真空灭弧室的发展

真空灭弧室的发展 真空灭弧室为真空断路器的心脏，真空灭弧室的不断进步，才促使了真空断路器的不断发展。在我国， 真空灭弧室的发展综观起来已经历了五代。 第一代 CuBi 系合金触头，145 mm 玻璃外壳，阿基米德螺旋槽横磁电极结构，额定电压 12 kV，额定 电流 1 250 A，额定短路开断电流 20 kA。 第二代 引进西门子的 3AF 系列真空灭弧室。CuCr50 合金杯状触头，陶瓷外壳，杯状横磁电极结构，额 定电流 2 5003 150 A，额定短路开断电流 31.540 kA。 第三代 自行开发的真空灭弧室。CuCr50 触头材料，屏蔽罩内置，88125 mm 陶瓷绝缘外壳，杯状 纵磁电极结构。额定电流 3 150 A，额定短路开断电流 40 kA。 第四代 真空灭弧室。以一次封排技术为代表，整体质量有了很大提高，开发出 12 kV、24 kV 和 40.5 kV 各种真空灭弧室。真空灭弧室工艺从排气台式工艺发展到一次封排工艺以至完全一次封排工艺，工艺过程 变得简单，不仅提高了数量而且提高了质量。 第五代 固封极柱真空灭弧室。将真空灭弧室通过自动压力凝胶工艺包封在环氧树脂壳体内，形成固封 极柱，避免了外力和外界环境对真空灭弧室及其他导电件的影响，增强了外绝缘强度，大大减少了装配工 作量，并使之真空断路器小型化。真空灭弧室的外绝缘经历了空气绝缘复合绝缘固封绝缘。 由以上可见，真空灭弧室技术的进步反映在触头的材质上、纵横磁场的形成上、制造工艺的改进上以 及外绝缘的改变上。 真空断路器的主要优点 1、真空断路器的灭弧室直径较小，真空度在 1.3310-3Pa 以上，绝缘强度很高，电弧容易熄灭，其灭 弧能力强。 2、燃弧时间短，电气寿命高，其额定短路开断次数一般均在 20100 次，甚至更高。开断额定短路开断 电流后，动、静触头间仍具有较高的绝缘水平。 3、触头开距及接触行程小、操作功率小，良好的开断性能，稳定可靠的电寿命，机械寿命可高达 20000 次以上，且很少开断失败。 4、使用安全、维护简单，开断过程中不会因燃弧产生高气压,因此操作危险性小，且真空灭弧室无须检 修。 5、无污染、噪音低，适用于频繁操作、工作条件比较苛刻的场所。 6、操作机构的可靠性高，故障率小，具备检修周期长、维护工作量少等优点。 真空断路器的主要特性参数及作用 判断一个真空断路器是否满足要求，应对其合分闸时间、合分闸速度、燃弧时间、超行程和触头烧损厚 度等其它一些参数进行确定和判定。通过优化和筛选，对真空断路器的机械、电气特性作出全面评价。 1、合闸弹跳 对真空断路器而言，动、静触头闭合时不要弹跳是最理想的情况。可是在很多情况下，减小触头的弹跳 时间是为保证触头高质量地工作，但不能更换 的真空触头仍然希望消除振动。从断路器机械方面和电气方面讲，要求减小合闸弹跳时间是合理的。一方 面，触头弹跳时间长则说明合闸时的冲力过大，多余的能量只能消耗于断路器框架等处，以微小的变形和 振动为代价，长此以往，只能有害无益。另一方面，弹跳时间长则触头的磨损量也大。当然，抑制合闸弹 跳，也并不是说完全没有弹跳便是最优，实际上，合闸电动排斥力是消除合闸弹跳的有效手段。 2、真空断路器的超行程 由于真空断路器的触头都是对接式触头，其超行程的作用主要有以下几点： 2.1 保证触头在一定的烧损厚度内仍有一定的接触压力，以保持可靠的接触，并可减少主回路的接触电 阻值，以降低温升； 2.2 使动触头在断路器分闸时获得一定的初始冲击动能，提高动触头的初始分离速 度，拉断动、静触头间的熔焊点； 2.3 使断路器在合闸时能够借助触头压力（既弹簧力）得到缓冲，以 减少弹跳； 2.4 可以利用运行中的真空断路器超行程的数量值来确定触头压力的大小。 通常，对一些不能直接测量触头烧损厚度的真空断路器，可通过超行程的累计改变量来计算触头烧损的 厚度，并以此间接地估算真空断路器的剩余电寿命。 3、燃弧时间 通过对燃弧时间的分析，可获得真空断路器性能必要的判据。燃弧时间的长短，不但体现真空灭弧室的 性能，而且也体现了操作机构动作的合理性和稳定性。燃弧时间与真空断路器开断能力关系密切，它能预 示开断能否达到极限。长燃弧时间对灭弧室考验意味着比短燃弧时间的作用有更大的热和机械效应。因此 燃弧时间应尽可能的短，但应以建立电弧熄灭的条件为度。一般来讲，燃弧时间在 10ms 以内为优， 1015 ms 为主，大于 15ms 为差。首开相燃弧时间以不小于 3ms 为最佳，最大不超过 8ms，后开相应在 电流第一次过零时熄灭。首开相的分布应以均匀分布为佳。对同一台断路器来讲，在其整个电寿命试验过 程中，历次开断短路电流时燃弧时间的分布在正常情况下呈现类似“浴盆”曲线，即开始时的燃弧时间稍 长，中间若干次燃弧时间较短且稳定，末了燃弧时间又变长的规律。是此规律的真空断路器则说明真空灭 弧室性能稳定，断路器机械特性参数也比较稳定。反之，分散性很大、燃弧时间呈长短无序分布，则反映 出整个断路器性能的不稳定或尚有缺陷。 真空断路器的主要特点 1、真空的绝缘特性 真空具有很强的绝缘特性，在真空断路器中，气体非常稀薄，气体分子的自由行程相对较大，发生相互 碰撞的几率很小，因此，碰撞游离不是真空间隙击穿的主要原因，而在高强电场作用下由电极析出的金属 质点才是引起绝缘破坏的主要因素。 