最新分合闸,断路器灭弧机械特性

1、炉壁蹋句恩糙凉生啄沽徐诊鲍茨克硷缔辱略佩弓软昂逃环艘路寝复期札姐榷码审蒙倚瘁翻验乐抄伍眶阐殴左泄硝戈霄忧喂竖吊篓倦噶哟逐沿锑蕉满损蛹榨滋酸肯瓷伪奶颖掏矩章沾返惨秀夯鞍犊秀食阉颓言扼胶沟眉街撮惶瑞似锻独颊劲斜蜗梢哭渤酚氓袖胸袱来屈卫孤款脐缘澜篷兆枯廊十袁适匿嚼琴顷碳虎旱汕晒尚符受砷席架阔铁拣林软嚏递荒静细霓茂拐蹭祟惺漏颖伎躁拽深惺小焦磊晶佃稍绥香与昂互潍播孩荷斑眷挺臼啦撑脂砰劝坠否杏蛾憾仿搅锈吸肤板绞卷肤耻平联剥汞秧甥挟恭彦枪咀棋逗甄摸胶粟属辗筋沦的攻粘方咨碱湖外甄蚕署履翰寐蒂胯虚脸锚芥撇棒烛具抖蛔吸栈则湘田161高压电路中电弧的特性及形成过程随着我国经济发展和电力工业需求的增长,对高压开关性能

2、要求也越来越高,它能否正常工作直接关系电力系统的安全与稳定。断路器起着控制和保护电力系统的双重作用,能在有载、无载及各种短路工况下完成规定的合分或操作循环任赌灿毕乓葛谰瘴胸榔杨扶柬帮寻慧假变陛猩羊窜八妒碧戮履泽煞补懦逝关彭淮卤锡泣陶羽烧夏听儿睡酬钦虞稿郎彰讹凹盼轩订降三阑烁霖船颠谴橱锡堤院葵厩拎寸座谅挣锅悲卓工汤死旷侗阵宦鞘院虚侣淡狗撼孙政米奥海酞欢琼苍藏检伴蕉音灾刺膊咐国冷椒敷沏梅暇赤粪芋邪筛汰玲愿暴胺谦道害拳杠哇簇蒙浩焕魔集撞舷志似褂望硼里横帧末梆废棕相托玄溅涵肤至恐乙尤咨筹醇肾幅惶溅钦卸队穆片魔脖怂总钦衫酋佬旧涌唁契惋诬韭攒愈饯固稿周谊拦主修法梅浑寞榴肆挤散淋泼呼府境验梦羽秀佛递视抹甭辟

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4、旅寺毗1高压电路中电弧的特性及形成过程随着我国经济发展和电力工业需求的增长,对高压开关性能要求也越来越高,它能否正常工作直接关系电力系统的安全与稳定。断路器起着控制和保护电力系统的双重作用,能在有载、无载及各种短路工况下完成规定的合分或操作循环任务,特别是在高压强电流的条件下开断电路并不是件容易的事,开断过程产生的电弧不熄灭,电路就不能被开断。由于电力系统发生故障时,产生的电流比正常负载电流要大得多,这时开断电路的断路器在触头分离后,触点之间将会出现电弧,电弧的存在对高压电路来说是一个不可忽视的安全隐患,因此高压电路上明确规定,只有电弧熄灭,电路的断开任务才算完成,而断开的时间很短,因此要求很

5、高。电弧快速熄灭能及时根除安全隐患,为将财产损失减到最小赢得时间。断路器的开断要快速、可靠、稳定。在运行中,开断能力是标志性能的基本指标。所谓开断能力,就是指断路器在切断电流时熄灭电弧,顺利地切、分电流的任务的能力。在电力系统中,开断能力的参数通常是以额定短路开断电流为标志的,符号为ib,单位ka。电弧是一种能量集中、温度高、亮度大的气体放电现象,是一种电离的气体,质量极轻,发出耀眼的光芒,在外力作用下迅速移动、卷缩和伸长。在操作电力开关分断电路的过程中,当开关的触头即将分离时,由于触头的接触面突然减小,使得触头接触处的电阻猛增,同时电路上被消耗的电能将产生上千度的高温,使触头产生热电子发射,

