对10KV真空断路器的应用原理分析

1、对 10KV 真空断路器的应用原理分析摘要：目前在 10kV 及以下电压等级配电网络中， 真空断路器已逐步取代油断 路，在无油化改造过程发挥了积极作用。与油断路器相比，真空断路器具有适 合频繁操作，电寿命长，检修维护工作量小，防燃、防爆、运行可靠性高的优 点，但装用过程中也应注意几个问题，使它的优越性得到充分发挥。本文以 ZW2712 为例，简要说明真空断路器的原理与维修。关键词：10KV真空断路器原理应用随着电力系统的迅猛发展，10KV真空断路器在我国已经大批量地生产和使 用。对于我们一线检修人员来说，提高对真空断路器的认识，加强维护保养， 使其安全运行，成了一个迫在眉睫的问题。1 真空的绝

2、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 （2-3 毫米） 情况下，有比高压力空气与 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

3、高实验表明，真空度越高，气体间隙的击穿电压越高，但在 10-4 托以上，就 基本保持不变了， 所以，要保持真空灭弧室的绝缘强度， 其真空度应不低于 10-4 托。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。我们一般 把它分为小电流真空电弧和大电流真空电弧。2.1 小电流真空电弧触头在真空中开断时，产生电流和能量十分集聚的阴极斑点，从阴极斑点 上大量地蒸发金属蒸汽，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

4、烧。同时，弧柱内的金属蒸汽和带电质点不断地向外扩散，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， 蒸发作用减少，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，电弧突然熄灭，发生截流现象。2.2 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 集聚型的弧柱。同时，电动力的作用也明显了，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

5、，不能断开电流。3 断路器的结构和工作原理真空断路器的生产厂家比较多，型号也较繁杂。按使用条件分为户内 （ZNx *） 和户外 （ZWx*） 两种类型。主要由框架部分，灭弧室部分 （真空泡 ） ，和 操动机构部分组成。下面以浙江华仪电器科技股份有限公司生产的 ZW2712 型户外高压真空 断路器为例，说明其结构与工作原理。3.1 断路器本体结构如图一 断路器本体部分由导电回路，绝缘系统，密封件和壳体组成。整体结构为 三相共箱式。其中导电回路由进出线导电杆，进出线绝缘支座，导电夹，软连 接与真空灭弧室连接而成。3.2 操作机构 此机构为电动储能，电动分合闸，同时具有手动功能。整个结构由合闸弹 簧

6、，储能系统，过流脱扣器，分合闸线圈，手动分合闸系统，辅助开关，储能 指示等部件组成。3.3 工作原理 真空断路器利用高真空中电流流过零点时， 等离子体迅速扩 散而熄灭电弧，完成切断电流的目的。3.4 动作原理 储能过程：当储能电机 14 接通电源时，电机带动偏心轮转 动，通过紧靠在偏心轮上的滚子 10 带动拐臂 9 及连板 7 摆动，推动储能棘爪 6 摆动，使棘轮 11 转动，当棘轮 1l 上的销与储能轴套 32 的板靠住以后， 二者一 起运动，使挂在储能轴套上 32 上的合闸弹簧 21 拉长。储能轴套 32由定位销 13 固定，维持储能状态，同时，储能轴套 32 上的拐臂推动行程开关 5 切

7、断储 能电机 14 的电源，并且储能棘爪被抬起，与棘轮可靠脱离。合闸操作过程：当机构接到合闸信号后 （ 开关处于断开，已储能状态 ），合 闸电磁铁 15 的铁心被吸向下运动，拉动定位件 13 向逆时针方向转动，解除储 能维持，合闸弹簧 21带动储能轴套 32 逆时针方向转动，其凸轮压动传动轴套 30，带动连板 29及摇臂 27 运动，使摇臂 27扣住半轴 25，使机构处于合闸状 态。此时，连锁装置 28 锁住定位件，使定位牛不能逆时针方向转动，达到机构 联销的目的，保证了机构在合闸位置不能合闸操作。分闸操作过程：断路器合闸后，分闸电磁铁接到信号，铁芯吸合，分闸脱 扣器 19中的顶杆向上运动，

8、使脱扣轴 16 转动，带动顶杆 18向上运动，顶动弯 板 26 并带动半轴 25 向反时针方向转动。半轴 25 与摇臂 27 解扣，在分闸弹簧 的作用下，断路器完成分闸操作。4 断路器的调试开距与超行程断路器的开距与超行程的测量，在分合闸状态测量出的X 值之差为断路器的开距，Y值之差为断路器的超行程。分合闸机构调整摇臂与半轴的扣接量为1.5 -2.5mm可以通过调整螺钉来实现。传动 轴套转动最大角时，摇臂与半轴间要有1.5 -2mn的间隙，以保证传动轴套回落 到合闸位置时，摇臂能自动扣接到半轴上，可以通过螺钉的调节来实现。辅 助开关的转换应准确可靠，可以通过调整辅助开关的拐臂位置及位杆的长短来 实现。在储能过程中，当棘爪到达最后一个齿的最高点时，应能保证储能轴 套上的拐臂使行程开关的触点可靠切换，切断电机电源，可以通过调整行程开关的上下前后位置来实现。调整分闸合闸弹簧的预拉长度，保证断路器的可 靠分合，且分合闸速度达到规定值。5 断路器的控制回路在我省的农网35KV标准化变电站中，采用了控制母线和合闸母线分开的原则。在这里，我建议把控制回路做一点小改进。如图 3：在短路器的辅助常闭接点与合闸线圈之间，把断路器储能行程开关的一对 常开接点串联进控制回路。这样，在断路器未储能的情况下，将不能