“真空斷路器”因其滅弧介質(zhì)和滅弧后觸頭間隙的絕緣介質(zhì)都是高真空而得名；其具有體積小、重量輕、適用于頻繁操作、滅弧不用檢修的優(yōu)點(diǎn)，在配電網(wǎng)中應(yīng)用較為普及。 真空斷路器是3～10kV，50Hz三相交流系統(tǒng)中的戶內(nèi)配電裝置，可供工礦企業(yè)、發(fā)電廠、變電站中作為電器設(shè)備的保護(hù)和控制之用，特別適用于要求無油化、少檢修及頻繁操作的使用場(chǎng)所，斷路器可配置在中置式KNY28A-12高壓開關(guān)柜、雙層柜、XG2-12固定式高壓開關(guān)柜中作為控制和保護(hù)高壓電氣設(shè)備用。
發(fā)展簡(jiǎn)史
1893年，美國(guó)的里頓豪斯提出了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的真空滅弧室，并獲得了設(shè)計(jì)專利。1920年瑞典佛加公司第一次制成了真空開關(guān)。1926年美國(guó)索倫森等公布的研究成果也顯示了在真空中分?jǐn)嚯娏鞯目赡苄裕蚍謹(jǐn)嗄芰π?，又受到真空技術(shù)和真空材料發(fā)展水平的限制，尚不能投入實(shí)際使用。隨著真空技術(shù)的發(fā)展，50年代美國(guó)才制成第一批適用于切斷電容器組等特殊要求的真空開關(guān),分?jǐn)嚯娏魃型Ｔ?千安的水平。由于真空材料冶煉技術(shù)上的進(jìn)步和真空開關(guān)觸頭結(jié)構(gòu)研究上所取得的突破，1961年，美國(guó)通用電氣公司開始生產(chǎn)15千伏、分?jǐn)嚯娏鳛?2.5千安的真空斷路器。1966年試制成15千伏、26千安和31.5千安的真空斷路器，從而使真空斷路器進(jìn)入了高電壓、大容量的電力系統(tǒng)。80年代中期，真空斷路器的分?jǐn)嗄芰σ堰_(dá)100千安。 中國(guó)從1958年開始研制真空開關(guān)，1960年西安交通大學(xué)和西安開關(guān)整流器廠共同研制成第一批6.7千伏、分?jǐn)嗄芰?00安的真空開關(guān);隨后又制成10千伏、分?jǐn)嗄芰?1.5千安的三相真空開關(guān)。1969年華光電子管廠和西安高壓電器研究所制成了 10千伏、2千安單相快速真空開關(guān)。70年代以后，中國(guó)已能獨(dú)立研制和生產(chǎn)各種規(guī)格的真空開關(guān)。
真空斷路器通常可分多個(gè)電壓等級(jí)。低壓型一般用于防爆電氣使用。像煤礦等等。
真空斷路器主要包含三大部分：真空滅弧室、電磁或彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)、支架及其他部件。

 西門子真空斷路器

開距
觸頭的開距主要取決于真空斷路器的額定電壓和耐壓要求，一般額定電壓低時(shí)觸頭開距選得小些。但開距太小會(huì)影響分?jǐn)嗄芰湍蛪核?。開距太大，雖然可以提高耐壓水平，但會(huì)使真空滅弧室的波紋管壽命下降。設(shè)計(jì)時(shí)一般在滿足運(yùn)行的耐壓要求下盡量把開距選得小一些。10kV真空斷路器的開距通常在8～12mm之間，35kV的則在30～40mm之間。
觸頭接觸壓力
在無外力作用時(shí)，動(dòng)觸頭在大氣壓作用下，對(duì)內(nèi)腔產(chǎn)生一個(gè)閉合力使其與靜觸頭閉合，稱之為自閉力，其大小取決于波紋管的端口直徑。滅弧室在工作狀態(tài)時(shí)，這個(gè)力太小不能保證動(dòng)靜觸頭間良好的電接觸，必須施加一個(gè)外加壓力。這個(gè)外加壓力和自閉力之和稱為觸頭的接觸壓力。這個(gè)接觸壓力有如下幾個(gè)作用：
(1)保證動(dòng)、靜觸頭的良好接觸，并使其接觸電阻少于規(guī)定值。
