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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

科技綠洲 ? 來源:網(wǎng)絡(luò)整理 ? 作者:網(wǎng)絡(luò)整理 ? 2025-01-31 10:59 ? 次閱讀

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)境中電流流過零點(diǎn)時等離子體的迅速擴(kuò)散來熄滅電弧,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,因此該斷路器的動靜觸頭間距設(shè)計得相對較小。
  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,會產(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,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)電流過零時,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,在過零時刻陰極斑消失,電弧隨之熄滅。有時,由于蒸發(fā)作用無法維持弧柱的擴(kuò)散速度,電弧會突然熄滅,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、滅弧室和操動機(jī)構(gòu)三部分組成。
    • 滅弧室內(nèi)部有一個鋼拱室,對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)。
    • 操動機(jī)構(gòu)則具備電動儲能、電動分合閘以及手動功能,由合閘彈簧、儲能系統(tǒng)、過流脫扣器、分合閘線圈、手動分合閘系統(tǒng)、輔助開關(guān)和儲能指示等部件共同構(gòu)成。
  5. 動作原理
    • 真空斷路器的動作原理是通過操動機(jī)構(gòu)驅(qū)動觸頭進(jìn)行開斷和閉合操作。
    • 儲能過程:儲能電機(jī)接通電源后,通過一系列傳動機(jī)構(gòu)拉伸合閘彈簧,為合閘操作儲備能量。
    • 合閘操作:當(dāng)機(jī)構(gòu)接收到合閘信號時,合閘彈簧釋放能量,通過傳動機(jī)構(gòu)帶動觸頭閉合。
    • 分閘操作:當(dāng)接收到分閘信號時,分閘電磁鐵動作,使脫扣機(jī)構(gòu)釋放合閘彈簧的能量,從而帶動觸頭分開。

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,它們在工作原理、應(yīng)用場景和性能特點(diǎn)等方面存在顯著差異。以下是兩者的詳細(xì)對比:

  1. 工作原理
    • 真空斷路器:利用真空作為滅弧介質(zhì),通過觸頭在真空中開斷時產(chǎn)生的金屬蒸汽和帶電質(zhì)點(diǎn)來形成和熄滅電弧。
    • 空氣斷路器:利用空氣作為滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)。當(dāng)電流超過設(shè)定值時,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)用場景
    • 真空斷路器:通常被應(yīng)用于電壓等級較低的廠用電系統(tǒng)配置中,特別是需要高可靠性和長壽命的應(yīng)用場景。隨著電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展,10kV真空斷路器在我國已實現(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,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:具有燃弧時間短、絕緣強(qiáng)度高、電氣壽命長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,更適合對電能質(zhì)量和空間要求較高的場合。
    • 空氣斷路器:由于使用空氣作為絕緣介質(zhì),體積相對較大,安裝空間需求較多。同時,其滅弧性能相對較弱,容易受到電弧的影響。然而,空氣斷路器的成本相對較低,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)境減少了電弧對觸頭的燒蝕作用,因此其維護(hù)和保養(yǎng)相對簡單。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,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性能的影響。
  5. 成本
    • 真空斷路器:由于制造工藝相對復(fù)雜,且需要使用高質(zhì)量的材料和組件來確保其在真空環(huán)境中的穩(wěn)定性和可靠性,因此其成本相對較高。
    • 空氣斷路器:由于其結(jié)構(gòu)相對簡單且制造材料成本較低,因此其成本相對較低。這使得空氣斷路器在價格敏感的應(yīng)用場景中更具競爭力。

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,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。

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