两种新型的纵磁结构真空灭弧室的研究比较

第22卷第3期2003年7月电工电能新技术Advanced T echnology of E lectrical Engineering and EnergyV ol.22,N o.3July 2003收稿日期:2002211217作者简介:刘东晖(19672),女,新疆籍,高工,博士研究生,从事真空电弧理论及其应用的研究;王季梅(19212),男,浙江籍,教授,博导,从事真空电弧理论及其应用的研究和熔断器理论的研究及开发。

新型的126kV 真空灭弧室电极结构的磁场计算及分析刘东晖1,2,王季梅1(1.西安交通大学,陕西西安710049;2.陕西电力调度中心,陕西西安710004)摘要:本文设计了两种新型的126kV 多极纵向磁场真空灭弧室电极结构,即:双极和四极纵向磁场真空灭弧室电极结构,并对其纵向磁场进行了计算分析和比较,结果表明双极纵向磁场的电极结构较四极纵向磁场的电极结构产生的纵向磁场要大,且均匀性也较好,预计可以满足开断电弧电流的要求。

关键词:真空灭弧室;纵向磁场;电极结构;真空电弧中图分类号:T M56112 文献标识码:A 文章编号:100323076(2003)03200732041　引言随着真空断路器制造技术和理论研究水平的不断提高,以及人们对大气环境质量的重视,高电压、大容量真空断路器的开发、研制工作已引起了世界范围的广泛关注。

近年来,日本对高电压等级真空断路器的研制己经取得了一定的成果,北京开关厂从日本明电舍公司引进生产的126kV 真空断路器也于2002年6月份通过了国家的有关鉴定。

近10年来,西安交通大学在高电压(7215kV 、126kV )等级真空断路器的研究工作中,也积累了不少的经验,完全由我国自主生产高电压等级真空断路器的条件现已经完全具备。

126kV 电压等级的断路器在高压电力系统中的用量最多,如能在近期内研制成功,并投入实际运行,取代126kV 的SF 6断路器,不仅可以带来可观的经济效益,而且对环境保护也具有十分重要的意义。

一、VS1真空断路器原理图二、以下是两种vs1真空断路器介绍：VS1真空断路器- 西安森源珠海自动化公司西安森源配电自动化设备有限公司提供的VS1真空断路器是空气绝缘的户内式开关设备元件。

断路器符合GB1984、DL/T403及IEC60056等标准的规定。

在正常使用条件下，只要在断路器的技术参数范围内，它就可以保证安全、可靠地运行于相应电压等级的电网中。

VS1真空断路器可在工作电流范围内进行频繁的操作或多次开断短路电流；机械寿命可高达30,000次，满容量短路电流开断次数可达50次。

VS1真空断路器适于重合闸操作并有极高的操作可靠性与使用寿命。

VS1真空断路器（普通型）采用了立式的绝缘筒防御各种气候的影响；且在维护和保养方面，通常仅需对操作机构做间或性的清扫或润滑。

VS1真空断路器（极柱型）采用了固体绝缘结构—集成固封极柱，实现了免维护。

VS1真空断路器在开关柜内的安装形式既可以是固定式，也可以是可抽出式的，还可安装于框架上使用。

一、断路器主体结构●普通型断路器主体部分导电回路设置在用绝缘材料制成的圆柱状绝缘筒内。

这种结构可以使得真空灭弧室免受外界环境影响和机械的损害。

断路器主体安装在做成托架状的断路器操动机构外壳的后部。

视使用场所情况，可在绝缘筒上增装一个防尘盖（作为附加装置），这种设计有助于防止闪络的发生，并作为断路器内部污秽的附加保护。

在实际使用当中，额定电流1250A及以下等级在运行时可不必去除，额定电流1600A及以上等级运行时则必须去除。

●极柱型断路器极柱设计为圆柱形，安装在作成托架状的操作机构外壳的后部。

断路器极柱的导电部分封闭在环氧树脂套筒内，以免受冲击和外部环境影响。

二、断路器操动机构的结构操动机构为弹簧储能操作机构，一台操动机构操作三相真空灭弧室。

操动机构主要包括两个储能用拉伸弹簧、合闸储能装置、传力至各相灭弧室的连板、拐臂以及分闸脱扣装置，此外，在框架前方还装有诸如储能电动机、脱扣器、辅助开关、控制设备、分合闸按钮、手动储能轴、储能状态指示牌、合分闸指示牌等部件。

