真空断路器

  “真空断路器”因其灭弧介质和灭弧后触头间隙的绝缘介质都是高真空而得名；其具有体积小、重量轻、适用于频繁操作、灭弧不用检修的优点，在配电网中应用较为普及。 线Hz三相交流系统中的户内配电装置，可供工矿企业、发电厂、变电站中作为电器设备的保护和控制之用，非常适合于要求无油化、少检修及频繁操作的使用场所，断路器可配置在中置柜、双层柜以及固定柜中作为控制和保护

  ，并获得了设计专利。1920年瑞典佛加公司第一次制成了线年等公布的研究成果也显示了在真空中分断电流的可能性，但因分断能力小，又受到真空技术和真空材料发展水平的限制，尚不能投入实际使用。随着线年代美国才制成第一批适用于切断电容器组等特别的条件的真空开关,分断电流尚停在4千安的水平。由于真空材料冶炼技术上的进步和真空开关触头结构研究上所取得的突破，1961年，开始生产15千伏、分断电流为12.5千安的线千安的真空断路器，从而使真空断路器进入了高电压、大容量的电力系统。80年代中期，真空断路器的分断能力已达100千安。 中国从1958年开始研制线年西安交通大学和西安开关整流器厂共同研制成第一批6.7千伏、分断能力为600安的线千安的三相线年华光电子管厂和西安高压电器研究所制成了 10千伏、2千安单相快速

  真空断路器通常可分多个电压等级。低压型通常用于防爆电气使用。像煤矿等等。

  额定电流达到5000A，开断电流达到50kA的较好水平，并已发展到电压达35kV等级。

  80年代以前，真空断路器处于发展的起步阶段，技术上在不断摸索，还不能制定技术标准，直到1985年后才制成相关的产品标准。

  这里需要说明：IEC标准中并无与我国JB 3855相对应的专用标准，只是套用《IEC56交流高压断路器》。因此，我国真空断路器的标准至少在下列几个维度高于或严于IEC标准：

  1.2/50冲击耐压(kV) 75 75(极间、极对地)84(断口间)

  (2)电寿命试验结束后真空灭弧室断口的耐压水平：IEC56中无规定。我国JB3855一96规定为：完成电寿命次数试验后的真空断路器，其断口间绝缘能力应不低于初始绝缘水平的80%，即工频1min33.6kV和冲击60kV。

  的试验电流：IEC标准中，试验电流就等于产品的额定电流。我国DL403-91中规定试验电流为产品额定电流的110%。

  2.真空断路器的主要技术参数 真空断路器的参数，大致可划分为选用参数和运行参数两个方面。前者供用户设计选型时使用；后者则是

  表中所列各项参数，均须按JB3855和DL403标准的要求，在产品的型式试验中逐项加以验证，最终数据以型式试验报告为准。

  真空断路器主要包含三大部分：真空灭弧室、电磁或弹簧操动机构、支架及其他部件。

  按照开关型式不同有外屏蔽罩式陶瓷真空灭弧室、中间封接杯状纵磁场小型化真空灭弧室、内封接式玻璃泡灭弧室，其基本结构如下：

  由陶瓷、玻璃或微晶玻璃制成的气密绝缘筒、动端盖板、定端盖板、不锈钢波纹管组成的气密绝缘系统是一个真空密闭容器。为了能够更好的保证气密性，除了在封接式要有严格的操作工艺，还要求材料本身透气性和内部放气量小。

  由定导电杆、定跑弧面、定触头、动触头、动跑弧面、动导电杆构成。触头结构大致有三种：圆柱形触头、带有螺旋槽跑弧面的横向磁场触头、纵向磁场触头。目前采用纵磁场技术，此种灭弧室具有强而稳定的电弧开断能力。

