小型化真空灭弧室老炼工艺的研究
C-GIS专用真空灭弧室的研制
C-GIS专用真空灭弧室的研制陈军平刘继君一、引言柜式气体绝缘金属封闭开关设备（Cubicle Gas-Insulated Switchgear）简称C-GIS，是一种用于12～40.5kV或更高电压等级的输配电系统实现控制和保护功能的新型开关设备。
C-GIS一般采用低气压的SF6气体作为的绝缘介质，使用真空作为灭弧介质，将母线、断路器、隔离开关等元件集中密闭在箱体中，具有体积小、重量轻、安全性好、可靠性高、能适应恶劣环境条件下使用等优点。
近年来，随着社会的不断进步，用户对开关设备小型化、免维护、智能化、高可靠的要求越来越高。
在中压领域尤其是在40.5kV电压等级，常规的以空气为绝缘介质的开关柜普遍体积较大（柜宽不小于1200mm，体积一般不小于7），重量较重（一般不小于2t），操作困难，尤其不能满足在高海拔、潮湿、污秽等恶劣环境条件下使用要求。
在这种背景下，C-GIS（尤其是40.5kV）越来越被引起广泛关注。
上个世纪九十年代中期以来，成都旭光电子股份有限公司作为真空灭弧室供应商与西安高压电器研究所和西安森源开关技术研究所合作共同开展C-GIS的研制工作，针对其特殊要求先后开发了多种C-GIS专用真空灭弧室，现已配合多家C-GIS生产厂完成了全部型式试验项目，并已有部分厂家开始小批量生产。
二、SF6气体的绝缘特性对SF6气体的绝缘特性我们应重点关注两个方面：一是SF6气体间隙的绝缘特性；二是SF6气体中固体绝缘件沿面放电的特点，这两点对C-GIS的设计都非常重要。
1. SF6间隙的绝缘特性a) 电场的均匀性对SF6间隙的绝缘特性影响较大。
SF6气体具有优良的绝缘特性，在均匀电场中，SF6间隙的击穿场强大约为同等空气间隙的三倍。
与空气间隙不同的是电场的均匀性对SF6间隙的绝缘特性影响较大，当电场的均匀性下降时，SF6间隙的击穿场强也随着下降。
在极不均匀电场中，SF6间隙的击穿电压将低于同等空气间隙的三倍，随着电场不均匀性的增加，SF6间隙的击穿电压与空气间隙击穿电压的差值逐渐减小，甚至有可能出现SF6间隙的50%放电电压低于空气间隙的现象。
老炼对真空灭弧室回路电阻的影响
老炼对真空灭弧室回路电阻的影响对于真空灭弧室而言，回路电阻是一关键参数，它是决定真空灭弧室长期通载电流及灭弧室承受短时电流能力的关键因素，在回路电阻的组成中接触电阻又至关重要。
作者就老炼对减少灭弧室接触电阻的理论进行讨论，通过分析真空灭弧室回路电阻中接触电阻的组成、成因，高压老炼、直流老炼机理，就高压、直流老炼工艺原理说明其对真空灭弧室回路电阻中接触电阻阻值的影响。
标签：接触电阻；收缩电阻；膜电阻、电子和离子轰击；真空电弧1 灭弧室回路电阻组成灭弧室回路电阻：回路电阻R=R动+R静+RCRC为触头表面接触电阻，R动、R静为灭弧室动管芯、静管芯电阻，动、静管芯的电阻钎焊好后R动、R静两值基本均为定值，老炼改变主要受RC即接触电阻影响。
2 接触电阻的理论分析接触电阻的定义：电流通过两导体电接触处的主要现象是接触处出现局部高温。
产生此现象的原因是电接触处存在一附加电阻，称之为接触电阻。
接触电阻的物理实质：任何肉眼看来磨得非常光滑的金属表面，实际上都是粗糙不平的，当两金属互相接触时，只有少数凸的点（小面）发生了真正的接触，其中仅仅是一小部分金属接触或准金属接触的斑点才能导电。
2.1 接触电阻组成当电流通过这些很小的导电斑点时，电流线必然会发生收缩现象，由于电流线收缩，流过导电斑点附近的电流路径增长，有效导电截面减少，因而电阻值响应增大。
这个因电流线收缩而形成的附加电阻称为收缩电阻，是构成接触电阻的一个分量。
由于金属表面上有膜的存在，如果实际接触面之间的薄膜能导电，则当电流通过时会受到一定阻碍而有另一附加电阻，称之为膜电阻，它是构成接触电阻的另一个分量。
接触电阻包括三部分：一个接触元件一边的收缩电阻Rs1，接触面间的膜电阻Rb，另一接触元件一边的收缩电阻Rs2，接触电阻Rj：Rj=Rs1+Rb+Rs2。
2.2 接触电阻的物理意义2.2.1 收缩电阻的本质就是金属电阻，其大小与接触元件材料的电阻率成正比，与导电斑点的直径成反比。
日本真空灭弧室近期发展动向
日本真空灭弧室近期发展动向
程礼椿
【期刊名称】《高压电器》
