高压真空断路器的设计

推荐精选推荐精选推荐精选毕业设计题目：高压真空断路器的设计系：电气与信息工程系专业：电气工程班级：0000学号：000000学生姓名：XX导师姓名：XXX完成日期：2010年6月推荐精选推荐精选推荐精选诚信声明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。作者签名：日期：2010年6月15日推荐精选推荐精选推荐精选目录高压真空断路器 1High-voltageVacuumCircuitBreaker 2第1章绪论 31.1真空断路器的现状及其发展 31.1.1开发低过电压触头材料，降低截流水平 41.1.2大容量化 51.1.3采用先进的一次封排工艺，提高产量和质量 51.1.4缩小灭弧室管径，减少零件数和提高可靠性缩小灭弧室管径 51.1.5向少维护方向发展 61.2真空断路器的应用运行及其特点 61.2.1概述 61.2.2真空断路器结构特点 91.3真空断路器的发展趋势 10第2章:设计的基本任务及要求 132.1主要技术参数 132.2基本任务及要求 13第3章:设计过程 143.1真空灭弧理论研究 143.1.1真空电弧的特性 143.1.2扩散型和集聚型真空电弧的特性 163.1.3交流真空电弧的熄灭原理 183.2真空灭弧室的设计计算 183.2.1屏蔽罩 193.2.2波纹管 203.2.3导电系统 213.2.4排气管 213.3触头设计 223.4动、热稳定验算，温升验算 243.4.1温升验算 243.4.2动、热稳定性验算 253.5绝缘结构分析 26推荐精选推荐精选推荐精选3.5.1额定绝缘水平及绝缘强度 263.5.2额定电压及最高电压 293.6操动机构选用及有关计算 293.6.1对操动机构的要求 293.6.2操动机构的比较和选用 30结束语 38参考文献 39推荐精选推荐精选推荐精选推荐精选推荐精选推荐精选目录摘要 1Abstract 2第1章绪论 31.1真空断路器的现状及其发展 31.1.1开发低过电压触头材料，降低截流水平 41.1.2大容量化 51.1.3采用先进的一次封排工艺，提高产量和质量 51.1.4缩小灭弧室管径 61.1.5向少维护方向发展 61.2真空断路器的应用运行及其特点 71.2.1概述 71.2.2真空断路器结构特点 101.3真空断路器的发展趋势 11第2章:设计的基本任务及要求 142.1主要技术参数 142.2基本任务及要求 14第3章:设计过程 153.1真空灭弧理论研究 153.1.1真空电弧的特性 153.1.2扩散型和集聚型真空电弧的特性 183.1.3交流真空电弧的熄灭原理 193.2真空灭弧室的设计计算 203.2.1屏蔽罩 213.2.2波纹管 223.2.3导电系统 223.2.4排气管 233.3触头设计 233.4动、热稳定验算，温升验算 263.4.1温升验算 263.4.2动、热稳定性验算 273.5绝缘结构分析 27推荐精选推荐精选推荐精选3.5.1额定绝缘水平及绝缘强度 273.5.2额定电压及最高电压 303.6操动机构选用及有关计算 303.6.1对操动机构的要求 313.6.2操动机构的比较和选用 31结束语 40致谢 41参考文献 42附录 43推荐精选推荐精选推荐精选推荐精选推荐精选推荐精选高压真空断路器摘要：近年来随着世界各国对环境保护越来越重视，SF6气体的使用和排放便受到限制，从而使电器领域内SF6断路器的发展也必将受到限制。同时，真空断路器在中压领域己经占据了主导地位，真空断路器将不断向高电大容量方向发必然的趋势绝缘介质的压真空断路器取代高压SF6断路器是种国内首次设计了不用SF6气体作灭弧室外嚷提出以绝缘硅脂代替kV/1600户外高压真空断路器样机，顺应环保的要传统的SF6气体或油作为真空灭弧室的外绝缘介质。真空断路器的成功研制将是环保型真空开关由中跨向高压领域的关键一步，对高压真空断路器的发展有着重要意义本文首次将ADAMS虚拟样机技术成功地应用于高压真空断路器产品开发，打破了传统的断路器产品设计方法，建立了715kV真空断路器虚拟样机模型，在物理样机制造之前就在计算机上对虚拟样机模型进行了仿真分析，为改进、It化其关键参数提供了引导，有效地缩短了开发时间和节约开发成本。随着真空断路器电压等级的升高和它操作功的增大，产品开发过程中将会遇到一些新问题。1997年联合国在日本京都召开了联合国气候变化框架公约。京都议定书把SF6气体列入为一种严重温室效应的气体，规定到2030年后将禁用SF6断路器及有关应用SF6气体的设备。最近几年来世界各国均在致力于研究可替代SF6气体的电气设备，包括SF6断路器。而真空断路器是无污染可持续发展的最杰出代表。我国真空断路器水平和国外真空断路器还有很大的差距，在国际的市场，国内的市场竞争中处于劣势。为了我国电气的生存和发展我们的必须严肃对待真空断路器的研究。本文主要设计内容是以给定的主要技术参数，以ZN型真空断路器为参照，设计一台真空断路器并进行有关验算。[关键词]高压真空断路器推荐精选推荐精选推荐精选High-voltageVacuumCircuitBreakerAbstract：Recently,peoplepaymoreatentiontohumanlivingenvironmentintheworld,andSF6islimitedtobeusedandbeletout,sothedevelopmentofSF6circuitbreakerisrestricted.Onthecontrary,middlevoltagevacuumcircuitbreaker(VCB)hasbzenhighlydeveloped,andVCBwithhighvoltageandlargecapacityhasbecomeconsiderablyinterestedintheworld,soitispredictablethatVCBwouldcertainlybeinsteadofSF6oneinfuture.Inthispaper,itisthefirsttimetodevelopanewHVCBwithoutSF6inourcountry,whichratedvoltage,72.5kVratedcurrent,1600A.ItisimportanttodeveloptheVCBsuccessfullyinthehighvoltagefieldinChina.Thevirtualprototypetechnology-ADAMSisappliedfirstlytodevelopHVCBproduct,whichisdiferentfromtraditionaldesigningmethod.WiththehelpoftheADMASsoftware,thevirtualprototypemodeloftheVCBisbuilt,thenissimulatedandanalyzedbychoosingdiferentbreakingandclosingconditionbeforetherealVCBismanufactured.ItisconvenienttomodifyandoptimizetheVCB'skeyparametersbymeansofADAMS,soitsavestheperiodandcostoftheVCB'.,developmentvalidly.AlotofnewproblemswouldcomeupduringthedevelopmentofhighvoltageVCB.TheimpactphenomenonbetweenVCB'smechanisticpartsisfoundwhileVCBisbreaking.Thispaperanalyzesthereasonsofimpactphenomenon,andputforwardameasureonhowtoreduceefectoftheimpactphenomenon.BasedonADAMS'ssimulating,thispapergivesoutalltheinformationonVCB'smovingcharacter,andbringforwardinnovativelythatVCR'sbreakingcouldbedividedintofoursuccessivephases.Thehighvoltageinsulationisoneofkeyproblemsinthispaper.TheelectricalfieldsofvacuuminterruptersandinsulativelinkshavebeencalculatedwiththehelpofANSYSsoftware,ofwhichVCB'sinsulativecharacterwasdesignedonthebasis.Atlast,someexperimentshavebeendonetoverifythecalculation.[Keywords]High-voltageVacuumCircuitBreaker;VirtualPrototypeTechnology;MovingCharacter;InsulativeCharacter推荐精选推荐精选推荐精选第1章绪论1.1真空断路器的现状及其发展根据真空断路器国外发展的趋势、国内技术现状和我国国民经济发展的需要，在我国发展高压真空断路器是必要的。首先，从环保的角度考虑，高压真空断路器取代高压SF6断路器是高压断路器发展的一种方向。SF6气体在20世纪40年代起就被研究，由于SF6气体具有特异的热化学性和电负性，因而其绝缘性能和灭弧性能也特别好，被广泛用作高压开关设备的绝缘和灭弧介质，并于1959年推出第一台实用的SF6断路器，目前它已成为断路器的主要品种。由于SF6断路器的结构简单、技术经济指标先进等原因，SF6断路器已经在高压及超高压领域(即72.5kV及以上电压等级)内几乎占据了所有的份额，还制成大量的SF6气体绝缘开关设备(GIS)，因此SF6气体的使用量在不断增加。SF6气体是世界上最不活泼的著名气体之一，在大气中的寿命也最长，约为3200年，因此也是最主要的地球温室效应气体之一。目前以GWP值(GlobalWarmingPotential,全球温暖化势位，或称全球升温潜能值)来描述气体对地球温室效应所起作用的强弱。以二氧化碳(C02)的GWP值为1,则SF6气体的GWP值为23900，是目前看到的最高值，显然SF6气体是最严重的温室效应气体。虽然目前SF6气体的使用量与CO:排放量相比所占的比例很小，各种气体对温室效应的作用仍以CO:所占的百分比最大(约为60)，但SF6气体对地球温室效应的潜在危害是最大的。为此，从全球环境保护出发，1997年联合国在日本京都会议上提出了决定草案，即《联合国气候变化框架公约京都议定书》(简称《京都议定书》181)，在该议定书附件A中，列出了六种温室效应气体:二氧化碳(C02).甲烷(CH4),氧化亚氮(N02).氢氟碳化物(HFCS)、全氟化碳(PFCS).六氟化硫(SF6);并列出了与这些温室气体相关的部门类别和相应的产业，其中能源工业和制造工业、六氟化硫的生产和消费等均在指名之列。《京都议定书》规定2008年至2012年为第一个排放量限制和削减承诺期，在附件B中列出了有关缔约方的排放量限制或削减承诺(以1990年为基准年，对于SF6等后3种气体则以1995年为基准年)。我国政府也明确表态，中国决心和国际社会一起努力保护我们共同的环境，已于2002年8月30日正式向联合国递交了对《京都议定书》的批准书。目前SF6气体的应用主要在高电压电力设备中作为绝缘和灭弧介质。《京都议定书》对SF6气体的限制使用，应引起我们足够的重视。早在十几年以前，电器工作者就己开始了有关SF6气体替代品的研究，但至今尚未找到满意的替代品。曾广泛开展了混合气体应用的研究，现在也已有了明确的结论，即对于SF6断路器来说，采用混合气体并没有好处，随着SF6气体使用量所占比例的减少，则开断性能(灭弧能力)也相应下推荐精选推荐精选推荐精选降。从绝缘性能方面，则采用混合气体有一定好处，现己开始采用N2/SF6混合气体，甚至N:占到80%时尚有较好的绝缘性能，这样在绝缘介质中可大量减少SF6气体的用量。从环保要求，今后不应进一步发展SF6断路器，而应该以其他绿色环保型的断路器来代替，只有目前仍无法取代的超高压断路器仍可采用SF6断路器外，应逐步减少SF6断路器的产量;同时积极发展高压真空断路器来取代SF6断路器。D1其次，从国内需求情况和经济效益来看，发展高压真空断路器有着现实的意义。从目前我国电力系统中高压断路器运行的情况来看，少油断路器的设计达不到开断容量的要求，而电网短路容量的不断增长，少油断路器已不能满足电网的需要[9].SF6断路器虽然能满足要求，但不能符合环保要求。