真空灭弧室的基本知识

一 真空灭弧室的基本知识


1什么是真空
真空是指在给定的空间内，远低于一个环境大气压的气体状态。真空状态下气体的稀薄程度通常用真空度来描述，以压强值来表示。
l大气压= 760mmHg×133.3Pa/mmHg＝1.013×105Pa（帕斯卡）或0.1013MPa
压强越高则真空度越低；压强越低则真空度越高。

2什么是真空灭弧室
真空灭弧室也叫真空开关管或真空泡，是真空开关的核心器件。它是用一对密封在真空中的电极（触头）和其它零件，借助真空优良的绝缘和熄弧性能，实现电路的关合或分断，在切断电源后能迅速熄弧并抑止电流的真空器件。

3真空灭弧室的工作原理
要说明真空灭弧室的工作原理必须要弄清楚电弧、真空电弧、扩散电弧、集聚电弧、横向磁场、纵向磁场的概念
3.1电弧
电弧或弧光放电是气体放电的一种形式。放电在性质上和外观上是各种各样的。在正常状态下，气体有良好的电气绝缘性能。但当在气体间隙的两端加上足够强的电场时，就可以引起电流通过气体，这种现象称为放电。放电现象与气体的种类和压强、电极的材料和几何形状、两极间的距离以及加在间隙两端的电压等因素有关。例如在正常状态下，给气体间隙两端的电极加电压到一定程度时，空气中游离的电子在电场作用下高速运动，与气体分子碰撞后产生较多的电子和离子。新生的电子和离子又同中性原子碰撞，产生更多的电子和离子，使气体开始发光，两电极变为炽热，电流迅速增大。这种性质上的转变称为气体间隙的击穿，其所需的电压称为击穿电压。这时，由于电场的支持，放电并不停止，故称为自持放电。电弧则是气体自持放电的一种形式。电弧具有电流密度大和阴极电位降低的特点。
3.2真空电弧
在真空环境中，气体非常稀薄，真空度高于1.33x10-2Pa时气体分子极少。在1.33x10-2Pa的真空中，每立方厘米空间中含有的气体分子数仅为标准大气压环境下的千万分之一。在这样稀薄的气体中即使真空间隙中存在电子，它们从一个电极飞向另一个电极时，也很少有机会与气体分子碰撞造成真空间隙的电击穿。
真空中电极间电弧是这样产生的：当触头行将分离前，触头上原先施加的接触压力开始减弱，动静触头间的接触电阻开始增大，由于负荷电流的作用，发热量增加。在触头刚要分离瞬间，动静触头之间仅靠几个尖峰联系着，此时负荷电流将密集收缩到这几个尖峰桥上，接触电阻急剧增大，同时电流密度又剧增，导致发热温度迅速提高，致使触头表面金属产生蒸发。同时微小的触头距离下也会形成极高的电场强度，造成强烈的场致发射，间隙击穿，继而形成真空电弧。真空电弧一旦形成，就会出现电流密度在104A/cm2 以上的阴极斑点，使阴极表面局部区域 的金属不断熔化和蒸发，以维持真空电弧。在电弧熄灭后，电极之间与电极周围的金属蒸气迅速扩散，密度快速下降直到零，触头间恢复高真空绝缘状态。
3.3真空电弧的形态
真空中的电弧有两种形态，扩散型电弧和集聚型电弧。
3.3.1扩散型真空电弧
当真空电弧电流不大时，对于铜电极来说一般不超过7～8KA，阴极斑点将不停地运动，通常是由电极中心向边缘运动。当阴极斑点到达边缘，等离子锥便弯曲，接着阴极斑点就突然熄灭，在电极中心又会继续不断地产生新的阴极斑点。如果电流保持不变，阴极表面存在的阴极斑点数基本上维持不变。当电弧电流增大或减小时，阴极斑点也随之增加或减少。这种存在许多阴极斑点的真空电弧，随着阴极斑点的运动不断地向四周扩散，所以叫扩散型真空电弧。见图一
3.3.2集聚型真空电弧
当真空电弧电流很大时，如对铜电极而言，当电弧电流超过10KA时，电弧的外形将突然发生变化，阴极斑点不再向四周作扩散运动，而是相互吸引，结果所有的阴极斑点都聚集成一个斑点团，阴极斑点团的直径可达1～2CM。此时阳极上出现了阳极斑点，阴极表面和阳极表面均有强烈的光柱，阴极光柱与阳极光柱自由地向电极的四周扩散成为数条连续的闪光，有时偶尔也与电极平行。真空电弧一旦聚集，阴极斑点与阳极斑点便不再移动或以很缓慢的速度运动，阳极和阴极表面被局部强烈加热，导致严重熔化，这种真空电弧叫做集聚型真空电弧。见图一
真空电弧中出现阳极斑点对真空灭弧室来说是一个不祥之兆，往往会导致电极的严重熔化，并产生过量的金属蒸汽。在真空灭弧室分断工频交流电弧时，电流过零后，这些过量的金属蒸汽在电极间还将持续一段时间，这时电极间的介质恢复速度降低,从而很可能导致真空灭弧室的分断失败。









