哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文-PAGEII--PAGEIII-真空斷路器的機(jī)構(gòu)及其特性摘要真空斷路器以高真空作為滅弧和絕緣介質(zhì)，其觸頭與滅弧系統(tǒng)簡單，具有使用壽命長、檢修間隔時(shí)間長、易于維護(hù)、適合頻繁操作、體積小，質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在中低壓領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用。隨著制造技術(shù)以及理論研究水平的不斷提高，已經(jīng)朝著高電壓、大容量的方向發(fā)展。為了研制更高壓等級(jí)的真空斷路器，許多研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者已經(jīng)開始在多個(gè)方面做了廣泛的探討和研究，包括尋找新的觸頭材料、開發(fā)新的滅弧技術(shù)、采用新的絕緣措施，以及使用新的制造工藝等等。本文對(duì)真空斷路器做了詳盡系統(tǒng)的介紹，包括：真空斷路器的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢；發(fā)展真空斷路器的重要性；真空斷路器的結(jié)構(gòu)、性能、用途、觸頭材料和絕緣特性等；真空斷路器的操作機(jī)構(gòu)，分為電磁、彈簧和永磁三種操縱機(jī)構(gòu)。同時(shí)，細(xì)致的介紹了真空斷路器真空度的檢測方法。還根據(jù)真空斷路器的應(yīng)用電壓等級(jí)，對(duì)多斷口真空斷路器的理論優(yōu)勢進(jìn)行分析，也對(duì)多段口真空斷路器的開段能力進(jìn)行探討。最后，對(duì)高壓真空斷路器的發(fā)展進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞真空斷路器；真空滅弧室；絕緣TheStructureandcharacteristicsofVacuumCircuitBeakerAbstractVacuumcircuitbreakerwithhighvacuumasarcingandinsulatingmedium,anditscontactswitharcingsystemsimple,withlongservicelifeandwithmaintenanceintervaltimelong,easymaintenance,suitableforfrequentoperation,smallvolume,lightqualityetc,andhasbeeninlowvoltageareainawiderangeofapplications.Asmanufacturingtechnologyandtheoryresearchlevelsrising,hashighvoltage,largecapacitytowardsthedirectionofdevelopment.Inordertodevelopmorehighpressurelevelofvacuumcircuitbreaker,manyresearchinstitutesandscholarsstartedmorethaninthebroaddiscussionandresearch,includinglookingfornewcontactormaterial,thedevelopmentofnewtechnology,thenewarcinginsulationmeasures,andtheuseofnewmanufacturingprocessandsoon.Inthiscontribution,thevacuumcircuitbreakerindetailthesystemisintroduced,including:thevacuumcircuitbreakerthedevelopmenthistory,presentsituationanddevelopmenttrend.Developmentoftheimportanceofvacuumcircuitbreaker;Vacuumbreakerstructure,performance,use,contactormaterialandinsulatingproperties,etc.;Theoperatingmechanismofvacuumcircuitbreaker,dividedintoelectromagnetic,springandpermanentmagnetthreekindsofoperation.Atthesametime,thedetailedintroducesthevacuumdegreeofvacuumcircuitbreakertestmethods.Accordingtotheapplicationofvacuumcircuitbreakervoltagegradeoffractureofvacuumcircuitbreakeradvantagetheoryanalysis,butalsotomoreparagraphsmouthopensectionofvacuumcircuitbreakerabilityisdiscussedinthispaper.Finally,thehighvoltagevacuumcircuitbreakerprospect.KeywordsVacuumCircuitBeaker；VacuumInterrupter；InsolutionPAGEII---PAGEV-目錄摘要 =1\*ROMANIAbstract =2\*ROMANII第1章緒論 11.1目的與意義 11.2真空斷路器的結(jié)構(gòu)及組成 11.3歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 31.4本文的主要工作 4第2章真空滅弧室 52.1真空滅弧室的結(jié)構(gòu) 52.1.1屏蔽罩的結(jié)構(gòu) 62.1.2波紋管 72.1.3絕緣外殼 72.2真空滅弧室觸頭 82.2.1真空滅弧室的觸頭材料 82.2.2真空滅弧室觸頭結(jié)構(gòu) 92.3滅弧室真空度的檢測 112.3.1出廠前斷路器真空度的檢測方法 122.3.2離線現(xiàn)場監(jiān)測真空滅弧室真空度的方法 122.3.3在線監(jiān)測真空斷路器真空度的方法 172.4真空滅弧室工藝的改進(jìn) 182.5注意問題 19第3章真空斷路器的操縱機(jī)構(gòu) 213.1電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu) 213.2彈簧操縱機(jī)構(gòu) 213.3永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu) 223.3.1永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)中永磁體的可靠性 223.3.2永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及動(dòng)作原理 233.3.3永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn) 233.3.4永磁機(jī)構(gòu)與真空斷路器的配合 243.3.5永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)真空斷路器發(fā)展前景 243.3.6兩種永磁操縱機(jī)構(gòu)的真空斷路器 253.4小結(jié) 25第4章多斷口真空斷路器 274.1雙斷口真空斷路器的理論優(yōu)勢 274.1.1真空間隙的耐壓能力飽和效應(yīng) 274.1.2真空斷口的動(dòng)態(tài)絕緣特性 284.1.3真空斷口動(dòng)觸頭機(jī)械特性 284.2多斷口真空斷路器 284.2.1均壓電容對(duì)多斷口真空斷路器開斷能力的影響 294.2.2恢復(fù)電壓上升率對(duì)開斷能力的影響 294.2.3大電流開斷能力 294.2.4結(jié)論 304.3研發(fā)高電壓真空斷路器需解決的技術(shù)問題 31結(jié)論 33致謝 34參考文獻(xiàn) 35附錄A 38附錄B 61-PAGE10--PAGE72-緒論目的與意義由于SF6氣體的溫室效應(yīng)，真空開關(guān)由中壓等級(jí)向更高電壓等級(jí)方向發(fā)展成為一種趨勢。真空開關(guān)目前在12kV~40kV的中壓開關(guān)設(shè)備領(lǐng)域占有優(yōu)勢地位。而在72.5kV~1100kV的電力開關(guān)設(shè)備中，廣泛使用的是技術(shù)先進(jìn)的SF6開關(guān)設(shè)備。雖然SF6氣體具有優(yōu)異的滅弧和絕緣性能，但是SF6氣體是一種強(qiáng)溫室效應(yīng)氣體：在1997年通過的《京都議定書》中所指出的6種溫室效應(yīng)氣體中，SF6氣體是溫室效應(yīng)最強(qiáng)的一種，它的地球溫暖化系數(shù)是CO的23900倍，它在大氣中的壽命是3200年。因此，限制使用SF6氣體是一種必然趨勢。世界上SF6氣體主要應(yīng)用于開關(guān)設(shè)備等輸變電設(shè)備中，因此《京都議定書》對(duì)SF6氣體的限制使用給廣大高壓開關(guān)領(lǐng)域的工作者們提出了新的課題。限制SF6氣體有4個(gè)途徑：第一，尋找SF6氣體的替代品；第二，在產(chǎn)品中減少SF6氣體的使用量或采用SF6混合氣體；第三，加強(qiáng)產(chǎn)品密封,減少漏氣量；第四，采用真空開關(guān)技術(shù)，將真空開關(guān)從中壓等級(jí)發(fā)展到更高的電壓等級(jí)。在高壓領(lǐng)域，用真空取代SF6氣體已取得一定成效?，F(xiàn)已研制出145kV單斷口真空斷路器和168kV雙斷口真空斷路器，現(xiàn)正研制252kV真空斷路器。我國最新研制成功126kV瓷柱式真空斷路器，并自行研制成功關(guān)鍵的126kV真空滅弧室。世界上許多國家如日本、中國、韓國、美國、德國和俄羅斯等都在積極研發(fā)高電壓真空斷路器。因此，在高電壓領(lǐng)域研究真空斷路器成為一種發(fā)展形勢。真空斷路器的結(jié)構(gòu)及組成真空斷路器是一種滅弧后介質(zhì)和滅弧后觸頭間隙的絕緣介質(zhì)都在高真空的泡內(nèi)分合的斷路器。