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真空斷路器的優(yōu)點(diǎn)
日期：2024-12-26 22:20
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摘要：
真空斷路器的優(yōu)點(diǎn)
斷路器處?kù)逗祥l位置時(shí)，其對(duì)地絕緣由支持絕緣子承受，一旦真空斷路器所連接的線(xiàn)路發(fā)生長(zhǎng)久接地故障，斷路器動(dòng)作跳閘後，接地故障點(diǎn)又未被**，則有電母線(xiàn)的對(duì)地絕緣亦要由該斷路器斷口的真空間隙承受；各種故障開(kāi)斷時(shí)，斷口一對(duì)觸子間的真空絕緣間隙要耐受各種恢複電壓的作用而不發(fā)生擊穿。因此，真空間隙的絕緣特性成為提高滅弧室斷口電壓，使單斷口真空斷路器向高電壓等級(jí)發(fā)展的主要研究課題。 關(guān)鍵詞： 真空斷路器 絕緣特性 斷口電壓無(wú)標(biāo)題文檔 真空斷路器處?kù)逗祥l位置時(shí)，其對(duì)地絕緣由支持絕緣子承受，一旦真空斷路器所連接的線(xiàn)路發(fā)生長(zhǎng)久接地故障，斷路器動(dòng)作跳閘後，接地故障點(diǎn)又未被**，則有電母線(xiàn)的對(duì)地絕緣亦要由該斷路器斷口的真空間隙承受；各種故障開(kāi)斷時(shí)，斷口一對(duì)觸子間的真空絕緣間隙要耐受各種恢複電壓的作用而不發(fā)生擊穿。因此，真空間隙的絕緣特性成為提高滅弧室斷口電壓，使單斷口真空斷路器向高電壓等級(jí)發(fā)展的主要研究課題。 真空度的表示方式**壓力低於一個(gè)大氣壓的氣體稀薄的空間，稱(chēng)為真空空間，真空度越高即空間內(nèi)氣體壓強(qiáng)越低。真空度的單位有三種表示方式:托(即1個(gè)mm水銀柱高)，毫巴(103bar)或帕(帕斯卡:Pa)。(1托=131。6Pa，1毫巴=100Pa)我們通常所說(shuō)真空滅弧室內(nèi)部的真空度要達(dá)10-4托是指滅弧室內(nèi)的氣體壓強(qiáng)僅為"萬(wàn)分之一mm水銀柱高"，亦即是1。31x10-2Pa。 "派森定理"亦有譯為"巴申定律"，是指間隙電壓耐受強(qiáng)度與氣體壓力之間的關(guān)係。圖1表示派森定理的關(guān)係曲線(xiàn)呈"V"字形，即充氣壓力的增加或降低，都能提高極間間隙絕緣強(qiáng)度。其擊穿機(jī)理至今還不清楚，因?yàn)檎婵諟缁∈覂?nèi)部真空度高於10-4托，這樣稀薄空氣的空間，氣體分子的自由行程為103mm，在真空滅弧室這麼大小的容積內(nèi)，發(fā)生碰撞的機(jī)率幾乎是零。因此不會(huì)發(fā)生碰撞遊離而使真空間隙擊穿。派森定理的"V"形曲線(xiàn)是實(shí)驗(yàn)得出的，條件是在均勻電場(chǎng)的情況下，其間隙擊穿電壓Uj可表示為: Uj=KLa L------間隙距離；a------間隙係數(shù)(間隙<5mm時(shí)a=1，>5mm時(shí)，a=0。5) 由派森定理的"V"形關(guān)係曲線(xiàn)中看出，當(dāng)真空度達(dá)103托時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)，拐點(diǎn)附近曲線(xiàn)變得平坦，擊穿電壓幾乎無(wú)變化。當(dāng)真空度和間隙距離相同時(shí)，其擊穿電壓則隨觸頭電極材料發(fā)生變化，電極材料機(jī)械強(qiáng)度高，熔點(diǎn)高時(shí)，真空間隙的擊穿電壓亦隨之提高。 