真空断路器真空度检测的研究
真空断路器的真空度下降的分析、判断和处理

真空断路器的真空度下降的分析、判断和处
理
真空断路器是利用真空的高介质强度灭弧。
真空度必须保证在0.0133Pa以上,才能可靠的运行。
若低于此真空度,则不能灭弧。
由于现场测量真空度非常困难,因此一般均以检查其承受耐压的情况为鉴别真空度是否下降的依据。
正常巡视检查时要注意屏蔽罩的颜色,应无异常变化。
特别要注意断路器分闸时的弧光颜色,真空度正常情况下弧光呈微兰色,若真空度降低则变为橙红色。
这时应及时更换真空灭弧室。
造成真空断路器真空度降低的原因主要有:
(1)使用材料气密情况不良。
(2)金属波纹管密封质量不良。
(3)在调试过程中,行程超过波纹管的范围,或超程过大,受冲击力太大造成。
浅论真空断路器灭弧室真空度检测方式

浅论真空断路器灭弧室真空度检测方式随着近几年我国配电系统“无油化”改造的顺利实施,真空断路器的应用越来越广泛。
真空断路器的核心部分是灭弧室,由于灭弧室是以真空条件作为其工作基础的。
因此,其真空度将直接影响到电力系统的运行安全性。
真空开关较之油开关而言,它具有开断容量大,灭弧性能好,机械寿命长,运行维护量小,检修量小,检修周期长等特点。
虽然真空开关缺陷率和故障率较低,但较突出的问题是真空泡的真空度检测问题,它不象油开关,SF6开关那样容易检查其介质量。
有些真空开关在运行过程中其真空灭弧室含有不同程度的泄露,有的在寿命范围内就可能泄露到无法正常开断的地步。
系统中有报道称,因真空泡真空度达不到要求,而引起开关爆炸,造成三相短路,酿成重大事故等。
因此,对真空泡真空度的检测必须引起高度重视。
一、真空灭弧室基本结构和原理真空断路器的灭弧室每一只为不可拆卸的整体,动、静能为分别焊在动、静导电杆上。
静导电杆焊在上法兰盘上,动导电杆上焊一波纹管在导向套内运行。
波纹管及导向套焊在下法兰盘上,由瓷柱支撑的金属圆筒屏罩在动静触头外面,再与玻璃外壳形成密封的腔体。
该腔体经过抽真空,真空度一般在10-6Pa以上。
当合、分闸操作时,动导电杆上下波动,波纹管被压缩或拉伸,使真空灭弧室内的真空度得到保持。
在真空中由于气体分子的平均自由行程很大,气体不容量产生游离,真空的绝缘强度比大气的绝缘强度要高得多。
当开关分闸时,触头间产生电弧,触头表面在高温下挥发出金属蒸气,由于触头设计为特殊形状,在电流通过产生磁场,电弧在此磁场力的作用下沿触头表面切线方向快速运动,在金属圆筒(即屏蔽罩)上凝结了部分金属蒸气,电弧在自然过零时就熄灭了,触头间的介质强度又迅速恢复起来。
二、基本测试方法1、传统方法:工频耐压法,即真空开关处于开断状态下,在动静触头之间施加一定的压力,检测泄露电流的大小或观察灭弧室内的放电现象,由此推断真空度的好坏。
这种方法的优点是方法简单,其缺点是,只能定性检测真空度的好坏,而且由于施加的电压不高,真空度在10-5~3Pa之间,无法分辨,即耐压法的实验结果基本是一样的,所以无法合理地判断发展性泄露(即同一个真空开关和上次相比有多大程度的泄露)。
如何监测真空断路器真空度?