【年(卷),期】1993(29)1
【摘要】1992年9月6～10日,第15届真空放电与绝缘国际会议在德国Darmstadt举行。
会上,日本东芝公司的代表就日本真空灭弧室近期发展情况提出报告。
报告内容包括:在小尺寸灭弧室中阳极斑点的新机理;小电流和过电压的新研究;低过电压和高耐压触头材料的开发;电压老炼作用的新研究;低过电压和大电流真空灭弧室的开发。
【总页数】6页(P28-33)
【关键词】真空灭弧室;发展;日本
【作者】程礼椿
【作者单位】华中理工大学
【正文语种】中文
【中图分类】TM510.2
【相关文献】
1.真空灭弧室触头材料的发展动向 [J], 王季梅
2.近期国内外真空灭弧室的发展动向 [J], 王季梅
3.近期国内外真空灭弧室的发展动向 [J], 王季梅
4.真空灭弧室生产工艺对灭弧室小型化发展的影响 [J], 王政;费广成;刘颖
5.真空灭弧室和SF6灭弧室串联混合断路器的技术发展 [J], 王英东;邵山
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真空泡老练的作用
摘要：该文叙述了真空断路器在订货、现场检修时怎样判别断路器的质量及运行中的注意事项，以充分发挥真空断路器的优越性，保障断路器设备安全运行，提高供电可靠性。
关键词：真空断路器；陶瓷泡；质量管理10 kV真空断路器作为新一代断路器，在电力系统从1994年开始使用以来，得到广泛应用。
较之10 kV油断路器，它具有开断容量大、灭弧性能好、机械寿命长、运行维护量小、检修周期长等特点。
随着推行断路器无油化的改造，各供电公司正逐步更换原有的充油断路器。
由于大量使用真空断路器，且订货、安装、检修存在一定的不严密性，造成在使用过程中出现了不少外部、内部缺陷及故障，主要表现在真空泡慢性漏气和机构受阻等方面，为了提高设备运行的可靠性，这就要求加强真空断路器在选型、安装、运行、检修等方面的质量管理工作。
1 严把定货质量关断路器的核心部件是灭弧室，而灭弧室的质量好坏主要决定于真空泡的质量，真空泡一般有陶瓷泡和玻璃泡两种。
早期生产的真空泡均为玻璃泡，它的额定极限开断次数一般大于20次，随着新技术的发展，需要有较大的极限开断电流的断路器，便产生了新一代真空泡即陶瓷泡。
陶瓷泡由于采用了先进的焊接技术，密封性能较好，机械强度高，爬距大，电寿命较长，开断容量大，极限开断次数一般大于30次，但陶瓷金属化的抗折强度是它的薄弱环节。
通过对6000只陶瓷泡和玻璃泡的跟踪比较，对两者的优劣有一个全面了解，如表1所示。
从以上3000只真空泡跟踪运行分析，在今后的真空断路器选型中应首选新一代真空泡——陶瓷泡。
灭弧室要经过老练，老练工艺包括电压老练和电流老练。
电压老练目的在于消除灭弧室内部和外部的毛刺，金属和非金属微粒、各种污秽物等。
电流老练工艺专为真空灭弧室设定，电流老练用持续的扩散型电弧，在电极表面不断运动，以尽可能彻底地清除电极表面的毛刺、金属氧化物、金属和非金属微粒以及各种污秽物等有害物质，并通过燃弧中产生的电极材料的吸气作用，使灭弧室内部保持良好的真空度。
断路器老炼实验
老炼是使新的真空灭弧室经过若干次击穿或使暴露的表面经受离子轰击的一种过程,是用来消除或钝化表面突起而使之成为无害缺陷的一种手段.经过老炼,消除了电极表面的微观突起.杂质和其他缺陷,从而提高了间隙的击穿电压并使之接近稳定.
老炼分为电压老炼和电流老炼.电压老炼是在高电压作用下间隙产生多次小电流火花放电或长期通过预放电电流.经过老炼后的灭弧室如经过一定时期的存放,老炼作用会部分甚至全部消失.
电流老炼是让间隙之间燃烧直流或交流真空电弧,其作用主要是除气和清洁电极,因而可改善开断性能.老炼的物理含义以及采用哪种老炼方法至今都无定论.
老炼电压值的确定遵循的原则是:
1.选择一较高老炼电压值,因为提高老炼电压值,可使稳定击穿电压明显提高
2.老炼电压是一范围,根据不同管型的情况,实际电压值可在一定范围内取值
3.灭弧室击穿比率不超过0.3%,根据实际摸索,老炼电压规范:12KV等级110~140KV,40.5KV 等级185~200KV
老炼电压值升到规范值后,电压趋于稳定,波形渐渐正常,已基本达到老炼效果,这时可在老炼电压值不变的情况下,稳定一段时间,稳定时间为10分钟,目的就是使老炼进行的更彻底.
