真空斷路器在中國運行有近30年的歷史,真空斷路器的開發(fā)有兩次大的技術(shù)飛躍,一次是20世紀70年代,出現(xiàn)了中國*代真空斷路器.它采用的是阿基米德螺旋槽的觸頭結(jié)構(gòu),觸頭材料為銅鉍銀及銅鉍鋁兩大類,受其材料性能限制,開斷能力只能達到20 kA.另一次是20世紀80年代初期,在杯形觸頭上刻槽,使其在開斷時產(chǎn)生橫向磁場,讓電弧在觸頭上旋轉(zhuǎn),減少觸頭燒損,提高觸頭壽命,同時觸頭材料上研制了銅鉍銻、銅鉍鋁及銅鉻材料等,使其斷路器在電壽命、機械壽命等方面有了較大的飛躍.在其20世紀80年代中后期,由北京開關(guān)廠引進德國西門子3AF,廣州南洋電器廠引進日本東芝公司VK10J,比利時EIB公司VB5及其ABB公司VD4等為代表,采用在杯狀圓盤觸頭上刻槽,在開斷時產(chǎn)生縱向磁場,使電弧呈擴散性,zui大限度地減少燒損.觸頭材料全都采用銅鉻（CuCr）新材料,此種觸頭材料具有很低的截流值,一般僅為3~5 A.因此在感性電路中能限制其操作過電壓產(chǎn)生,開斷容性負載重擊穿幾乎不發(fā)生,弧后工頻耐壓基本不降低,克服了真空開關(guān)在20世紀70年代及20世紀80年代初的三大缺陷:①開斷故障電弧后工頻耐壓特別低;②開斷容性負載經(jīng)常發(fā)生重擊穿現(xiàn)象;③在感性電路中其操作過電壓特別高.這樣在國內(nèi)掀起了真空開關(guān)熱,生產(chǎn)真空斷路器的廠家目前已突破350家,真空斷路器型號已達50多種,可稱位居世界.

1 現(xiàn)階段國產(chǎn)真空斷路器種類和區(qū)別

1.1 種類

目前中國生產(chǎn)的真空斷路器可粗略分為三大類:

*類為分體型結(jié)構(gòu),*是按原少油斷路器SN10型模仿設(shè)計出來的,主要是為了舊少油斷路器開關(guān)設(shè)備的改造,也有安裝在新開關(guān)設(shè)備上的,如ZN7-10X、ZN13-10X、ZN19-10X、ZN28-10A等;第二類為具有獨立型號機構(gòu)的拼湊型結(jié)構(gòu),由CD10、CD17、CT8、CT17、CT19等機構(gòu)與真空滅弧室及轉(zhuǎn)軸、彈簧等拼湊成一臺斷路器,如ZN7-10、ZN13-10、ZN19-10、ZN28-10等;第三類為整體型結(jié)構(gòu),其特點是沒有獨立的機構(gòu),傳動損耗少的真空斷路器,此類斷路器主要以引進技術(shù)占主體,如ZN12-10真空斷路器是以北京開關(guān)廠為代表引進的西門子公司3AF真空斷路器,ZN18-10真空斷路器為廣州南洋電器廠引進的東芝公司VK10J真空斷路器,廈門ABB開關(guān)有限公司的VD4真空斷路器、VM1永磁真空斷路器以及森源公司設(shè)計的VS1型真空斷路器等.

1.2 第三類與一、二類真空斷路器區(qū)別

1）整體型結(jié)構(gòu)的斷路器一般為1套四連桿傳動系統(tǒng);而分體型結(jié)構(gòu)與拼湊型結(jié)構(gòu)均為2套四連桿相聯(lián)傳動系統(tǒng)或者1套五連桿與1套四連桿相聯(lián)的傳動系統(tǒng).

2）整體型結(jié)構(gòu)的斷路器的觸頭壓縮行程一般為3~4 mm;而分體型結(jié)構(gòu)與拼湊型結(jié)構(gòu)的斷路器的觸頭壓縮行程一般為6~10 mm.

3）整體型結(jié)構(gòu)的斷路器是從斷路器在控制回路中的整體要求設(shè)計的;而分體型結(jié)構(gòu)與拼湊型結(jié)構(gòu)的斷路器是仿型（分體仿SN10-10）及湊合（將分體與操動機構(gòu)湊合起來）出來的設(shè)計.