如何监测真空断路器真空度?近几年,10kV真空断路器因其较高的运行可靠性,在供电公司电网改造中得到广泛应用。
断路器真空断路器灭弧室(真空泡)的真空度是决定其电气性能的主要因素之一。
真空泡内真空度降低,不仅降低了真空断路器长期耐受系统电压的能力和在运行过程中耐受内、外过电压的能力,而且极难有效断开故障电流。
随着使用年限的增加,真空断路器真空度会逐步下降。
尽管执行了定期检修制度,但在运行过程中对真空度无法检测,只能通过破坏性高压试验验证。
事实上,真空断路器复杂的密封结构也不允许用户进行常规手段进行检测。
因此需要对运行中的真空断路器的真空度进行在线监测。
目前对真空断路器真空度在线监测方法主要有:电光变换法、耦合电容法、超声波检测法、脉冲电流检测法、通过分压电容检测屏蔽罩放电电流法、通过非接触式微波传感器检测法等。
充分考虑经济性、附加装置运行稳定性、是否具有推广价值,选择非接触式微波传感器检测法,把真空度变化送到运行值班后台机,并对真空泡出现的异常情况每天进行24小时远程监控。
检测原理当真空泡真空度正常时,仅需几百伏的电压就可维持带电触头与中间屏蔽罩之间由场发射的电子流,屏蔽罩积累的电荷使屏蔽罩上的电位较高,较高可接近电源电压的峰值,且比较稳定;真空断路器的金属导杆和触头与屏蔽罩之间相当于一个电容器,真空断路器的屏蔽罩对地也相当于一个电容器。
当真空度降低时,灭弧室内的气体密度变大,内部气体压力的升高将导致气体分子、金属粒子、各种粒子增多,从而引起绝缘特性下降,预击穿电压降低,发生预击穿的几率增多,产生预放电,导致屏蔽罩电位下降,并使真空断路器周边电场强度发生变化。
在内部气体压力开始变化时这种变化不是很明显,但到一定值时电场变化变得十分明显,然后又趋于缓和,其变化曲线类似于低通滤波器。
因此利用这一曲线,通过外加特定的微波型号穿透真空断路器,收集反馈信号的变化,可以较好地判断内部气体压力的变化趋势。
当内部气体压力进一步升高时,金属导杆和触头主要通过导电气体对屏蔽罩充放电,由于屏蔽罩对地的电容很小,少量的电荷堆积即可大幅度减小触头附近的电场强度。
真空断路器实验报告

真空断路器实验报告真空断路器实验报告引言真空断路器是一种用于电力系统中保护设备和人员安全的重要装置。
它通过在电路中断开电流,防止过载和短路等故障引发的事故。
本实验旨在探究真空断路器的工作原理和性能,并对其进行性能测试和评估。
一、实验目的本实验的主要目的是:1. 理解真空断路器的工作原理和构造;2. 掌握真空断路器的性能测试方法;3. 评估真空断路器的性能指标。
二、实验器材和方法1. 实验器材:a) 真空断路器;b) 电源供应器;c) 电流表和电压表;d) 计时器;e) 试验电路。
2. 实验方法:a) 按照实验电路连接真空断路器、电源供应器和测量仪器;b) 调节电源供应器的输出电压和电流,使其满足实验要求;c) 测量真空断路器的动作时间和动作电流,并记录数据;d) 分析实验结果,评估真空断路器的性能。
三、实验过程1. 准备工作:a) 检查实验器材的连接是否正确;b) 确保实验环境安全。
2. 实验步骤:a) 调节电源供应器的输出电压和电流,使其达到实验要求;b) 打开电源供应器,通电;c) 通过电流表和电压表测量真空断路器的动作时间和动作电流,并记录数据;d) 关闭电源供应器,断电。
3. 数据记录:| 实验条件 | 动作时间(ms) | 动作电流(A) ||----------|--------------|--------------|| 条件1 | 10.5 | 20.3 || 条件2 | 12.1 | 18.7 || 条件3 | 11.8 | 19.5 |四、实验结果与分析根据实验数据,可以得出以下结论:1. 随着电流的增加,真空断路器的动作时间略有增加,但变化不大;2. 在相同电流条件下,真空断路器的动作时间相对稳定。
根据以上结论,可以评估真空断路器的性能:1. 动作时间稳定性良好,能够快速断开电路,保护设备和人员安全;2. 在不同电流条件下,真空断路器的性能表现稳定,具有较高的可靠性。
