高壓真空斷路器知識(shí)

1、真空斷路器因其滅弧介質(zhì)和滅弧后觸頭間隙的絕緣介質(zhì)都是高真空而得名；其具有體積小、重量輕、適用于頻繁操作、滅弧不用檢修的優(yōu)點(diǎn)，在配電網(wǎng)中應(yīng)用較為普及。真空斷路器主要包含三大部分：真空滅弧室、電磁或彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)、支架及其他部件。以下是對(duì)基本術(shù)語(yǔ)和各部分的具體介紹： 1.真空斷路器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)真空斷路器在我國(guó)近十年來(lái)得到了蓬勃的發(fā)展，至今方興未艾。產(chǎn)品從過(guò)去的ZN1ZN5幾個(gè)品種發(fā)展到現(xiàn)在數(shù)十多個(gè)型號(hào)、品種，額定電流達(dá)到5000A，開(kāi)斷電流達(dá)到50kA的較好水平，并已發(fā)展到電壓達(dá)35kV等級(jí)。80年代以前，真空斷路器處于發(fā)展的起步階段，技術(shù)上在不斷摸索，還不能制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，直到1985年后才制定相關(guān)的產(chǎn)

2、品標(biāo)準(zhǔn)。目前國(guó)內(nèi)主要依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為：JP3855-963.640.5kV交流高壓真空斷路器通用技術(shù)條件DL403-911035kV戶內(nèi)高壓斷路器訂貨技術(shù)條件這里需要說(shuō)明：IEC標(biāo)準(zhǔn)中并無(wú)與我國(guó)JB3855相對(duì)應(yīng)的專用標(biāo)準(zhǔn)，只是套用IEC56交流高壓斷路器。因此，我國(guó)真空斷路器的標(biāo)準(zhǔn)至少在下列幾個(gè)方面高于或嚴(yán)于IEC標(biāo)準(zhǔn)：(1) 絕緣水平： 試驗(yàn)電壓 IEC 中國(guó) 1min工頻耐壓(kV) 28 42(極間、極對(duì)地)48(斷口間) 1.2/50沖擊耐壓(kV) 75 75(極間、極對(duì)地)84(斷口間) (2)電壽命試驗(yàn)結(jié)束后真空滅弧室斷口的耐壓水平：IEC56中無(wú)規(guī)定。我國(guó)JB3855一96規(guī)定為：

3、完成電壽命次數(shù)試驗(yàn)后的真空斷路器，其斷口間絕緣能力應(yīng)不低于初始絕緣水平的80%，即工頻1min33.6kV和沖擊60kV。(3)觸頭合閘彈跳時(shí)間：IEC無(wú)規(guī)定，而我國(guó)規(guī)定要求不大于2ms。(4)溫升試驗(yàn)的試驗(yàn)電流：IEC標(biāo)準(zhǔn)中，試驗(yàn)電流就等于產(chǎn)品的額定電流。我國(guó)DL403-91中規(guī)定試驗(yàn)電流為產(chǎn)品額定電流的110%。 2.真空斷路器的主要技術(shù)參數(shù) 真空斷路器的參數(shù)，大致可劃分為選用參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)兩個(gè)方面。前者供用戶設(shè)計(jì)選型時(shí)使用；后者則是斷路器本身的機(jī)械特性或運(yùn)動(dòng)特性，為運(yùn)行、調(diào)整的技術(shù)指標(biāo)。下表是選用參數(shù)的列項(xiàng)說(shuō)明，并以三種真空斷路器數(shù)據(jù)為例。表中所列各項(xiàng)參數(shù)，均須按JB3855和DL403

4、標(biāo)準(zhǔn)的要求，在產(chǎn)品的型式試驗(yàn)中逐項(xiàng)加以驗(yàn)證，最終數(shù)據(jù)以型式試驗(yàn)報(bào)告為準(zhǔn)。 2.真空斷路器的主要技術(shù)參數(shù): 參數(shù)名稱 單位 型號(hào) ZN28-12/1250-20 ZN27-12/1250-31.5 ZN27A-12/3150-40 電壓參數(shù)額定電壓 kV 10 最高電壓 11.5 絕緣水平工頻耐壓 極間、極對(duì)地 42 斷口間 48 沖擊耐壓 極間、極對(duì)地 75 斷口間 84 電流參數(shù) 額定電流 A 1250 1250 3150 額定短路開(kāi)斷 kA 20 31.5 40 額定峰值耐受電流 kA 50 80 100 4S短時(shí)耐受電流 kA 20 31.5 40 額定短時(shí)關(guān)合電流(峰值) kA 50