2 真空斷路器的優(yōu)化設(shè)計

2.1 處理好斷路器可靠性

真空斷路器的可靠性對用戶zui有切身利益.真空斷路器從問世那一天,其機械壽命就從傳統(tǒng)斷路器的2 000次躍升增為10 000次,這幾年已有20 000次及30 000次的產(chǎn)品,國外西門子公司已有60 000次及120 000次的長壽命真空斷路器,這主要是在真空狀態(tài)下的低壓電弧的特性,使用壽命增加的緣故.因此與其配合的操動機構(gòu)的機械壽命及可靠性就成了很突出的問題.一個產(chǎn)品的可靠性,主要由制造質(zhì)量和設(shè)計質(zhì)量來保證,前者要求制造者有嚴格的質(zhì)量保證體系,其涉及到管理、人員素質(zhì)和培訓(xùn),新設(shè)備的采用等諸因素.因此在中國目前人員素質(zhì)還不很高、責(zé)任心還不很強、管理相對落后、設(shè)備陳舊的情況下,把產(chǎn)品的可靠性過多地依賴制造質(zhì)量本身是不現(xiàn)實的.產(chǎn)品的可靠性便落在設(shè)計者的肩上.一個高可靠性的產(chǎn)品設(shè)計,必定是zui簡單的設(shè)計結(jié)構(gòu),即用zui少的零部件達到產(chǎn)品必要的功能.另外,經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計后的產(chǎn)品應(yīng)做到批量化生產(chǎn),這樣有利于質(zhì)量的提高和生產(chǎn)成本的降低.國外真空斷路器都是貫徹此原則,可以從兩方面的工作來提高可靠性.

2.1.1 簡化連桿系統(tǒng)設(shè)計

在上面闡述過,國內(nèi)真空斷路器普遍采用原少油開關(guān)操動機構(gòu)CD10、CT8及其改進型CD17、CT17、CT19等.他們均為五連桿結(jié)構(gòu)體系,其設(shè)計意圖是為了滿足具有自由脫扣功能,結(jié)構(gòu)復(fù)雜.其中某些限位連桿極其脆弱.如CD10的死區(qū)連桿,CD17的半軸結(jié)構(gòu),CT17及CT19的各種半軸和扣板.“自由脫扣”是在一定技術(shù)歷史背景下提出的,不但不能執(zhí)行正常的分閘操作,還會對操作者造成人身安全事故.對于電磁機構(gòu),直流電源由老式CZO-40C型直流接觸器操作控制,它的“分閘時間”（切除控制線圈電源到主觸頭分開的時間）約為150~200 ms.若無自由脫扣功能,配電磁機構(gòu)的斷路器也無法執(zhí)行正常的分閘操作,即使采用新型專為斷路器設(shè)計的CZO-40D型直流接觸器（動作時間約70 ms）,在少油開關(guān)做合分閘操作時,由于高質(zhì)量的合閘鐵芯來不及復(fù)位,將阻攔動導(dǎo)電桿運動路線,降低分閘開關(guān)速度,影響開斷性能.而真空斷路器就無此顧慮.技術(shù)的發(fā)展,使某種限制消亡是歷史的必然.GB1984標準和電力部訂貨技術(shù)條件都取消了自由脫扣對電磁機構(gòu)配真空開關(guān)的限制.因此新設(shè)計的CD17保留自由脫扣功能表明設(shè)計者思想不夠開放.而CT17及CT19彈簧機構(gòu)搞自由脫扣無異是畫蛇添足,造成結(jié)構(gòu)無謂的復(fù)雜,降低了可靠性,在國外（如日本、德國）也有取消自由脫扣器來提高可靠性的報導(dǎo)文章.

2.1.2 一體化設(shè)計

以真空滅弧室單元配用獨立型號的操動機構(gòu)（電磁或彈簧）單元組成斷路器的構(gòu)思是從少油開關(guān)延續(xù)下來的觀念.因為這種方式用在真空斷路器領(lǐng)域不論對機械性能還是電氣性能是有百害而無一利的.不論CD10、CD17、CT8、CT17及CT19等本身是由五連桿體系組成的.它的輸出軸并不是斷路器的主軸,還必須使其輸出軸和斷路器主軸組成另一套四連桿來傳遞合閘力,這樣使結(jié)構(gòu)復(fù)雜,傳動損耗大.與其對比一體化的斷路器（如ZN12、ZN18、VD4、VM1、VS1,其中ZN12、ZN18、VD4、VS1為彈簧力操作;VM1為永磁力操作）是由一套四連桿組成,其中一個絞點即為斷路器的主軸,結(jié)構(gòu)簡單,傳動損耗小,可靠性大為提高.因此,應(yīng)大力發(fā)展此類真空斷路器.

2.2 處理好斷路器的分閘過程

真空斷路器的分閘過程并不是人們想象的這樣簡單,如何處理這些過程是真空斷路器設(shè)計優(yōu)劣的重要標志.

2.2.1 處理好分閘起始階段（引弧階段）

現(xiàn)代理論證明真空斷路器的初分階段（0~3mm）,對開斷性能至關(guān)重要.真空斷路器在分閘初始的電弧電流總是由集聚型向擴散型轉(zhuǎn)變,此過程轉(zhuǎn)變的越快越好.目前凡是搞這一行的技術(shù)人員都應(yīng)將此觀念貫徹到設(shè)計中去.

加快分閘初始的電弧電流由集聚型向擴散型過程轉(zhuǎn)變,有三種措施.

①減少運動零部件的質(zhì)量:在研制真空斷路器過程中,減小導(dǎo)電夾來減小運動的零部件質(zhì)量,經(jīng)對比,結(jié)果是初分速度不同程度上有所提高.

②增大分閘彈簧彈力,且要使其在分閘初期（0~3 mm）發(fā)揮作用.