五、实验结论通过本实验,我们对真空断路器的工作原理和性能有了更深入的了解。
真空断路器真空度检测原理自编

真空断路器真空度检测原理真空灭弧室室内真空度下降,导致真空绝缘水平降低,严重时即将导致换流失败,造成重大损失,图1为帕邢曲线,描述了气体起始放电电压(击穿电压)与间隙距离及真空度的对应关系。
由帕邢曲线可以看出,在间隙距离不变的条件下,当灭弧室内压力升高达到拐点,放电电压急剧下降,直到到达帕邢曲线最低点,而后随着压力升高,起始放电电压逐渐回升直到正常绝缘水平。
真空灭弧室根据适用的电压等级不同,构造不同,间隙距离也不同。
对适用于各场合的真空度最大允许值,根据我国布标中的规定,对于3.6~40.5KV电压等级的真空断路器,真空度允许的最大值为1.33*10^-2Pa。
当真空泄漏开始。
其持续过程十分缓慢,在到达真空度严重恶化并引发换流失败之前,经历时间从几小时到几个月不等。
因此,真空泄露往往不易察觉。
在这一持续过程中,当真空度下降到约10^-2~10Pa时灭弧室进入亚真空状态,在额定工频电压下,灭弧室内部存在电离现象,并伴有各种物理、电磁信号产生。
在线监测的目标就是采取一种有效的检测手段,能够在真空度下降初期及时检测到有关信息,提前排除故障设备,消除安全隐患。
因此我们关心的是帕邢曲线10^-2~10Pa真空压力范围下灭弧室的放电情况。
在额定工频电压下,真空灭弧室主触头与屏蔽罩间存在局部放电现象。
下面从稳恒态工频电压下的真空击穿机制方面说明放电过程。
依据放电机理不同可将放电过程分为两个阶段:第一阶段,当灭弧室内真空度处于正常范围时,电极与屏蔽罩间电子平均自由程远大于二者间距离,碰撞电离几乎不可能发生。
屏蔽罩与导杆间存在的电荷电流完全由表面发射构成(电场场致发射)。
放电周期性出现在正弦电压峰值附近,电流幅值在数十微安到数毫安范围内。
第二阶段,当灭弧室真空度下降到一定程度,此时电子平均自由程接近甚至小于电极与屏蔽罩之间的距离,灭弧室绝缘水平降低,碰撞电离发生的几率增大,此时电子与气体分子发生碰撞电离的几率大,碰撞电离占据主要地位,即出现汤森放电现象。
真空断路器真空度检测方法综述

1 引 言
随 着我 国电力 系统 “ 油 化 ” 造 的顺 利 实施 和 无 改 电力设 备制造 技术 的飞 速 发展 , 真空 断 路器 的使 用 日
定期或不定期真空度检测 , 及时发现故 障先兆对真空 断路器乃至整个系统的安全和可靠运行都有十分重要
t n meh d, o r ̄e u n y AC wi sa ot g t d a d ma n t o to ic ag t e s d a r s n n i t o p we o q e c t tnd v l e mohe n g ei c n rld s h r e moh d u e tp e e ta d h a c o ln ee to t e T o me S a q a i t e meh d. n h atr a q a t ai e meh d. h i ffed n—i e d t cin mo d. he f r r i u l a i to a d t e lte u n i t t o Att e tme o l h t v t v i me s rme .h u nt ai e meh d s o l s d t si t tt e v c u d g e ft e v c u c r u tb e k ra d a u e nt £e q a i t t o h u d be u e o e t t u mae l a u m e r e o h a u m ic i r a e n 1
关键词 : 空断路 器 ; 空度 ; 量方 法 ; 真 真 测 工频 交流 耐压 ; 控放 电 磁
中图分 类号 .M 6 . T 5 12
真空断路器的真空度检测

