概述真空断路器的发展及特点

概述真空断路器的发展及特点

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20世纪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、绝缘结构的发展。

2、真空灭弧室的发展及特点

2.1真空灭弧室的发展

利用真空介质来熄灭电弧的设想在19世纪末就己提出，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，随着新技术的发展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。20世纪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12KA 的真空断路器。随后在20世纪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3OKA的水平o20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。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。直流高压发生器

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。

2.2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133×10九133×lOJPa，保证其开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o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。直流高压发生器

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。

3、操动机构的发展

操动机构是衡量真空断路器性能优劣的重要方面之一，影响真空断路器可靠性的主要原因就是操动机构的机械特性。根据操动机构的发展可分为以下几类。直流高压发生器

3.1手动操动机构

靠于动直接合闸的操动机构称为手动操动机构，它主要用来操动电压等级低、额定开断电流很小的断路器。除工矿企业用户外电力部门中手动机构已很少采用。手动操动机构结构简单、不要求配备复杂的辅助设备及操动电源缺点是不能自动重合闸，只能就地操作，不够安全。因此，手动操动机构已几乎被手力储能的弹簧操动机构所代替。

3.2电磁操动机构

靠电磁力合闸的操动机构称为电磁操动机构d配合国产ZN28-12型产品发展的有

CD17型机构，结构上也采用与真空灭弧室前后布置的方式。

电磁操动机构的优点是机构简单、工作可靠、制造成本低，缺点是合闸线圈消耗的功率太大，需要备价格昂贵的蓄电池、合闸电流较大、结构比较笨重、动作时间较长，市场占有量逐渐减少。

3.4弹簧操动机构直流高压发生器

弹簧操动机构是利用储能的弹簧为动力使开关实现合闸动作。它可采用人力或小功率

交、直流电机来驱动，因而合闸功基本不受外界因素(如电源电压、气源气压、液压源液压)的影响，既能够获得较高的合闸速度，又能够实现快速自动重复合闸操作;另外，与电磁操动机构相比，弹簧操动机构成本低，价格便宜，是真空断路器中最常用的一种操动机构，其厂家也比较多，在不断的完善和改进中。典型的有CT17，CT19机构，与之相配备使用的有ZN28-17、VS1、VGl。

一般弹簧操动机构有上百个零件，且传动机构较为复杂，故障率较高，运动部件多，制造工艺要求较高。另外，弹簧操动机构的结构复杂，滑动摩擦面多，而且多在关键部位，在长期运行过程中，这些零件的磨损、锈蚀以及润滑剂的流失、固化等都会导致操作失误。主要存在着以下缺点。

(1)断路器拒动，即给断路器发出操作信号而不合闸或分闸。

(2)合不上闸或合上后即分断。

(3)事故时继电保护动作、断路器分不下来。

(4)烧坏合闸线圈。

操作机构故障原因分析：

断路器拒动，可能是操作电压失压或欠压、操作回路断开、合用线圈或分闸线圈断线、机构上的辅助开关触点接触不良。

合不上闸或合上后即分断，可能是操作电源欠压、断路器动触头接触行程过大、辅助开关联锁接点断开、操作机构的半轴与掣子扣接量太小;

事故时继电保护动作、断路器分不下来，可能是分闸铁心内有异物使铁心受阻动作不灵、分闸脱扣半轴转动不灵活、分闸操作回路断线。

烧坏合闸线圈，可能是原因有：合闸后直流接触器不能断开、辅助开关在合闸后没有联动转至分闸位置、辅助开关松动。

3.5永磁机构

永磁机构采用新的工作原理将电磁机构与永久磁铁有机地组合起来，避免了合分闸位置机械脱扣、锁扣系统所造成的不利因素元需任何机械能而通过永久磁铁产生的保持力就可使真空断路器保持在合、分闸位置上。配以控制系统实现真空断路器所要求的全部功能。主要可以分为两个类型：单稳态永磁操动机构和双稳态永磁操动机构口其中双稳态永磁操动机构的工作原理为分闸与合闸及保持都靠永磁力;单稳态永磁操动机构的工作原理为在储能弹簧的帮助下快速分闸，并保持分闸位置，只有合闸保持靠永磁力。特瑞德电气主要产品就是单稳态永磁操动机构，国内企业自行研发的主要是双稳态永磁操动机构。

双稳态永磁操动机构的结构变化多样但其原理只有两种：即双线圈式(对称式)和单线圈