真空组合开关

2024-10-14

真空组合开关（精选8篇）

真空组合开关篇1

摘要：阐述了KJZ2-1500/1140Z型真空组合开关的结构、主要功能和优点, 该开关在义煤集团千秋矿综放工作面使用后, 取得了良好的经济社会效益。

关键词：真空组合开关,综放工作面,数字化控制

义煤集团公司千秋煤矿21201综放工作面于2007年5—6月安装并投入生产。该工作面是千秋矿2007—2009年惟一主力采煤工作面, 其设备配置为:MXG-480H型采煤机1台;SGZ-800/400型前部刮板机1台;SGZ-800/500型后部刮板机1台;1台SZZ-800/250型转载机;PCM-200型破碎机1台;BRW-200/31.5型乳化液泵站1套 (2泵/1箱) ;BPW-320/10型喷雾泵站1套 (2泵/1箱) ;76架ZF6400-17.5/28型放顶煤液压支架;ZFS5500-18/28型放顶煤液压支架2架;ZF5600-21/30型过渡液压支架3架;ZF5600-18/30型过渡液压支架3架;KBSGZY-1600/1140移变2台;KJZ2-1500/1140Z型真空组合开关1台;QJZ-4×315/1140型真空双速开关1台。这些设备自从投入使用以来, 工作正常, 运行平稳, 设备运转状况良好, 这与使用的新型KJZ2-1500/1140Z型真空组合开关密不可分。

1KJZ2-1500/1140Z型开关的基本结构

KJZ2-1500/1140Z型矿用隔爆兼本质安全型智能真空组合开关由防爆箱体、输入装置、输出装置构成。箱体分隔成主接线腔、隔离开关腔、变压器腔、本安电源腔、主腔、保护器腔和控制回路接线腔。主回路电源输入侧为:4路三相1 140 V, 400 A的压盘式电缆引入装置, 与装在隔离开关腔内的4台主隔离换相开关和1台辅助隔离开关的一次侧相接, 4台主隔离换相开关分别向装在主腔内的11路驱动单元供电, 每个驱动单元均为可抽拉式, 辅助隔离开关向装在变压器腔内的控制、辅助变压器供电;负载输出侧为:7只350 A电缆连接器, 6只分别向采煤机 (1路) 、前后部刮板机 (4路) 、转载机、破碎机 (1路) 供电, 1只备用;4只100 A电缆连接器分别向2台乳化液泵、2台喷雾泵供电;辅助电源输出:220 V, 127 V, 127 V三组, 容量5 kVA, 供外部照明和控制系统。控制回路由16只压紧螺母式引入装置组成, 可穿入Ø11～19 mm的电缆;控制、保护回路由控制模块、先导模块、处理模块、调理模块、键盘、液晶显示器等组成。

2真空组合开关的主要功能

(1) KJZ2-1500/1140Z型真空组合开关4路电源输入、11路负载输出, 强大的输出功能, 一台开关就能集中控制着综采工作面的采煤机、前后部刮板机、转载机破碎机、乳化液泵、喷雾泵等设备, 实现多台三相交流大功率电动机的启动、停止和顺序控制。

(2) KJZ2-1500/1140Z型真空组合开关保护、控制系统运用了DSP数字信号处理、CAN现场总线、自适应检测和网络化接口等创新技术, 实现数字化处理、控制、保护、中文显示、故障诊断和网络连接等功能。对所有设备的电动机及供电线路进行保护与控制, 能实现过载保护、短路保护、漏电闭锁保护、断相保护、欠压过压保护、后备跳闸保护。

(3) KJZ2-1500/1140Z型真空组合开关主显示器为中文液晶页面显示, 可显示各模块器件工作状态, 先导、通讯状态, 电流、电压、功率、绝缘电阻, 故障类别、故障点, 当前日期、时间、电网频率、箱体内环境温度等;可查询曾经发生过的故障, 并具有故障原因长期记忆查询功能。另外, 还设有几种由发光二极管组成的显示:①电源输入端有电显示;②隔离开关合闸后有电显示;③辅助单元、控制变压器有电显示;④驱动器工作显示;⑤各控制回路有电显示;⑥保护控制单元有电显示。

(4) KJZ2-1500/1140Z型真空组合开关的驱动单元中真空接触器在AC4类别载荷下, 电寿命不少于6万次, 耐用, 故障率低。

3真空组合开关的优点

(1) 实现了集中控制。

KJZ2-1500/1140Z型真空组合开关集馈电、启动控制为一体, 输入4回路, 输出11回路, 实现了集中控制, 减少了配电点控制设备数量, 1台开关就可替代原来的18台开关使用, 可集中控制工作面的采煤机、前后部刮板机、转载机、破碎机、乳化液泵、喷雾泵等设备。

(2) 设备轻巧, 拉移方便。

原来控制系统由于控制设备多, 每次设备向外拉移时, 拉移环节多, 拉移不方便, 给生产带来极大麻烦且效率低下, 影响生产正常进行。使用KJZ2-1500/1140Z型真空组合开关, 开关数量少, 拉移方便, 减少了拉移环节, 减轻工人的劳动强度, 提高了生产效率。

(3) 保护功能强大。

该设备能对综采工作面的所有电机、大功率机电设备进行综合保护。运用DSP数字信号处理、CAN现场总线、自适应检测和网络化接口等创新技术, 实现数字化处理、控制、保护、中文显示、故障诊断和网络连接等功能。故障判断正确直观, 维护检修方便, 改变了过去控制设备多、故障发生点多、维护量大的状况, 提高了控制系统的可靠性。

(4) 价格低。

KJZ2-1500/1140Z型开关控制系统较原来多开关控制节约设备购置费10万余元。

4效果对比

(1) 使用前。

综放面设备控制由KBZ-630/1140型真空馈电开关和QJZ-315/1140, QJZ-400/1140, QJZ-4×315/1140型真空启动器组成。630 A真空馈电开关需10台, 315 A真空启动器需4台, 400A真空启动器需1台, 4×315 A真空启动器需3台。开关数量多, 且线路复杂, 可能产生的故障点就多, 不利于安全生产的正常进行。

(2) 使用后。

21201综放工作面设备控制使用KJZ2-1500/1140Z型真空组合开关后, 其控制线路如图1所示。1台真空组合开关就可以集中控制所有设备, 集馈电、启动于一体。开关数量少, 线路简单, 通过半年使用很少发生故障, 几乎免于维护。

5结语

KJZ2-1500/1140Z型真空组合开关在千秋矿21201综放工作面使用后, 实现了矿井工作面数字化集中控制, 取得了较好的经济、社会效益, 值得推广应用。

真空组合开关篇2

【关键词】真空馈电开关；磁力启动器

DKZB-400/ll40矿用隔爆型真空馈电开关，主要用在煤矿井下，额定电压ll40V或660V、频率50Hz的配电系统中作线路总开关或分支开关，所控制电路的负荷电流为400A。矿用隔爆型真空磁力启动器，是一种新型矿用低压器产品，真空接触器把电弧封闭在真空开关管内，具有分断能力高、燃弧时间短，触头磨损小的特点，因而电寿命长。介质绝缘强度恢复速度快，适用于频繁操作。开距小，耗散功率小，而且又没有喷弧距离。体积小、质量轻、不飞弧、保护齐全，便于检修。在煤矿高、低压开关中已广泛运用。

1.矿用隔爆型真空馈电开关

1.1矿用隔爆真空馈电开关的组成与技术特征

本馈电开关主要由隔爆外壳、真空断路器、控制回路电源开关、芯板组件、检查开关、故障信号指示等组成。

1.2矿用隔爆真空馈电开关的保护性能

过电流脱扣器具有过载长延时动作和短路瞬时动作两段保护特性。过载保护整定电流从l60-400h六挡，短路保护整定电流从l200-4000A六种。

开关具有欠压脱扣线圈、分励脱扣线圈及电子式过电流脱扣器，欠压脱扣线圈与分励脱扣线圈亦是过电流脱扣器的执行环节。欠压脱扣线圈F的释放电压为35%-65%额定电压时失压线圈脱扣，开关脱扣、分闸。失压保护：当电网停电时失压线圈脱扣，开关脱扣、分闸。

