夹住动导电杆的扁平面，以免使波纹管受扭力影响其寿命。使波纹管受扭力影响其寿命。7二、真空间隙击穿间隙击穿的三种假设： 场致发射：高电场强度集中在阴极表面的微小突端和尖端部分，引起电子发射，使该部分金属熔化、蒸发，发展成电弧； 团粒作用：附着在电极表面上微小金属屑（统称为团粒），受到电场作用从一极加速通过真空间隙达到另一极后，团粒与电极碰撞，使团粒熔化、蒸发，金属蒸汽被电子游离，导致绝缘击穿； 电极的二次电子发

9、射：间隙中的正离子和光子等撞击阴极，引起二次发射或加强了场致发射，引起绝缘击穿。8三、真空电弧的形态：1 聚集型：大电流大电流真空电弧。2 扩散型：小电流小电流真空电弧（单阴极模型）； 图7-1示出它们的电弧示意图。四、熄弧原理：1、聚集型真空电弧：在恢复电压作用下，由于原来阳极被熔融而来不及冷却，不可避免地要重燃不可避免地要重燃。为此，集聚型采取下述熄弧措施：a.加纵向磁场，提高聚集电流值；b.加横向磁场，把聚集型变为扩散型。 2、扩散型真空电弧：电流过零后，新阴极不会产生阴极斑点，真空容器间隙只要距离足够，电弧只要距离足够，电弧就不会重燃就不会重燃。9四、真空灭弧室：真空灭弧室是真空断路器

10、的心脏。图7-2示出它的结构原理。外壳：玻璃、高铝陶瓷（耐温1600度，熔点2030度，耐压强度高）或微晶玻璃等无机绝缘材料制成，圆筒状，两端用金属盖板封接组成封闭容器。外壳内部：一对触头，其中，静触头固定在静导电杆的端头，动触头固定在动导电杆的端头。动导电杆在中部与波纹管的一个端口焊在一起，波纹管的另一端口与动端盖的中孔焊接，动导电杆从中孔穿出外壳。10由于波纹管在轴向上可以伸缩，因而这种结构既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。真空灭弧室内部通常抽成高真空。在动、静触头和波纹管周围装有屏蔽罩，触头周围的屏蔽罩称为全屏蔽罩，由磁柱支撑；波纹管周围的屏蔽罩称为辅助屏

11、蔽罩或波纹管屏蔽罩。由于大气压力的作用，灭弧室在无机械外力作用时，其动静触头始终保持闭合位置，当外力使动导电杆向外运动时，触头才分离。111、外壳（1）外壳：是真空灭弧室的密封容器，它不仅要容纳和支持真空灭弧室内的各种零件，而且当动、静触头在断开位置时起绝缘作用。因此，整个外壳通常由绝缘材料和金属组成。对外壳的要求： 气密性好，所有材料均不允许有任何漏孔存在； 有一定的机械强度； 绝缘体在真空和大气中都必须有良好的绝缘性能。（2）绝缘筒（有时也称绝缘外壳）： 广泛采用硬质玻璃和高氧化铝瓷等无机绝缘材料，也有采用微晶玻璃作绝缘外壳的。 不透气、不吸水、机械强度高、绝缘性能好、软化温度高。外壳的端

12、盖常用不锈钢、无氧铜、可伐等金属制成。（3）以金属材料制成外部圆筒，并以无机绝缘材料制成绝缘端盖。金属圆筒又起屏蔽罩的作用。122、波纹管：它既保证了灭弧室完全密封，又是灭弧室外部操动触头运动不可缺少的元件。 波纹管的制造技术对灭弧室的寿命很重要。使用前要进行寿命试验、波纹管管壁厚度检查等环节。 形式：常用的波纹管有液压成形和膜片焊接两种，如图7-3所示。 常用材料：有不锈钢、磷青铜、铍（皮）青铜等，以不锈钢性能最好。波纹管的侧壁可在轴向上伸缩，它的允许伸缩量也就决定了灭弧室所能获得的触头最大开距。真空灭弧室的机械寿命：由波纹管的疲劳寿命决定。133 3、屏蔽罩：一般采用中封式，它改善了电场分