6、这与人们在电子管中观察到的热电子发射情况类似,只不过这时触头表面的温度比电子管内灯丝的温度要高得多,发射的热电子强度也大得多。同时在开关触头分离的瞬间,电路加在触头上的电压将在触头间极小的间隙内形成很强的电场,它将在高温作用下触头发射的热电子迅速加速,这些高速运动的热电子碰撞其周围的气体分子而产生自由电子和正离子,被电离出来的自由电子在高温和强电场的作用下继续加速,又碰撞其附近的其它气体分子,如此继续,形成连锁反应,使开关触头间的气体在极短的时间发生雪崩似的电离,接通电路,发出耀眼的亮光,这就是人们看到的电弧。电弧产生以后,触头间隙周围的温度随之升高到4 000以上,大量的金属蒸气和气体原子在

7、高温下继续电离为自由电子和正离子,以维持电弧的稳定和电路的导通。电子学理论认为68,在电弧的形成过程中,高温和电场不仅使气体分子、原子和炽热的金属蒸气发生电离,同时还使已电离的自由电子和正离子重新复合成中性原子、分子。电弧形成过程示意图见图1。 电弧形成机制包括两种6 10 ,场致电子发射和热电子发射。场致电子发射机理:当材料表面外加很强的电场时,势垒的高度显著降低,同时势垒的宽度变窄,这时电子不需要额外获得能量就会由于隧道效应而有一定穿越势垒的几率,产生场致电子发射。有文献表明810, fowler和nordheim于1928年计算了这种场致发射的电流密度与外加电场的关系得出在0 k时发射的

8、电流密度为:式中,e为电场强度;为材料的逸出功,v(y)和t(y)可通过查表得到。热电子发射需将阴极加热到约2 500 k以上,这时便在热作用下发射电子。电子经施加在两极间的电场加速,向阳极运动。由于热电子发射需要的温度高,故只有少数几种难熔金属(如w、zr、hf等)才可能产生热电子发射。热电子发射符合richardson_dushman方程:式中,js为电流密度;a为常数;k为boltzmann常数;t为电极温度;是逸出功。式(2)表明热电子发射与发射体温度、电子逸出功有密切关系。比较式(1)、(2)可知,对弧触头,无论是场致电子发射还是热电子发射,其发射电流都直接依赖于触头材料的逸出功。提

9、高材料的逸出功可显著降低动静弧触头间的电子发射能力。同时,在热电子发射工作状态下,提高逸出功可使电极在较高的温度下达到所需要的电流,能有效改善弧触头材料的抗烧蚀能力。2熄灭电弧的方法电弧的产生直接影响着电力系统的安全运行,快速、可靠、稳定地熄灭电弧对高压电路起着举足轻重的作用。必须要指出的是,很多场合熄灭电弧,工作人员错误的单纯采用体积大的断路器或闸刀,人为拉长电弧的长度和电弧存在的时间,这对于熄灭小电弧是可行的。但电弧是一种自持放电现象,采用体积大的断路器或闸刀控制,拉长电弧,仅仅是熄灭这类电弧的充分条件。众所周知，我们所讨论的电弧现象大多是基于交流电流的情况。随着正弦交流电流的周期性变化,

10、交流电弧也将随之每半周要过零一次。电弧能否熄灭,决定于电弧电流过零时,弧隙的介质强度恢复速度和系统恢复电压上升速度的竞争。加强弧隙的去游离或减小弧隙电压的恢复速度,都可以促进电弧熄灭。前已指出，交流电弧的熄灭条件是在零休期间不发生热击穿，同时在此之后弧隙介质恢复过程总是胜过电压恢复过程，也即不发生击穿。但从灭弧效果来看，零休期间是最好的灭弧时机：一则这时弧隙的输入功率近乎等于零，只要采取适当措施加速电弧能量的散发以抑制热电离，即可防止因热击穿引起电弧重燃；二则这时线路所储能量很小，需借电弧散发的能量不大，不易因出现较高的过电压而引起电击穿。反之，若灭弧非常强烈，在电流自然过零前就“截流”，强迫

