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技術(shù)頻道

簡析真空斷路器的發(fā)展與表現(xiàn)

  面臨極其不同的開斷任務(wù),新的專用斷路器應(yīng)運(yùn)而生。如果用于發(fā)電機(jī)保護(hù)斷路器的特大容量真空斷路器(短路開斷電流高達(dá)63~80kA及以上),標(biāo)準(zhǔn)型真空斷路器(短路開斷電流25~50kA),經(jīng)濟(jì)型真空斷路器(16~25kA),頻繁型真空斷路器(如操作次數(shù)5~6萬次),超頻繁型真空斷路器(如操作次數(shù)10~15萬次)。如西門子公司的3AH系列斷路器就按使用場合劃分為5種型號,其中3AH1和3AH3型為標(biāo)準(zhǔn)型,操作10000次,3AHZ型為頻繁型,操作6萬次,3AH4為超頻繁型,操作12萬次,3AH5型為經(jīng)濟(jì)型,價格便宜。

  低過電壓型真空斷路器

  眾所周知,真空斷路器因截流會引起截流過電壓,特別在開斷小的感性負(fù)截如電動機(jī)時,一般情況下,為限制過電壓而給真空斷路器配過電壓吸收裝置如SicRC路,ZnO避雷器等,這使斷路器結(jié)構(gòu)龐大且復(fù)雜化,而且有的限制過電壓不理想。

  日本幾家公司另辟路徑,開發(fā)出低過電壓真空斷路器。它不用加過電壓吸收裝置而用新開發(fā)出的觸頭材料,將過電壓限制至常規(guī)值的十分之一。低過電壓觸頭材料東芝為AgWC日立為Co-Ag-Se,三菱為Cu-Cr-Bi-α,富士為CuCr+高蒸氣材料。這些公司一般做到7.2kV下20kA,只有東芝公司做到7.2kV下40kA。

  多功能真空斷路

  眾所周知真空斷路器迄今為二I位(即合一分)完成關(guān)合和開斷任務(wù)。現(xiàn)在出現(xiàn)了多功能真空斷路器,賦予了多個功能,如合—分—隔離—接地等。西門子公司、Alstom公司、日立公司均有這樣的產(chǎn)品。西門子公司最新推出NXACT型模塊式真空斷路器具有多功能:集關(guān)合、開斷、隔離、接地及聯(lián)鎖于一體。Alstom公司配VISAX開關(guān)柜的真空斷路器為三I位(合—分—隔離)。日立公司與東京電力公司合作研發(fā)的24kV真空斷路器為四I位(合—分—隔離—接地)。

  為使產(chǎn)品多功能化,從現(xiàn)有產(chǎn)品看,有兩種做法:一是真空斷路器相柱在開斷后移動或旋轉(zhuǎn),形成隔離和接地;另一是真空滅弧室內(nèi)觸頭旋轉(zhuǎn)完成隔離和接地。西門子公司NXAct型產(chǎn)品為開斷后相柱移動完成隔離和接地,而Alstom公司為開斷后相柱旋轉(zhuǎn)完成隔離任務(wù),日立公司通過滅弧室內(nèi)觸頭旋轉(zhuǎn)完成隔離和接地任務(wù)。同步斷路器

  同步斷路器又叫選相真空斷路器或受控真空斷路器。其基本原理是使真空斷路器在電壓或電流最有利時刻關(guān)合或開斷。

  與普通真空斷路器相比,同步斷路器具有如下優(yōu)勢:1.降低了電網(wǎng)瞬態(tài)過電壓負(fù)荷;2.改善了電網(wǎng)供電質(zhì)量;3.提高了斷路器電壽命及性能;4.簡化了電網(wǎng)設(shè)計,從而降低了整個系統(tǒng)費(fèi)用。

  ABB公司利用數(shù)字電子器件和磁力操動機(jī)構(gòu)已開發(fā)出了同步真空斷路器,這是一個良好的開端。

  智能型真空斷路器

  真空斷路器智能化是建立在現(xiàn)代傳感技術(shù)和數(shù)字化控制技術(shù)之上。國外制造公司都使自己的產(chǎn)品具有智能,這是配電自動化的需要,也是斷路器本身控制保護(hù)的需要。如Alstom公司的DCX型可編程序數(shù)字控制裝置,ABB公司的REF542型控制和保護(hù)裝置,西門子公司第二代數(shù)字保護(hù)裝置等。

