真空斷路器的飛躍發(fā)展
電器工業(yè)近20年來，真空斷路器有了很大的發(fā)展，這得益于真空斷路器技術的進步。真空斷路器技術的進步表現(xiàn)在大容量化、低過電壓化、智能化和小型化。而這一進步又是由于真空技術、滅弧室技術的發(fā)展及采用新工藝、新材料及新操動技術的結果。
據(jù)發(fā)明者介紹，這種技術除了可以作為傳統(tǒng)電機技術的替代技術以外，還將為直流電機拓展更為廣闊的發(fā)展和應用空間。如開發(fā)大容量直流電機代替高壓直流輸電網(wǎng)供電的交流同步發(fā)電機和換流站設備，不僅可以節(jié)省大量換流站的建設費用，還可大幅度降低變電損耗。
1、大容量化
真空斷路器的容量已有很大的提高，完全能滿足電力發(fā)展的需要。目前，真空斷路器的額定電流已達4000A，額定短路開斷電流已高達12kV下63～70kA。東芝公司在實驗室試制200kA。
真空斷路器邁向大容量化，首先是由于觸頭結構的改進。觸頭結構的改進經(jīng)歷了平板觸頭——橫磁場觸頭——縱磁場觸頭。平板觸頭的開斷電流在8kA以下，橫磁場觸頭將開斷電流提高到40kA，而縱磁場觸頭又將開斷電流大大提高，達到目前的63～80kA?？v磁場觸頭有兩種結構型式；一種是用裝在滅弧室外圍的線圈產(chǎn)生縱磁場，另一種是觸頭本身的特殊結構產(chǎn)生縱磁?？v磁場時，電弧呈擴散形態(tài)分成許多細弧，均勻分布在整個觸頭表面。有利于提高開斷電流和延長觸頭壽命。
觸頭材料的不斷改進提高了開斷性能，觸頭材料目前主要有兩大體系：CuBi和CuCr。與CuBi相比，CuCr材料具有短路電流開斷能力強、介質強度高、耐燒蝕、截流低等優(yōu)點。觸頭材料直接影響截流水平，如CuBi材料的截流水平一般為10～12A，而CuCr材料將截流水平降至3～5A。
觸頭材料還在不斷發(fā)展，在CuBi和CuCr之后又出現(xiàn)了更好的CuTa等材料。
2、開發(fā)低過電壓觸頭材料，降低截流水平如所周知，真空斷路器屬“硬”開斷特性。開斷小電流時容易截流，引起過電壓。這個問題曾是人們使用真空斷路器最關心的問題。CuCr觸頭材料的使用，大大減少了截流值，如西門子公司命名用CuCr觸頭材料，做到試驗截流值3A，產(chǎn)品保證不超過5A。但有些開斷情況需要進一步減少截流值，以避免危險的過電壓，如用真空斷路器開斷發(fā)生堵轉或正在啟動的電動機時，一般的解決辦法是加裝過電壓吸收裝置，如SiC、RC回路、ZnO避雷器等，最新的做法是開發(fā)低過電壓觸頭材料，即不加任何過電壓吸收裝置而在觸頭材料上想辦法，使之能降低過電壓。
日本幾家公司先后都開發(fā)低過電壓觸頭材料，日立公司研制出一種以銀為主的Co-Ag-Se觸頭材料，東芝公司研制出AgWC觸頭材料，富士公司在CuCr觸頭材料里添加高蒸氣材料，三菱公司采用CuCr-Bi-α多元觸頭材料解決截流問題。
這些觸頭材料能有效地解決截流問題，可將截流值降低至1/10。但截流與大電流有矛盾。因此低過電壓真空斷路器一般做到7.2kV 20kA水平。
3、采用先進的一次封排工藝，提高產(chǎn)量和質量一次封排工藝是制造真空滅弧室的先進工藝。20世紀80年代初，英、美等國已將一次封排工藝用于真空滅弧室的大批量生產(chǎn)。英國GEC公司和美國西屋公司最早采用一次封排工藝?，F(xiàn)在東芝公司、西門子公司、ABB Calor Emag等公司也已采用一次封排工藝。
一次封排工藝相比常規(guī)工藝大大簡化了工藝流程，不僅效率高，而且質量好，特別適合大批量生產(chǎn)。
總之，一次封排工藝將焊接、除氣、封裝、排氣等工藝步驟在真空爐中一次完成，大大簡化了制造工藝，提高了產(chǎn)品的可靠性、穩(wěn)定性和一致性。國內(nèi)寶光集團現(xiàn)已具備年產(chǎn)5萬只一次封排真空滅弧室能力。
4、縮小滅弧室管徑，減少零件數(shù)和提高可靠性縮小滅弧室管徑，減少零件數(shù)，就能降低造價，因為材料費占滅弧室造價的40～50%。
由于縱磁場觸頭和CuCr觸頭材料的使用，大大減少了滅弧室管徑。
真空滅弧室尺寸的減小是真空技術、真空工藝、真空滅弧室設計發(fā)展的主要結果。而真空滅弧室管徑的縮小，結果使真空斷路器的整體尺寸大大減小，從而使真空斷路器趨于小型化。
5、二次技術現(xiàn)代化