真空间隙中的绝缘强度不仅与间隙的大小、电场的均匀程度有关，而且受电极材料的性质及表面状况的 影响较大。真空间隙在较小的距离间隙（23mm）情况下，有比空气与 SF6 气体高的绝缘特性，这就是 真空断路器的触头开距一般不大的原因。电极材料对击穿电压的影响主要表现在材料的机械强度（抗拉强 度）和金属材料的熔点上。抗拉强度和熔点越高，电极在真空下的绝缘强度越高。实验表明，真空度越高， 气体间隙的击穿电压越高，所以，要保证真空灭弧室的绝缘强度。 2、真空中电弧的形成与熄灭 真空电弧和我们以前学习的气体电弧放电现象有很大的差别，气体的游离现象不是产生电弧的主要因素， 真空电弧放电是在触头电极蒸发出来的金属蒸汽中形成的。同时，开断电流的大小不同，电弧表现的特点 也不同，所以，我们一般把它分为小电流真空电弧和大电流真空电弧。 3、小电流真空电弧 触头在真空中开断时，产生的电流和能量集聚在阴极斑点，从阴极斑点上大量的蒸发金属蒸汽，其中的 金属原子和带电质点的密度都很高，电弧就在其中燃烧。同时，弧柱内的金属蒸汽和带电质点不断的向外 扩散，电极也不断的蒸发新的质点来补充。在电流过零时，电弧的能量减小，电极的温度下降，蒸发作用 减小，弧柱内的质点密度降低，最后，在过零时阴极斑消失，电弧熄灭。有时，蒸发作用不能维持弧柱的 扩散速度，电弧将突然熄灭，发生截流现象。 4、大电流真空电弧 在触头断开大的电流时，电弧的能量增大，阳极也严重发热，形成很强的集聚型弧柱。同时，电动力的作 用也更加明显了，因此，对于大电流真空电弧，触头间的磁场分布就对电弧的稳定性和熄弧性能有决定性 的影响。如果电流太大，超过了极限开断电流，就会造成开断失败。此时，触头发热严重，电流过零以后 仍然蒸发，介质恢复困难，不能断开电流。 高压真空断路器的操动机构 高压真空断路器的操动机构主要有三种类型：电磁操动机构、弹簧操动机构及永磁操动机构。 电磁操动机构由一个电磁线圈和铁心，加上分闸弹簧和必要的机械锁扣系统组成，结构简单、零件数少、 工作可靠、制造成本低。同时螺管电磁铁的出力特性容易满足真空断路器合闸反力特性的要求。其缺点是 合闸线圈消耗的功率太大，因而要求配用昂贵的蓄电池，加上电磁机构的结构笨重，动作时间较长。电磁 操动机构出现最早，但目前用量趋于减少。 弹簧操动机构由弹簧贮存分合闸所需的所有能量，并通过凸轮机构和四连杆机构推动真空灭弧室触头动 作。其分合闸速度不受电源电压波动的影响，相当稳定，通过调整弹簧的压力能够获得满足要求的分合闸 速度。其缺点是机械零件多（达 160 多个） ，零件的材质、加工精度和装配精度都直接影响机构的可靠性。 弹簧机构的出力特性，基本上就是储能弹簧的释能下降特性，为改善匹配，设计中采用四连杆机构和凸轮 机构来进行特性改变。目前弹簧操动机构技术已经成熟，因此用量较大。 永磁机构是一种全新的操动机构，它利用永磁保持、电子控制、电容器储能。其优势是结构简单、零件 数目少，工作时的主要运动部件只有一个，无需机械脱扣、锁扣装置。永磁机构分为两种类型：单稳态永 磁机构和双稳态永磁机构。永磁机构尚需经受考验，需解决好电容器的寿命问题、永久磁铁的保持力问题 及电子器件的可靠性等问题。目前其用量还不大。 专用型和多功能型高压断路器 高压断路器一般为通用型，现转向专用型和多功能型。原先的通用型力求用一台断路器满足各方面的 性能要求，但由于断路器面对的开断任务不同，故新的专用型和多功能型应运而生。 专用型指按不同的开断任务，将真空断路器划分为高电压型、大电流型、频繁操作型、低过电压型等。 对于高电压型，现已开发出 72/84 kV 和 126/145 kV 单断口真空断路器；对于大电流型，如用于发电机保 护的真空断路器，现参数已做到额定电压 1228 kV，额定电流 6 30012 000 A，额定短路开断电流 80160 kA；对频繁操作型，如电炉炼钢，需要频繁操作型真空断路器，操作次数可达 6 万次、10 万次， 甚而 15 万次；对低过电压型，一般加过电压吸收装置，如 SiC，RC 回路，InO 避雷器等，最新的做法是开 发出低过电压触头材料，不用加装过电压吸收装置，即可降低过电压。 多功能型是指真空断路器不仅执行合-分任务，且又赋予更多的功能，如合-分-隔离-接地。这就省去了 隔离开关和接地开关，简化了开关柜结构，缩小了柜体尺寸。综合国内外情况，现有两种做法：一是使断 路器的相柱在开断后移动或旋转，形成隔离和接地；二是真空灭弧室开断后通过触头旋转完成隔离和接地。 高压电器标准用语和名词解释 在高压电器产品样本、图样、技术文件、出厂检验报告、型式试验报告、使用说明书及产品名牌中，常 采用各种专业名词术语，它们表示产品的结 构特征、技术性能和使用环境。了解和掌握这些名词术语可为工作带来许多便利，现将高压电器常用的名 语术语作一介绍。 高压开关设备术语 1、高压开关额定电压 1kV 及以上主要用于开断和关合导电回路的电器。 2、高压开关设备高压开关与控制、测量、保护、调节装置以及辅件、外壳和支持件等部件及其电气 和机械的联结组成的总称。 3、户内高压开关设备不具有防风、雨、雪、冰和浓霜等性能，适于安装在建筑场所内使用的高压开 关设备。 