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    詳解真空斷路器工作原理

    2021-10-28 10:01:30

    詳解真空斷路器工作原理 

    真空斷路器工作原理與其他斷路器相比之是滅弧介質不同罷了,真空不存在導電介質,使電弧快速熄滅,因此該斷路器的動靜觸頭之間的間距很小。該斷路器一般用于電壓等級相對低的廠用電配置中!隨著電力系統的迅猛發展, 10kV真空斷路器在我國已經大批量地生產和使用。對于檢修人員來說,提高對真空斷路器的認識,加強維護保養,使其運行,成了一個迫在眉睫的問題。本文以ZW27—12為例,簡要說明真空斷路器的原理與維修。

    一、真空的緣特性

    真空具有很強的緣特性,在真空斷路器中,氣體非常稀薄,氣體分子的自由行程相對較大,發生相互碰撞的幾率很小,因此,碰撞游離不是真空間隙擊穿的主要原因,而在電場作用下由電析出的金屬質點才是引起緣破壞的主要因素。

    真空間隙中的緣強度與間隙的大小,電場的均勻程度有關,而且受材料的性質及表面狀況的影響較大。真空間隙在較小的距離間隙(2—3毫米)情況下,有比高壓力空氣與SF6 氣體高的緣特性,這就是真空斷路器的觸頭開距一般不大的原因。


    材料對擊穿電壓的影響主要表現在材料的機械強度(抗拉強度)和金屬材料的熔點上??估瓘姸群腿埸c越高,在真空下的緣強度越高。

    真空度越高,氣體間隙的擊穿電壓越高,但在10-4 托以上,就基本保持不變了,所以,要保持真空滅弧室的緣強度,其真空度應不低于10-4托。

    二、真空中電弧的形成與熄滅

    真空電弧和我們以前學習的氣體電弧放電現象有很大的差別,氣體的游離現象不是產生電弧的主要因素,真空電弧放電是在觸頭蒸發出來的金屬蒸汽中形成的。同時,開斷電流的大小不同,電弧表現的特點也不同。我們一般把它分為小電流真空電弧和大電流真空電弧。

    1、小電流真空電弧

    觸頭在真空中開斷時,產生電流和能量十分集聚的陰斑點,從陰斑點上大量地蒸發金屬蒸汽,其中的金屬原子和帶電質點的密度都很高,電弧就在其中燃燒。同時,弧柱內的金屬蒸汽和帶電質點不斷地向外擴散,電也不斷的蒸發新的質點來補充。在電流過時,電弧的能量減小,電溫度下降,蒸發作用減少,弧柱內的質點密度降低,在過時陰斑消失,電弧熄滅。

    有時,蒸發作用不能維持弧柱的擴散速度,電弧突然熄滅,發生截流現象。

    2、大電流真空電弧

    在觸頭斷開大的電流時,電弧的能量增大,陽也嚴重發熱,形成很強的集聚型的弧柱。同時,電動力的作用也明顯了,因此,對于大電流真空電弧,觸頭間的磁場分布就對電弧的穩定性和熄弧性能有決定性的影響。如果電流太大,超過了開斷電流,就會造成開斷失敗。此時,觸頭發熱嚴重,電流過以后仍然蒸發,介質恢復困難,不能斷開電流。

    三、斷路器的結構和工作原理

    真空斷路器的生產廠家比較多,型號也較繁雜。按使用條件分為戶內( ZNx—**)和戶外(ZWx—**)兩種類型。主要由框架部分,滅弧室部分(真空泡),和操動機構部分組成。

    斷路器本體部分由導電回路,緣系統,密封件和殼體組成。整體結構為三相共箱式。其中導電回路由進出線導電桿,進出線緣支座,導電夾,軟連接與真空滅弧室連接而成。

    機構為電動儲能,電動分合閘,同時具有手動功能。整個結構由合閘彈簧,儲能系統,過流脫扣器,分合閘線圈,手動分合閘系統,輔助開關,儲能指示等部件組成。

    工作原理

    真空斷路器利用高真空中電流流過點時,等離子體迅速擴散而熄滅電弧,完成切斷電流的目的。

    動作原理

    儲能過程:當儲能電機 14接通電源時,電機帶動偏心輪轉動,通過緊靠在偏心輪上的滾子10帶動拐臂9及連板7擺動,推動儲能棘爪6 擺動,使棘輪11 轉動,當棘輪11 上的銷與儲能軸套32的板靠住以后,二者一起運動,使掛在儲能軸套上32 上的合閘彈簧21 拉長。儲能軸套32 由定位銷13 固定,維持儲能狀態,同時,儲能軸套32 上的拐臂推動行程開關5切斷儲能電機14 的電源,并且儲能棘爪被抬起,與棘輪可靠脫離。