圖1-1為真快斷路器基本的結(jié)構(gòu)圖。（a）正面（b）背面1.開距調(diào)整片2.觸頭壓力彈簧3.彈簧座4.接觸行程調(diào)整螺栓5.拐臂6.導(dǎo)向板7.螺釘8.導(dǎo)電夾緊固螺栓9.下支座10.真空滅弧室11.真空滅弧室12.上支座13.絕緣子固定螺絲14.絕緣子15.螺栓16.連接彈簧或電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的大軸圖1-1真空斷路器結(jié)構(gòu)圖真空斷路器是一種以氣體分子極為稀少，分子間的平均自由行程很大，電子與分子相碰撞的機(jī)會(huì)極少，絕緣強(qiáng)度很高的真空空間為息弧介質(zhì)的新型斷路器。其大概可以分為以下幾個(gè)部分：（1）支架：安裝各功能組件的架體。（2）真空滅弧室：實(shí)現(xiàn)電路的關(guān)合與開斷功能的熄弧元件。（3）導(dǎo)電回路：與滅弧室的動(dòng)端及靜端連接構(gòu)成電流通道。（4）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：把操動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)傳輸至滅弧室，實(shí)現(xiàn)滅弧室的合、分閘操作。（5）絕緣支撐：絕緣支持件將各功能元件，架接起來滿足斷路器的絕緣要求。（6）操動(dòng)機(jī)構(gòu)：斷路器合、分間的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢真空斷路器以具備良好的滅弧特性，適宜頻繁操作，電氣壽命長、運(yùn)行可靠性高、不檢修周期長的優(yōu)勢，在當(dāng)今我國電力工業(yè)城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造、化工、冶金、鐵道電氣化以及礦山等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。真空斷路器最初由英、美研究，隨后發(fā)展到日本、德國和原蘇聯(lián)等其他國家。我國從1959年起開始研究真空斷路器的理論，到70年代初正式生產(chǎn)各類真空斷路器。真空滅弧室、操動(dòng)機(jī)構(gòu)、絕緣水平等制造技術(shù)的不斷創(chuàng)新和改進(jìn)，使真空斷路器的發(fā)展極為迅速，在大容量、小型化、智能化及可靠性研究方面取得了一系列重大成果。早在1893年，美國的RittenHause提出了結(jié)構(gòu)簡單的真空滅弧室，并獲得了設(shè)計(jì)專利。1920年瑞典的佛加公司第一次制成了真空開關(guān)。6年后，美國索倫森等公布的研究成果也顯示了在真空中分?jǐn)嚯娏鞯目赡苄?，但因分?jǐn)嗄芰π?，又受到真空技術(shù)和真空材料發(fā)展水平的限制，尚不能投入實(shí)際使用。50年代美國才制成第一批適用于切斷電容器組等特殊要求的真空開關(guān),分?jǐn)嚯娏魃型Ｔ?kA的水平。正是真空開關(guān)的發(fā)展促進(jìn)了真空斷路器的產(chǎn)生。1961年，美國通用電氣公司開始生產(chǎn)15kV、分?jǐn)嚯娏鳛?2.5kA的真空斷路器。1966年試制成15kV、26kA和31.5kA的真空斷路器，從而使真空斷路器進(jìn)入了高電壓、大容量的電力系統(tǒng)。20世紀(jì)70年代后,日本東芝電氣公司研制成功了具有縱向磁場觸頭的真空滅弧室,使額定開斷電流又進(jìn)一步提高到50kA以上。80年代中期，真空斷路器的分?jǐn)嗄芰σ堰_(dá)100kA。中國從1958年開始研制真空開關(guān)，1960年西安交通大學(xué)和西安開關(guān)整流器廠共同研制成第一批6.7kV、分?jǐn)嗄芰?.6kA的真空開關(guān)；隨后又制成10kV、分?jǐn)嗄芰?.5kA的三相真空開關(guān)。1969年華光電子管廠和西安高壓電器研究所制成了10kV、2kA單相快速真空開關(guān)。70年代以后，中國已能獨(dú)立研制和生產(chǎn)各種規(guī)格的真空開關(guān)。目前真空斷路器己廣泛用于10kV、35kV配電系統(tǒng)中,額定開斷電流己能做到50kA-100kA有些國家還生產(chǎn)了72kV/84kV級(jí)的真空滅弧室，但數(shù)量不多。本文的主要工作本文對(duì)主要研究以下內(nèi)容：①真空斷路器的結(jié)構(gòu)、性能、用途、觸頭材料和絕緣特性等，同時(shí)，細(xì)致的介紹了真空斷路器真空度的檢測方法。②真空斷路器的操作機(jī)構(gòu)，分為電磁、彈簧和永磁三種操縱機(jī)構(gòu)，著重分析了永磁操縱機(jī)構(gòu)的真空斷路器、③根據(jù)真空斷路器的應(yīng)用電壓等級(jí)，對(duì)多斷口真空斷路器的理論優(yōu)勢進(jìn)行分析，也對(duì)多段口真空斷路器的開段能力進(jìn)行探討。④對(duì)高壓真空斷路器的發(fā)展進(jìn)行了展望。真空滅弧室“真空”是指在某一特定的空間內(nèi)低于1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的氣體狀態(tài)。“真空”實(shí)質(zhì)上是指在特定的空間內(nèi)氣體稀薄程度的一種物理狀態(tài),并用真空度即氣體壓強(qiáng)來表示這種物理狀態(tài),所以真空度實(shí)質(zhì)上與氣體壓力是同一物理概念。真空度越高,氣體壓力越小,反之真空度越低,即氣體壓力越大。真空滅弧室是真空斷路器的關(guān)鍵部件，它是采用玻璃或陶瓷作支撐及密封,內(nèi)部有動(dòng)、靜觸頭和屏蔽罩,室內(nèi)有負(fù)壓，保證其開斷時(shí)的滅弧性能和絕緣水平。真空斷路器在真空滅弧室內(nèi)開斷電流并進(jìn)行滅弧,而真空斷路器本身沒有定性、定量監(jiān)測真空度特性的裝置，所以真空度降低故障為隱性故障，同時(shí)，真空度降低將嚴(yán)重影響真空斷路器開斷過電流的能力，并導(dǎo)致斷路器的使用壽命急劇下降嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起開關(guān)爆炸。目前我國真空滅弧室額定電壓主要為12kV、24kV、40.5kV。72.5kV和126/145kV真空滅弧室正在研發(fā)之中。其中以12kV級(jí)產(chǎn)量最大，40.5kV級(jí)次之，24kV級(jí)隨著20kV級(jí)電網(wǎng)的擴(kuò)大而增加。真空滅弧室的結(jié)構(gòu)在真空滅弧室內(nèi)，裝有一對(duì)動(dòng)、靜觸頭，觸頭周圍是屏蔽罩，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見圖2-1。滅弧室的外部密封殼體可以是玻璃或陶瓷。動(dòng)觸頭的運(yùn)動(dòng)部連接著波紋管，作為動(dòng)密封。(a)內(nèi)屏蔽（b）外屏蔽圖2-1真空滅弧室的基本結(jié)構(gòu)屏蔽罩的結(jié)構(gòu)屏蔽罩起保護(hù)作用。一般分為2種：一種為內(nèi)屏蔽罩；另一種為外屏蔽罩。圖2-1（a）為內(nèi)屏蔽罩。在這種滅弧室中，陶殼（或玻殼）承擔(dān)兩端之間的絕緣，并用金屬屏蔽罩加以保護(hù)，防止金屬蒸氣抵達(dá)和凝結(jié)在絕緣殼體的主絕緣上。圖2-1（b）為外屏蔽罩。屏蔽罩是真空殼體的主要部分，兩端陶瓷承擔(dān)絕緣，中間部分是金屬，不需另加屏蔽，使滅弧室軸向變長，便于在觸頭燃弧區(qū)到外殼內(nèi)絕緣表面間設(shè)置屏障?？傊?，屏蔽罩的作用是吸收弧腔中在開斷電流時(shí)真空電弧的金屬蒸氣，使之沉淀并附著在罩內(nèi)，而不致濺落在絕緣罩的內(nèi)壁上，避免由此降低滅弧室的絕緣強(qiáng)度。另外，屏蔽罩的合理布置還起著改善斷口電場分布的作用，提高斷品耐壓和恢復(fù)強(qiáng)度。在高壓真空滅弧室中，為使斷品具有足夠的耐壓，必須裝多個(gè)屏蔽罩。屏蔽罩固定在兩個(gè)氧化鋁瓷絕緣簡中間接縫處時(shí)，稱中間封接式內(nèi)屏蔽結(jié)構(gòu)。內(nèi)屏蔽結(jié)構(gòu)使滅弧室尺寸可以小型化。屏蔽罩裝在滅弧室外部的稱屏蔽罩外露式。這種結(jié)構(gòu)增大了滅弧室的徑向尺寸，占據(jù)了真空開關(guān)相間的部分空間。它的優(yōu)點(diǎn)是弧腔周圍尺寸大，電弧熱量容易向外散發(fā)，這對(duì)介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度恢復(fù)和提高滅弧室的開斷容量有利?？v觀所有真空滅弧室的結(jié)構(gòu)，絕大多數(shù)為內(nèi)屏蔽結(jié)構(gòu)。從絕緣角度看，屏蔽罩的表面狀態(tài)至為重要。通常的做法是用電解拋光，或用其他方法加以處理。保護(hù)屏蔽罩裝在波紋管上方，或靠近波紋管，其目的在于防護(hù)波紋管免受從觸頭而來的熔化物的損傷。屏蔽罩的材料多種多樣，如不銹鋼、鎳、鎳鉆鐵合金和銅。在不銹鋼上，可鍍幾微米厚的鎳。在設(shè)計(jì)銅屏蔽罩時(shí)，減小從懸浮屏蔽到觸頭的距離，以限制真空滅弧室的總直徑。屏蔽的固定方法很重要，以免對(duì)滅弧室的整體絕緣產(chǎn)生有害影響。一個(gè)辦法是在兩個(gè)陶殼之間釬焊中間法蘭。另一個(gè)辦法是將屏蔽罩的支撐澆注在外殼上，然后將屏蔽罩的法蘭定位焊到支撐上。波紋管波紋管也是一個(gè)非常重要的部件，它必須滿足各類滅弧室的機(jī)械壽命和氣密可靠性的要求。金屬波紋管被普遍用作動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)的真空密封。波紋管的一端固定，連在滅弧室的一個(gè)端面板上。另一端運(yùn)動(dòng)，連到動(dòng)觸頭的導(dǎo)電桿上。波紋管的制作有旋壓式和焊接式，但優(yōu)先用旋壓。在大多金屬波紋管中，運(yùn)動(dòng)及負(fù)荷都是相當(dāng)緩慢加上去的，使波紋管均勻伸長或縮短。但是在真空滅弧室中，運(yùn)動(dòng)是沖擊式的，一端通過斷路器的行程突然運(yùn)動(dòng)，然后又突然止動(dòng)，這種動(dòng)作在合分操作中快速反復(fù)?，F(xiàn)代真空斷路器的機(jī)械耐久性一般在萬次以上，而真空接觸器在100萬次甚至200萬次。