真空斷路器的工作原理 真空斷路器和空氣斷路器的區(qū)別

一、真空斷路器的工作原理

真空斷路器是一種利用真空作為滅弧介質(zhì)的斷路器，其工作原理主要基于真空環(huán)境中電流流過(guò)零點(diǎn)時(shí)等離子體的迅速擴(kuò)散來(lái)熄滅電弧，從而完成切斷電流的任務(wù)。以下是真空斷路器工作原理的詳細(xì)解析：

1. 滅弧介質(zhì) ：
   • 真空斷路器的主要特點(diǎn)是其滅弧介質(zhì)為真空。由于真空環(huán)境中不存在導(dǎo)電介質(zhì)，電弧得以迅速熄滅，因此該斷路器的動(dòng)靜觸頭間距設(shè)計(jì)得相對(duì)較小。
2. 觸頭開斷與電弧形成 ：
   • 當(dāng)真空斷路器的觸頭在真空中開斷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電流和能量高度集聚的陰極斑點(diǎn)，從而大量蒸發(fā)金屬蒸汽。
   • 這些金屬原子和帶電質(zhì)點(diǎn)的密度極高，電弧就在其中劇烈燃燒。同時(shí)，弧柱內(nèi)的金屬蒸汽和帶電質(zhì)點(diǎn)不斷向外擴(kuò)散，而電極則不斷蒸發(fā)新的質(zhì)點(diǎn)以維持弧柱的穩(wěn)定。
3. 電弧熄滅 ：
   • 當(dāng)電流過(guò)零時(shí)，電弧的能量逐漸減小，電極溫度下降，蒸發(fā)作用減弱，弧柱內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)密度也逐漸降低。
   • 最終，在過(guò)零時(shí)刻陰極斑消失，電弧隨之熄滅。有時(shí)，由于蒸發(fā)作用無(wú)法維持弧柱的擴(kuò)散速度，電弧會(huì)突然熄滅，這種現(xiàn)象稱為截流現(xiàn)象。
4. 主要組成 ：
   • 真空斷路器主要由框架、滅弧室和操動(dòng)機(jī)構(gòu)三部分組成。
   • 滅弧室內(nèi)部有一個(gè)鋼拱室，對(duì)稱地堆放在陶瓷絕緣體中，并將真空壓力保持在一定范圍內(nèi)。
   • 操動(dòng)機(jī)構(gòu)則具備電動(dòng)儲(chǔ)能、電動(dòng)分合閘以及手動(dòng)功能，由合閘彈簧、儲(chǔ)能系統(tǒng)、過(guò)流脫扣器、分合閘線圈、手動(dòng)分合閘系統(tǒng)、輔助開關(guān)和儲(chǔ)能指示等部件共同構(gòu)成。
5. 動(dòng)作原理 ：
   • 真空斷路器的動(dòng)作原理是通過(guò)操動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)觸頭進(jìn)行開斷和閉合操作。
   • 儲(chǔ)能過(guò)程：儲(chǔ)能電機(jī)接通電源后，通過(guò)一系列傳動(dòng)機(jī)構(gòu)拉伸合閘彈簧，為合閘操作儲(chǔ)備能量。
   • 合閘操作：當(dāng)機(jī)構(gòu)接收到合閘信號(hào)時(shí)，合閘彈簧釋放能量，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)觸頭閉合。
   • 分閘操作：當(dāng)接收到分閘信號(hào)時(shí)，分閘電磁鐵動(dòng)作，使脫扣機(jī)構(gòu)釋放合閘彈簧的能量，從而帶動(dòng)觸頭分開。

二、真空斷路器與空氣斷路器的區(qū)別

真空斷路器和空氣斷路器是兩種常用的電力設(shè)備，它們?cè)诠ぷ髟怼?yīng)用場(chǎng)景和性能特點(diǎn)等方面存在顯著差異。以下是兩者的詳細(xì)對(duì)比：

1. 工作原理 ：
   • 真空斷路器：利用真空作為滅弧介質(zhì)，通過(guò)觸頭在真空中開斷時(shí)產(chǎn)生的金屬蒸汽和帶電質(zhì)點(diǎn)來(lái)形成和熄滅電弧。
   • 空氣斷路器：利用空氣作為滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)。當(dāng)電流超過(guò)設(shè)定值時(shí)，斷路器內(nèi)部的觸點(diǎn)打開，形成電弧。電弧在空氣中擴(kuò)散和冷卻，最終熄滅。
2. 應(yīng)用場(chǎng)景 ：
   • 真空斷路器：通常被應(yīng)用于電壓等級(jí)較低的廠用電系統(tǒng)配置中，特別是需要高可靠性和長(zhǎng)壽命的應(yīng)用場(chǎng)景。隨著電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展，10kV真空斷路器在我國(guó)已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。
   • 空氣斷路器：廣泛應(yīng)用于各種電壓等級(jí)，從低壓到高壓，是商業(yè)用途的常見選擇。它們常用于高達(dá)15kV的短路和過(guò)流保護(hù)，額定電流為800A至10kA。
3. 性能特點(diǎn) ：
   • 真空斷路器：具有燃弧時(shí)間短、絕緣強(qiáng)度高、電氣壽命長(zhǎng)以及觸頭開距與行程小等特點(diǎn)。因此，其機(jī)械壽命也相對(duì)較高。此外，真空斷路器在滅弧性能、體積和使用壽命方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，更適合對(duì)電能質(zhì)量和空間要求較高的場(chǎng)合。
   • 空氣斷路器：由于使用空氣作為絕緣介質(zhì)，體積相對(duì)較大，安裝空間需求較多。同時(shí)，其滅弧性能相對(duì)較弱，容易受到電弧的影響。然而，空氣斷路器的成本相對(duì)較低，且在大氣壓下的空氣中運(yùn)行，以保護(hù)連接的電路。
4. 維護(hù)與保養(yǎng) ：
   • 真空斷路器：由于真空環(huán)境減少了電弧對(duì)觸頭的燒蝕作用，因此其維護(hù)和保養(yǎng)相對(duì)簡(jiǎn)單。然而，需要定期檢查真空室的真空度和觸頭的磨損情況。
   • 空氣斷路器：由于使用空氣作為滅弧介質(zhì)，其觸頭容易受到電弧的燒蝕作用。因此，需要定期檢查觸頭的磨損情況并進(jìn)行更換。同時(shí)，還需要保持空氣斷路器的清潔和干燥，以防止灰塵和濕氣對(duì)性能的影響。
5. 成本 ：
   • 真空斷路器：由于制造工藝相對(duì)復(fù)雜，且需要使用高質(zhì)量的材料和組件來(lái)確保其在真空環(huán)境中的穩(wěn)定性和可靠性，因此其成本相對(duì)較高。
   • 空氣斷路器：由于其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單且制造材料成本較低，因此其成本相對(duì)較低。這使得空氣斷路器在價(jià)格敏感的應(yīng)用場(chǎng)景中更具競(jìng)爭(zhēng)力。

綜上所述，真空斷路器和空氣斷路器在工作原理、應(yīng)用場(chǎng)景、性能特點(diǎn)、維護(hù)保養(yǎng)和成本等方面存在顯著差異。在選擇時(shí)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求、負(fù)荷性質(zhì)和經(jīng)濟(jì)條件等因素進(jìn)行綜合考慮。