真空断路器：设备和工作原理 + 选择和连接的细微差别

安全状态的标准和限制

根据 GOST 1550 的气候版本和放置类别 U2，在这种情况下的操作条件：

• 最高海拔3000米；
• 假设开关柜内环境空气温度（KSO）的上工作值加55℃，开关柜环境空气温度和KSO的有效值加40℃；
• 环境空气温度的下工作值是-40°С；
• 加 25°С 时相对空气湿度上限 100%；
• 环境是非爆炸性的，不含对绝缘有害的气体和蒸汽，没有饱和导电粉尘，其浓度会降低开关绝缘的电气强度参数。

在太空中的工作位置 - 任何。对于版本 59、60、70、71 - 基本向下或向上。开关设计为在操作“O”和“B”以及周期 O - 0.3 s - VO - 15 s - VO 中工作； O - 0.3 秒 - VO - 180 秒 - VO。
断路器辅助触头参数见表 3.1。
在对外部机械因素的抵抗力方面，断路器对应于 GOST 17516.1-90 的 M 7 组，而断路器在频率范围 (0.5 * 100) Hz 的正弦振动下以最大加速度幅值运行时10 m / s2 (1 q) 和多次冲击，加速度为 30 m/s2 (3 q)。

表 3.1 断路器辅助触头参数

编号 p / p	范围	额定值
1	2	3
1	最大工作电压，V（交流和直流）	400
2	t=1 ms 时直流电路中的最大开关功率，W	40
3	交流电路中的最大开关功率 cos j= 0.8 时的电流，VA	40
4	最大通过电流，A	4
5	测试电压，V (DC)	1000
6	接触电阻，µOhm，不再有	80
7	最大分断电流下的开关资源，B-O 循环	106
8	机械寿命，V-O 循环	106

 

图 3.1

这些开关符合 GOST687、IEC-56 和规范 TU U 25123867.002-2000（以及 ITEA 674152.002 TU；TU U 13795314.001-95）的要求。
断路器的开关寿命与中断电流大小的关系如图 1 所示。 3.1。

这些开关符合 GOST 687、IEC-56 和规范 TU U 25123867.002-2000（以及 ITEA 674152.002 TU；TU U 13795314.001-95）的要求。
断路器的开关寿命与中断电流大小的关系如图 1 所示。 3.1。

真空断路器技术。

“洁净室”中的主要水平覆盖线。维尔，芬奇利，1978 年。

真空灭弧室的制造是在使用现代技术的特殊装置中进行的——“洁净室”、真空炉等。

1990 年在南非的真空断路器车间

真空室的制造是一项高科技制造工艺。组装后，断路器室被放置在真空烘箱中，在那里它们被密封。

真空灭弧室生产的四个要点：

1. 全真空
2. 详细计算电气参数。
3. 电弧控制系统
4. 联络组材料

真空断路器生产中的四个关键点：

1.完美的设备整体构建质量。
2.准确计算设备的电磁参数。如果设备设计出现错误，隔离开关之间可能会产生电磁干扰。
3.机制。必须确保机构的短行程和低能耗水平。例如切换到38kV时，机构所需行程为1/2″，同时能耗不超过150J。
4. 完美密封的焊缝。

经典真空灭弧室装置。
灭弧室 V8 15 kV（4 1/2" 直径）。 70年代初。

图为真空灭弧室设计的主要部件。

电弧控制：径向磁场。

高速拍摄帧（每秒5000帧）。
断路器垫。直径2”。
径向磁场
31.5kArms 12kVrms。
这个过程是由于径向磁场的自感应（场矢量沿径向方向）而发生的，这会在电触点上产生电弧运动，同时减少接触垫的局部加热。触点的材料必须使电弧在表面上自由移动。所有这些都可以实现高达 63 kA 的开关电流。

电弧控制：轴向磁场。

高速拍摄帧（每秒9000帧）。
轴向磁场的图像
40kArms 12kVrms

沿电弧轴使用磁场自感应的过程不允许电弧收缩并保护接触垫免于过热，从而消除多余的能量。在这种情况下，接触区域的材料不应有助于电弧沿接触表面的移动。在工业条件下，有可能进行超过 100 kA 的电流切换。

