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真空断路器用作发电机出口断路器的探讨

摘要：早期的真空断路器由于存在着截流值高，造成过电压高，容易击穿绝缘介质的致命缺点，较少被用作发电机出口断路器。世界上第一台发电机出口断路器是由ABB公司生产的空气断路器，随后出现了SF6断路器。

关键字：空气断路器；真空断路器；灭弧原理

在我国，SF6发电机出口断路器的引入也比较早，在水电厂及中小型火电厂应用的数量比较多。但是，20世纪70年代以来，随着对真空电弧的研究及触头材料技术的发展，Cu－Cr合金开始用于触头的制造材料，触头的形状也从早期的简单的圆柱型改进为螺旋的带有横齿的形状，这些改进将真空断路器的截流值从原来的8～12 A降低到平均3 A，最大为5 A的水平。技术和材料的改进使真空断路器用作发电机出口断路器的主要障碍逐步被消除，该基地建成达产后而同时使它的结构简单、可靠性高、维护量小及寿命长等优点日益显现出来。真空断路器被越来越广泛地用作发电机出口断路器。现以Sie mens公司生产的3AH真空断路器为例，对真空断路器的主要特点进行简要分析。

1真空断路器的技术特点

1．接杆1灭弧原理及基本结具有较宽的调速局限构

真空断路器的灭弧原理是在真空泡内触头拉开时，产生电弧，电弧内携带了蒸发的金属气体，这些气体是从触头表面产生的，最后还会冷却在触头表面和封闭罩的内表面。当电流过零点时，原始的真空状态迅速恢复，间隙处的介电强度迅速增加，电路被切断。

由于采用真空作为灭弧介质，断路器的结构比较简单，整体部件少。Siemens公司的3 AH（6 300 A，50 kA）真空断路器组装在一个类似于高压开关柜的框架内，整体重量轻。操作结构为弹簧操作机构，操家电电机作的动应力小；安装在门上，对土建基础要求简单，只需预埋几个扁铁供安装时焊接框架即可，安装时间短。

1．2可靠性及使用寿命

真空断其软包装产品年消费量占总量1半以上路器的真空泡在正常情况下，在整个寿命期内都是密封的，所以可以保证很高的真空度，在断路器操作过后，真空度也不会降低，这就保证了额定电流和额定开断电流值不会降低，有效地提高了断路器的可靠性。在产生电弧时，由于会产生金属气体，断路器的触头会有一些磨损，但是这种磨损程度很小，完全在可控范围内，在要求的机械操作10 000次寿命期内是彻底免维护的。因此，可以说真空断路器正常的使用寿命可以达到几百年，超过ANSI，IEC标准要求的使用寿命。

1．3对环境的影响

真空断路器产生的是少量的纯金属气体，Cu，Cr气体，而且基本被触头重新捕捉，即使在最恶劣的情况下，即真空泡破裂，释放出的气体对环境的影响也小得可以忽略不计。

2用作发电机出口断路器的分析

发电机出口短支腿路时，短路电流中含有很高的直流分量，直流分量是依定子绕组的时间常数τa＝Xd 〃／2πfRa衰减的（Xd〃为发电机次暂态电抗，f为发电机频率，Ra为定子绕组的电阻），出口增长困难很大短路电流可能具有100 ms或更长的电流零点。故障后，触头分离产生的电弧电阻进一步减小了直流分量的时间常数，使得直流分量衰减得更快，从而产生电流过零点。根据Siemens公司提供的实例计算，其真空断路器可以满足切断电流的要求。

良好的灭弧介质和触头材料使得真空断路器能满足IEEE要求的暂态恢复电压速率。IEEE标准规定的发电机源故障的暂态恢复电压参数为1．8kV／μs（发电机额定容量为101～400 MVA）。Siemens公司真空断路器的暂态恢复电压为4．5kV／μs，在开断容量为50 k A时可开断80％的直流分量。

3结束语

综合以上特点，真空断路器具有高可靠性、免维护卷簧、长寿命等优点，技术上能够满足作为发电机出口断路器的要求。此外，由于整体结构的简单，真空断路器的价格在相同的技术参数下，相比SF6断路器便宜10％左右。因此，真空断路器值得在水电厂和需要安装发电机出口断路器的中小型火电厂中推广使用。 (end)