虽然高压真空断路器一次投资价格稍贵一点，但是全面地从环境保护的经济效益角度考虑是可取的，而且真空断路器平常不需要维护检修(根据日本的运行经验，用于电气化铁道和电弧电炉的真空灭弧室己能确保在额定电流下操作100万次不需维护检修〔10]，短路开断次数远远大于少油和SF6断路器，还具有寿命长，无爆炸危险等等优点。本文上节在国内情况中已经提到我国在制造真空灭弧室和真空断路器以及真空电弧理论研究方面都取得了很大的成绩，在此基础上发展高压真空断路器也是合理和可行的。20世纪20年代提出真空开断电流的概念后，到60年代才得到突破，制造出真正意义上的真空断路器并投入使用，此后便得到蓬勃发展，现也己成为断路器的主要品种之一，但目前主要应用在40.5kV及以下电压等级，更高电压等级的真空断路器还未正式投入应用。真空断路器对环境污染最小是符合环保要求的产品。日本在十几年前己制成84kV-168kV单断口的真空灭弧室，除84kV等级有实际产品外，于技术和经济等方面的原因，更高电压等级的真空断路器并没有实际产品和应用。推荐精选推荐精选推荐精选近年来，真空断路器有了很大的发展，这得益于真空断路器技术的进步。真空断路器技术的进步表现在大容量化、低过电压化、智能化和小型化。而这一进步又是由于真空技术、灭弧室技术的发展及采用新工艺、新材料及新操动技术的结果。1.1.1开发低过电压触头材料，降低截流水平众所周知，真空断路器属“硬”开断特性。开断小电流时容易截流，引起过电压。这个问题曾是人们使用真空断路器最关心的问题。CuCr触头材料的使用，大大减少了截流值，如西门子公司命名用CuCr触头材料，做到试验截流值3A，产品保证不超过5A。但有些开断情况需要进一步减少截流值，以避免危险的过电压，如用真空断路器开断发生堵转或正在启动的电动机时，一般的解决办法是加装过电压吸收装置，如SiC、RC回路、ZnO避雷器等，最新的做法是开发低过电压触头材料，即不加任何过电压吸收装置而在触头材料上想办法，使之能降低过电压。

日本几家公司先后都开发低过电压触头材料，日立公司研制出一种以银为主的Co-Ag-Se触头材料，东芝公司研制出AgWC触头材料，富士公司在CuCr触头材料里添加高蒸气材料，三菱公司采用CuCr-Bi-α多元触头材料解决截流问题。

这些触头材料能有效地解决截流问题，可将截流值降低至1/10。但截流与大电流有矛盾。因此低过电压真空断路器一般做到7.2kV20kA水平。1.1.2大容量化真空断路器的容量已有很大的提高，完全能满足电力发展的需要。目前，真空断路器的额定电流已达4000A，额定短路开断电流已高达12kV下63~70kA。东芝公司在实验室试制200kA。真空断路器迈向大容量化，首先是由于触头结构的改进。触头结构的改进经历了平板触头——横磁场触头——纵磁场触头。平板触头的开断电流在8kA以下，横磁场触头将开断电流提高到40kA，而纵磁场触头又将开断电流大大提高，达到目前的63～80kA。纵磁场触头有两种结构型式；一种是用装在灭弧室外围的线圈产生纵磁场，另一种是触头本身的特殊结构产生纵磁常纵磁场时，电弧呈扩散形态分成许多细弧，均匀分布在整个触头表面。有利于提高开断电流和延长触头寿命。触头材料的不断改进提高了开断性能，触头材料目前主要有两大体系：CuBi和CuCr。与CuBi相比，CuCr材料具有短路电流开断能力强、介质强度高、耐烧蚀、截流低等优点。触头材料直接影响截流水平，如CuBi材料的截流水平一般为10～12A，而CuCr材料将截流水平降至3～5A。触头材料还在不断发展，在CuBi和CuCr之后又出现了更好的CuTa等材料。推荐精选推荐精选推荐精选1.1.3采用先进的一次封排工艺，提高产量和质量一次封排工艺是制造真空灭弧室的先进工艺。20世纪80年代初，英、美等国已将一次封排工艺用于真空灭弧室的大批量生产。英国GEC公司和美国西屋公司最早采用一次封排工艺。现在东芝公司、西门子公司、ABBCalorEmag等公司也已采用一次封排工艺。一次封排工艺相比常规工艺大大简化了工艺流程，不仅效率高，而且质量好，特别适合大批量生产。总之，一次封排工艺将焊接、除气、封装、排气等工艺步骤在真空炉中一次完成，大大简化了制造工艺，提高了产品的可靠性、稳定性和一致性。国内宝光集团现已具备年产5万只一次封排真空灭弧室能力。1.1.4缩小灭弧室管径减少零件数，就能降低造价，因为材料费占灭弧室造价的40~50%。由于纵磁场触头和CuCr触头材料的使用，大大减少了灭弧室管径。

真空灭弧室尺寸的减小是真空技术、真空工艺、真空灭弧室设计发展的主要结果。而真空灭弧室管径的缩小，结果使真空断路器的整体尺寸大大减小，从而使真空断路器趋于小型化。1.1.5向少维护方向发展由于对操动机构的不断优化、改进材料、改进工艺、减少调节环节等都可以达到提高寿命的目的。

真空断路器之所以为众多厂家青睐，除产量大、覆盖面广之外，首要原因是由于真空技术、真空工艺、灭弧室制造技术的不断进步，使真空断路器具有优异的电性能和机械性能，能满足不同用户的不同要求。另一个重要原因，是它对环境友好，在人们普遍注重环保的今天，这点尤为重要。

在真空断路器中，不产生分解物，因为在这里开断时只产生金属蒸汽。真空灭弧室绝对密封钎焊，不会与环境相互影响。污秽、灰尘及潮气均不能进入灭弧室，这就避免了任何的氧化。灭弧室的所有材料均以洁净的状态保持在整个寿命期间。

真空灭弧室对外部作用具有良好的保护性。其壳体主要由氧化铝陶瓷制作。由于它经受了高温预处理，不受温度变化的影响。真空断路器在我国已经得到广泛应用。特别是在中等电压领域里，真空断路器已占有明显优势。国内市场，ZN—28系列真空断路器以其领先的技术与高可靠性，已成为生产单位产量最大和系列最全的真空断路器。但还缺少大容量品种，对中等电压真空断路器的应用范围将受到一定限制，因此很有必要开发10kV系列真空断路器的大容量规格以进一步完善化。目前已完成额定电流4000A、额定开断电流50kA的真空断路器。今后将继续研究试制更大额定电流和更大额定开断电流的10kV电压等级的真空断路器。

为了适应大容量发电机组保护用的断路器，我国正在开发额定电压24kV、额定电流12500A和额定开断电流125～240kA的真空断路器。

