真空断路器发展史

永磁操动机构的优点 １）通过双线圈分别控制分、合闸操作。即合闸线圈只控制 合闸操作，分闸线圈只控制分闸操作，提高了机构的可靠性。 ２）采用了全新的磁路设计，增大了分、合闸的保持力，减 小了分、合闸时对线圈电流的要求，降低了能耗。 ３）机构的下部基座设计有联动轴，可保证分合闸操作时三 相同期性，控制了首开相燃弧时间（１ｍｓ内）。 ４）机构的机械寿命可高达１０万次，与传统的电磁机构和 弹簧机构相比，机械寿命至少提高３倍以上。 ５）机构是通过动铁心与主轴传动拐臂相连直接驱动动触头 的，简化了传动链，无需机械脱、锁扣装置，减少了故障源。
近年来,我国真空断路器的生产发展也很快。目前 国内真空灭弧室的技术与国外产品不相上下,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 5OKA、63kAo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。
3、操动机构的发展 随着新材料的应用和新型结构的触头不断研制成功，真空断路 器凭借真空灭弧室无与伦比的开断特性，其电气寿命和机械寿命 大大增加，逐渐替代了老式的油开关，被广泛应用于6~10.5ｋＶ 的中压电力系统中作为控制和分配电能的开关。 真空断路器的主要功能归根到底是体现在触头的分、合动作上， 而触头的分、合动作主要是通过“操动机构”来实现的，因此真 空断路器操动机构的性能和质量优劣，将对真空断路器的工作性 能和可靠性起到至关重要的作用。
（2） 复合绝缘方式 产品的绝缘结构采用固体绝缘和空气绝缘相结 合的方法,一方面提高了绝缘性能,另一方面可以减少 设备的尺寸。采用绝缘套筒式结构,真空灭弧室通过 螺栓固定在环氧树脂绝缘套筒内然后与机构组装成 断路器。这种断路器技术日趋成熟,具有代表性的产 品如国产ZN63A、ZN63B型和ABB公司技术产品 VD4型断路器。 这些措施提高了相间和对地的绝缘,可以避免外 部机械力对灭弧室的冲撞,断路器尺寸也能减小,但是 环境气候条件对灭弧室外绝缘的影响还不可避免,对 极柱的装配还是有比较高的工艺要求。
真空开关的发展促进了真空断路器的产生
1961年，美国通用电气公司开始生产15千伏、分断电流为12.5千安的 真空断路器。 1966年试制成15千伏、26千安和31.5千安的真空断路器，从而使真空 断路器进入了高电压、大容量的电力系统。 20世纪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5OKA以上。 80年代中期，真空断路器的分断能力已达100千安。 中国从1958年开始研制真空开关，1960年西安交通大学和西安开关整 流器厂共同研制成第一批6.7千伏、分断能力为600安的真空开关;随后又 制成10千伏、分断能力为 1.5千安的三相真空开关。 1969年华光电子管厂和西安高压电器研究所制成了 10千伏、2千安单相 快速真空开关。70年代以后，中国已能独立研制和生产各种规格的真空 开关。 目前真空断路器己广泛用于1OKV、35kV配电系统中,额定开断电流己 能做到5OKA-100KAo有些国家还生产了72kV/84kV级的真空灭弧室, 但数量不多。
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)真空断路器是一个比较娇嫩的元件,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。 (3)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。 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对 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。
真空断路器操动机构的发展历程 （１）电磁操动机构。 最早应用在真空断路器上的操动机构是通过电磁力去实现分、 合闸的，故也称为电磁操动机构。 优点： １．结构相对简单，零件数量少，制造成本低； ２．开距小（８ ～２５ｍｍ），较好地迎合了真空灭弧室的要 求。 缺点： １．合闸线圈功率大，配套的电源设备价格昂贵； ２．操作时冲击力大，操作时间长； ３．合闸接触力小，易引起触头跳动，从而产生连续、呈衰减趋势 的电火花； ４．结构笨重，不利于小型化及配网自动化。 由于电磁操动机构存在上述较多缺陷，故而逐步被市场所淘汰， 取而代之的是后续研制的弹簧操动机构
（３）永磁操动机构 永磁操动机构主要由永久磁铁和分、合闸控制线 圈等部件组成，是用永磁体去实现真空断路器合闸保 持和分闸保持的一种新型的电磁操动机构。当合闸控 制线圈通电时，线圈所产生的磁拉力会使动铁心向下 运动，然后由永久磁铁将动铁心保持在合闸位置；当 分闸线圈通电时，动铁心向反方向运动，同样由永久 磁铁将它保持在分闸位置。由于该机构在控制线圈不 通电流时动铁心有两个稳定工作状态合闸或闸）故也 称为双稳态永磁操动机构。
我国为了使断路器赶上国际先进水平，决定把开发智能化断 路器列为“八五”重点开发项目. 目前国内有的厂正在着手开发4000A、5000A的智能型断 路器
( 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CuCrBiα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。