  屏蔽罩是真空灭弧室中必不可少的元件，并且有围绕触头的主屏蔽罩、波纹管屏蔽罩和均压用屏蔽罩等多种。主屏蔽罩的作用是：a防止燃弧过程中电弧生成物喷溅到绝缘外壳的内壁，以此来降低外壳的绝缘强度。b改善灭弧室内部电场分布的均匀性，有利于降低局部场强，促进真空灭弧室小型化。c冷凝电弧生成物，吸收一部分电弧能量，有助于弧后间隙介质强度的恢复。

  按照断路器型式不同，采用的操作机构不同。常用的操作机构有弹簧操作机构、CD10电磁操作机构、CD17电磁操作机构、CT19弹簧储能操作机构、CT8弹簧储能操作机构。

  ①触头开距小，10KV真空断路器的触头开距只有10mm左右，操作机构的操作功就小，机械部分行程小，其机械寿命就长。

  ④由于触头在开断电流时磨损量较小，所以触头的电气寿命长，满容量开断达30-50次，额定电流开断达5000次以上，噪音小适于频繁操作。

  由于其优点很多，所以大范围的应用于变电站中，目前型号主要有：ZN12-10型、ZN28A-10型、ZN65A-12型、ZN12A-12型、VS1型、ZN30型等。

  真空断路器技术标准真空断路器在我国近十年来得到了蓬勃的发展。产品从过去的ZN1～ZN5几个品种发展到数十多个型号、品种，额定电流达到5000A，开断电流达到50kA的较好水平，并已发展到电压达35kV等级。

  80年代以前，真空断路器处于发展的起步阶段，技术上在不断摸索，还不能制定技术标准，直到1985年后才制定相关的产品标准。

  JP3855-96《3.6～40.5kV交流高压真空断路器通用技术条件》

  这里需要说明：IEC标准中并无与我国JB3855相对应的专用标准，只是套用《IEC56交流高压断路器》。因此，我国真空断路器的标准至少在下列几个维度高于或严于IEC标准：

  1.2/50冲击耐压(kV) 75 75(极间、极对地)84(断口间)

  (2)电寿命试验结束后真空灭弧室断口的耐压水平：IEC56中无规定。我国JB3855一96规定为：完成电寿命次数试验后的真空断路器，其断口间绝缘能力应不低于初始绝缘水平的80%，即工频1min33.6kV和冲击60kV。

  (4)温升试验的试验电流：IEC标准中，试验电流就等于产品的额定电流。我国DL403-91中规定试验电流为产品额定电流的110%。

  2.真空断路器的主要技术参数 真空断路器的参数，大致可划分为选用参数和运行参数两个方面。前者供用户设计选型时使用；后者则是

  真空断路器的工作原理是：当动、静触头在操作机构的作用下分闸时，触头间产生电弧，触头表面在高温下挥发出蒸汽，由于触头设计为特殊形状，在电流通过时产生一磁场，电弧在此磁场作用下沿触头表面切线方向快速运动，在金属圆筒(屏蔽罩)上凝结了部分金属蒸汽，电弧在自然过零时就熄灭了，触头间的介质强度又迅速恢复起来。

  ZN28-12/1250-20 ZN27-12/1250-31.5 ZN27A-12/3150-40

  其它 额定操作顺序 分-0.5s-合分-180s-合分 分-180s-合分-180-合分

  （运行参数） 序号 机械特性参数 单位 ZN28-12/1250-20 ZN27-12/1250-31.5 ZN27A-12/3150-40

  3 触头接触压力 N 1500±200 3000±200 5000±300

  5 平均分闸速度 m/s 1.1±0.2 1.1±0.3 1.1±0.3

  的要求，保证真空断路器电气机械性能，确保运行可靠性，真空断路器须具有稳定、良好的机械特性。主要机械特性列于上表，亦以三种断路器技术指标为例。 4.各机械特性对产品性能的影响 产品机械特性的优劣，对产品各项电气性能有重要的关系，而且影响产品运行可靠性。衡量真空断路器的性能，真空灭孤室本身的性能固然重要，然而机械特性同样具有举足轻重的作用。下面对各机械特性参数与产品性能的关系分述如下：

