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真空断路器-真空断路器的构造和工作

真空断路器(VCB)是一种使用10-6到10-10托的真空作为灭弧介质的断路器。1托相当于1毫米汞柱的气压头所代表的压力。真空断路器用于低压和中压应用。


一、真空断路器的构造:

真空断路器由外壳、触点、蒸汽冷凝罩、金属波纹管和密封件组成。

1.外壳:外壳由玻璃等不透水的绝缘材料制成。外壳不能是多孔的并且应该保持10-7托量级的高真空。

2.触点:有两种类型的触点,移动的和固定的。动触头与与断路器操作机构相连的大杆相连。真空断路器的触头通常具有圆盘形面。圆盘上设有对称凹槽,使两个触点的段不在同一条线上。由具有这种几何形状的电流分量建立的磁场导致电弧的等离子体在触点上快速移动,而不是在某一点保持稳定。因此防止了电弧的集中并且电弧保持在扩散状态。导电嘴使用的烧结材料一般为铜铬合金或铜铋合金。

3.蒸汽冷凝护罩:这些金属屏蔽被支撑在绝缘外壳上,从而覆盖接触区域。在电弧放电期间从接触表面释放的金属蒸气会凝结在这些屏蔽层上,并防止其凝结在绝缘外壳上。

4.金属波纹管:波纹管的一端焊接到外壳上。另一端焊接在动触头上。波纹管允许断续器的密封结构,但仍允许触头移动。真空灭弧室一般采用不锈钢波纹管。


二、真空断路器(VCB)中的灭弧:

真空断路器灭弧室的灭弧过程与其他类型的断路器有很大不同。真空本身是一种电介质,电弧不能在理想真空中持续存在。然而,载流触点的分离导致蒸汽从触点中释放出来。因此,随着触点分离,触点空间充满从触点材料释放的正离子蒸气。

蒸气密度取决于电弧中的电流。在电流波的减小模式期间,蒸气的释放速率降低,并且在电流为零之后,介质恢复介电强度,前提是触点周围的蒸气密度已显着降低。

在高真空下通过分离扁平触点来中断几百安培的电流时,电弧通常具有多个平行路径。因此,总电流被分成几个平行的电弧。平行的电弧相互排斥,使得电弧趋向于在接触表面上扩散。这样的弧称为扩散弧。扩散的电弧很容易被中断。

在几千安培量级的较高电流值下,电弧集中在一个小区域并成为自持电弧。小区域周围的集中电弧导致接触表面快速蒸发。

从扩散电弧到集中电弧的转变取决于接触的材料和形状、电流的大小和电极的状况。当蒸汽密度与电流同相变化并且电弧保持在扩散状态时,电弧的中断是可能的。如果金属蒸汽从接触区迅速去除,电弧就不会再次发生。

因此真空断路器的灭弧过程在很大程度上与触头的材料和形状以及冷凝金属蒸气所采用的技术有关。触点几何形状的设计使得电弧的根部不断移动,因此触点上某一点的温度不会达到很高的值。

最终灭弧后介电强度的快速建立是真空断路器的独特优势。它们非常适用于电容器开关,因为它们可以提供无重起弧性能。