此外，我国在完成户外额定电压110kV、额定电流1250A和额定开断电流31.5kA的基础上，将继续开发额定电流更大、额定开断电流更大的110kV户外真空断路器外，同时开发220kV电压等级的户外真空断路器。推荐精选推荐精选推荐精选1.2真空断路器的应用运行及其特点1.2.1概述将各种电力开关设备进行综合比较后发现,真空开关是电力系统中用途最广的，随着电力工业的飞速发展，输、变、配电技术水平越来越高，用电的安全可靠性等要求也越来越苛刻，这就要求断路器适应不同场合、不同要求的用电需要，同时还能适应长时间运行、频繁切合操作循环与切断大电流的要求。2002年,在12kV电压等级断路器中，真空断路器占92.27%的市场份额，比上年的90.16%增加了2.11%；SF6断路器占7.27%，比上年的9.13%下降了1.86%，少油和多油断路器仅分别占0.32%和0.14%的市场份额，均比上年的1.99%和1.20%下降。这一变化走势，与前几年的情况相类似。数据表明，真空断路器在中国市场上已完全占据绝对主导地位。据推断，其市场份额还会继续增长。中国的中压开关即将完全走进无油化时代。真空断路器作为12kV断路器的主导产品，将继续朝着小型化、高可靠性、少维护的方向发展。在断路器的结构设计方面，有更多的产品采用本体与操动机构一体化的设计方案。在断路器本体极柱方面，目前大部分的极柱均为装配式。随着真空技术和嵌入技术的发展，ABB率先将免维护的真空灭弧室直接浇铸在环氧树脂中，形成一个独立的断路器极柱。这种型式的断路器，使真空灭弧室和其他导件与外界环境完全隔离，避免外力和外界环境对灭弧室和其他导电件的影响，增强了外绝缘强度；而且浇铸式极柱大大减少了手工装配工作量，最大限度减少极柱装配过程中可能出现的误差，从而使断路器的安全可靠性得到进一步的提高，真正实现极柱的免维护。操动机构方面，在ABB率先推出永磁操动机构，但大部分客户对此持观望态度。永磁与弹簧操动何以为佳？各自更适合于何种应用场合？如此等等，仍是一个值得继续探讨的话题。推荐精选推荐精选推荐精选随着国民经济的发展和人民物质文化生活水平的不断提高，人们对电力需求愈来愈大，促使电力事业迅速发展。电网不断扩大，用户对供电质量和供电可靠性要求越来越高。电力法的公布和贯彻执行，更要求电力供电部门提供安全、经济、可靠和高质量的电力。90年代以前，我国的配电网很薄弱，10kV配电网大部分采用放射形供电，可靠性差，配电设备比较陈旧，大多是不可遥控的。配电网运行状态监测设备少，信息传输通道缺乏，因而信息搜集量少，这些导致事故处理自动化程度低，处理时间长，事故后恢复供电慢，一些地区发生电网事故，导致重要用户停电。除了某些认为的因素以外，电气设备水平低、电网结构薄弱、可靠性低，是其主要原因；自动化程度低、管理不善也是重要原因之一。这是因为长期以来配电网的建设未得到应有的重视，建设资金短缺，设备技术性能落后（以往我国发电和配电投资的比例为1：0.12，大大落后于先进国家的1：0.6——0.7的投资比例），造成在配电网上投资欠帐太多，其薄弱程度大大超过输电网。90年代以来，我国电力工业的发展迅速。借鉴国外的经验，各电力公司竞相加大了配电网的投资力度，其主要目标是实现配电网自动化，以确保提供给用户的电能质量满足要求。目前，随着计算机及通信技术在我国的广泛应用，电力系统的控制保护技术也发生了重大变化。传统的模拟式信号测量、传输，发展为数字式遥测、光纤传输。现在，通过计算机可以方便地进行监测、通讯和数据存储，实现了电力设备的操作、运行和保护的智能话。微电子、微处理技术与开关设备相结合，能充分发挥微电子、微处理技术对大量信息存储、适时判断、快速反映等特点，使开关设备能适时根据电网的参数变化动作，使一次设备的保护更加完善可靠，并减少维护工作量，且有利于实现遥信、遥测、遥控、遥调。以上这些技术都为我国配电自动化的迅速发展提供了良好条件。我国城市建设的规模和经济的发展对配电网提出了较高的要求，配网自动化发展呈现以下趋势：（1）配电一次设备选择应符合当前配电网形势要求，具有高度可靠性和优越的技术性能。尤其是对配电网开关的要求是不燃烧、高可靠和无油化。目前在中压开关领域主要以真空开关和SF6开关为主，在40.5kV级，真空开关和SF6开关平分秋色，而在12kV级真空开关占绝对优势。开关设备的操动机构及内部结构适应于户外运行条件，做到不检修周期长，设备运行可靠，这样才能大大减轻运行人员的劳动强度和维护费用。推荐精选推荐精选推荐精选（2）二次保护和控制设备应具有高可靠性，很强的抗干扰能力和电磁兼容性，适合户外高温和瓷温等较为严酷的运行环境。为了适应电力系统的上述要求，电器设备除了一直向着大容量、智能化、组合化、小型化的方向发展外，一次设备的高可靠性仍然是电器设备最重要的根本问题和追求目标。断路器作为电力系统终端设备之一，起着保护作用，其可靠性和智能化的水平对电力系统的稳定和自动化程度将产生深远的影响。作为中高压电器最重要的设备之一，断路器的可靠性一直受到用户和生产制造企业的关注。目前，中高压以上断路器都是有触点机械式开关，灭弧室本体和操动机构的可靠性就成为高可靠性的关键。为了提高可靠性，各大公司及研发制造单位都下了很大的力量，从产平结构、材料和生产工艺等各方面来保证可靠性的提高。在配电和供电系统中，由于断路器的使用量大面广，操作频繁，可靠性和免维护要求更高，因此可靠性的研究开发一直在不断地进行着。作为中压开关的主流产平，真空断路器提高可靠性并达到免维护的途径应从其具有的基本功能和运行条件综合考虑，主要有以下几个方面：1.高可靠的开断性能。开断能力是断路器最重要的性能之一，因此在灭弧室的开断性能方面做过大量的研究工作。对于真空断路器，经过改进真空灭弧室触头结构，从平板触头到横磁场触头到纵磁场触头，使得电弧在触头表面不再聚集而呈扩散形态，触头整个表面均匀受热，防止了局部过热。这样，触头表面烧损更小，大大提高了开断电流和触头寿命。研究开发新的材料，采用CuCr触头材料，改进触头制造工艺，进一步提高灭弧室性能。采用先进的一次封排工艺，除气彻底，灭弧室寿命长，提高了灭弧室的可靠性，稳定性和一致性。经过多年的不断研究和开发，目前，真空灭弧室的开端容量和开断能力不断提高。2.高可靠的机械性能。按结构，断路器分为操动机构和开关本体俩部分。数十年的断路器发展历史表明，操动机构对断路器的发展有着极大的影响。断路器的动态性能与所采用的操动技术有很大关系。由于传动操动机构零部件数量多，传动关系复杂，虽经长期的研究改进，多年的运行经验表明，操动机构、电气控制和辅助回路的故障率仍占断路器故障的很大比重。