(2)滿足額定短路狀態(tài)時(shí)的動(dòng)穩(wěn)定要求。應(yīng)使觸頭壓力大于額定短路狀態(tài)時(shí)的觸頭間的斥力，以保證在該狀態(tài)下的完全閉合和不受損壞。
(3)抑制合閘彈跳。使觸頭在閉會(huì)碰撞時(shí)得以緩沖，把碰撞的動(dòng)能轉(zhuǎn)為彈興的勢(shì)能，抑制觸頭的彈跳。
(4)為分閘提供一個(gè)加速力。當(dāng)接觸壓力大時(shí)，動(dòng)觸頭得到較大的分閘力，容易拉斷會(huì)鬧熔焊點(diǎn)，提高分閘初始的加速度，減少燃弧時(shí)間，提高分?jǐn)嗄芰?。觸頭接觸壓力是一個(gè)很重要的參數(shù)，在產(chǎn)品的初始設(shè)計(jì)中要經(jīng)過多次驗(yàn)證、試驗(yàn)才選取得比較合適。如觸頭壓力選得太小，滿足不了上述各方面的要求；但觸頭壓力太大，一方面需要增大合閘操作功，另外滅弧室和整機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度要求也需要提高，技術(shù)上不經(jīng)濟(jì)。
接觸行程(壓縮行程)
目前真空斷路器毫無例外地采用對(duì)接式接觸方式。動(dòng)觸頭碰上靜觸頭之后就不能再前進(jìn)了，觸頭接觸壓力是由每極觸頭壓縮彈簧(有時(shí)稱作合閘緩沖彈簧)提供的。所謂接觸行程，就是開關(guān)觸頭碰觸開始，觸頭壓簧施力端繼續(xù)運(yùn)動(dòng)至終結(jié)的距離，亦即觸頭彈簧的壓縮距離，故又稱壓縮行程。
接觸行程有兩方面作用，一是令觸頭彈簧受壓而向?qū)佑|頭提供接觸壓力；二是保證在運(yùn)行磨損后仍然保持一定的接觸壓力，使之可靠接觸。一般接觸行程可取開距的20%～30%左右，10kV的真空斷路器約為3～4mm。
真空斷路器的實(shí)際結(jié)構(gòu)中，觸頭合閘彈簧設(shè)計(jì)成即使處于分閘位置，也有相當(dāng)?shù)念A(yù)壓縮量，有預(yù)壓力。這是為使合閘過程中，當(dāng)動(dòng)觸頭尚未碰到靜觸頭而發(fā)生預(yù)擊穿時(shí)，動(dòng)觸頭有相當(dāng)力量抵抗電動(dòng)力，而不致于向后退縮；當(dāng)觸頭碰接瞬間，接觸壓力陡然躍增至預(yù)壓力數(shù)值，防止合閘彈跳，足以抵抗電動(dòng)斥力，并使接觸初始就有良好狀態(tài)；隨著接觸行程的前進(jìn)，觸頭間的接觸壓力逐步增大，接觸行程終結(jié)時(shí)，接觸壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值。接觸行程不包括合閘彈簧的預(yù)壓縮量程，它實(shí)際上是合閘彈簧的第二次受壓行程。
平均合閘速度
平均合閘速度主要影響觸頭的電磨蝕。如合閘速度太低，則預(yù)擊穿時(shí)間長(zhǎng)，電弧存在的時(shí)間長(zhǎng)，觸頭表面電磨損大，甚至使觸頭熔焊而粘住，降低滅弧室的電壽命。但速度太高，容易產(chǎn)生合閘彈跳，操動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出功也要增大，對(duì)滅弧室和整機(jī)機(jī)械沖擊大，影響產(chǎn)品的使用可靠性與機(jī)械壽命。平均合閘速度通常取0.6m/s左右為宜。
平均分閘速度
斷路器的分閘速度一般而言速度越快越好，這樣可以使首開相在電流趨近于0前2～3ms時(shí)能開斷故障電流；否則首開相不能開斷而延續(xù)至下一相，原來首開相變?yōu)楹箝_相，燃弧時(shí)間加長(zhǎng)了，增加了開斷的難度，甚至使開斷失敗。但分閘速度太快，分閘的反彈也大，反彈太大震動(dòng)過劇亦容易產(chǎn)生重燃，所以分間速度亦應(yīng)考慮這方面同素。分閘速度的快慢，主要取決于合閘時(shí)動(dòng)觸頭彈簧和分閘彈簧的貯能大小。為了提高分閘速度，可以增加分閘彈簧的貯能量，也可以增加合閘彈簧的壓縮量，這都必然需要提高操動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出功和整機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度，降低了技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。經(jīng)過多年試驗(yàn)認(rèn)為，10kV的真空斷路器，平均分閘速度能保證在0.95～1.2m/s比較合適。