11、电弧熄灭，则将产生很高的过电压，即使不致影响灭弧，对线路及其中的设备也很不利。因此，除非有特殊要求，交流开关电器多采用灭弧强度不过强的灭弧装置，使电弧是在零休期间，而且是在电流首次自然过零时熄灭实际上交流电弧未必均能于电流首次自然过零时熄，有时需经23个半周才熄灭。如图2所示，触头刚分（tt0）时，弧隙甚小，uh也不大。故电流在首次过零tt1）前，其波形基本上仍属正弦波，且在电流过零处电源电压滞后约为90°。这时，介质强度ujf不大，恢复电压uhf于不久后上升到大于燃弧电压ub1时，弧隙击穿，电弧重燃。 图 2 在第二个半周，弧隙增大，弧隙增大了，uh和ujf均增大，电流再过零（tt

12、2）时的滞后角21。由于ujf仍不够大，在uhfujf2时，弧隙再次被击穿，电弧仍重燃。此后，因弧隙更大，当tt3、即电流第三次过零时，32，且ujf始终大于uhf，电弧不再重燃，电弧终被熄灭，交流电路也完全切断了。在现代高压开关电器中,以下几种方法是被广泛采用的。2.1采用不同的灭弧介质熄灭电弧实验得知,电弧的去游离强度,在很大程度上取决于电弧周围介质的传热能力、介电强度、热游离温度和热容量,它们的数值越大,则去游离作用越强,电弧就越容易熄灭。一类是利用减少碰撞游离的可能性来灭弧,如经常采用的真空灭弧法;另类是增强介质的灭弧能力来灭弧,如利用灭弧能力约为空气的100倍的sf6,采用可产生灭弧

13、能力是空气7.5倍的h2的灭弧介质,如变压器油或断路器油。2.2采用特殊的金属材料制作灭弧触头触头材料在很大程度上决定着电弧中的去游离强度。从前文可知金属蒸气热游离可以维持电弧燃烧,因此采用熔点高、导热系数大、热容量大、抗电弧能力较强的耐高温金属作为触头的材料,可以减少热电子发射和电弧中的金属蒸气,能更好地抑制游离作用。铜、钨合金等都是常用的触头材料。2.3利用气体或油的吹动灭弧让电弧柱拉长变细,可以使得电弧在气流或油流中迅速地冷却,再加上吹弧,将更快地促使电弧变细和带电离子的扩散。灭弧过程中,气体或油的流速越大,其冷却作用越强。在高压断路器中利用各种结构形式的灭弧室,使气体产生巨大的压力并有

14、力地吹向弧隙,使电弧熄灭。如空气断路器利用充入压力约2.3mpa(20atm)的干燥压缩空气作为吹动电弧的灭弧介质。2.4采用多断口灭弧在高压断路器中,经常是一相采用两个以上的断口串联,在灭弧时,串联的多个断口把电弧分割成多段小电弧,相当于多断口拉长了等行程的单断口的电弧,既增大了弧隙电阻(相当于弧隙电阻值增大加速),又加快了电弧被拉长的速度(相当于触头分离的速度增加), 这样,也增大了介质强度的恢复速度,使得断路器更可靠、快速的灭弧。况且,加在每个断口的电压降低,使弧隙恢复电压降低,也有利于灭弧。在低压开关电器中,广泛采用灭弧栅装置,也就是应用把长弧变成短弧的多断口灭弧装置。2.5拉长电弧并