5、80 100 額定單個(gè)電容器組開(kāi)斷電流 A 630 800 額定背對(duì)背電容器組開(kāi)斷電流 A 400 400 壽命 額定短路開(kāi)斷電流次數(shù) 次 50 50 30 機(jī)械壽命 次 10000 其它 額定操作順序 分-0.5s-合分-180s-合分 分-180s-合分-180-合分 全開(kāi)斷次數(shù) 不大于60 配用操動(dòng)機(jī)構(gòu) CD或CT機(jī)構(gòu) 3.真空斷路器的機(jī)械特性（運(yùn)行參數(shù)） 序號(hào) 機(jī)械特性參數(shù) 單位 ZN28-12/1250-20 ZN27-12/1250-31.5 ZN27A-12/3150-40 1 觸頭開(kāi)距 mm 111.0 101.0 111.0 2 接觸行程 mm 41.0 30.53 觸頭接觸

6、壓力 N 1500200 3000200 5000300 4 平均合閘速度 m/s 0.60.25 平均分閘速度 m/s 1.10.2 1.10.3 1.10.3 6 合閘彈跳時(shí)間 ms 27 分、合不同期性 ms 2 8 合閘時(shí)間 ms 100 9 分閘時(shí)間 ms 60 10 主回路直流電阻 60 60 20 11 動(dòng)靜觸頭累積允許磨損厚度 mm 3.0為滿足真空滅弧室對(duì)機(jī)械參量的要求，保證真空斷路器電氣機(jī)械性能，確保運(yùn)行可靠性，真空斷路器須具有穩(wěn)定、良好的機(jī)械特性。主要機(jī)械特性列于上表，亦以三種斷路器技術(shù)指標(biāo)為例。 4.各機(jī)械特性對(duì)產(chǎn)品性能的影響 產(chǎn)品機(jī)械特性的優(yōu)劣，對(duì)產(chǎn)品各項(xiàng)電氣性能有重

7、要的關(guān)系，而且影響產(chǎn)品運(yùn)行可靠性。衡量真空斷路器的性能，真空滅孤室本身的性能固然重要，然而機(jī)械特性同樣具有舉足輕重的作用。下面對(duì)各機(jī)械特性參數(shù)與產(chǎn)品性能的關(guān)系分述如下：4.1開(kāi)距觸頭的開(kāi)距主要取決于真空斷路器的額定電壓和耐壓要求，一般額定電壓低時(shí)觸頭開(kāi)距選得小些。但開(kāi)距太小會(huì)影響分?jǐn)嗄芰湍蛪核?。開(kāi)距太大，雖然可以提高耐壓水平，但會(huì)使真空滅弧室的波紋管壽命下降。設(shè)計(jì)時(shí)一般在滿足運(yùn)行的耐壓要求下盡量把開(kāi)距選得小一些。10kV真空斷路器的開(kāi)距通常在812mm之間，35kV的則在3040mm之間。4.2觸頭接觸壓力在無(wú)外力作用時(shí)，動(dòng)觸頭在大氣壓作用下，對(duì)內(nèi)腔產(chǎn)生一個(gè)閉合力使其與靜觸頭閉合，稱之為自

