什么是真空断路器，真空断路器的作用

很多朋友对什么是真空断路器，真空断路器的作用不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

本文主要是对真空断路器的介绍，重点对真空断路器的原理和作用进行详细说明。

真空断路器“真空断路器”因其灭弧介质和灭弧后触头间隙的绝缘介质为高真空而得名；具有体积小、重量轻、适合频繁操作、灭弧免维护等优点，在配电网中得到广泛应用。真空断路器是3-10kV、50Hz三相交流系统中的户内配电装置，可用于工矿企业、发电厂、变电站的电气设备的保护和控制，特别适用于无油场合。 less 在维护和频繁操作的场所，可在中央柜、双层柜、固定柜中配置断路器，以控制和保护高压电气设备。

工作准则

当真空断路器处于合闸位置时，其对地绝缘由支撑绝缘子承担。一旦与真空断路器连接的线路发生永久性接地故障，断路器跳闸后且接地故障点尚未清除，就会出现电气母线。对地绝缘还应由断路器断口的真空间隙承担；当各种故障分断时，断路器一对触头之间的真空绝缘间隙必须承受各种恢复电压而不被击穿。因此，真空间隙的绝缘特性成为提高灭弧室击穿电压、使单断口真空断路器向高电压水平发展的主要研究课题。

真空度的表示

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，空间内的气体压力越低。真空的单位有三种表示方式：托（即1毫米汞柱的高度）、毫巴（103bar）或帕（帕斯卡：Pa）。 （1托=131.6Pa，1毫巴=100Pa）我们通常说真空灭弧室内部的真空度应达到10-4托，也就是说灭弧室内的气体压力仅为一毫米汞柱的万分之一高'，即1. 31x10-2Pa。

“佩森定理”又译为“巴辰定律”，指的是间隙耐压强度与气体压力之间的关系。由图1可知，皮森定理的关系曲线呈“V”形，即充气压力的增大或减小均可提高极间间隙的绝缘强度。由于真空灭弧室内部的真空度高于10-4 Torr，击穿机理尚不清楚。在如此稀薄的空气空间中，气体分子的自由程为103mm。在真空灭弧室的体积内，发生碰撞的机会几乎为零。因此，不会发生碰撞和解离来破坏真空间隙。皮森定理的“V”形曲线是通过实验得到的，假设在均匀电场的情况下，间隙击穿电压Uj可以表示为：Uj=KLa

L------间隙距离；

a------间隙系数（间隙为5mm时，a=0.5）

从皮森定理的“V”型关系曲线可以看出，当真空度达到103Torr时，出现拐点，拐点周围的曲线变得平坦，击穿电压几乎没有变化。

当真空度和间隙距离相同时，击穿电压随接触电极材料的不同而变化。当电极材料具有高机械强度和高熔点时，真空间隙的击穿电压也增加。真空绝热的破坏机理

如上所述，在真空灭弧室等真空度较高的空间中，气体分子的自由行程很大，不会发生碰撞和分离，从而在高真空度的作用下击穿真空间隙。电压是客观存在的，所以真空绝缘的击穿是有机理解释的，场致发射引起击穿，微块引起击穿，微放电引起击穿。

场发射理论解释真空间隙的击穿

间隙电场的能量集中，在电极微观表面的突出部分发生电子发射或蒸发。它撞击阳极引起局部加热，并持续释放离子或蒸汽。穿。

著名的FowlerandNoraheim场发射电流I表达式为：

I=AE2e-B/E

式中E-----电场强度；

A------常数，与发射点面积有关；

B------常数，与电极表面的逃逸有关。

在小间隙（1mm）和短脉冲电压的情况下，有理由认为真空间隙击穿是由场致发射引起的，但在长间隙和连续压力和长脉冲电压下，有学者认为真空间隙击穿是由场致发射引起的。间隙是由场致发射引起的。还有其他击穿机制：