此老炼过程是灭弧室制造厂来完成的,当用户需要用于切容性负载时可向厂家声明.如果开关特性再注意一下,一般是可以满足使用要求的.如果要取试验报告,可去绍兴试验站专做切电容试验.。
真空灭弧室基础知识介绍
1
2
3
1--动导电杆
4
2--导向套
3--波纹管
5
4--动盖板
6 5--波纹管屏蔽罩
7
6--瓷壳
8
7--屏蔽筒
8--触头系统
9--静导电杆
9 10—静盖板
10
圆柱形触头
真
空
灭
弧
室
横向磁场触头：螺旋槽、杯状、万字槽。
的
触
头
结
构
纵向磁场触头：杯状、线圈式、马蹄铁式、R 触头、球形触头排气台工艺 Nhomakorabea真
空
灭
弧 室
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。
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
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。
灭弧室焊接问题的探讨
灭弧室焊接问题的探讨摘要:本文从焊接的理论分析着手，对真空灭弧室在焊接过程中出现的焊缝不合格特征进行分析，总结得出了影响焊接质量的主要因素，并结合实际提出了解决措施。
关键词:焊缝漏气不浸润焊料流散真空灭弧室在制造过程中的焊接为关键过程。
这个工艺过程中，它的焊缝质量对灭弧室产品的整体质量起着至关重要的影响，特别是气密性焊缝。
本文主要针对焊接中出现的不合格特征，对其产生的原因进行了研究与分析，并结合实际提出了解决措施，从而使灭弧室产品的工艺质量在生产过程得到有效控制和不断提升。
1 焊接的机理及可靠性保证钎焊是依靠焊料熔化成液态来填满固态基体金属接头的间隙，而形成金属间结合的一种连接方式。
良好的钎焊焊缝质量要求焊接处的焊缝被焊料填满，且能均匀形成圆角，焊料流散和分布均匀，焊缝表面光滑，无缩孔，基体金属无溶蚀现象；真空气密性焊缝还需用氦质谱检漏仪进行检漏，不漏气。
为得到理想的钎焊质量，要保证以下几点。
(1)焊料对基体金属有好的润湿性。
(2)液态焊料和基体金属间发生相互作用。
(3)焊料溶化后与基体金属间发生相互作用，冷却时在焊缝中结晶而形成合金。
(4)钎焊接头的设计结构必须利用焊料的重力作用和焊缝间隙的毛细作用，保证焊料溶化后能良好地填充间隙。
(5)焊料填充焊缝间隙时，间隙中的气体应有排除的通道，避免盲孔设计。
(6)钎焊的基体金属和焊料表面必须洁净，无油污和氧化。
(7)钎焊温度、保温时间、升降温速率合理。
2 焊接质量的分析2.1 部件焊接在生产中部件钎焊主要是无氧铜与镀镍不锈钢、无氧铜与镀镍可伐、无氧铜与无氧铜、镀镍不锈钢与镀镍不锈钢这四种方式焊接，所采用的焊料均为银铜28焊料。
通过长时间的生产，我们的设计和工艺已日益成熟，但在生产过程仍然会出现一些钎焊的质量问题，如:钎焊焊缝处漏气，直接导致灭弧室失效；焊料流散过渡、焊料起皱、严重堆积、成蜂窝状、螺纹孔内爬焊料，可能造成灭弧室的耐压水平降低，或在超高压老炼时易造成管内击穿；如果表现在管外，造成压板端面、盖板及动导杆表面粗糙、凹凸不平，镀银层不均匀，色泽不一，造成影响灭弧室外观质量，降低产品的观赏度。
真空灭弧室的绝缘问题分析
真空灭弧室的绝缘问题分析高华东【摘要】通过对真空灭弧室的绝缘进行分析，找到绝缘损坏的原因，对真空断路器进行了优化调整，合理维护和使用，提高了真空断路器寿命。
%Through analysis of insulation of vacuum interrupters, the causes of insulation damage were found out. Vacuum circuit breaker was adjusted, optimized and properly used and maintained, which has increased the service life of the circuit breaker.【期刊名称】《冶金动力》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】2页(P21-22)【关键词】真空灭弧室;绝缘;过电压【作者】高华东【作者单位】山钢集团莱钢永锋钢铁公司动力部，山东齐河 251100【正文语种】中文【中图分类】TM56真空断路器在钢铁冶炼业的10 kV及35 kV供配电系统中广泛使用，真空灭弧室作为真空断路器的主要元件，其绝缘能力对安全连续供电至关重要。
真空灭弧室的绝缘分内部绝缘和外部绝缘，内部绝缘又分静态绝缘和动态绝缘。
2.1 真空灭弧室的静态绝缘影响静态绝缘水平的因素有：触头开距、触头与屏蔽罩的材料及形状、有效击穿面积、老炼工艺等。
触头有合理开距，保证了间隙的绝缘强度。
过大的开距无助于提高绝缘强度，可能反而导致分断大电流过程中增大间隙的电弧能量，延长介质恢复时间。
对纵向磁场结构的触头，间隙的大小对电弧电压影响不大，电弧电压随着分断电流的增大而增大，过大的开距使电弧电压随着开断电流增大，造成灭弧困难。
触头材料的含气量影响开关的开断能力，材料的拉伸强度的二分之一次方与承受电压成正比。
在屏蔽罩上设置半圆形裙边，可均匀电场分布。
真空灭弧室在开断大电流后，也会出现绝缘劣化现象，尤其是耐压水平下降较明显。
小型化真空灭弧室老炼工艺的研究
小型化真空灭弧室老炼工艺的研究刘颖常玉斌东芝白云真空开关管（锦州）有限公司摘要：本文根据小型化真空灭弧室研制开发和生产实践中的体会着重介绍小型化真空灭弧室的老炼工艺。
关键词：小型化真空灭弧室老炼工艺1 概述真空开关技术经过近三十多年的发展，市场占有份额逐年提高，生产厂家也越来越多，市场竞争非常激烈。
特别是入世以来，国外真空开关制造业以独资、合资的形式相继进入中国市场，使得竞争更加激烈。
市场对先进的小型化真空开关的需求越来越迫切，用户需要外型尺寸小、占地面积小、成本低廉、性能优越的产品。
因此，近年来世界各国，尤其是日本、美国等科技发展水平较高的国家一直致力于真空灭弧室小型化的研究，并取得了突破性进展。
为了实现真空灭弧室的小型化，锦州华光电力电子（集团）公司的技术研究人员对真空电弧、电真空材料、灭弧室内部电场强度的分布及生产方式等技术进行了深入地研究，真空灭弧室设计水平和制造工艺得以不断提高和完善，推出了新一代U系列小型化真空灭弧室。
U系列小型化真空灭弧室改变了以往的设计模式和工艺方式，在产品内部结构设计上采用了全新的设计理念，在制造工艺上有较大的突破，其产品特点如下：（1）采用自行研制的新型纵磁均布式触头结构。
这种触头结构在燃弧期间，在触头间隙中产生比目前通用的纵磁触头结构更强、更均匀的纵向磁场。
在强磁场的作用下，电弧被有效地控制在一个更大的区域内燃烧，扩大了触头的有效利用面积，改善了触头表面的电流密度分布，使电弧始终保持扩散型，从而降低了弧压及电弧能量，使开断能力大幅提高，开断能力较原杯状触头结构提高了约15％以上。
（2）通过计算机辅助设计，改善了灭弧室内部电场强度分布的均匀程度，优化了灭弧室内部结构，提高了灭弧室内部的绝缘水平，从而实现了灭弧室的小型化，其体积仅为原结构的50％～70％。
（3）采用新型的“一次封排”工艺，使灭弧室从部件到整管一次封排完成，减少了人及环境对部件的二次污染，提高了灭弧室内部的真空度及清洁度，改进了灭弧室的开断性能、绝缘水平及同轴水平。
中压真空断路器切电容老炼试验
中压真空断路器切电容电力系统的无功补偿是提高系统运行电压，减小网损，提高系统稳定水平的有效手段。
电力系统中常规负荷（阻抗）：1）电阻2）感抗3）容抗合闸涌流的产生：电网运行中为提高功率因数，而将电容器投运，在合闸投运瞬间即产生合闸涌流。
因为在电容器第一次合闸投运瞬间,电容器处于未充电状态，其流入电容器的电流，只受其回路阻抗的限制。
由于该时回路状态接近于短路，回路的阻抗很小，因此将产生很大的冲击合闸涌流流入电容器。
涌流最大值发生在合闸瞬间。
如在电容器切除退出运行后，未经充分放电再次合闸，则合闸产生的涌流为未充电状态时合闸涌流的2倍。
因为电容器切除仍处于带电状态下，把电容器再次投运，又刚好处于系统电压与充电电压大小相等、方向相反，所以合闸涌流较大。
投切电容器的几个关键问题：重击穿、重燃、NSDD（非自持破坏性放电）容性电流开合试验时允许出现重燃。
根据断路器的重击穿性能可以将其分成两级：Cl级：特定的型式试验（6.11L9∙2）验证的容性电流开合试验中具有低的重击穿概率。
C2级：特定的型式试验（6.11L9∙1）验证的容性电流开合试验中具有非常低的重击穿概率。
提高真空断路器投切电容器组的成功率：1.提高真空灭弧室的耐压能力。
真空灭弧室作为真空断路器的心脏，对于能否成功投切电容器组起着重要的作用，需要灭弧室厂家从结构上，材料上研究，使电场分布均匀，抗熔焊能力强，截流值更低。
2.控制灭弧室生产过程。
金属零件加工过程中，尽量避免和祛除干净零件的毛刺，提高表面质量，保证表面光洁度；装配前对部件进行超声波清洗，祛除灭弧内的微粒。
生产过程中控制装配间的空气湿度和悬浮微粒，减少触头部件存放时间，及时装配密封，减少氧化污染的几率。