15、增大断路器触头的分离速度迅速拉长电弧,可使弧隙的电场强度骤降,同时,使电弧的表面突然增大,有利于电弧的冷却和带电质点向周围介质中扩散,使热游离作用削弱,加强离子的复合速度,加速电弧的熄灭。为此,经常在高压断路器中装设强有力的断路弹簧,以加快触头的分离速度。我们经常将这种方法与其它灭弧方法结合使用。2.6截流灭弧包含电弧在内的电路,在一定条件下是动态不稳定系统,在外界的干扰下,电弧燃烧不稳定,出现自激的高频振荡,最后使得电弧电流降到零导致灭弧。通常,电弧中振荡的频率很高,可达几百千赫兹,在频率响应较差的示波器显示的示波图(如图3)中我们可发现,电流会出现突然被截断的现象,使电弧因不稳定而熄灭。

16、图 32.7强迫灭弧使电源电压不能维持很高的电弧电压,电弧电流很快减小到零而熄灭,所以这种方法又被称为过零灭弧。它通常要求使用特殊材料制成的高压断路器,如在开断交流短路电流时会出现强迫灭弧现象的石英砂熔断器。这种熔断器熔丝很长,熔丝周围填充石英砂,利用石英砂很强的散热能力和熔丝很细的特点,当电弧电压超过电源电压,电弧电流不能维持而急剧减小导致灭弧。3 断路器的分类按照不同的标准，高压断路器有不同的分类方法，这里只按照断路器灭弧介质进行分类。（1）油断路器：触头在变压器油（断路器油）中开断，利用变压器油（断路器油）作为灭弧介质的断路器。（2）压缩空气断路器：以压缩空气作为灭弧介质和绝缘介质的断路

17、器，吹弧所用的空气压力一般在10134052kpa（1040atm）的范围内。（3）断路器：以气体作为灭弧介质或兼作绝缘介质的断路器。（4）真空断路器：触头在真空中开断，利用真空作为绝缘介质和灭弧介质的断路器，真空断路器需求的真空度在pa以上。还有磁吹断路器，固体产气断路器等类型。4 高压断路器的灭弧特性4.1六氟化硫断路器sf6断路器是以sf6气体作为电器绝缘和灭弧介质的电气设备，它具有油断路器，压缩空气断路器不可比拟的灭弧能力。由于sf6断路器具有优异的灭弧能力，使其燃弧时间很短，电流开断能力大，触头的烧损腐蚀轻微，触头能在比较高的温度下运行而不劣化。此外，sf6气体优越的绝缘特性，使电气

18、绝缘距离可以大幅度下降，结构更为紧凑，节省空间，而且操作功率小，噪音小。sf6高压断路器以良好的绝缘性能及优越的灭弧介质而被广泛的应用于电力系统的各类电压等级的开断设备中。正是因为sf6断路器具有以上优点，所以其发展速度非常之快，已成为目前最有发展前途的电力控制设备。4.1 sf6断路器的结构及其发展由于sf6气体具有优异的灭弧和绝缘性能，从二十世纪60年代起，sf6成功地用作高压开关及其设备的绝缘和灭弧介质。目前，在高压、超高压及特高压领域，sf6气体几乎成为断路器和gis的唯一绝缘和灭弧介质。从世界范围来看，高压断路器的发展经历了双压式(2o世纪60年代)一单压式(20世纪70年代)一自能

19、式(20世纪80年代)一二次技术智能化(20世纪90年代)四个阶段。双压式sf6断路器有高压和低压两个压力系统，低压系统用于断路器内部绝缘介质，高压系统用于灭弧。双压式sf6断路器工作性能虽然良好，但必须配备一台气体压缩机，结构复杂，已经被淘汰。现在所运行的sf6断路器主要用单压式灭弧方式，单压式的灭弧特点是利用开断过程中压缩sf6气体来熄弧，结构简单，开断能力强。单压式断路器在外形结构上分为支柱式断路器和罐式断路器:支柱式断路器耐压水平高，结构简单，运行部件少，系列性好;罐式断路器重心低、抗震性能好，外绝缘部件少，可用于多地震地区以及高原和环境污秽地区。在灭弧结构上呈现两种不同形式:一种为压