从国际、国内的统计数字来看，断路器的故障中，机械故障占大多数。国际大电网会议组织的国际调查表明，机械故障高达总故障的70.3%，如包括辅助电器和控制回路，则为89.4%，成为断路器可靠性的关键问题。因此，在断路器向高电压、大容量、高可靠性发展的今天，为了满足电力系统对高可靠性的要求，在致力于提高传统操动机构性能、质量和可靠性的同时，也有必要突破传统意义上的机构动作原理，研制和发展新的断路器操动机构。推荐精选推荐精选推荐精选可靠性的高低和零部件数量的多少有直接关系，减少零部件数量将明显提高断路器的可靠性。因此，论是改进提高传统操动机构的性能和质量，还是研制新型操动机构，提高可靠性的理论依据首先应为简化机构结构，减少零部件数目。3.高可靠的绝缘性能。断路器的绝缘性能要考虑工作电压下长期运行和由于各种因素产生的过电压情况。由于电气设备小型化的要求，使得绝缘结构的设计在首先满足绝缘性能要求的前提下，采用优化电场结构、利用高性能的绝缘材料等，达到绝缘高可靠和小型化的目的。4.高可靠的环境耐受能力。断路器在周围环境各种条件作用下都应可靠工作。这些条件主要有海拔高度、环境温度、空气湿度、污秽等的影响。在高海拔条件下，由于大气压力低，空气稀薄，耐压水平降低，散热也差，允许通过的电流应该减小一些。温度过低会使各种润滑油的薪度增加，影响开关电器的分、合闸速度:温度过高，可能造成导电部分过热等。对此国家标准都有相应的规定。另外，还要考虑湿度和污秽的影响。湿度很大，容易引起金属零件锈蚀，造成开关拒动;绝缘件表面凝露、受潮，绝缘性能下降。沿海地区和重工业集中地区，空气中污秽严重，容易导致绝缘表面的污闪事故。另外，还有振动等影响因素。因此，断路器根据使用环境不同和用户使用要求，要能够满足环境方面的要求。5.智能化和高可靠的_次控制部分。为了满足配网自动化的要求和开关电器智能化的发展，断路器的二次系统越来越多地采用电子设备和元件，电子控制系统的电磁兼容性能也受到了极大的关注。为了保证二次控制部分的可靠性，控制单元的设计应完整正确，应对电子元器件进行优化选择和筛选，制作工艺精良，应采取有效的抗干扰措施，调试应严格细致等。最后在电磁兼容性能方面应按国家标准要求通过各项试验。1.2.2真空断路器结构特点真空断路器是指断路器的主触头置于真空灭弧室内，触头的开断与闭合均在高真空度的环境中进行。所以真空断路器的结构，实为真空灭弧室的结构。①触头：触头的结构和大小是影响断路器开断能力的重要因素。真空灭弧室的触头，一般采用对接式，但对接式触头易产生触头弹跳现象，因此需要提高触头的初压力，以减少触头的弹跳(其弹跳时间不允许超过2ms)。为了克服短路电流的电动斥力，触头还必须具有足够大的终压力。常用触头材料有铜铋合金、铜铬合金、铜铋铝合金等，而触头表面(跑弧面)则采用纯铜或铬铜。推荐精选推荐精选推荐精选触头的形式有园盘式和磁吹式两种。触头的开距，10kV一般为10～16mm，35kV一般为24～40mm。②屏蔽罩：屏蔽罩是包围在触头周围的金属圆筒，它的作用是吸收燃弧过程中放出的金属蒸汽和金属液滴，防止其返回触头间隙引起重燃，和防止沉积到绝缘外壳表面引起的外壳绝缘强度降低。真空灭弧室的屏蔽罩通常是和动、静触头绝缘的，可防止真空电弧由触头表面转移到屏蔽罩上，从而防止因电弧在屏蔽罩表面燃烧导致开断失败。屏蔽罩绝缘固定时，屏蔽罩还有均压作用，可改善真空灭弧室的绝缘特性。③波纹管：波纹管是真空灭弧室重要的部件。利用波纹管的纵向可伸缩性，从真空灭弧室外部用机械方法使内部的触头运动，而又不破坏外壳的气密性。波纹管是真空灭弧室中唯一的需要大幅度运动的机械变形的元件，容易因疲劳损坏。真空灭弧室中常用的是壁厚为0.12～0.14mm的液压成型或机械滚压成型的波纹管。一般使用的材质为铬－镍－钛不锈钢。在真空灭弧室中，波纹管外部为真空，内部为大气，波纹管的内外存在一个大气压的气压差。在此压差的作用下产生一个将动触头压紧在静触头上的力，称作触头自闭力。④绝缘外壳：真空灭弧室的绝缘外壳常用材料有玻璃或高氧化铝陶瓷。玻璃外壳的强度低于陶瓷外壳，且加工精度较低，但价格低，玻璃外壳真空灭弧室适用于开断电流较小的断路器。陶瓷外壳则可用于所有的真空断路器。真空灭弧室的真空度：真空灭弧室真空度过低时，真空灭弧室的绝缘性能及开断能力都将严重恶化。真空度过高时，真空灭弧室的特性基本不随真空度的变化而变化，为了确保真空灭弧室的可靠工作，要求真空灭弧室真空度高于6.5×10-1Pa，一般的真空度为1.3×10-2～1.3×10-5Pa之间。为了使真空灭弧室具有足够的真空度，且在运行中保持真空度不变，因此，要求真空灭弧室的外壳不漏气和内部零件不产气。为了保持高的真空度，不少真空灭弧室内装有吸气剂以吸收真空灭弧室在储存和运行期间内部零件释放出的气体。检验真空灭弧室的真空度，一般采用工频耐压试验法，为了提高检验的准确度，还可采用专用仪器即磁控真空计测量。推荐精选推荐精选推荐精选1.3真空断路器的发展趋势真空断路器正向高压、大容量方向发展。通用电器公司1980年生产出186kV开断电流为40kA的双断口真空断路器；明电舍公司1980年开始生产123kV开断电流为31.5kA的单断口真空断路器；东芝公司根据国内外市场的需要，于1987年在日本首次研制出145kV、开断电流为31.5kA的单断口真空断路器及168kV双断口真空断路器已开始取代同时代同等级少油断路器。首先,触头结构的改进是真空断路器技术发展的最积极因素之一。在日本首先发明了纵磁场触头，开始为线圈型，后来出现了多种结构形式。西门子公司开发的是杯状纵磁场触头，用的最多的是线圈型纵磁场触头和杯状纵磁场触头。与横磁场触头相比，纵磁场触头在直径相同的条件下，具有大得多的开断能力。在开断电流相同时，纵磁场触头的电腐蚀速度比横磁场触头小得多，因而其电寿命比横磁场触头长得多，同时在开断短路电流后，其触头表面比较平整光滑，所以触头间隙的耐压强度高。东芝公司采用纵磁场触头后，开发出开断能力100kA的真空断路器，实验室中已成功开断了200kA。西门子公司已将63kA真空断路器商品化，还用三台63kA真空断路器并联作为发电机保护断路器，其额定短路开断电流为63kA额定电流为12kA。真空断路器的发展明显趋向于大容量、高电压、低过电压和小型化，而其触头材料是保证这种发展的一个重要因素。通常要求触头材料要开断容量大、耐压强度高、截流水平低、电磨损率小、抗熔性能好等，但还没有一种材料能同时满足这些要求。