3.提高断路器的设计质量和装配质量，控制机械特性在合理范围灭弧室导电杆对中性好，垂直布置，不受应力；操作机构输出功合适，分合闸速度在合理范围，分闸反弹和合闸弹跳尽可能小；断路器零件和装配质量控制好。
老炼试验——精选推荐
老炼是使新的真空灭弧室经过若干次击穿或使暴露的表面经受离子轰击的一种过程,是用来消除或钝化表面突起而使之成为无害缺陷的一种手段.经过老炼,消除了电极表面的微观突起.杂质和其他缺陷,从而提高了间隙的击穿电压并使之接近稳定.老炼分为电压老炼和电流老炼.电压老炼是在高电压作用下间隙产生多次小电流火花放电或长期通过预放电电流.经过老炼后的灭弧室如经过一定时期的存放,老炼作用会部分甚至全部消失.电流老炼是让间隙之间燃烧直流或交流真空电弧,其作用主要是除气和清洁电极,因而可改善开断性能.老炼的物理含义以及采用哪种老炼方法至今都无定论.老炼电压值的确定遵循的原则是:1.选择一较高老炼电压值,因为提高老炼电压值,可使稳定击穿电压明显提高2.老炼电压是一范围,根据不同管型的情况,实际电压值可在一定范围内取值3.灭弧室击穿比率不超过0.3%,根据实际摸索,老炼电压规范:12KV等级110~140KV,40.5KV等级185~200KV老炼电压值升到规范值后,电压趋于稳定,波形渐渐正常,已基本达到老炼效果,这时可在老炼电压值不变的情况下,稳定一段时间,稳定时间为10分钟,目的就是使老炼进行的更彻底.此老炼过程是灭弧室制造厂来完成的,当用户需要用于切容性负载时可向厂家声明.如果开关特性再注意一下,一般是可以满足使用要求的.如果要取试验报告,可去绍兴试验站专做切电容试验.。
关于真空断路器电寿命极限开断次数的探讨
摘要：目前现场对真空断路器灭弧室更换的依据之一是型式试验中的额定短路电流开断次数，由于考虑到更换不及时可能会造成开断失败引发事故，某些用户仅由通过计算的累积开断电流次数达到额定短路开断次数的80%进行灭弧室的更换，这实际上造成了非常大的浪费。
通过分析2002年至2005年间约400多份型式试验报告、原始记录及试验波形，并且跟踪一台合成试验用辅助断路器阳极近一年的开断情况，大胆地猜测:就目前的制造工艺和技术水平而言，真空断路器的开断潜力远远超出型式试验中的考核数值。
关键词：真空断路器真空灭弧室电寿命电磨损短路开断试验1 引言真空断路器由于其熄弧能力强，燃弧时间短，触头磨损小，机械寿命长，维护量小，灭弧室更换轻易等一系列特点深受用户的青睐。
更是在40.5KV及以下电压等级的市场上占据主导地位。
如今现场采取对真空断路器的维修及灭弧室更换原则为依据其在大容量试验站进行的机械寿命次数及额定短路电流开断次数（例如:20次、30次、50次等等）。
但真空断路器究竟能够开断多少次短路电流呢?20世纪90年代中期，有的厂家12KV真空断路器产品曾经通过了额定短路开断电流.75次试验至于更多的开断次数以及更高电压等级产品的更多次数开断能力，由于试验用度太高，厂家无法负担这样的研发本钱，所以并没有进一步深进地研究下往。
作者通过分析2002年至2005年4年来的约400份型式试验报告、原始记录及试验波形，并且跟踪一台合成试验用辅助断路器单极近一年的开断情况，提出了一些自己的想法。
2 型式试验报告的分析结论分析查阅了2002～2005四年间约400份真空断路器及开关柜的型式试验报告，共发现63台次真空断路器试品在短路开断试验过程中出现题目。
真空灭弧室基础知识及应用简介
３ 真空灭弧室的工作原理 要说明真空灭弧室的工作原理必须要弄清楚电弧、真空电弧、扩散电弧、集聚电弧、横向磁 场、纵向磁场的概念 ３．１ 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。 ３．２ 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
３．３ 真空电弧的形态 真空中的电弧有两种形态，扩散型电弧和集聚型电弧。 ３．３．１ 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，等离子锥便弯曲，接着阴极斑点就突然熄灭， 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。见图一 ３．３．２ 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。见图一
VG系列真空灭弧室 - Schneider Electric
HVX系列真空断路器
HVX系列真空断路器 VG系列真空灭弧室 单轴单盘簧操动机构 试验及OEM解决方案
Schneider Electric - Division - Name – Date
