真空闸

基础知识真空断路器

发布时间:2022/5/1 16:54:40   
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真空断路器的真空指的是什么

真空是相对而言的,指的是绝对压力低于一个大气压的气体稀薄空间。绝对真空是指绝对压力等于零的空间,这是理想的真空,目前世界上还不存在。表示真空的程度要用真空度来表示,也就是稀薄气体空间的绝对压力值。绝对压力越低,则真空度越高。根据实验,要满足真空灭弧室的绝缘强度,真空度不能低于6.6x10-2Pa。工厂制造的新真空灭弧室要求达到7.5x10-2Pa以下。真空断路器灭弧原理是什么

真空断路器的灭弧原理是:同任何一种高压开关一样,熄灭电弧都要靠灭弧室。灭弧室是高压开关的心脏。当开关的动触头和静触头分开的时候,在高电场的作用下,触头周围的介质粒子发生电离、热游离、碰撞游离,从而产生电弧。如果动触头、静触头处于绝对真空之中,当触头开断时由于没有任何物质存在,也就不会产生电弧,电路就很容易分断了。

但是绝对真空是不存在的,人们只能制造出相对高的真空度。真空断路器的灭弧室的真空度已做到1.3x10-2~1.3x10-4Pa以上,在这种高真空中,电弧所产生的微量离子和金属蒸汽会极快地扩散,从而受到强烈的冷却作用,一旦电流过零熄弧后,真空间隙介电强度恢复速度也极快,从而使电弧不再重燃。这就是真空断路器利用高真空来熄灭电弧并维持极间绝缘的基本原理。

真空断路器的优点有哪些

高压真空断路器优点有:

在密封的容器中熄弧,电弧和炽热气体不外露。灭弧室作为单独的元件,安装调试简单、方便。

触头间隙很小,一般10mm左右,合闸功小,机构简单,使用寿命长。

熄弧时间短,弧压低,电弧能量小,触头损耗小,开断次数多。

动导杆的惯性小,能频繁使用。

操动机构小,整机体积小,重量轻。

控制功率小,开关操作时动作噪声小。

灭弧介质或绝缘介质不用油,没有活在和爆炸的危险,安全。

触头部分为完全密封结构,不会受潮气、灰尘、有害气体等的影响而降低其性能。工作可靠,通断性能稳定。

电弧开断后,断口间介质恢复快,介质不需要更换。

戒指不会老化也不需要更换。使用年限内,触头部分不需要维修、检查,一般可达20年左右不用检修。维护工作量小,维护成本低,仅为少油断路器的1/20左右。

具有多次重合闸功能,适合配电网应用要求。

真空断路器的缺点有哪些

1.在开断感性负载或容性负载时,由于截流、正当、重燃等原因,容易引起过电压,应采取相应的过电压保护。

2.产品的一次投资价格较高,主要决定于真空灭弧室的专业生产及机构可靠性的要求,如果综合考虑运行维护费用,价格并不高。

3.由于真空断路器的触头结构是采用对接式,操动机构使用了弹簧,容易产生合闸弹跳与分闸反弹。合闸弹跳不仅会产生较高的过电压影响电网的稳定运行,还会使触头烧损甚至熔焊,特别是在投入器组产生涌流时及短路关合的情况下更加严重。分闸反弹会减小弧后触头间距,导致弧后的重击穿,后果十分严重。

一般用于高压开关柜中的真空断路器属于户内型真空断路器,如kyn28中置式高压开关柜中使用的就是真空断路器。目前,我国10kv电压等级的真空断路器已经基本取代油断路器,其利用率也已超过96%;在35kv电压等级真空断路器的利用率超过62%。真空断路器已经成为35kv等级以下中压领域中应用最为广泛的断路器。

真空间隙的绝缘特性

真空间隙的绝缘特性包括:

真空间隙析出的金属是引起绝缘破坏的主要原因。

要保持真空灭弧室的绝缘强度,其真空度不能低于0.Pa

在实用的触头开断范围内,真空的绝缘强度比变压器油、SF6及空气的绝缘强度都高得多。

真空间隙的绝缘强度和间隙大小、电场均匀程度有关,受电极材料的性质及表面情况的影响很大。

影响真空间隙击穿强度的因素主要有哪些

影响真空间隙击穿强度的因素主要有:

电极的材料、电极形状及表面状况、电极间隙的长度。

真空度。对于较短的真空间除,当真空度在1.33x10-6~1.33x10-2Pa范围变化时,击穿电压基本上不随真空度的变化而变化,但当真空度在1.33x10-2~1.33Pa范围内时,击穿电压随真空度降低迅速下降。

老练作用。老练是使新的真空灭弧室经过若干次击穿或使暴露的表面经受离子轰击的一种过程,是用来消除或钝化表面突起而使之成为无害缺陷的一种手段。经过老练,消除了电极表面的微观凸起、杂质和其他缺陷,提高了间隙的击穿电压并使之接近稳定。

操作条件。一种情况是真空断路器带电合闸,而在分闸时电源已被切断,则因合闸时的熔焊现象在分闸时产生的毛刺不能被电流烧去,造成绝缘下降:另一种情况是老练处理后的断路器备用时间较长,在空载操作时,击穿电压往往有明显的降低,这是因为触头闭合形成冷焊而分开时又拉出新丝的原因,但对硬金属材料影响不明显。