  触头的开距主要根据真空断路器的标称电压和耐压要求，一般额定电压低时触头开距选得小些。但开距太小会影响分断能力和耐压水平。开距太大，虽能提高耐压水平，但会使真空灭弧室的波纹管寿命下降。设计时一般在满足运行的耐压要求下尽量把开距选得小一些。10kV线mm之间。

  闭合，称之为自闭力，其大小取决于波纹管的端口直径。灭弧室在工作状态时，这个力太小不能够确保动静触头间良好的电接触，必须施加一个外加压力。这个外加压力和自闭力之和称为触头的接触压力。这个接触压力有如下几个作用：

  (2)满足额定短路状态时的动稳定要求。应使触头压力大于额定短路状态时的触头间的斥力，以保证在该状态下的完全闭合和不受损坏。

  (3)抑制合闸弹跳。使触头在闭合碰撞时得以缓冲，把碰撞的动能转弹性势能，抑制触头的弹跳。

  (4)为分闸提供一个加速力。当接触压力大时，动触头得到较大的分闸力，容易拉断会闹熔焊点，提高分闸初始的加速度，减少燃弧时间，提高分断能力。触头接触压力是一个很重要的参数，在产品的初始设计中要经过多次验证、试验才选取得较为贴切。如触头压力选得太小，满足不了上述各方面的要求；但触头压力太大，一方面需要增大合闸操作功，另外灭弧室和整机的机械强度要求也需要提高，技术上不经济。

  真空断路器毫无例外地采用对接式接触方式。动触头碰上静触头之后就不能再前进了，触头接触压力是由每极触头压缩弹簧(有时称作合闸缓冲弹簧)提供的。所谓接触行程，就是开关触头碰触开始，触头压簧施力端继续运动至终结的距离，亦即触头弹簧的压缩距离，故又称压缩行程。

  接触行程有两方面作用，一是令触头弹簧受压而向对接触头提供接触压力；二是保证在运行磨损后仍就保持一定的接触压力，使之可靠接触。一般接触行程可取开距的20%～30%左右，10kV的线

  真空断路器的实际结构中，触头合闸弹簧设计成即使处于分闸位置，也有相当的预压缩量，有预压力。这是为使合闸过程中，当动触头尚未碰到静触头而发生预击穿时，动触头有相当力量抵抗电动力，而不致于向后退缩；当触头碰接瞬间，接触压力陡然跃增至预压力数值，防止合闸弹跳，足以抵抗电动斥力，并使接触初始就有良好状态；随着接触行程的前进，触头间的接触压力逐步增大，接触行程终结时，接触压力达到设计值。接触行程不包括合闸弹簧的预压缩量程，它其实就是合闸弹簧的第二次受压行程。

  平均合闸速度主要影响触头的电磨蚀。如合闸速度太低，则预击穿时间长，电弧存在的时间长，触头表面电磨损大，甚至使触头熔焊而粘住，降低灭弧室的电寿命。但速度太高，易产生合闸弹跳，操动机构输出功也要增大，对灭弧室和整机机械冲击大，影响产品的使用可靠性与机械寿命。平均合闸速度通常取0.6m/s左右为宜。

  断路器的分闸速度一般而言速度越快越好，这样做才能够使首开相在电流趋近于0前2～3ms时能开断故障电流；否则首开相不能开断而延续至下一相，原来首开相变为后开相，燃弧时间加长了，增加了开断的难度，甚至使开断失败。但分闸速度太快，分闸的反弹也大，反弹太大震动过剧亦易产生重燃，所以分间速度亦应考虑这方面因素。分闸速度的快慢，主要根据合闸时动触头弹簧和分闸弹簧的贮能大小。为了更好的提高分闸速度，能增加分闸弹簧的贮能量，也能增加合闸弹簧的压缩量，这都必然需要提高操动机构的输出功和整机的机械强度，降低了技术经济指标。经过多年试验认为，10kV的真空断路器，平均分闸速度能保证在0.95～1.2m/s比较合适。