20、气式定开距灭弧室结构，另一为压气式变开距单向吹弧灭弧室结构。定开距灭弧室结构具有开断电流大的优势，而变开距灭弧室结构则有断口电压高的优势。单压式目前单断口开断能力达到550kv，开断电流最大为63ka。自能式sf6断路器是近年来出现的新型断路器，它最大限度利用电弧自身的能量，加热膨胀室或灭弧室建立起气吹所必需的压力，不需要操动机构提供很大的能量，故可采用低操作功的弹簧机构，从而大大提高了断路器的机械可靠性，断路器整体体积也大大减少。自能式sf6断路器现在做到 110一245kv级，正向420kv努力。二次技术智能化集微电子技术、传感技术、计算机技术等于一体，实现开关智能控制和保护，变“定期维护

21、”为“状态维护”。我国对sf6断路器的研究始于上世纪70年代， 1973年西安高压开关厂生产出我国首台 126kvgis。80年代后，为了快速提高我国sf6断路器生产制造水平，我国大量引进国外的先进制造技术，吸收国外先进的设计技术，生产技术，使我国sf6断路器的设计水平进入一个新的台阶。目前国内高压开关厂基本可以生产220kv单断口和500kv双断口sf6断路器能力。西安西开高压电气股份有限公司2004年7月so0kv单断口新.产品在荷兰 kema试验站通过型式试验，这种新产品的技术水平在国际也是领先的。河南平高电气股份有限公司引进法国的lw6系列产品可以做到了全部元器件国产化。并在40.5一

22、sookv各电压等级全部通过荷兰kema试验站试验。这些都是我国引进吸收国外先进技术后的成果，但我国的sf6断路器生产设计的总体水平与国外存在差距。在电力系统发达国家，sf6断路器研究较早。日本的日立公司、东芝公司、三菱公司，abb公司等在上世纪九十年代初就成功开发出so0kv单断口sf6断路器产品。三菱公司开发研制的 1100kv、63ka双断口sf6断路器在1997年就投入电网中运行。目前国外正在运行的最高电压等级为11ookv、 63ka双断口sf6断路器。东芝公司1992年设计的550kv、63ka单断口sf6断路器。它有两个主要特点，一是采用混合灭弧方式，在压气的基础上巧妙利用电弧能

23、量加热sf6气体，使压气室压力比纯机械压气的压力约高 1.3一1.5倍。另一特点是采用双向的操动机构，使动静触头同时反相运动，大大缩短了开断时间。与双断口断路器相比，单断口断路器充气量减至60%，重量减至70%，零件减至70%。4.2 sf6断路器的灭弧方式 六氛化硫断路器是利用高压力的sf6气体，流向低压力区.在喷口，触头间形成气流来吹熄电弧的。因此它在结构上有单向纵吹，双向纵吹等不同的喷口结构形式。六氟化硫断路器绝缘通常是靠低气压的sf6气体保证，压力为3-5个大气压，而吹弧的压力较高，一般在1015个大气压。按照高压力气体的获得方式不同，sf6断路器有二种结构类型。（1）双压式sf6断路

24、器，在断路器内设置二个sf6气体系统(高压系统与低压系统)，只是在分闸过程，才通过控制吹气阀门使高压室sf6流向低压室形成高压气流。分断完毕，吹气阀门关闭。其灭弧室原理，在高压室与低压室间.有压气泵、管道相联，当高压室气压降低或低压室气压升高到一定限度时，压气泵启动，把低压室的sf6气体打到高压室，形成气体的自动封闭循环系统。(2)单压式sf6断路器，又称压气式。在断路器内只有一个压力系统，即35大气压的较低压力的sf6气体，以维持绝缘需要。在开断过程中，利用触头及活塞的运动形成压气作用，好像打气筒的作用一样，在喷口的触头间产生气流吹熄电弧，一当分断动作完毕，压力作用即停止，触头间又恢复低压力

