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真空斷路器工作原理

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      斷路器(空氣開關)常識簡介 
      斷路器,又稱空氣開關,也稱自動開關,低壓斷路器。原理是:當工作電流超過額定電流、短路、失壓等情況下,自動切斷電路。 目前,家庭總開關常見的有閘刀開關配瓷插保險(已被淘汰)或空氣開關(帶漏電保護的小型斷路器)。目前家庭使用DZ係列的空氣開關,常見的有以下型號/規格: C16、 C25、C32、C40、C60、C80、C100、C120等規格,其中C表示脫扣電流,即起跳電流,例如C32表示起跳電流為32安,一般安裝6500W熱水器要用C32,安裝7500W、8500W熱水器要用C40的空開。 
      真空斷路器工作原理與其他斷路器相比之是滅弧介質不同罷了,真空不存在導電介質,使電弧快速熄滅,因此該斷路器的動靜觸頭之間的間距很少。該斷路器一般用於電壓等級相對低的廠用電配置中!隨著電力係統的迅猛發展, 10KV 真空斷路器在我國已經大批量地生產和使用。對於檢修人員來說,提高對真空斷路器的認識,加強維護保養,使其安全運行,成了一個迫在眉睫的問題。本文以 ZW27 — 12 為例,簡要說明真空斷路器的原理與維修。 
      一、真空的絕緣特性 
真空具有很強的絕緣特性,在真空斷路器中,氣體非常稀薄,氣體分子的自由行程相對較大,發生相互碰撞的幾率很小,因此,碰撞遊離不是真空間隙擊穿的主要原因,而在高強電場作用下由電極析出的金屬質點才是引起絕緣破壞的主要因素。 真空間隙中的絕緣強度不僅與間隙的大小,電場的均勻程度有關,而且受電極材料的性質及表麵狀況的影響較大。真空間隙在較小的距離間隙( 2—3 毫米)情況下,有比高壓力空氣與SF6 氣體高的絕緣特性,這就是真空斷路器的觸頭開距一般不大的原因。 
      電極材料對擊穿電壓的影響主要表現在材料的機械強度(抗拉強度)和金屬材料的熔點上。抗拉強度和熔點越高,電極在真空下的絕緣強度越高。 
      實驗表明,真空度越高,氣體間隙的擊穿電壓越高,但在 10-4 托以上,就基本保持不變了,所以,要保持真空滅弧室的絕緣強度,其真空度應不低於 10-4托。 二、真空中電弧的形成與熄滅 
      真空電弧和天天av以前學習的氣體電弧放電現象有很大的差別,氣體的遊離現象不是產生電弧的主要因素,真空電弧放電是在觸頭電極蒸發出來的金屬蒸汽中形成的。同時,開斷電流的大小不同,電弧表現的特點也不同。天天av一般把它分為小電流真空電弧和大電流真空電弧。   1、小電流真空電弧 
      觸頭在真空中開斷時,產生電流和能量十分集聚的陰極斑點,從陰極斑點上大量地蒸發金屬蒸汽,其中的金屬原子和帶電質點的密度都很高,電弧就在其中燃燒。同時,弧柱內的金屬蒸汽和帶電質點不斷地向外擴散,電極也不斷的蒸發新的質點來補充。在電流過零時,電弧的能量減小,電極的溫度下降,蒸發作用減少,弧柱內的質點密度降低,最後,在過零時陰極斑消失,電弧熄滅。 
  有時,蒸發作用不能維持弧柱的擴散速度,電弧突然熄滅,發生截流現象。   2、大電流真空電弧 
      在觸頭斷開大的電流時,電弧的能量增大,陽極也嚴重發熱,形成很強的集聚型的弧柱。同時,電動力的作用也明顯了,因此,對於大電流真空電弧,觸頭間的磁場分布就對電弧的穩定性和熄弧性能有決定性的影響。如果電流太大,超過了極限開斷電流,就會造成開斷失敗。此時,觸頭發熱嚴重,電流過零以後仍然蒸發,介質恢複困難,不能斷開電流。 三、斷路器的結構和工作原理 
      真空斷路器的生產廠家比較多,型號也較繁雜。按使用條件分為戶內( ZNx—**)和戶外(ZWx—**)兩種類型。主要由框架部分,滅弧室部分(真空泡),和操動機構部分組成。 
      斷路器本體部分由導電回路,絕緣係統,密封件和殼體組成。整體結構為三相共箱式。其中導電回路由進出線導電杆,進出線絕緣支座,導電夾,軟連接與真空滅弧室連接而成。 
