真空断路器基础知识.pdf

1、西安交通大学高电压技术培训班西安交通大学高电压技术培训班真空断路器真空断路器高压电器高压电器西安交通大学高电压技术培训班西安交通大学高电压技术培训班一、概述一、概述西安交通大学高电压技术培训班西安交通大学高电压技术培训班 利用真空作为触头间的绝缘与灭弧介质的开关设备利用真空作为触头间的绝缘与灭弧介质的开关设备（断路器）称为真空开关设备（断路器）。（断路器）称为真空开关设备（断路器）。真空一般指的是气体稀薄的空间。凡是绝对压力低干正常大真空一般指的是气体稀薄的空间。凡是绝对压力低干正常大气压力的状态都可称为真空状态。绝对压力等于零的空间称气压力的状态都可称为真空状态。绝对压力等于零的空间称为绝对

2、真空，这才是真正的真空或理想的真空。为绝对真空，这才是真正的真空或理想的真空。真空的程度以气体的绝对压力值来表示，压力越低称之真空真空的程度以气体的绝对压力值来表示，压力越低称之真空度越高。在国际单位制中，压力以帕度越高。在国际单位制中，压力以帕(Pa)(Pa)为单位。一个工程为单位。一个工程大气压约为大气压约为0.1MPa(0.1MPa(兆帕兆帕)。过去习惯使用毫米汞柱。过去习惯使用毫米汞柱(mmHg)(mmHg)或或托托(Torr)(Torr)西安交通大学高电压技术培训班西安交通大学高电压技术培训班真空包括的范围很广，为方便起见常将它划分为几个区域真空包括的范围很广，为方便起见常将它划分为

3、几个区域真空灭弧室的真空度在真空灭弧室的真空度在1010-4 4TorrTorr1010-7 7TorrTorr，即，即1.331.331010-2 2PaPa1.331.331010-5 5PaPa，属于高真空范畴。在这样高，属于高真空范畴。在这样高的真空度下，气体的密度很低，气体分子的平均自由路程很的真空度下，气体的密度很低，气体分子的平均自由路程很长，因此触头间隙的绝缘强度很高。长，因此触头间隙的绝缘强度很高。5221166101011.01 101.33 1021.33 101.33 1031.33 101.33 1041.33 101.33 1051.33 10PaPaPaPaPaP

4、aPaPaPa（）粗真空：真空压力范围为（）低真空：真空压力范围为（）高真空：真空压力范围为（）超高真空：真空压力范围为（）极高真空：真空压力范围为西安交通大学高电压技术培训班西安交通大学高电压技术培训班真空开关电器发展简述真空开关电器发展简述 早期的理论研究阶段早期的理论研究阶段利用真空介质来熄灭电弧的设想在利用真空介质来熄灭电弧的设想在1919世纪末就已提出，世纪末就已提出，2020世纪世纪2020年代制造出了最早的真空灭弧室。但是由于受真空年代制造出了最早的真空灭弧室。但是由于受真空工艺、材料等技术水平的限制，当时并未实现实用化。工艺、材料等技术水平的限制，当时并未实现实用化。最早最早的

5、的真空真空灭弧灭弧室室（Jennings公司生产公司生产）它有一个玻璃外壳它有一个玻璃外壳，主屏蔽罩也是玻璃的主屏蔽罩也是玻璃的有有一个保护波纹管的金属屏蔽一个保护波纹管的金属屏蔽罩罩触头触头材料材料是钨是钨西安交通大学高电压技术培训班西安交通大学高电压技术培训班真空开关电器发展简述（续）真空开关电器发展简述（续）深入的理论研究和关键工艺发展的阶段深入的理论研究和关键工艺发展的阶段2020世纪世纪5050年代以后，随着电子工业发展起来的许多新技术，年代以后，随着电子工业发展起来的许多新技术，解决了真空灭弧室制造中的很多难题，使真空开关逐渐达到解决了真空灭弧室制造中的很多难题，使真空开关逐渐达到

