【正文】 為了不使金屬蒸汽凝結(jié)到紋管上，波紋管外也套有屏蔽罩，左端蓋上裝有均壓環(huán)。 屏蔽罩 5焊在可閥環(huán)上，靜觸頭 6焊在導(dǎo)電桿上，靜導(dǎo)電桿焊在右端蓋上，端蓋又與外殼焊在一起。這樣使陽極附近的電子減少，陽極壓降降低，阻止陽極斑點(diǎn)的形成，提高陽極斑點(diǎn)出現(xiàn)的臨界電流，提高了斷路器的開斷能力。同時(shí)，由于離子的質(zhì)量較大。 qBmvR ?sin0?其中 m為電子的質(zhì)量； q為電子的電荷； B為磁通密度；v0為電子的初速度； φ為發(fā)射角。 (2)順著弧柱的方向加一縱向磁場(chǎng)，提高產(chǎn)生陽極斑點(diǎn)的臨界電流，降低電弧電壓，阻止陽極斑點(diǎn)的出現(xiàn)。這樣，在電流過零期間，由陽極斑點(diǎn)發(fā)射的金屬蒸氣和帶電粒子大為減少，而且冷卻快，可以提高弧后介質(zhì)恢復(fù)速度，阻止零后電弧重燃。這時(shí)，即使出現(xiàn)集聚型電弧，它的溫度以及在電極上燒熔的面積和深度都將大大地降低。例如銅電極的開斷能力只能達(dá)到 8kA～15kA。 集聚型電弧特造成弧隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度上升緩慢，不容易熄弧。真空電弧電流過零后介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)速度與下列情況有關(guān)：①過零瞬間，弧隙中的蒸氣密度；②電流過零后，電弧的熱狀態(tài)，也即繼續(xù)發(fā)射蒸氣及帶電粒子的能力。②電弧由擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變?yōu)榫奂偷碾娏髟龃?，致使弧隙的開斷電流增大。 試驗(yàn)表明，當(dāng)在真空弧隙中加上與電流軸線方向一致的縱向磁場(chǎng)后，如果選擇的磁通密度適當(dāng)，則弧隙的開斷性能將在下列兩個(gè)方面有很大改善。真空電弧一旦變成集聚型，如果不采取其他特殊措施，則因弧隙中帶電粒子密度很高，在電流過零后來不及擴(kuò)散，以及陰極斑點(diǎn)熔區(qū)厚度較深來不及冷卻，還可能發(fā)射金屬蒸氣和帶電粒子，造成弧隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度上升慢而不能熄弧。觸頭的電腐蝕速度迅速上升，陽極出現(xiàn)斑點(diǎn)，它和陰極斑點(diǎn)此時(shí)不僅同樣蒸發(fā)金屬蒸氣和噴射等離子流，甚至可能直接向弧隙噴射金屬顆?；蛞旱?，因而使弧隙中金屬蒸氣和等離子體密度大大增大，氣壓大大升高，電弧電壓也突然上升。 擴(kuò)散型電弧的陽極只起接收電子的作用，沒有陽極斑點(diǎn)。 如果對(duì)擴(kuò)散型真空電弧加上一橫向磁場(chǎng) (即磁場(chǎng)方向與電弧軸線垂直 )，可以看到一奇特現(xiàn)象，即電弧不是按通常的“左手定則”運(yùn)動(dòng)，而是向相反的方向運(yùn)動(dòng)。 擴(kuò)散型真空電弧的弧錐中氣壓很低，從陰極斑點(diǎn)噴射出來的正離子和電子幾乎可以不受碰撞地到達(dá)陽極，所以弧錐中的電壓降很小，一般擴(kuò)散型真空電弧的電弧電壓僅為幾十伏。 正因?yàn)檫@種形態(tài)的真空電弧具有如此的運(yùn)動(dòng)特性，所以被稱為擴(kuò)散型。這些支弧的陰極斑點(diǎn)大致均勻地散布在電極表面上，同時(shí)由電極中心沿半徑方向向電極邊緣運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)電弧電流增大時(shí)，擴(kuò)散型電弧分裂成許多并聯(lián)的支弧。它不僅向弧隙蒸發(fā)大量的金屬蒸氣、而且同時(shí)噴射大量的電子和正離子，形成一股噴射力很強(qiáng)的等離子流。電弧呈圓錐形．錐頂即陰極斑點(diǎn)，不存在陽極斑點(diǎn)，此電弧在電極表面上隨機(jī)運(yùn)動(dòng)。 1．?dāng)U散型電弧 (小電流電弧 )的物理特性 擴(kuò)散型電弧一般存在于電弧電流小于幾千安時(shí)。一般地說，擴(kuò)散型電弧的電弧電流小于幾千安 (小電流 )，當(dāng)電流超過幾千安 (大電流 )，即發(fā)展為集聚型電弧。