扩散型真空电弧 扩散型真空电弧 集聚型真空电弧

图一 真空电弧

3.4真空灭弧室的灭弧原理
3.4.1真空电弧的熄弧条件
真空电弧是依靠电极不断地产生金属蒸汽来维持的，因此，要熄灭真空电弧必须将电弧电流减小到一定程度，不足以维持电弧的时候才有可能将其熄灭。在交流情况下，真空电弧电流有很多个过零的时刻，这就给出了熄弧的条件；在直流情况下，必须设置一个电力转向装置，使直流真空电弧电流有一个过零的机会，以创造一个同样的熄弧条件。
3.4.2小电流真空电弧的熄弧原理
真空灭弧室切断交流真空电弧成功与否，与触头之间弧区电流过零前的金属蒸汽浓度密切相关。当电流过零前弧区的金属蒸汽浓度很小时，电弧在电流过零时不足以维持便熄灭；反之当电流过零前弧区的金属蒸汽浓度很大，在电流过零时仍足以维持，电弧便不会熄灭。金属蒸汽来自触头的电弧斑点，电弧斑点和金属蒸汽都随着电弧电流瞬时值的增减而变化。电弧电流过零点前一小段时间里，触头间金属蒸汽浓度降低的速度取决于电弧斑点的冷却时间常数。
小电流真空电弧是一种扩散型电弧。对于扩散型电弧，它只有阴极斑点而无阳极斑点，各分支电弧均布于触头表面上且处于移动状态。所以触头表面电弧斑点熔区的面积小，深度浅，热惯性小，其冷却时间常数仅有数微秒，有足够的时间让阴极斑点冷却，因此金属蒸汽浓度低。金属蒸汽在温差、浓度差和压力差的作用下迅速向弧区外扩散。这样，当电弧电流过零时，电弧便不能维持而熄灭。

3.4.3大电流真空电弧的熄弧原理
大电流真空电弧是一种集聚型真空电弧。集聚型电弧会产生阳极斑点，从而导致电极的严重熔化，并产生过量的金属蒸汽。在真空灭弧室分断工频交流电弧时，电流过零后，这些过量的金属蒸汽在电极间还将持续一段时间，电极间的介质恢复速度降低，从而很可能导致真空灭弧室的分断失败。
因此，为了熄灭大电流真空电弧，必须要采取一定措施，避免阳极斑点的产生，从而避免产生过量的金属蒸汽。为了能开断10KA及以上的短路电流，设计时采取了在触头间施加横向磁场或纵向磁场，从而实现真空灭弧室开断大电流的功能。

4真空灭弧室的分类
按外壳分：玻璃真空灭弧室、陶瓷真空灭弧室。
按用途分：断路器用真空灭弧室、负荷开关用真空灭弧室、接触器用真空灭弧室、重合器
真空灭弧室、分段器用真空灭弧室及其它特殊用途真空灭弧室。


5真空灭弧室的主体结构及其主要零件的作用

图二 真空灭弧室的主体结构

真空灭弧室主要由气密绝缘系统、导电系统、屏蔽系统、触头系统几部分组成。其主要结构如图二示。

5.1绝缘外壳
材料：绝缘外壳的材料有玻璃、陶瓷、微晶玻璃三种。微晶玻璃价格昂贵，因而没有得到过实际应用；玻璃结构强度较差，使用量已逐渐减少；陶瓷综合性能最好，因而应用最广泛。
主要作用：绝缘外壳主要是起绝缘支撑作用，并参与组成气密绝缘系统。

5.2波纹管
材料：波纹管主要由厚度为0.1～0.2mm的不锈钢制成。
主要作用：波纹管主要担负动电极在一定范围内运动、及高真空密封的功能。真空灭
室要求波纹管具有很高的机械寿命。

5.3屏蔽筒
材料：屏蔽筒可由无氧铜、不锈钢、电工纯铁或铜铬合金等材料制成。
主要作用：
1）减轻触头在燃弧过程中产生的金属蒸汽和液滴喷溅对绝缘外壳内壁的污染程度，从而避免造成真空灭弧室外壳的绝缘强度下降或产生闪络。
2）改善真空灭弧室内部的电场分布，有利于真空灭弧室绝缘外壳的小型化，尤其是对高电压等级真空灭弧室的小型化有显著效果。
3）冷凝电弧生成物。特别是真空灭弧室在开断短路电流时，电弧所产生的热能大部分被屏蔽系统所吸收，有利于提高触头间的介质恢复强度。屏蔽筒冷凝电弧生成物的量越大，吸收的能量也越大，越能改善真空灭弧室的开断能力。

