解真空断路器(开关)结构及灭弧原理,fc开关结构原理

真空断路器灭弧原理和方法-民熔真空断路器，系三相交流50Hz额定电压为12KV的电力系统的户内开关设备，民熔真空断路器作为电网设备、工矿企业动力设备的保护和控制单元。

适用于要求在额定工作电流下的频繁操作，或多交开断短路电流的场所。

灭弧是断路器的重要应用之一，电弧不仅会损坏设备线路，还会影响人身安全。

一般来说，常用的灭弧方法有四种，包括机械灭弧、磁吹弧等。

本文介绍了常用的灭弧方法和几种常用断路器的原理。

首先讨论了常用的灭弧方法，包括以下四种：1机械灭弧：限位装置使电弧迅速拉长。

这种方法常用于开关器件。

2灭磁弧：在与触头串联的磁吹线圈产生的磁场作用下，在电磁力的作用下拉长电弧，吹入由固体介质组成的灭弧罩内，与固体介质接触，使电弧冷却熄灭。

3窄缝（纵缝）灭弧方法：在电弧形成的磁场的电场作用下，电弧被拉长，进入灭弧罩窄（纵）槽内。

将纵向电弧分为若干段并与之接触的固体弧段迅速熄灭。

这种结构主要用于交流接触器。

4栅极灭弧法：当触头分离时，所产生的电弧在电力的作用下被推入一组金属光栅中，并分成若干段。

每一块相互绝缘的金属网格相当于一个电极，因此正负极之间会有许多电压降。

对于交流电弧，当电弧过零时，阴极附近会出现150V～250V的介电强度，使电弧无法维持和熄灭。

由于栅极灭弧效果比直流灭弧效果强得多，在交流电器中常采用栅极灭弧。

这些方法主要针对一些低压断路器。

为了了解使用这些方法的原因，有必要阐明断路器的灭弧原理。

以下是一些常用断路器的讨论。

真空断路器中断电弧原理。

真空断路器在分闸瞬间，由于触头间存在电容，两触头间的绝缘被击穿，产生真空电弧。

由于触头的形状和结构，真空弧柱迅速向弧柱外的真空区扩散。

当开断电流接近零时，触头间电弧的温度和压力急剧下降，使电弧无法维持和熄灭。

灭弧后几μs内，触头间真空间隙的耐压水平迅速恢复。

同时，触头也能达到一定的距离，并能承受较高的恢复电压。

因此，过零后电弧再燃不会切断总电流。

这就是灭弧的原理。

一、真空灭弧室基本结构组成真空灭弧室的主要结构件为绝缘外壳、动静盖板、触头、波纹管、屏蔽罩、动静导电杆、导向套等，分别根据相应的功用选用不同的材料，采用真空钎焊工艺将相应的零部件封接成密闭的真空腔室，借助真空优良的绝缘性能与熄弧性能，在切断电源后能迅速熄弧并抑制电流，1、结构简图1—静端盖板2—主屏蔽罩3—动静触头4—波纹管5—动端盖板6—静导电杆7—绝缘外壳8—动导电杆2、各个主要零部件的作用1）绝缘外壳一般选用Al2O3陶瓷管壳。

Al2O3陶瓷材料具有优异电绝缘性能、较高的机械强度、高温下不易分解与蒸发等一系列优点，即能保证真空灭弧室在生产及运行过程中的气密性又不易损坏。

2）波纹管波纹管是真空灭弧室中不可缺少的重要元件。

是唯一可动的外壳部分，因此它的作用也称为“动密封”。

既能保证灭弧室的密封，又能借助于它来实现触头的相对运动，波纹管的允许伸缩量决定了所能获得的最大触头开距。

波纹管的材料壁厚仅为0.10——0.16mm，开关在每次合分动作时都会使波纹管的波状薄壁产生一次较大幅度的机械变形。

由于剧裂而频繁的机械变形很容易使波纹管因疲劳而损坏，最终导致灭弧室漏气而报废。

某种程度上，波纹管的疲劳寿命也就决定了真空灭弧室的机械寿命，所以说，整个寿命期间，一定严禁扭伤或划伤波纹管。

波纹管的疲劳寿命还和工作条件的受热温度有关，真空灭弧室在分断大的短路电流后，导电杆的余热传递到波纹管上，使波纹管的温度升高，当温升达到一定程度时，这也会影响波纹管的疲劳强度。