13、布，提高了绝缘强度。、屏蔽罩：一般采用中封式，它改善了电场分布，提高了绝缘强度。（1）触头周围设置的全屏蔽罩全屏蔽罩的作用： 支撑与绝缘。可以挡住电弧生成物的去路，防止绝缘外壳因电弧生成物所污染而引起绝缘强度降低和绝缘破坏。 有利于提高开断能力。电弧生成物在屏蔽罩表面会凝结，不容易返回电弧间隙，有利于熄弧后弧隙介质强度的迅速恢复。 均匀内部电场。屏蔽罩还能起到使灭弧室内部电压均匀分布的作用。（2）波纹管外面用辅助屏蔽罩辅助屏蔽罩：使波纹管免遭电弧生成物的烧损。（3）材料与厚度选择： 材料：在开断过程中电弧的能量有很大一部分消耗在屏蔽罩上，使屏蔽罩的温度升得相当高，而温度越高就会使它表面冷凝电弧

14、生成物的能力越差。因而应尽量采用导热性能好的材料制造屏蔽罩，常用的材料为无氧铜、不锈钢和玻璃，铜是最常用的。 厚度：在一定范围内，金属屏蔽罩厚度的增加可以提高灭弧室的开断能力，但通常不超过2mm。144 4、触头：、触头：（1） 触头是真空灭弧室内最为重要的元件，真空灭弧室的开断能力和电气寿命主要由它决定。（2） 目前真空开关的触头系统就接触方式而言都是对接式的，目的是产生自闭力（内外气体压力差），使动触头向上运动后动静触头总是闭合的，为此，必须挡住它，以免将波纹管拉长至死位。（3） 根据触头工作原理不同，分为分为非磁吹触非磁吹触头头和磁吹触头磁吹触头两大类。 非磁吹型圆柱状触头：最简单，机械

15、强度好，易加工，但开断电流较小（有效值在6kA以下）。一般只适用在真空接触器和真空负荷开关中； 横向磁吹触头：可使开断电流进一步提高，使真空灭弧室的体积大大减小，极大地提高了真空断路器的竞争能力。（4） 真空灭弧室的开断能力通常取决于触头直径。图图7-47-4示出触头的尺寸与电流开断能力的关示出触头的尺寸与电流开断能力的关系。系。1516（5 5）常用的几种触头简介：常用的几种触头简介：图图7-57-5示出各种触头的结构形状。示出各种触头的结构形状。 平板、非磁场型触头平板、非磁场型触头 圆柱形触头圆柱形触头：触头的圆柱端面 作为电接触和燃弧的表面，真空电弧在触头间燃烧时不受磁场的作用。当开断

16、电流增大使真空电弧发生集聚时，它就失去了开断电流的能力。在触头直径较小时，其极限开断电流和直径几乎成线性关系，但当触头直径大于5060mm后，继续加大直径，极限开断电流就很少增加了。 磁场型触头磁场型触头：处于试验中。 螺旋槽触头螺旋槽触头：图7-5 C）和图7-6为横向磁吹的中接式螺旋槽触头。在触头圆盘的中部触头圆盘的中部有一突起的圆环突起的圆环，圆盘上开有三条螺旋槽，从圆环的外周一直延伸到触头的外缘。当触头在闭合位置时，只有圆环部分接触。触头在闭合位置时，只有圆环部分接触。触头分离时，在圆环上产生电弧，由于电流线在圆盘处有拐弯，在弧往部分产生与弧柱垂直的横向磁场。17 如果电流足够大，真空

17、电弧发生集聚的话，那么磁场会使电弧离开接触圆环，向触头的外缘运动，把电弧推向开有螺旋槽的触头表面（称为跑弧面）。一旦电弧转移到跑弧面上，触头上的电流就受到螺旋槽的限制，只能按规定的路径流通（如图7-6，b的虚线所示），而垂直于触头表面的弧柱就受到一个作用力F，它的径向分量F1使电弧朝触头外缘运动，而切向分量F2使电弧在触头上沿切线方向运动，使电弧在触头外缘上作圆周运动，从而使电弧熄灭。螺旋槽触头在大容量真空灭弧空中应用得十分 广泛，它的开断能力可高达40 60kA。18 杯状触头：结构如图7-7所示。触头形状似一个圆形广辔杯子，杯壁杯壁上开有一系列斜槽斜槽，且使动静触头的斜槽方向相反。这些斜槽

18、构成许多触指，用构成许多触指，用其端面接触。其端面接触。当触头分离当触头分离产生电弧时，电流经倾斜的触指流通，产生横向磁场横向磁场，驱使真空电弧在杯壁的端面上运动。杯状触头在开断大电流时，在许多触指上同时形成电弧环形分布在圆壁的端面，每一个电弧都是电流不大的集聚型电弧，且不再进一步集聚。这种电弧形态称为半集聚型真空电弧。它的电弧电压比螺旋槽触头的要低，电磨损也较小。杯壁端面必须用抗熔焊材料制成。杯体一般采用铜铬，它在经高温焊接和烘烤后仍有良好的弹性。在相同的触头直径下，杯状触头开断能力在相同的触头直径下，杯状触头开断能力比螺旋槽触头要大一些，且电气寿命也较长。比螺旋槽触头要大一些，且电气寿命也