這時(shí)，波紋管的壽命很關(guān)鍵，特別是應(yīng)有相當(dāng)大的疲勞強(qiáng)度。波紋管的機(jī)械壽命制約著真空滅弧室的壽命。近年來，由于工藝的改進(jìn)，制作的波紋管基本上能滿足真空滅弧室的要求。絕緣外殼絕緣外殼的作用是支持動(dòng)、靜觸頭和屏蔽罩等金屬部件，它與這些部件氣密地焊接在一起，以確保滅弧室內(nèi)的高真空度。制造絕緣外殼的材料有硼硅玻璃、微晶玻璃和氧化鋁瓷（含Al2O3不低于94%的高鋁瓷）。早期的玻殼滅弧容易制造，成本低，便于用高頻放電法檢測管內(nèi)真空度。缺點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度差，玻璃熔點(diǎn)低，不能進(jìn)行一次封排大批量生產(chǎn)，所以工業(yè)國家的制造廠已不再使用，而我國現(xiàn)在仍在大量生產(chǎn)玻殼滅弧室。氧化鋁瓷制造的圓筒型外殼兩端面經(jīng)研磨后在高溫下進(jìn)行金屬化處理，便于在真空封接爐中用銀銅合金進(jìn)行氣密性釬焊。由于玻璃、氧化鋁瓷的線膨脹系數(shù)比金屬大，所以在它們與上、下端蓋和屏蔽罩等金屬部件之間必須用具有和玻璃、氧化鋁瓷線膨脹系數(shù)接近的鐵鈷鎳合金（可線）焊接。陶瓷外殼的優(yōu)點(diǎn)是具有高強(qiáng)度和耐沖擊力，能確保滅弧室在長達(dá)幾萬次甚至幾百萬次的機(jī)械操作中始終維持管內(nèi)的高真空度。圖2-2示出幾種典型的中壓真空滅弧室。這里有玻殼和陶殼。屏蔽有內(nèi)屏蔽式（中封式）和外屏蔽。（a）玻殼真空滅弧室（b）陶瓷外殼真空滅弧室（c）陶瓷外殼真空滅弧室（中間封閉式）（屏蔽外露式）1—排氣口；1—導(dǎo)電桿；3—導(dǎo)電盤；4—玻殼；5—陶瓷外殼；6—靜觸頭；7—屏蔽：8—?jiǎng)佑|頭；9—金屬波紋管；10—導(dǎo)向管；11—觸頭磨損指示標(biāo)記圖2-2幾種典型真空滅弧室外真空滅弧室外殼對(duì)外部作用具有良好的保護(hù)性。其殼體主要由氧化鋁陶瓷制作，經(jīng)受了高溫預(yù)處理，不受溫度變化影響，在滅弧室內(nèi)不產(chǎn)生分解物，開斷時(shí)只產(chǎn)生金屬蒸氣。因?yàn)槭敲芊忖F焊，避免了任何氧化，滅弧室內(nèi)的所有材料均潔凈地保持在整個(gè)壽命期間。真空滅弧室觸頭真空滅弧室的觸頭材料由于純金屬缺乏真空觸頭良好的性能，故人們研究出2種互不相同的合金的組合材料：一種為銅鉍材料（Cu/Bi）；另一種為銅鉻材料（Cu/Cr）。由銅鉍觸頭發(fā)展到銅鉻觸頭，不僅大大提高了開斷能力，而且大大減小了截流值。銅鉻合金是目前使用最為廣泛且綜合性能優(yōu)異的觸頭材料，具有開斷能力強(qiáng)、電磨損速率小、截流水平低等優(yōu)點(diǎn)。西門子公司采用銅鉻材料+縱磁場，將開斷電流從10kA提高至70kA。東芝公司原來采用銅鉍材料，近年來又改用銅鉻材料，將真空滅弧室推向高電壓大容量。在Cu/Bi材料中，純銅具有高度韌性，加入少量的Bi，大大降低了韌性。加Bi的目的是為了解決熔焊問題。Cu/Cr觸頭具有很強(qiáng)的吸氣能力，它能吸收CH4、CO、N2和H2等氣體。Cu/Cr的吸氣效應(yīng)比氣體釋放過程更為有效。這樣可確保滅弧室具有恒定的真空度和較長的工作壽命。根據(jù)這一特性，允許Cu/Cr的含氣量為萬分之幾，而不必像Cu/Bi那樣要求低的含氣量，這有利于觸頭材料的制造。Cu/Cr觸頭材料的制造，有混粉法和溶滲法。實(shí)踐證明，溶滲法優(yōu)越于混粉法。西門子公司最新采用電弧熔煉法，使Cu/Cr金相組織更好，因而進(jìn)一步提高了滅弧性能。近年來，許多制造廠家改變組分和工藝。其趨勢是采用更細(xì)的顆粒結(jié)構(gòu)和增加Cu的含量。現(xiàn)在普遍使用的是60%Cu、40%Cr（均為成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。含Cr量高使其性能更好。最新發(fā)展是給Cu/Cr中添加5%V（釩）。這樣做降低了絕緣擊穿數(shù)據(jù)的分散性，對(duì)于真空滅弧室向高壓方向發(fā)展很有用。真空滅弧室觸頭結(jié)構(gòu)觸頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和電極材料的選擇是真空滅弧室設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。早期進(jìn)行研究使用的是圓盤狀觸頭，電極為簡單的圓柱形，又稱平板對(duì)接式電極。在開斷電流小于10kA時(shí)，真空電弧為擴(kuò)散型電弧。當(dāng)開斷電流達(dá)到一定數(shù)值后（隨電極材料而異），電弧則呈收縮狀并在電極邊緣表面出現(xiàn)滯留的陽極斑點(diǎn)，繼而局部嚴(yán)重熔化。雖然增大電極直徑能夠使極限開斷電流有所提高，但由于集聚型電弧的出現(xiàn)，弧根處的電流密度增大以后，電極的等效面積不會(huì)隨著直徑的增加而增大，也就是開斷能力不隨之成正比增大。因此，這種簡單形式的觸頭不能用于斷路器。圓盤狀觸頭容易加工，成本低，現(xiàn)在用于真空接觸器和真空負(fù)荷開關(guān)等開斷電流不超過10kA的滅弧室中。用于斷路器的觸頭必須能最大限度地克服陽極斑點(diǎn)對(duì)觸頭表現(xiàn)的熔蝕，才能提高其開斷容量。為實(shí)現(xiàn)這一目的，現(xiàn)行生產(chǎn)的觸頭結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上采用的措施是利用電弧電流通過滅弧室內(nèi)導(dǎo)電回路時(shí)自身產(chǎn)生的磁場驅(qū)動(dòng)弧柱快速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不使之滯留形成陽極斑點(diǎn)并在電流過零前變成擴(kuò)散狀；或者使電弧只能成為類似擴(kuò)散狀的，弧柱分散為許多纖細(xì)的低電流密度的聚集型，從而提高觸頭的開斷能力并延長它的工作壽命。這類觸頭又稱磁控觸頭。就吹弧磁場方向而言，與滅弧室直徑方向一致的稱橫向磁場，與滅弧室軸向一致的稱縱向磁場。在真空滅弧室中，當(dāng)瞬時(shí)值為10kA以下時(shí)，電弧仍為擴(kuò)散形。而當(dāng)電流更大時(shí)，電弧聚集。此時(shí)必須防止觸頭局部過熱，為此采用橫磁場觸頭。該觸頭產(chǎn)生的電磁力驅(qū)動(dòng)電弧沿燃弧環(huán)旋轉(zhuǎn)。這樣電弧對(duì)觸頭的燒損分布在整個(gè)燃弧環(huán)上。一般來說，觸頭（螺旋狀或杯狀）直徑隨著開斷電流的增加而增大，但設(shè)計(jì)的趨向是減小尺寸?？v磁場觸頭可用于更大的電流，此時(shí)電弧不再聚集而呈擴(kuò)散形態(tài)。電弧在觸頭表面分成許多細(xì)弧，觸頭表面均勻受熱，防止了局部過熱。這樣觸頭表面燒損更小，有利于提高開斷電流和觸頭壽命。因此，縱磁場的出現(xiàn)是真空滅弧室在技術(shù)上的重大改革?？v磁場真空觸頭的結(jié)構(gòu)基本上有2種，一種靠外加線圈產(chǎn)生縱磁場，如圖2-3（a）所示。另一種靠觸頭本身特殊結(jié)構(gòu)產(chǎn)生縱磁場，如圖2-3（b）。在第一種結(jié)構(gòu)形式中，此時(shí)，在滅弧室外部裝有線圈，它被流過開關(guān)的電流所激勵(lì)。它在觸頭間隙中形成一個(gè)相當(dāng)均勻的磁場，但是滅弧室屏蔽內(nèi)相當(dāng)大的渦流會(huì)在內(nèi)磁場和外部電流之間產(chǎn)生大的相位移。這種結(jié)構(gòu)形式，需耗用大量的導(dǎo)體材料，而且絕緣也有問題。因此，需要相當(dāng)完善的絕緣系統(tǒng)，才能保證在壽命期間線圈與相鄰結(jié)構(gòu)之間不發(fā)生閃格。第二種結(jié)構(gòu)形式是使產(chǎn)生磁場的元件作為觸頭結(jié)構(gòu)的一部分。這個(gè)方法不用外加線圈，但也有其缺點(diǎn)。它使觸頭的結(jié)構(gòu)變得相當(dāng)復(fù)雜，而且制作相當(dāng)費(fèi)事。還有，觸頭要承受相當(dāng)大的作用力，在合閘位置和動(dòng)觸頭中，承受相當(dāng)大的動(dòng)態(tài)力。（a）外加線圈（b）觸頭本身產(chǎn)生縱磁場1—觸頭2—電極3—線4—導(dǎo)電桿圖2-3縱磁場觸頭結(jié)構(gòu)基本形式圖2-3（a）和（b）所示的縱磁場觸頭組有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即觸頭端面上刻有徑向槽，其目的在于減少渦流。此渦流是由后面線圈磁場交變感應(yīng)產(chǎn)生的，它會(huì)在一定強(qiáng)度上削弱施加的磁場，而且會(huì)在實(shí)際磁場和電弧電流之間產(chǎn)生相位移。真空斷路器具有硬的開斷特性。它在開斷小的感性電流時(shí)，由于它熄弧能力強(qiáng)，而在電流過零前截?cái)嚯娏鳎ê喎Q截流），必然引起截流過電壓。特別是當(dāng)電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)和起動(dòng)時(shí)開斷，會(huì)引起相當(dāng)高的過電壓。這種過電壓如果不加以限制，會(huì)竄入電動(dòng)機(jī)，擊穿和燒毀繞組，其后果不堪設(shè)想。因此，在某些情況下，限制過電壓一直困擾著真空斷路器，也是開發(fā)真空斷路器的一個(gè)重要方面。目前，總的來說，由于采用Cu/Cr觸頭材料，已將截流值限制到3～5A，故一般不用采取限制過電壓措施。但在一些小的電感電路中，要采取限制過電壓的措施。目前，限制過電壓主要有2種辦法：加裝過電壓吸收裝置；采用低過電壓觸頭材料。過電壓吸收裝置有多種型式，其結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。第一種為RC串聯(lián)電路，用電容C削平過電壓波，用R吸收能量；第二種為給R—C回路中的R并聯(lián)ZnO變阻器；第三種為ZnO變阻器+火花間隙；第四種為在負(fù)載側(cè)加避雷器。（a）在負(fù)載側(cè)加R—C回路（b）在負(fù)載側(cè)加ZnO—RC(c)在斷路器上加過電壓限制器（d）在負(fù)載側(cè)加避雷器圖2-4限制過電壓方法事例還有一種為電容過壓限制器，它由裝在斷路器負(fù)載側(cè)的電容構(gòu)成。