真空斷路器發(fā)展史

關于真空斷路器發(fā)展史第1頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月1真空斷路器的發(fā)展簡史

2真空滅弧室

3操動機構的發(fā)展

4絕緣結構的發(fā)展

5展望發(fā)展

6西門子著名的3AH真空斷路器

7新聞（最新產品）第2頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月

真空斷路器是指觸頭在真空中關合、開斷的斷路器。它以其具備良好的滅弧特性,適宜頻繁操作,電氣壽命長、運行可靠性高、不檢修周期長的優(yōu)勢,在當今我國電力工業(yè)城鄉(xiāng)電網改造、化工、冶金、-鐵道電氣化以及礦山等行業(yè)得到了廣泛的應用。產品從過去的ZN1-ZN5幾個品種到現(xiàn)在數十個型號、品種,額定電流達到4000A,開斷電流達到5OKA,甚至有63kA,電壓達到35kV等級。

第3頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月1、真空斷路器的發(fā)展簡史：

1893年，美國的里頓豪斯提出了結構簡單的真空滅弧室，并獲得了設計專利。

1920年瑞典佛加公司第一次制成了真空開關。

1926年美國索倫森等公布的研究成果也顯示了在真空中分斷電流的可能性，但因分斷能力小，又受到真空技術和真空材料發(fā)展水平的限制，尚不能投入實際使用。

50年代美國才制成第一批適用于切斷電容器組等特殊要求的真空開關,分斷電流尚停在4千安的水平。

第4頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月真空開關的發(fā)展促進了真空斷路器的產生

1961年，美國通用電氣公司開始生產15千伏、分斷電流為12.5千安的真空斷路器。

1966年試制成15千伏、26千安和31.5千安的真空斷路器，從而使真空斷路器進入了高電壓、大容量的電力系統(tǒng)。

20世紀70年代后,日本東芝電氣公司研制成功了具有縱向磁場觸頭的真空滅弧室,使額定開斷電流又進一步提高到5OKA以上。

80年代中期，真空斷路器的分斷能力已達100千安。

中國從1958年開始研制真空開關，1960年西安交通大學和西安開關整流器廠共同研制成第一批6.7千伏、分斷能力為600安的真空開關;隨后又制成10千伏、分斷能力為1.5千安的三相真空開關。

1969年華光電子管廠和西安高壓電器研究所制成了10千伏、2千安單相快速真空開關。70年代以后，中國已能獨立研制和生產各種規(guī)格的真空開關。

目前真空斷路器己廣泛用于1OKV、35kV配電系統(tǒng)中,額定開斷電流己能做到5OKA-100KAo有些國家還生產了72kV/84kV級的真空滅弧室,但數量不多。

第5頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月

2、真空滅弧室

真空滅弧室是真空斷路器的關鍵部件,它是采用玻璃或陶瓷作支撐及密封,內部有動、靜觸頭和屏蔽罩,室內有負壓,真空度為133×10或133×lOJPa,保證其開斷時的滅弧性能和絕緣水平。

真空斷路器在真空滅弧室內開斷電流并進行滅弧,而真空斷路器本身沒有定性、定量監(jiān)測真空度特性的裝置,所以真空度降低故障為隱性故障,同時,真空度降低將嚴重影響真空斷路器開斷過電流的能力,并導致斷路器的使用壽命急劇下降嚴重時會引起開關爆炸。

第6頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月真空滅弧室存在的主要問題真空度降低。真空度降低的主要原因有以下幾點。

(1)真空斷路器是一個比較嬌嫩的元件,電子管廠出廠后,經過多次運輸顛簸、安裝震動、意外碰撞等,都有可能產生玻璃或陶瓷封接的滲漏。

(2)真空滅弧室材質或制作工藝存在間題,多次操作后出現(xiàn)漏點。

(3)分體式真空斷路器,如使用電磁式操作機構,在操作時,由于操作連桿的距離比較大,直接影響開關的同期、彈跳、超行程等特性加快真空度降低。

真空滅弧室真空度降低的處理方法:

經常觀察真空滅弧室定期使用真空開關真空度測試儀對真空滅弧室進行真空度的測量,確保真空滅弧室的真空度在規(guī)定范圍內;當真空度降低時,必須更換真空滅弧室,并做好行程、同期、彈跳等特性試驗。