1.3常见故障及处理方法

根据故障信号指示灯分析判断，白色为过载信号，跳闸后燃亮：红色为短路信号；兰色为真空开关漏气信号，合闸前指示。

2.磁力启动四常见故障原因及处理方法

2.1 BQD-80矿用隔爆型真空磁力启动器

BQD7-80矿用隔爆型真空磁力启动器丰要用作就地或远距离控制，电压660V、频率为50Hz的矿用隔爆型三相笼式电动机的启动和停止，并在停机时进行换向。

启动器主要由圆筒形隔爆外壳，两个接线箱，正面圆形主腔安装电气元件，真空接触器，限流热继电器，漏电保护插件，熔断器等组成。

2.2 BQD4-80、1200矿用隔爆真空电磁启动器

BQD4～80、120D矿用隔爆型真空电磁启动器可作为就地或远距离控制交流电压380V、660V的矿用隔爆型三相异步电动机的启动或停止，在允许变压器端接地时可实现程序控制，启动器可在所控制电动机停止时换向。

启动器主要由隔爆电缆接线腔、鼓形隔爆主腔、隔离开关手柄、按钮、卜腔内胶木板上固定着的低压真空接触器JDB-80（120G）电动机保护器、变压器、熔断器等电气元件组成。

技术特性：启动器额定工作电压380V、660V，额定工作电流80A、120A，控制电路电压36V。当电压为380V或660V，控制电动机最大功率分别为65kW、160kW。极限分断能力2500A，3次，换相隔离开关分断能力320-360A，正反各3次，吸合电压Ue。为75%-ll0%，释放电压Ue。不低于10%。

真空组合开关篇3

关键词：导电回路电阻,真空开关,测试处理

1 前言

目前, 电力系统中的真空开关已大量使用。和油开关相比, 真空开关具有开断容量大, 灭弧性能好, 机械性能好, 机械寿命长, 运行维护量少, 检修周期长等特点。由于实际开关结构的异同和技术人员对测试数据理解上的差异, 导电回路电阻存在不同的测试位置, 以下对真空开关导电回路电阻测试的位置提出建议。

2 真空开关结构

图1中所示为真空开关主回路结构简图, 导电回路电阻实际测试时就存在1和2 (动触头咬合棘爪) 和3和4 (连接导杆) 两个测试位置。显然, 两个部位涵盖的电阻是不同的。

2.1 测试数据反映的问题

参见图1, 可看出测试位置1和2涵盖了触头接触电阻、动触头至真空泡导电部分回路电阻以及真空泡内的合闸回路电阻三个部分;而测试位置3和4较测试位置1和2少了触头接触电阻的测量。以某水电站10k VⅡ段工作电源进线026真空断路器测试数据为例可见, 两个测试位置的试验数据有明显的差异。

2.2 真空开关常见故障

1) 绝缘故障:主要包括真空泡故障和本体绝缘件击穿等, 真空泡故障常见的是真空泡慢性漏气, 当真空泡的真空度下降到一定程度时, 触头分离时产生大量的电弧造成触头粘连或造成弧光短路, 从而引起电气事故。

2) 机械故障。真空开关机械故障表现形式多样, 一方面是机械部件磨损和损坏, 例如合闸机构传动件磨损、动触头损坏、动静触头错位等;另外就是相关的机械参数调整不当, 例如真空灭弧室动导电杆连接件开距过大, 柜体动触头与静触头过紧或过松等。

由表1与表2可知, 横向比较, C相导电回路电阻约为A、B两相的3倍, 如前文所述, 触头接触电阻、动触头至真空泡导电部分回路电阻以及真空泡内的合闸回路电阻, 三个部位故障均能导致回路电阻超标。结合表2测试数据, 可排除触头接触电阻故障, 推测可能为导电杆与真空泡连接位置接触不良或真空泡内的触头回路电阻超标。对开关导电杆与真空泡连接处螺丝以及软连接的打磨及拧紧处理后回路电阻测试结果正常, 复测试验数据见表3。

2.3 导电回路电阻测试目的

真空开关的预防性试验, 实质就是针对实际运行中可能存在的隐患或故障做定期的检查, 从而保证设备正常运行。

3 实际测试遇到的问题

3.1 主要问题

1) 测试数据常出现较大的分散性。

2) 测试仪器测试时的夹触方式对测试数据有较大影响。

3.2 原因分析

1) 动静触头接触电阻不稳定。在实践中, 影响动静触头接触电阻的因素是多方面的, 主要可分为机械磨损度、相关固件连接松紧度和检修处理中产生的附加电阻等。显然, 日常维护和检修工作都需要抽出柜体使触头分离, 长期操作会造成机械磨损, 会造成触头错位或损坏, 而相关固件连接松紧度, 一方面, 有长期使用及检修中造成的固件松弛。另一方面, 对于动触头咬合棘爪而言, 大修时, 需要检查动触头上的软联结夹片的松紧度。

2) 触头型式多样, 试验仪器夹触困难。测试仪器夹件不能很好的咬合动触头, 仪器测试的触点也不可避免测量了附加电阻, 因此测试位置或咬合度只要有细微变化, 数据就会产生明显的波动。

3.3 改进建议

1) 结合历年测试数据和实际触头状况进行试验, 尽可能保证三相测试部位及触头咬合方式一致, 数据分散时需要进行相关处理进行反复测试, 另外, 回路电阻测试仪采用直流双臂电桥, 实际测试时应注意电压极触头的测试位置以及与被试品的接触情况, 电压极触头要接近需测量的部位两端, 不能碰到电流极触头, 否则会测到电流极触头上通过电流产生的电压降, 造成试验误差。

2) 试验数据分析上, 不刻意追求回路电阻绝对数值, 应注重测试数据相间和纵向比较, 怀疑被试设备缺陷时, 应参考测试位置3-4 (连接导杆) 的测试数据进行综合判断, 建议提供测试部位1-2 (动触头咬合棘爪) 导电回路电阻的出厂数据, 从而为正确判断设备实际状况提供参考。

4 结束语

预防性试验是电力设备运行和维护工作中的一个重要环节, 是保证电力系统安全运行的有效手段, 通过上述方法, 保证测试数据的有效性对电力设备的安全运行起着重要作用。

参考文献

[1]DL/T 596—1996.电力设备预防性试验规程[S].中国电力出版社.

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[3]Q/YNDW 113.2.199-2006.真空断路器预防性试验作业指导书[Z].云南电网公司.

[4]刘建忠.真空开关使用中存在的几个问题[J].山东煤炭科技, 2008, 3.

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[6]黄炳华.一起真空开关爆炸事件探析[J].东方电气评论, 2003, 6, 17 (2) .

[7]杜彦明、顾霓鸿.国内配电开关设备现状及事故情况[J].电网技术, 2002, 2, 26 (2) :75.

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[9]黄又根.高压真空开关设备状态评估与故障分析[J].机电工程技术, 2002, 31 (7) :169.