由以上可知,真空斷路器發(fā)展很快,究其原因,固然很多,但有兩條是基本的:一是真空滅弧室技術(shù)的進(jìn)步;二是操動機(jī)構(gòu)技術(shù)的進(jìn)步。真空滅弧室是真空斷路器的心臟。真空滅弧室的進(jìn)步表現(xiàn)在如觸頭材料從CuBi轉(zhuǎn)變成CuCr,提高了開斷能力,并降低了截流值,同時磁場從橫磁場轉(zhuǎn)向縱磁場,提高了開斷能力,減少了觸頭的燒損。在工藝上,一次排封工藝的采用,大大提高了滅弧室性能及可靠性。

  操動機(jī)構(gòu)被稱之為真空斷路器的神經(jīng)中樞。原先用電磁機(jī)構(gòu),后出現(xiàn)了彈簧機(jī)構(gòu),最新又出現(xiàn)了永磁機(jī)構(gòu)。彈簧機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,零件數(shù)多(多達(dá)200個),加工精度要求高,且彈簧機(jī)構(gòu)的出力特性與真空斷路器的負(fù)載特性不相匹配,要在凸輪輪廓曲線和連桿結(jié)構(gòu)上進(jìn)行合理設(shè)計。永磁機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)特別簡單,零部件比任何其他機(jī)構(gòu)都要少,運(yùn)動部件可以減少至一個,因而機(jī)械可靠性特別高,而且永磁機(jī)構(gòu)的出力特性能與真空斷路器的負(fù)載特性很好的匹配。永磁機(jī)構(gòu)用永磁鎖扣,電容器(或直流屏供電)儲能,用電子控制。永磁機(jī)構(gòu)特別適用于頻繁操作,如可達(dá)6萬~15萬次。

  在世界上,特瑞能電氣公司(TAVRIDAELECTRICAG簡稱TEL公司)于1974年首創(chuàng)配永磁機(jī)構(gòu)的真空斷路器模型,1989年配永磁機(jī)構(gòu)的免維護(hù)真空斷路器投放市場,1993年配永磁機(jī)構(gòu)的真空斷路器在荷蘭KEMA試驗站通過了型式試驗。1994年配永磁機(jī)構(gòu)的ISM型真空斷路器獲得俄羅斯專利(專利號N.020631)自此以后,ABB、Josly、Cooper、Whipp&Bourn等公司均開發(fā)出自己的配永磁機(jī)構(gòu)的真空斷路器。如ABB公司1997年開發(fā)成功配永磁機(jī)構(gòu)的VM1型真空斷路器。配永磁機(jī)構(gòu)的真空斷路器不僅用于戶內(nèi)斷路器,也用于戶外斷路器和重合器,如TEL公司的OSM型重合器和Whipp&Bourne公司的GVR型戶外重合器。

  上個世紀(jì)90年代后期,配永磁機(jī)構(gòu)的真空斷路器傳入我國,我國許多公司開發(fā)出永磁機(jī)構(gòu),而且有的試驗到10萬次,配永磁機(jī)構(gòu)的真空斷路器如VSM和VSIA型、ZN23-40.5型、ZN65型、ZWD-12型、ZND-40.5型等產(chǎn)品。

  生產(chǎn)公司

  從生產(chǎn)國家看,日本、美國、英國、俄羅斯及中國側(cè)重發(fā)展真空斷路器,而法國側(cè)重發(fā)展SF6斷路器。

  日本東芝、日立、三菱、富士、明電等公司均大力發(fā)展真空斷路器。其中東芝公司已生產(chǎn)真空滅弧室250萬只。德國西門子和ABBCalorEmag公司都在大力發(fā)展中壓真空斷路器,其中西門子公司真空滅弧室,累積產(chǎn)量在100萬只以上。

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