真空断路器的工作原理

　　与其他断路器相比，真空断路器的工作原理不同于灭弧介质。真空中没有导电介质，这使得电弧迅速熄灭，因此断路器的动静触点之间的距离很小。断路器通常用于电压水平相对较低的工厂电力配置!随着电力系统的快速发展，10KV真空断路器已在中国大量生产和使用。

　　维修人员提高对真空断路器的认识，加强维护，使其安全运行已成为当务之急。本文以ZW27-12为例，简要说明真空断路器的原理和维护。

　　1.真空绝缘特性。

　　真空断路器具有很强的绝缘性，在真空断路器中，气体非常稀薄，气体分子的自由行程相对较大，相互碰撞的机率非常小，因此，碰撞的自由性并不是真空间隙击穿的主要原因，而金属质点由电极在高强度电场的作用下析出，是造成绝缘破坏的主要因素。

　　真空间隙的绝缘强度不仅与间隙的大小和电场的均匀性有关，还受到电极材料的性质和表面条件的影响。真空断路器的触点距离一般不大的原因是，真空间隙在较小的距离间隙(2-3mm)下，比高压空气和SF6气体具有较高的绝缘特性。

　　在材料的机械强度(抗拉强度)和金属材料的熔点上，电极材料对击穿电压的影响主要表现在电极的抗拉强度和熔点越高，真空下电极的绝缘强度越高。

　　实验表明，真空度越高，气体间隙的击穿电压越高，但基本保持在10-4个支架以上。因此，真空度不应低于10-4个支架，以保持真空灭弧室的绝缘强度。

　　二.形成和熄灭真空中的电弧。

　　真空电弧是在触点电极蒸发的金属蒸气中形成的，真空电弧与我们以前学过的气体电弧放电现象有很大的区别，气体的游离现象并不是电弧产生的主要因素。同时开断电流的大小不同，电弧性能的特点也不同。我们一般把它分为小电流真空电弧和大电流真空电弧。

　　1.真空电弧小电流。

　　当触点在真空中断开时，会产生电流和能量非常集中的阴极斑点，金属蒸气会从阴极斑点大量蒸发。金属原子和带电质点的密度很高，电弧会在其中燃烧。同时，金属蒸气和带电质点在电弧柱内不断向外扩散，电极也不断蒸发新的质点来补充。当电流超过零时，电弧的能量会减少，电极的温度会降低，蒸发效应会降低，电弧柱内的质点密度会降低。，当电流超过零时，阴极点消失，电弧会熄灭。

　　有时候，蒸发不能保持弧柱的扩散速度，电弧突然熄灭，发生截流。

　　2.真空电弧大电流。

　　当触点断开大电流时，电弧的能量增加，阳极也严重发热，形成一个强大的聚集型电弧柱。同时，电力的作用也很明显。因此，对于大电流真空电弧，触点之间的磁场分布对电弧的稳定性和电弧关闭性能有决定性的影响。如果电流过大，超过极限电流开启和关闭，将导致开启和关闭失败。此时，触点发热严重，零后电流仍蒸发，难以恢复介质，无法切断电流。

　　三、结构和工作原理的断路器。

　　真空断路器的制造商很多，型号也很复杂。根据使用条件，主要由框架部分、灭弧室部分(真空气泡)和操作机构组成，分为室内(ZNX-**)和室外(ZWX-**)两种类型。

　　断路器的主体部分由导电电路、绝缘系统、密封件和外壳组成。整体结构为三相共箱式。导电电路由进出线导杆、进出线绝缘支架、导电夹、软连接和真空灭弧室连接而成。

　　该机构为电动储能，电动分离和控制，并具有手动功能。整个结构由合闸弹簧、储能系统、过流脱扣器、分离和控制线圈、手动分离和控制系统、辅助开关、储能指示器等部件组成。

　　工作原理

　　利用高真空中的电流流过零点，等离子体迅速扩散而熄灭电弧，从而达到切断电流的目的。

　　动作原理

　　储能过程：当储能电机14接通电源时，电机驱动偏心轮旋转，驱动转动臂9和连接板7通过偏心轮上的滚子10摆动，驱动储能棘爪6摆动，使棘轮旋转11。当棘轮11上的销和储能轴套32的板靠近时，两者一起移动，使悬挂在储能轴套32上的闭合弹簧21延长。储能轴套32用定位销固定，用于保持储能状态。同时，转臂推动行程开关5在储能轴套32上切断储能电机14的电源，并提起储能爪，可靠地脱离棘轮。

