真空斷路器的結(jié)構(gòu)與原理

一、真空斷路器的結(jié)構(gòu)

真空斷路器的結(jié)構(gòu)主要由三部分組成：真空滅弧室、操動(dòng)機(jī)構(gòu)、支架及其他部件。

1、真空滅弧室

真空滅弧室又名真空開關(guān)管，是真空斷路器的核心部件。其主要作用是通過管內(nèi)真空優(yōu)良的絕緣性能，使中高壓電路切斷電源后能迅速熄弧并抑制電流，避免事故和意外的發(fā)生。真空滅弧室按外殼分為玻璃真空滅弧室、陶瓷真空滅弧室。

真空滅弧室主要由氣密絕緣外殼、導(dǎo)電回路、屏蔽系統(tǒng)、觸頭、波紋管等部分組成。

1）氣密絕緣系統(tǒng)

由玻璃或陶瓷制成的氣密絕緣外殼、動(dòng)端蓋板、定端蓋板，不銹鋼波紋管組成了氣密絕緣系統(tǒng)。為了保證玻璃、陶瓷與金屬之間有良好的氣密性，除了封接時(shí)要有嚴(yán)格的操作工藝外，還要求材料本身的透氣性盡量小、內(nèi)部放氣量限制到極小值。不銹鋼波紋管不僅能將真空滅弧室內(nèi)部的真空狀態(tài)與外部的大氣狀態(tài)隔離開來，而且能使動(dòng)觸頭連同動(dòng)導(dǎo)電桿在規(guī)定的范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，以完成真空開關(guān)的接通與分?jǐn)嗖僮鳌?/p>

2）導(dǎo)電系統(tǒng)

定導(dǎo)電桿、定跑弧面、定觸頭、動(dòng)觸頭、動(dòng)跑弧面、動(dòng)導(dǎo)電桿構(gòu)成了滅弧室的導(dǎo)電系統(tǒng)。其中定導(dǎo)電桿、定跑弧面、定觸頭合稱定電極；動(dòng)觸頭、動(dòng)跑弧面、動(dòng)導(dǎo)電桿合稱動(dòng)電極。由真空滅弧室組裝成的真空斷路器、真空負(fù)荷開關(guān)和真空接觸器合閘時(shí)，操動(dòng)機(jī)構(gòu)通過動(dòng)導(dǎo)電桿的運(yùn)動(dòng)，使兩觸頭閉合，完成了電路的接通。為了使兩觸頭間的接觸電阻盡可能小且保持穩(wěn)定、滅弧室承受動(dòng)穩(wěn)定電流時(shí)有良好的機(jī)械強(qiáng)度，真空開關(guān)在動(dòng)導(dǎo)電桿一端設(shè)置有導(dǎo)向套，并使用一組壓縮彈簧，使兩觸頭間保持有一個(gè)額定壓力。真空開關(guān)分?jǐn)嚯娏鲿r(shí)，滅弧室兩觸頭分離并在其間產(chǎn)生電弧，直至電流自然過零時(shí)電弧熄滅，便完成了電路的分?jǐn)唷?/p>

3）屏蔽系統(tǒng)

真空滅弧室的屏蔽系統(tǒng)主要由屏蔽筒，屏蔽罩和其他零件組成。屏蔽系統(tǒng)的主要作用是：

（1）防止觸頭在燃弧過程中產(chǎn)生大量的金屬蒸氣和液滴噴濺，污染絕緣外殼的內(nèi)壁，造成絕緣強(qiáng)度下降或產(chǎn)生閃絡(luò)。

（2）改善真空滅弧室內(nèi)部的電場分布，有利于真空滅弧室絕緣外殼的小型化，尤其是對于高電壓的真空滅弧室小型化有顯著效果。

（3）吸收一部分電弧能量，冷凝電弧生成物。特別是真空滅弧室在開斷短路電流時(shí)，電弧所產(chǎn)生的熱能大部分被屏蔽系統(tǒng)所吸收，有利于提高觸頭間的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度。屏蔽系統(tǒng)吸收電弧生成物的量越大，說明它吸收的能量也越大，這對增加真空滅弧室的開斷容量起良好作用。

4）觸頭系統(tǒng)

觸頭是產(chǎn)生電弧、熄滅電弧的部位，對材料和結(jié)構(gòu)的要求都比較高。

（1）觸頭材料

對觸頭材料有以下要求：

a、高開斷能力

要求材料本身的導(dǎo)電率大，熱傳導(dǎo)系數(shù)小，熱容量大，熱電子發(fā)射能力低。

b、高擊穿電壓

擊穿電壓高，介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度就高，對滅弧有利。

c、高的抗電腐蝕性

即經(jīng)得起電弧的燒蝕，金屬蒸發(fā)量少。

d、抗熔焊能力。

e、低截流電流值，要求在2.5A以下。

f、低含氣量

低含氣量是對所有真空滅弧室內(nèi)部所使用材料的要求。特別是銅材，必須是低含氣量的特殊工藝處理的無氧銅。而焊料等則要求采用白銀、銅的合金。

g、斷路器用真空滅弧室的觸頭材料大都采用銅鉻合金，銅與鉻各占 50%。在上、下觸頭的對接面上各焊上一塊銅鉻合金片，一般厚度各為3mm。其余部分稱為觸頭座，用無氧銅制造即可。

（2）觸頭結(jié)構(gòu)