4、户外高压开关设备能承受风、雨、雪、污秽、凝露、冰和浓霜等作用，适于安装在露天使用的高 压开关设备。 5、金属封闭开关设备；开关柜除进出线外，其余完全被接地金属外壳封闭的开关设备。 6、铠装式金属封闭开关设备主要组成部件(例如断路器、互感器、母线等)分别装在接地的金属隔板 隔开的隔室中的金属封闭开关设备。 7、间隔或金属封闭开关设备与铠装式金属封闭开关设备一样，其某些元件也分装于单独的隔室内， 但具有一个或多个符合一定防护等级的非金属隔板。 8、箱式金属封闭开关设备除铠装式、间隔式金属封闭开关设备以外的金属封闭开关设备。 9、充气式金属封闭开关设备金属封闭开关设备的隔室内具有下列压力系统之一用来保护气体压力的 一种金属封闭开关设备。 a.可控压力系统；b.封闭压力系统；c.密封压力系统。 10、绝缘封闭开关设备除进出线外，其余完全被绝缘外壳封闭的开关设备。 11、组合电器将两种或两种以上的高压电器，按电力系统主接线要求组成一个有机的整体而名电器 仍保持原规定功能的装置。 12、气体绝缘金属封闭开关设备封闭式组合电器，至少有一部分采用高于大气压的气体作为绝缘介 质的金属封闭开关设备。 13、断路器能关合、承载、开断运行回路正常电流、也能在规定时间内关合、承载及开断规定的过 载电流(包括短路电流)的开关设备。 14、六氟化硫断路器触头在六氟化硫气体中关合、开断的断路器。 15、真空断路器触头在真空中关合、断的断路器。 16、高压隔离开关在分位置时，触头间符合规定要求的绝缘距离和明显的断开标志；在合位置时， 能承载正常回路条件下的电流及规定时间内异常条件(例如短路)下的电流开关设备。 17、接地开关用于将回路接地的一种机械式开关装置。在异常条件（如短路下，可在规定时间内承 载规定的异常电流；在正常回路条件下，不要求承载电流。 18、负荷开关能在正常回路条件下关合、承载和开断电流以及在规定的异常回路条件（如短路条件） 下，在规定的时间内承载电流的开关装置。 高压真空接触器及其组合电器 高压真空接触器具有寿命长、频繁操作、体积小、重量轻、不爆炸、不污染环境、价格低、检修方便及开 断性能良好等一系列优点，因而受到用户的青 睐，也是制造商开发的重点。 高压真空接触器按电压等级分为 3.6，7.2，12 kV；按高压部分相对位置，分为上下布置和前后布置；按合 闸是否带锁扣，分为带锁扣（机构保持）和不带锁扣。 高压真空接触器-熔断器组合电器是由能够开断大范围故障电流的高压熔断器和可频繁操作的真空接触 器组成（FC 回路） 。在不降低要求的情况下，采用 FC 回路比使用真空断路器或 SF6 断路器可节约一次性 投资 30%以上，节约长期性投资更可观，具有明显的经济效益。因此，在适用 FC 回路的地方和场合，应 尽量不使用断路器。高压真空接触器已在冶金、化工、煤炭、港口等需要频繁操作的场合大量使用。它特 别适用于电动机的频繁起动和变压器、电容器的频繁投切。当前，真空接触器的发展主要表现在提高技术 参数，如额定电压从 3.6，7.2，12 kV 提高到 24 kV 和 40.5 kV，额定电流从 400 A 提高到 630800 A。同 时，真空接触器的极柱绝缘从空气绝缘发展到有的采用固封绝缘，真空接触器的驱动也有的从电磁操动改 为永磁操动。总之，真空接触器在不断地发展之中。我国生产真空接触器的厂家还不够多，产量也不够大， 但增长势头强劲。据统计，我国 2004 年 12kV 真空接触器为 2928 台，而 2006 年猛增到 23055 台，增长 约为 8 倍。在国外生产真空断路器的厂家也有相应的真空接触器产品。 户外跌落式高压熔断器原理 户外跌落式高压熔断器 35kV 及以下的户外式高压熔断器主要是跌落式高压熔断器主要用于保护输电线 路和配电变压器。 这种熔断器由固定的支架和活动的熔断管组成熔断管(熔体管)由树脂层卷纸板制成，中间衬以石棉。 焙丝两端各压接一段连接用的编织铜绞线，它穿过熔断管，用螺丝固定上下两端的动触头上，可动的上触 头被熔丝拉紧固定，并被上静触头上的“鸭嘴”中的凸撑卡住，熔断器处于“通路”位置，熔丝熔新时。 熔管内产生电弧焙管内壁在电弧作用下产生大量气体，气体高连向外喷出，产生强烈的去游离作用，在 电流过等时将电弧熄灭。同时，熔丝熔断以后，熔断管上的上触头松脱，由于熔管的自重而从上静触头的 “鸭嘴“中滑脱，迅速趺落。这熔断器的熔管在熔丝熔断后自动跌落，一方面作熔断标示，另一方面造 成一个明显前断开距离，起到 f 隔离开关的作用。又由于它可以利用高压绝缘拉杆(操作杆，拉合空载线路 或 560kVA 以下的配电空载变压器（拉闸时，只用高压绝缘操作杆顶动“鸭嘴” ，熔断管即能自行趺落，切 断空载电路；台闸时，只要用绝缘杆逐个将熔断管推台上去即接通空载电路)，田此，在配电系统中趺 落式熔断器应用很广。 跌落式熔断器还可制成一次重台闸的，它具有两套熔断管正常时，只有套熔断管接通当它熔断跌 落后，问隔一定时同(约 o3o5s)，另一套借自动重台闸机构而自动重合上对小容量的 35kV 变压器也推 广采用趺落式熔断器保护，即 Rw535 型，用于代替老产品_Rwl35 型高压断器它与 10kV 跌落式熔断器类 同，只是熔管长些外形尺寸大些(两个静触头采用两个支座绝缘子固定)。 