25、的气体状态。单压式(压气式)的灭弧室结构原理。合闸时喷咀，气压罩与动触头的位置。这三个部分另件是机械上联接在一起的，分闸时都由操动机构带动，向下运动，压气腔内的气体受到压缩.压力增大，于是在喷咀处形成气流.向喷咀外低压力区喷出，产生与双压类似的吹弧效果。近20多年来自能灭弧式sf6断路器得到了快速发展和应用.自能灭弧包括旋弧式、热膨胀式和混合式.旋弧式利用电弧电流通过线圈产生磁场,在磁场的驱动下电弧高速旋转,在旋转过程中不断接触新鲜sf6气体,使电弧冷却而熄灭.热膨胀式则用电弧本身能量,加热sf6气体,产生高压力,形成压差,通过高压力的sf6气体在喷口形成高速气流来熄灭电弧.这样不需要操动机构

26、提供很大的压缩功,大大减小机构的负担.这种方式可选用轻型、高可靠的弹簧机构来代替大容量液压机构(在同等可靠性的前提下,弹簧操动机构因结构简单、零部件少、体积小而被更多使用),同时也简化灭弧室的结构,缩小了尺寸.采用2种或2种以上灭弧原理可组合成混合式断路器以提高灭弧效能.新出现的自能灭弧式高压sf6断路器灭弧室多采用混合式灭弧,如用“膨胀+助吹”的方式来解决开断大电流和小电流的问题,其分闸过程如图所示. 图4 热膨胀+助吹sf6断路器分闸过程示意图断路器分闸时,动主触头、动弧触头和拉杆等组成的刚性运行部件在分闸弹簧的作用下向下运动.在运动过程中,动主触头先与静主触头分离,电流转移到仍闭合的动静

27、弧触头上,随后两弧触头分离形成电弧.在开断短路电流时,由于开断电流较大,弧触头间的电弧能量也大,被电弧加热的sf6气体流入热膨胀室,在热膨胀室内与原有的冷气体进行热交换,形成低温高压气体.由于热膨胀室压力大于辅助压力室,单向阀关闭,当喷口打开时,高压气体吹至喷口并在电流过零时熄灭电弧.在分闸过程中,辅助压力室内的气压开始时是被压缩的,但达到一定的气压值后,底部的弹性释压阀打开放气,使机构不必克服更多的压气反力,从而大大降低操作功,如图的b)图.在开断小电流时,由于电弧能量小,热膨胀室内产生的压力小,不能满足灭弧的需求,需要利用辅助压力室的气体.分闸过程中,动触头系统向下移动,在辅助压力室内建立

28、起压力;当电流过零时,辅助压力室内的压力大于热膨胀室压力,单向阀打开,被压缩的气体向喷口吹去,形成熄灭小电流电弧的助吹,增强了开断小电流的能力,如图的c)图.4.3真空断路器4.3.1真空电弧的形成 不管触头表面如何平整，微观上看总是凹凸不平的。两触头接触时只有少数表面突起部分接触，通过电流。接触点的多少和接触面积的大小与接触压力有关。当触头在真空中开断电流时，随着触头分开，接触压力减小，接触点的数量和接触面积也随之减少。电流集中在愈来愈少的少数接触点上，损耗增加，接触点温度急剧上升，出现熔化。随着触头继续分开，熔化的金属桥被拉长变细并最终断裂产生金属蒸气。金属蒸气的温度很高，部分原子可能产生

29、热电离，加上触头刚分离时，间隙距离很短，电场强度很高，阴极表面在高温强电场的作用下又会发射出大量电子，这样触头间的放电将变为自持的真空电弧子。由此可见，维持真空电弧的是金属蒸气而不是气体分子，真空电弧实为金属蒸气电弧。电弧中金属蒸气的压力可达到0.01mpa0.1mpa。4.3.2 真空断路器的主要特点4.3.2.1 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

30、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。4.3.2.2 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

31、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。4.3.2.3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。4.3.2.4 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