此裝置減小了負(fù)載側(cè)波阻抗，因而減小了過電壓峰值和恢復(fù)電壓上升率，但卻增大了截流值。因?yàn)閿嗦菲魃系挠行щ娙菰黾恿?，使電弧變得不穩(wěn)定。相反RC回路能減小復(fù)燃電流，抑制了電壓的建立和三相同時(shí)截?cái)?。用避雷器能有效地限制過電壓的絕對(duì)值，因?yàn)樗诨鸹ǚ烹婋妷合路烹?。但是傳統(tǒng)的避雷器保護(hù)水平不高，故對(duì)于電動(dòng)機(jī)及絕緣裕度不大的其他設(shè)備的保護(hù)不總有效。近來研制的ZnO限制器很有效，因?yàn)樗鼘?duì)陡峭的過電壓波具有高頻響應(yīng)特性。由于過電壓吸收裝置使真空斷路器結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，電容體積大又要按負(fù)載的性質(zhì)和大小進(jìn)行計(jì)算，增加了斷路器本身的造價(jià)從而降低了可靠性。因此，國外大力研究用低過電壓觸頭材料來限制過電壓，日本幾家公司已成功地研制出各自的低過電壓觸頭材料。滅弧室真空度的檢測根據(jù)國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求,運(yùn)行的真空滅弧室的真空度不得大于6.6×10-2Pa,出廠時(shí)真空滅弧室的真空度不得大于1.33×10-3Pa，真空斷路器及真空滅弧室出廠時(shí),必須測定其真空度。雖然現(xiàn)代真空滅弧室的生產(chǎn)技術(shù)能夠保證真空滅弧室有15至20年的真空壽命,但是由于生產(chǎn)、運(yùn)輸、保管、構(gòu)成材料及使用過程中的種種原因,會(huì)造成真空滅弧室的損壞和真空度的降低。因此,在用戶使用過程中,為保證真空斷路器運(yùn)行的可靠性和安全,使用單位仍然需要對(duì)真空滅弧室的狀況有一個(gè)可信的了解。真空滅弧室是真空斷路器的核心部分,它是以真空條件為工作基礎(chǔ)的,真空度是決定真空斷路器工作性能(絕緣和開斷能力)的真空斷路器的重要技術(shù)指標(biāo)。運(yùn)行單位在使用中如不能及時(shí)判定和發(fā)現(xiàn),將直接影響真空斷路器的遮斷能力,嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致遮斷能力的完全失敗。因此,檢測真空滅弧室的真空度,尤其是檢測運(yùn)行中的真空斷路器真空度。對(duì)真空斷路器的可靠運(yùn)行是十分重要的保證。出廠前斷路器真空度的檢測方法真空度的檢測在真空斷路器的生產(chǎn)過程中就已經(jīng)開始了。通常工業(yè)生產(chǎn)中利用真空計(jì)來完成真空度的測量。傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)過程中普遍使用的幾種真空計(jì)有：機(jī)械式真空計(jì)(mechanicalvacuumgauge)，它利用不同空氣密度對(duì)振動(dòng)的阻尼系數(shù)不同，將真空度間接轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；熱傳導(dǎo)式真空計(jì)(thermalconductivityvacuumgauge)，其典型代表“皮拉尼真空計(jì)”(piranivacuumgauge)靠測量接觸待測真空腔的燈絲和未觸及待測真空腔的參考燈絲之間的電壓差值判定真空度情況；離子式真空計(jì)(ionvacuumgauge)檢測高真空時(shí)狀態(tài)帶電粒子來撞擊氣體分子以產(chǎn)生的離子電流強(qiáng)弱，推算真空腔內(nèi)的氣壓值；基于潘寧放電原理的冷陰級(jí)離子式真空計(jì)(coldcathodeionvacuumgauge)檢測碰撞電離后氣體分子產(chǎn)生的離子電流，推算出氣體分子的壓力，得到滅弧室的真空壓力值。離線現(xiàn)場監(jiān)測真空滅弧室真空度的方法離線檢測是預(yù)防性定期檢修的主要方法，屬于使用中的檢測方法。適合于已知損耗規(guī)律的設(shè)備，或難以隨時(shí)停機(jī)進(jìn)行檢修的流程工業(yè)、自動(dòng)生產(chǎn)線設(shè)備。以下將概況離線現(xiàn)場檢測真空滅弧室真空度的方法1、弧光觀察法真空斷路器滅弧室有玻璃外殼和陶瓷外殼兩種。真空滅弧室內(nèi)部真空度降低時(shí)，常常伴隨著電弧顏色及內(nèi)部零件氧化帶來的顏色變化。對(duì)于玻璃外殼真空滅弧室,可以觀察涂在玻璃內(nèi)壁上的吸氣劑薄膜顏色的變化和觀察開斷電流時(shí)的弧光來判斷真空度[1]。通過觀察顏色的變化直接、快速的對(duì)滅弧室好壞加以判斷，這種方法具有直接、簡單等優(yōu)點(diǎn)。(1)觀察吸氣劑薄膜顏色玻璃外殼真空滅弧室制造時(shí)將玻璃管內(nèi)壁蒸散一層吸氣劑,這種物質(zhì)既可吸附管內(nèi)殘余氣體,維持高真空,亦可指示真空度。真空度良好時(shí),吸氣劑的薄膜非常亮像鏡面;如果真空度降低,吸氣劑薄膜變成乳白色。該判斷方法只有在真空度降到很低時(shí)才能被發(fā)現(xiàn)。(2)觀察開斷電流時(shí)的弧光由于真空滅弧室內(nèi)部真空度降低時(shí)常常伴隨著電弧顏色改變及內(nèi)部零件氧化,所以對(duì)玻璃外殼的真空滅弧室可以定期觀察。經(jīng)常觀察真空滅弧室開斷電流時(shí)真空電弧的顏色,如有懷疑應(yīng)進(jìn)行真空度檢查。正常的真空滅弧室弧光顏色為淡青色,經(jīng)屏蔽罩反射后,呈黃綠色。若弧光顏色為紫紅色,可能是真空滅弧室失效。此方法比較直觀易行,可與設(shè)備外觀檢查同時(shí)進(jìn)行。2、火花計(jì)法這種方法是利用火花探測儀檢測,檢測時(shí)將火花探測儀沿著滅弧室表面移動(dòng),由于高頻電場的作用;真空滅弧室內(nèi)部有不同的發(fā)光情況出現(xiàn)。根據(jù)發(fā)光的顏色來鑒定真空滅弧室的真空度。若管內(nèi)有淡青色輝光,則真空度良好;若呈紅藍(lán)色光,說明管子已經(jīng)失效;若管內(nèi)已處于大氣狀態(tài),則不會(huì)發(fā)光。3、工頻耐壓法(交流耐壓法)鑒定電力設(shè)備絕緣強(qiáng)度的最嚴(yán)格、最有效和最直接的方法。它能檢查出那些危險(xiǎn)性較大的集中缺陷，對(duì)判斷電力設(shè)備能否繼續(xù)參加運(yùn)行具有決定性作用，是保證設(shè)備絕緣水平、避免發(fā)生絕緣事故的重要手段。將真空斷路器置于分閘狀態(tài)下,在真空斷路器的觸頭間施加交流電壓,根據(jù)電壓施加過程中相關(guān)參數(shù)的變化來判定真空度。該方法是將滅弧室兩觸頭拉至額定開距,即真空斷路器處于開斷狀態(tài)下,在動(dòng)靜觸頭之間施加額定試驗(yàn)電壓,如果真空滅弧室內(nèi)發(fā)出連續(xù)擊穿或者持續(xù)放電,表明真空度已嚴(yán)重降低,否則表明真空度符合要求。具體方法:以20kV/min的升壓速度將電壓升至真空斷路器的工頻耐壓值,如果在電壓上升過程中,放電使電流表指針擺動(dòng),則將電壓降至零值,再升壓,反復(fù)2~3次,如果真空滅弧室能夠耐受工頻電壓10s以上,則可以認(rèn)為真空滅弧室真空度滿足要求。如果隨著電壓的升高,電流值也隨著增大,且超過5A,則認(rèn)為真空度不合格。由此判斷真空滅弧室真空度是否劣化。該方法的標(biāo)準(zhǔn)及注意事項(xiàng)如下：

1.試驗(yàn)時(shí)對(duì)各種設(shè)備應(yīng)單獨(dú)進(jìn)行試驗(yàn)，同一試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求的設(shè)備則可以連接在一起試驗(yàn)。試驗(yàn)按接線圖接好后，由專人檢查無誤后準(zhǔn)備加壓。加壓前應(yīng)將調(diào)壓器歸零位，再合上電源，均速將電壓升至試驗(yàn)電壓；加壓持續(xù)時(shí)間達(dá)到要求后，迅速而均勻地將電壓降至零，最后斷開電源，掛上接地線。試驗(yàn)中若發(fā)現(xiàn)表針擺動(dòng)或被試設(shè)備發(fā)出異常聲響、冒煙、冒火等情況應(yīng)立即降下電壓；在高壓側(cè)掛上接地線后，查明原因。

2.被試設(shè)備經(jīng)過交流耐壓試驗(yàn)，在規(guī)定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)不發(fā)生擊穿為合格，反之為不合格。如果電流表指示突然上升，則表明被試設(shè)備已被擊穿。采用高壓側(cè)直接測量時(shí)，電壓表指示突然下降，也說明被試設(shè)備被擊穿。在試驗(yàn)過程中，如被試設(shè)備發(fā)出斷續(xù)放電聲響，出現(xiàn)冒煙、出氣、焦臭、跳火及燃燒等情況，則說明被試設(shè)備存在問題或已被擊穿。

3.當(dāng)被試設(shè)備為有機(jī)絕緣材料，經(jīng)試驗(yàn)后，應(yīng)立即斷電接地進(jìn)行觸摸，如出現(xiàn)普遍或局部發(fā)熱，則認(rèn)為絕緣不良，需要處理（如干燥等）后再進(jìn)行試驗(yàn)。4.在試驗(yàn)過程中，若受空氣濕度、溫度或表面臟污等影響，引起表面滑閃放電或空氣放電，則不應(yīng)認(rèn)為不合格。在經(jīng)過清潔、干燥等處理后，再進(jìn)行試驗(yàn)；若并非由于外界因素影響，而是由于瓷件表面釉層絕緣損傷、老化等引起的，則應(yīng)認(rèn)為不合格。這種方法簡單易行、現(xiàn)場使用方便。是目前大多數(shù)用戶采用的進(jìn)行真空滅弧室真空度判定的方法,也是電力行業(yè)開關(guān)專業(yè)所采用的判定方法,是判定真空斷路器能否投入電網(wǎng)運(yùn)行的直接判據(jù)。其缺點(diǎn)是,只能粗略地判斷其真空度嚴(yán)重劣化的滅弧室。研究表明,當(dāng)真空滅弧室內(nèi)壓強(qiáng)高于10-2~10-1Pa,甚至達(dá)1Pa時(shí),擊穿電壓和重?fù)舸╇妷阂矝]有顯著地下降,此方法對(duì)真空度處于臨界狀態(tài)的真空滅弧室判斷可能就勉為其難了。所以無法合理地判斷真空度的變化趨勢,此外,工頻耐壓試驗(yàn)對(duì)斷路器絕緣尤其是復(fù)合有機(jī)絕緣有累積損壞效應(yīng),不宜經(jīng)常采用。4、電弧電壓法(arcvoltageanalysis)電弧電壓法有兩種解釋，第一種提出電弧電壓分為穩(wěn)態(tài)和高頻電弧脈沖兩部分，通過這兩部分特性判斷真空度的方法[2]。