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
两种不同铁芯结构纵磁真空灭弧室触头三维磁场对比分析
本文建立了两种不同铁芯结构的纵向磁场真空灭弧室触头三维模型，一种铁芯为带有断口的环状结构，另一种是由12 个柱状铁芯圆周方向排列的结构，采用有限元分析方法对两种结构的三维模型进行仿真计算，分析对比两种铁芯结构对电流峰值时刻纵向磁场和电流过零时剩余磁场以及磁场滞后时间的影响，计算的过程中考虑到了涡流的影响。

从仿真结果中可以得到以下结论：1. 电流峰值时环状铁芯结构产生的纵向磁场大于柱状铁芯结构，但柱状铁芯结构产生的纵向磁场比环状铁芯结构的均匀;2.电流过零时两种铁芯结构的剩余磁场分布相似，但环状铁芯结构的剩余纵向磁场大于柱状铁芯结构;3.柱状铁芯结构的磁场滞后时间要小于环状铁芯结构，电流过零时剩余磁场强的区域对应的磁场滞后时间也大。

目前真空断路器凭借着优越的性能而在中压领域得到广泛普及，并且正
在不断地向低压领域和高压领域进军，而真空灭弧室又被视为真空断路器的核心部件，因此真空灭弧室的研制和开发被学者们给予高度的重视。

随着当今大气环境质量问题越来越引起人们的高度重视，真空断路器在未来完全替代SF6 断路器将成为发展的必然趋势。

真空灭弧室对电弧的控制是通过电流流过触头时产生磁场来实现的，不同结构的触头可以产生不同方向的磁场。

一种是产生横向磁场并施加在真空电弧上来驱使集聚型电弧在洛伦兹力的作用下在触头的表面以极高的速度旋转，减小阴极斑点和阳极斑点对电极表面的烧蚀时间;另一种是产生纵向磁场并施加在真空电弧上以减小电弧的电流密度，使真空电弧在大电流情况下仍然保持扩散形态。

目前纵向磁场触头结构在开断大电流的真空灭弧室中应用十分普遍，他具有结构简单，制造及加工成本低，可靠性高等优。

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟新型真空灭弧室1/2 线圈纵磁结构设计与仿真为了提高真空断路器的开断性能，本文设计一种新型1/2 匝真空灭弧室线圈式纵向磁场触头结构，并对其纵向磁场分布特性进行分析。

利用有限元方法建立三维结构模型并仿真，在电流分别处于峰值和电流过零时，得出静触头表面、开距中心平面和动触头表面上的纵向磁场分布以及纵向磁场的滞后时间；纵向磁场在触头表面与开距中间平面比较均匀，纵向磁场在静触头面的最大值为0.782 T，纵向磁场在动触头面的最大值为0.442 T，滞后时间为0.897 ms，导体电阻为28.25 μΩ；新型结构新型触头结构具有较强的纵向磁场，电流过零后的剩余磁场小、滞后时间短，且温升较小。

由于真空介质的优异绝缘与开断特性，真空断路器在电力系统中尤其是在中压领域得到广泛的应用[1~2]。

真空灭弧室作为真空断路器的关键部件对真空断路器的性能指标起着十分关键的作用，而真空灭弧室触头间断口的磁场控制技术（特别是纵向磁场控制技术）是提高真空灭弧室极限开断电流一项关键技术，它将关系到真空灭弧室开断电弧是否在较高的开断电流下仍然保持其扩散状态，这对真空灭弧室的分断性能具有十分重要的影响。

因此，性能优良的真空灭弧室纵向磁场触头的结构设计备受研究者的关注[3]。

传统对称式[4~5]纵向磁场触头结构的动、静触头各具有一个(纵向磁场)线圈，该线圈不仅用于产生所需的纵向磁场外，还作为主回路的一部分承载主电路工作电流的任务。

为了保证断路器触头闭合导通工作电流时的触头温升不超过其最高极限允许温升，线圈必须具有足够大的导电截面积，此外还必须具有一定的机械强度，以保证触头承受闭合过程的冲击。