觸頭結(jié)構(gòu)對滅孤室的開斷能力有很大影響。采用不同結(jié)構(gòu)觸頭產(chǎn)生的滅弧效果有所不同，常采用的有螺旋糟型結(jié)構(gòu)觸頭、帶斜槽杯狀結(jié)構(gòu)觸頭和縱磁場杯狀結(jié)構(gòu)觸頭三種，其中以采用縱磁場杯狀結(jié)構(gòu)觸頭為主。

5）波紋管

真空滅弧室的波紋管主要擔(dān)負(fù)保證動(dòng)電極在一定范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)和長期保持高真空的功能，并用來保證真空滅弧室具有很高的機(jī)械壽命。真空滅弧室的波紋管是由厚度為0.1~0.2mm的不銹鋼制成的薄壁元件。真空開關(guān)在分合過程中，滅弧室波紋管受伸縮作用，波紋管截面上受變應(yīng)力作用，所以波紋管的壽命應(yīng)根據(jù)反復(fù)伸縮量和使用壓力來確定。波紋管的使用壽命和工作條件的受熱溫度有關(guān)，真空滅弧室在分?jǐn)啻蟮亩搪冯娏骱?，?dǎo)電桿的余熱傳遞到波紋管上，使波紋管的溫度升高，當(dāng)溫升達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)造成波紋管的疲勞，影響波紋管的使用壽命。

2、操動(dòng)結(jié)構(gòu)

真空斷路器采用了成熟的、性能可靠的電動(dòng)儲(chǔ)能彈簧操縱機(jī)構(gòu)，具有電動(dòng)關(guān)合、電動(dòng)開斷、手動(dòng)儲(chǔ)能、手動(dòng)關(guān)合、手動(dòng)開斷和過電流（或短路）自動(dòng)脫扣開斷六種功能。機(jī)構(gòu)由棘輪、凸輪、合閘彈簧、分閘彈簧、手動(dòng)脫扣連桿、脫扣器和輔助開關(guān)等部分組成。

二、真空斷路器的原理

真空斷路器核心部件真空滅弧室是利用高真空度絕緣滅弧介質(zhì)，用密封在真空中的一對觸頭來實(shí)現(xiàn)電力電路通斷功能的一種電真空器件。當(dāng)其斷開一定數(shù)值的電流時(shí)，動(dòng)靜觸頭在分離的瞬間，電流收縮到觸頭剛分離的某一點(diǎn)或某幾點(diǎn)上，導(dǎo)致電極間電阻劇烈增大和溫度迅速提高，直至發(fā)生電極金屬的蒸發(fā)，同時(shí)形成極高的電場強(qiáng)度，導(dǎo)致劇烈的電場強(qiáng)發(fā)射和間隙擊穿，產(chǎn)生真空電弧。當(dāng)工作電流接近零時(shí)，同時(shí)觸頭間距的增大，真空電弧的離子體很快向四周擴(kuò)散，電弧電流過零后，觸頭間隙的介質(zhì)迅速由導(dǎo)電體變?yōu)榻^緣體，于是電流被分?jǐn)唷Ｓ捎谟|頭的特殊構(gòu)造，燃弧期間觸頭間隙會(huì)產(chǎn)適當(dāng)?shù)目v向磁場，這個(gè)磁場可使電弧均勻分布在觸頭表面，維持低的電弧電壓，從而使真空滅弧室具有較高的弧后介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)速度、小的電弧能量和小的腐蝕速率。這樣，就提高了真空滅弧室開斷電流的能力和使用壽命。

三、真空斷路器的特點(diǎn)

1、優(yōu)點(diǎn)

1）在密封的容器中熄弧，電弧和熾熱氣體不外露。滅弧室作為獨(dú)立的元件，安裝調(diào)試簡單方便。

2）觸頭間隙很小，一般在10mm左右，合閘功率小，機(jī)構(gòu)簡單，使用壽命長。

3）熄弧時(shí)間短，弧壓低，電弧能量小，觸頭損耗小，開斷次數(shù)多。

4）動(dòng)導(dǎo)桿的慣性小，適用于頻繁操作。

5）操動(dòng)機(jī)構(gòu)小，整體體積小，重量輕。

6）控制功率小，開關(guān)操作時(shí)動(dòng)作噪音小。

7）滅弧介質(zhì)或絕緣介質(zhì)不用油，沒有火災(zāi)和爆炸的危險(xiǎn)。

8）觸頭部分為完全密封結(jié)構(gòu)，不會(huì)因潮氣、灰塵、有害氣體等影響而降低其性能，工作可靠，通斷性能穩(wěn)定。

9）真空斷路器開斷后斷口間介質(zhì)恢復(fù)快，介質(zhì)不需要更換。

10）在真空開關(guān)管的使用年限內(nèi)，觸頭部分不需要維修檢查，一般可達(dá)20年左右不需檢修。維護(hù)工作量小，維護(hù)成本低。

11）具有多次重合閘功能，適合配電網(wǎng)中的應(yīng)用要求。

2、缺點(diǎn)

1）開斷感性小電流時(shí)，斷路器滅弧能力較強(qiáng)的觸頭材料容易產(chǎn)生截流，引起過電壓，應(yīng)采取相應(yīng)的過電壓保護(hù)。

2）價(jià)格較高，主要取決于真空滅弧室的專業(yè)生產(chǎn)及機(jī)構(gòu)可靠性的要求。