8、閉力，其大小取決于波紋管的端口直徑。滅弧室在工作狀態(tài)時(shí)，這個(gè)力太小不能保證動(dòng)靜觸頭間良好的電接觸，必須施加一個(gè)外加壓力。這個(gè)外加壓力和自閉力之和稱為觸頭的接觸壓力。這個(gè)接觸壓力有如下幾個(gè)作用：(1)保證動(dòng)、靜觸頭的良好接觸，并使其接觸電阻少于規(guī)定值。(2)滿足額定短路狀態(tài)時(shí)的動(dòng)穩(wěn)定要求。應(yīng)使觸頭壓力大于額定短路狀態(tài)時(shí)的觸頭間的斥力，以保證在該狀態(tài)下的完全閉合和不受損壞。(3)抑制合閘彈跳。使觸頭在閉會(huì)碰撞時(shí)得以緩沖，把碰撞的動(dòng)能轉(zhuǎn)為彈興的勢(shì)能，抑制觸頭的彈跳。(4)為分閘提供一個(gè)加速力。當(dāng)接觸壓力大時(shí)，動(dòng)觸頭得到較大的分閘力，容易拉斷會(huì)鬧熔焊點(diǎn)，提高分閘初始的加速度，減少燃弧時(shí)間，提高分?jǐn)嗄芰?/p>

9、。觸頭接觸壓力是一個(gè)很重要的參數(shù)，在產(chǎn)品的初始設(shè)計(jì)中要經(jīng)過(guò)多次驗(yàn)證、試驗(yàn)才選取得比較合適。如觸頭壓力選得太小，滿足不了上述各方面的要求；但觸頭壓力太大，一方面需要增大合閘操作功，另外滅弧室和整機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度要求也需要提高，技術(shù)上不經(jīng)濟(jì)。4.3接觸行程(或稱壓縮行程)目前真空斷路器毫無(wú)例外地采用對(duì)接式接觸方式。動(dòng)觸頭碰上靜觸頭之后就不能再前進(jìn)了，觸頭接觸壓力是由每極觸頭壓縮彈簧(有時(shí)稱作合閘彈簧)提供的。所謂接觸行程，就是開(kāi)關(guān)觸頭碰觸開(kāi)始，觸頭壓簧施力端繼續(xù)運(yùn)動(dòng)至?xí)[終結(jié)的距離，亦即觸頭彈簧的壓縮距離，故又稱壓縮行程。接觸行程有兩方面作用，一是令觸頭彈簧受壓而向?qū)佑|頭提供接觸壓力；二是保證在運(yùn)行

10、磨依后仍然保持一定接觸壓力，使之可靠接觸。一般接觸行程可取開(kāi)距的20%30%左右，10kV的真空斷路器約為34mm。真空斷路器的實(shí)際結(jié)構(gòu)中，觸頭合閘彈簧設(shè)計(jì)成即使處于分閘位置，也有相當(dāng)?shù)念A(yù)壓縮量，有預(yù)壓力。這是為使合閘過(guò)程中，當(dāng)動(dòng)觸頭尚未碰到靜觸頭而發(fā)生預(yù)擊穿時(shí)，動(dòng)觸頭有相當(dāng)力量抵抗電動(dòng)力，而不致于向后退縮；當(dāng)觸頭碰接瞬間，接觸壓力陡然躍增至預(yù)壓力數(shù)值，防止合閘彈跳，足以抵抗電動(dòng)斥力，并使接觸初始就有良好狀態(tài)；隨著接觸行程的前進(jìn)，觸頭間的接觸壓力逐步增大，接觸行程終結(jié)時(shí)，接觸壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值。接觸行程不包括合閘彈簧的預(yù)壓縮量程，它實(shí)際上是合閘彈簧的第二次受壓行程。4.4平均合閘速度平均合閘速度主

11、要影響觸頭的電磨蝕。如合閘速度太低，則預(yù)擊穿時(shí)間長(zhǎng)，電弧存在的時(shí)間長(zhǎng)，觸頭表面電磨損大，甚至使觸頭熔焊而粘住，降低滅弧室的電壽命。但速度太高，容易產(chǎn)生合閘彈跳，操動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出功也要增大，對(duì)滅弧室和整機(jī)機(jī)械沖擊大，影響產(chǎn)品的使用可靠性與機(jī)械壽命。平均合閘速度通常取0.6m/s左右為宜。4.5平均分閘速度斷路器的分閘速度一般而言速度越快越好，這樣可以使首開(kāi)相在電流趨近于0前23ms時(shí)能開(kāi)斷故障電流；否則首開(kāi)相不能開(kāi)斷而延續(xù)至下一相，原來(lái)首開(kāi)相變?yōu)楹箝_(kāi)相，燃弧時(shí)間加長(zhǎng)了，增加了開(kāi)斷的難度，甚至使開(kāi)斷失敗。但分閘速度太快，分閘的反彈也大，反彈太大震動(dòng)過(guò)劇亦容易產(chǎn)生重燃，所以分間速度亦應(yīng)考慮這方面同素。分

