真空断路器及开关柜选型参考(一)

摘 要：阐述了真空断路器的灭弧室触头磁场的结构、永磁机构及种类，详述了真空开关的常见问题与选型注意事项。
关键词：真空断路器；联体式；分体式；触头；永磁机构；绝缘材质 A Reference for Type Selection of Vacuum Circuit Breakers and Metal Clad Switchgears Abstract：This paper describes the magnetic field structure ofthe contactors in arc-extinguishing chamber, permanent magnet device and the types of vacuum circuit breaker. The frequent problems and some noteworthy items in type selection are also presented.
Keywords：vacuum circuit breaker;integrated type;separated type;contactor;permanent magnet device;dielectric material 近年来中压真空断路器产量迅速上升，其中12kV真空断路器已占中压断路器总产量的80％以上，而电力系统中压等级的真空断路器的运行总量也远超过少油断路器。一段时间来，真空断路器事故率偏高，这可能与真空断路器使用量快速上升有关。随着国内机械行业整体技术素质、技术水平的提高，高品质真空断路器相继问世，并投入电力系统及其它重要电力用户运行。所以，一些论文分析认为，近年来真空断路器的事故率较为平稳并有降低的趋势。下面根据以往招标时常遇到的一些问题，对真空断路器的选型进行探讨。

1 真空度的一般概念及行业标准的规定
1.1 真空度的划分
绝对压力低于工程大气压时，即为真空状态。绝对压力等于零的空间称绝对真空或理想真空。按照我国真空度的划分方法，真空压强在1.33×10^-1～1.33×10^-6Pa属于高真空。真空灭弧室真空度的范围包括在高真空区域内，通常真空度在1.33×10^-4Pa以上。
1.2 行业标准的规定
DL/T 403－2000《12～40.5kV高压真空断路器订货技术条件》第4.15条规定：真空灭弧室的允许储存期：20a。在允许储存期期末，真空灭弧室内部气体压强不得大于6.6×10^-2Pa。同时，第5.1.2条规定：真空灭弧室随同真空断路器出厂时的真空灭弧室内部气体压强不得大于1.33×10^-3Pa，其上应标明编号及出厂年月。
1.3 行业标准对真空度检验方法的影响
图1为1mm间隙、钨电极下真空度与击穿电压关系。图1中左半部分真空压强在10^-2Pa以下时，击穿电压已经不再随真空度的升高而上升，而是趋于平稳；但从10^-2Pa开始，随着真空度的升高，击穿电压急剧下降。以往采用工频耐压方法定性检测真空度，已不符合DL/T 403-2000的标准规定。按此标准规定，随真空断路器出厂的真空灭弧室真空度不低于1.33×10^-3Pa，储存或运行期末不低于10^-2Pa。还可看出，只要保持真空度在10^-2Pa以下，其击穿电压基本恒定，即10^-2Pa与10^-3Pa及以下真空度的绝缘水平基本相同，这只是针对真空度的微泄漏规定的泄漏期限。实际上，即使真空度超过了6.6×10^-2Pa的最低警戒线，工频耐压方法也并不一定能检测出来，因为10^-2Pa区域内仍有较高的绝缘水平。所以对经真空度检测仪检测不合格的真空灭弧室施加额定工频电压，往往仍然不会击穿。
因此采用真空度专用检测仪检测真空度是目前定量检测的有效手段。
虽然用工频耐压方法检测真空度已不符合DL/T403－2000的规定，但真空断路器的断口绝缘耐受水平，仍需用工频耐压方法检测。因为真空度测试仪不能确定真空灭弧室外绝缘的绝缘水平，所以仍需进行断口耐压试验。 2 真空灭弧室触头磁场
真空断路器的开断电流在7kA以下时为扩散型电弧，采用普通平板型触头结构即可顺利开断。当开断电流超过7kA时，由于电弧聚集在一起，须将触头加工成特殊结构型式，由电弧电流本身形成磁场，强迫电弧运动或干涉电弧聚集，才能开断更大电流。平板型触头开断电流时，一旦形成聚集型电弧，一般意味着开断失败。
真空灭弧室触头的磁场分横磁场、纵磁场及介于二者之间的强纵磁场，但强纵磁场属于横磁场结构。80年代以前，我国国产真空断路器灭弧室为横磁场结构；90年代以后，无论是进口产品还是国产产品，真空灭弧室以强纵磁场和纵磁场结构为主。
2.1 横磁场结构
横磁场结构灭弧室属于聚集型电弧，聚集型电弧又不同于真空电弧，属于高气压电弧。聚集型电弧能量集中，触头烧损严重横磁场结构灭弧室的诞生，真空断路器突破了只能开断数kA以下的瓶颈，在电力及其它领域得到了广泛应用。但横磁场结构灭弧室很难进一步提高开断电流。另外，根据在国内的运行经验，横磁场结构灭弧室体积大，不易做到小型化；截流值高，约在十几至几十A，开断感性负载时容易造成较高的过电压；电磨损较重，电气寿命较短。
2.2 纵磁场结构
纵磁场结构灭弧室属扩散型真空电弧，电弧均匀分布于触头接触面上。纵磁场结构灭弧室的性能十分优越，开断电流突破了100kA，体积比横磁场结构灭弧室缩小了1/3，容易做到小型化；截流值低，约在5A以下，因此开断感性负载时产生的过电压水平较低；由于熄弧后，熔化的触头金属物绝大部分仍然凝结在触头接触面上，所以电磨损较轻，电气寿命较长，一般能达到几万次。2.3 强纵磁场结构
强纵磁场结构的灭弧室虽然属于聚集型电弧，但它能够将聚集型电弧分成许多并列支弧，从而减轻了触头烧损。强纵磁场结构灭弧室的性能，接近于纵磁场结构灭弧室，3 真空断路器的永磁机构
永磁机构属电磁类操动机构，根据永久磁铁所处的保持位置可分为双稳态和单稳态机构。双稳态是指动铁芯在开断与关合的行程终止的2个位置，不需任何能量或锁扣即可保持；单稳态是指永久磁铁只处于一个位置的保持。双稳态可以采用双线圈或单线圈。永磁机构结构简单，组成机构的零部件极少，一般仅数个，其中动铁芯是整个机构中唯一的运动部件，因此机械可靠性较高。

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