10kV高压真空断路器手车式VS1-12/630-25

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1893年，美国的里顿豪斯提出了结构简单的真空灭弧室，并获得了设计专利。1920年瑞典佛加公司次制成了真空开关。1926年等公布的研究成果也显示了在真空中分断电流的可能性，但因分断能力小，又受到真空技术和真空材料发展水平的限制，尚不能投入实际使用。随着真空技术的发展，50年代美国才制成批适用于切断电容器组等特殊要求的真空开关,分断电流尚停在4千安的水平。由于真空材料冶炼技术上的进步和真空开关触头结构研究上所取得的突破，1961年，开始生产15千伏、分断电流为12.5千安的真空断路器。1966年试制成15千伏、26千安和31.5千安的真空断路器，从而使真空断路器进入了高电压、大容量的电力系统。


80年代中期，真空断路器的分断能力已达100千安。 中国从1958年开始研制真空开关，1960年西安交通大学和西安开关整流器厂共同研制成批6.7千伏、分断能力为600安的真空开关;随后又制成10千伏、分断能力为 1.5千安的三相真空开关。1969年华光电子管厂和西安高压电器研究所制成了 10千伏、2千安单相快速真空开关。70年代以后，中国已能立研制和生产各种规格的真空开关。


规格


真空断路器通常可分多个电压等级。低压型一般用于防爆电气使用。像煤矿等等。


额定电流达到5000A，开断电流达到50kA的较好水平，并已发展到电压达35kV等级。


80年代以前，真空断路器处于发展的起步阶段，技术上在不断摸索，还不能制定技术标准，直到1985年后才制成相关的产品标准。国内主要依据标准编辑


JB/T 3855-2008《高压交流真空断路器》


DL/T 403-2017《高压交流真空断路器》


这里需要说明：IEC标准中并无与我国JB 3855相对应的标准，只是套用《IEC56交流高压断路器》。因此，我国真空断路器的标准至少在下列几个方面或严于IEC标准：


绝缘水平： 试验电压 IEC 中国


1min工频耐压(kV) 28 42(极间、极对地)48(断口间)


1.2/50冲击耐压(kV) 75 75(极间、极对地)84(断口间)


电寿命试验结束后真空灭弧室断口的耐压水平：IEC56中无规定。我国JB3855一96规定为：完成电寿命次数试验后的真空断路器，其断口间绝缘能力应不低于初始绝缘水平的80%，即工频1min33.6kV和冲击60kV。


触头合闸弹跳时间：IEC无规定，而我国规定要求不大于2ms。


温升试验的试验电流：IEC标准中，试验电流就等于产品的额定电流。我国DL403-91中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，大致可划分为选用参数和运行参数两个方面。前者供用户设计选型时使用；后者则是断路器本身的机械特性或运动特性，为运行、调整的技术指标。


分析真空断路器的发展与表现

一、真空断路器


面临极其不同的开断任务，新的断路器应运而生。如果用于发电机保护断路器的特大容量真空断路器（短路开断电流高达63～80kA及以上），标准型真空断路器（短路开断电流25～50kA），经济型真空断路器（16～25kA），频繁型真空断路器（如操作次数5～6万次），超频繁型真空断路器（如操作次数 10～15万次）。如西门子公司的3AH系列断路器就按使用场合划分为5种型号，其中3AH1和3AH3型为标准型，操作10000次，3AHZ型为频繁型，操作6万次，3AH4为超频繁型，操作12万次，3AH5型为经济型，价格便宜。


二、低过电压型真空断路器


众所周知，真空断路器因截流会引起截流过电压，特别在开断小的感性负截如电动机时，一般情况下，为限制过电压而给真空断路器配过电压吸收装置如SicRC 路，ZnO避雷器等，这使断路器结构庞大且复杂化，而且有的限制过电压不理想。


日本几家公司另辟路径，开发出低过电压真空断路器。它不用加过电压吸收装置而用新开发出的触头材料，将过电压限制至常规值的十分之一。低过电压触头材料东芝为AgWC日立为Co－Ag－Se，三菱为Cu－Cr－Bi－α，富士为CuCr＋高蒸气材料。这些公司一般做到7.2kV下20kA，只有东芝公司做到7.2kV下40kA。


