真空断路器的工作原理

1、真空断路器的工作原理（真空断路器中的触头断开过程中，依靠触头产生的金属蒸气使触头间产生电弧。当电流接近零值时，电弧熄灭。一般情况下，电弧熄灭后，弧隙中残存的带电质点继续向外扩散，在电流过零值后很短时间内弧隙便没有多少金属蒸气，立刻恢复到原有的真空”状态，使触头之间的介质击穿电压迅速恢复，达到触头间介质击穿电压大于触头间恢复电压条件，使电弧彻底熄灭。）真空断路器工作原理与其他断路器相比之是灭弧介质不同罢了，真空不存在导电介质，使电弧快速熄灭，因此该断路器的动静触头之间的间距很少。该断路器一般用于电压等级相对低的厂用电配置中！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。

2、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。本文以ZW2712为例，简要说明真空断路器的原理与维修。一、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。（电介质在足够强的电场作用下将失去其介电性能成为导体，称为电介质击穿，所对应的电压称为击穿电压。如果断路器的三相不同步，在首开相开断后经0.25周波，在首开相断口上的恢复电压将达到电源电压峰值的34倍。）真空间

3、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（23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高。10-4托以上，就基本保持不10-4托。实验表明，真空度越高，气体间隙的击穿电压越高，但在变了，所以，要保持真空灭弧室的绝缘强度，其真空度应不低于、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

4、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。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、大电流真空电弧在触头断开大的电流

5、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，不能断开电流。三、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。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

6、电夹，软连接与真空灭弧室连接而成。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，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、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。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11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

7、拐臂推动行程开关5切断储能电机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，使脱扣轴16转动，带动顶杆18向上运

8、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。四、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可以根据图三所示，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。调整的方法为放长或缩短绝缘操作杆3或机构与主轴的连杆。分合闸机构调整1、摇臂27与半轴25的扣接量为1.52.5mm,可以通过调整螺钉24来实现。2、传动轴套30转动最大角时，摇臂27与半轴间要有1.52mm的间隙，以保证传动轴套回落到合闸位置时，摇臂27能自动扣接到半轴25上，可以通过螺钉31的调节来实现。3、辅助开关2的转换应准确可靠，可以

9、通过调整辅助开关2的拐臂3位置及位杆4的长短来实现。4、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32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5的上下前后位置来实现。5、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。五、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，将不能进行合闸操作。防止了在断路器未储能的情况下合闸，合闸回路保持，烧毁合闸线圈。同时，在接线的过

10、程中，要注意储能行程开关接点中合闸母线与控制母线的极性要一致，防止出现在开关蓄能时，合闸回路的电弧击穿行程开关，造成控制保险的熔断或控制空气开关的掉闸。这一点在综合自动化变电站上要特别注意。六、运行维护与检修试验真空断路器的燃弧时间短，绝缘强度高，电气寿命也较高，触头的开距与行程小，操作的能量小，因此，机械寿命也较高。在日常的运行中，维护工作量很小，主要检查机构的运动部件磨损情况，紧固件有无松动，清除绝缘表面的灰尘，在活动部位注入一些润滑脂等。在春检预防性试验中，对开关的直流电阻测试要与历史数据进行比较，发现问题及时处理更换，对断口的工频耐压试验，是检验真空泡是否漏气的有效方法。（户内真空断路

11、器可以借鉴断开负荷时，真空泡内闪光的颜色来初步判断真空泡的真空度，颜色暗红时表明真空度降低，颜色淡蓝时，表明真空度良好）保护定植校验时，对断路器做低电压掉合闸试验，检验开关在母线故障状态时，电压降低时动作是否可靠。真空断路器大电流真空电弧真空断路器大电流真空电弧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触头在真空中开断时，产生电流和能量十分集聚的阴极雀斑，从阴极雀斑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，真空

12、断路器电弧就在其中燃烧。同时,弧柱内的金属蒸汽和带电质点不断地向外扩散，电极也不断的蒸发新的质点来增补。在电流过零时，电弧的能量减小，电极的温度下降，蒸发生发火用减少，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，蒸发生发火用不能维持弧柱的扩散速度，电弧温然熄灭，发生截流现象。在触头断开大的电流时，电弧的能量增大，真空断路器阳极也严峻发烧，形成很强的集聚型的弧柱。同时，电动力的作用也显著了，因此，对于大电流真空电弧，触头间的磁场分布就对电弧的不乱性和熄弧机能有决定性的影响。假如电流太大，超过了极限开断电流，就会造成开断失败。此时，触头发烧严峻，电流过零以后仍旧蒸发，介质恢复难

13、题，不能断开电流。断路器的结构和工作原理真空断路器的出产厂家比较多，型号也较繁杂。按使用前提分为户内（ZNx*）和户外（ZWx*）两种类型。主要由框架部门，灭弧室部门（真空泡），和操念头构部门组成。断路器本体部门由导电回路，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。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，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。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，完成堵截电流的目的。当储能电机14