第二種是將斷路器切斷某特定直流電流時(shí)形成的電弧電壓波形轉(zhuǎn)為柱狀圖，以此作為判斷標(biāo)準(zhǔn)[3]?？偨Y(jié)下來，這兩種方法都是根據(jù)收集到的電弧形狀判斷真空度好壞。這種發(fā)放無需拆卸滅弧室，無需外加磁場。但是，無法得到真空度具體數(shù)值。雖然精度較工頻耐壓法高，可實(shí)用性差，所以未能廣泛使用。5、局部放電檢測法(partialdischargecharacteristics)局部放電檢測法采用一套由電流互感器、ICCD攝像頭和光電倍增管組成的檢測儀器,利用檢測到的放電脈沖的上升沿時(shí)間、脈沖長度以及脈沖峰值大小作為區(qū)分不同真空度的標(biāo)準(zhǔn)[4]。這種方法無需外加磁場，區(qū)別真空度拐點(diǎn)上放電特性，較電弧電壓法相比精度更高。但是目前僅在離線情況下實(shí)驗(yàn)室中的測試，有望應(yīng)用于真空度在線監(jiān)測。6、吸氣劑顏色變化判定法在玻璃型真空滅弧室制造時(shí)將管內(nèi)壁蒸散一層吸氣劑。這樣即可以吸附管內(nèi)殘余氣體維持高真空，又能通過自身顏色變化指示真空度【5】。維修人員可以根據(jù)吸氣劑的顏色變化來判斷真空度的好壞。此種方法也只能進(jìn)行定性的判斷,適用于玻璃管真空滅弧室,且容易受人為因素影響。7、屏蔽罩電位法(theshieldpotentialmeasurement）屏蔽罩點(diǎn)位法是在處于一定開距的觸頭兩端施加高頻脈沖高壓電源，并檢測屏蔽罩電位的變化【6】。此電位與滅弧室內(nèi)壓強(qiáng)存在函數(shù)關(guān)系，可以推測斷路器真空度。這種方法受觸頭表面條件影響，屏蔽罩電位情況多種多樣，且通用性較差，所以不適合于無屏蔽罩或無屏蔽罩引出點(diǎn)的斷路器。8、射線法X射線是一種能量很大的電磁波,其波長值為10-12~10-8m數(shù)量級(jí),可以穿透陶瓷、鋼板等。一般來講,氣體的電離能約為幾至幾十電子伏特,工業(yè)用X射線光子的能量約為1124×102～1124×106eV,這個(gè)能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氣體的電離能。因此用能量強(qiáng)大的電磁波X射線對(duì)氣體分子的電離作用，可以使真空滅弧室中殘余氣體分子產(chǎn)生穩(wěn)定的電離電流【7】。該電流值與氣體分子數(shù)和X射線強(qiáng)度等有關(guān)，可通過氣體殘余程度確定真空度。利用X射線對(duì)氣體分子的電離作用,可以使真空滅弧室中殘留的微量氣體分子產(chǎn)生穩(wěn)定的電離電流。在相同的電壓和照射劑量下,該電流值與氣體分子數(shù)有關(guān),氣體分子數(shù)與真空度直接相關(guān),因此可通過電流值確定真空度，可得到真空度數(shù)值的打小。由于X射線具有很強(qiáng)的穿透物體的能力,從而使真空開關(guān)在真空滅弧室不拆卸情況下真空度的檢測成為可能【8】，但是由于這種方法的監(jiān)測設(shè)備較為貴重，和實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)不足等條件限制。所以僅限于實(shí)驗(yàn)條件下的嘗試。9、磁控放電法(magnetronmethods)對(duì)于真空滅弧室真空度而言,一方面,真空滅弧室在長期存放或使用一段時(shí)間后,金屬觸頭或滅弧室其他固體構(gòu)件中吸附或殘存的氣體會(huì)析出,從而在客觀上會(huì)使滅弧室真空度下降;另一方面,由于使用過程或滅弧室波紋管等元件質(zhì)量原因,也會(huì)造成滅弧室真空度的突然(或緩慢)降低。由于真空中氣體分子極少而使真空滅弧室有高的絕緣強(qiáng)度。在真空度下降到某一范圍時(shí),其電氣擊穿強(qiáng)度下降得很快;高真空中因?yàn)椴淮嬖跉怏w粒子的碰撞游離而具有很高的電氣擊穿強(qiáng)度,其擊穿電壓為大氣壓下?lián)舸╇妷旱?倍以上。因此,維持真空滅弧室的高真空度,避免出現(xiàn)真空度的中間狀態(tài),對(duì)保持真空斷路器開斷性能是至關(guān)重要的。作為真空斷路器用戶,能夠做到及時(shí)、準(zhǔn)確地判定真空滅弧室的真空度及其變化,對(duì)于保證設(shè)備可靠供電,做到安全穩(wěn)定運(yùn)行是十分重要的。由于常見的一些真空度判定方法存在不足,因此,如何能夠較為科學(xué)地進(jìn)行真空斷路器的真空度測量及掌握其變化規(guī)律,是真空斷路器用戶較為關(guān)心的問題。根據(jù)前面提到過的國家標(biāo)準(zhǔn),我們要測定的是10.13Pa(萬分之一大氣壓)以下的壓強(qiáng)(這在大氣環(huán)境背景下直接測量幾乎是不可能的),由于環(huán)境溫度的變化甚至人員走動(dòng)帶來的氣流變化對(duì)參考點(diǎn)壓強(qiáng)的影響都是百分級(jí)或千分級(jí)的,到目前為止,國內(nèi)外還沒有辦法實(shí)現(xiàn)真空度的直接測量,人們都是采用間接測量的方法來判定真空度。較為通用的方法有磁控放電法和電光變換法,其中磁控放電法測試精度較高。將真空開關(guān)滅弧室的兩觸頭拉開一定的距離，施加電場脈沖高壓，將滅弧室置于螺線管圈內(nèi)或?qū)⑿滦碗姶啪€圈置于滅弧室外側(cè)，向線圈通以大電流，從而在滅弧室內(nèi)產(chǎn)生與高壓同步的脈沖磁場。這樣，在脈沖強(qiáng)磁場和強(qiáng)電場的作用下，滅弧室中的帶電離子作螺旋運(yùn)動(dòng)，并與殘余氣體分子發(fā)生碰撞電離，所產(chǎn)生的離子電流與殘余氣體密度即真空度近似成比例關(guān)系。對(duì)于不同的真空管型號(hào)（管型），由于其結(jié)構(gòu)不同，在同等觸頭開距、同等真空度、同等電場與磁場的條件下，離子電流的大小也不相同。通過實(shí)驗(yàn)可以標(biāo)定出各種管型的真空度與離子電流間的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線。當(dāng)測知離子電流后，就可以通過查詢該管型的離子電流一真空度曲線獲得該管型的真空度。目前,為滿足現(xiàn)場簡便、不拆卸測試真空度的要求,磁控放電現(xiàn)場測定技術(shù)已逐漸引起了國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)及生產(chǎn)運(yùn)行部門的重視。近年來,該技術(shù)的應(yīng)用已逐步成熟,國內(nèi)也有一些生產(chǎn)廠家正在開發(fā)以該技術(shù)原理為基礎(chǔ)的真空度測試儀器。在常規(guī)磁控放電測試滅弧室的真空度時(shí)，為了提高其測試靈敏度，需從斷路器上卸下滅弧室，并置于螺線管線管內(nèi)。這樣一來，滅弧室在重新裝回?cái)嗦菲鲿r(shí)需要調(diào)整機(jī)械參數(shù)，工作量很大并需專業(yè)人員。而使用新型磁控線圈可以從側(cè)面包圍滅弧室，這樣就不必拆卸滅弧室。而采用單片微機(jī)進(jìn)行同步控制與數(shù)據(jù)采集處理，提高了滅弧室真空度的現(xiàn)場測試靈敏度。真空度測試儀將滅弧室的兩觸頭拉開一定的開距，施加脈沖高壓，將電磁線圈環(huán)繞于滅弧室的外側(cè)，向線圈通以大電流，從而在滅弧室內(nèi)產(chǎn)生與高壓同步的脈沖磁場，這樣在脈沖磁場的作用下，滅弧室中的電子做螺旋運(yùn)動(dòng)，并與殘余氣體分子發(fā)生碰撞電離，所產(chǎn)生的離子電流與殘余氣體密度即真空度近似成比例關(guān)系。對(duì)于不同的真空管，在同等真空度條件下，離子電流的大小也不相同，當(dāng)測知離子電流后，通過離子電流一真空度曲線，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成真空度的計(jì)算，并顯示真空度值。10、發(fā)射電流衰減法發(fā)射電流衰減法是利用發(fā)射電流衰減速度測量真空開關(guān)滅弧室真空度的方法[9]。根據(jù)檢測衰減時(shí)間判定真空度情況。這種方法無需外加磁場，但對(duì)檢測技術(shù)要求較高。目前只在實(shí)驗(yàn)室條件下的試，具有良好的應(yīng)用前景。11、X射線量跟蹤法這種方法是利用場致發(fā)射電流大小與所產(chǎn)生的X射線強(qiáng)度之間呈比例的特點(diǎn)，將測量場致發(fā)射電流轉(zhuǎn)化為測量X射線釋放強(qiáng)度[10]。其優(yōu)點(diǎn)是不需外施磁場，測量范圍寬，可以重復(fù)性實(shí)驗(yàn)。同樣，這也是一種停留在實(shí)驗(yàn)室條件下的測量真空度的方法，其實(shí)際效果有待觀察。在線監(jiān)測真空斷路器真空度的方法1、耦合電容法耦合電容法是根據(jù)局部放電測量原理提出來的。下圖2-5為其測試原理及其等值電路,其中C1為帶電觸頭和屏蔽罩之間的電容,C2為探測電極與屏蔽罩之間的電容,C3為耦合電容。圖2-5耦合電容法監(jiān)測真空度的原理圖及等效電路設(shè)所測真空滅弧室的帶電觸頭至中間屏蔽罩間的耐壓強(qiáng)度由于真空度降低而下降，則當(dāng)工頻電壓從零點(diǎn)升至某一值時(shí)，等值電容C1被擊穿放電,這相當(dāng)于圖中的間隙G擊穿。此后由探測電極電容和耦合電容C3組成的放電回路中的電荷瞬時(shí)重新分布，M端就有一個(gè)脈沖輸出。為了不降低斷路器總體的絕緣水平，各電極均應(yīng)有足夠的絕緣防護(hù)層，布置于絕緣殼體或支架與接地機(jī)殼之間[11]。根據(jù)動(dòng)態(tài)電荷分布和電容分壓原理。當(dāng)真空度下降時(shí)，屏蔽罩上電位絕對(duì)值降低。這樣可以通過跟蹤屏蔽罩電位的變化過程，實(shí)現(xiàn)在線檢測[12]，但其靈敏度還有待于驗(yàn)證。外置耦合電容探測采集屏蔽罩電位，結(jié)構(gòu)簡單，監(jiān)測效果好。有較強(qiáng)應(yīng)用價(jià)值，能夠完成在線監(jiān)測任務(wù)。2、旋轉(zhuǎn)式電場探頭檢測法通過一種旋轉(zhuǎn)式電場探頭作為傳感器，能夠通過對(duì)探頭載波信號(hào)的分離提取出屏蔽罩交、直流電場的信息,并以此判斷真空度變化[13]。這種辦法可探測屏蔽罩電位推斷真空度數(shù)值，具有探頭結(jié)構(gòu)新穎，精度高等優(yōu)點(diǎn)。