19、较长。19 线圈型触头和多极纵向磁场触头：图7-10示出的是纵向磁场触头的一个例子。结构：触头背面设置一个特殊形状的线圈，串联在触头和导电杆 之间，导电杆中的电流先分成四路流过线圈的径向导体，进入 线圈的 圆周部分，然后流入触头；动、静触头的结构完全一样。开断电流时，由于流过线圈的电流在弧区产生一定的纵向磁场，可使电弧电压降低和集聚电流值提高，从而大大提高触头的开断能力和电气寿命。20（6） 触头材料：真空断路器触头材料的性能： 开断能力高； 抗熔焊性能好； 导电能力很好； 击穿耐压性能好； 截流值小； 低含气量。单一的金属材料一般不能同时满足上述要求，需采用多元合金。真空灭弧室较广泛采用铜-

20、钨-秘-锆（CuWBiZr）合金或钨-镍-铜-锑（W-Ni-Cu-Sb）合金作触头，在开断电流小于4kA时，性能较好，截流水平比钨也有降低。大容量的真空灭弧室，主导电部分可选用铜-秘合金、铜-秘-铈（Ce）、铜-秘-银、铜-秘-铝以及铜-碲（Te）-硒（Se）等三元合金，它们的导电性能良好，提高了抗熔焊性能，降低了截流水平，电弧电压也低。（7）触头开距：真空间隙的耐压特性受真空度、触头材料与表面状况、屏蔽罩的电场分布以及零部件的洁净度等多种因素影响，分散性较大，在选取真空灭弧室的触头开距时，要考虑一定的裕度。10kV产品的开距常取1216mm，35kV产品的开距常取3540mm。开断电流大的灭

21、弧室，开距宜取大值。超程超程 视频视频 http:/ 真空断路器视频视频 国外国外 http:/ 视频视频 国内国内 http:/ 1. 组成：组成：由真空灭弧室1、绝缘支撑2、传动机构3、操动机构4及基座5等几部分组成，如图7-11所示。2.2.总体结构形式：总体结构形式：多种多样的总体结构形式，可以垂直、水平或作任意角度进行安装。视频视频 http:/ http:/ 3.3.分类：分类：按真空灭弧室的布置方式可分为“落地式”和“悬挂式”两种最基本的形式，以及以上两种方式相结合的“综合式”和“接地箱式”。 24 “落地式”真空断路器：图7-11所示即为“落地式”的一种，是将真空灭弧室安装在上

22、方，用绝缘支撑支持，而将操动机构设置在底座上。上下两部分由传动机构通过绝缘杆连接起来。优点：便于操作人员观察和更换灭弧室；传动效率高，分合闸操作时直上直下，传动环节少，传动磨擦小；整开断路器的重心较低，稳定性好，操作时振动小；断路器深度尺寸小，重量轻，进开关柜方便；产品系列性强，且户内户外产品的相互交换容易实现。但产品的总体高度较高，检修操动机构较困难，尤其是带电检修时。“悬挂式”真空断路器：图7-12示出“悬挂式”真空 断路器结构示意图。 它是将真空灭弧室用绝缘子悬 挂在底座框架的前方，操动机构 设置在后方，即框架内部，前后 两部分用传动绝缘杆连接起来。25“悬挂式”真空断路器在结构上与传统

23、的少油断路器相类似，宜作手推车式开关柜用，其操动机构与高电压隔离，便于检修。这种结构的缺点是：总体深度尺寸大，用铁多，重量重；绝缘子受弯曲力作用；操作时灭弧室振动大；传动效率不高。因此，一般只适用于户内中等电压以下的产品。二、真空断路器特点：二、真空断路器特点：与其他断路器相比，具有下列特点：（1）真空的绝缘强度高，熄弧能力强，燃弧时间短，全分断时间也短。（2）熄弧时间短，触头电磨损小，因此分断次数多，电寿命长，适于频繁操作，特别适合于切断电容性负载电路，触头不受外界有害气体的侵蚀。（3）触头开距小，减少了操动机构的操作功，机械寿命也长。（4）结构简单，在使用期限内，触头部分不需维修、检查，即