真空中的电弧是触点组的材料。
高速拍摄帧（每秒5000帧）。
直径为 35 毫米的焊盘的图像。
径向磁场。
20kArms 12kVrms

当触点在真空中打开时，金属从触点表面蒸发，从而形成电弧。在这种情况下，电弧的特性会根据制作触点的材料而变化。

接触板推荐参数：

电压	产品	要求
1.2-15 kV	接触器	最小跳闸阈值 < 0.5 A 机械耐磨性 - 3,000,000 次 无缝机身
15-40 kV	转变	高介电强度——（在 12 毫米处高达 200 kV） 高分断能力——（高达 100 kA） 无缝机身
132 kV及以上	转变	非常高的介电强度——（在 50 mm 处高达 800 kV） 高分断能力——（高达 63kA） 无缝机身

材料

显微照片。

最初，铜和铬的合金用于制造接触板。这种材料由英国电气公司在 1960 年代开发并获得专利。今天，它是生产真空灭弧室中使用最多的金属。

机制的运作原理。

真空断路器的机制设计成这样一种方式，即在开关上花费的能量不会起任何作用 - 触点的简单运动。典型的自动重合闸需要 150-200 焦耳的能量来控制，而气体绝缘主干开关需要 18,000-24,000 焦耳才能进行一次转换。这一事实允许在工作中使用永磁体。

磁力驱动。

磁力驱动的工作原理

休息阶段运动阶段是运动的模型。

真空断路器的历史

50 年代发展史：这一切是如何开始的......
主电网的第一批高压开关之一。照片显示了 132 kV AEI，这是自 1967 年以来在伦敦西汉姆运行的真空断路器。与大多数类似设备一样，它一直运行到 1990 年代。

发展历程：132kV VGL8真空断路器。
- CEGB（中央电力局——英格兰的主要电力供应商）和通用电气公司联合开发的结果。
- 前六台设备在 1967 年至 1968 年期间投入使用。
- 使用并联电容器和复杂的可移动机构分配电压。
- 每组由瓷绝缘子保护，并在 SF6 气体中加压。

真空断路器配置“T”型，每组有四个真空灭弧室——每相分别连接一组 8 个真空灭弧室。

本机操作历史：
— 在伦敦连续运营 30 年。在 1990 年代，它因不必要而退役并被拆除。
- 这种类型的真空断路器在 1980 年代之前一直在 Tir John 发电厂（威尔士）使用，之后，由于网络重建，它们在德文郡被拆除。

发展史：60 年代的问题。

同时，随着高压真空断路器的发展，制造企业将油、空气断路器改为SF6断路器。 SF6 开关操作起来更简单、更便宜，原因如下：
- 在高压真空断路器中每相使用 8 个真空断路器需要复杂的机构来确保一组中的 24 个触点同时操作。
- 使用现有的油断路器在经济上不可行。

真空开关。

真空断路器首先采用V3系列真空灭弧室，后来采用V4系列。
V3 系列真空灭弧室最初开发用于三相配电网络，电压为 12 kV。尽管如此，它们还是成功地用于电力机车的电力牵引电路和“通行权”的连接 - 在单相网络中，电压为 25 kV。

真空断路器装置：

真空断路器由一个 7/8 英寸（22.2 毫米）主腔和一个额外的 3/8 英寸（9.5 毫米）腔组成，用于操作触点弹簧。
— 关闭腔室的平均速度为 1-2 m/sec。
– 平均腔室打开速度 – 2-3 m/sec。

那么 60 年代真空高压断路器制造商正在解决哪些问题？

首先，第一台真空断路器的开关电压限制在 17.5 或 24 kV。
其次，当时的技术需要大量串联真空灭弧室。这反过来又需要使用复杂的机制。
另一个问题是当时的真空灭弧器的生产是为大量销售而设计的。高度专业化设备的开发在经济上是不可行的。