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（3 )固封极柱绝缘方式 固封极柱又称为浇注式极柱结构,这是中压真空断路器绝缘 结构的重大变革。固封式真空断路器的研究工作始于上个世 纪末,德国ABBCalorEIIlang公司为发展免维护真空断路器 而开发在国内,2003年7月西安高压电器研究所与厦门华电开 关有限公司联合开发的ZN96(VEP)-12/1250-315型固封 式真空断路器率先通过国家级鉴定,之后该产品发展很快,高参 数产品不断推出产品正在完成系列化,它已经成为近年来发展 最快的一类高压电器产品。 它的主要特点是将真空灭弧室及导电端子等零件用环氧 树脂通过APG工艺(环氧树脂自动压力凝胶工艺)包封成极柱, 然后与机构组装成断路器。 固封式真空断路器的结构在机构部分根据选用不同的机 构可能差异比较大些,但极柱的外形、结构差异不大,但其功能 都是一样的,它的优点主要有:
真空断路器的发展及特点
10KV、ZW32柱上真空断路器
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真空断路器的发展简史 真空灭弧室 操动机构的发展 绝缘结构的发展 展望发展 西门子著名的3AH 真空断路器 新闻（最新产品）
真空断路器是指触头在真空中关合、开断的断路 器。它以其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 电气化以及矿山等行业得到了广泛的应用。产品从 过去的ZN1-ZN5几个品种到现在数十个型号、品种, 额定电流达到4000A,开断电流达到5OKA,甚至有
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)专业化 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3~8OKA及以上),标准型真空断路 器(短路开断电流25~5OKA),经济型真空断路器 (16KA~25KA),频繁型真空断路(如操作次数54万 次),超频繁型真空断路器(如操作次数1615万次)。 (2)小型化，高可靠性 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 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 Alstorn公司的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、绝缘结构的发展 据有关的历史资料对全国电力系统高压断路器 运行中的事故类型统计分析拒分事故占22.67%;拒 合事故占6.48%;开断关合事故占9.07%;绝缘事故 占35.47%;误动事故占7.02%;截流事故占7.95%; 外力及其他事故占11.439毛,其中以绝缘事故和拒 分事故最为突出,约占全部事故的60%。所以绝缘结 构也是真空断路器的一大要点根据相柱绝缘经历的 变化发展,可基本上划分为三代:空气绝缘方式、复合 绝缘方式、固封极柱绝缘方式。
（２）弹簧操动机构。 弹簧操动机构是利用交、直流两用电动机对弹簧进行 预储能，利用弹簧的弹性势能去进行分、合闸操作的。 优点 １．对电源要求低，冲击力较小； ２．可获得较高的合闸速度，能实现快速自动重合闸。 缺点 １．因完全依靠机械传动，故传动机构复杂，零件数量多， 故障率较高； ２．零件加工精度要求高，制造工艺复杂，制造成本较高。 由于弹簧操动机构产品的可靠性不易保证，限制了真 空断路器向电气寿命长、免维护等要求更高的方向发展。 鉴于以上两种操动机构的不足，近年来，一种将永久磁铁 应用于操动机构中的新型的 “永磁操动机构”越来越受到电力行业的关注。
2、真空灭弧室 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133×10或133×lOJPa, 保证其开断时的灭弧性能和绝缘水平。 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。
（1 ）空气绝缘方式 产品的相间绝缘、对地绝缘和灭弧室外绝缘均为空气介 质。这样断路器的真空灭弧室多采用悬挂支撑方式,并且要遵 循严格的安装调试工艺。典型产品国内有江苏长江股份公司 的ZN68-12,国外有西门子公司的3AFJAG及3AH等系列产 品。 干净清洁的空气是良好的绝缘介质,使用历史最悠久。考 虑到环境的影响对单纯以空气作为绝缘介质的断路器及开关 柜的空气绝缘净距和爬电比距作出了规定,在相应试验基础上, 对12kV开关设备要求各相导体相间和对地净距达到125mm, 对于瓷质和有机材料绝缘件的爬电比距分别要求18mm/kV、 2Omm/kVD但有时还免不了发生绝缘事故,在绝缘净距和爬 电比距满足上述规定外最好对裸露母线增加硅橡胶套,以进一 步提高绝缘水平。 为了保证空气绝缘净距和爬电比距致使该类型产品的小 型化比较困难。
(1)提高了产品的绝缘水平及抗污能力。 (2)小型化,减小了断路器及其配用的开关柜体积。 (3)防止了真空灭弧室易受外界撞击的危险。 (4)增强了主回路的外爬距,提高了灭弧室耐受电压水 平。 (5)灭弧室的免维护,为断路器免维护创造了条件。 固封式真空断路器的电气性能除了决定真空灭 弧室外,极柱的结构设计也至关重要。极柱结构除考 虑绝缘外,还应考虑强度及散热问题。大电流情况下, 甚至要与真空灭弧室一并考虑。从性能、成本上综 合考虑,真空灭弧室亦单独设计成一个系列较为合理。
63kA,电压达到35kV等级。
1、真空断路器的发展简史： 1893年，美国的里顿豪斯提出了结构简单的真空灭弧室，并 获得了设计专利。 1920年瑞典佛加公司第一次制成了真空开关。 1926年美国索伦森等公布的研究成果也显示了在真空中分断 电流的可能性，但因分断能力小，又受到真空技术和真空材 料发展水平的限制，尚不能投入实际使用。 50年代美国才制成第一批适用于切断电容器组等特殊要求的 真空开关,分断电流尚停在4千安的水平。