24、使机构需要维修检察，也十分简便，需要的时间很短。（5）体积小，重量轻。（6）环境污染小。开断在密闭容器内进行，电弧生成物不会污染周围环境，操作时也没有严重噪音，没有易燃易爆介质，无爆炸和火灾危险。26第三节 真空断路器的操作过电压一、真空断路器主要的3种操作过电压：1截流过电压：因灭弧能力太强而产生，减小截流值是解决和杜绝截流过电压的关键。（1）单相截流过电压：由于采用了新型触头材料，真空灭弧室的截流值已大大降低，单相截流过电压问题已不必担心。只是在用真空断路器控制电动机时，因电机绝缘强度较低，仍须要考虑。（2）三相同时截流时的过电压：对一般的三相工频电路开断过程，首开相触头将此相电流开断后，

25、其余两相要延时1/4周期后电流过零而被开断。但在用真空断路器开断时，可能出现三相同时开断的情况。这是因为当首开相因截流过电压而发生重燃时，在该相负载中将流过高频电流，通过电磁耦合在其他两相同时感应出一个高频电流叠加到工频电流上，使其他两相电流也强制过零，造成电路的三相“同时”发生截流的现象，从而出现更大的过电压。 27 2切断电容性负载时，重击穿产生的过电压： 这是因熄弧后间隙发生重击穿而引起。真空断路器虽比其他断路器有较好的开断容性负载的性能，但是由于真空间隙耐压强度不稳定和直流耐压水平较低，仍会有一定的重击穿几率，从而出现过电压。因此要求真空断路器的重击穿几率越小越好，最好不发生重击穿。

26、因为真空断路器偶尔发生重击穿后能很快自动恢复其耐压强度，不会产生不断地在电源电压峰值处连续发生重击穿的情况，所以过电压并不高。283高频多次重燃过电压：由于真空断路器的高频多次重燃，在开断感性电流（如电动机起动电流）时，即使没有截流也会发生过电压，导致电机匝间绝缘击穿而损坏。当三相真空断路器在开断时，如果一极触头正好在其相电流零点前分离，电流很快就过零，电弧首先在这一相熄灭，也没有发生截流过电压。但此时触头间距很小，介质恢复强度不高，它不能承受恢复电压的作用，间隙被击穿而又产生电弧。由于线路参数的影响，击穿后电流中含有高频分量。如果高频分量的幅值大于工频电流瞬时值，就会出现高频电流零点，此时又

27、可使电弧熄灭而开断电流。高频电流过零电弧熄灭时，负载电容上的电压将达反相最大值，电容和电感再次发生高频振荡时可以产生更高的电压。这一电压又可再次使触头间隙击穿，再一次在高频电流零点时开断电流，产生更高的电压。击穿反复产生，使负载侧的电压不断升高，从而产生较高的过电压。其波形如图7-13所示。29这种过电压由于上升陡度很高，对电机绕组绝缘的危害特别大，因此，往往在过电压倍数不高时就能使绕组的匝间绝缘损坏。4、抑制操作过电压的方法（1）采用低电涌真空灭弧室：采用低截流值的触头材料与纵向磁场触头组成的灭弧室，既可降低截流过电压，又可提高开断能力。（2）负载端并联电容：这既可降低截流过电压，也可减缓恢

28、复电压的上升陡度。保护变压器时，一般可在高压端并联0.10.2F的电容器，30（3）负载端并联“电阻-电容”：不仅能降低截流过电压及其上升陡度，而且在高频重燃时可使振荡过程强烈衰减，对抑制多次重燃过电压有较好的效果。电阻一般选为100200，电容为0.10.2uF。（4）安装避雷器：只能限制过电压的幅值。近年来除碳化硅外，又发展了氧化锌（ZnO）非线性电阻，用它构成无间隙避雷器。如将氧化锌电阻与火花间隙串联，可减轻氧化锌电阻的工作条件。其火花间隙比碳化硅避雷器的要小，且工频续流也很小。 （5）串联电感：用它可降低过电压的上升陡度和幅值。31第四节 真空断路器的结构一、真空开关的种类：有真空断路