    合閘操作過程:當機構接到合閘信號后(開關處于斷開,已儲能狀態),合閘電磁鐵 15 的鐵心被吸向下運動,拉動定位件13 向逆時針方向轉動,解除儲能維持,合閘彈簧21 帶動儲能軸套32逆時針方向轉動,其凸輪壓動傳動軸套 30,帶動連板29及搖臂27 運動,使搖臂27 扣住半軸25,使機構處于合閘狀態。此時,連鎖裝置28 鎖住定位件,使定位牛不能逆時針方向轉動,達到機構聯銷的目的,機構在合閘位置不能合閘操作。

    分閘操作過程:斷路器合閘后,分閘電磁鐵接到信號,鐵芯吸合,分閘脫扣器 19 中的頂桿向上運動,使脫扣軸16 轉動,帶動頂桿18向上運動,頂動彎板26 并帶動半軸25 向反時針方向轉動。

    半軸25 與搖臂27 解扣,在分閘彈簧的作用下,斷路器完成分閘操作。

    四、斷路器的調試

    開距與超行程斷路器的開距與超行程的測量可以根據圖三所示,在分合閘狀態測量出的 X 值之差為斷路器的開距,Y 值之差為斷路器的超行程。調整的方法為放長或縮短緣操作桿3 或機構與主軸的連桿。

    分合閘機構調整

    1、搖臂 27 與半軸25 的扣接量為1.5~2.5mm,可以通過調整螺釘24 來實現。

    2、傳動軸套 30 轉動角時,搖臂27 與半軸間要有1.5~2mm的間隙,以傳動軸套回落到合閘位置時,搖臂27 能自動扣接到半軸 25 上,可以通過螺釘31 的調節來實現。

    3、輔助開關 2的轉換應準確可靠,可以通過調整輔助開關2的拐臂3位置及位桿4 的長短來實現。

    4、在儲能過程中,當棘爪到達一個齒的點時,應能儲能軸套 32 上的拐臂使行程開關的觸點可靠切換,切斷電機電源,可以通過調整行程開關5 的上下前后位置來實現。

    5、調整分閘合閘彈簧的預拉長度,斷路器的可靠分合,且分合閘速度達到規定值。

    五、斷路器的控制回路

    在我國的農網 35KV標準化變電站中,采用了控制母線和合閘母線分開的原則。

    在短路器的輔助常閉接點與合閘線圈之間,把斷路器儲能行程開關的一對常開接點串聯進控制回路。這樣,在斷路器未儲能的情況下,將不能進行合閘操作。防止了在斷路器未儲能的情況下合閘,合閘回路保持,燒毀合閘線圈。

    同時,在接線的過程中,要注意儲能行程開關接點中合閘母線與控制母線的性要一致,防止出現在開關蓄能時,合閘回路的電弧擊穿行程開關,造成控制保險的熔斷或控制空氣開關的掉閘。

    這一點在綜合自動化變電站上要特別注意。

    六、運行維護與檢修試驗

    真空斷路器的燃弧時間短,緣強度高,電氣壽命也較高,觸頭的開距與行程小,操作的能量小,因此,機械壽命也較高。在日常的運行中,維護工作量很小,主要檢查機構的運動部件磨損情況,緊固件有無松動,清除緣表面的灰塵,在活動部位注入一些潤滑脂等。

    在春檢預防性試驗中,對開關的直流電阻測試要與歷史數據進行比較,發現問題及時處理換,對斷口的工頻耐壓試驗,是檢驗真空泡是否漏氣的有效方法。(戶內真空斷路器可以借鑒斷開負荷時,真空泡內閃光的顏色來初步判斷真空泡的真空度,顏色暗紅時表明真空度降低,顏色淡藍時,表明真空度良好)保護定植校驗時,對斷路器做低電壓掉合閘試驗,檢驗開關在母線故障狀態時,電壓降低時動作是否可靠。

    貴州真空斷路器

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