高压负荷开关与复合开关的区别 负荷开关是 能在正常的导电回路条件或规定的过载条件下关合、承载和开断电流，也能在异常的导电回 路条件(例如短路)下按规定的时间承载电流 的开关设备。按照需要，也可具有关合短路电流的能力 复合开关是用于控制电容器投切的器件。既使用了电力电子器件又使用了机械接点 从功能上说 差不多 但是负荷开关主要作用类似保险装置 而复合开关可以电容器无涌流投入与电流过零 切除 断路器又称为开关，高压、低压都要用的电气设备。 断路器的主要作用是： 1)能切断或闭合线路的空载电流。 2)能切断与闭合线路的负荷电流。 3) 能切断与闭合线路的故障电流。 4) 与继电保护配合，可快速切除故障，保证系统安全运行。 根据所采用灭弧介质的不同，断路器包括空气断路器（俗称空气开关） 、真空断路器、 SF6 断路器、少油断路器、油断路器等。民用建筑电气设计由于电压 多为 220380V ，断路器灭弧介质为空气，故称空气开关或断路器都对。但对于电力系统来说，就要具 体对待识别了。 3)能能切切断断与与闭闭合合线线路路的的故故障障电电流流。 4)与与继继电电保保护护配配合合，可可快快速速切切除除故故障障，保保证证系系统统安安全全运运行行。 根根据据所所采采用用灭灭弧弧介介质质的的不不同同，断断路路器器包包括括空空气气断断路路器器（俗俗称称空空气气开开关关） 、真真空空断断路路器器、 SF6 断断路路器器、少少油油断断路路器器、油油断断路路器器等等。民民用用建建筑筑电电气气设设计计由由于于电电压压多多为为220380V， 断断路路器器灭灭弧弧介介质质为为空空气气，故故称称空空气气开开关关或或断断路路器器都都对对。但但对对于于电电力力系系统统来来说说，就就要要具具体体 对对待待识识别别了了。 真真空空开开关关的的发发展展与与应应用用概概况况 一一、国国外外真真空空开开关关的的发发展展概概况况 人人类类从从事事将将真真空空作作为为灭灭弧弧和和绝绝缘缘介介质质的的应应用用研研究究，到到现现在在已已有有一一百百多多年年的的历历史史。早早在在 1893 年年，美美 国国人人里里顿顿豪豪斯斯(Rittenhause)就就设设计计出出世世界界上上第第 1 只只真真空空灭灭弧弧室室并并以以专专利利的的形形式式发发表表； 1920 年年，瑞瑞典典佛佛加加（Birka）公公司司研研制制出出世世界界上上第第一一台台真真空空开开关关； 1926 年年，加加里里福福尼尼亚亚 工工学学院院的的索索伦伦森森(Sornsen)教教授授发发表表了了真真空空开开关关的的试试验验结结果果，并并预预言言应应用用真真空空开开关关的的时时代代 不不久久就就会会到到来来。由由于于当当时时的的真真空空技技术术还还很很落落后后，使使得得真真空空开开关关在在工工业业上上的的实实际际应应用用被被大大 大大推推迟迟了了。 到到 1950 年年前前后后，随随着着真真空空技技术术以以及及相相关关技技术术如如冶冶金金技技术术等等的的发发展展，真真空空 灭灭弧弧室室的的制制 造造技技术术得得到到了了提提高高，又又重重新新开开始始了了真真空空开开关关在在工工业业上上应应用用的的研研究究。 1956 年年，罗罗斯斯 (HCross)对对杰杰宁宁无无线线电电制制造造公公司司 (Jenning)生生产产的的用用于于高高频频回回路路的的真真空空开开关关进进行行了了改改造造， 试试制制出出了了 15kV、200A 的的真真空空开开关关。 1961 年年美美国国通通用用电电气气公公司司在在总总结结前前人人经经验验的的基基 础础上上首首先先研研制制成成功功额额定定电电压压 15kV、12.5kA 的的真真空空断断路路器器，1966 年年相相继继研研制制成成功功额额定定电电 压压为为 15kV、开开断断电电流流为为 25kA 和和 31.5kA 的的真真空空断断路路器器，从从此此真真空空开开关关正正式式进进入入电电力力开开 关关的的行行列列，美美国国也也因因此此成成为为世世界界上上最最早早批批量量生生产产和和使使用用真真空空开开关关的的国国家家，在在其其影影响响和和推推 动动下下，欧欧洲洲和和亚亚洲洲的的部部分分国国家家也也相相继继开开始始了了研研制制工工作作，真真空空开开关关从从此此在在全全球球范范围围内内得得到到 认认同同和和发发展展。 二二十十世世纪纪 70 年年代代初初，全全球球范范围围掀掀起起的的中中压压开开关关无无油油化化浪浪潮潮给给真真空空开开关关 带带来来了了前前所所未未有有的的发发展展机机遇遇。凭凭借借自自身身巨巨大大的的技技术术优优势势，真真空空开开关关仅仅用用了了不不到到20 年年的的 时时间间就就取取代代少少油油开开关关而而成成为为中中压压领领域域的的主主导导产产品品。目目前前单单断断口口真真空空断断路路器器已已达达到到 145kV 电电压压等等级级，短短路路开开断断电电流流已已达达到到 200kA 。 二二、我我国国真真空空开开关关的的发发展展概概况况 我我国国真真空空开开关关的的研研制制工工作作始始于于二二十十世世纪纪 50 年年代代末末，基基本本与与美美国国同同步步，略略早早于于日日本本。 