真空絕緣的破壞機(jī)理前麵已說(shuō)過(guò)，在真空滅弧室這樣高度真空度的空間內(nèi)，氣體分子的自由行程很大，不會(huì)發(fā)生碰撞分離而使真空間隙在高壓電作用下會(huì)擊穿又是客觀(guān)存在，於是就有種解釋真空絕緣會(huì)破壞的機(jī)理，場(chǎng)致發(fā)射引起擊穿，微塊引起擊穿和微放電導(dǎo)致?lián)舸?場(chǎng)致發(fā)射論對(duì)真空間隙所以能發(fā)生擊穿的解釋間隙電場(chǎng)能量集中，在電極微觀(guān)表麵的突出部分發(fā)生電子發(fā)射或蒸發(fā)逸出，撞擊陽(yáng)極使局部發(fā)熱，繼續(xù)放出離子或蒸汽，正離子再撞擊陰極發(fā)生二次發(fā)射，相互不斷積累，*後導(dǎo)致間隙擊穿。 有名的Fowler and Noraheim場(chǎng)發(fā)射電流I表達(dá)式為: I=AE2e-B/E 式中E------電場(chǎng)強(qiáng)度； A------常數(shù)，與發(fā)射點(diǎn)的麵積有關(guān)； B------常數(shù)，與電極表麵的逸出有關(guān)。在小的間隙(<1mm)及短脈衝電壓情況下，可以合理地認(rèn)為真空間隙擊穿是由場(chǎng)致發(fā)射引起的，但在長(zhǎng)間隙及連續(xù)加壓與長(zhǎng)脈衝電壓下，有的學(xué)者認(rèn)為真空的擊穿尚存在其它機(jī)理:(1)陰極引起的擊穿；在強(qiáng)電場(chǎng)下，由於場(chǎng)發(fā)射電流的焦耳發(fā)熱效應(yīng)，使陰極表麵突出物的溫度升高，當(dāng)溫度達(dá)到臨界點(diǎn)時(shí)，突出物熔化產(chǎn)生蒸汽引起擊穿。(2)陽(yáng)極引起的擊穿:由於陰極發(fā)射的電子束，轟擊陽(yáng)極使某點(diǎn)發(fā)熱產(chǎn)生熔化和蒸汽而發(fā)生間隙擊穿。產(chǎn)生陽(yáng)極引起擊穿的條件與電場(chǎng)提高係數(shù)和間隙距離有關(guān)。 微塊引起擊穿的解釋假設(shè)在電極表麵附著較輕鬆的微塊，在電場(chǎng)作用下，微塊脫落而且加速，這微塊撞擊對(duì)麵的電極時(shí)，由於衝擊發(fā)熱可使其本身熔化產(chǎn)生蒸汽，引起擊穿。 微放電導(dǎo)致真空間隙擊穿的解釋電極的陰極表麵沾汙，將發(fā)生微放電現(xiàn)象。微放電是一種小的自抑製熄滅的電流脈衝，它的總放電電荷3107C，存在時(shí)間由50ms到幾ms，放電一般發(fā)生在大於1mm的間隙中。這些真空間隙的擊穿機(jī)理表明，真空電極的材料與電極的表麵狀況對(duì)真空間隙的絕緣都是非常關(guān)鍵的因素。 真空間隙的絕緣耐受能力與在先的分合閘操作工況有關(guān) 真空斷路器接觸間隙的擊穿電壓，因耐壓實(shí)驗(yàn)前不同工況的分合閘操作有相應(yīng)的不同結(jié)果，意大利哥倫布(Colombo)工程師在設(shè)備討論會(huì)上有文論述過(guò)這方麵的問(wèn)題:試驗(yàn)對(duì)象是24KV斷路器，銅鉻觸頭，額定開(kāi)斷電流16KA，額定電流630A，觸頭開(kāi)距15。8mm，觸頭分閘速度1。1m/s，合閘速度為0。6m/s。試驗(yàn)程序列於表1。在關(guān)合---分閘操作(試驗(yàn)係列2~5)後產(chǎn)生的*大擊穿電壓比空載循環(huán)(試驗(yàn)係列1)後給出的數(shù)值低，這意味著觸頭擊穿距離受電弧電流的影響而減小；同時(shí)，係列2和係列5所測(cè)得的數(shù)值亦小於係列3和係列4的試驗(yàn)值，而電流過(guò)零波形和極性似乎無(wú)明顯影響。