6、实用水平。实用水平。5050年代中期美国通用电气公司批量生产年代中期美国通用电气公司批量生产12kV12kV额定额定短路开断电流为短路开断电流为12kA12kA的真空断路器。随后在的真空断路器。随后在5050年代末由于发年代末由于发展了具有横向磁场触头的真空灭弧室，使额定短路开断开断展了具有横向磁场触头的真空灭弧室，使额定短路开断开断电流提高到电流提高到30kA30kA的水平。的水平。西安交通大学高电压技术培训班西安交通大学高电压技术培训班通用电气公司通用电气公司专利专利螺旋槽触头螺旋槽触头 电弧电弧不会在一个地方停留太久不会在一个地方停留太久 蒸气蒸气扩散时可凝结在更大的表面上扩散时可凝结在

7、更大的表面上通用电气公司专利通用电气公司专利悬浮电位屏蔽罩悬浮电位屏蔽罩 用来保护真空灭弧室的内绝缘不受电流开用来保护真空灭弧室的内绝缘不受电流开断时的电弧喷溅物的影响断时的电弧喷溅物的影响 使得真空灭弧室的电流开断能力大大提高使得真空灭弧室的电流开断能力大大提高西安交通大学高电压技术培训班西安交通大学高电压技术培训班19591959年出现了一个叫作故障切断年出现了一个叫作故障切断器的真空开关装置，由螺线管操器的真空开关装置，由螺线管操动，额定电压动，额定电压115kV115kV，额定电流，额定电流600A600A，额定短路开断电流，额定短路开断电流4000A4000A，由由5 5个个Jenn

8、ingsJennings公司的真空灭弧室公司的真空灭弧室串联组成。这个装置被用于美国串联组成。这个装置被用于美国新奥尔良公用电网。新奥尔良公用电网。西安交通大学高电压技术培训班西安交通大学高电压技术培训班英国联合电气工业公司认英国联合电气工业公司认为真空断路器的发展方向为真空断路器的发展方向在高压和超高压等级。在在高压和超高压等级。在1967/681967/68年他们制造并出售年他们制造并出售了了4 4台台132kV132kV额定短路开断额定短路开断电流电流16kA16kA（3500MVA3500MVA）的真）的真空断路器。空断路器。西安交通大学高电压技术培训班西安交通大学高电压技术培训班19

9、691969年真空灭弧室样品通过了年真空灭弧室样品通过了45kV45kV下开断下开断20kA20kA电流的实验，电流的实验，几年以后，几年以后，45kV/40kA45kV/40kA的产品也开发出来。采用螺旋槽触头，的产品也开发出来。采用螺旋槽触头，触头开距触头开距3/43/4英寸（合英寸（合19mm19mm）。）。西安交通大学高电压技术培训班西安交通大学高电压技术培训班真空开关电器发展简述（续）真空开关电器发展简述（续）真空开关电器的全面发展与广泛应用阶段真空开关电器的全面发展与广泛应用阶段2020世纪世纪7070年代后，日本东芝公司研制成功具有纵向磁场触年代后，日本东芝公司研制成功具有纵向磁

10、场触头的真空灭弧室，使额定开断电流又进一步提高到头的真空灭弧室，使额定开断电流又进一步提高到50kA50kA以以上。目前真空断路器已广泛用于上。目前真空断路器已广泛用于10kV10kV、35kV35kV配电系统中，配电系统中，额定短路开断电流已能做到额定短路开断电流已能做到50kA50kA-100kA100kA。一方面使得真空电弧的弧压大一方面使得真空电弧的弧压大大降低大降低，即降低了电弧能量即降低了电弧能量另一方面减少了电弧能量的集另一方面减少了电弧能量的集中中，对触头表面的烧蚀减小对触头表面的烧蚀减小西安交通大学高电压技术培训班西安交通大学高电压技术培训班二、真空间隙的绝缘特性二、真空间隙