3）触头真空灭弧室是真空开关的心脏，而触头则是真空灭弧室的心脏，因此触头材料和触头结构等对真空灭弧室的性能影响极大。

①触头材料主要从开断能力、耐受电压能力、抗电腐蚀性、抗熔焊能力、截流值、含气量等方面来选择。

目前断路器用真空灭弧室的触头材料大都采用铜铬合金，铜与铬各占50%。

②触头结构对灭孤室的开断能力有很大影响。

采用不同结构触头产生的灭弧效果有所不同的，早期采用简单的圆柱形触头，结构虽简单，但开断能力不能满足断路器的要求，仅能开断10kA以下电流，目前仅有真空负荷开关、高压真空接触器等用真空灭弧室才采用。

真空断路器控制电路结构及控制逻辑1概述作为轨道交通车辆的关键部件，真空断路器被用于开断、接通主电路，同时又起过载、短路和接地保护的作用，其稳定可靠的工作对轨道车辆的安全稳定运行具有重要意义。

真空断路器的电路结构可分为单线供电和双线供电两种，多数电力机车及动车组均采用单线供电方式的真空断路器，只有少数动车组的真空断路器采用双线供电方式。

本文主要是对真空断路器两种电路结构进行对比介绍，分析两者的控制逻辑，得出单、双线供电电路的优劣势，为真空断路器的选型提供思路。

2主断路器的动作原理合闸：当给出主断闭合信号，电磁阀和保持线圈得电，气路打开，压缩空气由储风缸通过电磁阀流入压力气缸，推动活塞向上运动，此时动触头随着活塞的移动而运动，恢复弹簧压缩，主触头闭合，触头压力弹簧压缩，活塞到达行程末端，由于保持线圈电磁吸力的作用，实现主断路器合闸状态的保持，电磁阀失电断开气路，完成真空断路器的合闸动作。

分闸：当保持线圈失电，活塞在弹簧力作用下移动，主触头打开，将实现真空断路器的分闸。

3单线供电主断路器的内部控制原理3.1控制原理分析对于单线供电真空断路器，控制系统中有一个ON/OFF开关，如图1所示，主断只需提供一个闭合/断开指令，即提供一个DC110V 控制回路即可实现分合闸操作，其控制原理图如图2所示，其中：①是印制电路板；②是计数器；③是电磁阀；④是主触头辅助联锁；⑤是压力开关；⑥是外部电阻盒；⑦是保持线圈。

由图2可知，对于单线供电断路器，“1”接控制电源（负极）-Ubat，“2”接控制电源（正极）+Ubat，当接收到主断闭合指令时，一路电流通过二极管、电阻盒给保持线圈供电；另一路电流给时间继电器和电磁阀供电，若真空断路器储风缸气压足够，压力开关闭合，就会给晶体管触发电流，晶体管c（集电极）和e（发射极）两端就会导通，110V电压还经过与MOS管栅极G并联的反向稳压管和电容，当电容充电，稳压管反压大于7V时，MOS管导通，电磁阀将会得电打开气路，驱动主触头动作，时间继电器开始计时，一段时间后时间继电器的常闭触点断开，此时MOS管关断，电磁阀失电断开气路，真空断路器在保持线圈的作用下保持闭合状态，直到ON/OFF开关断开，保持线圈失电，断路器断开。

真空断路器灭弧原理和方法-民熔真空断路器，系三相交流50Hz额定电压为12KV的电力系统的户内开关设备，民熔真空断路器作为电网设备、工矿企业动力设备的保护和控制单元。

适用于要求在额定工作电流下的频繁操作，或多交开断短路电流的场所。

灭弧是断路器的一个重要应用之一，由于电弧不仅会对设备线路造成破坏，甚至还会影响人身安全。

从而灭弧是什么有必要的，一般情况下的灭弧的常用方法有四种，包括机械灭弧，磁吹灭弧等。

本文中我说明下灭弧的常用方法和一些常见断路器的灭弧原理。

首先讨论下现在常用的灭弧方法，主要有以下四种：1、机械灭弧：通过极限装置将电弧迅速拉长。

这种方法多用于开关电器中。

2、磁吹灭弧：在一个与触头串联的磁吹线圈产生的磁场作用下，电弧受电磁力的作用而拉长，被吹入有固体介质构成的灭弧罩内，与固体介质相接触，电弧被冷却而熄灭。

3、窄缝（纵缝）灭弧法：在电弧所形成的磁场电动力的作用下，可使电弧拉长并进入灭弧罩的窄（纵）缝中，几条纵缝可将电弧分割成数段并且与固体介质相接触，电弧便迅速熄灭。