試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了開(kāi)閉操作的形式對(duì)斷路器觸頭之間的絕緣耐受能力有影響，擊穿電壓在30~50kV範(fàn)圍內(nèi)，擊穿距離為0。6~2mm之間，擊穿時(shí)觸頭的電場(chǎng)強(qiáng)度為25~44kV。 表1試驗(yàn)程序及內(nèi)容表 試驗(yàn)序號(hào) 試驗(yàn)電流項(xiàng)號(hào) 操作/試驗(yàn)順序 1 1-1 1-2 1-3 1-4 合閘-分閘 衝擊絕緣電流 1分鐘工頻試驗(yàn) 高頻熄弧能力試驗(yàn) 2100%額定開(kāi)斷電流 2-1 2-2 2-3 2-4 關(guān)合--開(kāi)斷 衝擊絕緣試驗(yàn) 1分鐘工頻試驗(yàn) 高頻熄弧能力試驗(yàn) 330%額定開(kāi)斷電流 用30%額定開(kāi)斷電流值，不同的電流波極性按2。1~2。4逐項(xiàng)試驗(yàn) 4 10%額定開(kāi)斷電流 用60%額定開(kāi)斷電流值重複進(jìn)行2。1~2。4的逐項(xiàng)試驗(yàn)意大利哥倫布工程師上述實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，真空開(kāi)關(guān)在開(kāi)斷大電流後，其真空減小絕緣強(qiáng)度會(huì)下降是一種普遍現(xiàn)象。因此，我國(guó)早期的真空斷路器在開(kāi)斷故障後，間隙絕緣會(huì)下降，達(dá)不到產(chǎn)品技術(shù)條件的絕緣水平，故能源部對(duì)戶(hù)內(nèi)高壓真空斷路器訂貨要求(部標(biāo)DL403--91)允許在真空斷路器電壽命試驗(yàn)後，極間耐壓值降為原標(biāo)準(zhǔn)的80%作試驗(yàn)，如果通過(guò)，就認(rèn)為該斷路器的型式試驗(yàn)合格。那麼，如何解釋目前許多真空斷路器製造廠(chǎng)在作產(chǎn)品介紹時(shí)，反複強(qiáng)調(diào)它們的真空斷路器電壽命試驗(yàn)後，間隙的絕緣強(qiáng)調(diào)不降低呢?我們以10kV真空斷路器為例來(lái)對(duì)此作說(shuō)明:真空滅弧室經(jīng)過(guò)技術(shù)和工藝改進(jìn)，極間絕緣水平同早期產(chǎn)品比較，提高很多例如可達(dá)到A值，遠(yuǎn)比產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的耐壓值C(工頻42kV，衝擊75kV)高得多，出廠(chǎng)新品按C值試驗(yàn)當(dāng)然不會(huì)擊穿，電壽命試驗(yàn)後，間隙絕緣水平由A值降為B值，但B值>C值，故按C值去校核其絕緣，試驗(yàn)時(shí)亦不會(huì)發(fā)生擊穿。而老產(chǎn)品的A值是大於C值，出廠(chǎng)新品按C值考核，當(dāng)然能通過(guò)，開(kāi)斷故障後，由A值降到B值。熱B就出現(xiàn)了我們通常所說(shuō)的絕緣水平下降。就表明其產(chǎn)品質(zhì)量差而應(yīng)該予以淘汰。 提高真空滅弧室絕緣耐受能力的措施真空斷路器要向高電壓使用領(lǐng)域發(fā)展，提高真空滅弧室斷口極間絕緣耐受能力製成額定電壓較高的單獨(dú)斷口真空滅弧室的經(jīng)濟(jì)意義是巨大的，不但可減少串聯(lián)斷口的數(shù)量，而且使斷路器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，從而提高了設(shè)備可靠性並使設(shè)備造價(jià)亦相應(yīng)降低。