(1)阴极引起的击穿；在强电场下，由于场发射电流的焦耳热效应，导致阴极表面突起的温度升高。当温度达到临界点时，突出物熔化并产生蒸汽导致击穿。

(2)阳极：引起的击穿由于阴极发射的电子束轰击阳极，某一点发热并产生熔化和蒸汽，导致间隙击穿。阳极引起击穿的条件与电场增强系数和间隙距离有关。

微块引起的击穿解读

假设一个相对容易的微块附着在电极表面，在电场的作用下，微块脱落并加速。当微块撞击相对电极时，会因冲击热而自行熔化并产生蒸汽，导致击穿。

微放电引起真空间隙击穿的解释

如果电极的阴极表面被污染，就会发生微放电。微放电是一种小的自抑制电流脉冲。其总放电电荷为3107C，其存在时间为50ms至数ms。放电一般发生在大于1mm的间隙中。

这些真空间隙的击穿机理表明，真空电极的材料和电极的表面状况对于真空间隙的绝缘是非常关键的因素。

真空间隙的绝缘耐受能力与之前的分、合闸操作条件有关

真空断路器触头间隙击穿电压因耐压试验前不同工况的分、合闸操作而有不同的结果。意大利科伦坡工程师在设备研讨会：试验中讨论了这个问题目标是24KV铜铬触头断路器，额定开断电流16KA，额定电流630A，触头开距15.8mm，触头开闸速度1.1m/s，合闸速度0.6m/s。测试程序列于表1。

合分闸操作（测试系列2~5）后产生的最大击穿电压低于空载循环（测试系列1）后给出的值，这意味着触头击穿距离受到电弧电流At的限制同时，系列2和系列5的测量值也小于系列3和系列4的测试值，并且电流过零波形和极性似乎没有明显影响。试验结果证实，分、合闸操作形式对断路器触头间绝缘电阻有影响。击穿电压在30~50kV范围内，击穿距离在0.6~2mm之间。头部电场强度为25~44kV。

意大利哥伦布工程师的上述实验结果表明，真空开关开断大电流后，随着真空度的降低，绝缘强度会下降是一种常见的现象。因此，我国早期的真空断路器在分断故障后，间隙绝缘会下降，达不到产品技术条件的绝缘水平。真空断路器电气寿命试验后，极间耐压值降低至原试验标准的80%。如果通过，则认为断路器型式试验合格。那么，很多真空断路器生产厂家在产品介绍时反复强调其真空断路器经过电气寿命试验后，间隙绝缘应力没有下降，该如何解释呢？我们以10kV真空断路器为例来说明一下：真空灭弧室在技术和工艺上的改进。与早期产品相比，电极间的绝缘水平提高了很多。当然，新品根据C值测试不会出现故障。电寿命测试后，间隙绝缘等级会从A值下降到B值，但B值会变成C值，所以按C值检查绝缘，测试时不会出现这种情况。分解。老产品的A''值大于C值，新产品按C值评定，当然可以通过。故障断开后，A'值下降至B'值。

真空断路器的作用提高真空灭弧室绝缘耐受能力的措施

真空断路器应向高压应用领域发展。提高真空灭弧室断口绝缘耐受能力，制作额定电压较高的分离式真空灭弧室，不仅可以减少串联断口数量，而且断路器结构简单，具有重要的经济意义。从而提高设备的可靠性，相应降低设备的成本。提高单断口真空灭弧室的绝缘承受能力，应从以下三个方面采取措施。

真空灭弧室触头间抗压强度的提高

如上所述，在灭弧室内部真空度高的情况下，触头间存在的气体非常稀少，不会被电极间的电压解离，但电极间的击穿是客观存在的，导致在几种类型的真空中绝缘击穿机理的解释。当真空间隙实际击穿时，几种机制可能同时工作，并且击穿路径中始终存在游离气体，其由施加电压后产生的金属蒸气或接触释放的吸附气体提供。基于这一点，采取以下措施提高真空灭弧室触头间隙的耐压能力：

(1)选用熔点或沸点高、导热系数低、机械强度和硬度高的触点材料；

(2)预先对接触间隙施加高电压，使其反复放电，使接触表面附着的金属或绝缘颗粒熔化、蒸发，即所谓的“时效处理”；

(3)除去触头或灭弧室表面吸附的气体，即进行加热脱气处理；

(4)选择合适的接触形状，改善接触的电场分布。

提高开断电流后触头间绝缘恢复速度

通常分断电路成功的关键是电弧电流过零后，触头间隙的绝缘恢复速度快于触头间隙间的瞬态恢复电压速度，这样就不会出现重击穿而成功分断。真空灭弧室开断电流时，电弧释放的金属蒸气在电弧电流过零时迅速扩散，接触到触头或屏蔽罩表面时立即凝结。因此，需要通过反复实验获得测试数据，对影响触点尺寸、材料、形状、触点间隙以及电流中断时产生的金属蒸气密度和带电粒子密度的因素进行分析和研究。发现触点直径越大、触点间隙越小，电流中断后介电强度恢复越快；采用纵向磁场接触结构，具有很好的弧后绝缘恢复特性。