      機構為電動儲能,電動分合閘,同時具有手動功能。整個結構由合閘彈簧,儲能係統,過流脫扣器,分合閘線圈,手動分合閘係統,輔助開關,儲能指示等部件組成。    工作原理 
      真空斷路器利用高真空中電流流過零點時,等離子體迅速擴散而熄滅電弧,完成切斷電流的目的。 
動作原理 
      儲能過程:當儲能電機 14接通電源時,電機帶動偏心輪轉動,通過緊靠在偏心輪上的滾子10帶動拐臂9及連板7擺動,推動儲能棘爪6 擺動,使棘輪11 轉動,當棘輪11 上的銷與儲能軸套32的板靠住以後,二者一起運動,使掛在儲能軸套上32 上的合閘彈簧21 拉長。儲能軸套32 由定位銷13 固定,維持儲能狀態,同時,儲能軸套32 上的拐臂推動行程開關5切斷儲能電機14 的電源,並且儲能棘爪被抬起,與棘輪可靠脫離。 
      合閘操作過程:當機構接到合閘信號後(開關處於斷開,已儲能狀態),合閘電磁鐵 15 的鐵心被吸向下運動,拉動定位件13 向逆時針方向轉動,解除儲能維持,合閘彈簧21 帶動儲能軸套32逆時針方向轉動,其凸輪壓動傳動軸套 30,帶動連板29及搖臂27 運動,使搖臂27 扣住半軸25,使機構處於合閘狀態。此時,連鎖裝置28 鎖住定位件,使定位牛不能逆時針方向轉動,達到機構聯銷的目的,保證了機構在合閘位置不能合閘操作。 
      分閘操作過程:斷路器合閘後,分閘電磁鐵接到信號,鐵芯吸合,分閘脫扣器 19 中的頂杆向上運動,使脫扣軸16 轉動,帶動頂杆18向上運動,頂動彎板26 並帶動半軸25 向反時針方向轉動。 
      半軸25 與搖臂27 解扣,在分閘彈簧的作用下,斷路器完成分閘操作。 四、斷路器的調試 
      開距與超行程斷路器的開距與超行程的測量可以根據圖三所示,在分合閘狀態測量出的 X 值之差為斷路器的開距,Y 值之差為斷路器的超行程。調整的方法為放長或縮短絕緣操作杆3 或機構與主軸的連杆。   分合閘機構調整 
      1、搖臂 27 與半軸25 的扣接量為1.5~2.5mm,可以通過調整螺釘24 來實現

      2、傳動軸套 30 轉動最大角時,搖臂27 與半軸間要有1.5~2mm的間隙,以保證傳動軸套回落到合閘位置時,搖臂27 能自動扣接到半軸 25 上,可以通過螺釘31 的調節來實現。 
      3、輔助開關 2的轉換應準確可靠,可以通過調整輔助開關2的拐臂3位置及位杆4 的長短來實現。 
      4、在儲能過程中,當棘爪到達最後一個齒的最高點時,應能保證儲能軸套 32 上的拐臂使行程開關的觸點可靠切換,切斷電機電源,可以通過調整行程開關5 的上下前後位置來實現。 
      5、調整分閘合閘彈簧的預拉長度,保證斷路器的可靠分合,且分合閘速度達到規定值。 
      五、斷路器的控製回路 
      在我國的農網 35KV標準化變電站中,采用了控製母線和合閘母線分開的原則。   在短路器的輔助常閉接點與合閘線圈之間,把斷路器儲能行程開關的一對常開接點串聯進控製回路。這樣,在斷路器未儲能的情況下,將不能進行合閘操作。防止了在斷路器未儲能的情況下合閘,合閘回路保持,燒毀合閘線圈。  
       同時,在接線的過程中,要注意儲能行程開關接點中合閘母線與控製母線的極性要一致,防止出現在開關蓄能時,合閘回路的電弧擊穿行程開關,造成控製保險的熔斷或控製空氣開關的掉閘。 
       這一點在綜合自動化變電站上要特別注意。  六 、運行維護與檢修試驗 
       真空斷路器的燃弧時間短,絕緣強度高,電氣壽命也較高,觸頭的開距與行程小,操作的能量小,因此,機械壽命也較高。在日常的運行中,維護工作量很小,主要檢查機構的運動部件磨損情況,緊固件有無鬆動,清除絕緣表麵的灰塵,在活動部位注入一些潤滑脂等。 
