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真空灭弧室的基本结构及工作原理

2018-03-12 17:32:22 立枫电气公司 9

一、真空灭弧室基本结构

组成真空灭弧室的主要结构件为绝缘外壳、动静盖板、触头、波纹管、屏蔽罩、动静导电杆、导向套等,分别根据相应的功用选用不同的材料,采用真空钎焊工艺将相应的零部件封接成密闭的真空腔室,借助真空优良的绝缘性能与熄弧性能,在切断电源后能迅速熄弧并抑制电流,

1、真空灭弧室 结构

(视频动作) 

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(结构简图

         1—静端盖板   2—主屏蔽罩   3—动静触头   4—波纹管   

    5—动端盖板   6—静导电杆   7—绝缘外壳   8—动导电杆

2、 各个主要零部件的作用

1) 绝缘外壳

一般选用Al2O3陶瓷管壳。Al2O3陶瓷材料具有优异电绝缘性能、较高的机械强度、高温下不易分解与蒸发等一系列优点,即能保证真空灭弧室在生产及运行过程中的气密性又不易损坏。

2)波纹管

波纹管是真空灭弧室中不可缺少的重要元件。是唯一可动的外壳部分,因此它的作用也称为“动密封”。既能保证灭弧室的密封,又能借助于它来实现触头的相对运动,波纹管的允许伸缩量决定了所能获得的最大触头开距。

波纹管的材料壁厚仅为0.10——0.16mm,开关在每次合分动作时都会使波纹管的波状薄壁产生一次较大幅度的机械变形。由于剧裂而频繁的机械变形很容易使波纹管因疲劳而损坏,最终导致灭弧室漏气而报废。某种程度上,波纹管的疲劳寿命也就决定了真空灭弧室的机械寿命,所以说,整个寿命期间,一定严禁扭伤或划伤波纹管。

波纹管的疲劳寿命还和工作条件的受热温度有关,真空灭弧室在分断大的短路电流后,导电杆的余热传递到波纹管上,使波纹管的温度升高,当温升达到一定程度时,这也会影响波纹管的疲劳强度。

3)触头

真空灭弧室是真空开关的心脏,而触头则是真空灭弧室的心脏,因此触头材料和触头结构等对真空灭弧室的性能影响极大。

① 触头材料主要从开断能力、耐受电压能力、抗电腐蚀性、抗熔焊能力、截流值、含气量等方面来选择。目前断路器用真空灭弧室的触头材料大都采用铜铬合金,铜与铬各占 50%

② 触头结构对灭孤室的开断能力有很大影响。采用不同结构触头产生的灭弧效果有所不同的,早期采用简单的圆柱形触头,结构虽简单,但开断能力不能满足断路器的要求,仅能开断10kA以下电流,目前仅有真空负荷开关、高压真空接触器等用真空灭弧室才采用。目前采用较多的有螺旋糟型结构触头、带斜槽杯状结构触头和杯状纵磁结构触头三种,其中以采用杯状纵磁结构触头为主。

4)主屏蔽罩

主屏蔽罩也称为中间屏蔽罩或冷凝屏蔽罩。设置在触头周围,应该正对着触头拉开后的燃弧区。其主要作用是可以阻挡电弧生成物四周喷溅的作用,有助于电弧熄灭后残余等离子体的衰减,防止绝缘外壳受污染。因而主屏蔽罩对真空灭弧室的弧后介质强度恢复速度和开断能力的提高起到很大作用。

5)动静导电杆

一般来讲,导电系统主要包括动、静导电杆和导电块。根据机构安装方式不同、静端导电有的靠静导电杆,有的靠导电块。动静导电杆一端连接触头,另一端伸出管外与机构连接从而实现与电路连接。

6)动静盖板

通过动静盖板与瓷壳进行钎焊,形成密闭的真空腔室。

7)导向套

   顾名思义,导向套是对动导电杆的运动起导向作用,尽量保证动作过程中真空灭弧室动静端的同轴度,从而保证动静触头的接触面积。另外,导向套还可以与动导电杆做防扭设计,以防在装配过程中扭伤波纹管。

二、真空灭弧室的工作原理

真空灭弧室内部真空度出厂标准为<1.33×10-3Pa,真空寿命为20年。

真空灭弧室的动导电杆与波纹管密封一起,是一可动部件,通过与操动机构连接,在操动机构带动下,可以沿灭弧室轴向运动从而带动灭弧室动触头完成合、分动作。

当动导电杆在操动机构带动下合闸时,动静触头闭合,电源与负载接通。当动导电杆在操动机构带动下带电分闸时,触头间产生真空电弧。

当真空灭弧室的触头在真空中带电分离时,电接触表面积迅速减小,当动、定触头在分离的瞬间,电流收缩到触头刚分离的某一点或某几点上,电极间电阻剧烈增大,温度也迅速提高,最后金属桥熔化并蒸发出大量的金属蒸汽,同时形成极高的电场强度,导致剧烈的场致发射和间隙的击穿,产生了真空电弧,真空电弧不是靠电极间气体分子电离来维持的,而是依靠触头材料蒸发所形成的出来金属蒸汽来维持。

当工作电流接近零时,同时触头间距的增大,真空电弧的等离子体很快向四周扩散,电弧电流过零后,触头间隙的介质迅速由导电体变为绝缘体,于是电流被分断,开断结束。

燃弧过程中产生的金属蒸汽被屏蔽罩表面冷凝,释放的少量气体中的一部分被凝聚的金属蒸汽吸收,一部分被灭弧室内的吸气剂吸收,是真空灭弧室一直维持较高的真空度。

如果具有合理的触头结构,可以使电弧均匀分布在触头表面,从而减小电弧能量和触头的电腐蚀速度,并使真空灭弧室具有较高的弧后介质强度的恢复速度。


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