一些公司采用铜铬合金做触头材料，铜和铬的蒸气压力差别极小，因此在电弧作用区域不会发生材料成分的明显变化。铜和铬在电弧作用下的熔化基本上具有平整形状，它们的平滑熔化区慢慢变硬而不会由于出现凸出部分、陷口和裂纹而发生畸变。由于触头表面平整，触头间隙才可能足够短，触头材料的容积也可能趋于最小（因为大量触头蒸气材料沉积在另一个触头上并可重新利用）被熔化的平整表面很快地硬化保证了开断电流之后电气强度的迅速增大。铬含量增加可以防止触头熔焊。西屋公司和西门子公司都采用铜铬合金做触头材料。西门子公司用烧结浸渍法和电弧熔炼法制造触头材料。西屋公司用的是混粉法。铜铬合金触头加上纵磁场可大大提高真空断路器的开断容量，铜铬触头材料的性能目前仍处于领先地位。东芝公司也早已采用了性能优异的铜铬触头材料和纵磁场触头，从而使电弧在开断大电流时由集聚型转变为扩散型，大大提高了真空断路器的开断能力。推荐精选推荐精选推荐精选其次,在触头材料方面，外国在继续寻找和开了新的材料。应该指出的是，目前在国外所开发的触头材料中，还没有一种能同时满足所有要求（开断容量大、耐压强度高、截流水平低、电磨损率小、抗熔性能好等）的万能性触头材料。这些材料多半是加入某种成分，使得某种参数改善，但其它参数却变坏。例如，加进铋可减少截流和熔焊程度，但同时会降低电气强度，还会明显降低开断能力。加进大量的铁和铬，会大大增加耐电气腐蚀性，提高开断电流和电气强度，但同时增大的平均电阻，并继而使得额定电流通过时真空灭弧室的温升提高。再者,真空灭弧室是真空断路器的心脏，真空断路器的可靠性在很大程度上取决于真空灭弧室的可靠性，因而真空灭弧室的制造技术至关重要。真空灭弧室的外壳过去多采用玻璃材料制造，造价较低。目前在国外，一般都采用陶瓷外壳，多数是高铝陶瓷。它最大能承受1600的高温，其熔点为2030，耐压强度高。金属封接材料采用与陶瓷热膨胀系数十分接近的FeNiCo合金。陶瓷焊接面是经MoMn化学结合法形成陶瓷金属化层，用熔化温度为779的AgCu28作为焊接材料，在真空中进行钎焊，也可在惰性气体中进行焊接。德国AEG公司在制造过程中采用的钎焊工艺，是在钎以前，把一种特殊的金属镀层应用到高纯氧化铝陶瓷上，这种镀层要在1500℃以上的氢气中经过烧结热处理。真空灭弧室的触头材料也与制造技术密切相关，现在铜铬合金触头材料仍为真空灭弧室采用的最好的触头材料。真空灭弧室的屏蔽罩一般采用中封式结构，它改善了电场分布，提高了绝缘强度。最后,波纹管的制造技术对灭弧室的机械寿命也很重要。世界各公司都在不断改进波纹管的制造工艺，提高其寿命。西门子公司对每批波纹管抽一定数量进行寿命试验，试验不合格就不能投入生产线，还要检查波纹管的壁厚，壁厚不均匀的波纹管也不能使用。波纹管一般选用不锈钢材料，日前有成型波纹管和焊接波纹管。成型波纹管用于真空断路器中。焊接波纹管伸缩行程在、寿命长、体积大、造价高，多用于真空接触器中。英国对波纹管的试验研究表明，增加波纹管的波纹数并不能有效地延长波纹管的使用寿命。波纹管的设计应满足使波纹管操作行程比率和波纹管的伸缩长度比率为0。3~0。4。西门子公司在真空断路器灭弧技术中采用了等离子技术，以减少触头表面的烧损和磨损，这样使真空灭弧管发生故障的平均时间为25年。对真空灭弧室进行高压老练，可以除去触头表面的微粒。其机理是利用场致发射作用，蒸发除去触头表面细丝或针状物。一般老练电压为30~100V，电流为几百安。推荐精选推荐精选推荐精选第2章:设计的基本任务及要求本课题主要设计内容是以给定的主要技术参数，以ZN型真空断路器为参照，设计一台真空断路器并进行有关验算。2.1主要技术参数额定电压：10kv;额定电流：630A;额定频率：50Hz;合闸电压：220V；外形尺寸：800*850*590；安装尺寸：700*800；2.2基本任务及要求1）真空灭弧理论的研究2）真空灭弧的设计计算3）触头设计4）动、热稳定验算，温升验算5）绝缘结构分析6）操动机构选用及有关计算推荐精选推荐精选推荐精选7）真空断路器总装配图设计，零部件图设计8)编写设计说明书第3章:设计过程3.1真空灭弧理论研究随着真空技术和材料工艺等的日趋完善，真空断路器也得到迅速发展，并且成功地被应用于电力系统。在真空中开断电流有很多优点：分断时不需要外加气体或液体灭弧介持，真空是不可燃的，也不放出火焰或气体，无火灾或爆炸的危险；触头的电气寿命长；有较大的开断能力，开断近区故障时不需要并联电容器或电阻真空中介质强度高，触头开距很小，故操作功小。3.1.1真空电弧的特性1.真空中的电弧电压和伏安特性扩散型真空电弧的电弧电压低，一般在40V以下。其波形是在直流电压上叠加一个数千到数兆赫的交变分量，当电弧电流超过1kA时，交变分量的幅值可达5-6V。扩散型电弧电压的平均值取决于阴极材料，材料的沸点与导热系数的乘积越小，电弧电压就越低。这是因为材料沸点越低，在较低的温度下就能产生足够的金属蒸汽；导热系数小，热量散失得少，阴极表面的温度就高。两者的乘积小，输入较小的能量就能产生足够多的金属蒸汽，因而电弧电压就低。推荐精选推荐精选推荐精选如前所述，高气压电弧的伏安特性是负特性，但是，真空电弧的特性却是正特性，即随着电流的增加，电弧电压是上升的。铜电极真空电弧的伏安特性。它有三个区域：在小电流时，电弧电压几乎不变，主要是阴极压降，此时等离子区压降不随电流而变化；在1-6.5kA时，电弧电压从20V左右平稳地升到40V，这是因为等离子锥重叠，使弧区蒸汽密度逐渐增大，粒子间碰撞几率增多，等离子区电压降逐渐增大；在电流超过6.5kA时，电压突然升高，电弧电压可达100V以上，这是因阳极压降出现而造成的，而且电压的变化变得很不稳定。如果电弧不受外界磁场的作用，则阳极压降形成后不久，电极就会严重熔化，真空电弧电压可能重新降低。2.磁场对真空电弧的影响横向磁场（即垂直于弧柱轴线的磁场）能吹拂电弧，使真空电弧沿电极表面运动。高气压电弧在磁场中受力而运动的方向与载流导体的情况相同。然而真空电弧的情况却并非完全如此。扩散型真空电弧在横向磁场中所受的力和运动方向与载流导体（电流方向与真空电弧相同）的受力方向相反，出现所谓反向运动现象。而集聚型真空电弧在磁场中所受的力和运动方向又与高气压电弧和载流导体相同。横向磁场的作用还能使真空电弧弯曲，从而使电弧电压增大。纵向磁场（与弧柱轴线平行的磁场）能约束电弧，在一定范围内能起降低真空电弧电压的作用。