真空组合开关篇4

关键词：组合真空玻璃,太阳辐射,透射比,反射比,吸收比

文章主要介绍由3片以上玻璃组成的“组合真空玻璃”与太阳辐射相关参数的计算,计算涉及的原理及方法大部分也适用于3片以上玻璃或透明材料构成的双中空、夹层玻璃的相关计算。

组合真空玻璃是把真空玻璃当成一片玻璃再与其它玻璃深加工技术结合而形成的“真空+中空”、“真空+夹层”等玻璃深加工产品,使真空玻璃与其它技术结合而取长补短,得到高隔热、高隔声且安全的综合性能优势[3]。如果真空玻璃再发展为双真空层玻璃,性能更为优越。可以把以上这些组合称为“超级玻璃”或“超级真空玻璃”[4],下面分别讨论上述几种组合真空玻璃的计算。

为了方便起见,现列出参考文献[2]中已推导出的计算2片玻璃构成的真空玻璃各项参数的部分公式:

计算可见光、紫外线、太阳辐射透射比和反射比的公式

$τ = \frac{τ_{1} τ_{2}}{1 - ρ^{'}_{1} ρ_{2}} (1)$

计算太阳辐射直接吸收比的公式

$\begin{array}{l} α_{12} = α_{1} + \frac{α^{'}_{1} τ_{1} ρ_{2}}{1 - ρ^{'}_{1} ρ_{2}} (3) \\ α_{1 \dot{2}} = \frac{α_{2} τ_{1}}{1 - ρ^{'}_{1} ρ_{2}} (4) \end{array}$

1 “真空+中空”组合玻璃与太阳辐射相关参数的计算

“真空+中空”组合真空玻璃有“中空+真空”和“中空+真空+中空”2种可能的结构,如图1所示。

1.1 “中空+真空”组合真空玻璃的计算

1.1.1 “中空+真空”可见光、紫外线、太阳辐射透射比、反射比的计算

在计算图1(a)中3片玻璃板构成的“中空+真空”结构的可见光、紫外线和太阳辐射透射比和反射比时,可以采用分步计算法,先算出真空玻璃的相关参数,然后把真空玻璃当作“一片”玻璃,利用式(1)和式(2)算出透射比和反射比。也可以用图中真空玻璃的透射比 $\frac{τ_{2} τ_{3}}{1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}}$ 代替(1)中的τ2,用反射比 $ρ_{2} + \frac{τ_{2}^{2} ρ_{3}}{1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}}$ 代替(1)中的ρ2,推导出3片玻璃的透射比

$τ = \frac{τ_{1} τ_{2} τ_{3}}{(1 - ρ^{'}_{1} ρ_{2}) (1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}) - τ_{2}^{2} ρ^{'}_{1} ρ_{3}} (5)$

同理,由式(2)可推导出3片玻璃的反射比

$ρ = ρ_{1} + \frac{τ_{1}^{2} ρ_{2} (1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}) + τ_{1}^{2} τ_{2}^{2} ρ_{3}}{(1 - ρ^{'}_{1} ρ_{2}) (1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}) - τ_{2}^{2} ρ^{'}_{1} ρ_{3}} (6)$

把3片玻璃的相关参数代入式(5)和式(6),也可以算出图1(a)“中空+真空”结构的透射比和反射比。

1.1.2 “中空+真空”结构太阳辐射直接吸收比的计算

在图1(a)3片玻璃的情况下,先把第2,3两片玻璃看作一个组合,利用前面公式(3)计算出第1片玻璃的吸收比

$α_{\dot{1} 23} = α_{1} + \frac{α^{'}_{1} τ_{1} ρ_{23}}{1 - ρ^{'}_{1} ρ_{23}}$

式中,ρ23是第2,3片玻璃组合后的反射比,由公式(2)可得

$ρ_{23} = ρ_{2} + \frac{τ_{2}^{2} ρ_{3}}{1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}}$

将此式代入上式并化简后可得

$α_{\dot{1} 23} = α_{1} + α^{'}_{1} \frac{τ_{1}_{2} (1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}) + τ_{1} τ_{2}^{2} ρ_{3}}{(1 - ρ^{'}_{1} ρ_{2}) (1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}) - τ_{2}^{2} ρ^{'}_{1} ρ_{3}} (7)$

再把第1、2两片玻璃看作一个组合,利用公式(4)计算出第3片玻璃的吸收比

$α_{12 \dot{3}} = \frac{α_{3} τ_{12}}{1 - ρ^{'}_{12} ρ_{3}}$

式中,τ12是第1、2两片玻璃组合后的透射比,根据公式(1)可得

$τ_{12} = \frac{τ_{1} τ_{2}}{1 - ρ^{'}_{1} ρ_{2}}$

ρ′12是第1、2两片玻璃组合射线由内射向外的反射比,根据公式(2)可得

$ρ^{'}_{12} = ρ^{'}_{2} + \frac{τ_{2}^{2} ρ^{'}_{1}}{1 - ρ^{'}_{1} ρ_{2}}$

将τ12、ρ′12代入,并化简,可得

$α_{12 \dot{3}} = \frac{τ_{τ} 1_{2} α_{3}}{(1 - ρ^{'}_{1} ρ_{2}) (1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}) - τ_{2}^{2} ρ^{'}_{1} ρ_{3}} (8)$

为了求出第2片玻璃的吸收比 $α_{1 \dot{2} 3}$ ,可以有多种途径,这里选择其中一种作推导,其思路可由公式: $α_{1 \dot{2} 3} = α_{1 \dot{2} \dot{3}} - α_{12 \dot{3}}$ 表示,即先求出2、3两片玻璃组合的吸收比 $α_{1 \dot{2} \dot{3}}$ ,再减去第3片的吸收比 $α_{12 \dot{3}}$ ,即可得到 $α_{1 \dot{2} 3}$ 。推导如下

由公式(4)可得

$α_{1 \dot{2} \dot{3}} = \frac{α_{23} τ_{1}}{1 - ρ^{'}_{1} ρ_{23}}$

式中,α23=1-ρ23-τ23。

由公式(1)可得 $τ_{23} = \frac{τ_{2} τ_{3}}{1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}}$

由公式(2)可得

$ρ_{23} = ρ_{2} + \frac{τ_{2}^{2} ρ_{3}}{1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}} = \frac{ρ_{1} (1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}) + τ_{2}^{2} ρ_{3}}{1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}}$

故

$α_{23} = \frac{(1 - ρ_{2}) (1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}) - τ_{2}^{2} ρ_{3} - τ_{2} τ_{3}}{1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}}$

由此可得

$\begin{array}{l} α_{1 \dot{2} \dot{3}} = [τ_{1} (1 - ρ_{2}) (1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}) - τ_{1} τ_{2}^{2} ρ_{3} - τ_{1} τ_{2} τ_{3} - τ_{1} τ_{2} α_{3}] / [(1 - ρ^{'}_{1} ρ_{2}) (1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}) - τ_{2}^{2} ρ^{'}_{1} ρ_{3}] \\ α_{1 \dot{2} 3} = α_{1 \dot{2} \dot{3}} - α_{12 \dot{3}} = [τ_{1} (1 - ρ_{2}) (1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}) - τ_{1} τ_{2}^{2} ρ_{3} - τ_{1} τ_{2} τ_{3}] / [(1 - ρ^{'}_{1} ρ_{2}) (1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}) - τ_{2}^{2} ρ^{'}_{1} ρ_{3}] \end{array}$

将1-ρ2=τ2+α2,α3=1-τ3-ρ3代入上式并化简得到

$α_{1 \dot{2} 3} = [τ_{1} α_{2} (1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}) - τ_{1} τ_{2} ρ^{'}_{2} ρ_{3} - τ_{1} τ_{2}^{2} ρ_{3} - τ_{1} τ_{2} ρ_{3}] / [(1 - ρ^{'}_{1} ρ_{2}) (1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}) - τ_{2}^{2} ρ^{'}_{1} ρ_{3}]$

将上式分母第二项中的ρ′2用1-τ2-α′2代替并化简后得到

$α_{1 \dot{2} 3} = [τ_{1} (1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}) α_{2} + τ_{1} τ_{2} ρ_{3} α^{'}_{2}] / [(1 - ρ^{'}_{1} ρ_{2}) (1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}) - τ_{2}^{2} ρ^{'}_{1} ρ_{3}] (9)$

此式物理意义非常清楚,第一项有α2因子,代表第2片玻璃正面(辐射由外向内射入方向)的吸收项,第二项有α′2因子,代表从反面的吸收项。上面推导中有意引入α2和α′2也正基于此。同理也可以分析公式(7)和(8)的物理意义。