　　合闸操作流程：当机构接到合闸信号后(开关处于断开，已储能状态)，合闸电磁铁15的铁芯被吸向下移动，拉动定位13向逆时针方向旋转，解除储能保持，合闸弹簧21带动储能轴套3逆时针方向旋转，其凸轮压力驱动轴套30，带动连接板29和摇臂27运动，使摇臂27扣半轴25，使机构处于合闸状态。此时，连锁设备28锁定定位部件，使定位牛不能逆时针方向旋转，达到机构联合销售的目的，确保机构在合闸位置不能合闸。

　　分闸操作过程：断路器关闭后，分闸电磁铁接通信号，铁芯吸入，分闸脱扣器19顶杆向上移动，使脱扣轴16旋转，驱动顶杆18向上移动，顶板26和驱动半轴25反向时针方向。

　　在分闸弹簧的作用下，半轴25和摇臂27解扣，断路完成了分闸操作。

　　四、调试断路器。

　　根据图3，在分合闸状态下测量的X值差为断路器的开距，Y值差为断路器的超行程。调整方法是对绝缘操作杆3或机构与主轴之间的连杆进行长度或缩短。

　　调整分合闸机构。

　　1.通过调节螺钉24，摇臂27和半轴25的扣接量为1.5~2.5mm。

　　2.当传动轴套的角度为30时，摇臂27和半轴之间应该有一个1.5~2毫米的间隙，以确保当传动轴套回落到合闸位置时，摇臂27可以自动扣在半轴25上，可以通过调整螺钉31来实现。

　　3.通过调整辅助开关2的拐臂3位置和位杆4的长度，可以准确可靠地实现辅助开关2的转换。

　　4、储能过程中，当棘爪达到一个齿的高点时，应确保储能轴套32上的拐臂使行程开关触点可靠切换，调整行程开关5的上下前后位能够断电机电源。

　　5.调整分闸合闸弹簧的预拉长度，以确保断路器的可靠性分合和分合闸速度达到规定值。

　　五.控制回路的断路器。

　　控制母线和合闸母线分离的原则是在我国农网35KV标准化变电站中采用的。

　　在短路器的辅助常闭接头和合闸线圈之间，将断路器储能行程开关的一对常开接头串联到控制回路中。这样，如果断路器不储存能源，则无法进行合闸操作。防止断路器在不储存能源的情况下合闸，保持合闸回路，烧毁合闸线圈。

　　同时,在接线的过程中,我们应该注意关闭母线的极性和控制母线在储能行程开关点应该是一致的,以防止电弧击穿行程开关的开关电路,导致熔断控制保险或空气开关的控制。

　　在综合自动化变电站中别注意这一点。

　　六.检修试验及运行维护。

　　真空断路器的燃烧电弧时间短，绝缘强度高，电气使用寿命高，触点开放距离小，运行能量小。因此，机械的使用寿命也很高。在日常操作中，维护工作量非常小，主要检查机构运动部件的磨损情况，是否有松动的紧固件，清除绝缘表面的灰尘，并在活动部件中注入一些润滑脂。

　　在春季检验的预防性试验中，应将开关的DC电阻试验与历史数据进行比较，及时处理和更换问题，并对断口进行工频电压耐压试验，这是检验真空气泡是否泄漏的有效方法。(室内真空断路器可以通过真空气泡中的闪光颜色来初步判断真空气泡的真空度，以便在断开负载时学习真空断路器的颜色。

　　当颜色为深红色时，表明真空度降低，当颜色为浅蓝色时，表明真空度良好。)在保护定植和验证过程中，对断路器进行低压下闭合试验，以检查开关在母线故障时电压下降时的动作是否可靠。