这种结构多用于交流接触器上。

4、栅片灭弧法：当触头分开时，产生的电弧在电动力的作用下被推入一组金属栅片中而被分割成数段，彼此绝缘的金属栅片的每一片都相当于一个电极，因此就有许多个阴阳极压降。

对交流电弧来说，近阴极处，在电弧过零时就会出现一个150V～250V的介质强度，使电弧无法继续维持而熄灭。

由于栅片灭弧效应时要比直流时强得多，所以交流电器常常采用栅片灭弧。

这些方法是主要针对一些低压断路器的，要了解采用这些方法的原因，就必须明确断路器灭弧的原理，下面针对一些常用的断路器讨论。

真空断路器灭弧原理在真空断路器分断瞬间，由于两触头间的电容存在，使触头间绝缘击穿，产生真空电弧。

由于触头形状和结构的原因，使得真空电弧柱迅速向弧柱体外的真空区域扩散。

当被分断的电流接近零时，触头间电弧的温度和压力急剧下降，使电弧不能继续维持而熄灭。

电弧熄灭后的几μs内，两触头间的真空间隙耐压水平迅速恢复。

真空灭弧室结构及原理◆ 电弧◆ 真空和真空度◆ 真空电弧◆ 交流真空电弧◆ 真空击穿◆ 灭弧原理◆ 真空灭弧室的寿命1、电弧电弧或弧光放电是气体放电的一种形式。

气体放电在性质上和外观上是各种各样的。

在正常状态下，气体有良好的电气绝缘性能。

但当在气体间隙的两端加上足够大的电场时，就可以引起电流通过气体。

这种现象称为放电。

放电现象与气体的种类和压力、电极的材料和几何形状、两极间的距离以及加在间隙两端的电压等因素有关。

例如在正常状态下，给气体间隙两端的电极加压到一定程度时，普通空气中电子在电场作用下高速运动，与气体分子碰撞后产生较多的电子和离子，新生的电子和离子又同中性原子碰撞，产生更多的电子和离子，这时，气体开始发光，两电极变为炽热，电流迅速增大。

这种性质上的转变称为气体间隙的击穿，其所需的电压称为击穿电压。

这时，由于电场的支持，放电并不停止，故称为自持放电。

电弧则是气体自持放电的一种形式。

电弧具有电流密度大和阴极电位降低的特点。

2、真空和真空度低于1个大气压的气体状态，都称为真空。

描述真空程度的量叫真空度，用该气体的压力大小来表示。

l大气压= 760×133.332Pa＝1.013×105Pa（帕斯卡）或0.1013MPa 真空技术中将广阔的真空度范围划分为粗、低、高、超高、极高等区域。

其中高真空区域的气体压力为 10-1～10-6Pa，这一区域的后半段，即 1.33 ×10-3～1.33 ×10-6就是真空灭弧室通常采用的真空度范围。

在高真空区域中，单位体积内的气体分子数目大大减少了，气体分子之间碰撞的几率大大减少，气体分子之间的平均距离大大增加。

真空度的高低对灭孤能力有影响。

实验表明：灭孤室真空度在10-3Pa数量级时就能够可靠地灭弧。

真空灭弧定制造厂在产品出厂时，提高了灭孤室的真空度，达到 10-5～ 10-6 Pa，待经过20年的使用或贮存期，或多或少产生外部渗气等现象使其真空度下降到10-3Pa范围，仍能保证它的灭孤能力。

真空断路器的主要部件的工作原理作者：于洪宇来源：《经济技术协作信息》 2018年第28期一真空断路器的工作原理1工作原理:真空开关使用高真空真空电流点,等离子体迅速扩散熄灭电弧，完成切断电流的目标。

