真空断路器工作原理及作用

真空断路器工作原理及作用

    真空断路器处于合闸位置时，其对地绝缘由支持绝缘子承受，一旦真空断路器所连接的线路产生*接地故障，断路器动作跳闸后，接地故障点又未被断根，则有电母线的对地绝缘亦要由该断路器断口的真空间隙承受；各种故障开断时，断口一对触子间的真柴油发电机组
真空断路器处于合闸位置时，其对地绝缘由支持绝缘子承受，一旦真空断路器所连接的线路产生*接地故障，断路器动作跳闸后，接地故障点又未被断根，则有电母线的对地绝缘亦要由该断路器断口的真空间隙承受；各种故障开断时，断口一对触子间的真空绝缘间隙要耐受各种恢复电压的感化而不产生击穿。

是以，真空间隙的绝缘特点成为进步灭弧室断口电压，使单断口真空断路器向高电压等第成长的主要研究课题。真空度的表示编制 *压力低于一个大年夜气压的气体淡薄的空间，称为真空空间，真空度越高即空间内气体压强越低。真空度的单位有三种表示编制:托（即1个mm水银柱高，毫巴（103bar或帕（帕斯卡:Pa。（1托=131。

6Pa，1毫巴=100Pa我们通常所说真空灭弧室内部的真空度要达10-4托是指灭弧室内的气体压强仅为"万分之一mm水银柱高"，亦即是1。31x10-2Pa。"派森定理"亦有译为"巴申定律"，是指间隙电压耐受强度与气体压力之间的关系。图1表示派森定理的关系曲线呈"V"字形，即充气压力的增加或降低，都能进步极间间隙绝缘强度。其击穿机理至今还不清楚。

由于真空灭弧室内部真空度高于10-4托，这样淡薄空气的空间，气体分子的自由行程为103mm，在真空灭弧室这么大年夜小的容积内，产生碰撞的机率几乎是零。是以不会产生碰撞游离而使真空间隙击穿。派森定理的"V"形曲线是实验得出的，前提是在平均电场的环境下，其间隙击穿电压Uj可表示为: Uj=KLa L间隙距离； a间隙系数（间隙5mm时，a=0。

5 由派森定理的"V"形关系曲线中看出，认真空度达103托时呈现拐点，拐点四周曲线变得平坦，击穿电压几乎无变化。认真空度和间隙距离相同时，其击穿电压则随触头电极材料产生变化，电极材料机械强度高，熔点高时，真空间隙的击穿电压亦随之进步。真空绝缘的粉碎机理 前面已说过，在真空灭弧室这样高度真空度的空间内，气体分子的自由行程很大年夜。

不会产生碰撞分离而使真空间隙在高压电感化下会击穿又是客观存在，于是就有种解释真空绝缘会粉碎的机理，场致发射引发击穿，微块引发击穿和微放电致使击穿。场致发射论对真空间隙所以能产生击穿的解释 间隙电场能量集中，在电极微观表面的突出部分产生电子发射或蒸发逸出，撞击阳极使局部发热，继续放出离子或蒸汽，正离子再撞击阴极产生二次发射，相互不断积累。

zui后致使间隙击穿。闻名的FowlerandNoraheim场发射电流I表达式为: I=AE2e-B/E 式中　E电场强度； A常数，与发射点的面积有关； B常数，与电极表面的逸出有关。在小的间隙（<1mm及短脉冲电压环境下，可以公道地认为真空间隙击穿是由场致发射引发的，但在长间隙及持续加压与长脉冲电压下，有的学者认为真空的击穿尚存在其它机理: （1阴极引发的击穿；在强电场下。

由于场发射电流的焦耳发热效应，使阴极表面突出物的温度升高，当温度达光临界点时，突出物熔化产生蒸汽引发击穿。（2阳极引发的击穿:由于阴极发射的电子束，轰击阳极使某点发热产生熔化和蒸汽而产生间隙击穿。产生阳极引发击穿的前提与电场进步系数和间隙距离有关。微块引发击穿的解释 假设在电极表面附着较轻松的微块，在电场感化下。

微块脱落并且加速，这微块撞击对面的电极时，由于冲击发热可使其本身熔化产生蒸汽，引发击穿。微放电致使真空间隙击穿的解释 电极的阴极表面沾污，将产生微放电现象。微放电是一种小的自按捺熄灭的电流脉冲，它的总放电电荷3107C，存在时间由50ms到几ms，放电一般产生在大年夜于1mm的间隙中。这些真空间隙的击穿机理表明，真空电极的材料与电极的表面状况对真空间隙的绝缘都长短常关键的身分。

真空间隙的绝缘耐受能力与在先的分合闸操纵工况有关 真空断路器接触间隙的击穿电压，因耐压实验前分歧工况的分合闸操纵有相应的分歧结果，意大年夜利哥伦布（Colombo工程师在设备会商会上有文阐述过这方面的问题:实验对象是24KV断路器，铜铬触头，额定开断电流16KA，额定电流630A，触头开距15。8mm。

触头分闸速度1。1m/s，合闸速度为0。6m/s。实验法度列于表1。在关合分闸操纵（实验系列2~5后产生的zui大年夜击穿电压比空载轮回（实验系列1后给出的数值低，这意味着触头击穿距离受电弧电流的影响而减小；同时，系列2和系列5所测得的数值亦小于系列3和系列4的实验值，而电流过零波形和极性仿佛无较着影响。实验结果证实了开闭操纵的情势对断路器触头之间的绝缘耐受能力有影响。