合閘彈跳時(shí)間
合閘彈跳時(shí)間是斷路器在會(huì)鬧時(shí)，觸頭剛接觸開始計(jì)起，隨后產(chǎn)生分離，可能又觸又離，到其穩(wěn)定接觸之間的時(shí)間。
這一參數(shù)國(guó)外的標(biāo)準(zhǔn)中都沒有明確規(guī)定，1989年底能源部電力司提出真空斷路器合閘彈跳時(shí)間必須小于2ms。為什么合閘彈跳時(shí)間要小于2ms呢？主要是合閘彈跳的瞬間會(huì)引起電力系統(tǒng)或設(shè)備產(chǎn)生L.C高頻振蕩，振蕩產(chǎn)生的過電壓對(duì)電氣設(shè)備的絕緣可能造成傷害甚至損壞。當(dāng)合閘彈跳時(shí)；同小于2ms時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生較大的過電壓，設(shè)備絕緣不會(huì)受損，在關(guān)合時(shí)動(dòng)靜觸頭之間也不會(huì)產(chǎn)生熔焊。
合、分閘不同期性
合閘的不同期性太大容易引起合閘的彈跳，因?yàn)闄C(jī)構(gòu)輸出的運(yùn)動(dòng)沖量?jī)H由首合閘相觸頭承受。分閘的不同期性太大可能使后開相管子燃弧時(shí)間加長(zhǎng)，降低開斷能力。
合閘與分閘的不同期性一般是同時(shí)存在的，所以調(diào)好了合閘的不同期性，分閘的不同期性也就有了保證。產(chǎn)品中要求合分閘不同期性小于2ms。
合、分閘時(shí)間
分、合閘時(shí)間是指從操動(dòng)線圈的端子得電時(shí)刻計(jì)起，至三極觸頭全部合上或分離止的一段時(shí)間間隔。
合、分閘線圈是按短時(shí)工作制作設(shè)計(jì)的，合閘線圈的通電時(shí)間不到100ms，分閘線圈的不到60ms。分、合閘時(shí)間一般在斷路器出廠時(shí)已調(diào)好，無須再動(dòng)。
當(dāng)斷路器用在發(fā)電系統(tǒng)并在電源近端短路時(shí)，故障電流衰減較慢，若分閘時(shí)間很短，這時(shí)斷路器分?jǐn)嗟墓收想娏骶涂赡芎休^大的直流分量，開斷條件更為惡劣，這對(duì)斷路器的開斷是很不利的。所以用于發(fā)電系統(tǒng)的真空斷路器，其分閘時(shí)間盡可能設(shè)計(jì)長(zhǎng)些為宜。
回路電阻
回路電阻值是表征導(dǎo)電回路的聯(lián)接是否良好的一個(gè)參數(shù)，各類型產(chǎn)品都規(guī)定了一定范圍內(nèi)的值。若回路電阻超過規(guī)定值時(shí)，很可能是導(dǎo)電回路某一連接處接觸不良。在大電流運(yùn)行時(shí)接觸不良處的局部溫升增高，嚴(yán)重時(shí)甚至引起惡性循環(huán)造成氧化燒損，對(duì)用于大電流運(yùn)行的斷路器尤需加倍注意。回路電阻測(cè)量，不允許采用電橋法測(cè)量，須采用GB763規(guī)定的直流壓降法。
觸頭系統(tǒng)
“真空斷路器”的觸頭常采取對(duì)接式觸頭。因?yàn)橐话愕恼婵諗嗦菲髟诜珠l狀態(tài)下動(dòng)靜觸頭的距離只有16mm這么小的距離很難制作出其他形狀的接觸面，而且平直的接觸面瞬間動(dòng)作電弧的損傷也較小。真空斷路器的優(yōu)點(diǎn)之一是體積小，動(dòng)靜觸頭要在一個(gè)絕對(duì)真空的空間內(nèi)動(dòng)作，如果制作成其他的對(duì)接方式也會(huì)增加斷路器自身的體積！