在某一纵向磁场作用下电弧电压可有最小值，它能极大地提高由扩散型电弧转变为集聚型电弧的电流（简称集聚电流）值，例如，在足够大的触头上，纵向磁场可以使电流高达200kA的真空电弧仍保持为扩散型。3.真空电弧熄灭后的介质强度恢复过程对于工频电流的电弧，在电弧电流接近自然零点时，由于金属蒸汽不足和电源电压不够高而会突然熄灭。熄灭后的真空间隙最终可以承受很高的电压。从熄弧前的几十伏电弧电压到能承受近100kV的电压（12mm真空间隙）需要一个过渡过程，这一过渡过程即为真空燃弧间隙介质强度恢复过程，简称恢复过程。在恢复过程中，真空间隙能承受外加电压的能力随时间的变化规律即为该真空间隙介质强度的恢复特性。熄弧后真空间隙在恢复电压的作用下有可能被击穿而引起电弧的重燃。引起重燃的原因有：燃弧和燃弧后电极放出过量的气体；（2）阴极表面吸附微小的绝缘物和金属微粒等维持着较强的场致发射作用而重新形成阴极斑点；（3）恢复电压的电场强度超过500kV/cm以上产生场致击穿；推荐精选推荐精选推荐精选（4）电流过零后间隙有残余粒子碰撞继续维持较高的游离密度。在恢复过程初期，（1）和（2）为重燃的主要原因，而在恢复过程的后期则主要原因为（3）和（4）。电弧电流过零电弧熄灭，真空间隙仍存在一定量的残余离子、电子和中性粒子，它们需经过一定的时间才能扩散出真空间隙。随着残余离子、电子和中性粒子不断地扩散，间隙就开始建立承受电压的能力，承受电压的大小主要取决于残余物的扩散情况。此时间隙的介质虽度随时间的变化规律为燃烧后真空间隙的固有介质恢复特性。介质强度恢复特性与触头材料的性质有关。小原子量的材料可以加速介质恢复，这是因为同一温度下小原子量的原子有较大的速度。有些情况下间隙最终达到的介质强度小于初始恢复达到的介持强度，这种现象被称为“高地”现象。燃弧时间对介质恢复过程也有影响。在同一电流下，燃弧时间越长则需要的恢复时间也越长。由于电极热传导的作用，如果电流较小且燃弧时间大于一定值时，再增加燃弧时间对恢复时间无明显影响。此外，逆反熄灭后真空间隙承受正极性或负极性电压（相对于电弧电压的极性）的能力是不同的。纵向磁场的灭弧室具有较快的恢复速度。在纵向磁场灭弧室中，由于纵向磁场对电弧的约束使电极不需要蒸发出过多的金属蒸汽来维持电弧的燃烧，这样电弧熄灭时间隙的蒸汽密度就较低。总之，减少熄弧时间隙的金属蒸汽密度和增大蒸汽的衰减速度可缩短真空间隙的恢复时间。4.真空中的绝缘强度与击穿真空间隙的电击穿有两方面的因素：一是场发射，一是微粒撞击。对于小间隙场致发射作用较大，大间隙中微粒撞击可能性较多。在10-2Pa以下（10-4torr以下）的高真空中，由于空间中气体的分子数量非常少，例如在常温下101.3kPa(latm)空气中，每立方厘米内只有2.683×1019个气体分子，而在1.33×10-2Pa真空中，每立方厘米只有3.4×1012个气体分子，因而不会因碰撞而造成真空间隙击穿，分子数量与绝缘击穿无关。此时，在绝缘击穿过程中起重要作用的是电极过程与金属蒸汽。关于引起真空击穿的原因，已提出了下列三种假说：（1）场致发射高电场强度集中于阴极表面的微小突起和尖端部分，引起电子发射，使该部分金属熔化蒸发而发展成电弧。（2）团粒的作用附着在电极表面上的微小金属屑等（统称为团粒），受到电场作用从一极加速通过真空间隙到达另一极，团粒和电极碰撞，使团粒熔化和蒸发，金属蒸汽被电子游离，导致绝缘击穿。推荐精选推荐精选推荐精选（3）电极的二次发射间隙中的正离子和光子等，撞击阴极而引起二次电子发射，或加强了场致发射而引起绝缘击穿。这三种引起真空击穿的原因并不是孤立的，是相互关联而又同时发生作用的。许多研究者认为：当真空间隙（电极间距离）很小时，击穿主要由场致发射引起；真空间隙较大时，团粒的作用成为击穿的主穿电压，根据电极材料与表面状态的不同而有显著差别。通常，电极材料的熔点或机械强度越高其绝缘击穿电压也越高。在电极表面有突起的部分时，其耐压强度即显著降低，为了消除此种电极表面的突起，需要进行放电处理（老炼处理）。此外，当电极表面附着有气体或有机物时，在较底电压即发生绝缘击穿，因此，必须注意使电极表面非常清洁。真空间隙击穿所用时间极短，一般在数十至一百多纳秒（ns）内。真空击穿初始阶段的电流由间隙上的分布电容贮能提供，当电源功率足够大时，击穿才能发展成真空电弧。在电力系统中，电源功率很大，所以真空触头间的击穿通常都能转变成真空电弧。3.1.2扩散型和集聚型真空电弧的特性1.集聚型电弧当电流增大超过某一数值（例如自由燃烧的铜电极为104A）时，电弧外形将突然发生变化，阴极斑点不再向四周扩散，而聚集在一个或几个较大面积上，其直径可达1-2cm，并出现阳极斑点，这种真空电弧称为集聚型真空电弧或大电流真空电弧。在真空电弧电流增大时，电弧电压增高，正离子受到电场的阻滞作用也增强，正离子在没有到达阳极前，速度被降为零并在电场作用下返回阴极。这样，阳极前的正空间电荷急剧减小，而出现负空间电荷，形成为阳极压降。阳极前的电子受阳极压降的加速而轰击阴极，使阳极蒸发并使金属蒸汽游离。阳极区产生的金属蒸汽使经柱电压降低，放电沿着这个低放电电压的通道发展，原来的放电被停止。2.扩散型真空电弧当触头分开时，电流低于临界值（通常为10A）就会发生扩散型电弧。扩散型真空电弧是由一些完全独立的分支电弧并联组成的。每个分支电弧是由负电极上一个阴极斑点和一个从斑点向阳极扩散的等离子体弧柱所组成的。每个独立电弧的电流为数十到数百A，其值与电极材料有关。当既无电场又无电磁干扰时，一个单独的阴极斑点将在阴极表面继续不断地作不规则运动。其运动速度随电流的增大和电弧电压的增高而上升。阴极斑点面积很小，电流密度很大，温度就很高，它不仅要提供强大的电子流，也同时蒸发出大量的金属蒸汽来维持真空电弧的燃烧。真空间隙的气体压力很低，由于阴极斑点蒸发出大量的金属蒸汽，从斑点向外就形成很高的轴向和径向压力梯度，金属蒸汽和游离质点向外扩散，形成从阴极斑点向阳极逐渐扩散的锥形中亮弧柱。推荐精选推荐精选推荐精选阴极斑点在阴极表面不停地由电极中心向边缘运动。当分支弧柱到达电极边缘时被弯曲，此时电弧电压不足维持这一分支弧柱，这个阴极斑点就被熄灭，电弧电流转移到其它新产生的阴极斑点上。这种真空电弧因阴极斑点不断向四周扩散，而被称为扩散型真空电弧。同时，在金属表面两个相邻阴极斑点会互相排斥，因此，许多分裂的阴极斑点也是互相排斥的，并扩散到阴极的全部有效表面上。阴极斑点运动速度的变化范围自零到10m/s左右，在特殊情况下，可能达到50m/s。