29、器、真空负荷开关和真空接触器。其中，最能体现真空开关技术优势的是中压（12kV级）真空断路器。二、真空断路器的分类：1、按用途，分为标准型和专用型。（1）标准型：具备并能实现断路器的基本功能和开断短路电流。（2）专用型：主要用于频繁操作次数较高的场合，其操作寿命很高，常用于切合变压器、电抗器、电缆、电动机、电炉、电容器和滤波器等。2、按外部绝缘不同，分空气绝缘和复合绝缘两种。（1）空气绝缘：图7-15和图7-16分别为空气绝缘的ZN12和ZN28A型真空断路器的总体结构图。这两种我国自己研制的具有代表性的真空断路器，是为开关柜设计的，采用综合式总体布置。ZN28为手车式设计，ZN28A型真空断

30、路器是从ZN28派生出的分装式真空断路器，用于固定式开关柜的专用真空断路器。空气绝缘的真空断路器由于由于采用空气外绝缘，采用空气外绝缘，结构简单结构简单，造价较低造价较低。32333435BV1真空断路器真空断路器 视频视频http:/ 复合绝缘：主要有ABB公司研制生产的配永磁操动机构的VM1真空断路器，以及国内研制的配永磁操动机构的VSm型真空断路器，其外形如图7-17所示。复合绝缘采用的是整体固封环氧树脂工艺。环氧树脂有许多优良特性，如良好的加工工艺性、良好的绝缘性能以及非常高的耐压强度和机械强度等，因而采用该工艺可大大提高真空灭弧室的外绝缘水平，减少真空断路器的相间绝缘距离，减少真空断

31、路器体积。36三、真空断路器的整体结构： 分组合式布置和一体化布置。1 1、组合式布置：如、组合式布置：如ZN12ZN12型、型、ZN28ZN28型、型、ZN28AZN28A型、型、3AN3AN型等，这些真型等，这些真空断路器操动机构与真空灭弧室作前后布置，常用机构为空断路器操动机构与真空灭弧室作前后布置，常用机构为CD17CD17电磁操动电磁操动机构，机构，CT17CT17、CT19CT19弹簧操动机构等。此类真空断路器由于机构独立，易弹簧操动机构等。此类真空断路器由于机构独立，易于生产配套。于生产配套。2 2、一体化布置：如、一体化布置：如ZN63AZN63A（VS1VS1）型真空断路器，

32、如图）型真空断路器，如图7-187-18所示。所示。（1 1）这种布置操动机构作为断路器的固有组成部分，无独立型号。）这种布置操动机构作为断路器的固有组成部分，无独立型号。（2 2）采用这种布局，一方面减少了中间传动环节，结构简单、紧）采用这种布局，一方面减少了中间传动环节，结构简单、紧凑，降低了能耗和噪声，同时也使断路器机械操作可靠性大为提高；凑，降低了能耗和噪声，同时也使断路器机械操作可靠性大为提高；另一方面，这种布置方式给用户带来方便，用户可以不经调试直接另一方面，这种布置方式给用户带来方便，用户可以不经调试直接投入运行。投入运行。37（3 3）VS1VS1型型真空断路器的真空断路器的真

33、空真空灭弧室灭弧室：纵向安装在一个管状的绝缘筒4内，绝缘筒4由环氧树脂采用APGAPG工艺工艺浇注而成，因而它特别耐爬电。这种结构设计大大减少了粉尘在真空灭弧室表面的聚积，不仅可以防止真空灭弧室受到外部因素的影响，而且可以确保即使在湿热及严重污秽环境下也能对电压效应呈现高阻态。3839 APG APG技术技术即环氧树脂皇动压力凝胶成型技术即环氧树脂皇动压力凝胶成型技术(The Automatic (The Automatic Pressure Pressure GelationGelation) )，主要应用于生产中高压环氧树脂绝缘制品。，主要应用于生产中高压环氧树脂绝缘制品。 其特点为可将环

34、氧树脂绝缘制品的生产周期，从传统真空浇注所其特点为可将环氧树脂绝缘制品的生产周期，从传统真空浇注所需的十几个小时缩短到十几分钟，并较好地控制放热效应，有利于补需的十几个小时缩短到十几分钟，并较好地控制放热效应，有利于补偿因固化反应而引起的收缩，且具有极好的尺寸稳定性和很高的机械偿因固化反应而引起的收缩，且具有极好的尺寸稳定性和很高的机械强度等突出优点。尤其是应用于真空断路器用固封极柱、复杂、薄壁、强度等突出优点。尤其是应用于真空断路器用固封极柱、复杂、薄壁、多方位抽芯的产品更具优势。多方位抽芯的产品更具优势。 当前国内外高压开关正向免维护、复合化、小型化、高寿命、高当前国内外高压开关正向免维护