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HVX系列真空断路器
● HVX真空断路器发展历史
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HVX系列真空断路器
● HVX型真空断路器特征
额定值可达5000A,50KA 通过满容量的100次额定短路分断电流试验 通过30,000次机械操作循环试验 单轴单盘簧操作机构,简单可靠，操作功率仅40W 采用Cucr触头材料的纵向或横向磁场的VG系列灭弧室 主导电回路采用复合绝缘或空气绝缘
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VG系列真空灭弧室
● VG系列灭弧室
多方面独立技术来源（GEC，AEG，东芝） 采用Cucr触头横向或纵向磁场开断，高参数~8000A,63KA 先进的生产工艺（表面处理工艺，一次封排工艺） 严格的测试工艺（100%双老练，全自动检测线）
额定短路开断 电流 (4s)
额定 电流
真空灭弧室表面拉弧问题的分析与解决
设计应用真空灭弧室表面拉弧问题的分析与解决汪路1，赵子文2陕西宝光真空电器股份有限公司，陕西宝鸡721006；2.西电宝鸡电气有限公司，陕西通过对真空灭弧室超高压老炼作业过程中经常出现的灭弧室表面拉弧及击穿问题的分析与研究，结合高场强环境，将电荷引流原理应用于真空灭弧室超高压老炼生产作业中，有效解决了超高压老炼过程中灭弧室表面拉弧及击穿问题，已在超高压老炼生产工序推广使用，为真空灭弧室制造企业提供实践参考经验及相关解决方案。
高场强；电子崩；拉弧；击穿；电荷引流Analysis and Solution of Arcing Problem on the Surface of Vacuum InterrupterWANG Lu1, ZHAO Ziwen.Shaanxi Baoguang Vacuum Electric Apparatus Co., Ltd., Baoji.XD Baoji Electric Co., Ltd., Baoji 721306studies the arcing and breakdowninterrupter that often occur during the ultra-high pressure aging operation of the vacuum interrupter. Combined with the high field strength environment, the principle of charge drainage is applied to the ultra-high pressure aging of the图1 超高压老炼作业图示图2 表面拉弧现象拉弧及击穿现象的原理解读拉弧及击穿现象的物理原理电子崩场强高到一定程度，电子在向阳极运动时会碰撞电离，在连锁碰撞后产生更多的电子，像雪崩一样发展，这种急剧增加的电流为电子崩[3]超高压老炼过程中，液体电介质中总会存在一些离子，在电场作用下运动而形成微弱电流。
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小型化真空灭弧室老炼工艺的研究刘颖常玉斌东芝白云真空开关管（锦州）有限公司摘要：本文根据小型化真空灭弧室研制开发和生产实践中的体会着重介绍小型化真空灭弧室的老炼工艺。
关键词：小型化真空灭弧室老炼工艺1 概述真空开关技术经过近三十多年的发展，市场占有份额逐年提高，生产厂家也越来越多，市场竞争非常激烈。
特别是入世以来，国外真空开关制造业以独资、合资的形式相继进入中国市场，使得竞争更加激烈。
市场对先进的小型化真空开关的需求越来越迫切，用户需要外型尺寸小、占地面积小、成本低廉、性能优越的产品。
因此，近年来世界各国，尤其是日本、美国等科技发展水平较高的国家一直致力于真空灭弧室小型化的研究，并取得了突破性进展。
为了实现真空灭弧室的小型化，锦州华光电力电子（集团）公司的技术研究人员对真空电弧、电真空材料、灭弧室内部电场强度的分布及生产方式等技术进行了深入地研究，真空灭弧室设计水平和制造工艺得以不断提高和完善，推出了新一代U系列小型化真空灭弧室。
U系列小型化真空灭弧室改变了以往的设计模式和工艺方式，在产品内部结构设计上采用了全新的设计理念，在制造工艺上有较大的突破，其产品特点如下：（1）采用自行研制的新型纵磁均布式触头结构。
这种触头结构在燃弧期间，在触头间隙中产生比目前通用的纵磁触头结构更强、更均匀的纵向磁场。