第7頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月近年來,我國真空斷路器的生產發(fā)展也很快。目前國內真空滅弧室的技術與國外產品不相上下,有采用縱向、橫向的磁場技術、采用中央引燃觸頭技術的真空滅弧室,Cu-Cr合金材料制成觸頭已成功地開斷5OKA、63kAo中國的真空滅弧室已達到較高的水平,真空斷路器完全可以選用國產的真空滅弧室。

第8頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月3、操動機構的發(fā)展

隨著新材料的應用和新型結構的觸頭不斷研制成功，真空斷路器憑借真空滅弧室無與倫比的開斷特性，其電氣壽命和機械壽命大大增加，逐漸替代了老式的油開關，被廣泛應用于6~10.5ｋＶ的中壓電力系統(tǒng)中作為控制和分配電能的開關。

真空斷路器的主要功能歸根到底是體現(xiàn)在觸頭的分、合動作上，而觸頭的分、合動作主要是通過“操動機構”來實現(xiàn)的，因此真空斷路器操動機構的性能和質量優(yōu)劣，將對真空斷路器的工作性能和可靠性起到至關重要的作用。第9頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月真空斷路器操動機構的發(fā)展歷程

（１）電磁操動機構。

最早應用在真空斷路器上的操動機構是通過電磁力去實現(xiàn)分、合閘的，故也稱為電磁操動機構。

優(yōu)點：

１．結構相對簡單，零件數量少，制造成本低；

２．開距?。ǎ浮玻担恚恚?，較好地迎合了真空滅弧室的要

求。

缺點：

１．合閘線圈功率大，配套的電源設備價格昂貴；

２．操作時沖擊力大，操作時間長；

３．合閘接觸力小，易引起觸頭跳動，從而產生連續(xù)、呈衰減趨勢的電火花；

４．結構笨重，不利于小型化及配網自動化。

由于電磁操動機構存在上述較多缺陷，故而逐步被市場所淘汰，取而代之的是后續(xù)研制的彈簧操動機構第10頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月（２）彈簧操動機構。

彈簧操動機構是利用交、直流兩用電動機對彈簧進行預儲能，利用彈簧的彈性勢能去進行分、合閘操作的。

優(yōu)點

１．對電源要求低，沖擊力較?。?/p>

２．可獲得較高的合閘速度，能實現(xiàn)快速自動重合閘。

缺點

１．因完全依靠機械傳動，故傳動機構復雜，零件數量多，故障率較高；

２．零件加工精度要求高，制造工藝復雜，制造成本較高。

由于彈簧操動機構產品的可靠性不易保證，限制了真空斷路器向電氣壽命長、免維護等要求更高的方向發(fā)展。鑒于以上兩種操動機構的不足，近年來，一種將永久磁鐵應用于操動機構中的新型的

“永磁操動機構”越來越受到電力行業(yè)的關注。第11頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月（３）永磁操動機構

永磁操動機構主要由永久磁鐵和分、合閘控制線圈等部件組成，是用永磁體去實現(xiàn)真空斷路器合閘保持和分閘保持的一種新型的電磁操動機構。當合閘控制線圈通電時，線圈所產生的磁拉力會使動鐵心向下運動，然后由永久磁鐵將動鐵心保持在合閘位置；當分閘線圈通電時，動鐵心向反方向運動，同樣由永久磁鐵將它保持在分閘位置。由于該機構在控制線圈不通電流時動鐵心有兩個穩(wěn)定工作狀態(tài)合閘或閘）故也稱為雙穩(wěn)態(tài)永磁操動機構。

第12頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月永磁操動機構的優(yōu)點

１）通過雙線圈分別控制分、合閘操作。即合閘線圈只控制合閘操作，分閘線圈只控制分閘操作，提高了機構的可靠性。

２）采用了全新的磁路設計，增大了分、合閘的保持力，減小了分、合閘時對線圈電流的要求，降低了能耗。

３）機構的下部基座設計有聯(lián)動軸，可保證分合閘操作時三相同期性，控制了首開相燃弧時間（１ｍｓ內）。

４）機構的機械壽命可高達１０萬次，與傳統(tǒng)的電磁機構和彈簧機構相比，機械壽命至少提高３倍以上。

５）機構是通過動鐵心與主軸傳動拐臂相連直接驅動動觸頭的，簡化了傳動鏈，無需機械脫、鎖扣裝置，減少了故障源。

第13頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月4、絕緣結構的發(fā)展

據有關的歷史資料對全國電力系統(tǒng)高壓斷路器運行中的事故類型統(tǒng)計分析拒分事故占22.67%;拒合事故占6.48%;開斷關合事故占9.07%;絕緣事故占35.47%;誤動事故占7.02%;截流事故占7.95%;外力及其他事故占11.439毛,其中以絕緣事故和拒分事故最為突出,約占全部事故的60%。所以絕緣結構也是真空斷路器的一大要點根據相柱絕緣經歷的變化發(fā)展,可基本上劃分為三代:空氣絕緣方式、復合絕緣方式、固封極柱絕緣方式。第14頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）空氣絕緣方式