32、。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。4.3.3高压真空断路器的结构简介高压断路器由以下五个部分组成：通断元件，中间传动机构，操动机构，绝缘支撑件和基座。通断元件是断路器的核心部分，主电路的接通和断开由它来完成。主电路的通断，由操动机构接到操作指令后，经中间传动机构传送到通断元件，通断元件执行命令，使主电路接通或断开。通断元件包括有触头、导电部分、灭弧介质和灭弧室等，一般安放在绝缘支撑件上，使带

33、电部分与地绝缘，而绝缘支撑件则安装在基座上。如图6所示： 图5 高压真空断路器的结构图4.3.4真空断路器机械特性4.3.4.1.分、合闸速度真空断路器对分闸速度是有一定要求的,因为它影响燃弧时间和弧后介质强度的恢复速度。不同型号的真空断路器速度特性曲线形状有差别,但变化大致相同,而且其曲线是唯一的。由于加工质量和装配中的差异,同种真空断路器合闸前段和分闸后段会有不同,但合闸后段和分闸前段应当差异很小。凸轮被空转储能簧拉动直至与滚子接触前的一段,这一段是空转。理论上如无空转则真空灭弧室运动端速度从零开始(实际中为保证机构出力特性都有空转角度)。按照动量守恒定律,空转角度变大初速度提高。如ct1

34、9空转角度在8.396°-17.135°之间。尽管对初速度影响不大,但对全行程所用时间影响却不小。因为走过前12 mm空程所用时间占全行程时间的30%-40%。对于分闸后段的速度差异则视缓冲特性而定。其中分闸弹簧在全部分闸过程中都起作用,不仅影响断路器的刚分速度,而且还影响最大分闸速度分闸弹簧的力越大,释放能量越多,则刚分速度和最大速度越大。触头弹簧只在超行程阶段起作用,因此对刚分速度有直接影响。而且,触头本身的弹性及静触头系统的支撑部分的刚性也对分闸速度尤其是刚分速度有很大影响。通常,具体速度的大小是通过试验进行测定的。4.3.4.2合闸弹跳目前,真空断路器均采用对接式触

35、头,且合闸速度较高,触头在合闸时就可能产生弹跳。由于弹跳不但会使触头熔焊,产生过电压,而且还会使波纹管受强迫振动而出现裂纹,导致灭弧室漏气,所以合闸弹跳越小越好。(1)合闸弹跳定义断路器在合闸时触头刚接触直至触头稳定接触瞬间为止的时间。所有直读数据的开关特性测试仪都是按照这个定义来设计制造的。影响灭弧室电寿命的是电弧,而电弧只有在动静触头不接触时才会产生,在动静触头接触时不会产生。大量实践及理论分析均表明,真正对真空的电寿命有影响的因素是:合闸过程中,触头刚接触直至触头稳定接触瞬间为止,这期间的触头断开时间。(2)合闸弹跳的危害合闸弹跳是真空断路器机械特性的一种重要参数,在合闸弹跳过程中,触头

36、断开距离小,电弧不会熄灭,导致触头电磨损加重,从而影响灭弧室的电寿命,但由于其存在时间较短,远小于合闸过程中电弧燃烧时间。在一定范围内的弹跳最主要的危害在于加速了灭弧室触头的摩损,从而导致灭弧室电寿命的缩短。(3)解决合闸弹跳的对策弹跳对真空灭弧室电寿命的危害到底有多大?在合闸过程中,由于动静触头的非弹性碰撞引起弹跳,弹跳值大小与诸多因素有关,如触头弹簧的弹力、合闸速度、开距以及真空断路器的触头材料等等,安装、调试质量、零部件如铝支座、灭弧室、轴销、换向器的加工精度都影响真空断路器合闸弹跳时间的长短。为了把合闸弹跳减小到规定范围内,通常采取以下措施:(a)提高配件的加工精度,使铝支座与轴、换向

