真空断路器的发展和在发电机上的应用技术特点
1.专用真空断路器
面临极其不同的开断任务，新的专用断路器应运而生。如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（如操纵次数5～6万次），超频繁型真空断路器（如操纵次数 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，操纵10000次，3AHZ型为频繁型，操纵6万次，3AH4为超频繁型，操纵12万次，3AH5型为经济型，价格便宜．
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2.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SicRC 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。电池测试仪| 相序表| 万用表| 功率计| 示波器| 电阻测试仪| 电阻计| 电表| 钳表| 高斯计| 电磁场测试仪
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。 请登陆:高压开关网 浏览更多信息
3.多功能真空断路器
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。西门子公司最新推出NXACT型模块式真空断路器就具有多功能，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。
4.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最有利时刻关合或开断。
与普通真空断路器相比，同步断路用具有如下上风：1.降低了电网瞬态过电压负荷；2.改善了电网供电质量；3.进步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用度。
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。
5.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，进步了开断能力，并降低了截流值，同时磁场从横磁场转向纵磁场，进步了开断能力，减少了触头的烧损。在工艺上，一次排封工艺的采用，大大进步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中枢。原先用电磁机构，后出现了弹簧机构，最新又出现了永磁机构。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公道设计。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纵，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年首创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。
上世纪90年代后期，配永磁机构的真空断路器传进我国，我国很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。
1真空断路器在发电机上的应用技术特点
1．1灭弧原理及基本结构
真空断路器的灭弧原理是在真空泡内触头拉开时，产生电弧，电弧内携带了蒸发的金属气体，这些气体是从触头表面产生的，最后还会冷却在触头表面和封闭罩的内表面。当电流过零点时，原始的真空状态迅速恢复，间隙处的介电强度迅速增加，电路被切断。
由于采用真空作为灭弧介质，断路器的结构比较简单，整体部件少。Siemens公司的3 AH（6 300 A，50 kA）真空断路器组装在一个类似于高压开关柜的框架内，整体重量轻。操纵结构为弹簧操纵机构，操纵的动应力小；安装在门上，对土建基础要求简单，只需预埋几个扁铁供安装时焊接框架即可，安装时间短。
1．2可靠性及使用寿命
真空断路器的真空泡在正常情况下，在整个寿命期内都是密封的，所以可以保证很高的真空度，在断路器操纵过后，真空度也不会降低，这就保证了额定电流和额定开断电流值不会降低，有效地进步了断路器的可靠性。在产生电弧时，由于会产生金属气体，断路器的触头会有一些磨损，但是这种磨损程度很小，完全在可控范围内，在要求的机械操纵10 000次寿命期内是彻底免维护的。因此，可以说真空断路器正常的使用寿命可以达到几百年，超过ANSI，IEC标准要求的使用寿命。
1．3对环境的影响
真空断路器产生的是少量的纯金属气体，Cu，Cr气体，而且基本被触头重新捕捉，即使在最恶劣的情况下，即真空泡破裂，开释出的气体对环境的影响也小得可以忽略不计。
2用作发电机出口断路器的分析
发电机出口短路时，短路电流中含有很高的直流分量，直流分量是依定子绕组的时间常数τa＝Xd 〃／2πfRa衰减的（Xd〃为发电机次暂态电抗，f为发电机频率，Ra为定子绕组的电阻），短路电流可能具有100 ms或更长的电流零点。故障后，触头分离产生的电弧电阻进一步减小了直流分量的时间常数，使得直流分量衰减得更快，从而产生电流过零点。根据Siemens公司提供的实例计算，其真空断路器可以满足切断电流的要求。
良好的灭弧介质和触头材料使得真空断路器能满足IEEE要求的暂态恢复电压速率。IEEE标准规定的发电机源故障的暂态恢复电压参数为1．8kV／μs（发电机额定容量为101～400 MVA）。Siemens公司真空断路器的暂态恢复电压为4．5kV／μs，在开断容量为50 k A时可开断80％的直流分量。
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