一、真空斷路器的工作原理

真空斷路器是一種利用真空作為滅弧介質(zhì)的斷路器，其工作原理主要基于真空環(huán)境中電流流過零點時等離子體的迅速擴散來熄滅電弧，從而完成切斷電流的任務(wù)。以下是真空斷路器工作原理的詳細解析：

1. 滅弧介質(zhì) ：
   • 真空斷路器的主要特點是其滅弧介質(zhì)為真空。由于真空環(huán)境中不存在導(dǎo)電介質(zhì)，電弧得以迅速熄滅，因此該斷路器的動靜觸頭間距設(shè)計得相對較小。
2. 觸頭開斷與電弧形成 ：
   • 當(dāng)真空斷路器的觸頭在真空中開斷時，會產(chǎn)生電流和能量高度集聚的陰極斑點，從而大量蒸發(fā)金屬蒸汽。
   • 這些金屬原子和帶電質(zhì)點的密度極高，電弧就在其中劇烈燃燒。同時，弧柱內(nèi)的金屬蒸汽和帶電質(zhì)點不斷向外擴散，而電極則不斷蒸發(fā)新的質(zhì)點以維持弧柱的穩(wěn)定。
3. 電弧熄滅 ：
   • 當(dāng)電流過零時，電弧的能量逐漸減小，電極溫度下降，蒸發(fā)作用減弱，弧柱內(nèi)的質(zhì)點密度也逐漸降低。
   • 最終，在過零時刻陰極斑消失，電弧隨之熄滅。有時，由于蒸發(fā)作用無法維持弧柱的擴散速度，電弧會突然熄滅，這種現(xiàn)象稱為截流現(xiàn)象。
4. 主要組成 ：
   • 真空斷路器主要由框架、滅弧室和操動機構(gòu)三部分組成。
   • 滅弧室內(nèi)部有一個鋼拱室，對稱地堆放在陶瓷絕緣體中，并將真空壓力保持在一定范圍內(nèi)。
   • 操動機構(gòu)則具備電動儲能、電動分合閘以及手動功能，由合閘彈簧、儲能系統(tǒng)、過流脫扣器、分合閘線圈、手動分合閘系統(tǒng)、輔助開關(guān)和儲能指示等部件共同構(gòu)成。
5. 動作原理 ：
   • 真空斷路器的動作原理是通過操動機構(gòu)驅(qū)動觸頭進行開斷和閉合操作。
   • 儲能過程：儲能電機接通電源后，通過一系列傳動機構(gòu)拉伸合閘彈簧，為合閘操作儲備能量。
   • 合閘操作：當(dāng)機構(gòu)接收到合閘信號時，合閘彈簧釋放能量，通過傳動機構(gòu)帶動觸頭閉合。
   • 分閘操作：當(dāng)接收到分閘信號時，分閘電磁鐵動作，使脫扣機構(gòu)釋放合閘彈簧的能量，從而帶動觸頭分開。

二、真空斷路器與空氣斷路器的區(qū)別

真空斷路器和空氣斷路器是兩種常用的電力設(shè)備，它們在工作原理、應(yīng)用場景和性能特點等方面存在顯著差異。以下是兩者的詳細對比：

1. 工作原理 ：
   • 真空斷路器：利用真空作為滅弧介質(zhì)，通過觸頭在真空中開斷時產(chǎn)生的金屬蒸汽和帶電質(zhì)點來形成和熄滅電弧。
   • 空氣斷路器：利用空氣作為滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)。當(dāng)電流超過設(shè)定值時，斷路器內(nèi)部的觸點打開，形成電弧。電弧在空氣中擴散和冷卻，最終熄滅。
2. 應(yīng)用場景 ：
   • 真空斷路器：通常被應(yīng)用于電壓等級較低的廠用電系統(tǒng)配置中，特別是需要高可靠性和長壽命的應(yīng)用場景。隨著電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展，10kV真空斷路器在我國已實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。
   • 空氣斷路器：廣泛應(yīng)用于各種電壓等級，從低壓到高壓，是商業(yè)用途的常見選擇。它們常用于高達15kV的短路和過流保護，額定電流為800A至10kA。
3. 性能特點 ：
   • 真空斷路器：具有燃弧時間短、絕緣強度高、電氣壽命長以及觸頭開距與行程小等特點。因此，其機械壽命也相對較高。此外，真空斷路器在滅弧性能、體積和使用壽命方面具有明顯優(yōu)勢，更適合對電能質(zhì)量和空間要求較高的場合。
   • 空氣斷路器：由于使用空氣作為絕緣介質(zhì)，體積相對較大，安裝空間需求較多。同時，其滅弧性能相對較弱，容易受到電弧的影響。然而，空氣斷路器的成本相對較低，且在大氣壓下的空氣中運行，以保護連接的電路。
4. 維護與保養(yǎng) ：
   • 真空斷路器：由于真空環(huán)境減少了電弧對觸頭的燒蝕作用，因此其維護和保養(yǎng)相對簡單。然而，需要定期檢查真空室的真空度和觸頭的磨損情況。
   • 空氣斷路器：由于使用空氣作為滅弧介質(zhì)，其觸頭容易受到電弧的燒蝕作用。因此，需要定期檢查觸頭的磨損情況并進行更換。同時，還需要保持空氣斷路器的清潔和干燥，以防止灰塵和濕氣對性能的影響。
5. 成本 ：
   • 真空斷路器：由于制造工藝相對復(fù)雜，且需要使用高質(zhì)量的材料和組件來確保其在真空環(huán)境中的穩(wěn)定性和可靠性，因此其成本相對較高。
   • 空氣斷路器：由于其結(jié)構(gòu)相對簡單且制造材料成本較低，因此其成本相對較低。這使得空氣斷路器在價格敏感的應(yīng)用場景中更具競爭力。

綜上所述，真空斷路器和空氣斷路器在工作原理、應(yīng)用場景、性能特點、維護保養(yǎng)和成本等方面存在顯著差異。在選擇時，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求、負荷性質(zhì)和經(jīng)濟條件等因素進行綜合考慮。