最常见的型号

以下是一些最常见的型号VVE-M-10-20、VVE-M-10-40、VVTE-M-10-20，图中显示了如何破译它们和 图例结构，因为模型名称中最多可以包含 10-12 个字母和数字。几乎所有这些都是过时的油断路器的替代品，它们可以同时用于切换交流和直流电路。

高压真空断路器的设置、安装和投入运行是一个费力的过程，电力系统的所有进一步运行以及与之相连的所有元件和设备都直接依赖于此，因此最好将所有在合格的电气工程人员的肩膀上工作。真空断路器的控制必须明确并按照一定的指令进行，在动力设备上工作的人的生命和健康都取决于此。

打开开关

断路器真空灭弧室触头1、3的初始分闸状态是通过牵引绝缘子4作用在分闸弹簧8的动触头3上来保证的。当施加“ON”信号时，电路断路器控制单元产生正极性的电压脉冲，该电压脉冲被施加到电磁铁的线圈9。同时，在磁系统的间隙中出现电磁吸引力，随着它的增加，它克服了断开弹簧 8 和预紧力 5 的力，因此，在差异的影响下在这些力下，电磁铁 7 的衔铁与牵引绝缘子 4 和 2 在时间 1 开始沿固定触点 1 的方向移动，同时压缩断开弹簧 8。

闭合主触点后（波形图上的时间 2），电磁铁电枢继续向上移动，额外压缩预紧弹簧 5。电枢继续移动，直到电磁铁磁系统中的工作间隙变为零（时间 2a在波形图上）。此外，环形磁体6继续存储将断路器保持在闭合位置所需的磁能，并且线圈9在达到时间3时开始断电，之后驱动器为断开操作做好准备。因此，开关变为磁性闩锁，即不消耗将触点 1 和 3 保持在闭合位置的控制电源。

在打开开关的过程中，包含在轴 10 的槽中的板 11 使该轴旋转，移动安装在其上的永磁体 12 并确保簧片开关 13 的操作，从而使外部换向辅助电路。

创造史

真空断路器的第一次开发始于 20 世纪 30 年代，目前的型号可以切断电压高达 40 kV 的小电流。由于制造真空设备的技术不完善，最重要的是，由于当时在密封室中保持深度真空方面出现了技术困难，因此在那些年没有制造出足够强大的真空断路器。

必须进行广泛的研究计划，以创建能够在电网的高压下断开大电流的可靠工作真空灭弧室。在这些工作的过程中，大约到 1957 年，在真空中电弧燃烧过程中发生的主要物理过程被识别和科学解释。

从真空断路器的单一原型到其批量工业生产的过渡又花了二十年，因为它需要额外的密集研究和开发，特别是要找到一种有效的方法来防止由于过早中断而产生的危险开关过电压。电流到其自然过零，解决与电压分布相关的复杂问题，以及绝缘部件内表面的金属蒸汽沉积、屏蔽问题和新的高度可靠的波纹管的创建等。

目前，能够在中（6、10、35 kV）和高压（最高220 kV）电网中分断大电流的高可靠性高速真空断路器的工业化生产已在世界范围内展开。

空气断路器的装置与设计

以 VVB 电源开关为例，考虑空气断路器的布置方式，其简化结构图如下所示。

VVB系列空气断路器典型设计

名称：

• A - 接收器，一种将空气泵入其中直到形成与标称压力水平相对应的压力水平的罐。
• B - 灭弧室的金属罐。
• C - 端部法兰。
• D - 分压器电容器（不用于现代开关设计）。
• E——动触头组安装杆。
• F——瓷绝缘子。
• G - 用于分流的附加电弧触点。
• H - 分流电阻。
• I - 空气喷射阀。
• J - 脉冲管道。
• K - 空气混合物的主要供应。
• L - 阀门组。

如您所见，在这个系列中，触点组（E、G）、开/关机构和鼓风机阀（I）被封装在一个金属容器（B）中。罐本身充满了压缩空气混合物。开关极由中间绝缘体隔开。由于容器上有高压，因此对支撑柱的保护尤为重要。它是在绝缘瓷“衬衫”的帮助下制成的。