產品的相間絕緣、對地絕緣和滅弧室外絕緣均為空氣介質。這樣斷路器的真空滅弧室多采用懸掛支撐方式,并且要遵循嚴格的安裝調試工藝。典型產品國內有江蘇長江股份公司的ZN68-12,國外有西門子公司的3AFJAG及3AH等系列產品。

干凈清潔的空氣是良好的絕緣介質,使用歷史最悠久?？紤]到環(huán)境的影響對單純以空氣作為絕緣介質的斷路器及開關柜的空氣絕緣凈距和爬電比距作出了規(guī)定,在相應試驗基礎上,對12kV開關設備要求各相導體相間和對地凈距達到125mm,對于瓷質和有機材料絕緣件的爬電比距分別要求18mm/kV、2Omm/kVD但有時還免不了發(fā)生絕緣事故,在絕緣凈距和爬電比距滿足上述規(guī)定外最好對裸露母線增加硅橡膠套,以進一步提高絕緣水平。

為了保證空氣絕緣凈距和爬電比距致使該類型產品的小型化比較困難。

第15頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）復合絕緣方式

產品的絕緣結構采用固體絕緣和空氣絕緣相結合的方法,一方面提高了絕緣性能,另一方面可以減少設備的尺寸。采用絕緣套筒式結構,真空滅弧室通過螺栓固定在環(huán)氧樹脂絕緣套筒內然后與機構組裝成斷路器。這種斷路器技術日趨成熟,具有代表性的產品如國產ZN63A、ZN63B型和ABB公司技術產品VD4型斷路器。

這些措施提高了相間和對地的絕緣,可以避免外部機械力對滅弧室的沖撞,斷路器尺寸也能減小,但是環(huán)境氣候條件對滅弧室外絕緣的影響還不可避免,對極柱的裝配還是有比較高的工藝要求。

第16頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月（3)固封極柱絕緣方式

固封極柱又稱為澆注式極柱結構,這是中壓真空斷路器絕緣結構的重大變革。固封式真空斷路器的研究工作始于上個世紀末,德國ABBCalorEIIlang公司為發(fā)展免維護真空斷路器而開發(fā)在國內,2003年7月西安高壓電器研究所與廈門華電開關有限公司聯(lián)合開發(fā)的ZN96(VEP)-12/1250-315型固封式真空斷路器率先通過國家級鑒定,之后該產品發(fā)展很快,高參數產品不斷推出產品正在完成系列化,它已經成為近年來發(fā)展最快的一類高壓電器產品。

它的主要特點是將真空滅弧室及導電端子等零件用環(huán)氧樹脂通過APG工藝(環(huán)氧樹脂自動壓力凝膠工藝)包封成極柱,然后與機構組裝成斷路器。

固封式真空斷路器的結構在機構部分根據選用不同的機構可能差異比較大些,但極柱的外形、結構差異不大,但其功能都是一樣的,它的優(yōu)點主要有:

第17頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)提高了產品的絕緣水平及抗污能力。

(2)小型化,減小了斷路器及其配用的開關柜體積。

(3)防止了真空滅弧室易受外界撞擊的危險。

(4)增強了主回路的外爬距,提高了滅弧室耐受電壓水平。

(5)滅弧室的免維護,為斷路器免維護創(chuàng)造了條件。

固封式真空斷路器的電氣性能除了決定真空滅弧室外,極柱的結構設計也至關重要。極柱結構除考慮絕緣外,還應考慮強度及散熱問題。大電流情況下,甚至要與真空滅弧室一并考慮。從性能、成本上綜合考慮,真空滅弧室亦單獨設計成一個系列較為合理。

第18頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月5展望發(fā)展

從國內外真空斷路器新產品品種的產生上及展覽會上,德國漢諾威博覽會為世界上最大的工業(yè)展覽會,素有新產品櫥窗之美,可以看出真空斷路器的發(fā)展趨向于專用化、小型化、智能化、低過電壓幾大方向。