1.1.3 “中空+真空”结构太阳辐射总透射比及遮阳系数的计算

常用“中空+真空”结构有2种安装方式,如图2所示。

参考文献[2]中3.5,真空玻璃太阳辐射总透射比的计算的相同原理,可根据图3写出向内的二次辐射传递系数qi

$\begin{array}{l} q_{i} = \frac{R_{外}}{R_{外} + R_{中空} + R_{真空} + R_{内}} α_{\dot{1} 23} + \\ \frac{R_{外} + R_{中空}}{R_{外} + R_{中空} + R_{真空} + R_{内}} α_{1 \dot{2} 3} + \\ \frac{R_{外} + R_{中空} + R_{真空}}{R_{外} + R_{中空} + R_{真空} + R_{内}} α_{12 \dot{3}} = \\ \frac{R_{外}}{R_{传}} α_{\dot{1} 23} + \frac{R_{外} + R_{中空}}{R_{传}} α_{1 \dot{2} 3} + \\ \frac{R_{外} + R_{中空} + R_{真空}}{R_{传}} α_{12 \dot{3}} = \\ \frac{R_{外}}{R_{传}} α_{\dot{1} 23} + \frac{R_{外} + R_{中空}}{R_{传}} α_{1 \dot{2} 3} + \frac{R_{外} + R_{组合}}{R_{传}} α_{12 \dot{3}} (10) \end{array}$

式中,R组合为“中空+真空”组合的总热阻;R传=R外+R中空+R真空+R内为传热阻。

由此可算出太阳辐射总透射比g(或得热系数SHGC ):g=τe+qi,并由Se=g/τs求出遮阳系数Se。用标准真空玻璃与6 mm普通白玻组合成“真空+中空”后的参数,汇总列于表1。

1.2 “中空+真空+中空”组合真空玻璃的计算

1.2.1 “中空+真空+中空”可见光、紫外线、太阳辐射3种射线透射比、反射比的计算

对于图1(b)“中空+真空+中空”结构中涉及4片玻璃的情况也可以采取分步计算法,先算出真空玻璃的参数,再把此参数当作一片玻璃的参数代入公式(5)和(6)即可算出透过比和反射比。当然也可以推导出4片玻璃的总公式来进行计算,只要用 $\frac{τ_{3} τ_{4}}{1 - ρ^{'}_{3} ρ_{4}}$ 代替(5)中的τ3,用 $ρ_{3} + \frac{τ_{3}^{2} ρ_{4}}{1 - ρ^{'}_{3} ρ_{4}}$ 代替式(5)和式(6)中的ρ3,就可推导出4片玻璃的透射比

τ=[τ1τ2τ3τ4]/[(1-ρ′1ρ2)(1-ρ′2ρ3)(1-ρ′3ρ4)-τ $_{2}^{2}$ ρ′1ρ3(1-ρ′3ρ4)-τ $_{3}^{2}$ ρ′2ρ4(1-ρ′1ρ2)-τ22τ $_{3}^{2}$ ρ′1ρ4] (11)

及4片玻璃的反射比

ρ=ρ1+[τ $_{1}^{2}$ ρ2(1-ρ′2ρ3)(1-ρ′3ρ4)+τ $_{1}^{2}$ τ $_{2}^{2}$ ρ3(1-ρ′3ρ4)-τ $_{1}^{2}$ τ $_{3}^{2}$ ρ2ρ′2ρ4+τ $_{2}^{2}$ τ $_{2}^{2}$ τ $_{3}^{2}$ ρ4]/[(1-ρ′1ρ2)(1-ρ′2ρ3)(1-ρ′3ρ4)-τ $_{2}^{2}$ ρ′1ρ3(1-ρ′3ρ4)-τ $_{3}^{2}$ ρ′2ρ4(1-ρ′1ρ2)-τ $_{2}^{2}$ τ $_{3}^{2}$ ρ′1ρ4] (12)

1.2.2 “中空+真空+中空”太阳辐射直接吸收比的计算

在图1(b)所示4片玻璃的情况下,可参照1.1.2的方法,先把2、3、4三片玻璃看作一个组合,利用前面公式(3)计算出第一片玻璃的吸收比

$α_{\dot{1} 234} = α_{1} + \frac{α^{'}_{1} τ_{1} ρ_{234}}{1 - ρ^{'}_{1} ρ_{234}}$

式中,ρ234是第2、3、4 三片玻璃组合的反射比,由公式(6)可得

ρ234=ρ2+[τ $_{2}^{2}$ ρ3(1-ρ′3ρ4)+τ $_{2}^{2}$ τ $_{3}^{2}$ ρ4]/[(1-ρ′2ρ3)(1-ρ′3ρ4)-τ $_{2}^{2}$ ρ′2ρ4]

将此式代入前式并化简可得

$α_{\dot{1} 234} = α_{1} + α^{'}_{1} [τ_{1} ρ_{2} (1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}) (1 - ρ^{'}_{3} ρ_{4}) + τ_{1} τ_{2}^{2} ρ_{3} (1 - ρ^{'}_{3} ρ_{4}) - τ_{1} τ_{3}^{2} ρ_{2} ρ^{'}_{2} ρ_{4} + τ_{1} τ_{2}^{2} τ_{3}^{2} ρ_{4}] / [(1 - ρ^{'}_{1} ρ_{2}) (1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}) (1 - ρ^{'}_{3} ρ_{4}) - τ_{3}^{2} ρ^{'}_{2} ρ_{4} (1 - ρ^{'}_{1} ρ_{2}) - τ_{2}^{2} ρ^{'}_{1} ρ_{3} (1 - ρ^{'}_{3} ρ_{4}) - τ_{2}^{2} τ_{3}^{2} ρ^{'}_{1} ρ_{4}] (13)$

同理,可以把1、2、3三片玻璃看作一个组合,利用前面公式(4)计算出第4片玻璃的吸收比

$α_{123 \dot{4}} = \frac{α_{4} τ_{123}}{1 - ρ^{'}_{123} ρ_{4}}$

式中,τ123是1、2、3三片玻璃组合的透射比,由公式(5)可得

$τ_{123} = \frac{τ_{1} τ_{2} τ_{3}}{(1 - ρ^{'}_{1} ρ_{2}) (1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}) - τ_{2}^{2} ρ^{'}_{1} ρ_{3}}$

ρ′123是1、2、3三片玻璃组合的反向反射比,由公式(6)可得

$ρ^{'}_{123} = ρ^{'}_{3} + \frac{τ_{3}^{2} ρ^{'}_{2} (1 - ρ_{2} ρ^{'}_{1}) + τ_{3}^{2} τ_{2}^{2} ρ^{'}_{1}}{(1 - ρ_{3} ρ^{'}_{2}) (1 - ρ_{2} ρ^{'}_{1}) - τ_{2}^{2} ρ_{3} ρ^{'}_{1}}$

将此二式代入前式并化简可得

$α_{123 \dot{4}} = [τ_{1} τ_{2} τ_{3} α_{4}] / [(1 - ρ^{'}_{1} ρ_{2}) (1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}) (1 - ρ^{'}_{3} ρ_{4}) - τ_{3}^{2} ρ^{'}_{2} ρ_{4} (1 - ρ^{'}_{1} ρ_{2}) - τ_{2}^{2} ρ^{'}_{1} ρ_{3} (1 - ρ^{'}_{3} ρ_{4}) - τ_{2}^{2} τ_{3}^{2} ρ^{'}_{1} ρ_{4}] (14)$

为求第2片玻璃的吸收比可以有多种途径,这里选择其中一种作推导:其思路可由公式 $α_{1 \dot{2} 34} = α_{1 \dot{2} \dot{3} \dot{4}} - α_{12 \dot{3} \dot{4}}$ 表示,即先推算出2、3、4三片玻璃组合的吸收比 $α_{1 \dot{2} \dot{3} \dot{4}}$ ,再减去3、4两片玻璃组合的吸收比 $α_{12 \dot{3} \dot{4}}$ ,即可得到 $α_{1 \dot{2} 34}$ 。

推导如下:

由公式(4)可得

$α_{1 \dot{2} \dot{3} \dot{4}} = \frac{α_{234} τ_{1}}{1 - ρ^{'}_{1} ρ_{234}}$

式中,α234=1-τ234-ρ234。

由公式(5)可得

$τ_{234} = \frac{τ_{2} τ_{3} τ_{4}}{(1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}) (1 - ρ^{'}_{3} ρ_{4}) - ρ^{'}_{2} τ_{3}^{2} ρ_{4}}$