2动作原理:( 1)储能过程:储能电机连接电源时，电机带动偏心轮旋转，曲柄臂和连接板由滚子带动旋转,滚子靠近偏心轮带动储能爪旋转。

当棘轮上的销与储能轴套的板相遇时,两者一起移动,延长悬挂在储能轴套上的闭合弹簧。

储能轴套由定位销固定以保持储能状态。

同时,储能轴的操作臂带动行程开关,切断储能电机的电源使储能爪提升与棘轮可靠分离。

(2)合闸操作过程:当机构接收到关闭信号(开关断开并储存能量)时，关闭电磁铁的铁芯被吸下来并移动，将定位器逆时针旋转释放储能维护。

闭合弹簧驱动储能轴套逆时针旋转，普通凸轮压缩传动轴套,驱动连接板和摇臂移动使摇臂紧固半轴，使机构闭合。

此时联锁装置将定位部分锁紧,使定位不能逆时针旋转达到连杆机构的目的,确保机构在闭合位置不能闭合。

二、真空断路器的主要部件以及工作原理1真空断路器的主要部件及名称:1:开距调整片;2触头压力弹簧; 3弹簧座;4接触j程调整螺栓; 5拐臂; 6.导向板; 7螺钉;8.导电夹紧固螺栓; 9.下支座;l0真空灭弧室;ll真空灭弧室;12.上支座;13绝缘子固定螺丝; 14绝缘子; 15螺栓;16连接弹簧或电磁操动机构的大轴。

2真空断路器的功能部件:真空断路器按其结构的功能可分为六个部分。

(I)支架:安装每个功能部件的框架体。

(2)真空灭弧室:灭弧元件可以实现电路的闭合和断开功能。

(3)导电回路:灭弧室的动、静态两端连接,构成电流通道。

(4)传动机构:驱动机构的运动传递到灭弧室,实现灭弧室的闭合和断开操作。

(5)绝缘支撑:绝缘支撑件连接功能部件,框架满足断路器绝缘要求。

(6)操动机构:断路器合分间的动力驱动装置。

3真空断路器的结构型式。

真空断路器的类型可以分为不同的角度。

真空断路器的工作原理和主要构造及特点1.断开电路：当电路需要断开时，断路器触发机构将弹簧张紧，推动触头打开，使电流无法通过断路器。

2.张开真空开断容器：断路器触头打开时，绝缘杆缓慢上升，钢丝绳牵引释放真空开断容器。

3.真空开断：当触头完全张开时，真空开断容器进入真空状态，通过快速开断电路来灭弧。

4.熄弧：在断路时，电流会产生电弧，这时真空作为灭弧介质，使电流在真空状态下停止。

1.断路器箱体：包含所有的断路器组件，提供机械强度和绝缘保护。

2.触头：由导电材料制成，负责断开或接通电路。

3.绝缘杆：位于触头与弹簧机构之间，能够耐受高电压并提供绝缘。

4.弹簧机构：用于张紧触头，实现断开电路的操作。

5.触发机构：根据信号控制弹簧机构，使触头在指定条件下断开或连接电路。

6.真空开断容器：由真空开断触头和熄弧室组成，用于灭弧，并在断路器张开时释放真空。

1.高性能：由于真空断路器不需要绝缘介质，能够承受高电压和大电流，具有较高的开断能力和断开频率。

2.安全可靠：真空断路器使用真空作为灭弧介质，使灭弧过程更加可靠，减少了电弧对设备的损坏和对人身安全的威胁。

3.免维护：真空断路器没有活动部件，无需润滑和维护，使用寿命长。

4.尺寸小巧：相对于油浸式断路器等其他类型的断路器，真空断路器体积小巧，方便安装和布置。

5.环保节能：真空断路器不使用任何有害的绝缘介质，对环境友好。

此外，在正常运行时，它的能量损耗相对较低。

总之，真空断路器通过利用真空作为灭弧介质，实现了高效的断路操作。

它的主要构造和特点使得它在电力系统中起着重要的作用，并被广泛应用于各个领域。

真空断路器灭弧原理真空断路器是利用真空(真空度为10-4mm汞柱以下)具有良好的绝缘性能和耐弧性能等特点，将断路器触头部分安装在真空的外壳内而制成的断路器。

真空断路器具有体积小、重量轻、噪音小、易安装、维护便利等优点。

尤其适用于频繁操作的电路中。

真空灭弧室中电弧的点燃是由于真空断路器刚分瞬间，触头表面蒸发金属蒸汽，并被游离而形成电弧造成的。

真空灭弧室中电弧弧柱压差很大，质量密度差也很大，因而弧柱的金属蒸汽（带电质点）将快速向触头外集中，加剧了去游离作用，加上电弧弧柱被拉长、拉细，从而得到更好的冷却，电弧快速熄灭，介质绝缘强度很快得到恢复，从而阻挡电弧在沟通电流自然过零后重燃。