1958 年年，由由西西安安交交通通大大学学电电器器教教研研室室和和当当时时的的西西安安高高压压开开关关整整流流器器厂厂合合作作成成立立了了一一个个 厂厂校校联联合合研研制制小小组组，由由王王季季梅梅副副教教授授和和童童永永潮潮总总工工程程师师负负责责，正正式式开开展展真真空空开开关关的的研研制制 工工作作。小小组组成成立立后后不不到到半半年年就就成成功功研研制制出出我我国国第第一一只只真真空空灭灭弧弧室室，并并在在西西安安交交通通大大学学电电 器器实实验验室室的的合合成成回回路路上上通通过过了了 50Hz、4kV、5kA 的的电电流流开开断断试试验验。 此此后后，西西安安高高压压电电器器研研究究所所于于 1960 年年研研制制成成功功了了电电压压为为 6.7kV、500A 的的单单相相真真空空开开 关关，西西安安交交通通大大学学于于 1964 年年开开发发成成功功 10kV，1500A 的的三三相相真真空空开开关关，当当同同年年这这台台三三相相 真真空空开开关关在在北北京京全全国国高高教教展展览览会会上上展展出出时时，受受到到来来自自全全国国各各地地专专家家的的好好评评，并并引引起起全全国国 各各省省市市开开关关制制造造厂厂的的极极大大兴兴趣趣，是是为为推推动动我我国国真真空空开开关关生生产产和和发发展展的的起起始始点点。 1968 年年 9 月月 5 日日，国国家家重重点点国国防防工工程程 (6895 工工程程)在在华华光光电电子子管管厂厂实实施施，同同年年诞诞生生了了 我我国国第第一一只只商商用用真真空空灭灭弧弧室室，从从此此华华光光电电子子管管厂厂成成为为国国内内首首家家生生产产真真空空 灭灭弧弧室室的的企企业业。 此此后后由由于于受受到到“文文革革”的的影影响响，我我国国在在真真空空电电弧弧理理论论研研究究和和真真空空开开关关开开发发方方面面的的工工作作 暂暂时时停停顿顿，一一直直到到 1976 年年才才开开始始恢恢复复。当当时时国国内内从从事事真真空空电电弧弧理理论论研研究究的的主主要要单单位位有有 西西安安交交通通大大学学、西西安安高高压压电电器器研研究究所所和和上上海海电电器器科科学学研研究究所所三三家家。 1978 年年以以后后，国国内内 有有 10 多多家家工工厂厂正正式式投投入入真真空空开开关关的的生生产产，所所需需的的真真空空 灭灭弧弧室室主主要要由由宝宝光光电电工工总总厂厂和和华华 光光电电子子管管厂厂生生产产。 1984 年年，西西安安高高压压电电器器研研究究所所、桂桂林林电电器器科科学学研研究究所所、宝宝光光电电工工总总厂厂和和北北京京开开关关厂厂等等 四四家家联联合合引引进进了了德德国国西西门门子子公公司司 3AF 系系列列真真空空断断路路器器的的全全套套制制造造技技术术（含含 CuCr 触触头头材材 料料、真真空空灭灭弧弧室室和和真真空空断断路路器器三三大大部部分分） 。1986 年年，华华光光电电子子管管厂厂引引进进了了美美国国西西屋屋公公司司 全全套套真真空空灭灭弧弧室室的的制制造造技技术术（含含 CuCr 触触头头材材料料） 。这这两两次次引引进进使使我我国国真真空空开开关关行行业业的的制制 造造和和设设计计水水平平均均得得到到了了极极大大的的提提高高，为为此此后后我我国国真真空空开开关关行行业业的的发发展展和和繁繁荣荣奠奠定定了了技技术术 基基础础 3)能切断与闭合线路的故障电流。 4)与继电保护配合，可快速切除故障，保证系统安全运行。 根据所采用灭弧介质的不同，断路器包括空气断路器（俗称空气开关） 、真空断路器、SF6 断路器、少油断路器、油断路器等。民用建筑电气设计由于电压多为 220380V，断路器灭 弧介质为空气，故称空气开关或断路器都对。但对于电力系统来说，就要具体对待识别了。 真空开关的发展与应用概况 一、国外真空开关的发展概况 人类从事将真空作为灭弧和绝缘介质的应用研究，到现在已有一百多年的历史。早在 1893 年，美 国人里顿豪斯(Rittenhause)就设计出世界上第 1 只真空灭弧室并以专利的形式发表； 1920 年，瑞典佛加（Birka）公司研制出世界上第一台真空开关；1926 年，加里福尼亚工 学院的索伦森(Sornsen)教授发表了真空开关的试验结果，并预言应用真空开关的时代不久 就会到来。由于当时的真空技术还很落后，使得真空开关在工业上的实际应用被大大推迟 了。 到 1950 年前后，随着真空技术以及相关技术如冶金技术等的发展，真空灭弧室的制造 技术得到了提高，又重新开始了真空开关在工业上应用的研究。1956 年，罗斯(HCross) 对杰宁无线电制造公司(Jenning)生产的用于高频回路的真空开关进行了改造，试制出了 15kV、200A 的真空开关。 1961 年美国通用电气公司在总结前人经验的基础上首先研 制成功额定电压 15kV、12.5kA 的真空断路器，1966 年相继研制成功额定电压为 15kV、开 断电流为 25kA 和 31.5kA 的真空断路器，从此真空开关正式进入电力开关的行列，美国也 因此成为世界上最早批量生产和使用真空开关的国家，在其影响和推动下，欧洲和亚洲的 部分国家也相继开始了研制工作，真空开关从此在全球范围内得到认同和发展。 二十 世纪 70 年代初，全球范围掀起的中压开关无油化浪潮给真空开关带来了前所未有的发展机 遇。凭借自身巨大的技术优势，真空开关仅用了不到 20 年的时间就取代少油开关而成为中 压领域的主导产品。