  合闸弹跳时间是断路器在合闸时，触头刚接触开始计起，随后产生分离，可能又接触又分离，到其稳定接触之间的时间。

  这一参数国外的标准中都没有明确规定，1989年底能源部电力司提出真空断路器合闸弹跳时间必须小于2ms。为什么合闸弹跳时间要小于2ms呢？主要是合闸弹跳的瞬间会引起电力系统或设备产生L.C高频振荡，振荡产生的过电压对电气设备的绝缘会造成伤害甚至损坏。当合闸弹跳时；同小于2ms时，不会产生较大的过电压，设备绝缘不会受损，在关合时动静触头之间也不会产生

  合闸的不同期性太大会造成合闸的弹跳，因为机构输出的运动冲量仅由首合闸相触头承受。分闸的不同期性太大可能使后开相管子燃弧时间加长，降低开断能力。

  合闸与分闸的不同期性一般是同时存在的，所以调好了合闸的不同期性，分闸的不同期性也就有了保证。产品中要求合分闸不同期性小于2ms。

  分、合闸时间是指从操动线圈的端子得电时刻计起，至三极触头全部合上或分离止的一段时间间隔。

  合、分闸线圈是按短时工作制作设计的，合闸线ms，分闸线ms。分、合闸时间一般在断路器出厂时已调好，无须再动。

  当断路器用在发电系统并在电源近端短路时，故障电流衰减较慢，若分闸时间很短，这时断路器分断的故障电流就可能含有较大的直流分量，开断条件更为恶劣，这对断路器的开断是很不利的。所以用于发电系统的真空断路器，其分闸时间尽可能设计长些为宜。

  回路电阻值是表征导电回路的联接是否良好的一个参数，各类型产品都规定了一些范围内的值。若回路电阻超过规定值时，很可能是导电回路某一连接处接触不良。在大电流运行时接触不良处的局部温升增高，严重时甚至引起恶性循环造成氧化烧损，对用于大电流运行的断路器尤需加倍注意。回路电阻测量，不允许采取电桥法测量，须采用GB763规定的直流压降法。

  “真空断路器”的触头常采取对接式触头。因为一般的真空断路器在分闸状态下动静触头的距离只有16mm这么小的距离很难制作出其他形状的接触面，而且平直的接触面瞬间动作电弧的损伤也较小。真空断路器的优点之一是体积小，动静触头要在一个绝对真空的空间内动作，如果制作成其他的对接方式也会增加断路器自身的体积！

  ”是一种电设备，外线先进入柜内主控开关，然后进入分控开关，各分路按其需要设置。如仪表，自控，电动机磁力开关，各种

  等，有的还设高压室与低压室开关柜，设有高压母线，如发电厂等，有的还设有为保主要设备的低周减载

  DL/T 539-1993户内交流高压开关柜和元部件 凝露及污秽试验技术条件

  对真空断路器应该每年进行一次停电检查维护，以保障正常运行。检查应做好如下方面的工作：

  d)对各连接件的可调整处的连接螺栓、螺母等应检查是不是有松动，特别是辅助开关拐臂处的连接小螺钉，真空管动导电杆连接的锁紧螺母等。

  e)对各转动关节处应检查各种卡簧，销子等是不是松脱；并对各转动、滑动部分加润滑油膏。

  f)对使用在电流大于1 600 A以上的真空断路器，应对每极作直流电阻测试并记录在册。

  g)如需更换管子应按产品说明书的要求做，更换后应进行机械特性的测试和耐压试验。

  内开断电流并进行灭弧，而真空断路器本身没有定性、定量监测真空度特性的装置，所以真空度降低故障为隐性故障，其危险程度远大于显性故障。

  (3) 分体式真空断路器，如使用电磁式操作机构的真空断路器，在操作时，由于操作连杆的距离比较大，直接影响开关的同期、弹跳、超行程等特性，使真空度降低的速度加快。

  真空度降低将极度影响真空断路器开断过电流的能力，并导致断路器的常规使用的寿命急剧下降，严重时会引起开关爆炸。

  (1) 在进行断路器定期停电检修时，一定要使用真空测试仪对真空泡进行真空度的定性测试，确保真空泡具有一定的线) 当真空度降低时，必须更换真空泡，并做好行程、同期、弹跳等特性试验。