因此真空電弧實(shí)質(zhì)上是金屬蒸氣中的電弧，它的性質(zhì)視電極材料的不同而有差異。 (二 )真空電弧的特性 真空中的電弧與氣體中的電弧有本質(zhì)的不同。 “老煉”就是消除電極表面的微觀凸起、雜質(zhì)的缺陷的過程，“老煉”對(duì)電極表層材料的純化作用是很重要的。 2．真空絕緣的“老煉”作用 一個(gè)新的真空間隙在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，最初的擊穿電壓值往往較低，隨著試驗(yàn)次數(shù)增多，擊穿電壓漸增，而且會(huì)最后穩(wěn)定在一定值上。對(duì)于小間隙 (10mm以下 )，場(chǎng)發(fā)射說的分析與實(shí)驗(yàn)比較接近；而較大間隙，微粒說比較適合。通過這些方式產(chǎn)生的蒸氣若被電子所游離，則將引起間隙擊穿。在運(yùn)動(dòng)過程巾．微粒不斷受列強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射的電子流的轟擊、溫度不斷升高，所帶的電荷量也不斷增大，因此，當(dāng)微粒飛近相對(duì)的電極時(shí)，有可能因溫度很高而蒸發(fā)成金屬蒸氣，以及由于微粒和電極之間電場(chǎng)很強(qiáng)而發(fā)射電子。這些微?？赡苁菣C(jī)械加工留下的金屬屑、電弧熔化或金屬汽化后生成的金屬微粒，也可能是強(qiáng)電場(chǎng)從金屬內(nèi)部拉出的金屬絲狀物。 (2)微粒引起擊穿。一是強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射的電流流過電極表而的微小凸起和尖端時(shí)，由于電流密度高，使得它們?nèi)刍驼舭l(fā)，在間隙中產(chǎn)生大量的金屬蒸氣，電子在向陽極運(yùn)動(dòng)過程中穿過金屬蒸氣時(shí)使金屑蒸氣游離，引起間隙擊穿。當(dāng)電極加上電壓時(shí)，這些凸起和尖端的頂部將產(chǎn)生很高的電場(chǎng)強(qiáng)度，從而引起強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射，使間隙中流過一定數(shù)量的電子電流。 (1)場(chǎng)發(fā)射引起擊穿。所以，真空間隙的擊穿機(jī)理必然只同電極情況有關(guān)。目前許多國家都在致力于真空斷路器用于高壓和超高壓電網(wǎng)中的研究。 四、真空斷路器 利用真空作為絕緣及滅弧手段的斷路器，稱為真空斷路器。 由于牽引變電所接觸網(wǎng)故障頻繁，而 SF6斷路器具有允許開斷次數(shù)多的優(yōu)點(diǎn)，所以，牽引變電所饋線側(cè)斷路器曾廣泛采用 SF6斷路器。電弧產(chǎn)生后的熄弧過程如 (c)所示，這時(shí)熄弧觸頭分離，在斷口間隙產(chǎn)生電弧，而壓氣活塞 6已將汽缸中的 SF6氣體大量壓縮，高壓的 SF6氣體從斷口的噴口處大量噴出，從而使電弧迅速熄滅。圖中 (a)為合閘狀態(tài)，這時(shí)工作電流由工作靜觸頭 1及工作動(dòng)觸頭 2導(dǎo)通。這是一種壓氣式 SF6斷路器，其中約 3~5個(gè)大氣壓用以維持絕緣的需要。該斷路器不能自帶電流互感器，抗震性能欠佳是其缺點(diǎn)。其滅弧室能方便地串聯(lián)組合，構(gòu)成 110 kv、220kv和更高電壓等級(jí)的斷路器。 SF6工作氣壓為 ，閉鎖壓力為 。六氟化硫氣體密度繼電器 13用以監(jiān)視斷路器的工作壓力。動(dòng)、靜輔助觸頭均采用空心導(dǎo)管，頭部鑲有耐弧材料。 滅弧室采用雙向氣吹變開距式，其滅弧過程同示于圖。密封瓷套管兩端可并聯(lián)電容器，以改善斷口間的電壓分布，并降低恢復(fù)電壓起始上升速度。操作箱內(nèi)裝有氣動(dòng)操作機(jī)構(gòu)。滅弧室被密封在瓷套管 1內(nèi)，并固定安裝在支持瓷瓶上。前一類斷路器均采用單壓氣吹滅弧裝置，后兩類一般采用旋弧或旋弧加輔助氣吹滅弧裝置。 （三）六氟化硫斷路器的典型結(jié)構(gòu) 六氟化硫斷路器在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。 旋弧式滅弧裝置主要用于中、低壓配電系統(tǒng)中的斷路器。