       在春檢預防性試驗中,對開關的直流電阻測試要與曆史數據進行比較,發現問題及時處理更換,對斷口的工頻耐壓試驗,是檢驗真空泡是否漏氣的有效方法。(戶內真空斷路器可以借鑒斷開負荷時,真空泡內閃光的顏色來初步判斷真空泡的真空度,顏色暗紅時表明真空度降低,顏色淡藍時,表明真空度良好)保護定植校驗時,對斷路器做低電壓掉合閘試驗,檢驗開關在母線故障狀態時,電壓降低時動作是否可靠。 
真空斷路器的發展與表現 
       一、專用真空斷路器 
      麵臨極其不同的開斷任務,新的專用斷路器應運而生。如果用於發電機保護斷路器的特大容量真空斷路器(短路開斷電流高達63~80kA及以上),標準型真空斷路器(短路開斷電流25~50kA),經濟型真空斷路器(16~25kA),頻繁型真空斷路器(如操作次數5~6萬次),超頻繁型真空斷路器(如操作次數 10~15萬次)。如西門子公司的3AH係列斷路器就按使用場合劃分為5種型號,其中3AH1和3AH3型為標準型,操作10000次,3AHZ型為頻繁型,操作6萬次,3AH4為超頻繁型,操作12萬次,3AH5型為經濟型,價格便宜。 二、低過電壓型真空斷路器 
     眾所周知,真空斷路器因截流會引起截流過電壓,特別在開斷小的感性負截如電動機時,一般情況下,為限製過電壓而給真空斷路器配過電壓吸收裝置如Sic烺C 路,ZnO避雷器等,這使斷路器結構龐大且複雜化,而且有的限製過電壓不理想。 

       四、主要優點 
EA9R漏電保護斷路器,為預拚裝式漏電保護斷路器(斷路器+漏電附件),是最大限度地避免了誤拚裝漏電附件的風險。可同時提供過載、短路、漏電保護功能。當發生漏電保護裝置動作時,裝置的正麵有紅色的機械指示可區別漏電故障與其它保障。 五、選擇斷路器(空氣開關)安培計算法 1匹=735W≈750W 1.5匹=1.5×750W=1125W 2匹=2×750W=1500W 
2.5匹=2.5×750W=1875 W 此計算法以此類推。 
(1)例:3匹空調 器應選擇多少A的空氣開關?(220V電壓) 
750W×3匹=2250W×3倍(衝擊電流)=6750W÷220V=30.68A≈32A。  
(2)例5匹空調應選擇多少A的空氣開關?( 380V電壓) 
750W×5匹=3750W×3倍(衝擊電流)=1125W÷380V=29.60≈32A(功率÷電壓=安培) 
注:空氣開關在額定負載時平均操作使用壽命20000次。在了解了漏電開關,空氣開關的原理、功能的情況下一般在為客戶選配配電箱的過程中,應本著照明小,插座中、空調大的選配原則。可根據客戶的要求和裝修個性的差異性,結合實際情況進行靈活的配電方案。配電方案有無數種,以下就五種常用的配置方案特點、安裝注意事項供客戶參考。 六、說明要點 
1.微型漏電器的漏電附件動作時間,有意識的延時是沒有的,但是動作是有一個過程的,這個過程需要一定的時間,IEC10091中的5.3.8以及GB16917.1中的5.3.8條例中對此都有明確的限定,要求最大動作時間小於0.3秒,本產品基本上可以做到0.06秒; 
2.漏電開關隻有漏電保護功能,而漏電保護斷路器有短路保護、過載保護和漏電保護功能; 
3.采用條形碼管理係統,可靠的條形碼和防偽標簽雙保險係統,雙重識別,雙重保護。 七、斷路器(空氣開關)的極性和表示方法 單極 220V 切斷火線 
雙極 220V 火線與零線同時切斷 三級 380V 三相線全部切斷 
四級 380V 三相火線一相零線全部切斷。 八、選購安裝 
現代家居用電應按照明回路、電源插座回路、空調回路、分開布線,當其中一個回路(如插座回路)出現故障時,其他回路仍可以正常供電。插座回路須安裝漏電保護裝置,防止家用電器漏電造成人身電擊事故。 
1、住戶配電箱總開關一般選擇雙極32-63A小型斷路器或隔離開關。 2、照明回路一般10-16A小型斷路器。 
3、插座回路一般選擇16-20A的漏電保護斷路器。 4、空調回路一般選擇16-25A小型斷路器。 
5、采用雙極或1P+N(相線+中性線)斷路器,當線路出現短路或漏電故障時,立即切斷電源的相線和中性線,確保人身安全及用電設備的安全

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