这就导致动触头的质量和体积的增加，这不利于动触头开断速度的提高。

新型的纵向磁场触头的设计。

一、VS1真空断路器原理图二、以下是两种vs1真空断路器介绍：VS1真空断路器- 西安森源珠海自动化公司西安森源配电自动化设备有限公司提供的VS1真空断路器是空气绝缘的户内式开关设备元件。

断路器符合GB1984、DL/T403及IEC60056等标准的规定。

在正常使用条件下，只要在断路器的技术参数范围内，它就可以保证安全、可靠地运行于相应电压等级的电网中。

VS1真空断路器可在工作电流范围内进行频繁的操作或多次开断短路电流；机械寿命可高达30,000次，满容量短路电流开断次数可达50次。

VS1真空断路器适于重合闸操作并有极高的操作可靠性与使用寿命。

VS1真空断路器（普通型）采用了立式的绝缘筒防御各种气候的影响；且在维护和保养方面，通常仅需对操作机构做间或性的清扫或润滑。

VS1真空断路器（极柱型）采用了固体绝缘结构—集成固封极柱，实现了免维护。

VS1真空断路器在开关柜内的安装形式既可以是固定式，也可以是可抽出式的，还可安装于框架上使用。

一、断路器主体结构●普通型断路器主体部分导电回路设置在用绝缘材料制成的圆柱状绝缘筒内。

这种结构可以使得真空灭弧室免受外界环境影响和机械的损害。

断路器主体安装在做成托架状的断路器操动机构外壳的后部。

视使用场所情况，可在绝缘筒上增装一个防尘盖（作为附加装置），这种设计有助于防止闪络的发生，并作为断路器内部污秽的附加保护。

在实际使用当中，额定电流1250A 及以下等级在运行时可不必去除，额定电流1600A及以上等级运行时则必须去除。

●极柱型断路器极柱设计为圆柱形，安装在作成托架状的操作机构外壳的后部。

断路器极柱的导电部分封闭在环氧树脂套筒内，以免受冲击和外部环境影响。

二、断路器操动机构的结构操动机构为弹簧储能操作机构，一台操动机构操作三相真空灭弧室。

操动机构主要包括两个储能用拉伸弹簧、合闸储能装置、传力至各相灭弧室的连板、拐臂以及分闸脱扣装置，此外，在框架前方还装有诸如储能电动机、脱扣器、辅助开关、控制设备、分合闸按钮、手动储能轴、储能状态指示牌、合分闸指示牌等部件。

真空灭弧室的发展真空灭弧室为真空断路器的心脏，真空灭弧室的不断进步，才促使了真空断路器的不断发展。

在我国，真空灭弧室的发展综观起来已经历了五代。

第一代 CuBi系合金触头，φ145 mm玻璃外壳，阿基米德螺旋槽横磁电极结构，额定电压12 kV，额定电流1 250 A，额定短路开断电流20 kA。

第二代引进西门子的3AF系列真空灭弧室。

CuCr50合金杯状触头，陶瓷外壳，杯状横磁电极结构，额定电流2 500～3 150 A，额定短路开断电流31.5～40 kA。

第三代自行开发的真空灭弧室。

CuCr50触头材料，屏蔽罩内置，φ88～125 mm陶瓷绝缘外壳，杯状纵磁电极结构。

额定电流3 150 A，额定短路开断电流40 kA。

第四代真空灭弧室。

以一次封排技术为代表，整体质量有了很大提高，开发出12 kV、24 kV和40.5 kV 各种真空灭弧室。

真空灭弧室工艺从排气台式工艺发展到一次封排工艺以至完全一次封排工艺，工艺过程变得简单，不仅提高了数量而且提高了质量。

第五代固封极柱真空灭弧室。

将真空灭弧室通过自动压力凝胶工艺包封在环氧树脂壳体内，形成固封极柱，避免了外力和外界环境对真空灭弧室及其他导电件的影响，增强了外绝缘强度，大大减少了装配工作量，并使之真空断路器小型化。