提高單斷口真空滅弧室的絕緣耐受能力主要在下列三方麵采取措施。 真空滅弧室內(nèi)觸頭間耐壓強(qiáng)度的提高前麵以說(shuō)過(guò)，在滅弧室內(nèi)部高度真空的情況下，觸頭間存在的氣體非常**，不會(huì)受極間電壓而產(chǎn)生遊離，但極間發(fā)生擊穿是客觀(guān)存在，從而產(chǎn)生幾種真空絕緣破壞機(jī)理的解釋。真空間隙實(shí)際擊穿時(shí)，有可能是幾種機(jī)理同時(shí)發(fā)生作用，而且擊穿途徑中總是有遊離氣體存在，這是由施加電壓後產(chǎn)生的金屬蒸汽或觸頭釋放了所吸附的氣體提供的。基於此點(diǎn)出發(fā)，采取下列措施以提高真空滅弧室觸頭間隙的耐壓性能:(1)選擇熔點(diǎn)或沸點(diǎn)高，熱傳導(dǎo)率小，機(jī)械強(qiáng)度和硬度大的觸頭材料；(2)預(yù)先向觸頭間隙施加高電壓，使其反複放電，使觸頭表麵附著的金屬或絕緣微粒熔化，蒸發(fā)，即所謂"老煉處理"； (3)**吸附在觸頭或滅弧室表麵上的氣體，即進(jìn)行加熱脫氣處理； (4)選擇合適的觸頭形狀，改善觸頭的電場(chǎng)分布。提高開(kāi)斷電流後觸頭極間的絕緣恢複速度 通常斷路開(kāi)斷電流成功的關(guān)鍵在於電弧電流過(guò)零後，觸頭間隙絕緣恢複速度快於觸頭間隙間的暫態(tài)恢複電壓速度，就不會(huì)發(fā)生重燃而達(dá)到成功開(kāi)斷。真空滅弧室開(kāi)斷電流時(shí)，電弧放出的金屬蒸汽在電弧電流過(guò)零時(shí)會(huì)迅速擴(kuò)散，遇到觸頭或屏蔽罩表麵會(huì)立即凝結(jié)。因此欲求在開(kāi)斷電流相應(yīng)的觸頭尺寸，材質(zhì)，形態(tài)，觸頭間隙以及電流開(kāi)斷時(shí)產(chǎn)生的金屬蒸汽密度，帶電粒子密度等影響因素進(jìn)行反複實(shí)驗(yàn)取得試驗(yàn)數(shù)據(jù)作分析研究。發(fā)現(xiàn)觸頭直徑越大且觸頭間隙越小，電流開(kāi)斷後的絕緣強(qiáng)度恢複越快；縱向磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)的采用，有極為良好的弧後絕緣恢複特性。 提高真空滅弧室的外部絕緣真空滅弧室的外部表麵，如處?kù)墩５拇髿庵校?/span>則絕緣耐壓是很低的，不能適合高電壓條件下使用，隨著真空斷路器向高電壓，小型化方向發(fā)展，對(duì)真空滅弧室外部表麵采取下列強(qiáng)化措施:(1)用環(huán)氧樹(shù)脂絕緣包裹真空滅弧室陶瓷外殼表麵，環(huán)氧樹(shù)脂具有高絕緣性能，其衝擊電壓為50kV/mm，工頻耐壓為30kV/mm，而且其製品機(jī)械強(qiáng)度高，澆注加工性能好，可以較容易成型複蓋於陶瓷外殼表麵，從而達(dá)到滅弧室外表麵絕緣強(qiáng)化的目的。並提高了耐汙性能，使所需對(duì)地絕緣更趨合理化。戶(hù)外真空斷路則往往采用帶有裙邊的矽膠外套作管，複蓋於陶瓷外殼的表麵，具有更好的抗霧閃性能，但機(jī)械強(qiáng)度則不如環(huán)氧樹(shù)脂製間。(2)將真空滅弧室置於SF6氣體之中，使陶瓷外殼為SF6氣體所包圍，由於SF6氣體隻起絕緣作用，其充氣壓力一般是不高的
斷路器處?kù)逗祥l位置時(shí)，其對(duì)地絕緣由支持絕緣子承受，