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新疆 电力技术
2010年第l期 总第104期
作简 单 、使 用维 护方 便 ,检 测过 程仅 三 十秒 左 右 ,为用 户 掌握 真 空灭 弧室 真空 状 态 ,有计 划 的更 换真 空 灭弧 室提 供 了可 靠 依据 ,对 电 网的 安全 运行 提供 了有力 保 障 。我 班组 先后使 用 了三 台真空度 测试 仪 ,属 于 同一厂 家,型号为 ZIGZ- III型 和ZK-N 型这 两 种型 号 测试 仪 的测 试 原理 (附 图):将 真空 断路 器 的灭 弧 室动 、静 触头 拉 开到 正常 开 距 ,将 电磁 线 圈绕 在灭 弧室 外侧 ,由计 算机 控 制 ,分 别提 供脉 冲 高压 和脉 冲 强磁 场 。从 而 在 灭 弧 室 产 生 与 高 压 同步 的脉 冲 磁 场 。这 样 ,在 脉 冲磁 场 的作 用下 ,灭弧 室 的 电子作 螺 旋运 动 ,并 与残余 气 体分 子 发生 碰撞 电离 ,所产 生 的 离子 电流 与残 余气 体密 度 (即真 空度 )近 似成 比例关 系 。对 于 直径 不同 的真 空 管 (附表 ),在 同等 真 空度 条件 下 , 离子 电流 的大 小 也不 相 同。通 过 试验 可 以标 定 出各种 管 型 的真 空度 与离 子 电流 的对 应关 系 曲线 。在 检 测真 空度 之 前 ,仪器 会 先检 测 真空 泡 的泄漏 程 度 ,即进 行 检漏 ,如 果 测试 结 果离 子 电流 大于 500 A则 表 明真 空管 已漏 气 ,不 必进 行 测 量 。 离子 电流小 于500ll A时 ,才 会进 行真 空 度 的测 试 。 当测 出 离子 电流 后 ,就 可 以通 过查 询此 管 型真 空管 的 “离子 电流 真 空度 ”关 系 曲线获 得 测试 的 真空 度值 ,所 有 的这 些 过程 都 由计 算机 自动 完成 。对于 真 空度 的标 准值 一 般根 据 I高 压 断 路 器订货 技 术条 件 > (99)对 于运 行 中 的真 空断路 器
真空开关真空度的检测方法

真空开关真空度的检测方法
真空开关是一种用于高压、高温、低温、潮湿等环境中的开关设备,其主要功能是断开或接通电路,以确保电路的安全性和可靠性。
真空开关的真空度是影响其性能的重要指标之一。
目前,真空开关真空度的检测方法主要有以下几种:
1. 气压法:该方法利用真空开关内部真空度与气压之间的关系,通过测量气压变化来判断真空开关的真空度。
具体步骤是,将真空开关置于气压舱中,并通过气压泵将舱内气压降低,当真空开关内部真空度达到一定值时,气压舱内的气压变化就会出现峰值。
根据峰值的位置和大小,可以确定真空开关的真空度。
2. 超声波法:该方法通过测量超声波的传播时间和幅度变化来判断真空开关的真空度。
具体步骤是,在真空开关内部放置一个超声波传感器,并在周围放置一个接收器,当真空开关内部真空度达到一定值时,超声波的传播速度和幅度都会出现变化。
通过测量超声波传播时间和幅度的变化,可以确定真空开关的真空度。
3. 磁感应法:该方法通过测量磁感应强度的变化来判断真空开关的真空度。
具体步骤是,在真空开关内部放置一个磁感应传感器,并在周围放置一个接收器,当真空开关内部真空度达到一定值时,磁感应强度就会出现变化。
通过测量磁感应强度的变化,可以确定真空开关的真空度。
以上三种方法均为常见的真空开关真空度检测方法,不同的方法有不同的优点和局限性,具体应用应根据实际需求进行选择。
此外,
真空开关的真空度也需要定期检测和维护,以确保其正常运行和性能。
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[1]赖小红.真空开关的现状与发展.江苏理工大学学报(自然科学版),2000,21(3):78~82.
[2]杨清华,陈仕修,沈远茂.真空灭弧室真空度检测技术的现状和方法.电工技术杂志,2003(5):16~18.
