电气工程及其自动化毕业设计-真空断路器的机构及其特性(含外文翻译).doc

1、本科毕业论文（20 届）真空断路器的机构及其特性所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 哈尔滨理工大学学士学位论文- I -真空断路器的机构及其特性摘要真空断路器以高真空作为灭弧和绝缘介质，其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，质量轻等优点，已经在中低压领域有了广泛的应用。随着制造技术以及理论研究水平的不断提高，已经朝着高电压、大容量的方向发展。为了研制更高压等级的真空断路器，许多研究机构和学者已经开始在多个方面做了广泛的探讨和研究，包括寻找新的触头材料、开发新的灭弧技术、采用新的绝缘措施，以及使

2、用新的制造工艺等等。本文对真空断路器做了详尽系统的介绍，包括：真空断路器的发展历史、现状及发展趋势；发展真空断路器的重要性；真空断路器的结构、性能、用途、触头材料和绝缘特性等；真空断路器的操作机构，分为电磁、弹簧和永磁三种操纵机构。同时，细致的介绍了真空断路器真空度的检测方法。还根据真空断路器的应用电压等级，对多断口真空断路器的理论优势进行分析，也对多段口真空断路器的开段能力进行探讨。最后，对高压真空断路器的发展进行了展望。关键词 真空断路器；真空灭弧室；绝缘哈尔滨理工大学学士学位论文- II -The Structure and characteristics of Vacuum Circu

3、it BeakerAbstractVacuum circuit breaker with high vacuum as arcing and insulating medium, and its contacts with arcing system simple, with long service life and with maintenance interval time long, easy maintenance, suitable for frequent operation, small volume, light quality etc, and has been in lo

4、w voltage area in a wide range of applications. As manufacturing technology and theory research levels rising, has high voltage, large capacity towards the direction of development. In order to develop more high pressure level of vacuum circuit breaker, many research institutes and scholars started

5、more than in the broad discussion and research, including looking for new contactor material, the development of new technology, the new arcing insulation measures, and the use of new manufacturing process and so on.In this contribution, the vacuum circuit breaker in detail the system is introduced,

6、 including: the vacuum circuit breaker the development history, present situation and development trend. Development of the importance of vacuum circuit breaker; Vacuum breaker structure, performance, use, contactor material and insulating properties, etc.; The operating mechanism of vacuum circuit

7、breaker, divided into electromagnetic, spring and permanent magnet three kinds of operation. At the same time, the detailed introduces the vacuum degree of vacuum circuit breaker test methods. According to the application of vacuum circuit breaker voltage grade of fracture of vacuum circuit breaker

8、advantage 哈尔滨理工大学学士学位论文- III -theory analysis, but also to more paragraphs mouth open section of vacuum circuit breaker ability is discussed in this paper. Finally, the high voltage vacuum circuit breaker prospect.Keywords Vacuum Circuit Beaker ；Vacuum Interrupter；Insolution哈尔滨理工大学学士学位论文- IV -目录摘要 .

9、IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 目的与意义 .11.2 真空断路器的结构及组成 .11.3 历史、现状及发展趋势 .31.4 本文的主要工作 .4第 2 章 真空灭弧 室 .52.1 真空灭弧室的结构 .52.1.1 屏蔽罩的结构 .62.1.2 波纹管 .72.1.3 绝缘外壳 .72.2 真空灭弧室触头 .82.2.1 真空灭弧室的触头材料 .82.2.2 真空灭弧室触头结构 .92.3 灭弧室真空度的检测 .112.3.1 出厂前断路器真空度的检测方法 .122.3.2 离线现场监测真空灭弧室真空度的方法 .122.3.3 在线监测真空断路器真空度的方法 .172.

10、4 真空灭弧室工艺的改进 .182.5 注意问题 .19第 3 章 真空断路器的操 纵机构 .213.1 电磁操动机构 .213.2 弹簧操纵机构 .213.3 永磁操动机构 .223.3.1 永磁操动机构中永磁体的可靠性 .223.3.2 永磁操动机构的结构及动作原理 .233.3.3 永磁操动机构的优点 .233.3.4 永磁机构与真空断路器的配合 .243.3.5 永磁操动机构真空断路器发展前景 .243.3.6 两种永磁操纵机构的真空断路器 .253.4 小结 .25第 4 章 多断口真空断 路器 .27哈尔滨理工大学学士学位论文- V -4.1 双断口真空断路器的理论优势 .274.

11、1.1 真空间隙的耐压能力饱和效应 .274.1.2 真空断口的动态绝缘特性 .284.1.3 真空断口动触头机械特性 .284.2 多断口真空断路器 .284.2.1 均压电容对多断口真空断路器开断能力的影响 .294.2.2 恢复电压上升率对开断能力的影响 .294.2.3 大电流开断能力 .294.2.4 结论 .304.3 研发高电压真空断路器需解决的技术问题 .31结 论 .33致谢 .34参考文献 .35附录 A.38附录 B.61哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -第 1 章 绪论1.1 目的与意义由于 SF6 气体的温室效应，真空开关由中压等级向更高电压等级方向发展成为一种趋势