由公式(6)可得

$ρ_{234} = ρ_{2} + \frac{τ_{2}^{2} ρ_{3} (1 - ρ^{'}_{3} ρ_{4}) + τ_{2}^{2} τ_{3}^{2} ρ_{4}}{(1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}) (1 - ρ^{'}_{3} ρ_{4}) - ρ^{'}_{2} τ_{3}^{2} ρ_{4}}$

故

α234={(1-ρ2)[(1-ρ′2ρ3)(1-ρ′3ρ4)-ρ′2τ $_{3}^{2}$ ρ4]-[τ $_{2}^{2}$ ρ3(1-ρ′3ρ4)+τ $_{2}^{2}$ τ $_{3}^{2}$ ρ4]-τ2τ3τ4}[(1-ρ′2ρ3)(1-ρ′3ρ4)-ρ′2τ $_{3}^{2}$ ρ4]

由此可得

$\begin{array}{l} α_{1 \dot{2} \dot{3} \dot{4}} = {τ_{1} {(1 - ρ_{2} [(1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}) (1 - ρ^{'}_{3} ρ_{4}) - ρ^{'}_{2} т_{3}^{2} ρ_{4}] - [τ_{2}^{2} ρ_{3} (1 - ρ^{'}_{3} ρ_{4}) + τ_{2}^{2} τ_{3}^{2} ρ_{4}] - τ_{2} τ_{3} τ_{4}}} / [(1 - ρ^{'}_{1} ρ_{2}) (1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}) (1 - ρ^{'}_{3} ρ_{4}) - τ_{3}^{2} ρ^{'}_{2} ρ_{4} (1 - ρ^{'}_{1} ρ_{2}) - τ_{2}^{2} ρ^{'}_{1} ρ_{3} (1 - ρ^{'}_{3} ρ_{4}) - τ_{2}^{2} τ_{3}^{2} ρ^{'}_{1} ρ_{4}] \\ α_{1 \dot{2} 34} = α_{1 \dot{2} \dot{3} \dot{4}} - α_{12 \dot{3} \dot{4}} = {[τ_{1} (1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}) (1 - ρ^{'}_{3} ρ_{4}) - τ_{1} τ_{3}^{2} ρ^{'}_{2} ρ_{4}] α_{2} + [τ_{1} τ_{2} ρ_{3} (1 - ρ^{'}_{3} ρ_{4}) + τ_{1} τ_{2} τ_{3}^{2} ρ_{4}] α^{'}_{2}} / [(1 - ρ^{'}_{1} ρ_{2}) (1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}) (1 - ρ^{'}_{3} ρ_{4}) - τ_{3}^{2} ρ^{'}_{2} ρ_{4} (1 - ρ^{'}_{1} ρ_{2}) - τ_{2}^{2} ρ^{'}_{1} ρ_{3} (1 - ρ^{'}_{3} ρ_{4}) - τ_{2}^{2} τ_{3}^{2} ρ^{'}_{1} ρ_{4}] (15) \end{array}$

同理,为求第3片玻璃的吸收比 $α_{12 \dot{3} 4}$ ,可先求出3、4两片玻璃组合的吸收比 $α_{12 \dot{3} \dot{4}}$ ,再减去第4片的吸收比 $α_{123 \dot{4}}$ ,即可得到,其思路可由公式表示为: $α_{12 \dot{3} 4} = α_{12 \dot{3} \dot{4}} - α_{123 \dot{4}}$

推导如下:

由公式(4)可得

$α_{12 \dot{3} \dot{4}} = \frac{α_{34} τ_{12}}{1 - ρ^{'}_{12} ρ_{34}}$

式中, $α_{34} = α_{\dot{3} 4} + α_{3 \dot{4}} = α_{3} + {α^{'}_{3} τ_{4} ρ_{4}} / [1 - ρ^{'}_{3} ρ_{4}] + [α_{4} τ_{3}] / [1 - ρ^{'}_{3} ρ_{4}] = [α_{3} (1 - ρ^{'}_{3} ρ_{4}) + τ_{3} ρ_{4} α^{'}_{3} + τ_{1} τ_{2} τ_{3} α_{4}] / [1 - ρ^{'}_{3} ρ_{4}]$

由公式(1)可得

$\begin{array}{l} τ_{12} = \frac{τ_{1} τ_{2}}{1 - ρ^{'}_{1} ρ_{2}} \\ ρ^{'}_{12} = ρ^{'}_{2} + \frac{τ_{2}^{2} ρ^{'}_{1}}{1 - ρ^{'}_{1} ρ_{2}} \end{array}$

由公式(2)可得

$ρ_{34} = ρ_{3} + \frac{τ_{3}^{2} ρ_{4}}{1 - ρ^{'}_{3} ρ_{4}}$

故

$\begin{array}{l} α_{12 \dot{3} \dot{4}} = [τ_{1} τ_{2} (1 - ρ^{'}_{3} ρ_{4}) α_{3} + τ_{1} τ_{2} τ_{3} ρ_{4} α^{'}_{3} + τ_{1} τ_{2} τ_{3} α_{4}] / [(1 - ρ^{'}_{1} ρ_{2}) (1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}) (1 - ρ^{'}_{3} ρ_{4}) - τ_{3}^{2} ρ^{'}_{2} ρ_{4} (1 - ρ^{'}_{1} ρ_{2}) - τ_{2}^{2} ρ^{'}_{1} ρ_{3} (1 - ρ^{'}_{3} ρ_{4}) - τ_{2}^{2} τ_{3}^{2} ρ^{'}_{1} ρ_{4}] \\ α_{12 \dot{3} 4} = α_{12 \dot{3} \dot{4}} - α_{123 \dot{4}} = [τ_{1} τ_{2} (1 - ρ^{'}_{3} ρ_{4}) α_{3} + τ_{1} τ_{2} τ_{3} ρ_{4} α^{'}_{3}] / [(1 - ρ^{'}_{1} ρ_{2}) (1 - ρ^{'}_{2} ρ_{3}) (1 - ρ^{'}_{3} ρ_{4}) - τ_{3}^{2} ρ^{'}_{2} ρ_{4} (1 - ρ^{'}_{1} ρ_{2}) - τ_{2}^{2} ρ^{'}_{1} ρ_{3} (1 - ρ^{'}_{3} ρ_{4}) - τ_{2}^{2} τ_{3}^{2} ρ_{1}] (16) \end{array}$

1.2.3 “中空+真空+中空”太阳辐射总透射比和遮阳系数的计算

“中空+真空+中空”结构一般情况下只选用一层LOW-E膜,而且为了提高热阻,降低K值,把LOW-E膜置于真空玻璃内表面,在安装时有图4(a)和图4(b)2种方式。

图5为“中空+真空+中空”结构向内外二次辐射示意图。由图5可以得到向内二次辐射传递系数qi的表达式为

$\begin{array}{l} q_{i} = \frac{R_{外}}{R_{传}} α_{\dot{1} 234} + \frac{R_{外} + R_{中空 1}}{R_{传}} α_{1 \dot{2} 34} + \\ \frac{R_{外} + R_{中空 1} + R_{真空}}{R_{传}} α_{12 \dot{3} 4} + \\ \frac{R_{外} + R_{中空 1} + R_{中空 2}}{R_{传}} α_{123 \dot{4}} (17) \end{array}$

式(17)中传热阻R传=R外+R中空1+R真空+R中空2+R内

由式(17)计算出qi后就可进一步计算出太阳辐射总透射比SHGC=τe+qi,遮阳系数 $S_{e} = \frac{S Η G C}{τ_{s}}$

将标准真空玻璃与2片6 mm普通白玻组合成“中空+真空+中空”结构的太阳辐射相关参数列于表2。

注:N4为4 mm白玻;N6为6 mm白玻;V为0.15 mm真空层;A12为12 mm空气。

2组合真空夹层玻璃与太阳辐射相关参数的计算

组合真空夹层玻璃一般有图6(a)、图6(b)、图6(c)3种结构。

可将夹层玻璃作为“一片”玻璃,将其参数代入该文前面推导出的相关公式计算出图6中3种结构及不同安装方式的与太阳辐射相关参数。

由耀华科达新材料有限公司提供的夹层玻璃的相关参数如表3所示,其结构为N5+E0.38+N5。

注:N5为5 mm白玻;E0.38为0.38 mm EVA膜。

作为计算例,将此结构的夹层玻璃组合成图6(c)“夹层真空+中空”结构(LOW-E膜在从左数第5表面),此结构与太阳辐射相关参数列于表4。

注:N4为4 mm白玻;V为0.15 mm真空层;E0.38为0.38 mmEVA膜;A12为12 mm空气。

3双真空层玻璃与太阳辐射相关参数计算

双真空层玻璃按镀膜玻璃数量的不同有图7(a)、图7(b)、图7(c)3种基本结构。(若采用三片镀膜玻璃,可见光的透过率太低,而且对K值的贡献与增加的成本不成比例,故不采用)。

