高铁变电所高压断路器的运行与维护-真空断路器的特性和原理

高铁变电所运行与维护（一次系统）项目三、高压断路器的维护与检修任务3、真空断路器的特性和原理2目录一真空电弧理论二真空断路器的分类三真空断路器的基本结构真空断路器的操作过电压抑制方法四五真空断路器的优缺点六真空断路器的真空度检查3

一、真空电弧理论

1.真空

真空断路器利用真空度约为10-4Pa（在运行过程中不低于10-2Pa）的高真空作为内绝缘和灭弧介质。2.真空间隙的绝缘性能

真空间隙的气体稀薄，分子的自由行程较大，发生碰撞游离的几率很小。真空间隙具有很高的绝缘强度。真空间隙在某一电压下击穿几次后，由于触头表面的毛刺被冲击掉，触头表面光洁度提高，真空间隙在该电压下就不再击穿了，击穿电压将会升高，这种象叫真空间隙的老化。这是真空间隙独具的特点。真空间隙的绝缘强度与很多因素有关，主要与真空间隙的长度、真空度、电极材料、电极表面状态、形状和大小、施加电压的波形和频率等因素有关。3

一、真空电弧理论

3.真空电弧的形成第一阶段：触头蒸发形成金属蒸汽

其一，金属桥被拉长；其二，触头表面结合不牢固的金属团粒；其三，触头表面尖端突起部分的电场极强，发射自由电子轰击阳极。第二阶段：自由电子穿过高温金属蒸汽运动中带电的金属团粒与电极间形成强电场，此电场可使团粒和电极表面发射大量自由电子。当高速运动的云时，使金属原子电离产生带电离子。离子的定向移动形成传导电流。3

一、真空电弧理论第三阶段：形成阴极斑点

温度极高，不断蒸发金属蒸汽，补充金属蒸汽的损失，阴极斑点发射的电子又电离金属蒸汽，补充离子的损失，触头间的预放电电流就转变成自持的真空电弧。结论：真空电弧的形成是一个电极过程。阴极斑点是真空电弧的生命线。真空电弧是电离状态的金属蒸汽电弧。3

当电极上电弧电流大于10kA时，阴极斑点受电磁力的作用相互吸引，使所有的阴极斑点集聚成一个运动速度缓慢的阴极斑点团(其直径可达1～2cm)，形成单束大弧柱，且电极强烈发光，触头表面将出现熔坑，这种形态的电弧称为集聚型电弧，这种电弧将难以熄灭。一、真空电弧理论

4.真空电弧的形态与熄灭

当电弧电流小于100A时，触头间只存在一束电弧，触头上只有一个阴极斑点，并在触头表面做不规则的运动。当电弧电流大于100A、小于6kA时，阴极斑点会从一个分裂为若干个，并在阴极表面不断向四周扩散，电弧以许多完全分离的并联电弧的形态存在。扩散型电弧可以在交流电流过零时自动熄灭当电极上电弧电流大于10kA时，阴极斑点受电磁力的作用相互吸引，使所有的阴极斑点集聚成一个运动速度缓慢的阴极斑点团(其直径可达1～2cm)，形成单束大弧柱，且电极强烈发光，触头表面将出现熔坑，这种形态的电弧称为集聚型电弧，这种电弧将难以熄灭。3

5.真空电弧的截流现象

当电弧电流很小时，真空电弧是不稳定的。电弧的不稳定性表现为截流现象。所谓截流现象就是交流真空电弧不在工频电流自然过零瞬间熄灭，而是在自然过零前，电流为I0时突然熄灭。由于电路中总有电感存在，当截断电流I0值较大时，若电弧突然熄灭，很大的电流变化率将引起截流过电压，从而危及人身及设备的安全。为此，应设法降低截断电流I0

的数值。

产生截流现象的根本原因是：当电流电弧很小时，阴极斑点提供的金属蒸汽的压力和温度不能维持弧柱的高速扩散。

截断电流I0

的平均值主要取决于触头材料，并与电弧电流的大小、线路阻抗特征和电极上的并联电容、触头的分断速度等因素有关.一、真空电弧理论.4

二、真空断路器的分类

1.按真空灭弧室的布置方式分1.1落地式1.2悬挂式1.3综合式和接地箱式2.按触头形状分2.1横磁吹式2.2纵磁吹式3.按真空灭弧室的外壳分3.1玻璃外壳式3.2陶瓷外壳式

4三、真空断路器的基本结构WVT真空断路器三、真空断路器的基本结构

WVT真空断路器4ZN42-27.5KV真空断路器三、真空断路器的基本结构

三、真空断路器的基本结构

ZN42-27.5KV真空断路器三、真空断路器的基本结构

（1）外壳。外壳是真空灭弧室的密封容器，它不仅要容纳和支持灭弧室内的各种部件，而且当动、静触头在断开位置时起绝缘作用。因此，整个外壳通常由绝缘材料和金属组成。对外壳的要求首先是气密封要好；其次是要有一定的机械强度；再是有良好的绝缘性能。（2）波纹管。波纹管既要保证灭弧室完全密封，又要在灭弧室外部操动时使触头作分合运动。常用的波纹管有液压成形和膜片焊接两种形式。所用材料以不锈钢为最好。波纹管的侧壁可在轴向上伸缩，其允许伸缩量决定了灭弧室所能获得的触头最大开距。一般情况下，波纹管的疲劳寿命也决定了灭弧室的机械寿命。

真空断路器灭弧室组成：三、真空断路器的基本结构

（3）屏蔽罩。触头周围的屏蔽罩主要是用来吸附燃弧时触头上蒸发的金属蒸气，防止绝缘外壳因金属蒸气的污染而引起绝缘强度降低和绝缘破坏，同时，也有利于熄弧后弧隙介质强度的迅速恢复。屏蔽罩还能起到使灭弧室内部电压均匀分布的作用。在波纹管外面用屏蔽罩，可使波纹管免遭金属蒸气的烧损。屏蔽罩的导热性能越好，其表面冷却电弧的能力也就越好。因此，制造屏蔽罩常用材料为无氧铜、不锈钢和玻璃，铜是最常用的。

真空断路器灭弧室组成：三、真空断路器的基本结构

（4）触头。

触头是真空灭弧室内最为重要的元件，灭弧室的开断能力和电气寿命主要由触头状况来决定。目前真空灭弧室的触头系统，就接触方式而言，都是对接式的。

真空断路器灭弧室组成：

四、高压真空断路器操作过电压的抑制方法

①采用低电涌真空灭弧室。这种灭弧室既可降低截流过电压，又可提高开断能力。②在负载端并联电容。既可以降低，也可减缓恢复电压的上升陡度。

③在负载端并联电阻和电容。它不仅能降低截流过电压及其上升速度，而且在高频重燃时可使振荡过程强烈衰减，对抑制多次重燃过电压有较好的效果，电阻一般选100～200Ω，电容选0.1～0.2μF。④串联电感。可降低过电压的上升陡度和幅值。⑤安装避雷器。用它限制过电压的幅值。五、真空断路器的优缺点

(1)触头开距小,动作快；(2)燃弧时间短，触头烧损轻；(3)寿命长，适于频繁操作；(4)体积小，结构紧凑，真空灭弧室不需检修，维修工作量小；(5)防火、防爆性能好；(6)制造工艺复杂，造价高；(7)监视真空度变化的简易装置尚未解决；(8)开断小电流时，有可能