14、接通电源时，电机带动偏心轮滚动，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滚动，当棘轮11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堵截储能电机14的电源，真空断路器并且储能棘爪被抬起，与棘轮可靠脱离。断路器的调试步骤真空断路器开距与超行程断路器的开距与超行程的丈量可以根据图三所示，在分合闸状态丈量出的X值之差为断路器的开距，Y值之差为断路器的超行程。调整的方法为放长或缩短绝缘操纵杆3或机构与主轴的连杆。真空断路器合闸操纵过

15、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向逆时针方向滚动，解除储能维持，合闸弹簧21带动储能轴套32逆时针方向滚动，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滚动，达到机构联销的目的，保证了机构在合闸位置不能合闸操纵。半轴25与摇臂27解扣，在分闸弹簧的作用下，真空断路器完成分闸操纵。分闸操纵过程：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，使脱扣轴16滚动，带动顶杆18向上运动，顶动弯板26并带

16、动半轴25向反时针方向滚动。断路器的控制回路在我省的农网35KV尺度化变电站中，真空断路器采用了控制母线和合闸母线分开的原则。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，将不能进行合闸操纵。防止了在断路器未储能的情况下合闸，合闸回路保持，烧毁合闸线圈。同时，在接线的过程中，要留意储能行程开关接点中合闸母线与控制母线的极性要一致，防止泛起在开关蓄能时，合闸回路的电弧击穿行程开关，造成控制保险的熔断或控制空气开关的掉闸真空断路器分合闸机构调整1、摇臂27与半轴25的扣接量为1.52.5mm,可以通过调整螺钉24来实现。2、传

17、动轴套30滚动最大角时，摇臂27与半轴间要有1.52mm的间隙，以保证传动轴套回落到合闸位置时，摇臂27能自动扣接到半轴25上，可以通过螺钉31的调节来实现。3、辅助开关2的转换应正确可靠，可以通过调整辅助开关2的拐臂3位置及位杆4的是非来实现。4、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32上的拐臂使行程开关的触点可靠切换，堵截电机电源，真空断路器可以通过调整行程开关5的上下前后位置来实现。5、调整分闸合闸弹簧的预拉长度，保证断路器的可靠分合，且分合闸速度达到划定值。运行维护与检验试验安全工具柜的燃弧时间短，绝缘强度高，电气寿命也较高，触头的开距与行程小，操纵的能量小，

18、因此，机械寿命也较高。在日常的运行中，维护工作量很小，主要检查机构的运动部件磨损情况，紧固件有无松动，清除绝缘表面的灰尘，在流动部位注入一些润滑脂等。在春检预防性试验中，对开关的直流电阻测试要与历史数据进行比较，发现题目及时处理更换，对断口的工频耐压试验，是检修真空泡是否漏气的有效安全工具柜方法。（户内真空断路器可以鉴戒断开负荷时，真空泡内闪光的颜色来初步判定真空泡的真空度，颜色暗红时表明真空度降低，颜色淡蓝时，表明真空度良好）保护定植校验时，对断路器做低电压掉合闸试验，检修开关在母线故障状态时，电压降低时动作是否可靠。真空断路器的原理和作用2009-07-0518:59真空断路器处于合闸位置

19、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发生永久接地故障，断路器动作跳闸后，接地故障点又未被清除，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作用而不发生击穿。因此，真空间隙的绝缘特性成为提高灭弧室断口电压，使单断口真空断路器向高电压等级发展的主要研究课题。真空度的表小方式绝对压力低于一个大气压的气体稀薄的空间，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方式：托（即1个mmK银柱高）,毫巴（103bar）或帕（帕斯卡:Pa）。（1托=131。6Pa,1毫巴=100Pa）我们通常

20、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mmK银柱高”，亦即是1。31x10-2Pa。“派森定理亦有译为巴中定律，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，都能提高极问间隙绝缘强度。其击穿机理至今还不清楚，因为真空灭弧室内部真空度高于10-4托，这样稀薄空气的空间，气体分子的自由行程为103mm在真空灭弧室这么大小的容积内，发生碰撞的机率几乎是零。因此不会发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，条件是在均匀电场的情况下，具间隙击穿电压Uj可表示为：Uj=KLaL间隙距离；a间隙系

21、数(间隙5mm寸，a=0。5)由派森定理的V形关系曲线中看出，当真空度达103托时出现拐点，拐点附近曲线变得平坦，击穿电压几乎无变化。当真空度和间隙距离相同时，其击穿电压则随触头电极材料发生变化，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提高。真空绝缘的破坏机理前面已说过，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，不会发生碰撞分离而使真空间隙在高压电作用下会击穿又是客观存在，于是就有种解释真空绝缘会破坏的机理，场致发射引起击穿，微块引起击穿和微放电导致击穿。场致发射论对真空间隙所以能发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发生电子发射或蒸发逸出，撞

22、击阳极使局部发热，继续放出离子或蒸汽，正离子再撞击阴极发生二次发射，相互不断积累，最后导致间隙击穿。著名的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(C,故按C值去校核其绝缘，试验时亦不会发生击穿。而老产品的A值是大于C值，出厂新品按C值考核，当然能通过，开断故障后，由A值降到B值。热B提高真空灭弧室绝缘耐受能力的措施真空断路器要向高电压使用领域发展，提高真空灭弧室断口极间绝缘耐受能力制成额定电压较高的单独断口真空灭弧室的经济意义是巨大的，不但可减少用联断口的数量，而且使断