  (2) 选用本体与操作机构一体的线) 运行人员巡视时，应注意断路器真空泡外部是否有放电现象，如存在放电现象，则真空泡的真空度测试结果基本上为不合格，应及时停电更换；

  (4) 检修人员进行停电检修工作时，一定要进行同期、弹跳、行程、超行程等特性测试，以确保断路器处在良好的工作状态。

  (1) 检查分闸回路是否断线) 检查分闸线圈是否断线) 测量分闸线圈电阻值是否合格；

  运行人员若发现分合闸指示灯不亮，应及时检查分合闸回路是否断线；检修人员在停电检修时应注意测量分闸线圈的电阻，检查分闸顶杆是否变形；如果分闸顶杆的材质为铜质应更换为钢质；一定要进行低电压分合闸试验，以保证断路器性能可靠。

  (2) 储能电机运转不停止，甚至导致电机线) 行程开关安装的地方偏下，致使合闸弹簧尚未储能完毕，行程开关触点已经转换完毕，切断了电机电源，弹簧所储能量不够分闸操作；

  (2) 行程开关安装的地方偏上，致使合闸弹簧储能完毕后，行程开关触点还没有正真获得转换，储能电机仍处于工作状态；

  在合闸储能不到位的情况下，若线路发生意外事故，而断路器拒分闸，将会导致事故越级，扩大事故范围；如储能电机损坏，则真空开关没办法实现分合闸。

  运行人员在倒闸操作时，应注意仔细观察合闸储能指示灯，以判断合闸储能情况；检修人员在检修工作结束后，应就地进行2次分合闸操作，以确定断路器处在良好状态。

  (1) 断路器本体机械性能较差，多次操作后，由于机械问题造成不同期、弹跳数值偏大；

  (2) 分体式断路器由于操作杆距离较大，分闸力传到触头时，各相之间有偏差，导致不同期、弹跳数值偏大。

  如果不同期或弹跳大，都会极度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。由于此故障为隐性故障，所以危险程度更大。

  (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；

  (2) 如果通过调整没办法实现，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。

  由于分体式真空断路器存在诸多故障隐患，在更换断路器时应使用一体式真空断路器；定期检修工作时一定要使用特性测试仪进行有关特性测试，及时有效地发现问题解决问题。

  用到真空断路器的地方必然会用到微机保护设施，微机保护设施是用微型计算机构成的继电保护，是电力系统继电保护的发展趋势，它具有高可靠性，高选择性，高灵敏度，微机保护设施硬件包括微处理器（单片机）为核心，配以输入、输出通道，人机接口和通讯接口等。该系统大范围的应用于电力、石化、矿山冶炼、铁路以及民用建筑等。

  1）微机保护设施集测量、控制、监视、保护、通信等多种功能于一体的电力自动化高新技术产品,是构成智能化开关柜的理想电器单元。

  2）多种功能的高度集成，灵活的配置，友好的人机界面，使得该通用型微机综合保护设施可作为35KV及以下电压等级的不接地系统、小电阻接地系统、消弧线圈接地系统、直接接地系统的各类各类电器设备和线路的保护及测控，也可作为部分66KV、110KV电压等级中系统的电压电流的保护及测控

  3）采用32位数字信号处理器（DSP）具有先进的内核结构，高速运算能力和实时信号处理等优点。

  4）支持常规的RS485总线和及CAN（DEVICENET）现场总线通讯，CAN总线具有也错帖自动重发和故障节点自动脱离等纠错机制，保护信息的实施性和可靠性。

  5）完善的自检能力，发现装置异常自动报警；具有自保护能力，有很大效果预防接线错误和非正常运行引起的装置永久性损坏；免维护设计，无需在现场调整采样精度，测量精度不会因为环境改变和长时间运行引起误差增大！