文档介绍：第六章高压开关电器
第三节真空断路器
教学内容
本节教学内容
一、真空电弧及有关概念
二、真空断路器的特点
三、真空断路器的过电压及限制措施
四、真空灭弧室的基本结构
五、真空断路器实例
六、新型真空断路器简介
七、真空断路器的使用知识
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一、真空电弧及有关概念
绝对压力低于正常大气压的气体稀薄的空间。
真空的程度,用气体的绝对压力值来表示,绝对压力值越低表示真空度越高。
在真空容器中进行电流开断与关合的断路器。
真空间隙气体稀薄,气体分子的自由行程大,发生碰撞游离的机会少,击穿电压高,绝缘强度高。
×10-3~×10-7Pa之间。
真空电弧的形成:在开断电流时,随着触头的分离,触头接触面积迅速减少,其电流密度非常大,温度急剧升高,使接触点的金属熔化并蒸发出大量的金属蒸汽。由于金属蒸汽温度很高,同时又存在很强的电场,导致强电场发射和金属蒸汽的电离,从而发展成真空电弧。
真空电弧实质:触头电极蒸发出来的金属蒸汽导电。
真空电弧的特性主要取决于:触头材料及其表面状况还与剩余气体的种类、间隙距离和电场的均匀程度有关。
真空电弧的熄灭:在真空电弧中生成带电粒子和金属蒸汽具有很高扩散速度的特性,在电弧电流过零,电弧暂时熄灭时,使触头间隙介质强度能很快恢复而实现灭弧的。
真空断路器触头间隙绝缘强度的恢复,取决于带电粒子的扩散速度、开断电流的大小以及触头的面积、形状和材料等因素。
在燃弧区域施加横向磁场和纵向磁场,驱动电弧高速扩散运动,可以提高介质强度的恢复速度,还能减轻触头的烧损程度,提高使用寿命。
二、真空断路器的特点
优点:
,整机体积小,操动机构功率小,重量轻。
,不会污染。
,开断电流大,熄弧时间短,开断次数多,使用寿命长。
,适合于频繁操作,多次重合闸。
,不更换,维护工作量小。
,能适用于各种不同的场合,特别是危险场所。
,工作可靠,通断性能稳定。
、方便。
缺点:
,容易引起过电压。
,操动机构使用弹簧,容易产生合闸弹跳与分闸反弹。
合闸弹跳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,特别在投入电容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。
、制造工艺要求很高,价格较高。
三、真空断路器的过电压及限制措施
当真空电弧电流减小时,提供的金属蒸汽不够充分和稳定,难以维持真空电弧的稳定燃烧,真空电弧通常不在电流自然过零时熄灭,而是在过零前的某一电流值突然熄灭。随着电弧的熄灭,电流也突然降至零,这一现象称为截流,该电流称作截断电流。在感性电路中,截流将引起操作过电压。
截断电流与电弧电流、负载特性、触头材料及磁场方向等因素有关。
在电容器组并联金属氧化物避雷器(MOA);并联电容器或R-C阻容吸收装置。
四、真空灭弧室的基本结构
真空断路器主要由真空灭弧室、支架和操动机构三部分组成。
真空灭弧室是真空断路器的核心元件,具有开断、导电和绝缘的功能,主要由绝缘外壳、动静触头、屏蔽罩和波纹管组成。
真空灭弧室的性能主要取决于触头材料和结构,还与屏蔽罩的结构、灭弧室的材质以及制造工艺有关。
:既是真空容器,又是动静触头间的绝缘体。
作用:支持动静触头和屏蔽罩等金属部件,与这些部件气密地焊接在一起,以确保灭弧室内的高真空度。
绝缘外壳材料:硬质玻璃、氧化铝陶瓷或微晶玻璃。
:既是关合时的通流元件,又是开断时的灭弧元件。
触头材料:铜铋合金和铜铬合金。
触头的结构形式:采用对接式结构,有三种类型,即平板触头、横向磁场触头和纵向磁场触头,如图所示。这些触头的共同特点是利用磁场力使真空电弧很快地运动,防止在触头上产生需要长时间冷却的受热区域。
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四、真空灭弧室的基本结构
(a)平板触头;(b)杯状触头(横磁场);(c)螺旋触头(横磁场);(d)纵磁场触头;(e)纵磁场触头
平板触头:如图(a)所示,现已被淘汰,使用较多的是横向磁场触头和纵向磁场触头。
横向磁场触头:利用电流流过触头时产生的横向磁场驱使电弧在触头表面运动的触头。主要类型有螺旋触头(用于开断小于40kA的电流,近年来趋于淘汰)如图(c)所示和杯状触头(可以开断40kA以上的电流)如图(b)所示。
纵向磁场触头:利用在磁场间隙中呈现的纵向磁场来提高开断能力的触头