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发电厂变电站电气设备高压开关电器真空断路器 第1页/共17页 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 首页 第2页/共17页 一、真空电弧及有关概念 1．真空 绝对压力低于正常大气压的气体稀薄的空间。 2．真空度 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。 3．真空断路器 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。 真空度一般要求在1.33×10-3～1.33×10-7Pa之间。 4．真空中的电弧 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。 第3页/共17页 二、真空断路器的特点 优点： 1．触头间隙小，整机体积小，操动机构功率小，重量轻。 2．操作时噪声小，不会污染。 3．开断能力强，开断电流大，熄弧时间短，开断次数多，使用寿命长。 4．介质强度恢复迅速快，适合于频繁操作，多次重合闸。 5．介质不会老化，不更换，维护工作量小。 6．使用安全，能适用于各种不同的场合，特别是危险场所。 7．触头部分完全密封，工作可靠，通断性能稳定。 8．灭弧室安装调试简单、方便。 缺点： 1．开断感性负载或容性负载时，容易引起过电压。 2．触头采用对接式结构，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。 3．对密封工艺、制造工艺要求很高，价格较高。 第4页/共17页 三、真空断路器的过电压及限制措施 1．过电压产生的原因 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。 2．限制截流过电压的措施 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。 第5页/共17页 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。 1.绝缘外壳：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。 2.触头：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。 动画点击 第6页/共17页 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；