23、路器结构简单，从而提高了设备可靠性并使设备造价亦相应降低。提高单断口真空灭弧室的绝缘耐受能力主要在下列三方面采取措施。真空灭弧室内触头间耐压强度的提高前面以说过，在灭弧室内部高度真空的情况下，触头间存在的气体非常稀少，不会受极间电压而产生游离，但极间发生击穿是客观存在，从而产生几种真空绝缘破坏机理的解释。真空间隙实际击穿时，有可能是几种机理同时发生作用，而且击穿途径中总是有游离气体存在，这是由施加电压后产生的金属蒸汽或触头释放了所吸附的气体提供的。基于此点出发，采取下列措施以提高真空灭弧室触头间隙的耐压性能：（1）选择熔点或沸点高，热传导率小，机械强度和硬度大的触头材料；预先向触头间隙施加高电

24、压，使其反复放电，使触头表面附着的金属或绝缘微粒熔化，蒸发，即所谓老炼处理”；（3）清除吸附在触头或灭弧室表面上的气体，即进行加热脱气处理；（4）选择合适的触头形状，改善触头的电场分布。提高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问的暂态恢复电压速度，就不会发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迅速扩散，遇到触头或屏蔽罩表面会立即凝结。因此欲求在开断电流相应的触头尺寸，材质，形态，触头间隙以及电流开断时产生的金属蒸汽密度，带电粒子密度等影响因素进行反复实验取得试验数据作分析研究。发

25、现触头直径越大且触头间隙越小，电流开断后的绝缘强度恢复越快；纵向磁场触头结构的采用，有极为良好的弧后绝缘恢复特性。提高真空灭弧室的外部绝缘真空灭弧室的外部表面，如处于正常的大气之中，则绝缘耐压是很低的，不能适合高电压条件下使用，随着真空断路器向高电压，小型化方向发展，对真空灭弧室外部表面采取下列强化措施：(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性能，其冲击电压为50kV/mm工频而t压为30kV/mm而且其制品机械强度高，浇注加工性能好，可以较容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的。并提高了耐污性能，使所需对地绝缘更趋合理化。1我国高压真空断路

26、器的现状高压真空断路器在我国供电系统中的应用始于1978年，其重量轻，结构简单，使用寿命长等优点很快被电力部门运行、检修和技术人员认可。早期国内生产的高压真空断路器质量不够稳定，操作过程中载流过电压偏高，个别真空灭弧室还存在有漏气现象。至1992年天津真空开关应用推广会议时，我国真空断路器的制造技术已经进入了国际同行业同类型产品的前列，成为我国高压真空断路器应用，制造技术新的历史转折点。2真空灭弧室的漏气问题新一代高压真空断路器普遍使用纵向磁场灭弧原理和铜铭触头材料，其目的是减少触头烧损，提高电气使用寿命。导电杆同心度调整不当，将使纵向气线、陶瓷、可伐一金属封接强度不够稳定，致使真空灭弧室漏气

27、。真空灭弧室的波纹管绝大多数都是采用0.15mnB度的不锈钢油压成型的。高压真空断路器应用环境的污秽等级、湿度、盐雾等选择不够合适，有害气体、凝露造成波纹管点状腐蚀，导致波纹管和盖板及封接面的漏气。保证高压真空断路器同心度的调整，合理的选择使用和储存环境，是解决真空灭弧室漏气问题的重要措施。3合理选择高压真空断路器电气寿命高压真空断路器的电气寿命是指设备技术条件中规定的和型式试验中实际进行的满容量开断次数。应用中高压真空断路器触头是不能维修和更换的，要求高压真空断路器有足够高的电气寿命是很有必要的。新一代真空灭弧室采用了纵向磁场电极和铜铭触头材料。纵向磁场电极成倍的降低了短路开断电流作用下的电

28、弧电压(电弧能量)，并使电弧在触头表面均匀分布；铜铭触头材料降低了单位电弧能量所造成的触头烧损量。这两者的有机结合，使得高压真空断路器的电气寿命有了突破性的提高。当前，我国高压真空断路器再开断、关合能力等方面的性能是比较高的，也是比较稳定的。我国早期高压真空断路器电气寿命只有30次，运行最长的已有20余年，在电力系统至今还没有发现高压真空断路器因为短路开断电流的电气寿命问题而退役，也没有发现因为短路开断电流的电气寿命短导致事故发生，这就充分说明这些高压真空断路器基本上能够满足电力系统对于短路开断电流电气寿命的要求。所以，高压真空断路器的短路开断电流电气寿命并不是越高越好。4重视高压真空断路器机械参数调整高压真空断路器有许多的机械参数，如合闸速度、分闸速度、触头行程、触头合闸弹跳时间、触头分闸反弹幅值等。这些机械参数都是用以保证高压真空断路器技术性能而设定的。我国高压真空断路器的机械寿命一般为1000020000次，正在开展将机械寿命提高