高鐵變電所高壓斷路器的運行與維護(hù)-真空斷路器的特性和原理

高鐵變電所運行與維護(hù)（一次系統(tǒng)）項目三、高壓斷路器的維護(hù)與檢修任務(wù)3、真空斷路器的特性和原理2目錄一真空電弧理論二真空斷路器的分類三真空斷路器的基本結(jié)構(gòu)真空斷路器的操作過電壓抑制方法四五真空斷路器的優(yōu)缺點六真空斷路器的真空度檢查3

一、真空電弧理論

1.真空

真空斷路器利用真空度約為10-4Pa（在運行過程中不低于10-2Pa）的高真空作為內(nèi)絕緣和滅弧介質(zhì)。2.真空間隙的絕緣性能

真空間隙的氣體稀薄，分子的自由行程較大，發(fā)生碰撞游離的幾率很小。真空間隙具有很高的絕緣強(qiáng)度。真空間隙在某一電壓下?lián)舸状魏?，由于觸頭表面的毛刺被沖擊掉，觸頭表面光潔度提高，真空間隙在該電壓下就不再擊穿了，擊穿電壓將會升高，這種象叫真空間隙的老化。這是真空間隙獨具的特點。真空間隙的絕緣強(qiáng)度與很多因素有關(guān)，主要與真空間隙的長度、真空度、電極材料、電極表面狀態(tài)、形狀和大小、施加電壓的波形和頻率等因素有關(guān)。3

一、真空電弧理論

3.真空電弧的形成第一階段：觸頭蒸發(fā)形成金屬蒸汽

其一，金屬橋被拉長；其二，觸頭表面結(jié)合不牢固的金屬團(tuán)粒；其三，觸頭表面尖端突起部分的電場極強(qiáng)，發(fā)射自由電子轟擊陽極。第二階段：自由電子穿過高溫金屬蒸汽運動中帶電的金屬團(tuán)粒與電極間形成強(qiáng)電場，此電場可使團(tuán)粒和電極表面發(fā)射大量自由電子。當(dāng)高速運動的云時，使金屬原子電離產(chǎn)生帶電離子。離子的定向移動形成傳導(dǎo)電流。3

一、真空電弧理論第三階段：形成陰極斑點

溫度極高，不斷蒸發(fā)金屬蒸汽，補(bǔ)充金屬蒸汽的損失，陰極斑點發(fā)射的電子又電離金屬蒸汽，補(bǔ)充離子的損失，觸頭間的預(yù)放電電流就轉(zhuǎn)變成自持的真空電弧。結(jié)論：真空電弧的形成是一個電極過程。陰極斑點是真空電弧的生命線。真空電弧是電離狀態(tài)的金屬蒸汽電弧。3

當(dāng)電極上電弧電流大于10kA時，陰極斑點受電磁力的作用相互吸引，使所有的陰極斑點集聚成一個運動速度緩慢的陰極斑點團(tuán)(其直徑可達(dá)1～2cm)，形成單束大弧柱，且電極強(qiáng)烈發(fā)光，觸頭表面將出現(xiàn)熔坑，這種形態(tài)的電弧稱為集聚型電弧，這種電弧將難以熄滅。一、真空電弧理論

4.真空電弧的形態(tài)與熄滅

當(dāng)電弧電流小于100A時，觸頭間只存在一束電弧，觸頭上只有一個陰極斑點，并在觸頭表面做不規(guī)則的運動。當(dāng)電弧電流大于100A、小于6kA時，陰極斑點會從一個分裂為若干個，并在陰極表面不斷向四周擴(kuò)散，電弧以許多完全分離的并聯(lián)電弧的形態(tài)存在。擴(kuò)散型電弧可以在交流電流過零時自動熄滅當(dāng)電極上電弧電流大于10kA時，陰極斑點受電磁力的作用相互吸引，使所有的陰極斑點集聚成一個運動速度緩慢的陰極斑點團(tuán)(其直徑可達(dá)1～2cm)，形成單束大弧柱，且電極強(qiáng)烈發(fā)光，觸頭表面將出現(xiàn)熔坑，這種形態(tài)的電弧稱為集聚型電弧，這種電弧將難以熄滅。3

5.真空電弧的截流現(xiàn)象

當(dāng)電弧電流很小時，真空電弧是不穩(wěn)定的。電弧的不穩(wěn)定性表現(xiàn)為截流現(xiàn)象。所謂截流現(xiàn)象就是交流真空電弧不在工頻電流自然過零瞬間熄滅，而是在自然過零前，電流為I0時突然熄滅。由于電路中總有電感存在，當(dāng)截斷電流I0值較大時，若電弧突然熄滅，很大的電流變化率將引起截流過電壓，從而危及人身及設(shè)備的安全。為此，應(yīng)設(shè)法降低截斷電流I0