真空斷路器的二次技術從傳統(tǒng)技術轉向現(xiàn)代技術?，F(xiàn)代二次技術采用了機電一體化技術。機電一體化技術是建立在微電子技術、信息傳感技術、計算機控制技術、伺服驅動技術及精密機械技術等高度發(fā)展之上的綜合技術。
機電一體化用在開關設備上，把計算機加入機械系統(tǒng)，使開關系統(tǒng)有了“大腦”，再加入“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(jù)知覺作出判斷與決定，使系統(tǒng)有了“智能”。因此現(xiàn)代二次技術使之開關設備智能化。
開關設備的智能化，可通過連續(xù)檢測，確切了解運行狀況，作趨勢分析，識別存在的故障，從而采取必要的措施，防患于未然，改以往的“定期檢修”為“狀態(tài)檢修”，從而提高設備的利用率和節(jié)省檢修費用。
在斷路器二次現(xiàn)代化方面各大公司都作出了努力，歐洲幾家公司卓有成效。1996年AEG T&D公司在漢諾威博覽會上展出了DPI型真空斷路器。裝在側面操動機構內(nèi)有集成保護裝置，其中包括一只微處理器和一只低能量脫扣器。ABB Calor Emag公司最新開發(fā)出REC580型保護與控制裝置，它屬于模塊式結構。與傳統(tǒng)裝置相比，這種現(xiàn)代控制和保護裝置擴大了功能，并降低費用約25%。西門子公司于1985年開發(fā)出第一個以微處理器為中心的數(shù)字保護裝置，1990年開發(fā)出第二代產(chǎn)品。
真空斷路器之所以為眾多廠家青睞，除產(chǎn)量大、覆蓋面廣之外，首要原因是由于真空技術、真空工藝、滅弧室制造技術的不斷進步，使真空斷路器具有優(yōu)異的電性能和機械性能，能滿足不同用戶的不同要求。另一個重要原因，是它對環(huán)境友好，在人們普遍注重環(huán)保的今天，這點尤為重要。
在真空斷路器中，不產(chǎn)生分解物，因為在這里開斷時只產(chǎn)生金屬蒸汽。真空滅弧室絕對密封釬焊，不會與環(huán)境相互影響。污穢、灰塵及潮氣均不能進入滅弧室，這就避免了任何的氧化。滅弧室的所有材料均以潔凈的狀態(tài)保持在整個壽命期間。
真空滅弧室對外部作用具有良好的保護性。其殼體主要由氧化鋁陶瓷制作。由于它經(jīng)受了高溫預處理，不受溫度變化的影響。
據(jù)發(fā)明者介紹，這種技術除了可以作為傳統(tǒng)電機技術的替代技術以外，還將為直流電機拓展更為廣闊的發(fā)展和應用空間。如開發(fā)大容量直流電機代替高壓直流輸電網(wǎng)供電的交流同步發(fā)電機和換流站設備，不僅可以節(jié)省大量換流站的建設費用，還可大幅度降低變電損耗。
1、大容量化
真空斷路器的容量已有很大的提高，完全能滿足電力發(fā)展的需要。目前，真空斷路器的額定電流已達4000A，額定短路開斷電流已高達12kV下63～70kA。東芝公司在實驗室試制200kA。
真空斷路器邁向大容量化，首先是由于觸頭結構的改進。觸頭結構的改進經(jīng)歷了平板觸頭——橫磁場觸頭——縱磁場觸頭。平板觸頭的開斷電流在8kA以下，橫磁場觸頭將開斷電流提高到40kA，而縱磁場觸頭又將開斷電流大大提高，達到目前的63～80kA?？v磁場觸頭有兩種結構型式；一種是用裝在滅弧室外圍的線圈產(chǎn)生縱磁場，另一種是觸頭本身的特殊結構產(chǎn)生縱磁?？v磁場時，電弧呈擴散形態(tài)分成許多細弧，均勻分布在整個觸頭表面。有利于提高開斷電流和延長觸頭壽命。
觸頭材料的不斷改進提高了開斷性能，觸頭材料目前主要有兩大體系：CuBi和CuCr。與CuBi相比，CuCr材料具有短路電流開斷能力強、介質強度高、耐燒蝕、截流低等優(yōu)點。觸頭材料直接影響截流水平，如CuBi材料的截流水平一般為10～12A，而CuCr材料將截流水平降至3～5A。
觸頭材料還在不斷發(fā)展，在CuBi和CuCr之后又出現(xiàn)了更好的CuTa等材料。
2、開發(fā)低過電壓觸頭材料，降低截流水平如所周知，真空斷路器屬“硬”開斷特性。開斷小電流時容易截流，引起過電壓。這個問題曾是人們使用真空斷路器最關心的問題。CuCr觸頭材料的使用，大大減少了截流值，如西門子公司命名用CuCr觸頭材料，做到試驗截流值3A，產(chǎn)品保證不超過5A。但有些開斷情況需要進一步減少截流值，以避免危險的過電壓，如用真空斷路器開斷發(fā)生堵轉或正在啟動的電動機時，一般的解決辦法是加裝過電壓吸收裝置，如SiC、RC回路、ZnO避雷器等，最新的做法是開發(fā)低過電壓觸頭材料，即不加任何過電壓吸收裝置而在觸頭材料上想辦法，使之能降低過電壓。