但后續(xù)處理較為繁瑣?？傮w來看，有較強(qiáng)實(shí)用價(jià)值，可以完成在線監(jiān)測任務(wù)。3、光電變換法當(dāng)滅弧室內(nèi)的真空度正常時(shí)，僅需幾百伏的電壓就可維持帶電觸頭與中間屏蔽罩之間由場致發(fā)射引起的電子電流。屏蔽罩積累的負(fù)電荷使其負(fù)電位幾乎達(dá)到電極電壓峰值。當(dāng)滅弧室內(nèi)真空度劣化時(shí)，滅弧室內(nèi)的氣體密度變大，場致發(fā)射的電子被氣體分子吸附后成為負(fù)離子。由于負(fù)離子質(zhì)量大，漂移速度慢，使得上述電子電流減小，屏蔽罩絕對(duì)值電位降低。當(dāng)滅弧室內(nèi)真空度劣化為大氣壓時(shí)，場致發(fā)射電子全部被氣體分子吸附為負(fù)離子。由于離子在電場下漂移形成的阻性電流很小，與容性電流相比可以忽略不計(jì)，故大氣條件下，屏蔽罩電位由導(dǎo)電桿與屏蔽罩之間的分布電容和屏蔽罩與機(jī)殼之間的分布電容的分壓決定。因此，通過屏蔽罩電位的變化過程可推知滅弧室內(nèi)真空度的劣化過程。一般真空滅弧室的屏蔽罩，金屬部分完全密封在滅弧室中，其電位的變化無法直接測試。但屏蔽罩電位的變化會(huì)引起屏蔽罩附近電場的變化，故通過放置于屏蔽罩附近的Pockels(泡克爾斯)電場探頭可以測知屏體壓強(qiáng)10-1Pa及以下范圍內(nèi)的測試敏感[14]。采用電光法可實(shí)現(xiàn)真空度的在線測試，但是Pockels電場探頭溫度特性較差，容易受溫度波動(dòng)的影響，長期運(yùn)行的可靠性有待進(jìn)一步研究。此外，電光變換法應(yīng)用到現(xiàn)場時(shí)還應(yīng)考慮電磁兼容問題。4、比例差分探頭檢測法通過監(jiān)測真空滅弧室屏蔽罩電位和周期性高頻脈沖電壓，并將這兩個(gè)測量值與實(shí)際電壓值取比率，經(jīng)過標(biāo)定后，將該比率作為監(jiān)測參數(shù)，來分析真空滅弧室真空度的變化趨勢[15]。這種方法依靠新型電場探頭探測屏蔽罩電位變化，抗干擾能力強(qiáng)，能夠抵消母線電壓波動(dòng)的影響。同時(shí)具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，能夠完成在線監(jiān)測任務(wù)。5、聲學(xué)檢測法聲學(xué)檢測法是通過聲音傳感器探測真空度劣化時(shí)放電的電弧聲[16]。由于其精度差，且不易于執(zhí)行，暫時(shí)還無實(shí)用實(shí)例。6、壓力傳感器法這種方法是提出一種新型雙波紋管滅弧室來實(shí)現(xiàn)滅弧室壓力在線檢測。新設(shè)計(jì)在滅弧室頂部裝一個(gè)壓力元件，當(dāng)其受力發(fā)生變化，說明真空壓強(qiáng)也在改變[17]。其特點(diǎn)是采用雙波紋管弧室結(jié)構(gòu)，在其內(nèi)部植入壓力傳感器。但是這種方法需更換新型滅弧室，對(duì)已經(jīng)成型斷路器的在線監(jiān)測失效。7、微型冷陰極磁控計(jì)法提出在靜觸頭導(dǎo)桿處安放一微型冷陰極磁控計(jì)，實(shí)時(shí)檢測真空度變化[18]。計(jì)植入一微型潘寧指示，測量范圍在3×10-4～10-1Pa改變滅弧室結(jié)構(gòu)，無法應(yīng)用于成型的斷路器。8、電磁波監(jiān)測法文等提出電磁波法，文提出一種射頻法，都采用外置天線收集電磁波信號(hào)，根據(jù)檢測信號(hào)的強(qiáng)度，推斷滅弧室內(nèi)真空度變化情況。其實(shí)一種電磁波法[19]將局部放電法應(yīng)用于在線監(jiān)測，又有一種射頻法[20]，植入一金屬間隙探頭，監(jiān)測探頭的放電情況。監(jiān)測局放是一種較新穎的思路，正在逐漸應(yīng)用于實(shí)際工程。真空滅弧室工藝的改進(jìn)近年來，真空滅弧室質(zhì)量的提高，得益于采用新技術(shù)、新工藝、新材料，走科技術(shù)創(chuàng)新之路。這主要表現(xiàn)在采用大型真空爐、用一次封排工藝、采用低碳量的不銹鋼制造波紋管、用銅陶瓷封接取代可伐陶瓷封接，盡量少用或不用可伐等。一次封排工藝提高了真空滅弧室的真空度，有效激活吸氣劑，內(nèi)部零件的除氣更加徹底，有利于真空度的長期維持，也有利于用儲(chǔ)存檢漏法查出慢漏的真空滅弧室。一次封排工藝大大簡化了真空滅弧室的結(jié)構(gòu)，減少了真空密封焊縫，減少了漏氣的可能性。因此，一次封排工藝不僅提高了滅弧室的質(zhì)量，同時(shí)大幅度提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。真空滅弧室都采用不銹鋼波紋管。以前常用的不銹鋼牌號(hào)為1Cr18Ni9Ti，現(xiàn)常用的牌號(hào)為OCr18Ni9（或304L）。1Cr18Ni9Ti不銹鋼含碳量較高，為0.1左右。這些碳在常溫下過飽和地固溶在奧氏體中。當(dāng)1Cr18Ni9Ti不銹鋼被加熱至550～800℃時(shí)過飽和的碳以鉻的碳化物的形式在晶界上析出。晶界上的鉻碳化物很容易和酸反應(yīng)造成點(diǎn)腐蝕和晶間腐蝕。而鉻的碳化物析出溫度正好包含了真空滅弧室的釬焊溫度，因而滅弧室的釬焊就會(huì)造成1Cr18Ni9Ti不銹鋼鉻的碳化物析出。這很容易導(dǎo)致在使用過程中真空滅弧室漏氣。而OC18Ni9或304L不銹鋼的含碳量低于0.03%，這時(shí)碳的含量接近于碳在奧氏體中溶解度，因而加熱不會(huì)引起鉻的碳化物析出，可免除晶間腐蝕和點(diǎn)腐蝕，這就大大地減少了漏氣的可能性。波紋管的制造工藝有2種：一是用冷拔薄壁不銹鋼直接經(jīng)液壓成波紋管（無縫波紋管）；二是用不銹鋼薄板先用微弧焊接成薄壁管壞，然后經(jīng)液壓成形制成波紋管（直焊波紋管）。我國現(xiàn)在既能生產(chǎn)無縫波紋管，也能生產(chǎn)直焊波紋管，均可保證10000次機(jī)械壽命。用銅陶瓷封接取代可伐——陶瓷封接，可大大減少慢性漏氣率?？煞ト菀谉崽幚碓斐删ЯＷ兇?，沖壓加工容易引起微小的裂紋，同時(shí)焊料容易滲入可伐的晶界中，滲入晶界的焊料可能將晶界漲開，造成慢性漏氣。而銅不會(huì)有類似現(xiàn)象，因而銅陶瓷封接的滅弧室杜絕了慢性漏氣，大幅度提高了真空滅弧室的性能。因?yàn)椴捎昧艘陨闲鹿に嚒⑿虏牧?，使真空滅弧室因漏氣或真空度下降造成的失效率從原來?.3%下降到0.1%，甚至降至0.03%。這是我國真空滅弧室制造技術(shù)的巨大進(jìn)步。注意問題據(jù)全國電力系統(tǒng)開關(guān)設(shè)備狀況統(tǒng)計(jì):相對(duì)其他種類的斷路器,真空斷路器的開斷與關(guān)合事故比例較高,問題主要出在滅弧室部分,滅弧室漏氣、真空度不足是主要原因[21]。在真空斷路器構(gòu)成元件中,真空滅弧室為不檢修元件,滅弧室壞了,只能進(jìn)行整體更換。為保證真空斷路器的安全可靠運(yùn)行,對(duì)真空滅弧室的真空度的判斷和測定必須給予高度重視。其中有以下幾個(gè)方面：(1)在真空斷路器、真空滅弧室選型、選廠上嚴(yán)格把關(guān)。選擇型式穩(wěn)定、質(zhì)量可靠的產(chǎn)品,是提高真空斷路器運(yùn)行可靠性的基礎(chǔ)。(2)一些常規(guī)檢測方法,如:觀察法、交流耐壓法、火花計(jì)法等,是最基本的真空度定性測試方法,尤其是交流耐壓法是電力部門規(guī)程規(guī)定的定期檢驗(yàn)方法,真空斷路器用戶必須按照規(guī)定開展檢測工作。(3)對(duì)于大量使用真空斷路器的用戶,應(yīng)盡量采用可靠的真空度測試裝置進(jìn)行真空度的測試。目前,華北電力集團(tuán)公司、江蘇省電力公司、四川省電力公司等一些區(qū)域、省、市級(jí)電力企業(yè)都在各自的高壓開關(guān)專業(yè)工作中,明確要求或積極推廣進(jìn)行真空斷路器滅弧室的真空度測試。(4)選擇國產(chǎn)真空度測試儀器時(shí),一定要選擇產(chǎn)品性能和質(zhì)量符合用戶要求的產(chǎn)品,避免真空度判斷失誤帶來的負(fù)面影響。對(duì)于真空度判定工作應(yīng)建立相應(yīng)的管理辦法,并在下列情況下進(jìn)行真空度測試:·新設(shè)備投運(yùn)前;·在規(guī)定的檢修預(yù)試工作周期;·真空斷路器開斷規(guī)定的故障電流次數(shù)之后;·完成規(guī)定的開斷負(fù)荷電流次數(shù)和機(jī)械壽命之后;·運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)。對(duì)于真空度不滿足要求,低于或已接近6.6×10-2Pa時(shí),應(yīng)及時(shí)進(jìn)行真空滅弧室的更換;對(duì)于真空度有較大幅度降低,但仍在合格范圍內(nèi)的真空滅弧室,應(yīng)適當(dāng)縮短測試周期,并結(jié)合歷次測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,判斷真空度下降趨勢,據(jù)此決定真空滅弧室是否繼續(xù)運(yùn)行。(5)對(duì)于購置的真空滅弧室備品備件,在產(chǎn)品入庫和使用前,也應(yīng)進(jìn)行真空度測試,嚴(yán)防不合格的真空滅弧室投入運(yùn)行中。總結(jié)真空滅弧室是真空斷路器的關(guān)鍵部件,它是采用玻璃或陶瓷作支撐及密封。內(nèi)部有動(dòng)、靜觸頭和屏蔽罩。其主要作用是，通過管內(nèi)真空優(yōu)良的絕緣性使中高壓電路切斷電源后能迅速熄弧并抑制電流，避免事故和意外的發(fā)生。真空斷路器的操縱機(jī)構(gòu)自1961年美國CE公司成功研制第一臺(tái)真空斷路器以來，真空斷路器的技術(shù)水平迅速得到提高。隨著新材料的應(yīng)用和新型結(jié)構(gòu)的觸頭不斷研制成功，真空斷路器憑借真空滅弧室無與倫比的開斷特性，其電氣壽命和機(jī)械壽命大大增加，逐漸替代了老式的油開關(guān)，被廣泛應(yīng)用于10~40.5kV的中壓電力系統(tǒng)中作為控制和分配電能的開關(guān)。真空斷路器的主要功能歸根到底是體現(xiàn)在觸頭的分、合動(dòng)作上，而觸頭的分、合動(dòng)作主要是通過“操動(dòng)機(jī)構(gòu)”來實(shí)現(xiàn)的，因此真空斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能和質(zhì)量優(yōu)劣，將對(duì)真空斷路器的工作性能和可靠性起到至關(guān)重要的作用。