12、。真空开关目前在 12kV 40kV 的中压开关设备领域占有优势地位。而在 72.5kV1100 kV 的电力开关设备中，广泛使用的是技术先进的 SF6 开关设备。虽然 SF6 气体具有优异的灭弧和绝缘性能，但是 SF6 气体是一种强温室效应气体：在 1997 年通过的京都议定书中所指出的 6 种温室效应气体中，SF 6 气体是温室效应最强的一种，它的地球温暖化系数是 CO的 23900 倍，它在大气中的寿命是 3200 年。因此，限制使用 SF6 气体是一种必然趋势。世界上 SF6 气体主要应用于开关设备等输变 电设备中，因此京都议定书对 SF6 气体的限制使用给广大高压开关领域的工作者们提

13、出了新的课题。限制 SF6 气体有 4 个途径：第一，寻找 SF6 气体的替代品；第二，在产品中减少 SF6 气体的使用量或采用 SF6 混合气体；第三，加强产品密封 ,减少漏气量；第四，采用真空开关技术，将真空开关从中压等级发展到更高的电压等级。在高压领域，用真空取代 SF6 气体已取得一定成效。现已研制出145kV 单断口真空断路器和 168 kV 双断口真空断路器，现正研制 252 kV真空断路器。我国最新研制成功 126 kV 瓷柱式真空断路器，并自行研制成功关键的 126 kV 真空灭弧室。世界上许多国家如日本、中国、韩国、美国、德国和俄罗斯等都在积极研发高电压真空断路器。因此，在高

14、电压领域研究真空断路器成为一种发展形势。1.2 真空断路器的结构及组成真空断路器是一种灭弧后介质和灭弧后触头间隙的绝缘介质都在高真空的泡内分合的断路器。图 1-1 为真快断路器基本的结构图。哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -（a）正面（b）背面1.开距调整片 2.触头压力弹簧 3.弹簧座 4.接触行程调整螺栓 5.拐臂 6.导向板 7.螺钉 8.导电夹紧固螺栓 9.下支座 10.真空灭弧室 11.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图 1-1 真空断路器结构图哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -真空断路器是一种以气体分

15、子极为稀少，分子间的平均自由行程很大，电子与分子相碰撞的机会极少，绝缘强度很高的真空空间为息弧介质的新型断路器。其大概可以分为以下几个部分：（1）支架：安装各功能组件的架体。（2）真空灭弧室：实现电路的关合与开断功能的熄弧元件。（3）导电回路：与灭弧室的动端及静端连接构成电流通道。（4）传动机构：把操动机构的运动传输至灭弧室，实现灭弧室的合、分闸操作。（5）绝缘支撑：绝缘支持件将各功能元件，架接起来满足断路器的绝缘要求。（6）操动机构：断路器合、分间的动力驱动装置1.3 历史、现状及发展趋势真空断路器以具备良好的灭弧特性，适宜频繁操作，电气寿命长、运行可靠性高、不检修周期长的优势，在当今我国电

16、力工业城乡电网改造、化工、冶金、铁道电气化以及矿山等行业得到了广泛的应用。真空断路器最初由英、美研究，随后发展到日本、德国和原苏联等其他国家。我国从 1959 年起开始研究真空断路器的理论，到 70 年代初正式生产各类真空断路器。真空灭弧室、操动机构、绝缘水平等制造技术的不断创新和改进，使真空断路器的发展极为迅速，在大容量、小型化、智能化及可靠性研究方面取得了一系列重大成果。早在 1893 年，美国的 Ritten Hause 提出了结构简单的真空灭弧室，并获得了设计专利。1920 年瑞典的佛加公司第一次制成了真空开关。6 年后，美国索伦森等公布的研究成果也显示了在真空中分断电流的可能性，但因

17、分断能力小，又受到真空技术和真空材料发展水平的限制，尚不能投入实际使用。50 年代美国才制成第一批适用于切断电容器组等特殊要求的真空开关,分断电流尚停在 4kA 的水平。正是真空开关的发展促进了真空断路器的产生。1961 年，美国通用电气公司开始生产 15kV、分断电流为 12.5kA 的真空断路器。1966 年试制成15kV、26kA 和 31.5kA 的真空断路器，从而使真空断路器进入了高电压、大容量的电力系统。20 世纪 70 年代后,日本东芝电气公司研制成功了具有纵向磁场触头的真空灭弧室,使额定开断电流又进一步提高到 50kA 以上。80 年代中期，真空断路器的分断能力已达 100kA

18、。中国从 1958 年开始研制真空开关，1960 年西安交通大学和西安开关整流器厂共同研制成第一批 6.7kV、分断能力为 0.6kA 的真空开关；随后又制成 10kV、分断能力为 1.5kA 的三相真空开关。1969 年华光电子管厂哈尔滨理工大学学士学位论文- 4 -和西安高压电器研究所制成了 10kV、2kA 单相快速真空开关。70 年代以后，中国已能独立研制和生产各种规格的真空开关。目前真空断路器己广泛用于 10kV、35kV 配电系统中,额定开断电流己能做到 50kA-100kA 有些国家还生产了 72kV/84kV 级的真空灭弧室，但数量不多。1.4 本文的主要工作本文对主要研究以下内容：真空断路器的结构、性能、用途、触头材料和绝缘特性等，同时，细致的介绍了真空断路器真空度的检测方法。真空断路器的操作机构，分为电磁、弹簧和永磁三种操纵机构，着重分析了永磁操纵机构的真空断路器、根据真空断路器的应用电压等级，对多断口真空断路器的理论优势进行分析，也对多段口真空断路器的开段能力进行探讨。对高压真空断路器的发展进行了展望。