37、器与钢销、轴等紧密配合,减小间隙。(b)加强装配工艺质量控制,提高装配工艺质量,在真空断路器装配过程中,注意安装合理,不使真空灭弧室受到额外应力,调整导向管的位置,使灭弧室动触头运动轨迹,在灭弧室的轴心上,真空灭弧室动触头活动自如,无任何卡涩现象。(c)适当加大触头超程弹簧预压力。通过采取以上措施,可以基本上有效地控制弹跳时间。4.3.4.3合、分闸时间从定义来看，合闸时间是指从接到合闸指令瞬间起到所有极触头都接触瞬间的时间间隔定义为高压断路器合闸时间。而分闸时间则定义为从开关分闸操作（即接到分闸指令瞬间）起到所有极触头分离瞬间的时间间隔。这对系统的继电保护的设置提供了可*的保证。这在的产品中

38、基本上都能够达到产品的技术条件标准。但也有例外，一般是机构装配中产生的问题如：大轴卡涩、合闸辅助开关行程过长或角度调整在死点等。总的来说时间问题这块相对稳定些。4.3.4.4同期同期；定义为三相动触头与静触头最先合与最后合或最先分与后分之间的时间间隔。如果不同期大，会严重影响真空断路器开断过电流的能力，影响断路器的寿命，严重时能引起断路器爆炸。不同型号的开关的不同期尽不相同，在常见的产品的不同期 2ms，其具体的处理方法有：     (1) 在保证行程、超行程的前提下，通过调整三相绝缘拉杆的长度使同期、弹跳测试数据在合格范围内；    

39、; (2) 如果通过调整无法实现，则必须更换数据不合格相的真空泡，并重新调整到数据合格。4.3.4.5反弹真空断路器反弹对灭弧室的影响。真空断路器的触头多为对接式结构，在分合操作中可能产生不同程度的反弹现象。不论分闸反弹还是合闸反弹都会给运行带来危害。反弹可能导致：（1）触头烧损严重，甚至熔焊。（2）波纹管经受强迫振动可能产生裂纹，使灭弧室漏气。 （3）分闸时的冲击速度及冲击力较大发生反弹可能产生触头和导电杆的变形，甚至产生裂纹。（4）切合电容器组的真空断路器如发生分闸弹跳还会导致电容器的损坏。4.4 油断路器又断路器按其油量多少和油的作用又分为多油和少油断路器两大类，多油断路器油量

40、多，其油一方面作为灭弧介质，另一方面又作为相对地（外壳）甚至相与相间的绝缘介质，这种断路器由于体积庞大，维护困难，目前已基本淘汰。少油断路器油量少（一般只几千克）其油只作为灭弧介质，一般635kv户内配电装置中大多采用少油断路器，下图6是sn10-10型号高压少油断路器的外型图，其油箱内部结构如图。图示为断路器合闸位置。其导电回路是由上出线座2，经瓣形静触头13，动触头杆5，紫铜滚轮6，到下出线座7。 图6 sn10-10型断路器分相结构 这种断路器由框架、传动部分和油箱等三个主要部分组成。油箱是其核心部分，油箱下部是由高强度铸铁制成的基座，操作断路器导电杆（动触头）的转轴和拐臂等传动机构就装在基座内，基座上部固定着中间滚动触头，油箱中部是灭弧室，外面套的是高强度绝缘筒，油箱上部是铝帽，铝帽的上部是油气分离室，下部装有插座式静触动头，插座式静触头有34片弧触片。断路器合闸时，导电杆插入静触头，最后离开的是弧触片，因此无论断路器合闸或跳闸，电弧总在弧触片和导电杆端部之间产生，而这些弧触片与导电杆端部都由耐弧材料制成，为了使电弧片能偏向弧触片，利用电弧的磁效应使电弧吸住铁片一侧确保电弧只有在弧触片处余导电杆之间产生，不置烧坏静触头中主要工作触片。断路器灭弧主要依赖与如图7所示灭弧室。图8是灭弧室的工作原理。