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中压真空开关装置设计的基本知识

高压介质的物理基础

常用绝缘材料的特性和设计注意事项

固体绝缘
材料击穿的机理：热击穿高压电场中分子运动，负温度系数，过热，材料老化/劣化
电化学反应，极化现象，杂质
局部放电现象
沿面放电现象与有关因素表面湿度，电场强度分布，表面电阻

液体绝缘
材料击穿的机理电击穿，气泡击穿，导电小桥

（c）气体绝缘
空气（压缩空气），N2，混合气体，6等
空气的击穿，气体放电和发展过程
自由电子，电子崩，电场畸变，自持放电，

带电粒子作用力,自由行程长度与分子碰撞概率P（(x)）

空气间隙的击穿放电过程

空气间隙的击穿特性（相关因素电压种类，电场均匀程度，大气压力，温度）

电场不均匀程度/≦4稍不均匀电场
/≧4极不均匀电场

击穿场强的设计参考值均匀电场30，不均匀电场4.2

由介质物理特性得到的设计参考资料

(1)选用固体绝缘材料时应注意的事项：
吸潮性（吸水率），表面光洁度，致密性和纯度（气泡，杂质，弱电解质），阻燃性（0，1级，酚醛材料不可用）
(2)改善电场设计

减少气体的场强，设计合理的电极形状，见图表。
克服固体绝缘的沿面闪络改进电极形状与布置，表面涂半导体漆，憎水层

定律
()

1.4真空介质的特性

(1)优异的绝缘强度
弧后恢复强度极高
电弧作用下无分解物

1.5真空中的电弧现象

小电流电弧的特点热阴极发射，发散状电弧，反安培左手定则运动，

大电流电弧的特点阳极压降区，阳极斑点，集聚状电弧，

2．电力系统的中性点运行方式

中性点运行方式直接接地，经中值电阻接地，经低值电阻接地，经消弧线圈接地，绝缘运行（不接地）
（大电流接地，小电流接地）

中性点直接接地与不接地时对系统运行和电器制造影响的比较

中性点接地方式相-地短路电流对断路器的要求相-地短路电流对通信线路的干扰对电流继电器的要求操作过电压的情况单相接地故障对系统的影响对设备绝缘的要求绝缘配合原则电气设备的制造成本绝缘运行（不接地）小，小于
10A或30
A无需切断相-地短路电流，因此对断路器的动作寿命要求低小需很高的灵敏度才可检测接地故障过电压种类十分复杂，频繁发生，如
铁磁谐振，电弧接地等且
持续时间长。
相间过电压高于相-地过电压
健全相电压升高1.73倍，且允许运行2小时工频耐受电压高按中国标准高直接接地大，等于
系统在该处的短路电流必需由断路器切断
相-地短路
电流，
对断路器的动作寿命要求高很大极易检测接地故障过电压种类少健全相电压基本不
升高（升高甚微，由接地系数确定）工频耐受电压低按
进口的避雷器不可用低

中压真空断路器和六氟化硫断路器的比较

a)结构特性部件，体积，维修
b)电寿命
c)对环境的影响

真空开关触头和真空灭弧室的设计

4.1触头的典型形式(平板式,螺旋槽式,杯状,线圈式,开斜槽式,马蹄铁状等)
磁场设计及其效果纵磁场（AMF），横磁场（RMF）
4.2触头合金材料及其发展(,,,等)
真空度及其压力升高曲线（泄漏，触头材料在开断电弧时释放的微量气体，寿命期限）

几种典型的真空灭弧室及电弧运动形态

真空开关的主要种类及典型结构
5.1真空断路器，真空负荷开关，真空接触器

5.2技术先进型真空断路器的优异特点（以西门子3系列产品为例）

a)真空室中触头行程短，操作功小，机件加工精细，因此机电寿命长，可实现少维修或免维修高可靠性。
b)开断大电流电弧的寿命长。
c)开断小电感电流时截流值低，不产生危害的过电压，因此无需任何过电压保护装置。
d)开断电容电流时不发生重燃，无危害过电压长生，因此也无需任何过电压保护装置。

附：62271及1984-2003关于用于不同场合断路器分级的最新定义
E2级预期寿命内少维护/免维护的断路器；E1级E2级除外的断路器；
C1级开断电容器组时具有低击穿概率的断路器；C2级开断电容器组时具有非常低击穿概率的断路器；
M1级基本型具有2000次寿命的断路器；M2级10000次寿命的，频繁操作的断路器。

5.3国际上真空断路器发展的动向

灭弧室及断路器的小型化，固封结构
功能高度模块化的真空断路器
永磁操动机构的真空断路器
高压、超高压真空断路器的研制

12-40.5中压（真空断路器）开关装置

6.1按结构特征的分类
a)按使用场所分类户内型，户外型（柱上，非柱上）。
按主绝缘材料分类空气绝缘，气体绝缘（,6气体及其他气体），液体绝缘

b)户内中压开关装置
按开关元件分