目前单断口真空断路器已达到 145kV 电压等级，短路开断电流已达到 200kA 。 二、我国真空开关的发展概况 我国真空开关的研制工作始于二十世纪 50 年代末，基本与美国同步，略早于日本。 1958 年，由西安交通大学电器教研室和当时的西安高压开关整流器厂合作成立了一个 厂校联合研制小组，由王季梅副教授和童永潮总工程师负责，正式开展真空开关的研制工 作。小组成立后不到半年就成功研制出我国第一只真空灭弧室，并在西安交通大学电器实 验室的合成回路上通过了 50Hz、4kV、5kA 的电流开断试验。 此后，西安高压电器研究所于 1960 年研制成功了电压为 6.7kV、500A 的单相真空开 关，西安交通大学于 1964 年开发成功 10kV，1500A 的三相真空开关，当同年这台三相真 空开关在北京全国高教展览会上展出时，受到来自全国各地专家的好评，并引起全国各省 市开关制造厂的极大兴趣，是为推动我国真空开关生产和发展的起始点。 1968 年 9 月 5 日，国家重点国防工程(6895 工程)在华光电子管厂实施，同年诞生了我 国第一只商用真空灭弧室，从此华光电子管厂成为国内首家生产真空灭弧室的企业。 此后由于受到“文革”的影响，我国在真空电弧理论研究和真空开关开发方面的工作 暂时停顿，一直到 1976 年才开始恢复。当时国内从事真空电弧理论研究的主要单位有西安 交通大学、西安高压电器研究所和上海电器科学研究所三家。1978 年以后，国内有 10 多 家工厂正式投入真空开关的生产，所需的真空灭弧室主要由宝光电工总厂和华光电子管厂 生产。 1984 年，西安高压电器研究所、桂林电器科学研究所、宝光电工总厂和北京开关厂等 四家联合引进了德国西门子公司 3AF 系列真空断路器的全套制造技术（含 CuCr 触头材料、 真空灭弧室和真空断路器三大部分） 。1986 年，华光电子管厂引进了美国西屋公司全套真 空灭弧室的制造技术（含 CuCr 触头材料） 。这两次引进使我国真空开关行业的制造和设计 水平均得到了极大的提高，为此后我国真空开关行业的发展和繁荣奠定了技术基础 Cross) 对杰宁无线电制造公司 (Jenning) 生产的用于高频回路的真空开关进行了改造，试制出了 15kV 、 200A 的真空开关。 1961 年美国通用电气公司在总结前人经验的基础上首先研制成功额定电压 15kV 、 12.5kA 的真空断路 器， 1966 年相继研制成功额定电压为 15kV 、开断电流为 25kA 和 31.5kA 的真空断路器，从此真空开关正 式进入 电力开关的行列，美国也因此成为世界上最早批量生产和使用真空开关的国家，在其影响 和推动 下，欧洲和亚洲的部分国家也相继开始了研制工作，真空开关从此在全球范围内得到认同和发展。 二十世纪 70 年代初，全球范围掀起的中压开关无油化浪潮给真空开关带来了前所未有的发展机遇。 凭借自身巨大的技术优势， 真空开关仅用了不到 20 年的时间就取代少油开关而成为中压领域的主导产品。 目前单断口真空断路器已达到 145kV 电压等级，短路开断电流已达到 200kA 。 二二、我我国国真真空空开开关关的的发发展展概概况况 我国真空开关的研制工作始于二十世纪 50 年代末，基本与美国同步，略早于日本。 1958 年，由西安交通大学电器教研室和当时的西安高压开关整流器厂合作成立了一个厂校联合研制 小组，由王季梅副教授和童永潮总工程师负责，正式开展真空开关的研制工作。小组成立后不 到半年就 成功研制出我国第一只真空灭弧室，并在西安交通大学电器实验室的合成回路上通过了 50Hz 、 4kV 、 5kA 的电流开断试验。 此后，西安高压电器研究所于 1960 年研制 成功了电压为 6.7kV 、 500A 的单相真空开关，西安交通 大学于 1964 年开发成功 10kV ， 1500A 的三相真空开关， 当同年这台三相真空开关在北京全国高教展览会 上展出时，受到来自全国各地专家的好评，并引起全国各省市开关制造厂的极大兴趣，是为推 动我国真 空开关生产和发展的起始点。 1968 年 9 月 5 日，国家重点国防工程 (6895 工程 ) 在华光电子管厂实施，同年诞生了我国第一只商用 真空灭弧室，从此华光电子管厂成为国内首家生产真空灭弧室的 企业。 此后由于受到 “文革”的影响，我国在真空电弧理论研究和真空开关开发方面的工作暂时停顿，一 直到 1976 年才开始恢复。当时国内从事真空电弧理论研究的主要单位有西安交通大学、西安高压电器研 究所和上海电器科学研究所三家。 1978 年 以 后 ， 国 内 有 10 多家工厂正式投入真空开关的生产，所需的真 空灭弧室 主要由宝光电工总厂和华光电子管厂生产。 1984 年，西安高压电器研究所、桂林电器科学研究所、宝光电工总厂和北京开关厂等四家联合引进 了德国西门子公司 3AF 系列真空断路器的全套制造技术（含 CuCr 触头材料、真空 灭弧室和 真空断路器三 大部分） 。 1986 年， 华光电子管厂引进了美国西屋公司全套真空灭弧室的 制造技术 （含 CuCr 触头材料） 。 这两次引进使我国真空开关行业的制造和设计水 平均得到了极大的提高，为此后我国真空开关行业 的发 展和繁荣奠定了技术基础。 