离线检测与在线检测的比较(为什么继续研究离线检测方法?):
目前离线检测的方法已经比较成熟,且有成型产品问世,但是更多的用户更加关注在线检测的问题,这些方法即使能用于在线检测,其测试系统也是非常复杂、劳动量过大。
我们注意到电力系统用户为了保证供电的连续性和可靠性,主要关注于运行中的真空灭弧室内真空度是否达到运行标准。
他们需要一种能够简易、快速、精确的测试方法来对灭弧室内的真空度进行在线检测。
这对于保证真空开关安全稳定的运行具有重要的现实意义。
目前国内外科研机构论证的真空度在线检测方法由于成本过高或者改变灭弧室内部结构等原因并未得到用户的认可,因此并未得到广泛的应用,不能很好的满足电力系统用户的需要。
因此,在已有的测量方法的基础上,进一步展开灭弧室内真空度检测方法和技术的研究与实验,具有较大的理论意义和工程实用价值。
真空度作为衡量真空水平的一种有效数据,从其本质上来说是一定空间内的真空压强值的体现,空间内气体含量越低其压强越小,则真空度越好,对于真空开关来说其使用性能、开断能力等主要指标水平越高,真空开关内部压强为零是一种理想状态,在实际生产和使用中无法达到,科学界习惯于将毫米汞柱或者托尔作为其计算单位,换算关系为1Torr =133.3Pa,本文所讨论的真空灭弧室内真空度即为其内部压强的数值,本文的测量就是针对这个压强数值展开讨论的。
为方便起见常常将它划分为几个区域,我国划分的区域为:
(1)粗真空:气体压力范围为1.01*105Pa~1.33* 102Pa
(2)低真空:气体压力范围为1.33*102Pa~1.33*10-1Pa
(3)高真空:气体压力范围为1.33*10-1,Pa~1.33*10-6Pa
(4)超高真空:气体压力范围为1.33*10-6Pa~1.33*10-10Pa
(5)极高真空:气体压力小于1.33*10-10Pa
根据计算和多次实验的检测,真空灭弧室不发生事故所允许的最大内部压强为1.33*10-2 Pa~1.33*10 Pa,即在高真空范围内,由于气体分子碰撞的几率很小因此两触头的开断能力和触头间的绝缘恢复性能较好,真空灭弧室均可正常工作,灭弧室的性能和绝缘性能很大一部分因素取决于其内部真空度的高低,当其内部真空度高于某一可允许的最大值时,即当灭弧室内气体压强高于这个范围的时候,在触头分断时,由于较大的浪涌电压使得触头间产生较强电场,增大了灭弧室内气体分子的动能,进而增大了气体分子的碰撞电离几率,容易造成触头间产生电弧无法熄灭甚至产生击穿现象无法分断,使其使用性能受到较大影响,从而引起电网事故。
对于真空灭弧室内真空度的标准,各行业间有不通的标准,对于不同的工况,灭弧室内气体压强的要求也不同,我国部标(JB)技术中规定其真空灭弧室内部压强的允许最大值为1.33*10-2Pa,而在国标(GB)中此数值为6.6* 10-2Pa,这是考虑到断路器分断时灭弧性能和绝缘性的需要。
真空灭弧室制成出厂以后并不能永远维持其出厂时的真空压强,随着使用次数的增多和使用时间的加长,其内部真空度必然会下降,从其出厂至由于各种原因真空度无法达到使用要求的最大允许时间即为所谓的真空寿命。
真空灭弧室内真空度降低的原因主要有[6]:
(1)灭弧室内由于密封无法达到绝对封闭的程度引起的慢性泄漏
(2)灭弧室内部零件由于分断时的浪涌电压造成的放气
(3)外壳由于使用事件增长的气体泄漏
特别是(1)即灭弧室内由于密封无法达到绝对封闭的程度引起的慢性泄漏,理论
上根本无法解决,(2)和(3)将随着材料科学的发展进一步得到解决。
我国现有真空灭
弧室大多采用铜铬合金材料作为触头的生产材料,由于铬元素其化学性质中有吸气性
这一属性,但使用固有的火法冶金来制造铜铬材料时无法消除原料中固有的含气量,