的數(shù)值。

產(chǎn)生截流現(xiàn)象的根本原因是：當(dāng)電流電弧很小時，陰極斑點提供的金屬蒸汽的壓力和溫度不能維持弧柱的高速擴(kuò)散。

截斷電流I0

的平均值主要取決于觸頭材料，并與電弧電流的大小、線路阻抗特征和電極上的并聯(lián)電容、觸頭的分?jǐn)嗨俣鹊纫蛩赜嘘P(guān).一、真空電弧理論.4

二、真空斷路器的分類

1.按真空滅弧室的布置方式分1.1落地式1.2懸掛式1.3綜合式和接地箱式2.按觸頭形狀分2.1橫磁吹式2.2縱磁吹式3.按真空滅弧室的外殼分3.1玻璃外殼式3.2陶瓷外殼式

4三、真空斷路器的基本結(jié)構(gòu)WVT真空斷路器三、真空斷路器的基本結(jié)構(gòu)

WVT真空斷路器4ZN42-27.5KV真空斷路器三、真空斷路器的基本結(jié)構(gòu)

三、真空斷路器的基本結(jié)構(gòu)

ZN42-27.5KV真空斷路器三、真空斷路器的基本結(jié)構(gòu)

（1）外殼。外殼是真空滅弧室的密封容器，它不僅要容納和支持滅弧室內(nèi)的各種部件，而且當(dāng)動、靜觸頭在斷開位置時起絕緣作用。因此，整個外殼通常由絕緣材料和金屬組成。對外殼的要求首先是氣密封要好；其次是要有一定的機(jī)械強(qiáng)度；再是有良好的絕緣性能。（2）波紋管。波紋管既要保證滅弧室完全密封，又要在滅弧室外部操動時使觸頭作分合運動。常用的波紋管有液壓成形和膜片焊接兩種形式。所用材料以不銹鋼為最好。波紋管的側(cè)壁可在軸向上伸縮，其允許伸縮量決定了滅弧室所能獲得的觸頭最大開距。一般情況下，波紋管的疲勞壽命也決定了滅弧室的機(jī)械壽命。

真空斷路器滅弧室組成：三、真空斷路器的基本結(jié)構(gòu)

（3）屏蔽罩。觸頭周圍的屏蔽罩主要是用來吸附燃弧時觸頭上蒸發(fā)的金屬蒸氣，防止絕緣外殼因金屬蒸氣的污染而引起絕緣強(qiáng)度降低和絕緣破壞，同時，也有利于熄弧后弧隙介質(zhì)強(qiáng)度的迅速恢復(fù)。屏蔽罩還能起到使滅弧室內(nèi)部電壓均勻分布的作用。在波紋管外面用屏蔽罩，可使波紋管免遭金屬蒸氣的燒損。屏蔽罩的導(dǎo)熱性能越好，其表面冷卻電弧的能力也就越好。因此，制造屏蔽罩常用材料為無氧銅、不銹鋼和玻璃，銅是最常用的。

真空斷路器滅弧室組成：三、真空斷路器的基本結(jié)構(gòu)

（4）觸頭。

觸頭是真空滅弧室內(nèi)最為重要的元件，滅弧室的開斷能力和電氣壽命主要由觸頭狀況來決定。目前真空滅弧室的觸頭系統(tǒng)，就接觸方式而言，都是對接式的。

真空斷路器滅弧室組成：

四、高壓真空斷路器操作過電壓的抑制方法

①采用低電涌真空滅弧室。這種滅弧室既可降低截流過電壓，又可提高開斷能力。②在負(fù)載端并聯(lián)電容。既可以降低，也可減緩恢復(fù)電壓的上升陡度。

③在負(fù)載端并聯(lián)電阻和電容。它不僅能降低截流過電壓及其上升速度，而且在高頻重燃時可使振蕩過程強(qiáng)烈衰減，對抑制多次重燃過電壓有較好的效果，電阻一般選100～200Ω，電容選0.1～0.2μF。④串聯(lián)電感。可降低過電壓的上升陡度和幅值。⑤安裝避雷器。用它限制過電壓的幅值。五、真空斷路器的優(yōu)缺點

(1)觸頭開距小,動作快；(2)燃弧時間短，觸頭燒損輕；(3)壽命長，適于頻繁操作；(4)體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，真空滅弧室不需檢修，維修工作量??；(5)防火、防爆性能好；(6)制造工藝復(fù)雜，造價高；(7)監(jiān)視真空度變化的簡易裝置尚未解決；(8)開斷小電流時，有可能