35、、复合化、小型化、高寿命、高性能发展，采用性能发展，采用APGAPG技术生产高压绝缘镧晶更显示出突出的技术优势技术生产高压绝缘镧晶更显示出突出的技术优势和广阔的发展前景。和广阔的发展前景。 VS1型真空断路器的操动机构操动机构布置在绝缘筒后的机箱机箱内， 机箱被四块中间隔板分成五个装配空间，其间分别装有储能部分、传动部分、缓冲部分、脱扣部分等，如图7-19所示。在结构设计中充分考虑了机构中各种力的作用情况，使传动机构的布置合理，保证部件变形量最小。这既便于保证性能，又提高了机构可靠性。该操动机构为平面布置，具有手动储能和电动储能。户外柱上真空断路器的结构主要有封闭式和敞开式，外绝缘一般采用空气

36、、油、SF6和复合绝缘。4041四四、真空负荷开关：、真空负荷开关：主要有主要有固定式固定式和和移动式灭弧室两种移动式灭弧室两种结构。结构。原理原理是靠真空灭弧室切负荷电流、熄灭电弧再由串接的隔离刀是靠真空灭弧室切负荷电流、熄灭电弧再由串接的隔离刀或其它方式建立可视断口或其它方式建立可视断口。其其优点是分断能力强，寿命长，缺点是造价高，外绝缘性能差，优点是分断能力强，寿命长，缺点是造价高，外绝缘性能差，无可视断口无可视断口。东开电气东开电气 真空断路器真空断路器 负荷开关负荷开关 接地开关接地开关httphttp:/ 3、6 6、7.27.2、12kV12kV；按高、低压部分相对位置，分为上下

37、布置上下布置（见图7-20）和前后布置前后布置（见图7-21）；按合闸是否带锁扣，分为带锁扣带锁扣（机械保持）和不带锁扣不带锁扣。4344前后4546CKG-10/160户内交流高压真空接触器户内交流高压真空接触器JCZ1-7.2JCZ1-7.2、12 12 单相高压真空接触器单相高压真空接触器47视频视频: 东开电气东开电气 真空断路器真空断路器 负荷开关负荷开关 接地开关接地开关http:/ 第五节 配永磁操动机构的真空断路器一、定义：1、永磁机构：用于中压真空断路器永磁保持、电子控制的电磁操动机构。2、与传统的断路器操动机构相比，永磁机构采用了一种全新的工作原理和结构。工作时主要运动部件

38、只有一个（动铁心），无需机械脱、锁扣装置，故障源少，具有较高的可靠性。48二二、发展：、发展：1 1、2020世纪世纪6060年代，国外有人试图发展永磁机构，由于当时还没有合适年代，国外有人试图发展永磁机构，由于当时还没有合适的永磁材料，因此没有制造出具有商业价值的永磁机构。的永磁材料，因此没有制造出具有商业价值的永磁机构。2 2、2020世纪世纪8080年代年代出现了出现了钕（女）铁硼稀土永磁材料钕（女）铁硼稀土永磁材料。稀土永磁。稀土永磁材料的材料的出现为永磁机构的发展创造了必要条件出现为永磁机构的发展创造了必要条件。3 3、2020世纪世纪9090年代初我国发展了接触器用的永磁机构。现在

39、国内已研制年代初我国发展了接触器用的永磁机构。现在国内已研制成真空断路器用的永磁机构。成真空断路器用的永磁机构。3 3、永磁机构、永磁机构和和免维护真空断路器免维护真空断路器的研发是当代开关制造业的研发是当代开关制造业关注的关注的热点热点。三、钕铁硼永磁材料三、钕铁硼永磁材料： 具有具有极高的磁能积极高的磁能积，高，高的的矫顽力矫顽力和和剩磁剩磁，见，见表表7-17-1。4950近年来，国外各主要真空开关制造厂竞相推出配永磁机构的真空断路器。近年来，国外各主要真空开关制造厂竞相推出配永磁机构的真空断路器。我国稀土资源丰富，稀土永磁材料质量高、产量大，在许多领域稀土永磁材我国稀土资源丰富，稀土永

40、磁材料质量高、产量大，在许多领域稀土永磁材料应用很广泛，已有较强的加工制造能力和成熟的应用经验，具有发展永磁料应用很广泛，已有较强的加工制造能力和成熟的应用经验，具有发展永磁机构的良好条件。机构的良好条件。51四、永磁四、永磁操动机构的工作原理：机构的工作原理：1、实质：利用永磁体实现合闸保持和分闸保持（有时只作合闸保持）的电磁操动机构。不同结构形式的永磁机构的工作原理大体相似。2、永磁机构的合闸都采用电磁操动电磁操动。3、分类：（1）按照机构在分闸操作时的作用不同，永磁机构分为电磁操动（即双稳态）和弹簧操动（即单稳态）两种形式。（2）从线圈数目，分为双线圈式和单线圈式。（3）从外形结构，分为