三、多功能真空断路


众所周知真空断路器迄今为二I位（即合一分）完成关合和开断任务。现在出现了多功能真空断路器，赋予了多个功能，如合—分—隔离—接地等。西门子公司、 Alstom公司、日立公司均有这样的产品。西门子公司推出NXACT型模块式真空断路器具有多功能：集关合、开断、隔离、接地及联锁于一体。 Alstom公司配VISAX开关柜的真空断路器为三I位（合—分—隔离）。日立公司与东京电力公司合作研发的24kV真空断路器为四I位（合—分—隔离—接地）。


为使产品多功能化，从现有产品看，有两种做法：一是真空断路器相柱在开断后移动或旋转，形成隔离和接地；另一是真空灭弧室内触头旋转完成隔离和接地。西门子公司NXAct型产品为开断后相柱移动完成隔离和接地，而Alstom公司为开断后相柱旋转完成隔离任务，日立公司通过灭弧室内触头旋转完成隔离和接地任务。


四、同步断路器


同步断路器又叫选相真空断路器或受控真空断路器。其基本原理是使真空断路器在电压或电流有利时刻关合或开断。


与普通真空断路器相比，同步断路器具有如下优势：1.降低了电网瞬态过电压负荷；2.改善了电网供电质量；3.提高了断路器电寿命及性能；4.简化了电网设计，从而降低了整个系统费用。


ABB公司利用数字电子器件和磁力操动机构已开发出了同步真空断路器，这是一个良好的开端。


五、智能型真空断路器


真空断路器智能化是建立在现代传感技术和数字化控制技术之上。国外制造公司都使自己的产品具有智能，这是配电自动化的需要，也是断路器本身控制保护的需要。如Alstom公司的DCX型可编程序数字控制装置，ABB公司的REF542型控制和保护装置，西门子公司第二代数字保护装置等。


由以上可知，真空断路器发展很快，究其原因，固然很多，但有两条是基本的：一是真空灭弧室技术的进步；二是操动机构技术的进步。真空灭弧室是真空断路器的心脏。真空灭弧室的进步表现在如触头材料从CuBi转变成CuCr，提高了开断能力，并降低了截流值，同时磁场从横磁场转向纵磁场，提高了开断能力，减少了触头的烧损。在工艺上，一次排封工艺的采用，大大提高了灭弧室性能及可靠性。


操动机构被称之为真空断路器的神经。原先用电磁机构，后出现了弹簧机构，又出现了永磁机构。弹簧机构结构复杂，零件数多（多达200个），加工精度要求高，且弹簧机构的出力特性与真空断路器的负载特性不相匹配，要在凸轮轮廓曲线和连杆结构上进行合理设计。永磁机构的机械结构特别简单，零部件比任何其他机构都要少，运动部件可以减少至一个，因而机械可靠性特别高，而且永磁机构的出力特性能与真空断路器的负载特性很好的匹配。永磁机构用永磁锁扣，电容器（或直流屏供电）储能，用电子控制。永磁机构特别适用于频繁操作，如可达6万～15万次。


在世界上，特瑞能电气公司（TAVRIDA ELECTRIC AG简称TEL公司）于1974年配永磁机构的真空断路器模型，1989年配永磁机构的免维护真空断路器投放市场，1993年配永磁机构的真空断路器在荷兰KEMA试验站通过了型式试验。1994年配永磁机构的ISM型真空断路器获得俄罗斯专利（专利号N.020631）自此以后，ABB、 Josly、Cooper、Whipp＆Bourn等公司均开发出自己的配永磁机构的真空断路器。如ABB公司1997年开发成功配永磁机构的VM1型真空断路器。配永磁机构的真空断路器不仅用于户内断路器，也用于户外断路器和重合器，如TEL公司的OSM型重合器和Whipp＆Bourne公司的GVR 型户外重合器。


上个世纪90年代后期，配永磁机构的真空断路器传入我国，我国许多公司开发出永磁机构，而且有的试验到10万次，配永磁机构的真空断路器如VSM和VSIA型、ZN23－40.5型、ZN65型、ZWD－12型、ZND－40.5型等产品。