第19頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)專業(yè)化

如用于發(fā)電機保護斷路器的特大容量真空斷路器(短路開斷電流高達3~8OKA及以上),標準型真空斷路器(短路開斷電流25~5OKA),經濟型真空斷路器(16KA~25KA),頻繁型真空斷路(如操作次數54萬次),超頻繁型真空斷路器(如操作次數1615萬次)。

(2)小型化，高可靠性

為了提高可靠性、降低成本一直努力減少零件數、縮小管徑。

第20頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)智能化

真空斷路器在保留斷路器原有的各種功能外,必須具有對電路的異常狀況進行檢測與判定以及具有一定的指令功能等也就是把計算機加入機械系統(tǒng),使開關系統(tǒng)有了“大腦”,再加“傳感器”采集信息,用光纖傳導信息,使開關系統(tǒng)有了“知覺”,大腦根據“知覺”做出判斷與決定使系統(tǒng)有了“智能”,這是配電自動化的需要,也是斷路器本身控制保護的需要。如Alstorn公司的DCX型可編程序數字控制裝置,ABB公司的REF542型控制和保護裝置,西門子公司第二代數字保護裝置等。

我國為了使斷路器趕上國際先進水平，決定把開發(fā)智能化斷路器列為“八五”重點開發(fā)項目.

目前國內有的廠正在著手開發(fā)4000A、5000A的智能型斷路器

第21頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)低過電壓

真空斷路器開斷小電流容易發(fā)生截流,引起過電壓。過電壓是人們使用真空斷路器最關心的問題。一般解決方法有兩種:第一種是加裝過電壓吸收裝置(RC回路、ZnO避雷器),但它作為真空斷路器的附加裝置,不僅使真空斷路器結構復雜化,而且增加成本;另一種方法也是今后要致力研究的課題,采用低電壓觸頭材料。研究采用低電壓觸頭材料日本幾家公司走在前列。富士康公司開發(fā)了CuCr添加高蒸氣材料、三菱公司開發(fā)了CuCrBiα多元觸頭材料,東芝公司開發(fā)了新型的AgWC觸頭材料開斷短路電流達40KA。第22頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月6、西門子著名的3AH真空斷路器第23頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月第24頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月第25頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月第26頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月最顯著的優(yōu)點：

穩(wěn)定的絕緣性能—在真空環(huán)境下，沒有分解物，由于嚴格地封閉，外界環(huán)境對其無影響。

恒定的觸頭接觸電阻—由于真空下無氧氣，能保持觸頭表面的清潔。因此，在設備的整個壽命周期內，觸頭接觸電阻一直維持在較小水平。

開端次數高—額定電流開斷最高達30000次，短路電流開斷次數可高達100次第27頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月7、新聞（最新產品）第28頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月1、福州天宇電氣開關元件事業(yè)部研制的新產品ZW□-12/T630-20型戶外柱上真空斷路器，日前在沈陽機械工業(yè)高壓電器設備質量檢測中心一次性順利通過國家規(guī)定的所有型式試驗項目，滿足國家標準和企業(yè)標準規(guī)定的所有試驗項目要求。

12kV戶外柱上真空斷路器的開發(fā)成功，增加了福州天宇電氣公司新的產品種類，也為城市及農村電網建設提供了新的可選產品。

第29頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月2、泰永科技股份有限公司又推出了一款全新的塑料看似體積小巧的MB50系列斷路器，分斷能力高、飛弧短，還具備隔離功能。當線路出現(xiàn)過載故障時，斷路器會發(fā)出報警信號，并且不會跳閘，保障了供電的連續(xù)性。更讓人驚喜的是，MB50雖然只是一款普通斷路器，卻具有智能化功能——斷路器熱脫扣的動作閥值與磁脫扣動作閥值可以根據需要現(xiàn)場調整設置，能夠很好實現(xiàn)上下級之間的選擇性保護，這是普通塑料外殼式斷路器所無法企及的第30頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月

3、國產新式363型罐式六氟化硫斷路器采用單斷口、無電容結構，整體布置緊湊、簡潔；額定電流5000A、額定短時耐受電流63kA、機械壽命5000次，性能穩(wěn)定可靠、使用壽命長、綜合技術經濟指標高；其液壓操動機構采