真空斷路器有電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)、彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)、永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)之分,永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)優(yōu)勢和更加穩(wěn)定的運(yùn)行可靠性越來越明顯,應(yīng)用越來越廣泛,發(fā)展前景也越來越好。電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)最早應(yīng)用在真空斷路器上的操動(dòng)機(jī)構(gòu)是通過電磁力去實(shí)現(xiàn)分、合閘的，故也稱為電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)。電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理,是用一個(gè)機(jī)械鎖扣把斷路器保持在合閘位置上,當(dāng)斷路器合閘時(shí),螺管式電磁鐵逐漸接近端面,通過增加吸力來匹配真空斷路器的機(jī)械特性。隨著電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的進(jìn)一步運(yùn)用,人們發(fā)現(xiàn)它的缺點(diǎn)是磁路電感L在合閘過程中變化較大,反電動(dòng)勢抑合閘線圈電流的增大,而且這種抑制作用會(huì)隨著合閘速度的增加而增強(qiáng)。電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單、零件數(shù)量少和制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)它的開距小，只有8~25mm，這個(gè)距離較好的迎合了真空滅弧室的要求。但是，電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的合閘線圈功率大，所以配到的電源設(shè)備別價(jià)格比較昂貴；而且在操作時(shí)，沖擊力很大，操作的時(shí)間也比較長；如過合閘接觸力小的話，容易引起觸頭的跳動(dòng)，從而產(chǎn)生連續(xù)、呈衰減趨勢的電火花。電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的真空斷路器結(jié)構(gòu)也比較笨重，不利于小型及配網(wǎng)自動(dòng)化。由于電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)存在上述諸多缺陷，故而逐步被市場所淘汰，取而代之的是后續(xù)研制的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)。彈簧操縱機(jī)構(gòu)為了克服電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn),設(shè)計(jì)人員又開發(fā)出了彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)。彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是采用手動(dòng)或小功率交流電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)能,分合速度不受電源電壓波動(dòng)影響,性能穩(wěn)定,能夠?qū)崿F(xiàn)較高的分合閘速度和快速自動(dòng)重合閘操作。雖然彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)在一定程度上克服了電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn),但是,由于彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理是依靠彈簧儲(chǔ)存能量的釋放來實(shí)現(xiàn)斷路器合閘,而彈簧釋能時(shí)總是開始時(shí)出力較大,以后會(huì)逐漸減小,因而與真空斷路器機(jī)械特性的要求正好相反[22]。為了使它與真空斷路器合閘時(shí)的機(jī)械特性相匹配,就需要通過凸輪和連桿實(shí)現(xiàn)力轉(zhuǎn)換。但是,這種力的轉(zhuǎn)換又需要大量高速運(yùn)動(dòng)的連接機(jī)構(gòu),這樣不僅降低了操作機(jī)構(gòu)的效率和可靠性,而且還減少了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的剛性。與電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)不同,彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是完全依靠機(jī)械傳動(dòng),不但零部件數(shù)量多,而且運(yùn)動(dòng)部件也多,傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜,制造工藝要求高,故障率高。另外,彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,關(guān)鍵部位滑動(dòng)摩擦面多,這些零件在長期運(yùn)行過程會(huì)出現(xiàn)磨損、銹蝕以及潤滑劑的流失、固化等現(xiàn)象,容易出現(xiàn)操作失誤。由于彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)品的可靠性不易保證，限制了真空斷路器向電氣壽命長、免維護(hù)等要求更高的方向發(fā)展。鑒于以上兩種操動(dòng)機(jī)構(gòu)的不足，近年來，一種將永久磁鐵應(yīng)用于操動(dòng)機(jī)構(gòu)中的新型的“永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)”越來越受到電力行業(yè)的關(guān)注永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由永久磁鐵和分、合閘控制線圈等部件組成，是用永磁體去實(shí)現(xiàn)真空斷路器合閘保持和分閘保持的一種新型的電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)。當(dāng)合閘控制線圈通電時(shí)，線圈所產(chǎn)生的磁拉力會(huì)使動(dòng)鐵心向下運(yùn)動(dòng)，然后由永久磁鐵將動(dòng)鐵心保持在合閘位置；當(dāng)分閘線圈通電時(shí)，動(dòng)鐵心向反方向運(yùn)動(dòng)，同樣由永久磁鐵將它保持在分閘位置。由于該機(jī)構(gòu)在控制線圈不通電流時(shí)動(dòng)鐵心有兩個(gè)穩(wěn)定工作狀態(tài)（合閘或分閘），故也稱為雙穩(wěn)態(tài)永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)。永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)中永磁體的可靠性永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)與傳統(tǒng)的電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的根本區(qū)別在于其使用了永磁體。目前永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的永磁體普遍采用釹鐵硼稀土材料制成。釹鐵硼永磁體在受到強(qiáng)烈機(jī)械沖擊、高溫和反向磁場作用時(shí)均可能部分或全部退磁。當(dāng)溫度高于120℃時(shí)，釹鐵硼的磁性能才會(huì)下降，一般情況下操動(dòng)機(jī)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)這樣高的溫度；永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)中的機(jī)械沖擊對(duì)釹鐵硼永磁體來說是可以承受的，試驗(yàn)已充分證明了這一點(diǎn)；永磁體隨著時(shí)間的推移，磁性能也會(huì)有逐漸減弱的趨勢（自然劣化），但制造企業(yè)提供的數(shù)據(jù)表明，在20年壽命期間，釹鐵硼自然劣化不會(huì)大于1%。因此，只要設(shè)計(jì)時(shí)留一定裕度，自然劣化一般不會(huì)影響永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的正常動(dòng)作。綜上所述，永磁體的退磁問題，并不影響它在永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)中的實(shí)際應(yīng)用。永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及動(dòng)作原理圖3-1為雙線圈永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的電磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。當(dāng)真空斷路器處于分閘位置時(shí)，動(dòng)鐵心１的上端氣隙小、磁阻低，下端氣隙大、磁阻高，因此永久磁鐵２的磁場將主要作用于動(dòng)鐵心的上端。1—?jiǎng)予F心2—永久磁鐵3—合閘線圈4—分閘位置5—靜鐵心圖3-1永磁機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖由圖3-1（a）可見，當(dāng)真空斷路器處于分閘位置時(shí)，永久磁鐵２形成的磁力線幾乎全部穿過動(dòng)鐵心的上端，它所產(chǎn)生的吸引力將保證動(dòng)鐵芯維持在上部，使真空斷路器保持為分閘狀態(tài)。