空气混合物通过两个空气管道 K 和 J 供应。第一个主要用于将空气泵入罐中，第二个以脉冲模式运行（当 开关触点和复位时 关闭）。

今天是什么情况？

过去 40 年取得的科学成就使得在生产真空断路器时将 38 kV 和 72/84 kV 的腔室合二为一成为可能。如今，一个隔离开关上的最大可能电压达到 145 kV - 因此，高水平的开关电压和低功耗允许使用可靠且廉价的设备。

左侧照片中的断路器设计为在 95 kV 电压下工作，而右侧照片中的断路器设计为在 250 kV 电压下工作。两个设备的长度相同。由于制造电接触表面的材料的改进，这种进步已经成为可能。

在电压较高的网络上使用真空断路器时出现的问题：
该操作要求真空室的物理尺寸很大，这导致生产率的降低和真空室本身的处理质量的恶化。
增加设备的物理尺寸增加了对确保设备本身的密封性和对生产过程的控制的要求。
触点之间的长（大于 24 毫米）间隙会影响利用径向和轴向磁场控制电弧的能力，并降低设备的性能。
今天用于制造触点的材料是为中压值设计的。为了在触点之间如此大的间隙下工作，有必要开发新材料。
必须考虑 X 射线的存在。

关于最后一点，还应注意一些事实：

当接触器关闭时，没有 X 射线发射。
在中压（高达 38 kV）下，X 射线辐射为零或可忽略不计。通常，在高达 38 kV 的电压开关中，X 射线辐射仅出现在测试电压下。
一旦系统中的电压上升到 145 kV，X 射线辐射的功率就会增加，此时已经有必要解决安全问题。
现在真空断续器设计人员面临的问题是周围空间的暴露量，以及这将如何影响直接安装在开关本身上的聚合物和电子设备。

今天。
真空 高压断路器，专为 145 kV 操作而设计。

现代真空灭弧室。

设计用于 145 kV 网络的真空断路器的生产大大简化了 300 kV 真空断路器的生产。每相有两个间断。但是，如此高的电压值对触点的材料和控制电弧的方法都有自己的要求。结论：
从技术上讲，可以在电压高达 145 kV 的网络上进行真空断路器的工业生产和操作。
仅使用当今已知的技术，就可以在高达 300-400 kV 的网络上操作真空断续器。
今天，存在严重的技术问题，不允许在不久的将来在超过 400 kV 的网络上使用真空灭弧室。然而，这方面的工作正在进行中，这项工作的目的是生产用于在高达 750 kV 的网络上运行的真空灭弧室。
迄今为止，在干线上使用真空灭弧室没有大问题。 30年来，真空断路器已成功应用于 在电压网络上传输电流 高达 132 kV。

恒温蒸汽疏水阀（囊式）

恒温蒸汽疏水阀的工作原理是基于蒸汽和冷凝水之间的温差。

 

恒温蒸汽疏水阀的工作元件是一个带有位于下部的阀座的胶囊，它起到锁定机构的作用。胶囊固定在疏水阀体内，圆盘位于阀座正上方，位于疏水阀出口处。冷时，胶囊盘和阀座之间有一个间隙，以允许冷凝水、空气和其他不凝性气体不受阻碍地离开疏水阀。

加热时，胶囊中的特殊成分会膨胀，作用在圆盘上，膨胀时会落在鞍座上，防止蒸汽逸出。这种类型的疏水阀除了去除冷凝水外，还允许您从系统中去除空气和气体，即用作蒸汽系统的排气口。恒温胶囊共有三种改进型，可让您在低于汽化温度 5°C、10°C 或 30°C 的温度下去除冷凝水。

  