41、方形结构和圆形结构。524、结构简图：图7-22、图7-23分别为方形结构和圆形结构双稳态永磁机构的外形简图。53沿沿A AA A剖开可得到相似的剖开可得到相似的剖面简图，如图剖面简图，如图7-247-24所示。所示。从图中可以看出，永磁机从图中可以看出，永磁机构共由七个主要部件组成：构共由七个主要部件组成：l l为静铁心为静铁心：机构提供磁路机构提供磁路通道，对于通道，对于方形机构方形机构一般采用一般采用硅钢片硅钢片叠形结构，叠形结构，圆形机构圆形机构则则采用采用电工纯铁电工纯铁或或低碳钢低碳钢；2 2为动铁心：为动铁心：是整个机构中是整个机构中最主要的运动部件，一般采用最主要的运动部件，一

42、般采用低碳钢材料；低碳钢材料；3 3、4 4为永久磁体为永久磁体：为机构：为机构提供保持时所需要的动力；提供保持时所需要的动力；5 5、6 6：为为分闸线圈分闸线圈和和合闸合闸线圈线圈；7 7为驱动杆为驱动杆：是机构与断路是机构与断路器传动机构之间的联接纽带器传动机构之间的联接纽带。54(5)(5)工作方法工作方法：当合当合/ /分闸位置的线圈无电流通过时，永久磁铁利用动静铁心提分闸位置的线圈无电流通过时，永久磁铁利用动静铁心提供的低磁阻抗磁路将动铁心保持在上或下极限位置，不需任何机械供的低磁阻抗磁路将动铁心保持在上或下极限位置，不需任何机械联锁。联锁。有动作信号时，合闸或分闸线圈的电流产生磁

43、动势，动、静铁有动作信号时，合闸或分闸线圈的电流产生磁动势，动、静铁心流过由线圈磁场与永磁体的磁场叠加合成的磁通，动铁心与其上心流过由线圈磁场与永磁体的磁场叠加合成的磁通，动铁心与其上的驱动杆在合成磁场力作用下，在规定时间内以规定速度驱动开关的驱动杆在合成磁场力作用下，在规定时间内以规定速度驱动开关本体完成开合任务。本体完成开合任务。 两位式双稳态机构两位式双稳态机构：由于动铁心在行程终止的两个位置不需要消耗任何能量即可由于动铁心在行程终止的两个位置不需要消耗任何能量即可保持，故称之保持，故称之双稳态机构双稳态机构。对比：对比：传统电磁机构的动铁心传统电磁机构的动铁心是通过是通过弹簧作用保持在

44、行程的一端弹簧作用保持在行程的一端，而在而在行程另一端行程另一端是靠是靠机械锁扣机械锁扣或或电磁能量电磁能量保持。保持。55 永磁机构：将电磁铁与永久磁铁特殊结合，以实现传统断路器操动机构的全部功能，即由永久磁铁代替传统的脱、锁扣机构，实现极限位置的保持功能，而分合闸线圈提供操作所需能量。特点：整个机构的零部件总数大幅减少，机构整体可靠性有可能得到大幅提高。（6 6）方形结构和圆形结构：）方形结构和圆形结构：工作原理相同，但静铁心材料和加工工艺不同。方形结构中静铁心采用硅钢片，导磁性能很好，制造中需开模具；圆形结构中静铁心材料应采用电工纯铁，以保证良好的导磁性，加工工艺简单。56（二）单稳态永

45、磁机构工作过程和工作原理单线圈单线圈永磁机构永磁机构与双线圈永磁机构的结构和磁路都非常相似， 动作也很相近，但是在分闸操作时需要用弹簧操动。1、操动机构处于合闸位置：如图7-27a所示。线圈中无电流通过，由于永久磁铁的作用，动铁心保持在上端。分闸时，在操作线圈中通以正向电流，该电流在动铁心上端产生与永磁体磁场相反方向的磁场，使动铁心受到的磁吸力减小，当动铁心受到的向上的合力小于弹簧的拉力时，动铁心向下运动，实现永磁机构的分闸。2、操动机构处于分闸位置：如图7-27c所示，在操作线圈中通与合闸操作方向相反的电流。这一电流在静铁心上部产生与永磁体磁场方向相同的磁场，在动铁心下部产生与永磁体磁场方向