图7(b)两片白玻与一片镀膜玻璃组成的双真空层玻璃按膜面的位置不同有如图8(a)、图(b)2种结构,此2种结构又有如图9所示4种安装方式。

图7(c)一片白玻与两片镀膜玻璃组成的双真空层玻璃按膜面的位置不同,有如图10所示2种结构。

图10(a)结构又有如图11所示2种安装方式

双真空层玻璃与太阳辐射相关参数的计算与“中空+真空”结构的计算方式类似,可以把其中两片玻璃组成的真空玻璃当做“一片”玻璃,利用前面1.1中的方法计算,也可以用前面1.1中3片玻璃的公式计算。

表5列出了用表1中序号1的镀膜玻璃与序号4的白玻制成的上述几种双真空层玻璃与太阳辐射相关参数。

由以上论述可以看出,与普通真空玻璃相比,组合真空玻璃的遮阳系数都有所下降,降低了太阳辐射向室内传热,而且传热系数降低,又大大减少了温差引起的传热,增强了隔热保温效果;通过与钢化玻璃组合成“中空+真空”结构或制成夹胶玻璃,解决了普通真空玻璃的安全问题,使安全性提高。缺点是组合后整体厚度增大,重量增加,可见光透射比降低。

参考文献

[1]唐健正.真空玻璃传热系数的简易计算[J].建筑门窗幕墙与设备,2006,(3).

[2]唐健正,王立国,李洋.真空玻璃与太阳辐射相关参数的计算.

[3]唐健正,朱亚勇.真空玻璃的综合性能优势[J].中国玻璃资讯,2006,(1).

真空组合开关篇5

真空断路器一般由导电及灭弧系统，本体、传运系统及操动机构组成。其中真空灭弧室为真空断路器的心脏，操动机构为其神经中枢，两者对真空断路器至为重要。

中压真空断路器的结构框图见图1。

我国真空断路器已有几十年的发展史，成为中压户内主导产品，产量大，新品不断涌现。现在户内真空断路器已形成一个庞大的型号体系，有上百个型号。为便于了解，本文从产品的研发、结构演变及产品类型等方面作如下分析。

从过去、现在和将来看，可将其研发分为4个阶段：初始研发阶段;发展阶段;提高阶段;模块智能化阶段。

1.1 第一阶段：初发阶段

在此时期，国内以ZN3、ZN5真空断路器为典型代表产品，使用铜铋等触头材料，开断、抗击穿等性能均较差，性能也不够稳定，断流水平只在20kA以下，与少油断路器相比，无明显优越性。它所使用的操动机构，无论电磁还是弹簧机构，要达到1万次寿命都有较大难度。

1.2 第二阶段：发展阶段

在此时期，以ZN12、ZN28等同类产品为典型代表，此类产品无论是开断性能，还是使用寿命，均得到大幅度提高。特别是ZN28产品，产量大，覆盖面广，目前仍是国内市场主导产品之一。此阶段产品性能提高主要在以下几个方面：

(1)灭弧室。 (1) 使用了铜铬触头材料，具有良好的开断能力、耐击穿、导电等综合性能; (2) 纵磁场触头结构的使用，使开断时产生的聚集型电弧变为扩散型电弧，极大地提高了灭弧室的开断能力; (3) 使用中封式结构，使灭弧室内电场更加均匀; (4) 在原有玻璃外壳的基础上，又发展了陶瓷外壳，使工业化流水线方式生产成为可能，易于降低成本; (5) 体积大大减小，甚至小于国外同类产品，而开断能力更大。

(2)操动机构。 (1) 重新设计了电磁机构、弹簧机构，如：CD17型、CT17、19型，突破了原CD10、CT8等机构2千次的寿命极限，轻轻松松即可达到1万次的寿命要求。弹簧机构的大量使用，使用户甩掉了笨重的电源系统，与国外使用方式趋于一致; (2) ZN28断路器设计又可配用原CD10、CT8机构，适应了原有的少油断路器改造———无油化的要求。

(3)整体结构。 (1) 一次导电回路与机构箱体前后布置的形式便于调试检修; (2) 可配原有国产的各种型号开关柜，适应面广。

ZN28断路器的出现，使真空断路器的性能大大提高，与第一阶段产品相比较，开断容量在12kV等级可增加2～3倍，最大达到63kA，其短路电流开断寿命甚至成10倍增加。如31.5kA产品开断30次、50次甚至75次。ZN28同时代的产品除ZN12外，多为此两产品的改造型，灭弧室、操动机构等都使用同种产品，性能也都与其相当。

1.3 第三阶段：提高阶段

由于受国外产品的影响，国内产品开始向追求加工精度、外观质量、减少调整环节、保证一致性、免维护等方面努力。此阶段的代表产品即ZN63系列产品(ZN63A.B.C)，国外产品如ABB公司VD4、西门子公司的3AH等同属此类产品。ZN63系列产品虽是近几年才出现的，但它发展势头迅猛，是国内产品又上一个台阶的重大标志。与ZN28相比，它主要不是表现在性能上，而是以下几个方面：

(1)使用专门设计的一体化弹簧机构，最大限度地保证灭弧室要求的机械性能，且不易变化，从而使断路器的工作可靠性大大提高。

(2)国内真空断路器的加工水平向世界水平靠拢，开始使用专业化方式生产断路器。如使用加工中心等高精度加工设备加工零部件;焊接机器手焊接机箱，关键部位采用特殊材料与工艺;装配中大量使用装配夹及定力矩扳手等工具。尽可能少调整或不调整来保证参数，使用流水线方式批量生产。

(3)导电部位采用复合绝缘方式，使断路器整体结构更紧凑，体积更小，特别适用于较小的场所和现在流行的中置式开关柜。

(4)外观质量大大提高。不像原来国内产品仅注意内在质量，而是开始在产品外观上做文章。

1.4 第四阶段：模块智能化阶段

综合世界真空断路器的发展，我国真空断路器将走向模块化、智能化和一机多能化。

(1)智能化。提高运行可靠性。遇到异常或故障，会自动处理或提醒工人处理，可防患于未然;定期检修改状态检修，减少了维修费用和停电时间;电力系统自动化，无人值守，提高了工作效率和质量。

智能化包括： (1) 监测灭弧室真空度; (2) 监测分合闸线圈、过流线圈工作状况; (3) 监测断路器分合闸速度、开柜、接触行程及触头磨损状况; (4) 监测电机储能状况、辅助开关转换情况、操作次数计数; (5) 实现欠电压、过电流保护，机构电气闭锁保护; (6) 监测断路器的机械振动情况。

(2)模块化。将断路器分为框架模块、绝缘模块、手车模块、操动机构模块、灭弧室模块等，这样便于制造、安装，提高整机性能。

(3)一机多功能化。一般真空断路器只有关合和开断功能，而国外已出现多功能断路器。如西门子公司最新研制的NXAct型真空断路器，集关合、开断、隔离、接地、联锁于一体，使用Siprctec 4型数字监控装置，并集保护、控制、测量、通信、操作、监视及整个程序控制于一体;Areva公司的VISAX型中置柜中的真空断路器也起关合、开断和隔离功能;日立公司最新开发的复合式真空灭弧室，集关合、开断、隔离、接地于一体，大大简化了24kV开关柜的结构。

