什么是真空断路器.docx

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1、什么是真空断路器什么是真空断路器？真空断路器处于合闸位置时，其对地绝缘由支持绝缘子 承受，一旦真空断路器所连接的线路发生永久接地故障，断 路器动作跳闸后，接地故障点又未被去除，那么有电母线的对 地绝缘亦要由该断路器断口的真空间隙承受；各种故障开断 时，断口一对触子间的真空绝缘间隙要耐受各种恢复电压的 作用而不发生击穿。因此，真空间隙的绝缘特性成为提高灭 弧室断口电压，使单断口真空断路器向高电压等级开展的主 要研究课题。真空度的表示方式绝对压力低于一个大气压的气体稀薄的空间，称为真空 空间，真空度越高即空间内气体压强越低。真空度的单位有 三种表示方式：托（即1个mm水银柱高）,毫巴（103bar

2、）或帕 （帕斯卡:Pa）。（1托=131。6Pa, 1毫巴二lOOPa）我们通常所 说真空灭弧室内部的真空度要达10-4托是指灭弧室内的气 体压强仅为万分之一 mm水银柱高”，亦即是lo31xl0-2Pao派森定理”亦有译为“巴申定律，是指间隙电压耐受强 度与气体压力之间的关系。图1表示派森定理的关系曲线呈 V字形，即充气压力的增加或降低，都能提高极间间隙绝 缘强度。其击穿机理至今还不清楚，因为真空灭弧室内部真 空度高于10-4托，这样稀薄空气的空间，气体分子的自由 行程为103mm,在真空灭弧室这么大小的容积内，发生碰撞 的机率几乎是零。因此不会发生碰撞游离而使真空间隙击穿。派森定理的V”形

3、曲线是实验得出的，条件是在均匀电场的 情况下，其间隙击穿电压Uj可表示为：Uj=KLaL间隙距离；a间隙系数（间隙5mni时，a=0o 5）由派森定理的V形关系曲线中看出，当真空度达103 托时出现拐点，拐点附近曲线变得平坦，击穿电压几乎无变 化。当真空度和间隙距离一样时，其击穿电压那么随触头电极 材料发生变化，电极材料机械强度高，熔点高时，真空间隙 的击穿电压亦随之提高。真空绝缘的破坏机理前面已说过，在真空灭弧室这样高度真空度的空间内， 气体分子的自由行程很大，不会发生碰撞别离而使真空间隙 在高压电作用下会击穿又是客观存在，于是就有种解释真空 绝缘会破坏的机理，场致发射引起击穿，微块引起击穿

4、和微 放电导致击穿。场致发射论对真空间隙所以能发生击穿的解释间隙电场能量集中，在电极微观外表的突出局部发生电 子发射或蒸发逸出，撞击阳极使局部发热，继续放出离子或 蒸汽，正离子再撞击阴极发生二次发射，相互不断积累，最 后导致间隙击穿。著名的Fowler and Noraheim场发射电流I表达式为:I=AE2e-B/E式中E电场强度;A常数，与发射点的面积有关；B常数，与电极外表的逸出有关。在小的间隙(1mm)及短脉冲电压情况下，可以合理地认 为真空间隙击穿是由场致发射引起的，但在长间隙及连续加 压与长脉冲电压下，有的学者认为真空的击穿尚存在其它机 理：(1)阴极引起的击穿；在强电场下，由于场

5、发射电流的焦 耳发热效应，使阴极外表突出物的温度升高，当温度到达临 界点时，突出物熔化产生蒸汽引起击穿。(2)阳极引起的击穿：由于阴极发射的电子束，轰击阳极 使某点发热产生熔化和蒸汽而发生间隙击穿。产生阳极引起 击穿的条件与电场提高系数和间隙距离有关。微块引起击穿的解释假设在电极外表附着较轻松的微块，在电场作用下，微 块脱落而且加速，这微块撞击对面的电极时，由于冲击发热 可使其本身熔化产生蒸汽，引起击穿。微放电导致真空间隙击穿的解释电极的阴极外表沾污，将发生微放电现象。微放电是一 种小的自抑制熄灭的电流脉冲，它的总放电电荷3107C,存 在时间由50ms到几ms,放电一般发生在大于1mm的间隙

6、中。这些真空间隙的击穿机理说明，真空电极的材料与电极 的外表状况对真空间隙的绝缘都是非常关键的因素。真空间隙的绝缘耐受能力与在先的分合闸操作工况有 关真空断路器接触间隙的击穿电压，因耐压实验前不同工 况的分合闸操作有相应的不同结果，意大利哥伦布（Colombo） 工程师在设备讨论会上有文论述过这方面的问题：试验对象 是24KV断路器，铜格触头，额定开断电流16KA,额定电流 630A,触头开距15。8mm,触头分闸速度1。lm/s,合闸速 度为0。6m/so试验程序列于表1。在关合-一分闸操作（试验系列25）后产生的最大击穿 电压比空载循环（试验系列1）后给出的数值低，这意味着触 头击穿距离受电弧电流的影响而减小；同时，系列2和系列5 所测得的数值亦小于系列3和系列4的试验值，而电流过零 波形和极性似乎无明显影响。试验结果证实了开闭操作的形 式对断路器触头之间的绝缘耐受能力有影响，击穿电压在 3050kV范围内，击穿距离为0。62mm之间，击穿时触头的 电场强度为2544kV。