46、相反的磁场，使动铁心所受磁吸力减小。当操作电流增大到一定值时，向上的电磁合力大于下端吸力与弹簧反力，动铁心便向上运动，实现合闸，并给分闸弹簧储能。5758（三）双线圈和单线圈永磁机构的特点：1、双线圈和单线圈永磁机构的主要区别：1 1）由于单线圈永磁机构在合闸位置不仅要克服触头弹簧的压力，还要为）由于单线圈永磁机构在合闸位置不仅要克服触头弹簧的压力，还要为分闸弹簧储能，因此在相同的传动条件下所需的保持力比双线圈永磁机构要分闸弹簧储能，因此在相同的传动条件下所需的保持力比双线圈永磁机构要大。大。2 2）采用电容作为分合闸线圈电源时，双线圈永磁机构分合闸时电容均放）采用电容作为分合闸线圈电源时，双

47、线圈永磁机构分合闸时电容均放电，单线圈永磁机构合闸时电容放电，分闸时存在对电容充电的过程。电，单线圈永磁机构合闸时电容放电，分闸时存在对电容充电的过程。3 3）两种操动机构合闸时动作特性较为相似，分闸时差异较大。单线圈永）两种操动机构合闸时动作特性较为相似，分闸时差异较大。单线圈永磁机构由于采用了弹簧，分闸速度特性与弹簧操动机构较为相似。磁机构由于采用了弹簧，分闸速度特性与弹簧操动机构较为相似。4 4）双线圈永磁机构的分闸特性易受控制系统电参数的控制，因此在需要）双线圈永磁机构的分闸特性易受控制系统电参数的控制，因此在需要控制分合闸特性的场合以及研制选相开关时双线圈永磁机构更具有优势。控制分合

48、闸特性的场合以及研制选相开关时双线圈永磁机构更具有优势。5 5）正如前面所指出的，双线圈永磁机构的线圈磁场在永磁体上与永磁体）正如前面所指出的，双线圈永磁机构的线圈磁场在永磁体上与永磁体自身磁场总是同方向的，所以不存在退磁的危险。而在单线圈永磁机构中情自身磁场总是同方向的，所以不存在退磁的危险。而在单线圈永磁机构中情况却不一样。况却不一样。2、退磁问题：（1）图7-25的永磁机构在分闸过程中，线圈磁场在永磁体上与永磁体自身磁场的方向相反，只有在合闸过程中两者的方向才是一致的。这说明单线圈单线圈永磁机构存在退磁的危险永磁机构存在退磁的危险！一旦永磁体明显退磁，永磁机构将不能正常工作。59（2）实

49、际实际工作时，单线圈永磁机构工作时，单线圈永磁机构不存在退磁危险不存在退磁危险。 原因原因是：无论在合闸状态还是在分闸状态，是：无论在合闸状态还是在分闸状态，动铁心动铁心上除了上除了受永磁体的吸力受永磁体的吸力外，还受外，还受很大的反向的机械力很大的反向的机械力的作用，这些的作用，这些机机械力的合力仅仅比磁力略小一点械力的合力仅仅比磁力略小一点。 这些反力在合闸状态主要是触头弹簧的压力，在分闸状态则主要是真空灭弧室的自闭力和分闸弹簧的拉力。只要加上不大的反向磁场就能实现分闸或合闸。反向磁场远远小于永磁体的自身磁场，它不会导致永磁体明显退磁。因为永磁机构没有机械锁扣，所以不能像传统操动机构那样用

50、手力解扣进入紧急分闸。永磁机构上通常附加一套机械装置用来以机械方式强行将动铁心拉离静铁心，实现紧急分闸。60二、永磁机构的特点和技术先进性1、特点：（1）结构简单，零部件数量少，没有机械锁扣，运动部件通常只有一个，这是所有永磁机构的共同特点，也是共同的优点。单线圈和双线圈永磁机构的机械结构都极简单，比任何操动机构（弹簧操动机构和电磁操动机构）的结构都要简单得多，零部件只有弹簧操动机构的40%左右。（2）机械寿命长、可靠性高是永磁机构最为突出的优点。由于结构简单，运动部件通常只有一个，这使永磁机构的机械寿命特别长，容易达到十万次或更高。由于没有容易出现故障的机械锁扣和其它高速运动部件，所以永磁机构发生机械故障的几率几乎为零，也即它的机械可靠性非常高，远