1992 年，两部（即当时机械电子工业部与能源部）召开了关于在电力系统广泛推广应用真空开关的“天 津会议” ，从此我国真空开关进入快速发展期，市场上先后出现了多种由我国自主开发、技术指标达到当 时国外先进水平的真空断路器，其代表产品有 ZN23、ZN28 和 ZN63A 等。在此阶段，我国己能生产额定电 压为 35kV，开断能力为 31.5kA 及 10kV，50kA、63kA 的真空断路器。到 2003 年，我国已研制出 72.5kV、110kV/31.5kA 和 18 kV/80kA 的单断口真空断路器，全行业年产各类真空开关 20 万余台，在世界 上真空开关从业厂家最多、产销量最大和品种系列最多，成为名符其实的“真空开关王国” 。 三、国内外 真空灭弧室产业状况 1、 美国 美国是世界上最早开始生产和使用真空开关的国家，目前生产真空灭弧室的厂家主要有通用电气(GE)、 西屋(WH)、库柏（Cooper）和杰宁(Jenning)公司，其中 GE 是全球最早开始系统研究真空开关和真空电弧 理论的公司。 二十世纪 60 年代初，GE 公司的李天河等人提出横向磁场熄弧原理，并据此研制出基于螺旋槽横磁触头 结构和 CuBi 触头材料的真空灭弧室，将真空开关的短路开断能力提高到了 15kV、12.5kA，从而使真空 开关真正具有了商业实用意义，李天河因此被称为“真空开关之父” 。在此后的二十余年里，GE 公司在灭 弧机理、触头材料、试验方法和试验设备方面都做了大量的工作，其技术在二十世纪 80 年代中期及以前 一直在全球处于领先地位，并曾出口到德国、日本等国的公司。 目前该公司主要生产额定电压 4.16kV45kV，额定电流 630A3000A，额定短路开断电流 18kA60kA 的真空灭弧室，仍然以螺旋槽横 磁触头结构为主。 值得一提的是，该公司将 14 个真空灭弧室串联，研制出了额定电压高达 765kV、短路开断能力 40kA 的 真空断路器。 WH 公司从 1960 年开始研制真空灭弧室，是美国另一主要的真空灭弧室和真空开关制造商，目前该公 司无论是技术水平、制造工艺，还是产量均已超过 GE 公司，是目前全球最大的真空灭弧室制造商之一。 该公司的 24kV 及以下产品普遍采用螺旋槽横磁触头结构，36kV 及以上产品采用线圈式纵磁结构，年生产 能力超过 25 万只，其产品除部分自配套使用以外，还大量出口到亚洲和欧洲。 目前该公司主要产品为额定电压 0.4kV38kV，额定电流 200A3150A，额定短路开断电流 12.5kA 63kA 的真空灭弧室，除部分自配套使用以外，还大量出口到亚洲和欧洲。 1994 年，WH 公司的控配电 分部并入伊顿（Eaton）公司，后者于 2000 年在我国苏州成立伊顿电气（苏州）有限公司，主要生产真空 开关和真空灭弧室。 2、英国 英国在真空开关方面的研制工作几乎与美国同步，其主要生产厂家是 GEC 公司（后并入法国 Alsthom 公 司、AREVA 公司） ，该公司于 1965 年制成世界上第一台实用性真空接触器，1969 年制成 25kV 单相电气化 铁路用真空断路器。GEC 公司于在二十世纪 60 年代在螺旋槽横磁触头结构的基础上研制出杯状横磁触头， 并最早开始在真空灭弧室上使用 CuCr 触头材料。目前该公司主要生产 12kV38kV，额定电流 1250A2000A，额定短路开断电流 13.1kA40kA 的产品，触头结构以杯状横磁触头为主。 3、德国 德国的主要生产厂家有 Seimens、AEG（后并入法国 Alsthom 公司、AREVA 公司）和 CalorEmag 公司 （后并入 ABB 公司） ，其技术来源为美国和英国。 Seimens 公司于二十世纪 70 年代从英国 VIL 公司（隶属于 GEC 公司）引进技术，二十世纪 80 年代对该 公司的触头结构 CuCr 触头材料的制造工艺进行了改进，发明了杯状纵磁场触头结构和熔渗法（生产 CuCr 触头材料） 。经过 30 余年的发展，Seimens 公司现已成为全球最大的真空开关制造商之一。Seimens 公司 目前主要生产 1kV38kV，额定电流 400A4000A，额定短路开断电流 12.5kA63kA 的真空灭弧室，年产 量约 18 万只，除部分自配套使用以外，还大量出口到亚洲和欧洲。 Seimens 公司的真空灭弧室以杯状横磁触头结构为主，但在 12KV、24kV/31.5kA 以上和 36kV 的真空灭弧 室采用杯状纵磁场触头结构 3、德国 德国的主要生产厂家有 Seimens、AEG（后并入法国 Alsthom 公司、AREVA 公司）和 CalorEmag 公司 （后并入 ABB 公司） ，其技术来源为美国和英国。 Seimens 公司于二十世纪 70 年代从英国 VIL 公司（隶属于 GEC 公司）引进技术，二十世纪 80 年代对该 公司的触头结构 CuCr 触头材料的制造工艺进行了改进，发明了杯状纵磁场触头结构和熔渗法（生产 CuCr 触头材料） 。经过 30 余年的发展，Seimens 公司现已成为全球最大的真空开关制造商之一。