日本幾家公司先后都開發(fā)低過電壓觸頭材料，日立公司研制出一種以銀為主的Co-Ag-Se觸頭材料，東芝公司研制出AgWC觸頭材料，富士公司在CuCr觸頭材料里添加高蒸氣材料，三菱公司采用CuCr-Bi-α多元觸頭材料解決截流問題。
這些觸頭材料能有效地解決截流問題，可將截流值降低至1/10。但截流與大電流有矛盾。因此低過電壓真空斷路器一般做到7.2kV 20kA水平。
3、采用先進的一次封排工藝，提高產(chǎn)量和質量一次封排工藝是制造真空滅弧室的先進工藝。20世紀80年代初，英、美等國已將一次封排工藝用于真空滅弧室的大批量生產(chǎn)。英國GEC公司和美國西屋公司最早采用一次封排工藝?，F(xiàn)在東芝公司、西門子公司、ABB Calor Emag等公司也已采用一次封排工藝。
一次封排工藝相比常規(guī)工藝大大簡化了工藝流程，不僅效率高，而且質量好，特別適合大批量生產(chǎn)。
總之，一次封排工藝將焊接、除氣、封裝、排氣等工藝步驟在真空爐中一次完成，大大簡化了制造工藝，提高了產(chǎn)品的可靠性、穩(wěn)定性和一致性。國內(nèi)寶光集團現(xiàn)已具備年產(chǎn)5萬只一次封排真空滅弧室能力。
4、縮小滅弧室管徑，減少零件數(shù)和提高可靠性縮小滅弧室管徑，減少零件數(shù)，就能降低造價，因為材料費占滅弧室造價的40～50%。
由于縱磁場觸頭和CuCr觸頭材料的使用，大大減少了滅弧室管徑。
真空滅弧室尺寸的減小是真空技術、真空工藝、真空滅弧室設計發(fā)展的主要結果。而真空滅弧室管徑的縮小，結果使真空斷路器的整體尺寸大大減小，從而使真空斷路器趨于小型化。
5、二次技術現(xiàn)代化
真空斷路器的二次技術從傳統(tǒng)技術轉向現(xiàn)代技術?，F(xiàn)代二次技術采用了機電一體化技術。機電一體化技術是建立在微電子技術、信息傳感技術、計算機控制技術、伺服驅動技術及精密機械技術等高度發(fā)展之上的綜合技術。
機電一體化用在開關設備上，把計算機加入機械系統(tǒng)，使開關系統(tǒng)有了“大腦”，再加入“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(jù)知覺作出判斷與決定，使系統(tǒng)有了“智能”。因此現(xiàn)代二次技術使之開關設備智能化。
開關設備的智能化，可通過連續(xù)檢測，確切了解運行狀況，作趨勢分析，識別存在的故障，從而采取必要的措施，防患于未然，改以往的“定期檢修”為“狀態(tài)檢修”，從而提高設備的利用率和節(jié)省檢修費用。
在斷路器二次現(xiàn)代化方面各大公司都作出了努力，歐洲幾家公司卓有成效。1996年AEG T&D公司在漢諾威博覽會上展出了DPI型真空斷路器。裝在側面操動機構內(nèi)有集成保護裝置，其中包括一只微處理器和一只低能量脫扣器。ABB Calor Emag公司最新開發(fā)出REC580型保護與控制裝置，它屬于模塊式結構。與傳統(tǒng)裝置相比，這種現(xiàn)代控制和保護裝置擴大了功能，并降低費用約25%。西門子公司于1985年開發(fā)出第一個以微處理器為中心的數(shù)字保護裝置，1990年開發(fā)出第二代產(chǎn)品。
真空斷路器之所以為眾多廠家青睞，除產(chǎn)量大、覆蓋面廣之外，首要原因是由于真空技術、真空工藝、滅弧室制造技術的不斷進步，使真空斷路器具有優(yōu)異的電性能和機械性能，能滿足不同用戶的不同要求。另一個重要原因，是它對環(huán)境友好，在人們普遍注重環(huán)保的今天，這點尤為重要。
在真空斷路器中，不產(chǎn)生分解物，因為在這里開斷時只產(chǎn)生金屬蒸汽。真空滅弧室絕對密封釬焊，不會與環(huán)境相互影響。污穢、灰塵及潮氣均不能進入滅弧室，這就避免了任何的氧化。滅弧室的所有材料均以潔凈的狀態(tài)保持在整個壽命期間。
真空滅弧室對外部作用具有良好的保護性。其殼體主要由氧化鋁陶瓷制作。由于它經(jīng)受了高溫預處理，不受溫度變化的影響。
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