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真空斷路器的飛躍發展

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電器工業近20年來，真空斷路器有了很大的發展，這得益于真空斷路器技術的進步。真空斷路器技術的進步表現在大容量化、低過電壓化、智能化和小型化。而這一進步又是由于真空技術、滅弧室技術的發展及采用新工藝、新材料及新操動技術的結果。

　　據發明者介紹，這種技術除了可以作為傳統電機技術的替代技術以外，還將為直流電機拓展更為廣闊的發展和應用空間。如開發大容量直流電機代替高壓直流輸電網供電的交流同步發電機和換流站設備，不僅可以節省大量換流站的建設費用，還可大幅度降低變電損耗。

　　1、大容量化
　　真空斷路器的容量已有很大的提高，完全能滿足電力發展的需要。目前，真空斷路器的額定電流已達4000A，額定短路開斷電流已高達12kV下63~70kA。東芝公司在實驗室試制200kA。
　　真空斷路器邁向大容量化，首先是由于觸頭結構的改進。觸頭結構的改進經歷了平板觸頭——橫磁場觸頭——縱磁場觸頭。平板觸頭的開斷電流在8kA以下，橫磁場觸頭將開斷電流提高到40kA，而縱磁場觸頭又將開斷電流大大提高，達到目前的63~80kA。縱磁場觸頭有兩種結構型式；一種是用裝在滅弧室外圍的線圈產生縱磁場，另一種是觸頭本身的特殊結構產生縱磁常縱磁場時，電弧呈擴散形態分成許多細弧，均勻分布在整個觸頭表面。有利于提高開斷電流和延長觸頭壽命。
　　觸頭材料的不斷改進提高了開斷性能，觸頭材料目前主要有兩大體系：CuBi和CuCr。與CuBi相比，CuCr材料具有短路電流開斷能力強、介質強度高、耐燒蝕、截流低等優點。觸頭材料直接影響截流水平，如CuBi材料的截流水平一般為10~12A，而CuCr材料將截流水平降至3~5A。
　　觸頭材料還在不斷發展，在CuBi和CuCr之后又出現了更好的CuTa等材料。

　　2、開發低過電壓觸頭材料，降低截流水平如所周知，真空斷路器屬“硬”開斷特性。開斷小電流時容易截流，引起過電壓。這個問題曾是人們使用真空斷路器最關心的問題。CuCr觸頭材料的使用，大大減少了截流值，如西門子公司命名用CuCr觸頭材料，做到試驗截流值3A，產品保證不超過5A。但有些開斷情況需要進一步減少截流值，以避免危險的過電壓，如用真空斷路器開斷發生堵轉或正在啟動的電動機時，一般的解決辦法是加裝過電壓吸收裝置，如SiC、RC回路、ZnO避雷器等，最新的做法是開發低過電壓觸頭材料，即不加任何過電壓吸收裝置而在觸頭材料上想辦法，使之能降低過電壓。
　　日本幾家公司先后都開發低過電壓觸頭材料，日立公司研制出一種以銀為主的Co-Ag-Se觸頭材料，東芝公司研制出AgWC觸頭材料，富士公司在CuCr觸頭材料里添加高蒸氣材料，三菱公司采用CuCr-Bi-α多元觸頭材料解決截流問題。
　　這些觸頭材料能有效地解決截流問題，可將截流值降低至1/10。但截流與大電流有矛盾。因此低過電壓真空斷路器一般做到7.2kV 20kA水平。

　　3、采用先進的一次封排工藝，提高產量和質量一次封排工藝是制造真空滅弧室的先進工藝。20世紀80年代初，英、美等國已將一次封排工藝用于真空滅弧室的大批量生產。英國GEC公司和美國西屋公司最早采用一次封排工藝。現在東芝公司、西門子公司、ABB Calor Emag等公司也已采用一次封排工藝。
　　一次封排工藝相比常規工藝大大簡化了工藝流程，不僅效率高，而且質量好，特別適合大批量生產。
　　總之，一次封排工藝將焊接、除氣、封裝、排氣等工藝步驟在真空爐中一次完成，大大簡化了制造工藝，提高了產品的可靠性、穩定性和一致性。國內寶光集團現已具備年產5萬只一次封排真空滅弧室能力。

　　4、縮小滅弧室管徑，減少零件數和提高可靠性縮小滅弧室管徑，減少零件數，就能降低造價，因為材料費占滅弧室造價的40~50%。
　　由于縱磁場觸頭和CuCr觸頭材料的使用，大大減少了滅弧室管徑。
　　真空滅弧室尺寸的減小是真空技術、真空工藝、真空滅弧室設計發展的主要結果。而真空滅弧室管徑的縮小，結果使真空斷路器的整體尺寸大大減小，從而使真空斷路器趨于小型化。

　　5、二次技術現代化
　　真空斷路器的二次技術從傳統技術轉向現代技術。現代二次技術采用了機電一體化技術。機電一體化技術是建立在微電子技術、信息傳感技術、計算機控制技術、伺服驅動技術及精密機械技術等高度發展之上的綜合技術。
　　機電一體化用在開關設備上，把計算機加入機械系統，使開關系統有了“大腦”，再加入“傳感器”采集信息，用光纖傳導信息，使開關系統有了“知覺”，大腦根據知覺作出判斷與決定，使系統有了“智能”。因此現代二次技術使之開關設備智能化。
　　開關設備的智能化，可通過連續檢測，確切了解運行狀況，作趨勢分析，識別存在的故障，從而采取必要的措施，防患于未然，改以往的“定期檢修”為“狀態檢修”，從而提高設備的利用率和節省檢修費用。
　　在斷路器二次現代化方面各大公司都作出了努力，歐洲幾家公司卓有成效。1996年AEG T&D公司在漢諾威博覽會上展出了DPI型真空斷路器。裝在側面操動機構內有集成保護裝置，其中包括一只微處理器和一只低能量脫扣器。ABB Calor Emag公司最新開發出REC580型保護與控制裝置，它屬于模塊式結構。與傳統裝置相比，這種現代控制和保護裝置擴大了功能，并降低費用約25%。西門子公司于1985年開發出第一個以微處理器為中心的數字保護裝置，1990年開發出第二代產品。
　　真空斷路器之所以為眾多廠家青睞，除產量大、覆蓋面廣之外，首要原因是由于真空技術、真空工藝、滅弧室制造技術的不斷進步，使真空斷路器具有優異的電性能和機械性能，能滿足不同用戶的不同要求。另一個重要原因，是它對環境友好，在人們普遍注重環保的今天，這點尤為重要。
　　在真空斷路器中，不產生分解物，因為在這里開斷時只產生金屬蒸汽。真空滅弧室絕對密封釬焊，不會與環境相互影響。污穢、灰塵及潮氣均不能進入滅弧室，這就避免了任何的氧化。滅弧室的所有材料均以潔凈的狀態保持在整個壽命期間。
　　真空滅弧室對外部作用具有良好的保護性。其殼體主要由氧化鋁陶瓷制作。由于它經受了高溫預處理，不受溫度變化的影響。

　　摘自《我要儀器》

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