击穿电压在30~50kV规模内，击穿距离为0。6~2mm之间，击穿时触头的电场强度为25~44kV。表1实验法度及内容表 实验序号 实验电流 项号 操纵/实验挨次 1 1-1 1-2 1-3 1-4 合闸-分闸 冲击绝缘电流 1分钟工频实验 高频熄弧能力实验 2 100额定开断电流 2-1 2-2 2-3 2-4 关合--开断 冲击绝缘实验 1分钟工频实验 高频熄弧能力实验 3 30额定开断电流 用30额定开断电流值，分歧的电流波极性按2。

1~2。4逐项实验 4 10额定开断电流 用60额定开断电流值重复进行2。1~2。4的逐项实验 意大年夜利哥伦布工程师上述实验的结果表明，真空开关在开断大年夜电流后，其真空减小绝缘强度会下降是一种遍及现象。是以，我国早期的真空断路器在开断故障后，间隙绝缘会下降，达不到产品技术前提的绝缘程度，故能源部对户内高压真空断路器订货要求（部标DL403--91承诺在真空断路器电寿命实验后。

极间耐压值降为原标准的80作实验，假如通过，就认为该断路器的型式实验合格。那么，如何解释今朝很多真空断路器制造厂在作产品介绍时，几次强调它们的真空断路器电寿命实验后，间隙的绝缘强调不降低呢?我们以10kV真空断路器为例来对此作申明:真空灭弧室颠末技术和工艺改进，极间绝缘程度同早期产品比较，进步很多例如可达到A值，远比产品标准规定的耐压值C（工频42kV。

冲击75kV高很多，出厂新品按C值实验固然不会击穿，电寿命实验后，间隙绝缘程度由A值降为B值，但B值>C值，故按C值去校核其绝缘，实验时亦不会产生击穿。而老产品的A值是大年夜于C值，出厂新品按C值查核，固然能通过，开断故障后，由A"值降到B"值。进步真空灭弧室绝缘耐受能力的办法 真空断路器要向高电压使用范畴成长，进步真空灭弧室断口极间绝缘耐受能力制成额定电压较高的伶仃断口真空灭弧室的经济意义是巨大年夜的。

不但可减少串连断口的数目，并且使断路器结构简单，从而进步了设备靠得住性并使设备造价亦相应降低。进步单断口真空灭弧室的绝缘耐受能力主要在下列三方面采纳办法。真空灭弧室内触头间耐压强度的进步 前面以说过，在灭弧室内部高度真空的环境下，触头间存在的气体非常，不会受极间电压而产生游离，但极间产生击穿是客观存在，从而产生几种真空绝缘粉碎机理的解释。

真空间隙实际击穿时，有多是几种机理同时产生感化，并且击穿途径中老是有游离气体存在，这是由施加电压后产生的金属蒸汽或触头开释了所吸附的气体供给的。基于此点解缆，采纳下列办法以进步真空灭弧室触头间隙的耐压机能: （1选择熔点或沸点高，热传导率小，机械强度和硬度大年夜的触头材料； （2预先向触头间隙施加高电压，使其几次放电。

使触头表面附着的金属或绝缘微粒熔化，蒸发，即所谓"老炼措置"； （3断根吸附在触头或灭弧室表面上的气体，即进行加热脱气措置； （4选择合适的触头外形，改善触头的电场分布。进步开断电流后触头极间的绝缘恢复速度 通常断路开断电流成功的关键在于电弧电流过零后，触头间隙绝缘恢复速度快于触头间隙间的暂态恢复电压速度，就不会产生重燃而达到成功开断。

真空灭弧室开断电流时，电弧放出的金属蒸汽在电弧电流过零时会灵敏分散，碰着触头或樊篱罩表面会当即凝集。是以欲求在开断电流相应的触头尺寸，材质，形态，触头间隙和电流开断时产生的金属蒸汽密度，带电粒子密度等影响身分进行几次实验取得实验数据作分析研究。发现触头直径越大年夜且触头间隙越小，电流开断后的绝缘强度恢复越快；纵向磁场触头结构的采取，有极为杰出的弧后绝缘恢复特点。

进步真空灭弧室的外部绝缘 真空灭弧室的外部表面，如处于正常的大年夜气之中，则绝缘耐压是很低的，不能合适高电压前提下使用，跟着真空断路器向高电压，小型化标的目标成长，对真空灭弧室外部表面采纳下列强化办法: （1用环氧树脂绝缘包裹真空灭弧室陶瓷外壳表面，环氧树脂具有高绝缘机能，其冲击电压为50kV/mm，工频耐压为30kV/mm。

并且其制品机械强度高，浇注加工机能好，可以较轻易成型复盖于陶瓷外壳表面，从而达到灭弧室外表面绝缘强化的目标。并进步了耐污机能，使所需对地绝缘更趋公道化。户外真空断路则往往采取带有裙边的硅胶外套作管，复盖于陶瓷外壳的表面，具有更好的抗雾闪机能，但机械强度则不如环氧树脂制间。（2将真空灭弧室置于SF6气体之中，使陶瓷外壳为SF6气体所包围。

由于SF6气体只起绝缘感化，其充气压力通常为不高的。