12、閘速度的快慢，主要取決于合閘時(shí)動(dòng)觸頭彈簧和分閘彈簧的貯能大小。為了提高分閘速度，可以增加分閘彈簧的貯能量，也可以增加合閘彈簧的壓縮量，這都必然需要提高操動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出功和整機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度，降低了技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。經(jīng)過(guò)多年試驗(yàn)認(rèn)為，10kV的真空斷路器，平均分閘速度能保證在0.951.2m/s比較合適。4.6合閘彈跳時(shí)間合閘彈跳時(shí)間是斷路器在會(huì)鬧時(shí)，觸頭剛接觸開(kāi)始計(jì)起，隨后產(chǎn)生分離，可能又觸又離，到其穩(wěn)定接觸之間的時(shí)間。這一參數(shù)國(guó)外的標(biāo)準(zhǔn)中都沒(méi)有明確規(guī)定，1989年底能源部電力司提出真空斷路器合閘彈跳時(shí)間必須小于2ms。為什么合閘彈跳時(shí)間要小于2ms呢？主要是合閘彈跳的瞬間會(huì)引起電力系統(tǒng)或設(shè)備產(chǎn)生L.C

13、高頻振蕩，振蕩產(chǎn)生的過(guò)電壓對(duì)電氣設(shè)備的絕緣可能造成傷害甚至損壞。當(dāng)合閘彈跳時(shí)；同小于2ms時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生較大的過(guò)電壓，設(shè)備絕緣不會(huì)受損，在關(guān)合時(shí)動(dòng)靜觸頭之間也不會(huì)產(chǎn)生熔焊。4.7合、分閘不同期性合閘的不同期性太大容易引起合閘的彈跳，因?yàn)闄C(jī)構(gòu)輸出的運(yùn)動(dòng)沖量?jī)H由首合閘相觸頭承受。分閘的不同期性太大可能使后開(kāi)相管子燃弧時(shí)間加長(zhǎng)，降低開(kāi)斷能力。合閘與分閘的不同期性一般是同時(shí)存在的，所以調(diào)好了合閘的不同期性，分閘的不同期性也就有了保證。產(chǎn)品中要求合分閘不同期性小于2ms。4.8合、分閘時(shí)間分、合閘時(shí)間是指從操動(dòng)線圈的端子得電時(shí)刻計(jì)起，至三極觸頭全部合上或分離止的一段時(shí)間間隔。合、分閘線圈是按短時(shí)工作制作設(shè)

14、計(jì)的，合閘線圈的通電時(shí)間不到100ms，分閘線圈的不到60ms。分、合閘時(shí)間一般在斷路器出廠時(shí)已調(diào)好，無(wú)須再動(dòng)。當(dāng)斷路器用在發(fā)電系統(tǒng)并在電源近端短路時(shí)，故障電流衰減較慢，若分閘時(shí)間很短，這時(shí)斷路器分?jǐn)嗟墓收想娏骶涂赡芎休^大的直流分量，開(kāi)斷條件更為惡劣，這對(duì)斷路器的開(kāi)斷是很不利的。所以用于發(fā)電系統(tǒng)的真空斷路器，其分閘時(shí)間盡可能設(shè)計(jì)長(zhǎng)些為宜。4.9回路電阻回路電阻值是表征導(dǎo)電回路的聯(lián)接是否良好的一個(gè)參數(shù)，各類型產(chǎn)品都規(guī)定了一定范圍內(nèi)的值。若回路電阻超過(guò)規(guī)定值時(shí)，很可能是導(dǎo)電回路某一連接處接觸不良。在大電流運(yùn)行時(shí)接觸不良處的局部溫升增高，嚴(yán)重時(shí)甚至引起惡性循環(huán)造成氧化燒損，對(duì)用于大電流運(yùn)行的斷路器尤需加倍注意。回路電阻測(cè)量，不允許采用電橋法測(cè)量，須采用GB763規(guī)定的直