在一个斑点运动超过触头的边缘时，这个斑点的电弧就被熄灭，斑点上的电流就转移到还继续存在着的斑点上，使之产生新的分裂斑点，而所有的斑点都向触头边缘的外边移动，并依次熄灭。扩散型真空电弧的等离子区的电压降通常很小，蒸汽压力也不很高（例如当电流为100A时，离阴极1cm处的蒸汽压力约为0.33Pz），粒子间基本不发生碰撞。所以正离子依靠其初始动能克服电场的阻滞而达到阳极，这样，等离子体中的电子和正离子都由阴极跑向阳极。扩散型真空电弧中，由于弧柱区域为锥状，阳极接收电子和正离子，没有阳极斑点，阳极表面的电流密度和温度都是较低的，这对交流真空电弧的熄灭很有利。由于阴极斑点的高速扩散，对于阴极斑点在阴极表面上所经过的任一点来说，加热时间很短，阴极不会出现大面积的熔化区域，整个阴极的平均温度也在材料的熔点以下。扩散型真空电弧内的金属蒸汽和游离粒子，都要和弧柱外的真空区域扩散，所以要靠阴极斑点不断地供给金属蒸汽才能维持电弧燃烧。在某一小电流值时，由于弧柱扩散速度过快，阴极斑点附近的蒸汽压力和温度剧降，使斑点的发射和蒸发不能维持弧柱的扩散，则电弧骤然熄灭。正由于真空中的强烈扩散作用，小电流真空电弧是不稳定的，一般只能技术不长的时间便自动熄灭。扩散型真空电弧的寿命呈概率分布，它的平均寿命通常随电流的增加而增加。3.1.3交流真空电弧的熄灭原理扩散型交流真空电弧在电流过零后，电极不会再产生新的阴极斑点，间隙的介质强度恢复也十分迅速，因此，若此时触头间距已有足够大，主不会发生重燃现象，一般在电流过零后就可最终熄灭。集聚型交流真空电弧虽在电流过零时造成熄灭的有利时机，电弧熄灭，弧柱区游离质点向四周真空区域迅速扩散。但是由于阴极和阳极表面都有面积较大、且有一定深度的熔区，这些熔区的冷却需要毫秒级的时间。在这段时间内，电极的熔区仍向弧隙提供大量金属蒸汽，在恢复电压的上升过程中，充满金属蒸汽的弧隙不可避免要发生击穿而使电弧重燃。集聚型交流真空电弧难于熄灭，不能用它来开断电流。所以用真空电弧开断较大的交流短路电流时，须采用必要的措施：推荐精选推荐精选推荐精选（1）使集聚电流值提高，在被开断的电流范围内，始终保持扩散型电弧以使电弧容易熄灭，这通常利用纵向磁场触头来达到；（2）加强横向磁吹、使集聚型交流真空电弧在工频半周的末尾重新转变为扩散型电弧，使在电流过零后不会再引起重燃而熄灭。因为横向磁吹作用使集聚型真空电弧迅速运动，阴极斑点不断地被移向冷的电极，不能停留在原来的熔区上。当在后半周电流减小时，集聚型电弧就不能维持，在新的触头表面上转变成扩散型电弧。在开断较小的交流电流时（尤其在几十安以下），由于真空电弧在电弧电流自然零点以前突然熄灭，可使电流从熄弧时的某一电流值（称截流电流）被截断而强迫突降至零。截流现象会引起过电压，成为真空开关所必须考虑的问题。截流现象的产生，正是由于小电流时真空电弧的不稳定性造成的。平均截流民流值受很多因素的影响，其中主要有：触头材料：材料的饱合蒸汽压力越高，平均截流值就越低；开断电流：随着开断电流的增大，截流电流将增大。但当开断电流增加到某一数值后，截流电流的增加就很缓慢。当开断电流足够大时，截流将不再发生。3.2真空灭弧室的设计计算真空灭弧室是真空开关的心脏，因此它是不可缺少的部件之一。由于真空间隙的绝缘强度很高，开断后介质恢复速度很快，因此灭弧室的触头开距很小，利用金属波纹管与操动机构相联而操作.推荐精选推荐精选推荐精选(1)机械强度——抗拉强度和抗压强度高，软化温度高。(2)密封性——材料致密不漏气；材料有良好的封接性，线膨胀系数须相配，用可伐合金。气密性要求：灭弧室初始真空度高于10-4Pa时，贮存或使用20年的不低于(6.6X10-2-10-4)÷(20X365)≈9.02X10-6Pa。(3)足够的沿面绝缘强度外壳常用的材料有：玻璃和高氧化铝陶瓷。他们沿面爬电绝缘能力相当，关于玻壳，90年代初曾被误解，认为必将被瓷壳代替，理由是国外工业发达的国家只生产瓷壳。后来知道这不是出于性能指标的因数，而是考虑生产成本所致，国外的劳动力人工费很贵，这与我国的国情相反。从电气性能来看，两者没有什么区别；从机械性能来看，玻璃的熔点及抗冲击的强度的确不如瓷材高，但对于10kv到35kv灭弧室来说已足够，而且玻壳有其优点；一是玻体透明便于观察内腔；二是密封工艺较简单，易掌握，且密封面数量较少；三是价格便宜。所以此次设计选用玻璃外壳。推荐精选推荐精选推荐精选3.2.1屏蔽罩屏蔽罩是动静触头外围的一层保护罩，用金属制成。其作用主要有三方面：（1）防止金属蒸汽和飞溅的液滴污染外壳的内壁，吸附电弧生成物，保持内绝缘能力。屏蔽罩的材料要求对电弧生成物有较大亲和力。（2）改善灭弧管内部的电场分布，提高开断过程中动态绝缘水平。（3）吸收并散发电弧能量，冷凝电弧降低离子密度，有助于介质强度快速上升。据实验测定，真空电弧能量有70%左右耗散在屏蔽罩上，故需采用导热性良好的材料,此次选用无氧铜。它的固定方式采用绝缘瓷挂固定式。工艺较简单，成本较底。为了估计出比较合适的屏蔽罩直径，若只考虑主屏蔽罩温升，可以用下式计算，设在分断电流熄灭电弧的过程中70%的能量被主屏蔽罩吸收，则：W=0.7Vit(1)又得到主屏蔽罩吸收能量与最大能量密度间的关系为：W=[πDmin.d]∆Wmax.t(2)由上面两式可以确定主屏蔽罩的直径：Dmin1=0.7VI/(πd)∆Wmax=0.74620103/3.141210-133.8103=6.1(cm)其中V——电弧电压；I——分断电流；d——触头开距；∆Wmax——允许吸收的最大能量密度。注：本次设计所选触头为纵磁场杯状触头，直径50mm，开距12mm。查《真空开关》(王季梅编)图5—13（79页）得V=46v查表5—2（74页）得∆Wmax=33.8kw/cm2查JB3855-1996的5.19额定参数配合表选I=20103A额定电流为630A时又为了保证触头和主屏蔽罩之间有足够大的耐压强度两者要有一定间隙。对10KV真空灭弧装置一般由下式求的Dmin2=D+2（1.5~2）cm=5.0+2（1.5~2）=8~9(cm)式中D为开距主屏蔽罩直径公式选至《高压电器》（尚振球郭闻元编）式9.5由以上计算结果，此次设计D=90mm。3.2.2波纹管波纹管的作用是在动触杆运动范围维持内腔的气密性。用于真空灭弧室的波纹管，目前已越来越多的由非导磁不锈钢制成，这主要是由于它具有操作寿命长，在制造过程中不受热处理的影响而失去弹性，不易氧化和耐腐蚀