當(dāng)真空斷路器需要合閘時(shí)，可先使合閘線圈３通電，其所產(chǎn)生的磁場的磁力線則主要集中在動(dòng)鐵心的下端，并在上端與永久磁鐵２形成的磁場的磁力線相抵消。伴隨著激磁電流的上升，下端吸力將增加，上端吸力將減弱，當(dāng)下端吸力大于反力，即線圈電流達(dá)到觸動(dòng)值后，動(dòng)鐵心將開始向下運(yùn)動(dòng)。圖3-1（b）為動(dòng)鐵心移動(dòng)之前磁力線的瞬態(tài)分布圖。當(dāng)動(dòng)鐵心運(yùn)動(dòng)到終端位置時(shí)，位置傳感器將輸出動(dòng)作信號(hào)，切斷線圈電流。動(dòng)鐵心位于下端時(shí)，永久磁鐵２的磁場將主要作用于動(dòng)鐵心的下端。其磁力線分布狀況與圖3-1（a）呈上下對(duì)稱的情形。永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）通過雙線圈分別控制分、合閘操作。即合閘線圈只控制合閘操作，分閘線圈只控制分閘操作，提高了機(jī)構(gòu)的可靠性。（2）采用了全新的磁路設(shè)計(jì)，增大了分、合閘的保持力，減小了分、合閘時(shí)對(duì)線圈電流的要求，降低了能耗。（3）機(jī)構(gòu)的下部基座設(shè)計(jì)有聯(lián)動(dòng)軸，可保證分合閘操作時(shí)三相同期性，控制了首開相燃弧時(shí)間（1ms內(nèi)）。（4）機(jī)構(gòu)的機(jī)械壽命可高達(dá)10萬次，與傳統(tǒng)的電磁機(jī)構(gòu)和彈簧機(jī)構(gòu)相比，機(jī)械壽命至少提高３倍以上。（5）機(jī)構(gòu)是通過動(dòng)鐵心與主軸傳動(dòng)拐臂相連直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)觸頭的，簡化了傳動(dòng)鏈，無需機(jī)械脫、鎖扣裝置，減少了故障源。與傳統(tǒng)的電磁和彈簧操作機(jī)構(gòu)相比,永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的最大優(yōu)勢是非常經(jīng)久耐用——機(jī)械壽命可達(dá)30000次,而且永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的負(fù)載特性與真空斷路器的要求非常接近,可以與真空滅弧室直接相連,使零部件降到最少,大約減少了彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的零部件數(shù)量的60%左右。永磁機(jī)構(gòu)與真空斷路器的配合每一種真空斷路器都有其固有的分合閘負(fù)載特性,永磁真空斷路器是一種動(dòng)作時(shí)間分散性很小和精確動(dòng)作的斷路器,所配的永磁機(jī)構(gòu)應(yīng)該有相應(yīng)的出力特性。真空斷路器的反力特性與油斷路器、SF6斷路器不同。真空斷路器的觸頭行程很小,觸頭接觸只需要很小的驅(qū)動(dòng)力;觸頭開合時(shí),就需要很大的驅(qū)動(dòng)力來壓縮觸頭彈簧。因此真空斷路器的反力特性在觸頭接觸瞬間有大幅度的正向突變。12kV真空斷路器合閘后的觸頭反力常常超過10kN。真空斷路器所要求的平均合閘速度一般為0.6~0.8m/s。真空斷路器配用永磁機(jī)構(gòu)后,不僅可以進(jìn)一步提高可靠性,滿足免維護(hù)的要求,而且永磁機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間分散性小,分合閘時(shí)間的精確度能滿足同步開關(guān)的要求。同步開關(guān)是主觸頭在電壓過零時(shí)閉合,在電流過零時(shí)斷開的斷路器。斷路器的同步關(guān)合可以減小甚至消除電容器組和變壓器的合閘電流和過電壓,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)真空斷路器發(fā)展前景永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)在6~40.5kV電壓等級(jí)的真空斷路器上的應(yīng)用實(shí)踐，充分表現(xiàn)出其機(jī)械特性與真空斷路器真空滅弧室機(jī)電特性完美配合的優(yōu)勢。永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的采用，使真空斷路器具有了壽命長、可靠性高、開斷能力強(qiáng)、體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡單、無爆炸、無污染、噪音低、免維護(hù)等顯著特點(diǎn)。目前，我國對(duì)城市和農(nóng)村配網(wǎng)的改造正在進(jìn)一步深入，電力部門也由原來的單純行業(yè)管理轉(zhuǎn)變?yōu)榉?wù)用戶的公益性企業(yè)。因此，電力部門不但對(duì)設(shè)備的質(zhì)量和性能要求越來越高，同時(shí)對(duì)投資及可獲得的效益也越來越關(guān)注。新一代永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)真空斷路器的出現(xiàn)，將為廣大用戶提供一種全新的選擇。永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)與真空斷路器的配合，必將引起中高壓真空斷路器劃時(shí)代的革命，使用其開發(fā)的下一代真正免維護(hù)開關(guān)產(chǎn)品將成為高壓開關(guān)的主流方向。兩種永磁操縱機(jī)構(gòu)的真空斷路器從當(dāng)今產(chǎn)品的類型來看,永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)主要分為雙線圈式永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)和單線圈式永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)兩種1、雙線圈式永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)真空斷路器雙線圈式永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是采用永久磁鐵使真空斷路器分別保持在分合閘的極限位置上。當(dāng)斷路器處于合閘位置時(shí),永久磁鐵利用動(dòng)靜鐵芯提供的低磁阻抗將動(dòng)鐵芯保持在合閘位置;當(dāng)機(jī)構(gòu)接到分閘命令時(shí),分閘線圈在工作氣隙處產(chǎn)生一個(gè)磁場,其方向與永磁材料所產(chǎn)生的磁場方向相反;當(dāng)分閘線圈的電流達(dá)到某一值時(shí),動(dòng)鐵芯開始向下運(yùn)動(dòng),并且隨著位移的增加,底部氣隙的磁阻逐漸減小,磁感應(yīng)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上部氣隙的磁感應(yīng)強(qiáng)度,動(dòng)鐵芯向下呈加速運(yùn)動(dòng);動(dòng)鐵芯運(yùn)動(dòng)至行程一半后,線圈電流和永磁體合成磁場所產(chǎn)生的方向向下,進(jìn)一步加速了動(dòng)鐵芯的運(yùn)動(dòng)速度,直到分閘到位;分閘到位后,線圈電流和永久磁鐵所產(chǎn)生磁場的磁力線基本上全部通過下部氣隙,切斷線圈中的電流,動(dòng)鐵芯將自動(dòng)保持在分閘位置上。當(dāng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行合閘時(shí),情況與分閘大致相同。雙線圈式永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)有二:一是機(jī)構(gòu)在進(jìn)行合閘時(shí),不需給分閘提供能量,合閘能量小,合閘線圈線徑較細(xì),需要的電源電流小;二是機(jī)構(gòu)在合閘位置時(shí),永久磁鐵只需提供克服觸頭彈簧的力,不包括分閘彈簧的力,需要的力較小。2、單線圈式永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)真空斷路器單線圈式永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是采用永久磁鐵使真空斷路器分別保持在分合閘的極限位置上,分合閘使用同一個(gè)操作線圈。合閘時(shí)線圈通過電流產(chǎn)生正向磁力,使動(dòng)觸頭向上運(yùn)動(dòng),永久磁力使斷路器可靠地保持在合閘位置;分閘時(shí)向線圈通入反向電流,產(chǎn)生反向力,使鐵芯工作氣隙處永磁材料與激磁線圈產(chǎn)生的合成磁場大約為零,靠觸頭彈簧和分閘彈簧所儲(chǔ)存的能量進(jìn)行分閘,并保持在分閘位置。單線圈式永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)有三:一是分閘由分閘彈簧和觸頭彈簧釋放能量來完成,可以通過調(diào)整分閘彈簧來調(diào)整分閘特性;二是分閘彈簧的輸出特性與斷路器所要求的速度特性一致,具有較高的剛分速度;三是分合閘共用一個(gè)操作線圈,機(jī)構(gòu)簡單、體積小,更適合戶外封閉式箱體內(nèi)安裝[23]。小結(jié)真空斷路器因其高可靠性、高穩(wěn)定性、免維護(hù)、命長等特點(diǎn),多年來一直是中壓領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。操動(dòng)機(jī)構(gòu)作為斷路器的執(zhí)行元件,其可靠性非常關(guān)鍵。它不但要保證斷路器長期工作的可靠性,而且要滿足滅弧特性對(duì)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的要求。斷路器的分合閘所需時(shí)間和速度必須滿足其開斷和關(guān)合的要求,以便快速切除故障和不使故障擴(kuò)大,減輕設(shè)備、線路