真空灭弧室的外绝缘经历了空气绝缘→复合绝缘→固封绝缘。

由以上可见，真空灭弧室技术的进步反映在触头的材质上、纵横磁场的形成上、制造工艺的改进上以及外绝缘的改变上。

真空断路器的主要优点1、真空断路器的灭弧室直径较小，真空度在1.33×10-3Pa以上，绝缘强度很高，电弧容易熄灭，其灭弧能力强。

2、燃弧时间短，电气寿命高，其额定短路开断次数一般均在20~100次，甚至更高。

开断额定短路开断电流后，动、静触头间仍具有较高的绝缘水平。

3、触头开距及接触行程小、操作功率小，良好的开断性能，稳定可靠的电寿命，机械寿命可高达20000次以上，且很少开断失败。

2007年 1 月电工技术学报Vol.22 No.1 第22卷第1期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Jan. 2007线圈式纵向磁场真空灭弧室磁场特性刘志远王仲奕张炫王季梅（西安交通大学电气工程学院西安 710049）摘要分析了1/2、1/3和1/4匝纵向磁场真空灭弧室触头设计参数对纵向磁感应强度分布、触头片上涡流分布、纵向磁场滞后时间以及导体电阻值的影响。

研究表明：增加触头直径、线圈高度或触头开距会减弱纵向磁感应强度，线圈厚度及触头材料采用CuCr50或CuCr25对其影响不大；减小触头直径、增加开距可使纵向磁场滞后时间减小。

触头片上开槽数以及触头材料会对滞后时间产生影响；增加触头直径、线圈高度、线圈厚度、都可以减小导体电阻，而触头片上开槽数以及触头材料也会对导体电阻产生影响。

由于设计参数的变化对纵向磁感应强度分布、触头片上涡流分布、纵向磁场滞后时间以及导体电阻值会产生不同的影响，因此设计者应综合考虑各种参数的影响，得到综合性能优的结果。

关键词：真空灭弧室触头纵向磁场真空电弧中图分类号：TM561Analysis of Axial Magnetic Field Characteristics of Coil Type Axial MagneticField Vacuum InterruptersLiu Zhiyuan Wang Zhongyi Zhang Xuan Wang Jimei（Xi’an Jiaotong University Xi’an 710049 China）Abstract Influence of design parameters on axial magnetic flux density distribution, distribution of eddy current on contact plate, phase difference and conductor resistance for 1/2, 1/3 and 1/4 turns axial magnetic field (AMF) electrode of vacuum interrupters has been investigated and analyzed.Results show that: Axial magnetic flux density will be decreased with increasing of contact diameter, coil height, and contact gap. Coil thickness and contact materials (CuCr25 and CuCr50) have little influence on axial magnetic flux density. Phase difference between current and axial magnetic flux density will be decreased with decreasing of contact diameter and increasing of contact gap. Quantity of contact plate slots and contact material also have influence on phase difference. Conductor resistance will be decreased with increasing of contact diameter, coil height and coil thickness. Quantity of contact plate slots and contact material have influence on conductor resistance too. When a design parameter varies, it influences the axial magnetic flux density distribution, the distribution of eddy current on contact plate, the phase difference and the conductor resistance in different ways. So an optimum design would be obtained if one considers the different influences of design parameters.Keywords：Vacuum interrupter, electrode, axial magnetic field (AMF), vacuum arc1引言线圈式纵向磁场真空灭弧室触头结构是日本东芝公司推出的[1～3]，电流通过触头线圈时可产生纵向磁场作用在真空电弧上，提高了真空灭弧室的开断能力，是目前常见的一种纵向磁场触头结构。

真空灭弧室发展分析真空灭弧室发展分析2011年11月04日 1 引言随着电网容量不断地扩大以及电压等级的不断提高，对用于电力系统控制和保护的开关设备提出了更苛刻的要求，真空开关以高真空作为灭弧和绝缘介质，触头与灭弧系统简单、具有使用寿命长、检修间隔时间长、易于维护、适合频繁操作、体积小、重量轻等特点，在中压领域占主导地位。

近年来，随着国内外对真空灭弧室研究的不断深入，真空开关在高压领域和低压领域也得到了不断的发展。

真空灭弧室的发展与真空开关的发展，是紧紧联系在一起的，甚至它的研究工作要超前一些。

因为只有灭弧室技术的重大突破，才可带来真空开关技术水平的大大提高。

2 发展历史及现状 自从1643年，意大利科学家Torricelli发现真空以来，就有人开始设想将真空应用到其他行业。

到1893年，美国Rittenhause设计的第1个结构简单的真空灭弧室以专利发表后就引起了教授和专家们的重视。

之后，在1923年Sorenson和Mendelha ll发现真空中金属蒸汽电弧特性，认为真空在开断高电压大电流方面是一种完美的介质；并成功地在41kV下开断了926A的工频交流电流，于1926年公布了研究结果。

