[发明专利]一种低重击穿概率及高容性电流开断能力的真空开断器

说明书

  

技术领域

本发明涉及一种电力设备，具体是一种真空开断器，更确切的说是一种低重击穿概率及高容性电流开断能力的真空开断器。 

背景技术

在电力系统的日常运行中，需要对电能进行输送、分配，对电力质量进行改善和对系统进行保护，因此需要经常对各种线路进行投切。为了满足各种线路的投切，在电力系统中使用了大量的高压电器设备来实现其目的。在线路的投切过程中因各个参数不一致，投切的时机和目的不一致，会在此过程中遇到各种形式的电流。为了适应各种投切，因此出现了具有各种功能的高压电器设备。在各类高压电器设备中高压开关因要承载、关合、开断各种电流而备受人们的关注。在狭义的高压电器的概念中就是指高压开关。根据其灭弧的介质的不一样我们经常将其分为SF6开关、真空开关、空气开关、油开关。 

要了解真空高压电器就需了解真空电弧是怎样产生的。在真空环境中，气体非常稀薄，残存气体的电离可忽略不记。一对带电触头在这种高真空环境中的分离，便会产生真空电弧。真空电弧是这样产生的：当触头行将分离前，触头上原先施加的接触压力开始减弱，动静触头间的接触电阻开始增大，由于负荷电流的作用，发热量增加。在触头刚要分离瞬间，动静触头之间仅靠几个尖峰联系着，此时负荷电流将密集收缩到这几个尖峰桥上，接触电阻急剧增大，同时电流密度又剧增，导致发热温度迅速提高，致令触头表面金属产生蒸发，同时微小的触头距离下也会形成极高的电场强度，造成强烈的场致发射，间隙击穿，继而形成真空电弧。真空电弧一旦形成，就会出现电流密度在104A/cm2 以上的阴极斑点，使阴极表面局部区域的金属不断熔化和蒸发，以维持真空电弧。 

当真空电弧电流不大时，阴极斑点将不停地运动，通常是由电极中心向边缘运动。当阴极斑点到达边缘，等离子锥便弯曲，接着阴极斑点就突然熄灭，在电极中心又会继续不断地产生新的阴极斑点。如果电流保持不变，阴极表面存在的阴极斑点数基本上维持不变。当电弧电流增大或减小时，阴极斑点也随之增加或减少。这种存在许多阴极斑点的真空电弧，随着阴极斑点的运动不断地向四周扩散，所以叫扩散型真空电弧。 

若用铜作电极，当电弧电流增加超过10000A时，电弧的外形将突然发生变化，阴极斑点不再向四周作扩散运动，而是相互吸引，结果所有的阴极斑点都聚集成一个斑点团，阴极斑点团的直径可达1~2CM。此时阳极上出现了阳极斑点，阴极表面和阳极表面均有强烈的光柱，阴极光柱与阳极光柱自由地向电极的四周扩散成为数条连续的闪光，有时偶尔也与电极平行。真空电弧一旦聚集，阴极斑点与阳极斑点便不再移动或以很缓慢的速度运动，阳极和阴极表面被局部强烈加热，导致严重熔化，这种真空电弧叫做收缩型真空电弧或聚集形电弧。 

收缩形真空电弧对电流的开断来讲是非常困难的，提高扩散形电弧向收缩电弧转变的临界值变的很重要。最终通过改变触头材料和触头结构、触头的形状及在触头上产生的磁场的方向（如：横磁场RMF、纵磁场AMF）等提高了其临界值。 

虽然经过了大量的研究和改进，但电弧在真空中的特性使得现今还没有出现大量用于72KV以上系统的真空高压电器，但在中压系统中真空灭弧表现出来的优异性能越来越受到人们的认可。因此在10KV至35KV的中压系统广泛的使用真空高压电器。 

在中压系统中真空高压电器不仅要承载连续的额度电流，还要关合和开断各种电流，特别是开断各种电流至关重要。为了满足各种电流的开断，人们进行大量的研究，最终通过改变触头材料的成分、触头的结构、触头的形状及在触头上产生的磁场的方向（如：横磁场RMF、纵磁场AMF）等来满足各种电流的开断。虽然经过了各种的改进，但人们的出发点却始终是关注如何提高短路电流的开断及如何降低截流值、防止触头熔焊上，很少关注如何提高容性电流的开断及降低开断容性电流时出现的重燃、重击穿和NSDD的概率。