由于影響滅弧過程的因素較多，彼此間又相互關(guān)聯(lián)制約，例如相位差角和短路銅套的材料、厚度有關(guān)，電弧達(dá)動(dòng)速度和電流、氣壓等有關(guān)，而氣壓又和電弧能量有聯(lián)系。在電弧過零前后因合成磁場(chǎng)仍有一定強(qiáng)度，驅(qū)使電弧繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，氣吹和混合作用促使電弧于電流過零后熄滅?；≈谠摵铣纱艌?chǎng)中將受到洛侖茲力的作用，該力驅(qū)使弧柱在銅套內(nèi)腔中作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)電弧由此得名。因此銅套的內(nèi)腔形成合成磁場(chǎng)，其磁力線分布如圖 (a)中的實(shí)線箭頭所示。當(dāng)動(dòng)觸頭離開靜觸指時(shí)產(chǎn)生電弧，它隨即轉(zhuǎn)移到和激磁線圈相連的短路銅套內(nèi)壁，電流由靜觸頭通過激磁線圈進(jìn)入短路銅套，后經(jīng)導(dǎo)電弧柱和動(dòng)觸頭構(gòu)成導(dǎo)電回路。當(dāng)噴口開啟后，為保證電弧能可靠地熄滅，應(yīng)保持噴口喉頸部分氣體處于臨界流動(dòng)狀態(tài)。 2氣吹階段。這階段主要是在壓氣室內(nèi)建立起較高的氣壓，使噴口開啟時(shí)有較強(qiáng)的氣吹力。因此分?jǐn)噙^程分為二個(gè)階段：①預(yù)壓氣階段。當(dāng)動(dòng)觸桿在機(jī)構(gòu)帶動(dòng)下向左移動(dòng)時(shí)，壓氣罩及噴口也一起向左運(yùn)動(dòng)，活塞 (不動(dòng) )與壓氣罩內(nèi)的氣體被壓縮。 圖 。 1．縱向氣吹滅弧裝置 縱向氣吹滅弧裝置一般用于輸電網(wǎng)絡(luò)中的同壓和超高壓斷路器中。它完全依靠電弧自身的能量滅弧。另一類是自能滅弧。如圖 (b)、 (c)兩種。它是利用電弧電流通過磁場(chǎng)線圈，在其周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，以此驅(qū)動(dòng)電弧在六氟化硫氣體中做快速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使弧柱受到橫向氣流的吹拂、散熱、冷卻而達(dá)到滅弧的目的。目前，這種方式已有較大的改進(jìn)，即不僅采用縱吹方式，還加入橫吹，以提高滅弧性能。④自生壓力式吹弧，如圖中 (d)所示。在實(shí)際裝置中它又分單向 (即單噴口 )和雙向 (兩個(gè)噴口 )兩種吹弧方式，后者是縱橫吹兼而有之。這種滅弧方式較為簡(jiǎn)單，不需要外設(shè)壓氣泵等附屬設(shè)備。當(dāng)動(dòng)、靜觸頭分離，接著噴口開啟時(shí)，壓氣罩內(nèi)被壓縮的高壓氣體通過噴口作絕熱膨脹，形成高速氣流，縱吹電弧?？蓜?dòng)部分 (即動(dòng)觸桿 )裝有壓氣裝置 (常稱壓氣罩 )。 3單壓力式吹弧，如圖中 (c)所示。低壓氣體經(jīng)吸附過濾裝置后用壓氣泵重新打入高氣壓室，以備下次使用。當(dāng)觸頭分開時(shí)，開啟控制閥門，使高壓氣流通過噴口絕熱膨脹，并形成高速氣流，以此來吹熄電弧。 2雙壓力式吹弧，如圖中 (b)所示。①簡(jiǎn)單開斷方式，如圖(a)中所示。 綜合六氟化硫氣吹滅弧裝置的發(fā)展歷程和現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)，基本上分兩大類：縱向氣吹和橫向氣吹。它結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)備占地面積小，污染和噪聲小，又無爆炸和導(dǎo)致火災(zāi)的危險(xiǎn)。此外，分解后的六氟化硫氣體又能自行迅速復(fù)合，這樣斷路器的滿容量開斷次數(shù)增加，相應(yīng)地檢修周期就可以延長(zhǎng)。能承受快速上升的瞬態(tài)恢復(fù)電壓，尤其適宜于切斷近區(qū)故障。這樣不僅提高了斷路器在電網(wǎng)中工作的可靠性，而且為發(fā)展更高電壓等級(jí) (例如 1000kV以上 )的輸電線路創(chuàng)造了條件。 (二 )六氟化硫氣吹滅弧裝置 氣體斷路器以六氟化硫作為絕緣和滅弧介質(zhì)后，滅弧裝置的性能和結(jié)構(gòu)與壓縮空氣斷路器、少油斷路器等有極大的不同，并有下列優(yōu)點(diǎn)： (1)可以提高單斷口的額定電壓和開斷電流。由于吸附與復(fù)合的綜合作用，使弧隙帶電質(zhì)點(diǎn)密度急劇減小，在電弧電流過零時(shí)，去游離過程格外迅速， 5F6氣體的介質(zhì)耐壓強(qiáng)度恢復(fù)速率為空氣的 100倍以上，所以，能承受各種恢復(fù)電壓的作用，保證優(yōu)異的開斷性能。 (3)負(fù)電性能對(duì)電弧電流過零后的去游離極為有利。由于 SF6斷路器的電弧電壓梯度較低，在相同的工作電壓及開斷電流條件下，電弧能量小，所以易于滅弧。 (2)電弧壓降小，弧柱細(xì)。其對(duì)流散熱能力為空氣的 。這是因?yàn)椋? (1)散熱能力強(qiáng)。 4．滅弧性能 SF6具有很強(qiáng)的滅弧能力，在自由開斷的情況下，它的滅弧能力要比空氣大 100倍左右。 SF6氣體中混入水分，如果水分僅以氣體形式存在，SF6氣體與固體的分界面的絕線性能幾乎不受影響。 經(jīng)研究認(rèn)為 SF6氣體中空氣的含量大于 50％以上時(shí)，其絕緣能力下降；含量等于 50％時(shí)，與純 SF6氣體絕緣能力相同；若含量小于 50％時(shí)，其絕緣能力反而比純SF6氣體為高。 3．絕緣性能 由實(shí)驗(yàn)得知，在三個(gè)大氣壓時(shí)，它與變壓器油的絕緣強(qiáng)度相等，壓力越高絕緣性能越好。它不溶解于水和變壓器油中；它與氧、氫、鋁以及其他許多物質(zhì)不發(fā)生作用；熱穩(wěn)定性高，在 500度時(shí)還不分解。 （一）六氟化硫的特性 1．物理性能 SF6是一種無色、無臭、無毒、不可燃的惰性氣體，比空氣重 5倍，常壓下，液化溫度為一 ；其熱傳導(dǎo)率隨溫度變化而變化，例如在 2023度時(shí)，具有極強(qiáng)的導(dǎo)熱能力．而在 5000度時(shí)，其導(dǎo)熱能力很差，正是這種導(dǎo)熱特性，對(duì)電弧的熄滅起著極為重要的作用。在 20世紀(jì) 70年代， SF6斷路器已用于電氣化鐵道各種配電設(shè)備中。空氣斷路器是一種以壓縮空氣作為滅弧、絕緣和傳動(dòng)介質(zhì)的斷路器，為高壓斷路器的主要品種之一。這樣，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，減少了斷路器漏油的幾率。這種滅弧室稱為單筒縱吹滅弧室，與圖 室比較，由于采用了回油道，省去了一個(gè)高強(qiáng)度絕緣筒。它由多個(gè)隔弧片組成多級(jí)油囊，當(dāng)動(dòng)觸頭與靜觸頭分離向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，在滅弧片中心孔部位燃燒。它由底座 支持瓷瓶 中間機(jī)構(gòu)箱 5，以及安裝觸頭和滅弧寶的兩個(gè)斜立瓷瓶 6等主要部件組成。 2． SW— 110型斷路器 SW— 110型斷路器由三個(gè)獨(dú)立的 Y形單元組成，每個(gè) Y形單元構(gòu)成一相的斷路單元。為了在分閘過程中能得到較平緩的速度一行程曲線，在最新的別 SN10— 10少油斷路器中加用了在分閘過程中的彈簧緩沖器。 當(dāng)導(dǎo)電桿 11接近合閘位置時(shí)，合閘緩沖彈簧被壓縮，進(jìn)行合閘緩沖。在分閘行程接近終了時(shí)，油緩沖器活塞桿 15插入導(dǎo)電桿底部鋼管中進(jìn)行分閘緩沖。 分閘時(shí)，在操動(dòng)機(jī)構(gòu)中的分閘電磁鐵作用下，解開合閘保持機(jī)構(gòu)的鉤鉸，由于分閘彈簧的作用，主軸 4轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)四連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)斷路器各相的轉(zhuǎn)軸 14，將導(dǎo)電桿 11向下拉動(dòng)，動(dòng)、靜觸頭分離，觸頭間產(chǎn)生電弧，電弧在滅弧室 10中熄滅。圖 (圖中只示出斷路器的一相 )，各相斷路器分別通過瓷瓶 5固定在底架 2上。本節(jié)主要介紹 10 kv及110kv兩種少油斷路器的結(jié)構(gòu)。多油斷路器體積龐大，占地較寬