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空断路器阅读:34

空断路器是一种利用真空作为灭弧和绝缘介质的高压开关设备,主要用于在正常电路条件下关合、承载和开断电流,并在规定的异常电路条件(如短路)下,在规定时间内承载电流并能开断故障电流。

结构组成

  1.真空灭弧室:核心部件,负责电流的开断和绝缘。

  2.操作机构:

  提供分、合闸所需的动力和运动。

  常见类型:弹簧操动机构(最常见)、永磁操动机构、电磁操动机构。

  弹簧机构通过储能弹簧释放能量来完成分合闸操作。

  3.绝缘支撑系统:

  将带电部分(灭弧室)与接地的框架可靠绝缘。

  通常采用环氧树脂绝缘子或绝缘拉杆。

  4.传动装置:

  将操作机构的运动传递给真空灭弧室的动触头。

  包括绝缘拉杆、拐臂、连杆等。

  5.机架与外壳:

  支撑和固定所有部件,提供机械保护。

  6.二次控制部分(可选):

  分合闸线圈、辅助开关、传感器等,用于实现远程控制、信号反馈和保护联锁。

核心特点

  1.优异的开断能力:真空介质具有极高的绝缘强度和介质恢复速度,能快速、可靠地开断负荷电流和短路电流。

  2.寿命长,维护少:

  触头烧损轻微(电弧能量小),电寿命长(可达数万次操作)。

  真空密封,不受外界环境(污秽、潮湿、海拔)影响,机械寿命也较长。

  通常被称为“免维护”或“少维护”产品。

  体积小,重量轻:相比SF?断路器或油断路器,结构紧凑,节省安装空间。

  3.安全环保:

  不使用SF?气体(强温室气体),无爆炸、火灾风险(无油)。

  开断过程无有害气体排放,符合环保要求。

  4.操作噪音低:开断时无爆炸声,运行安静。

  5.适合频繁操作:特别适用于需要频繁投切的场合,如电容器组、电动机等。

技术参数

  1.额定电压(kV):如12kV,24kV,40.5kV

  2.额定电流(A):如630A,1250A,2500A,3150A

  3.额定短路开断电流(kA):如20kA,25kA,31.5kA,40kA

  4.额定短路关合电流(kA)

  5.额定短时耐受电流(kA/时间,如4s)

  6.机械寿命(次):如10000,30000次

  7.额定操作顺序:如O-0.3s-CO-180s-CO(表示一次分闸后0.3秒内可一次自动重合闸,若再跳闸则180秒后才能再次合闸)

工作原理

  真空断路器的核心在于其真空灭弧室(Vacuum Interrupter)。这是整个断路器最关键的部件,是一个密封的、内部被抽成高真空(气压约为10??~10??Pa)的玻璃或陶瓷外壳。

  导电回路:动触头和静触头位于真空灭弧室内,分别连接到断路器的外部接线端。

  1.分闸过程(开断电流):

  当需要切断电路时,操作机构驱动动触头快速离开静触头。

  在触头分离的瞬间,触点间的金属蒸气形成电弧。

  在高真空环境下,电弧无法像在空气中那样持续燃烧。因为真空中几乎没有气体分子,电弧的等离子体迅速扩散,带电粒子复合速度极快。

  在交流电流过零点时,电弧极易熄灭,且弧隙介质强度恢复速度极快,能有效阻止电弧重燃。

  2.合闸过程(接通电路):

  操作机构驱动动触头与静触头接触,形成低电阻的导电通路,电路接通。

维护要点

  1.外观检查:有无破损、变形、放电痕迹。

  2.清洁:清除灰尘、污垢。

  3.紧固件检查:检查螺栓、螺母是否松动。

  4.机械特性测试:测量分合闸时间、速度、超程、开距等,确保操作机构性能正常。

  5.回路电阻测试:测量主回路电阻,判断触头接触是否良好。

  6.绝缘电阻测试:测量对地及相间绝缘电阻。

  7.工频耐压试验:定期进行(如交接、大修后),验证绝缘强度,间接判断真空度。

  8.检查二次回路:确保控制、信号回路正常。

缺点及局限性

  1.电压等级限制:目前主要应用于中压领域(≤40.5kV)。在更高电压等级(如72.5kV及以上)的应用仍在发展中,技术难度和成本较高。

  2.截流现象:在开断小感性电流(如空载变压器)时,可能发生电流在自然过零前被强制截断的现象(截流),可能产生较高的操作过电压,需配合避雷器等过电压保护装置。

  3.真空度监测:真空灭弧室的真空度是其性能的关键。一旦漏气,灭弧能力将完全丧失。虽然现代灭弧室可靠性极高,但长期运行后仍需关注(可通过工频耐压试验间接判断)。

  4.成本:初期购置成本可能高于某些传统断路器(如油断路器),但综合全生命周期成本(LCC)通常更低。

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