真空灭弧室的扩展应用

（浙江明晖智能电气有限公司，浙江 嘉兴 314019）

0 引言

美国是世界上最早开始生产和使用真空开关的国家，目前，生产真空灭弧室的厂家主要有通用电气（GE）、西屋（WH）、库柏（Cooper）和杰宁（Jenning）公司，其中，GE 是全球最早开始系统研究真空开关和真空电弧理论的公司。40 余年来，我国真空灭弧室的设计理论、制造工艺、质量水平都有了质的飞跃。各种成熟技术的综合应用，开发出大量的12 kV、 24 kV、40.5 kV、低压0.38 kV～1.14 kV各种参数的真空灭弧室，产品涉及高、中压领域。小型化、固封极柱真空灭弧室可称为第五代产品，目前已开始大批量供应。

真空灭弧室电器产品在国内和国外主要包括两大类：真空接触器和高压真空断路器。上述两类产品具备良好的开断性能和稳定可靠的电寿命，广泛应用在工作条件比较苛刻的重要场所。真空灭弧室受波纹管和大气压力产生的合力是常闭状态，应用真空灭弧室的电器产品必须有配合克服其自闭力的设置，使触头保持常开状态。如果，在利用真空灭弧室的电器产品中不必另设置克服自闭力的机构，有望实现扩展真空灭弧室的应用范围、缩小产品体积、减小动力驱动机构、提高产品的可靠性、降低产品成本的目的。

1 真空灭弧室扩展应用原理

1.1 单相切换原理

说明：单相切换原理[4]如图1 所示，2 个同型号的真空管以及2 个真空管之间的双稳态永磁电磁铁4，其中沿双稳态永磁电磁铁4 的铁芯41 轴心贯穿有丝杆1，所述丝杆与铁芯间隙配合，所述丝杆1 的两端部均套设有压力弹簧2，并且与真空管的动触头3 相抵触，其中所述丝杆的一端部设有与真空管的动触头螺纹连接的第一螺纹，另一端部设置了与另一个真空管的动触头螺纹连接的第二螺纹，所述第一螺纹与第二螺纹方向相反，当转动丝杆上的调节螺母时，可以带动2 个真空管的动触头相对移动，用于调节丝杆1 两侧的真空管动触头的距离H，使得满足H ＝L-K，其中L 为两侧的真空管静触头的距离，K 为真空管的触头开距。其中所述铁芯移动的距离X=K+C，其中K 为真空管的触头开距，C 为触头压力超程，所述压力超程为压力弹簧对动触头与静触头紧密接触施加一定压力所需行程，调节弹簧压力螺母44，可改变弹簧的初压力，使得真空管的动触头3 和静触头闭合时，符合触头终压力要求。当改变线圈43 的电流方向后，所述铁芯41 会朝另一侧移动，使得该侧的真空管闭合，两侧的真空管受永磁 电磁铁组件4 驱动，始终处在一合一闭状态并互锁而使产品性能可靠。只要改变线圈43 所用直流电的电流方向即可简单控制双相之间切换，转换时间极短，实现负荷不间断。

图1 单向切换原理

1.2 双相切换原理

图2 双向切换原理

说明：双相切换原理[5]，如图2 所示，上述工作原理图内有双稳态永磁电磁铁4 以及2 组或4 组同型号的真空管，还包括同步驱动框45 以及贯穿在同步驱动框上若干个丝杆1，所述丝杆与同步驱动框间隙配合；所述双稳态永磁电磁铁4 的铁芯41 的两端部分别穿出同步驱动框且通过螺母44 紧固。每个丝杆的两端部分别与相对应的真空管的动触头螺纹连接，所述丝杆的中端设有长度调节螺母1，并使调节后的丝杆和相对应2 个动触头的总长度H=L-K.其中L为2 只真空管静触头的间距，K 是一个真空管的开距；每个丝杆的两端部均套设有压力弹簧2，所述压力弹簧的一端部抵触在同步驱动框上，另一端部抵触在真空管的动触头引线夹6 上，当线圈通电后，会驱使铁芯41 带动同步驱动框朝一侧移动，压缩该侧的压力弹簧，使得压力弹簧带动该侧的真空管的动触头与静触头闭合，同时丝杆会带动另一侧相对应的真空管的动触头与静触头断开。所述铁芯移动的距离（行程）X=K+C，其中K 为真空管的触头开距，C 为触头压力超程。滑动调节引线夹6，可改变压力弹簧2的初压力，使触头闭合时符合其终压力要求。另有手动设置部位5 ，通过拨动杠杆拉动 双稳态永磁电磁铁的铁芯实现手动切换目的。