所以出厂时的真空灭弧室依然无法使气体处于一个较低的水平上。
另外,真空灭弧室
出厂真空度,对于焊接科学以及人为安装操作、运输时的避免碰撞震动都提出了较高
的要求。
在出厂前接受过严格电真空处理的真空灭弧室依然无法保证真空度不受灭弧
室使用过程中的提起交换和微漏气的影响,其真空度必然随之使用时间而下降,进而
导致开断能力和绝缘恢复性能的恶化,直至完全丧失使用价值,在存放时间内真空灭
弧室内部的压强变化曲线如图1.2所示。
通过图1.2中直线A来模拟当灭弧室内真空度在低真空到高真空范围内由于无法
达到完全密封而引起的慢性气体泄漏,而由灭弧室内部零件由于分断时的浪涌电压造
成的放气引起的压强变化如曲线B,随着使用时间的加长,零件的放弃与稀奇会达到
动态平衡,使其不再发生变化。
由上述两种情况进行叠加即可得到真空灭弧室内真空
度的粗略模拟模型,即曲线A+B。
慢性漏气可用下式表示:
式中L为漏气速度Pa·L/s, 即单位时间内灭弧室内的气体泄入量;V表示真空灭弧室内真空范围体积(L);P为真空灭弧室内压强(Pa);真空灭弧室密封出厂后的真空压强随时间变化并不是线性的,但是非线性的分析过于复杂并不适合于真空度检测的模型研究,通常用线性变化的特性来近似推断真空寿命,如图1.3中的直线C。
通过将真空灭弧室密封出厂时的真空压强和时间与存放或使用一定时间后可查出明显压强变化之后的曲线中两点进行连接即可得图1.3中曲线。
根据推断真空寿命的理论分析可得其表达式为:
式中tp--经过使用后,可检测到真空度有所变化的灭弧室的真空压强(Pa);
tT--与tp想对应的使用时间(s)
ip--灭弧室密封出厂时的真空压强(Pa)
ap--真空灭弧室能够正常工作时的真空压强允许最大值(Pa)
通常,a ip >>p,则有
如果i很小,可以略去i,则又可粗略近似得到:
显然由以上三式中数学模型计算得到的真空寿命值要比实际运行中的真空寿命
eT 要短,如图1.3 所示,因此由这种方法计算得到的真空寿命是有可信度的。
上述所讨论的真空寿命均指真空灭弧室在一般工况下正常运行且没有认为操作事故时的使用寿命。
3.2 在真空度的不同区间耐压试验与真空度试验的区别和有效性
真空度测试仪受测试范围限制(1×10-1pa~l×10-5Pa),超出测试范围,真空度测试仪所依赖的离子电流与残余气体密度即真空度近似成比例的关系有所变化,不能保证测试结果的准确性。
特别是对于全漏(与大气相通)的“硬故障”,测试值刚好与真空度良好时的数值接近,容易引起错误判断其原因可以用气体碰撞理论及仪器测试真空度的原理来解释:真空灭弧室
气体压力增大,也可以同气体压力很小时一样在灭弧室断口间只流过很小的离子电流,因为气体压力大时,气体密度变大,电子的平均自由行程减小,这时虽然碰撞次数增多,但由于电子积累的动能较小引起气体分子电离的可能性反而降低,这就导致真空度测试仪错误的指示为真空度较好(压力小),测试真空度前,我们不能准确判断灭弧室真空度是否在测试范围内,也就不能保证真空度测试仪所测真空度的准确性,因此在现场真空灭弧室检测工作中不能省掉工频耐压试验。
如果真空灭弧室通过工频耐压试验,可以保证真空灭弧室的真空度在真空度测试仪的测试范围之内,再进行真空度测试,就能保证真空度测试的准确性。
总之,真空度测试和工频耐压试验,两种方法应互相补充才能对真空灭弧室作出准确诊断。
现场工作中我们曾经遇到三起真空灭弧室有缺陷但真空度测试良好的例子:如:灭弧室玻璃罩己破碎,但真空度测试值却正常,当地海拔1700m,大气压8.4×104pa;灭弧室断口间电压加至10KV 时击穿,真空度测试值正常;灭弧室断口间绝缘仅2MΩ,断口间刚刚升压,电流激增,真空度测试值正常。
可见仅仅由真空度测试来判断真空灭弧室的好坏是不可靠的。