真空接触器应用问题

真空接触器应用问题

John S. Lett

Joslyn Clark Controls

Lancaster, S.C. USA

在上中西部地区电气工业展览会上展示

2000 年4 月20 日

真空接触器并不是什么新鲜事物，它们已经得到了实践的充分验证，广泛应用在全球许多工业应用领域中。

本次我们将一起来研究真空断续器的优点、它对于用户应用的优势和注意事项。引言

在过去的35 年间，真空断续器被应用到各种开关应用中。在本讨论中，我将向大家介绍现有装置的类型、

相互之间的差别、典型的应用场合以及使用者获得的经验。

真空开关早在1897 年就成为人们公认的理想断续方法。其在断路器中的应用被认为大约始于1920 年。这

些装置的早期开发是在美国进行的，但不进行连接抽真空就无法保持较高的电介质强度，导致这种装置无

法得到实际应用。50 年代，制造工艺改进到了完美的程度，使这种装置实现了商品化，在60 年代初期开

始出现了用于断路器和接触器应用场合的各种产品。

真空断续器、断路器或真空接触器。图1 中，左侧为一个典型的13.8kV/400A 断路器瓷瓶，与5kV/400A

的真空接触器进行比较。两种装置设计用于完成不同的工作。断路器用于不频繁地开合大电流（短路），

接触器用于频繁地开合小电流（电机电流）。

材料、控制电弧的不同方法和触点动作距离可决定完全不同的开关特性以及平均电气和机械寿命。用户在

为适当的应用选择装置时需对此进行正确评价。

即使在今天，许多启动器仍采用空气断路启动器的混合设计，具有断路器开关特性的断续器开关安装在一

个带保险丝的接触器支架组件上。对用户来说，只实现了真空开关的少数优点，应用时如不认真地考虑，

还会碰到一些缺点。

应用

那么为什么要考虑真空开关呢？首先让我们来看一下工程应用中要考虑的因素以及对用户的好处。

从一项成熟技术的35 年发展历史中，我们可以看出，起电弧的介质已经从油变为空气，再变为现在的真

空。在美国进行的研究表明，真空作为开关介质有下列优点：

I．电弧能量低

II．打弧时间短

III．电弧隔离所需的动作小

IV．电弧抑制

这些特性在实际中意味着：

I．电气和机械寿命长

II．体积极小

III．无电弧隔板或熄弧线圈

由此可以看出，如果有什么缺点的话，就是真空作为介质太优秀了，如果不进行适当的控制，会使电弧被

过早的熄灭，即在电流零点之前就熄灭。

通过为适当的应用选择正确的触点材料来实现对电弧的控制。此现象已被广泛熟知，多年来一直受到设计

师和制造商的重视。最理想的情况是在电流零点处或尽量靠近电流零点处将电弧熄灭，不论用什么介质，

所导致的“电流斩波”将在系统中引起瞬变。正确设计的接触器中加入了低蒸气熔点的触点打弧材料，以

此实现较低的“电流斩波”，从而得到安全的开关特性。

最初设计的装置用于断路器任务，即开关大电流，短路电流等，然后被应用到接触器机电开关任务中，如

果不采取非常谨慎的措施，可引起下游设备的瞬变问题。诳悸钦婵斩闲魇保没вφ菲兰壅婵战哟?器和真空断路器之间这些微妙而重要的差异。

电流斩波是随着50 年代真空开关商品化而进入我们词汇表中的术语。早期在空气或油中的开关方式在电

介质恢复速度方面相对较慢，当主触点将要分开时，电弧在最后熄灭前可能会跨越几次零值，在已经张开

的间隙间的电介质强度足以防止再次打弧，因此电流再持续半周。引入真空作为电介质后，它与空气或油

电介质有完全不同的特性，使其具有非常快速的电介质恢复速度。

真空中的电弧开断

主触点的开断

断路器电流斩波等级一般为

A=10A，平均值

真空接触器电流斩波等级

平均值0.55A，

最大值0.9A

Ic –电弧材料凝结和电流停止流动的点

或电流值

给闭合线圈断电

电压瞬变

V

T

=Ic×Zo

典型电路Zo=3000

对典型的真空断路器

如果Ic =10A，那么：

=34,160V，为不可接受的等级

对真空接触器V

T

=Ic×Zo

=6860V，为合理的瞬变

在真空断续器的主触点断开时，不论是断路器还是接触器，由于质量小，隔离有限的高压以下的电弧所需

的运动也小，很容易实现高速运动。同样地，电弧将在第一个电流零点处在半周内被熄灭。由于电介质的

恢复速度快，真空断续器内的电弧在电流零点前有熄灭的趋势，这将使电流瞬间降到零，对下游设备产生

感应电压或电压瞬变。

可用公式计算来估量。

V

T

=电压瞬变

Ic =电流斩波

Zo=浪涌阻抗

因此，如果电流斩波为0.9A 而浪涌阻抗为3000Ω，电压瞬变将等于在系统电压均方根值上加2700V，不

论系统电压为4160 还是5kV。但是，如果电流斩波为15A，乘以3000Ω的浪涌阻抗，电压瞬变会等于在

电源电压均方根值上加30kV。

从上面可以看出我们对浪涌阻抗值进行了一些假设，此值很难得到且随电路不同而变化。此外，电机或干

式变压器要承受的电压瞬变也很难从电机和变压器制造商处得到。

真空接触器目前被用在15kV 以下的低压和中压系统上：

- 电机

标准和高效感应

同步

绕线转子滑环

- 变压器馈线开合

- 电容器开合

变压器和电容器的开合通常用真空接触器或真空断路器在15kV 以上的电压下进行。

机械寿命长一般为三百万次开合，如每天开合30 次，平均寿命可达274 年电气寿命长一般为一百万次开合，如每天开合30 次，平均寿命可达91 年

维护少不需要特殊的维护技巧或调节

检修停机时间最短在24 小时连接操作过程中很重要

电弧抑制没有电离的气体，降低了闪络危险

无熔焊最小的触点颤动、低电弧能量和湿度将触点熔焊的风险降到最小

高循环负载可达1200 次开合/小时

结构坚固、体积小、噪声

低、重量轻

比传统的空气断路接触器更小、噪声更低

可安装在任意平面上，控

制简单

对小型密封封装电控接触器电路是理想的选择

石油化工厂和精炼厂地下采矿设备

石油化工开采和抽吸设施感应加热－熔炉

石油化工输送－管道电容器开合－功率因数校正

造纸厂危险区域防火设备

锯木厂起重机控制

纺织厂空气处理－压缩设备

钢厂MCC 制造商

煤和矿石的地下开采控制板制造厂家

煤和矿石的地面开采AC 和DC 电源

污水处理厂谐波滤波器

食品加工AC 和DC 牵引

材料处理转接开关

电气设施照明

机车运输采掘电铲

石头碾压和采石拖曳线

水泥厂输送机