真空斷路器的發(fā)展現(xiàn)狀
電器工業(yè)近20年來,真空斷路器有了很大的發(fā)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(xiàn)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(fā)展及采用新工藝、新材 ..
電器工業(yè)近20年來,真空斷路器有了很大的發(fā)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(xiàn)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(fā)展及采用新工藝、新材料及新操動技術的結果。
據(jù)發(fā)明者介紹,這種技術除了可以作為傳統(tǒng)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(fā)展和應用空間。如開發(fā)大容量直流電機代替高壓直流輸電網(wǎng)供電的交流同步發(fā)電機和換流站設備,不僅可以節(jié)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(fā)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(jīng)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(chǎn)生縱磁場,另一種是觸頭本身的特殊結構產(chǎn)生縱磁?v磁場時,電弧呈擴散形態(tài)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(zhì)強度高、耐燒蝕、截流低等優(yōu)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(fā)展,在CuBi和CuCr之后又出現(xiàn)了更好的CuTa等材料。 2.開發(fā)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(chǎn)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(fā)生堵轉(zhuǎn)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(fā)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(fā)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(chǎn)量和質(zhì)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(chǎn)。英國GEC公司和美國西屋公司最早采用一次封排工藝,F(xiàn)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(guī)工藝大大簡化了工藝流程,不僅效率高,而且質(zhì)量好,特別適合大批量生產(chǎn)。 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(chǎn)品的可靠性、穩(wěn)定性和一致性。國內(nèi)寶光集團現(xiàn)已具備年產(chǎn)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(shù)和提高可靠性縮小滅弧室管徑,減少零件數(shù),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。 |
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