提高真空灭弧室的外绝缘

如果真空灭弧室的外表面处于正常大气中，则绝缘耐压很低，不适合在高压条件下使用。随着真空断路器向高电压、小型化方向发展，真空灭弧室灭弧室外表面采用以下强化措施：

(1) 将真空灭弧室陶瓷外壳表面用环氧树脂绝缘包覆。环氧树脂具有高绝缘性能，其冲击电压为50kV/mm，工频耐压为30kV/mm，其产品机械强度高，易于浇注。加工性能好，可以很容易地成型覆盖在陶瓷壳体表面，从而达到加强灭弧室外表面绝缘的目的。它还提高了抗污染性能并使所需的接地绝缘合理化。户外真空断路器常采用带裙边的硅胶护套作为管子，覆盖在陶瓷外壳表面，具有较好的防雾闪性能，但机械强度不如环氧树脂。

(2)将真空灭弧室置于SF6气体中，使陶瓷外壳被SF6气体包围。由于SF6气体仅起绝缘作用，因此其充气压力一般不高。

真空断路器的特点触头开距小，10KV真空断路器触头开距仅10mm左右，操作机构的操作功小，机械部分行程小，其机械寿命长。

燃弧时间短，与开关电流无关，一般只有半个周期。

灭弧后触头间隙介质恢复速度快，分断近场故障性能较好。

由于挖泥机开断电流时磨损少，触头电气寿命长，满容量开断可达30-50次，额定电流开断可达5000次以上，且噪音小，适用于用于频繁操作。

体积小、重量轻。

适合开断容性负载电流。

由于其诸多优点，在变电站中得到广泛应用。目前型号主要有：ZN12-10、ZN28A-10、ZN65A-12、ZN12A-12、VS1、ZN30等[2]

具体介绍

真空断路器技术标准真空断路器近十年来在我国蓬勃发展。产品由过去的ZN1至ZN5几个品种发展到几十多个型号、品种，额定电流5000A，开断电流50kA，电压35kV。

20世纪80年代之前，真空断路器处于发展初期，技术不断探索，无法制定技术标准。直到1985年才制定了相关产品标准。

国内主要标准：

JP3855-96《3.640.5kV交流高压真空断路器通用技术条件》

DL403-91《1035kV户内高压断路器订货技术条件》

这里需要说明一下：IEC标准中并没有对应我国JB3855的专门标准，而是应用了“IEC56交流高压断路器”。因此，我国真空断路器的标准至少在以下方面高于或严于IEC标准：

(1) 绝缘等级：试验电压IEC中国

1min工频耐受电压（kV） 28 42（极间、极对地） 48（断口间）

1.2/50 冲击耐受电压（kV） 75 75（极间、极对地） 84（断口间）

(2)电气寿命试验后真空灭弧室断裂的耐压等级：IEC56中没有规定。我国JB3855-96规定，电气寿命周期试验完成后，真空断路器断口间绝缘能力应不低于初始绝缘水平的80%，即工频1min33。 6kV，冲击60kV。

(3)触点闭合弹跳时间：IEC无规定，但我国要求不大于2ms。

(4)温升试验的试验电流：在IEC标准中，试验电流等于产品的额定电流。我国DL403-91规定试验电流为产品额定电流的110%。

2、真空断路器的主要技术参数真空断路器的参数大致可分为两个方面：选型参数和运行参数。前者用于用户设计和选型；后者是断路器本身的机械特性或运动特性，是操作和调节的技术指标。

下表是所选参数的说明，以三台真空断路器的数据为例。

表中所列参数必须在产品型式试验中按照JB3855、DL403标准要求逐项验证，最终数据以型式试验报告为准。

结论真空断路器的原理和作用介绍完毕。希望这篇文章能让您对真空断路器有更深入的了解。

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以上知识分享希望能够帮助到大家！