在强磁场的作用下，电弧被有效地控制在一个更大的区域内燃烧，扩大了触头的有效利用面积，改善了触头表面的电流密度分布，使电弧始终保持扩散型，从而降低了弧压及电弧能量，使开断能力大幅提高，开断能力较原杯状触头结构提高了约15％以上。
（2）通过计算机辅助设计，改善了灭弧室内部电场强度分布的均匀程度，优化了灭弧室内部结构，提高了灭弧室内部的绝缘水平，从而实现了灭弧室的小型化，其体积仅为原结构的50％～70％。
（3）采用新型的“一次封排”工艺，使灭弧室从部件到整管一次封排完成，减少了人及环境对部件的二次污染，提高了灭弧室内部的真空度及清洁度，改进了灭弧室的开断性能、绝缘水平及同轴水平。
同时，新型的工艺结构，使得灭弧室的密封焊缝得以减少，由原来的9道焊缝减少到6道焊缝，灭弧室的漏气几率大大降低，密封的可靠性提高了33％。
（4）采用新型的波纹管防扭结构，既防止波纹管被扭伤漏气，又使整管的外形更加美观，也给装机带来便利。
锦州华光电力电子（集团）公司根据市场的需求前景已开发出断路器用12kV等级的20kA、25kA、31.5kA、40kA、80kA及40.5kV等级25kA、31.5kA和负荷开关用20kA的U系列小型化真空灭弧室，这是公司自行研制开发、拥有自主知识产权的换代产品。
U系列真空灭弧室优越的性能、小型化的体积配合复合绝缘的应用，不但使真空断路器缩小了相间距，减小了整体尺寸，更主要的是能够满足较大的开断容量和较高的弧后绝缘水平。
另外，对现行开关使用小型化真空灭弧室后，也可以去掉相间附加的绝缘件，既可降低成本，又可方便安装调试。
U系列小型化真空灭弧室优越的开断性能及较高的弧后绝缘水平得益于先进的设计方式和新型“一次封排”工艺的采用，也与老炼工艺的改进密不可分。
真空灭弧室的老炼工艺分为电流老炼和电压老炼，本文根据小型化真空灭弧室研制开发和生产实践中的体会着重介绍小型化真空灭弧室的老炼工艺。
2 大电流老炼大电流老炼就是真空灭弧室通以数百安培较大电流的同时拉开触头，使触头间产生扩散型电弧，燃烧的电弧剥除了触头表面覆盖着的脏物、氧化物和气体，使触头表面成为完全新鲜的活性表面，起到了净化触头表面的作用。
因此，可以说电流老炼与电压老炼比较，更具有彻底除气的作用。
大电流老炼分交流电流老炼和直流电流老炼，锦州华光电力电子（集团）公司采用直流老炼方式，取直流电压100V左右，电弧电流调至100安至数百安，合分触头10～20次。
每次合分操作时使电弧有足够长的燃弧时间，累计一定时间后，就能达到对出触头表面净化和除气的目的。
电流老炼对触头表面的烧蚀作用主要来自正离子对阴极的轰击，对阴极表面有较好的烧蚀作用[1]，为了对另一触头进行老炼，必须改变直流电源极性，重复上一次操作。
经大电流老炼的真空灭弧室，其开断短路电流和开合电容器组的性能比未进行电流老炼的灭弧室性能稳定[2]，主要是因为触头表面的净化和表层吸收的气体被除去，在开断时电弧燃烧触头放出气体少，对触头间介质强度的恢复非常有力。
U系列小型化真空灭弧室采用新型纵磁均布式触头结构，这种触头结构在燃弧期间，在触头间隙中产生比目前通用的纵磁触头结构更强、更均匀的纵向磁场。
在强磁场的作用下，电弧被有效地控制在一个更大的区域内燃烧，扩大了触头的有效利用面积，使电弧始终保持扩散型，在同一电流等级下，触头表面积减小20％以上。
为了避免大电流老炼时规范过重，触头表面烧损严重，影响绝缘水平，尤其是影响冲击耐压水平，U系列小型化产品大电流老炼试验时，电弧电流调至80～100安，合分触头正负极性各5～10次，具体次数根据弧光而定，弧光颜色由白色或红色转为淡绿色为宜。
3超高压老炼高压老炼效应是决定真空中绝缘击穿特性的主要因素之一，成为实现高电压化、小型化的一项课题。
常用的高压老炼方法有四种：辉光放电老炼法、充气老炼法、电流老炼法、火花老炼法。
对密封的真空灭弧室而言火花老炼法是提高真空灭弧室耐压水平的唯一实用的方法[3]，火花老炼法也就是工频老炼法。
锦州华光电力电子（集团）公司采用的是超高压工频老炼，其特点是：（1）灭弧室浸在绝缘介质中，老炼过程中不受外绝缘的影响，老炼电压比空气中提高约1.5倍,使真空灭弧室的内部老炼更彻底；（2）超高压工频老炼的升压有保护措施，一旦击穿电流大，威胁产品安全时，它将自动降压以保护灭弧室不受损坏；（3）在静态情况下给真空灭弧室施加工频高电压，引起触头间及触头与屏蔽罩间强烈的火花放电。
真空灭弧室利用该方法可消除触头和屏蔽罩表面的高β发射点，改善触头和屏蔽罩的表面状况，从而提高它的击穿电压和长期工作下的稳定性。
真空灭弧室小型化后，灭弧室的体积变得越来越小，因而老炼工艺也需要重新摸索,以确定更适合小型化产品大批量生产的老炼工艺。