真空斷路器在中壓領(lǐng)域（12-40.5 kV）已占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，而在高壓領(lǐng)域（72.5-252 kV）也已暫露頭角，其發(fā)展前景看好。在我國(guó)，中壓真空斷路器2009年已占中壓開關(guān)的99.39%。高壓真空斷路器也在72.5~126 kV等級(jí)不斷研制出新品，并已有投運(yùn)。在國(guó)外，許多國(guó)家和公司在研發(fā)高壓真空斷路器，且有的產(chǎn)品已投運(yùn)多年，如日本、韓國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、俄羅斯等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，日本輸電系統(tǒng)已使用72-252kV真空斷路器3350臺(tái)。目前，高壓真空斷路器已達(dá)到145 kV單斷口，168 kV雙斷口，現(xiàn)正在研制更高電壓等級(jí)產(chǎn)品。產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上有罐式和瓷柱式，我國(guó)已作出瓷柱式126 kV真空斷路器，而日本168 kV真空斷路器采用罐式結(jié)構(gòu)。在真空滅弧室外絕緣上，有用低壓力SF6氣體如（內(nèi)充壓力0.12 MPa）絕緣，也有用干壓空氣等作為外絕緣。
值得一提的是我國(guó)兩家高壓開關(guān)主流廠家最新開發(fā)出瓷柱式真空斷路器，如2010年西電公司成功完成的國(guó)家科技部項(xiàng)目 126 kV真空斷路器，并通過國(guó)家科技部驗(yàn)收。該產(chǎn)品的滅弧室采用縱磁場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)，使用具有高開斷能力和良好抗熔焊性的銅鉻觸頭材料。該配套開發(fā)的真空滅弧室是國(guó)內(nèi)首家完成的具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，其技術(shù)水平處于國(guó)際先進(jìn)水平。另一家為平高集團(tuán)，平高集團(tuán)在大力發(fā)展高電壓大容量SF6斷路器的同時(shí)，也不失時(shí)機(jī)地研發(fā)出高電壓真空斷路器。該集團(tuán)于2011年11月同時(shí)進(jìn)行了LW55-72.5型罐式SF6斷路器、ZW55-63型高電壓真空斷路器、ZW55-2×31.5型和ZW55-31.5型真空斷路器4種新產(chǎn)品國(guó)家鑒定，總體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
在2011年的漢諾威博覽會(huì)上，西門子公司展出了用充氮（N2）絕緣的72.5 kV真空斷路器取代了傳統(tǒng)的SF6斷路器，這說明西門子公司開始注重高壓真空斷路器的研發(fā)。西門子高壓真空斷路器是能大大減少SF6溫室氣體的使用量，有利于環(huán)境保護(hù)，減少大氣中的溫室效應(yīng)。同時(shí)，高壓真空斷路器具有良好的耐低溫特性，可以避免高寒地區(qū)SF6氣體液化問題，是高寒地區(qū)高電壓等級(jí)斷路器的最佳選擇。在研發(fā)高壓真空斷路器中需要解決一系列技術(shù)問題有：高電壓真空絕緣、大電流真空開斷、額定電流與溫升、機(jī)械特性、真空滅弧室外絕緣及容性電流開斷、小感性電流開斷等。這些技術(shù)問題的解決，促進(jìn)了真空斷路器技術(shù)的進(jìn)步。然而，高壓真空斷路器的發(fā)展方興未艾，尚需大力開展研究工作。