虽然真空灭弧室的概念和原理相对简单，但设计的每一个方面以及制造都需要仔细地研究和检验，所以其真正应用还是在20世纪60年代，这主要得益于与真空灭弧室研制开发的许多相关技术得到了较大发展，例如材料科学、真空技术等。

1966年，英国成功开发了15 kA、25 kA和 31.5kA的真空灭弧室，从此，真空灭弧室正式开始为电力工业服务。

到目前为止，额定电流已达到4 000 A，如合理地采用风冷措施可提高到6 300A。

现在单断口真空灭弧室的额定电压已分别达到123 kV、145 kV和168kV的水平，开断电流能力最高可达100kA。

日本对纵向磁场结构真空灭弧室的研究已在实验室12kV条件下，开断了200kA。

为了提高真空灭弧室的电压等级和开断电流水平，电器工作者做了许多努力，使用多断口串联技术也是其中的一个重要方面。

真空灭弧室非对称两极式线圈纵磁触头结构仿真
易荣先;郭建炎;杨长洲
【期刊名称】《高压电器》
【年(卷),期】2017(53)3
【摘要】为改善真空断路器的开断能力,文中设计一款非对称双线圈两极式纵向磁场电极的真空灭弧室触头。

建立触头结构三维模型,在考虑涡流效应的影响下,采用有限元法对触头系统进行三维磁场仿真。

结果表明,在电流峰值时动、静触头表面及触头间隙中心平面产生的纵向磁场强度有效面积较大且分布均匀。

静触头表面最大值0.842 T,动触头表面最大值0.306 T;电流过零时刻触头间隙中心平面剩余磁场小,最大磁滞时间0.87 ms,导体回路电阻29.77μΩ。

该非对称触头结构具有较大纵向磁场,电流过零时刻剩余磁场小,磁滞时间小,有利于提高断路器的分断性能。

【总页数】5页(P101-105)
【关键词】真空灭弧室;纵向磁场;两极式结构
【作者】易荣先;郭建炎;杨长洲
【作者单位】厦门理工学院;ABB(中国)中压技术中心
【正文语种】中文
【中图分类】TM561.2
【相关文献】
1.触头片结构对新型带铁心的杯状纵磁真空灭弧室磁场影响仿真
2.126kV真空灭弧室1/3线圈纵磁触头三维涡流场仿真
3.杯状纵磁真空灭弧室开断能力与触头直
径和触头开距的关系4.杯状纵磁真空灭弧室开断能力与触头直径和触头开距关系的试验比对5.126kV真空灭弧室1/2线圈纵磁触头三维磁场仿真
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

纵向磁场高压真空灭弧室
范光荣
【期刊名称】《旭光技术》
【年(卷),期】1996(000)003
【摘要】能开断高压回路电流的纵向磁场高压真空灭弧室有一个外壳和两个触头，其外壳能维持管内处于真空状态，而触头则安装于此外壳内。

触头能在两位置间作相对运动，第一个位置是两触头互相接触的位置，第二个位置是触头相互分离的一适当开距的位置，在此位置，足以开断流过触头的电流。

开关触头中的一个或两个触头包含有一些螺旋缠绕的导电条、一个导电杆部件和一个导电触头部件。

导电杆部件能把电耦合的列螺旋缠绕导电条的一端，而导电触
【总页数】10页(P1-10)
【作者】范光荣
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TM561.503
【相关文献】
1.五种纵向磁场真空灭弧室触头磁场特性分析比较 [J], 王仲奕;刘志远;张炫;王季
梅
2.线圈式纵向磁场真空灭弧室磁场特性 [J], 刘志远;王仲奕;张炫;王季梅
3.真空灭弧室中自生磁场效应和外加纵向磁场的作用 [J], 王仲奕;王季梅
4.两极纵向磁场电极结构的真空灭弧室 [J], 王季梅;刘志远
5.中频条件下真空灭弧室的纵向磁场仿真 [J], 蒋原;李擎;夏丽娜;武建文;贾博文;夏尚文
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。