总之，在模块化、智能化和一机多功能化方面，国外已走出了成功的一步，我国也正朝这一方向努力。

2 中压真空断路器的结构演变

真空断路器从结构演变看，大致可分为3种类型。

2.1 分体式

通常采用悬挂布置或综合布置。断路器的灭弧室部分和操动机构部分为分体式，典型产品如ZN28A系列，操动机构配用CD17-CD19等(见图2)。

2.2 整体式

断路器的灭弧室和操动机构设置在一个几何尺寸尽量小的共同框驾上。弹簧操动机构采用平面布置，操动机构的零部件固定在真空断路器的机架上。断路器位置配合精度、整体刚度大为提高，很容易实现断路器功能单元的模块化设计，同时安装、调试、检修均非常方便。典型产品如ZN12系列真空断路器，布置图见图3。

2.3 整体式复合绝缘或全绝缘型

由一浇注的绝缘框架或管状绝缘体支撑真空灭弧室，有效地防止真空灭弧室受到机械或电气的损害，同时改善了电场分布，使相与地的绝缘可满足湿热及严重污秽环境要求。

此类断路器最大的优点在于其结构紧凑、体积小巧，用较小的功即可操动，因而操动机构的磨损也极小。这些特点决定了该类真空断路器不但具有优良的电气、绝缘性能，而且还具有较高的可靠性、较长的使用寿命。典型产品如ZN63A (VS1)真空断路器，结构布置图见图4。

3 中压真空断路器的产品类型

产品类型可按国内企业(国企)和合资企业(合企)来分类。

3.1 国企产品

国企产品大致分为3种类型：(1)引进技术并国产化类型。如ZN12型引进西门子3AF系列，ZN51型引进西门子3AG型，ZN18型引进东芝VK系列，ZN21型引进比利时EIB公司VB-5型等;(2)自行设计的产品。如ZN28-12型、ZN15-12型、ZN30-12型等。其中ZN28-12型产量大，用量广，可配电磁或弹簧操动机构，如CD17、CT17和CT19等;(3)借鉴国外同类产品基础自行研发的产品。如ZN63A-12型(VSI型)参照VD4型，ZN65A-12型参照3AH型等。

这些产品保留了国外产品的特点，同时根据中国国情作了结构上的创新。如ZN63A-12型根据中国国情在绝缘件选择上保证了国标要求达到的绝缘水平(即沿面爬距230mm)。此外，在以下方面采用了新结构： (1) 虽仍使用弹簧操动机构，但没有使用VD4型的涡卷弹簧，而改用传统的螺旋弹簧; (2) 使用液压缓冲器。而VD4型无专门缓冲器，它使用凸轮防止反弹。

国内继ZN63A型产品之后，又开发出ZN63M (VSm型)型真空断路器。该产品的最大特点是相柱固封并配用永磁操动机构。该产品参数为12kV/1250A/31.5kA, 2000年6月通过全部型式试验，额定短路电流开断次数50次，断路器机械寿命6万次，机构寿命10万次。断路器相柱的绝缘从空气绝缘———复合绝缘———固封绝缘，使之小型化，且提高了耐环境性。在固封相柱中，巧妙的设计形成一个风道，以加强散热效果。相柱的固封，经过反复试验，终于用一种特殊的环氧树脂配方和工艺获得成功。永磁操动机构不同于电磁和弹簧机构，是一种崭新的操动技术，它利用电磁铁操动，用永久磁铁锁扣，用电容器储能并用电子控制。其特点是结构简单，大大减少了机械零件数，同时提高了机械寿命，机构寿命可达10万次。还有永磁机构提供的力———行程特性能与真空断路器要求的特性很好的匹配。这种永磁机构为双稳态。该产品已投入生产和使用。继户内永磁真空断路器之后，又开发出VS2a、VS2b型12kV/1250A/20kA户外永磁真空断路器。

3.2 合企产品

真空组合开关篇6

高压定相工作简介, 在三相电力系统中各相的电压或电流依其先后顺序分别达到最大值的次序, 称为相序;三相电压在同一时间所处的位置, 就是相位。在电力系统中, 发电机、变压器等的相序和相位是否一致, 直接关系到它们能否并列运行。高压定相工作就是验证两路电源的相位是否相同, 以确保这两路电源能正确运行。

10k V中置柜式真空开关在电力系统中已基本取代老旧落地式少油断路器, 在系统中比重巨大。目前其高压定相作业需5名工作人员, 其中2名工作人员负责固定小车挡板。即使这样小车挡板仍难以固定稳定, 容易出现滑脱现象, 造成设备损坏, 甚至有可能造成短路。我们跟踪了20件次10k V高压开关核相作业, 对其中的挡板固定时间加以纪录, 发现固定挡板时间平均为5.59分钟, 平均滑落次数为2.5次。根据以上从现场实际操作得到的案例分析, 我们得出10k V中置柜开关定相存在的主要问题即为为柜内挡板固定不稳定。

2 解决方案

针对课题提出了两种相应的解决方案, 分别是A设计方案:轨道式中置柜挡板定位器;B设计方案:钳形开距可调式中置柜挡板定位器。并针对各个方案通过现场实际测量, 以及计算机建模加以论证, 最终通过现场实践以得出最优方案。

3 装置设计制作

3.1 材料选择。

考虑该装置与设备带电部位距离接近最低安全绝缘距离, 手持部分应采用环氧树脂材料, 能满足其介电性能高和材质轻的要求;定位支撑部分我们从材料的机械强度, 抗腐蚀性, 经济等几个方面进行对材料的筛选, 采用铝合金制材料进行加工。

3.2 器身设计。

根据小车挡板驱动机构的物理结构, 设计一个支撑装置, 使其能推动挡板驱动倒杆支柱, 将封闭挡板打开, 并在打开之后能够可靠的固定挡板。根据该原理, 分别设计A、B两套装置。图1为10k V真空开关小车挡板驱动倒杆支柱运动示意

3.2.1 A设计方案:

轨道式中置柜挡板定位器。利用中置柜小车挡板驱动倒杆支柱可滚动前进的特定, 将定位器支撑部分设计为轨道结构, 使倒杆支柱在轨道中运动, 达到驱动小车挡板提升的目的。图2为轨道式中置柜挡板定位器侧视、正视、俯视图。

3.2.2 B设计方案:

钳形开距可调式中置柜挡板定位器。根据中置柜小车挡板驱动倒杆支柱的工作原理, 当小车挡板提升时, 倒杆支柱运动方式为向前收缩运动, 即随着小车挡板的提升两个倒杆支柱的开距逐渐缩小。设计钳形开距可调式中置柜挡板定位器。以驱动倒杆支柱运动, 达到驱动小车挡板提升的目的。图3为钳形开距可调式中置柜挡板定位器位器侧视图。

3.3 现场检验。

经检验, 方案A———轨道式提升器可以打开小车挡板, 但遇到阻尼较大的挡板倒杆弹簧时, 存在操作困难, 不能很顺利打开挡板。方案B———开距可调式提升器可以顺利打开小车挡板, 并且满足挡板固定快速、稳定、可靠的要求。如图所示, 小车挡板定位稳定可靠。方案B设计成功。

4 效果检查

如表1所示, 我们又进行了7次对使用钳形开距可调小车挡板提升器的高压定相工作的跟踪, 平均固定挡板时间仅为18秒即0.3分钟。

由于我们采用了新研制的10k V小车挡板提升器代替运行人员用绝缘拉杆定位小车挡板, 挡板固定稳定可靠, 挡板定位所需时间由原来的5.59分钟减少到现在的0.3分钟, 平均滑落次数由原来的2.5次降至0次, 作业人员则5人减少至3人, 定相向工作的效率得到显著提高。

同时, 由于采用10k V小车挡板提升器替代了运行人员用绝缘拉杆定位小车挡板, 实现利用支撑装置固定挡板, 使试验人员远离设备带电部位, 保证了人员作业安全, 使高压定向工作更加安全可靠。

其次, 该装置的应用, 缩短了因电力设备维修、改造而造成的停电时间, 使停电线路能够尽快的恢复供电, 保证了企业生产和人民生活用电可靠性, 同时在供电公司树立良好的企业形象、开展行风建设方面有着积极的推动作用。

结束语

通过该装置的设计、研发与应用, 切实有效的解决了现场工作中遇到的实际问题, 在大幅度提高10k V真空开关高压定向工作效率和电网安全可靠性的同时还大大降低了试验设备及人力资源的成本投入, 对于推动集约化、现代化企业发展, 提高专业队伍素质有着积极的推动作用。

参考文献

[1]李建明, 朱康.高压电气设备试验方法[M].北京:中国电力出版社, 2007, 6.