真空灭弧室是真空断路器的灭弧和绝缘部件。

主要有动触头、静触头、动端跑弧面、动端法兰、静端法兰、瓷柱、不锈钢支撑法兰、屏蔽罩、动静导电杆、玻壳和波纹管等，经过清洗由玻璃封装、真空焊、亚弧焊、排气等工艺程序处理后封装而成。

各主要零部件均密封在玻壳中，玻壳不仅通过动静法兰起到密封作用，还能起到绝缘作用。

波纹管系一动态密封的弹性元件，通过真空灭弧室在操动机构的作用下可完成分合闸动作，而又不会破坏其真空度。

真空灭弧室制造成一个整体，不能拆装，损坏后应整体更换。

真空电弧的熄灭是基于利用高真空介质（一般为压强低于10-4mm汞柱的淡薄气体）的绝缘强度及在这种气体中的电弧生成物（带电粒子和金属蒸汽）具有极高的集中速度，在电弧电流过零后，触头间隙的介质强度可以快速恢复起来的原理而实现的。

燃弧过程中的金属蒸汽和带电粒子在剧烈的集中中为屏蔽罩所冷凝，带三条阿基米德螺旋槽的跑弧面使电弧电流在其流经路线上的触头间产生一个横向磁场，这时电弧电流在主触头上沿切线方向快速移动，从而降低了主触头表面的温度，削减了主触头的烧损，稳定了断路器的开断性能，提高了断路器的寿命。

真空断路器灭弧原理
真空断路器是一种利用真空介质进行灭弧的高压电气设备。

其工作原理是通过在断开电路时，电流经过真空断路器的电触头和固定触头之间的狭缝，瞬间产生电弧。

在真空断路器的灭弧室内，电弧会被抑制和熄灭，从而实现对电路的断开。

真空断路器的灭弧原理主要包括以下几个方面：
1.电离与湮灭：当电流经过狭缝时，由于电离作用，空气分子中的电子被剥离，形成离子。

这些离子与电子的碰撞使得电离区中形成高浓度的离子，并产生热电离。

当电流下降到零时，热电离也相应降低，离子会重新复合成分子，电弧被湮灭。

2.电弧延伸抑制：真空断路器采用可移动触头和固定触头，电弧在两者之间形成。

由于真空中的缺气状态，离子迁移速度较慢，使得电弧的速度得到限制。

此外，真空断路器的电弧容纳室形状设计合理，有助于抑制电弧的延伸。

3.电弧冷却：在真空断路器的灭弧室内，采用冷却结构来控制电弧的温度。

通过冷却结构产生的气流，可以将电弧的热量迅速带走，有效地降低了电弧的温度。

4.电弧能量消耗：真空断路器中采用了特殊的材料和结构，能够消耗电弧所带有的能量，从而降低电弧的能量水平。

这种消耗主要通过电弧在材料上的化学和物理反应来实现。

通过以上灭弧原理的综合作用，真空断路器可以可靠地实现对
高压电路的断开，并且有效地灭掉电弧。

这使得真空断路器成为了一种重要的高压开关设备，广泛应用于各个领域。

电力仪器参考网站
真空断路器的结构原理是什么？
真空断路器有户内、户外两种。

真空断路器是指触头在真空中开断电路的断路器。

它的主触头位于真空灭弧室中，灭弧室内部保持10-7~10-4T OTT的真空度，其外壳是用微晶玻璃等绝缘材料制成的，两端焊在静导电杆上穿过静端盖板的中心，而静触头焊在静导电杆端头上；动导电杆头和动触头焊在一起，另一头通过波纹管和动端盖板中心孔伸出真空灭弧室外。

波纹管的一个端口与动导电杆焊在一起，另一端口与动端盖板焊在一起。

波纹管是可伸缩的元件，帮动导电杆利用波纹管的伸缩性可沿真空灭弧室作轴向运动，而外部的气体却不会进入，这样就可在完全密封的条件下，通过在外部操作触头的合、分，达到合、分电路的目的。

波纹管周围的屏蔽罩的主要作用是吸收分、合电流时真空电弧生成的金属蒸汽，以防止污染绝缘外壳。

真空断路器的其余部分，如操动机构、导电回路等于传统的断路器基本相同，这里不再叙述。

表3-3的额定绝缘水平，应考虑海拔高度、污秽程度等环境因素对外绝缘的影响；机械寿命，应考虑地震烈度对产品机械强度的影响。