论中压真空开关创新技术概述三相独立单稳态永磁机构真空断路器.pdf

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1、论中压真空开关的创新技术大会发言者：（Dr.AlexeyM.Chaly）阿列克塞﹒查里概述三相独立单稳态永磁机构真空断路器是特瑞德电气奉献给中压真空开关领域的创新技术，这是一项针对实际问题的创新设计理念，充分利用了现代真空技术的所有优势，其设计成果极大地提高了真空开关的可靠性和使用寿命，而且实现了真空开关在整个寿命期限内完全免维护。1、技术研发背景特瑞德电气正式创立于1990年，是前苏联最早的电力行业的私营企业之一。虽然当时是刚刚创立，但特瑞德电气的所有雇员均来自前苏联军事科学试验室，该试验室自1967年一直致力于海军装备上

2、的真空开关的研发，因此继承了多年的研发经验。该试验室当时位于塞瓦斯托布尔市的军事港口。创立后，特瑞德电气发展迅速，其发展速度可用年销售真空开关的数量来充分体现，请参照图1。图.1真空开关的年销售量公司的快速增长归功于市场需求和针对性研发的有效结合，请参照图2：图.2特瑞德电气的产品开发过程2、真空断路器的创新设计理念最早的设计思路来源于如何将断路器更好地应用于钢厂电弧炉领域。众所周知这种应用是对断路器最严酷的考验。炼钢技术需要断路器每天频繁操作，其中10%属于故障开断操作，开断容量由变压器的短路阻抗决定。80年代末，油断路器

3、在此领域应用非常广泛，但其机构和灭弧室需经常维护。试验证明，真空断路器的开断性能更加优异，但是也同样存在机械故障，这是因为真空断路器与油断路器使用同样复杂的操动机构：一个操动机构通过连杆、轴承等部件将运动传递至三相灭弧室。此外需要机械锁扣将动触头分别固定在分合闸位置。这些机械部件在合分操作中很容易发生故障。为了解决没完没了的机械故障，一些钢厂成立了专业部门负责断路器维修。该部门准备了大量的断路器备品备件用于日常维护。服务人员必须具有很高的专业技能才能处理各种各样的故障。这种奇怪的现象当时的钢厂管理部门却已经习以为常。因此我们

4、决定开发一种在寿命期内完全免维护的真空断路器来结束这种奇怪的现象。显而易见为了完成这个使命我们必须对易发生故障的机械部分进行创新设计，最好的方法就是去除它，这就是我们的解决方案：改变传统的传动方式，无需机械锁扣。真空灭弧室支撑绝缘子驱动绝缘子微动开关上磁轭机构线圈机构线圈环形磁铁动铁芯分闸弹簧触头压力弹簧同步轴凸轮联锁销同步轴永磁机构图3三相独立单稳态永磁机构的设计理念该断路器具有三个单线圈永磁机构，每相一个。机构轴心与驱动绝缘子和灭弧室触头在一条直线上，机构由中等强度永磁材料产生的剩磁保持在合闸位置，靠分闸弹簧保持在分闸位

5、置。类似传统的电磁机构，在合闸过程中要给分闸弹簧和触头压力弹簧储能，唯一不同的是伴随永磁材料的磁化现象，可提供剩磁用于合闸保持，不需要机械锁扣。分闸过程中，须施加一个反向的(相对于合闸电流)电流脉冲，该电流的去磁作用部分消除了合闸保持力，最后在分闸弹簧和触头弹簧的共同作用下导致开关分闸。3、设计独特的真空灭弧室(VI)要实现以上讨论的断路器设计理念，还需要全新设计的真空灭弧室。该灭弧室必须达到：体积小，机械寿命长，电寿命高。为了实现以上要求，我们研制了一套用于观察真空电弧动态过程的试验设备(见图4)。图.4用于观察真空电弧的

6、试验设备同时我们又开发了一套软件，用于计算在开断过程中电极表面的电流密度(见图5)。Fig.5典型的真空灭弧室阴极电弧分布情况众所周知纵磁场是影响真空电弧电流密度均匀分布的重要因素。我们分析了不同形状纵磁场产生的效应，结果发现最优化的磁场结构是在触头边缘提供带磁屏障的强大磁感应而在触头中心区域磁感应强度最弱。该发现已通过测量触头阴极电流密度而得到证明。应用以上技术我们设计的纵磁场触头能使电流密度在触图.6F在磁屏障包围下均匀分布的电弧。头表面分布非常均匀，使开断性能得到极大提高，请参见图6。很快我们开发出了新一代的真空灭弧室

7、，参见图7。图.7特瑞德电气生产的新一代真空灭弧室特瑞德电气这种领先技术带给中国市场的就是ISM系列真空断路器。它们可用在12kV配电系统中，能大大提高系统的可靠性，延长开关柜的使用寿命。由于该产品的紧凑设计，也使它成为开关设备改造中的最佳选择，可缩短改造施工时间，减少改造费用。自从该产品1997年进入中国市场，已有几干台ISM断路器运行于中国的电力系统及工业用户。4、设计独特的中压真空重合器特瑞德电气的另一个重要产品是户外中压真空重合器。现代重合器的绝缘设计有两种方案：柱式固体绝缘和SF6气体绝缘。以上两种设计各有优缺点：

8、使用SF6气体绝缘的户外重合器不满足环保要求，并且不是完全免维护产品，需定期检查漏气率。然而它也有显著优点，能提供重合器两侧电压测量，这对于环网联络开关是非常重要的。柱式固体绝缘的重合器不存在以上提到的缺点，但是不能提供两侧电压测量。针对以上情况，特瑞德电气决定开发一种既是环保型免维护产品