2 扩展应用实施例

2.1 真空管式双电源 （ATSE ） PC级产品

该产品技术特征如图3 所示。1）该产品的真空管不受自闭力影响，而使产品整体驱动力减小，整体积减小。2）真空管有稳定可靠的电寿命性能，每组2 只真空管始终一开一闭且互锁。3）真空管的触头终压力由永磁操作机构和触头压力弹簧提供，不受大气压力影响，因此该产品使用环境的海拔高度不限。4）产品节能环保，可用于防爆、粉尘等多种恶劣环境。5）驱动力的方向与真空管的轴向始终一致，无损真空管的导向套，延长真空管的使用寿命。6）动力操作机构采用双稳态永磁电磁铁，可加大真空管的刚分速度，提高分断能力。7）开关切换时间极小，可实现负载不停。8）有非自动状态手动切换设置。9）电路控制简单，抗干扰强，有通信接口，可远程控制。10）该产品所用的真空管和双稳态永磁电磁铁均为通用元件，有利于自动化规模生产和质量控制。

2.2 真空管式三相不平衡调节开关

图3 真空管式双电源（ATSE）

图4 真空管式三相不平衡调节开关（初始位）

该产品技术特征如图4 所示。1）该三相换相开关装置（虚线框）集三相负载切换于一个开关体内，每相负载可以在三相中任意转换。2）产品使用环境的海拔高度不限，因为触头的终压力可通过调节触头压力弹簧预设置。3）该产品的一组真空管始终一开一闭且互锁，因此，电气性能稳定可靠。4）真空灭弧室是系列产品，因此，该开关可用于多种电流规格。5）动力操作机构采用双稳态永磁电磁铁，开关切换时间极小，可实现三相之间切换负载不停。6）主机智能控制器集采样、运算、通信、相序切换等功能于一体，并可通过单片机程序设置实现智能控制。

2.3 高压真空管式双电源互投装置

产品机构和切换程序如图5 所示。

该产品设计符合高压双电源互投装置的隔离和切换的技术要求并具有以下技术特征，如图5 所示。1）该产品的真空管不受自闭力影响，而使产品整体驱动力减小，机构简化[1]。2）真空管的触头终压力由永磁操作机构和触头压力弹簧提供，不受自闭力影响，因此产品使用环境的海拔高度不限。 3）该产品的每组真空管始终一开一闭且互锁，因此，电气性能稳定可靠。4）节能环保，可用于各种恶劣环境。5）开关切换时间极小，可实现相间切换，负载不停[2]。

2.4 具有保护功能的高压真空管式双电源互投装置

图5 高压真空管式双电源互投装置

图6 具有保护功能的高压真空管式双电源互投装置

产品机构和切换程序如下：该产品设计符合高压双电源互投装置的隔离和切换的技术要求并具有以下技术特征，如图6 所示。1）该产品的真空管不受自闭力影响，而使产品整体驱动力减小，机构简单，体积小。2）该产品不受使用环境的海拔高度限制。3）该产品的一组真空管始终一开一闭且互锁，因此，电气性能稳定可靠。4）开关切换时间极小，可实现相间切换，负载不停。 5）通过改变控制器内单片机的程序，可增加各种智能保护功能[3]。

3 结语

该文阐述了一种真空灭弧室的新用法，并说明了新用法的依据及其工作原理。真空灭弧室具有良好的开断性能和稳定可靠的电寿命，广泛应用在工作条件比较苛刻的重要场所。真空灭弧室的触头是常闭状态，其用于电器产品，必须先拉开动触头使其处于常开状态，为此需要设置一套拉力机构。新的用法：不必专设拉力机构，而使产品的机构简化，控制简单，整体积减小，性能提高。只要改变控制程序，即可实现智能控制。从上述列举的几项实施例看，目前，国内、外尚无该用法的专项论述及其应用产品。真空灭弧室的扩展应用，有待进一步充实完善。