Seimens 公 Seimens 公司目前主要生产 1kV38kV，额定电流 400A4000A，额定短路开断电流 12.5kA63kA 的真空 灭弧室，年产量约 18 万只，除部分自配套使用以外，还大量出口到亚洲和欧洲。 Seimens 公司的真空灭弧室以杯状横磁触头结构为主，但在 12KV、24kV/31.5kA 以上和 36kV 的真空灭弧 室采用杯状纵磁场触头结构。 AEG 公司从 1979 年开始系列化生产真空灭弧室，其技术源制自英国 GEC 公司。该公司目前主要生产额定 电压为 12kV36kV，额定短路开断电流 8kA50kA 的产品，以杯状横磁触头为主，但 12KV/63kA、24kV，36kV/40kA 的产品采用纵磁触头结构。 CalorEmag 公司从二十世纪 80 年代从美国 WH 公司引进技术，其真空灭弧室产品一般采用螺旋槽横磁 触头结构(和 WH 公司有一定区别)，主要生产 7.2kV40.5kV，额定电流 400A4000A，额定短路开断电流 12.5kA63kA 的产品，年产量约 20 万只，以自配套使用为主。 CalorEmag 公司并入 ABB 公司后，在真空灭弧室电极结构和外绝缘方面进行了大量的研究工作，于 1997 年在全球率先推出固封式真空灭弧室（固封极柱） ，大大改善了真空断路器的绝缘特性并简化了装 1992 年，两部（即当时机械电子工业部与能源部）召开了关于在电力系统广泛推广应用真空开关的 “天津会议” ，从此我国真空开关进入快速发展期，市场上先后出现了多种由我国自主开发、技术指标达 到当时国外先进水平的真空断路器，其代表产品有 ZN23、ZN28 和 ZN63A 等。在此阶段，我国己能生产额 定电压为 35kV，开断能力为 31.5kA 及 10kV，50kA、63kA 的真空断路器。到 2003 年，我国已研制出 72.5kV、110kV/31.5kA 和 18 kV/80kA 的单断口真空断路器，全行业年产各类真空开关 20 万余台，在世界 上真空开关从业厂家最多、产销量最大和品种系列最多，成为名符其实的“真空开关王国” 。 三、国内外 真空灭弧室产业状况 1、 美国 美国是世界上最早开始生产和使用真空开关的国家，目前生产真空灭弧室的厂家主要有通用电气(GE)、 西屋(WH)、库柏（Cooper）和杰宁(Jenning)公司，其中 GE 是全球最早开始系统研究真空开关和真空电弧 理论的公司。 二十世纪 60 年代初，GE 公司的李天河等人提出横向磁场熄弧原理，并据此研制出基于螺旋槽横磁触头 结构和 CuBi 触头材料的真空灭弧室，将真空开关的短路开断能力提高到了 15kV、12.5kA，从而使真空开 关真正具有了商业实用意义，李天河因此被称为“真空开关之父” 。在此后的二十余年里，GE 公司在灭弧 机理、触头材料、试验方法和试验设备方面都做了大量的工作，其技术在二十世纪 80 年代中期及以前一 直在全球处于领先地位，并曾出口到德国、日本等国的公司。 目前该公司主要生产额定电压 4.16kV45kV，额定电流 630A3000A，额定短路开断电流 18kA60kA 的真空灭弧室，仍然以螺旋槽横 磁触头结构为主。 值得一提的是，该公司将 14 个真空灭弧室串联，研制出了额定电压高达 765kV、短路开断能力 40kA 的 真空断路器。 WH 公司从 1960 年开始研制真空灭弧室，是美国另一主要的真空灭弧室和真空开关制造商，目前该公 司无论是技术水平、制造工艺，还是产量均已超过 GE 公司，是目前全球最大的真空灭弧室制造商之一。 该公司的 24kV 及以下产品普遍采用螺旋槽横磁触头结构，36kV 及以上产品采用线圈式纵磁结构，年生产 能力超过 25 万只，其产品除部分自配套使用以外，还大量出口到亚洲和欧洲。 目前该公司主要产品为额定电压 0.4kV38kV，额定电流 200A3150A，额定短路开断电流 12.5kA63kA 的真空灭弧室，除部分自配套使用以外，还大量出口到亚洲和欧洲。 1994 年，WH 公司 的控配电分部并入伊顿（Eaton）公司，后者于 2000 年在我国苏州成立伊顿电气（苏州）有限公司，主要 生产真空开关和真空灭弧室。 2、英国 英国在真空开关方面的研制工作几乎与美国同步，其主要生产厂家是 GEC 公司（后并入法国 Alsthom 公 司、AREVA 公司） ，该公司于 1965 年制成世界上第一台实用性真空接触器，1969 年制成 25kV 单相电气化 铁路用真空断路器。GEC 公司于在二十世纪 60 年代在螺旋槽横磁触头结构的基础上研制出杯状横磁触头， 并最早开始在真空灭弧室上使用 CuCr 触头材料。目前该公司主要生产 12kV38kV，额定电流 1250A2000A，额定短路开断电流 13.1kA40kA 的产品，触头结构以杯状横磁触头为主。 3、德国 德国的主要生产厂家有 Seimens、AEG（后并入法国 Alsthom 公司、AREVA 公司）和 CalorEmag 公司 （后并入 ABB 公司） ，其技术来源为美国和英国。 Seimens 公司于二十世纪 70 年代从英国 VIL 公司（隶属于 GEC 公司）引进技术，二十世纪 80 年代对该 公司的触头结构 CuCr 触头材料的制造工艺进行了改进，发明了杯状纵磁场触头结构和熔渗法（生产 CuCr 触头材料