什么是真空断路器?

[拼音]：zhenkong duanluqi

[外文]：vacuum circuit breaker

触头在高真空（气压为10-2～10-6帕）容器内闭合和断开的一种断路器。

1893年，美国的里顿豪斯提出了结构简单的真空灭弧室，并获得了设计专利。1920年瑞典佛加公司第一次制成了真空开关。1926年美国索伦森等公布的研究成果也显示了在真空中分断电流的可能性，但因分断能力小，又受到真空技术和真空材料发展水平的限制，尚不能投入实际使用。随着真空技术的发展，50年代美国才制成第一批适用于切断电容器组等特殊要求的真空开关，分断电流尚停在4千安的水平。由于真空材料冶炼技术上的进步和真空开关触头结构研究上所取得的突破，1961年，美国通用电气公司开始生产15千伏、分断电流为12.5千安的真空断路器。1966年试制成15千伏、26千安和31.5千安的真空断路器，从而使真空断路器进入了高电压、大容量的电力系统。80年代中期，真空断路器的分断能力已达100千安。

中国从1958年开始研制真空开关，1960年西安交通大学和西安开关整流器厂共同研制成第一批6.7千伏、分断能力为600安的真空开关;随后又制成10千伏、分断能力为 1.5千安的三相真空开关。1969年华光电子管厂和西安高压电器研究所制成了 10千伏、2千安单相快速真空开关。70年代以后，中国已能独立研制和生产各种规格的真空开关。

当断路器触头在真空中分断电流时会产生真空电弧。真空电弧靠触头材料所生成的金属蒸气来维持。由于气体压力低，电弧等离子体中的电子、离子或金属粒子具有强烈的扩散作用，因此真空电弧很容易被熄灭，并且触头间隙的介质强度恢复速度很高。真空电弧有扩散型和集聚型两种基本形态。扩散型真空电弧通常在数千安以下的电流范围内产生，它没有显著的阳极位降区，而阴极斑点不断向四周迅速扩散。集聚型真空电弧在电流超过某个数值（一般在10千安以上）时产生，阴极上所有斑点相互吸引而集聚在一起，其运动变得很缓慢，并出现阳极斑点和位降区。

扩散型交流真空电弧一般在第一次电弧电流过零时就熄灭，这是因为扩散型电弧在电流过零后，触头不会再产生新的阴极斑点，间隙的介质强度恢复很快，当触头距离足够大时，不会发生电弧重燃现象。集聚型真空电弧由于阳极斑点的形成，阴极和阳极表面都有较大面积和一定深度的熔融区，电极的熔融区在一定时间内仍向弧柱提供大量的金属蒸气，使得在恢复电压上升过程中，弧区内仍是一个充满金属蒸气的间隙，不可避免会发生间隙的击穿而使电弧重燃。真空断路器在分断较大的交流短路电流时，通常要产生集聚型电弧，因而设计断路器时需要采取必要的措施，使在被分断的电流范围内始终保持扩散型真空电弧；或者使大电流的集聚型真空电弧在工频半波的末尾又转变成扩散型电弧，从而使真空电弧在电流过零后不再引起重燃。

真空断路器主要组成部分是真空灭弧室。此外还有绝缘支撑、传动机构、 *** 动机构和基座等。真空灭弧室的结构原理见图。

其外壳是由绝缘筒、两个金属端盖和波纹管组成的密封容器。灭弧室内的静触头固定在静导电杆上，它穿过静端盖并与之焊成一体；动导电杆在中部与波纹管的一个端口焊在一起，波纹管的另一端口与动端盖的中孔焊接，动导电杆则从中孔穿出外壳。由于波纹管在轴向上可以伸缩，因而这种结构既能实现在灭弧室外带动动触头作合分运动，又能保证真空外壳的密封性。为防止电弧喷溅、烧灼而引起的绝缘破坏或零件烧损，在动、静触头和波纹管周围都装有屏蔽罩。绝缘筒广泛采用硬质玻璃和高氧化铝陶瓷等无机绝缘材料，也可采用微晶玻璃作绝缘筒。

真空断路器按真空灭弧室的布置方式可分为落地式和悬臂式两种，此外还有由此两种方式相结合的综合式和接地箱式。

真空断路器具有下列特点：

（1）熄弧能力强，燃弧时间短，全分断时间也短。

（2）触头电磨损小，电寿命长，触头不受外界有害气体的侵蚀。

（3）触头开距小，减小了 *** 动机构的 *** 作功，机械寿命长。

（4）结构简单，维修工作量小。真空灭弧室和触头不需检修。

（5）体积小、重量轻。

（6）环境污染小，电流分断在密闭容器内进行，电弧生成物不会污染周围环境， *** 作时也没有严重噪音，没有易燃易爆介质，无爆炸和火灾危险。

（7）适合于频繁 *** 作和快速切断，特别适合于切断电容性负载电路。

由于单断口真空断路器额定电压相对较低，虽然研制出245千伏、500千伏和765千伏断路器，但实际应用主要在70千伏及以下电压等级的电网中。

参考书目

王季梅主编：《真空开关理论及其应用》，西安交通大学出版社，1986。

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