恒温蒸汽疏水阀主要型号：TH13A、TH21、TH32Y、TSS22、TSW22、TH35/2、TH36、TSS6、TSS7。

适用范围

如果在苏联发布的第一批​​模型由于真空室的设计缺陷和触点的技术特性而提供了关闭相对较小的负载，那么现代模型可以拥有更耐热和更耐用的表面材料.这使得可以在几乎所有工业部门和国民经济中安装这种开关单元。如今，真空断路器用于以下领域：

• 在发电站和配电变电站的配电装置中；
• 在冶金中为炼钢设备供电的电炉变压器；
• 石油、天然气和化工行业的泵站、开关站和变电站；
• 用于铁路运输牵引变电站一、二次回路的运行，为辅助设备和非牵引用电设备供电；
• 在矿山企业中，为整套变电站的联合收割机、挖掘机和其他类型的重型设备供电。

在上述任何经济领域，真空断路器正在取代过时的油和空气模型。

工作原理

真空断路器（10 kV、6 kV、35 kV——无所谓）有一定的工作原理。当触点打开时，在间隙中（在真空中），开关电流会产生放电 - 电弧。它的存在是由金属从触点表面蒸发到真空间隙中来支持的。由电离金属蒸气形成的等离子体是一种导电元素。它维持电流流动的条件。在交流曲线过零的那一刻，电弧开始熄灭，金属蒸汽几乎瞬间（十微秒）恢复了真空的电气强度，凝结在接触表面和电弧内部溜槽。此时，触点上的电压已恢复，此时触点已断开。如果电压恢复后局部过热仍然存在，它们可能成为带电粒子的发射源，这将导致真空击穿和电流流动。为此，使用了电弧控制，热通量均匀分布在触点上。

真空断路器的价格取决于制造商，由于其性能特性，可以节省大量资源。根据电压、制造商、绝缘的不同，价格从 1500 c.u. 不等。高达 10000 立方厘米

设备规格

通过打开电路来关闭负载的设备具有不同的技术特性

在选择适合购买的设备及其后续安装时，所有这些都非常重要并具有决定性意义。

标称电压指示器反映了电气设备的工作电压，它最初是由制造商设计的。

最大工作电压值表示断路器能够在正常模式下工作而不影响其性能的最高可能允许高压。通常这个数字会超过额定电压大小的5-20%。

电流的流动，在其通过期间绝缘涂层和部分导体的加热水平不干扰系统的正常运行并且可以由所有元件持续无限时间，称为额定电流。当前的。在选择和购买负荷开关时必须考虑到它的价值。

允许限值的通过电流值表明在短路模式下流过网络的电流有多大，系统中安装的负载开关可以承受。

电动电阻电流反映了短路电流的大小，短路电流在最初几个周期内作用于器件，不会对其产生任何负面影响，也不会以任何方式对其造成机械损坏。

热耐受电流决定了在一定时间段内的加热动作不会使隔离开关失效的限制电流水平。

驱动器的技术实现和设备的物理参数也非常重要，它们决定了设备的整体尺寸和重量。专注于它们，您可以了解将设备放置在哪里更方便，以便它们正常工作并清楚地执行任务。

负责断开负载的设备的无条件积极品质包括以下位置：

• 制造的简单性和可用性；
• 基本操作方式；
• 与其他类型的开关相比，成品成本非常低；
• 舒适地激活/停用负载额定电流的可能性；
• 肉眼可见的触点之间的间隙，确保引出线路上的任何工作的完全安全（不需要安装额外的隔离开关）；
• 通过熔断器提供低成本的过流保护，通常填充石英砂（PKT、PK、PT 型）。

在所有类型开关的缺点中，最常提到的是仅切换额定功率而不使用紧急电流的能力。

尽管成本和维护成本低，但汽车燃气模块被认为是过时的，并且在定期维护期间或在网络和变电站的重建期间，它们被有意地替换为更现代的真空元件。

由于在灭弧室中产生气体的内部部件逐渐烧毁，汽车燃气模块通常因使用寿命有限而受到指责。

然而，这个时刻可以完全解决，而且花费很少，因为为电弧吸收而设计的气体发生元件和配对触点非常便宜，并且可以很容易地更换，不仅由专业人员，而且由低学历的工人也可以。