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真空斷路器工作原理

2016年12月22日

一、真空的絕緣特性

 真空具有很強的絕緣特性,在真空斷路器中,氣體非常稀薄,氣體分子的自由行程相

對較大,發生相互碰撞的幾率很小,因此,碰撞游離不是真空間隙擊穿的主要原因,

而在高強電場作用下由電極析出的金屬質點才是引起絕緣破壞的主要因素。

真空間隙中的絕緣強度不僅與間隙的大小,電場的均勻程度有關,而且受電極材料的

性質及表面狀況的影響較大。真空間隙在較小的距離間隙(2毫米)情況下,有比高壓力空氣與SF6 氣體高的絕緣特性,這就是真空斷路器的觸頭開距一般不大的原因。

 電極材料對擊穿電壓的影響主要表現在材料的機械強度(抗拉強度)和金屬材料

的熔點上。抗拉強度和熔點越高,電極在真空下的絕緣強度越高。

 實驗表明,真空度越高,氣體間隙的擊穿電壓越高,但在

 10-4 托以上,就基本

保持不變了,所以,要保持真空滅弧室的絕緣強度,其真空度應不低于

 10-4托。

 二、真空中電弧的形成與熄滅

 真空電弧和我們以前學習的氣體電弧放電現象有很大的差別,

氣體的游離現象不

是產生電弧的主要因素,真空電弧放電是在觸頭電極蒸發出來的金屬蒸汽中形成的。

同時,開斷電流的大小不同,電弧表現的特點也不同。我們一般把它分為小電流真空

電弧和大電流真空電弧。

 1、小電流真空電弧

 觸頭在真空中開斷時,產生電流和能量十分集聚的陰極斑點,從陰極斑點上大量

地蒸發金屬蒸汽,其中的金屬原子和帶電質點的密度都很高,電弧就在其中燃燒。同

時,弧柱內的金屬蒸汽和帶電質點不斷地向外擴散,電極也不斷的蒸發新的質點來補

充。在電流過零時,電弧的能量減小,電極的溫度下降,蒸發作用減少,弧柱內的質

點密度降低,最后,在過零時陰極斑消失,電弧熄滅。

 有時,蒸發作用不能維持弧柱的擴散速度,電弧突然熄滅,發生截流現象。

 2、大電流真空電弧

 在觸頭斷開大的電流時,電弧的能量增大,陽極也嚴重發熱,形成很強的集聚型

的弧柱。同時,電動力的作用也明顯了,因此,對于大電流真空電弧,觸頭間的磁場

分布就對電弧的穩定性和熄弧性能有決定性的影響。如果電流太大,超過了極限開斷

電流,就會造成開斷失敗。此時,觸頭發熱嚴重,電流過零以后仍然蒸發,介質恢復

困難,不能斷開電流。

 三、斷路器的結構和工作原理

真空斷路器的生產廠家比較多,

型號也較繁雜。

按使用條件分為戶內

ZNx**

和戶外(ZWx**)兩種類型。主要由框架部分,滅弧室部分

(真空泡),和操動機構部分組成。

 

斷路器本體部分由導電回路,絕緣系統,密封件和殼體組成。整體結構為三相共

箱式。其中導電回路由進出線導電桿,進出線絕緣支座,導電夾,軟連接與真空滅弧

室連接而成。

  

機構為電動儲能,電動分合閘,同時具有手動功能。整個結構由合閘彈簧,儲能

系統,過流脫扣器,分合閘線圈,手動分合閘系統,輔助開關,儲能指示等部件組成。

 工作原理

 真空斷路器利用高真空中電流流過零點時,等離子體迅速擴散而熄滅電弧,完成

切斷電流的目的。

 動作原理

 儲能過程:當儲能電機

 14接通電源時,電機帶動偏心輪轉動,通過緊靠在偏心

輪上的滾子

10帶動拐臂

9及連板

7擺動,推動儲能棘爪

擺動,使棘輪

11轉動,

當棘輪

11 上的銷與儲能軸套

32的板靠住以后,二者一起運動,使掛在儲能軸套上

32 上的合閘彈簧

21 拉長。儲能軸套

32 由定位銷

13 固定,維持儲能狀態,同時,

儲能軸套

32 上的拐臂推動行程開關

5切斷儲能電機

14 的電源,并且儲能棘爪被抬起,與棘輪可靠脫離。

合閘操作過程:當機構接到合閘信號后(開關處于斷開,已儲能狀態),合閘電

磁鐵

 15 的鐵心被吸向下運動,拉動定位件

13 向逆時針方向轉動,解除儲能維持,合閘彈簧

21 帶動儲能軸套32

逆時針方向轉動,

其凸輪壓動傳動軸套

 30帶動連板

29及搖臂

27 運動,使搖臂

27 扣住半軸

25,使機構處于合閘狀態。此時,連鎖裝

28 鎖住定位件,使定位牛不能逆時針方向轉動,達到機構聯銷的目的,保證了機

構在合閘位置不能合閘操作。

 分閘操作過程斷路器合閘后,分閘電磁鐵接到信號,鐵芯吸合,分閘脫扣器

19 中的頂桿向上運動,使脫扣軸

16 轉動,帶動頂桿

18向上運動,頂動彎板

26 并帶動半軸

25 向反時針方向轉動。

 半軸

25 與搖臂

27 解扣,在分閘彈簧的作用下,斷路器完成分閘操作。

 四、斷路器的調試

 開距與超行程斷路器的開距與超行程的測量可以根據圖三所示,

在分合閘狀態測

量出的

 值之差為斷路器的開距,

值之差為斷路器的超行程。調整的方法為放長或縮短絕緣操作桿

或機構與主軸的連桿。分合閘機構調整

 1、搖臂

 27 與半軸

25 的扣接量為1.5~2.5mm,可以通過調整螺釘

24 來實現。

2、傳動軸套

 30 轉動最大角時,搖臂

27 與半軸間要有1.5~2mm的間隙,以保證傳動軸套回落到合閘位置時,搖臂

27 能自動扣接到半軸

25 上,可以通過螺釘

31 的調節來實現。

來源:上海西大電力科技有限公司
上海西大電力科技有限公司
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