电压的类型及波形。

真空度多间隙击穿有什么影响在间隙距离不同时,真空度对击穿的影响有完全不同的情况。对于较短的真空间隙,实验表明,当真空度在1.33x10-6~1.33x10-2Pa之间变化时,击穿电压基本上不随真空度变化而变化。但当真空度1.33x10-2~1.33Pa范围内时,击穿电压随着真空度降低而迅速下降,下图给出了间隙长度为1mm的钨电极真空间隙的击穿电压与真空度的关系。可见,真空灭弧室通常的工作压力低于1.33x10-2Pa,而新产品的真空度要求更高(如7.x10-4Pa以上)。对于数厘米到数十厘米的真空间隙,由于存在明显的压力效应,击穿电压和真空度的关系就不一样。在高真空范围内,击穿电压为恒值:在中真空范围内,随着真空度下降,击穿电压反而提高。下图所示为20cm(曲线1)及5cm(曲线2)不锈钢电极间隙的实验曲线。由图可见,在6.65x10-4Pa以上真空度范围内,击穿电压不变。但在6.65x10-2Pa真空度下,击穿电压达到最大值,然后击穿强度随压力增加而急剧下降。老练对真空灭弧室绝缘性能有什么影响?老练是使新的真空灭弧室经过若干次击穿或使暴露的表面经受离子轰击的一种过程,是用来消除或钝化表面突起而使之成为无害缺陷的一种手段。经过老练,消除了电极表面的微观凸起、杂质和其他缺陷,从而提高了间隙的击穿电压并使之接近稳定。老练分为电压老练和电流老练两种。电压老练是在高电压作用下间隙产生多次小电流火花放电或长期通过预放电电流。但文献表明,老练后的灭弧室经过一定时期存放,老练作用会部分消失,甚至全部消失。电流老练是让间隙间燃烧直流或交流真空电弧,其作用主要是除气和清洁电极,因而可以改善开断性能。真空电弧有哪两种形式,其特点如何?

真空电弧有小电流下的扩散型和大电流下的积聚型两种形态。

(1)在小电流下(如几千安以下),阴极上存在许多高温的小面积(又称之为阴极斑点)。阴极斑点温度很高、电流密度极大,并处于不断的游动、分裂、熄灭和再生的过程中。这种存在许多阴极斑点且不断向四周扩散的真空电弧叫作扩散型真空电弧。扩散型电弧阴极斑点的高速运动对真空断路器的灭弧性能十分有利。因为就阴极斑点所经过的电极表面的任何一点来说,都被加热极短一段时间,只有极薄的一层金属被熔化。阴极斑点一离开,融化的金属表面层能在微秒级时间内凝固,从而使电弧过零灭弧成为可能。(2)真空电弧的电流超过数千安后,电弧外形发生明显变化,阴极斑点不再向四周扩散,它们相互吸引而聚集成一个或几个阴极斑点团。这种阴极斑点团移动速度很慢,阳极和阴极被局部加益,表面严重熔化,这种电弧叫作集聚型真空电弧。这种电弧由于在工频交流电流过零后,过量的金属蒸气仍会发射并存在,因而使灭弧成为不可能。真空灭弧室基本结构包括哪些

真空灭弧室是真空断路器的核心元件,承担开断、导电和绝缘等方面的功能。真空灭弧室的基本元件有外壳、波纹管、动静触头和屏蔽罩等元件。

真空灭弧室外壳元件的作用及特点是什么

真空灭弧室外壳是一个真空密闭容器,外壳材料主要有玻璃和陶瓷两种。玻璃外壳优点是:容易加工:有一定的机械强度;有良好的气密性和较高的绝缘强度:与多种金属易于封接:由于玻璃是透明的,可以观察内部情况,因而便于运行监视。但缺点是:不能承受强烈的冲击:软化温度比较低。

陶瓷外壳的机械强度远比玻璃的高,软化温度也高,但装配焊接工艺较复杂,价格也较贵。由于其优良的特性,陶瓷外壳已得到越来越多的应用。

由于绝缘材料和金属材料的线膨胀系数相差很大,为了消除焊接应力,在玻璃或陶瓷圆筒和金属端盖之间常插入一个可伐环。可伐环是一种铁镍铬合金材料,其膨胀系数和玻璃或陶瓷相近,机械强度和气密性好,焊接性能也很好。

真空断路器的检测试验项目有哪些

真空断路器在交接时、大修或运行1~3年后,应进行的检测试验项目有:

(1)不同额定电压等级断路器的绝缘电阻检测同油断路器。

(2)断路器分别在合闸、分闸状态下进行主回路对地、断口及相间交流耐压(更换绝缘提升杆后必须进行),要求相间、相对地耐压值相同,断口的耐压值按出厂值试验。

(3)辅助回路、控制回路交流耐压试验和导电回路电阻同油断路器。

(4)在额定操作电压下断路器的机械特性:合闸时间、分闸时间及合闸、分闸速度应符合制造厂规定;分闸不同期不大于2ms,合闸不同期不大于3ms;合闸弹跳时间对于12kV不大于2ms,对于40.5kV不大于3ms;分闸反弹幅值不大于触头开距的20%。

(5)灭弧室的触头开距及超行程应符合制造厂规定。

(6)操动机构合闸接触器及合闸、分闸电磁铁的最低动作电压同油断路器。

(7)合闸接触器和合闸、分闸电磁铁线圈的直流电阻和绝缘电阻同油断路器。

(8)有条件时应进行灭弧室真空度测试,测试结果应符合制造厂规定。

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