真空组合开关篇7

河北省保定市安国市供电公司常庄35kV变电站10kV馈线开关为永磁真空开关。2009年4月15日凌晨, 513馈线出现接地短路故障, 本应速断掉闸, 但是由于储能电容损坏, 513开关因没有操动电源而不能分闸, 造成1号主变高后备动作过流跳闸, 全站停电, 值班调度员计划遥控试送, 结果未成功。

二、原因分析

河北省保定市安国市供电公司常庄35kV变电站整流系统2005年10月份投运, 事故发生时已运行3年零6个月, 整流系统专为10kV开关提供直流驱动电源, 电容应为竖直放置, 可是地方太小, 安装采用了水平放置, 电容为纸质电解电容, 平放时间较长, 造成电容参数发生变化。事故时储能电容可能早就被击穿了, 但是由于没有储能电容的电气参数指示, 巡视过程中没能发现储能电容已损坏。

由此可见, 为了保证电力系统的安全运行, 断路器必须能及时可靠地分合动静触头, 这要借助于操作机构来完成, 可以说, 操作机构的可靠动作直接影响着电力系统的稳定。下文就真空开关的操作机构进行分析讨论。

(一) 对操作机构的要求

第一, 合闸。电力系统正常工作时, 通过操作机构关合断路器, 这时电路中流过的是工作电流, 由于工作电流一般较小, 关合较容易。但是当电网发生短路事故时, 电路中的短路电流可达40kA, 甚至更大。断路器承受的电动力可达几千牛以上, 操作机构必须克服如此巨大的电动力, 才能关合断路器。

第二, 保持合闸。为了缩小断路器整体尺寸和降低能耗, 合闸线圈被设计成短时工作制, 只允许在很短的时间内通以合闸电流, 若通电时间过长, 会烧毁合闸线圈。这就要求操作机构在合闸线圈失电后, 仍能将断路器保持在合闸位置。

第三, 分闸。断路器分闸意味着要开断电路, 要出现电弧, 开断的电流越大, 电弧愈难熄灭, 工作条件愈严酷。当发生短路故障时, 短路电流比正常负荷电流大得多, 由于系统发生短路时, 系统电路表现为电感性电路, 所以当交流电压过零, 断路器动静触头分开瞬间, 动静触头间的电流不能突变, 会出现瞬态恢复电压。为了达到分断电路的目的, 操作机构必须提供一定的分闸速度, 尤其是刚分速度。

(二) 几种操作机构的优缺点

第一, 弹簧操作机构, 弹簧操作机构由弹簧储能、合闸、保持合闸和分闸几个部分组成。优点是不需要大功率的电源, 缺点是结构复杂, 制造工艺复杂, 成本高, 可靠性较难保证。

第二, 电磁操作机构, 电磁操作机构结构较简单, 但结构笨重, 合闸线圈消耗功率很大。

第三, 永磁操作机构, 永磁操作机构是在上两种操作机构的优缺点的基础上, 进行了改进设计。永磁机构结构比较简单, 与弹簧机构比较其部件减少约60%, 由于部件少, 则故障率也随之减少, 故可靠性高, 另外机构寿命长, 维护量也少。

(三) 永磁机构的缺点

永磁机构是靠储能电容来提供分合闸电源, 如果储能电容损坏, 当该线路中出现故障要求开关分闸时, 开关就不能可靠动作。但储能电容安装在开关内, 而且没有电气指示, 巡视过程中根本不能发现储能电容的异常情况。

(四) 开关拒分的危害

第一, 造成大面积停电事故。本次事故就是因为10kV馈线开关拒分, 短路电流使1号主变高后备保护动作, 301开关分闸, 造成全站停电。

第二, 短路电流长时间流过设备, 造成设备损坏。本次事故中, 1号主变通过高后备保护动作切断故障电流, 高后备保护延时1秒, 这就有可能对主变及其他开关造成损坏。

(五) 对永磁开关的整改措施

河北省保定市安国市供电公司有两座35kV变电站的10kV开关是采用的永磁真空开关, 在安装时我们就意识到了储能电容在开关体内不利于巡视检查的问题, 就在控制室内集中安装了储能电容, 但当时没有对其安装电气指示, 而且由于安装位置空间较小, 安装方法不正确, 造成了储能电容的损坏。

事故发生后, 我们在正确安装储能电容后, 在控制屏上安装了储能电容的电气参数指示, 以便于巡视时能及时发现储能电容的异常情况, 又通过通讯装置与监控中心连接, 实现时时监控。

(六) 整改后取得的成效

真空组合开关篇8

国外制造商近年来大力发展固封绝缘技术, 如ABB公司1997年起将固封绝缘用于它的VM1型、e VM1型及VD4型户内真空断路器, 而且最新用于户外重合器等。如在2006年汉诺威博览会上, ABB公司展出的VD4型户内真空断路器, 配用固封极柱, 做到额定电压36 k V, 额定短路开断电流50 k A。ABB公司于2000年重新设计它的OVR型户外重合器。新型重合器采用环脂肪族环氧树脂浇注壳体, 减少了运动件数, 延长了维护周期, 而且小型、紧凑、环保。固封重合器分两种类型:一种用于15.5~27 k V, 另一种用于38 k V电压等级。

ABB公司加大固封极柱的生产, 如2003年生产固封极柱3万只, 而2004年达到10万只。

国内有十几家企业都在生产固封极柱。其中厦门华电公司引领中压开关固封技术。该公司的固封真空断路器系列全、规格完整。该技术源自德国, 是由资深的中、德真空断路器专家带领的研发队伍联合开发的。通过引进德国和瑞士先进的自动压力凝胶工艺 (APG) , 其极柱采用原装进口树脂将超低阻型真空灭弧室及每一相上下触臂的连接端子直接固封在环氧树脂的相柱内, 即固封绝缘。厦门华电公司创新地采用了固封极柱LSR缓冲双APG成型工艺, 从2003年投入生产到现在已经有一万多台应用该技术的真空断路器投放市场。

目前厦门华电公司下一阶段的目标是把SIS应用到中压成套开关设备, 也就是固封中压开关柜 (SIS) 。

固封开关柜结构更加紧凑, 占地面积小, 可靠又环保, 代表了中压开关柜的一种发展方向。在这方面, 国外有的企业已作出努力, 其中日本东芝公司已取得这方面的初步经验。东芝公司于1999年开发出高性能环氧树脂及高效能环氧浇注技术, 并于2002年生产出24 k V SIS固体绝缘柜, 之后又进行了系列化生产, 迄今已经生产出36 k V SIS固体绝缘开关柜, 目前又进行更高电压等级72 k V及84 k V产品的开发。

东芝公司SIS固体绝缘柜自2002年正式投入运行以来, 迄今已生产了200台, 预计今后固体绝缘开关柜的市场使用量将会更加扩大, 尤其在电力消费大的首都和地方省会城市。

在国内, 如西安森源开关技术研究所有限公司已研发出固体绝缘开关柜。固封真空断路器的应用为固体绝缘开关柜的设计提供了可能性。固封真空断路器的一些难点问题已得到解决, 如壳体温升过高, 极柱绝缘开裂, 相间电弧闪络等。新设计的固体绝缘开关柜的特点是:柜体实现小型化、轻量化, 采用小型断路器、固体绝缘件, 包括固体绝缘母线、固体绝缘电流电压传感器、小型化的隔离开关等。断路器的设计参数为额定电压12 k V、额定电流1 250~2 500 A、额定短路开断电流31.5 k A。

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