这里着重介绍小型化真空灭弧室高压老炼工艺的摸索过程，包括外绝缘的保护、老炼开距、老炼升压速度、老炼电压值及电压稳定时间的确定。
3.1外绝缘保护解决真空灭弧室耐受高电压和强电场的关键技术之一是沿面绝缘的提高，尤其将真空灭弧室最大限度地小型化后，真空灭弧室本身的外部绝缘（主要指用于复合绝缘的真空灭弧室的外绝缘）已不能满足较高的老炼电压和正常的绝缘要求，因而在老炼中必须使真空灭弧室内部真空绝缘和周围外部绝缘相配合。
我们在超高压老炼试验中使用轻质绝缘油作为外绝缘介质,其击穿强度为50kV/mm，这样可以避免由于外绝缘和内部真空绝缘配合不好，高压老炼试验中真空灭弧室外爬电导致灭弧室绝缘外壳的贯穿性击穿。
采用轻质绝缘油的另一些优点是：老炼后无需去油，既节约了能源，又提高了生产效率。
3.2老炼开距我们分别在低于额定开距、额定开距、较大开距下进行了老炼试验，发现电极开距对所能达到的稳定击穿电压有较大的影响：额定开距下进行老炼处理，比低于额定开距和较大开距下进行老炼所能达到的稳定击穿电压要高，其原因为：（1）较大开距下，势必要降低触头电极间的电场强度，无法使触头间打火击穿，火花放电作用在触头电极和屏蔽罩间进行，老炼效应进行得不完全；在较小开距下（确切的说是触头电极间的开距小于触头电极和屏蔽罩间的电气间隙），触头电极间的电场强度增强，火花放电只是在触头电极间进行，触头电极和屏蔽罩间无法火花放电，老炼效应同样进行得不完全，稳定击穿电压值较低。
（2）额定开距下进行了老炼时，两电极间距离大于电极距屏蔽罩的距离，电极表面的有效作用面积（即电场等于最大电场90％所对应的面积）增加。
有效面积增加，使整个电极表面所能达到的老炼程度增加；同时，暴露在放电区的屏蔽罩面积也增加，这样，不仅触头间火花放电，触头边沿和屏蔽罩间的火花放电作用也加剧，电极、屏蔽罩表面的老炼进行得更完全，消除了触头和屏蔽罩表面的高发射点，使稳定击穿电压值提高。
3.3老炼升压速度在进行老炼时，从一较低的电压开始，按一定步长逐级提高老炼电压，使灭弧室中流过的预放电电流逐渐增加，直至发生强烈的火花放电。
为防止由火花放电转变为强烈的电弧放电而烧损触头，设备自身回路中串联一定数值的限流电阻。
老炼试验过程中注意观察工频正弦示波图和火花放电的电流值，随着灭弧室内击穿打火的频繁发生，电压电流波形会变得越来越不规则，原来的工频正弦波失真，谐波增多，此时放电电流较大。
当老炼一段时间后，击穿打火现象逐渐减少，火花放电电流减小，并逐渐趋于稳定，波形恢复正常，此时已达到了该电压值下的老炼效果，可以按一定步长提高老炼电压。
老炼电压升幅不能太快，否则发生强烈的火花放电，放电电流很大，容易造成真空灭弧室两电极间永久性击穿或绝缘外壳贯穿性击穿。
3.4老炼电压值及电压稳定时间老炼电压值的确定遵循的原则是：（1）选择一较高老炼电压值，因为提高老炼电压值，可使稳定击穿电压明显提高。
（2）老炼电压是一范围，根据不同管型的情况，实际电压值可在一定范围内取值。
（3）灭弧室击穿比率不超过0.3％。
根据实际摸索，我们确定老炼电压规范：12kV等级110～140kV；40.5kV等级185～200kV。
老炼电压值升到规范值后，电压趋于稳定，波形渐渐正常，已基本达到老炼效果，这时可在老炼电压值不变的情况下，稳定一段时间，稳定时间为10min，稳定10min的目的就是使老炼进行得更彻底。
4 老炼效果的验证由于国家标准对工频耐压和雷电冲击耐压有一定的要求,因而工频耐压和雷电冲击耐压是真空灭弧室生产过程中必须检验的项目，但同时,冲击耐压试验在实际生产过程中也是检验高压老炼效果是否彻底的一种方法和手段。
在实际生产中，进行灭弧室冲击耐压试验时，会出现三种不同的情况：(1)老炼完成通过冲击耐压试验放置一段时间通过冲击耐压试验(2)老炼完成通过冲击耐压试验放置一段时间未通过冲击耐压试验(3)老炼完成未通过冲击耐压试验分析以上三种情况：(1) 真空间隙的击穿可以由电极表面微观突起处的强场发射引起，也可以由松散的粘附在电极表面的金属微粒的释放或电极表面吸附气体层的解吸引起，所以可以将所有这些引发击穿的因素统称为电极表面上的“弱点”[4]。
真空灭弧室在大触头面积、长电极间隙条件下，击穿应主要由金属颗粒的释放和吸附气体的解吸引起。
在超高压老炼过程中，放电能量足够大时，每次放电过程中释放的微粒和解吸气体的量都较多，由于初始动能大，大部分可以牢固地沉积在灭弧室的金属屏蔽罩上，不再处于活泼状态，亦不再对间隙击穿起主要作用，此时可认为高压老炼效应进行得完全，老炼效果较好，所以无论是老炼刚刚完成，还是放置一段时间再进行冲击耐压试验，试验都能顺利通过。