高压真空断路器——设计和工作原理

在为开关电路而设计的现代高压设备中，真空断路器占有特殊的位置。它们广泛用于 6 至 35 kV 的网络中，较少用于 110 或 220 kV 的方案中。

它们的额定开断电流可以从 20 到 40 kA，它们的电动电阻约为 50 ÷ 100。此类断路器或故障的总跳闸时间约为 45 毫秒。

电路的每一相都由​​绝缘子可靠地隔开，同时所有设备都在结构上组装在一个公共驱动器上。变电站母线连接到开关的输入端子，输出连接到输出端子。

电源触头在真空断路器内运行，它们被压在一起以提供最小的接触电阻和负载和紧急电流的可靠通道。

接触系统的上半部分是永久固定的，下半部分在驱动力的作用下可以严格地沿轴向移动。

图片显示接触板位于真空室中，由弹簧和电磁铁线圈的张力控制的杆驱动。整个结构位于绝缘体系统内部，排除了泄漏电流的发生。

真空室的壁由纯化金属、合金和特殊陶瓷成分制成，可确保工作环境的气密性长达数十年。为了排除动触头运动过程中空气的进入，安装了套筒装置。

由于施加到线圈的电压极性发生变化，直流电磁铁的电枢可以移动以闭合或断开电源触点。内置于驱动结构中的永久圆形磁铁可将移动部件保持在任何致动位置。

弹簧系统可确保在换向期间产生电枢的最佳运动速度，排除触点弹跳和壁结构坍塌的可能性。

带有同步轴和附加辅助触点的运动电路和电路组装在开关体内，提供了在任何状态下监视和控制开关位置的能力。

预约

就其功能任务而言，真空断路器与其他高压设备类似物没有区别。提供：

1.连续运行时可靠通过额定电功率；

2.保证电气人员在操作切换时以手动或自动方式切换设备以改变工作电路配置的可能性；

3.在最短的时间内自动排除新出现的事故。

真空断路器的主要区别在于停机时触点断开时产生的电弧的熄灭方法。如果它的类似物为压缩空气、油或 SF6 气体创造了一个环境，那么这里就是真空。

电源电路中的灭弧原理

两个接触板都在真空环境中运行，真空环境是通过将气体从灭弧室容器中抽至 10-6÷10-8 N / cm2 而形成的。这产生了以改进的介电性能为特征的高介电强度。

随着触点的驱动开始运动，它们之间会出现一个间隙，该间隙立即包含真空。在它内部，加热金属从接触垫蒸发的过程开始了。负载电流继续流过这些线对。它开始形成额外的放电，在真空环境中产生电弧，由于金属蒸汽的蒸发和释放而继续发展。

在外加电位差的作用下，形成的离子向一定方向运动，产生等离子体。

在其环境中，电流继续流动，发生进一步的电离。

由于开关在交流电下工作，因此它在每个半周期内的方向是相反的。当正弦波过零时，没有电流。因此，电弧突然熄灭和中断，被拒绝的金属离子停止分离，并在 7-10 微秒内完全沉积在最近的接触表面或灭弧室的其他部分。

此时，充满真空的电源触点之间的间隙的介电强度几乎立即恢复，从而确保负载电流的最终关断。在正弦波的下半个周期内，电弧不再产生。

因此，要在真空环境中终止电弧的作用，当电源触点打开时，交流电改变方向即可。

不同机型的技术特点

真空断路器设计用于在室外或封闭结构中连续运行。外部安装单元由硅胶绝缘制成的实心柱制成，内部工作使用浇注环氧化合物。

真空室在工厂制造移动，经过优化设置以安装在模制外壳中。由特殊类型的合金制成的电源触点已经放置在它们内部。由于采用了操作和设计原理，它们可以软熄灭电弧，排除电路中出现过电压的可能性。

所有真空断路器设计均使用通用电磁执行器。由于强力磁铁的能量，它使电源触点保持闭合或关闭状态。

触点系统的切换和固定是通过“磁性闩锁”的位置进行的，它可以切换磁铁链以重新连接或断开移动电枢。内置弹簧元件允许电气人员手动切换。

控制真空灭弧室的操作，典型的继电器电路或电子， 微处理器单元，它们可以直接位于驱动器外壳中，也可以由单独的机柜、块或面板中的远程设备制成。

真空断路器的优缺点

好处包括：

• 设计相对简单；

• 减少生产开关的电力消耗；

• 维修方便，包括更换损坏的灭弧室的块的可能性；

• 开关在空间中任何方向操作的能力；

• 高可靠性;

• 增加对开关负载的抵抗力；

• 尺寸有限；

• 防火防爆；

• 切换时安静运行；

• 环境友好性高，除大气污染外。

该设计的缺点是：

• 额定和紧急模式的允许电流相对较低；

• 在低感应电流中断期间出现开关浪涌；

• 在消除短路电流方面减少电弧装置的资源。