5.4触头系统
5.4.1触头结构
触头结构的作用主要是在真空灭弧室分断短路电流时，在触头间形成横向磁场或纵向磁场，从而限制触头表面阳极斑点的形成，提高灭弧室的分断能力。
触头结构形成所需磁场的方式主要有两种：一是通过改变电流方向形成所需的磁场；二是通过设置磁性材料聚拢磁力线形成所需方向的磁场。
5.4.2触头
触头是导电产生电弧、熄灭电弧的部位，对材料的要求很高。触头材料主要有铜铋合金、铜铬合金、铜钨合金等几种，目前断路器用真空灭弧室大量使用的主要是铜铬合金。
5.5导电杆
真空灭弧室的动静导电杆均由无氧铜制成，它们是主要的导电回路，主要起导通电流的作用。
5.6导向套
导向套一般用绝缘材料制成。它主要起导向作用，保证真空灭弧室的动导电杆在分合闸运动过程中能沿着真空灭弧室的轴线做直线运动。同时，它还能防止导电回路的电流分流到波纹管上，从而影响真空灭弧室的寿命。

6真空灭弧室的触头结构
真空灭弧室的触头结构一般有以下几种：
6.1 圆柱形触头:最简单的触头结构,分断电流不大,一般不超过7~8KA。
6.2横向磁场触头：典型的有螺旋槽横磁、杯状横磁、万字槽横磁。
6.3纵向磁场触头：典型的有开斜槽式纵磁、线圈式纵磁、马蹄铁式纵磁。
6.4 R型触头：触头结构与触头集成化制造，磁场方向为交替式纵磁。

7什么是横向磁场触头 什么是纵向磁场触头 它们对熄灭交流电弧分别有什么作用

7.1横向磁场触头是指真空灭弧室在分断短路电流时,在其电极间产生的与电极轴线垂直的磁场。在足够的横向磁场的作用下，真空电弧沿着触头表面不断地高速运动，从而避免了触头表面的严重熔化，在电流过零后能迅速恢复绝缘强度，有利于电弧的熄灭。

7.2纵向磁场触头是指真空灭弧室在分断短路电流时,在其电极间产生的与电极轴线方向一致的磁场。采用纵向磁场提高真空开关的分断能力与采用横向磁场的情况截然不同，纵向磁场的加入可以提高由扩散性电弧转变到收缩型电弧的转换电流值。在足够的的纵向磁场的作用下，电弧斑点在电极触头表面均匀分布，触头表面不会产生局部严重熔化，并具有电弧电压低、电弧能量小的优良特征，这对于弧后绝缘强度恢复，提高分断能力是十分有益的。目前，大容量的真空灭弧室多采用纵向磁场触头，这是因为纵向磁场触头具有电磨损小，使用寿命长和分断能力强等优点。

8真空灭弧室制造工艺中的几种封排方式及其优缺点
真空灭弧室的制造工艺一般分为排气台工艺、一次封排工艺、完全一次封排工艺。
































图 三 真空灭弧室的制作工艺

三种制管工艺的流程如图三所示。

8.1 排气台工艺
是指将真空灭弧室的零件通过钎焊及氩弧焊等工艺制成为待排气的整管，再连接到排气台进行抽真空及烘烤除气，最后进行冷夹封口的过程。
此工艺，过程复杂、路线长，一般有9道工序。因而效率低且对真空灭弧室零件的污染环节多。而且，按此工艺生产的真空灭弧室烘烤温度低（450℃左右），因而除气不彻底。

8.2一次封排工艺
是指将真空灭弧室各零件先钎焊成几个部件，再将几个部件组装成真空灭弧室整件，然后再在真空炉中完成排气、烘烤去气及钎焊封口的过程。
此工艺，过程较简单，一般有7道工序，因而效率较高且人为污染也较少。此外，按此工艺生产的真空灭弧室烘烤温度高（800℃～900℃），因而排气彻底。

8.3完全一次封排工艺
是指将真空灭弧室所有零件直接组装成整件，然后在真空炉中一次完成排气、烘烤、钎焊封口的过程。此工艺，过程最简单，一般仅有5道工序，人为环节最少，过程质量最稳定，但对封排设备的要求很高。


9．制造过程中保证真空灭弧室产品质量的关键点
9．1真空的保持
顾名思义，真空灭弧室必须要借助优良的真空状态方可实现其功能。要保持优良的真空状态，必须要严格控制以下三个环节。
1）陶瓷金属化
陶瓷与金属的性能差异非常大，因而其与金属零件封接部位的金属化质量非常关键。经验表明，真空灭弧室的慢性漏气约有70%左右是因为陶瓷金属化质量不好而引起的。陶瓷金属化的质量难以通过事后检验来控制把关，必须要通过过程质量来控制，对设备的依赖程度非常高。目前，国内仅有少数几个真空灭弧室厂家具备稳定的陶瓷金属化能力。
2）波纹管的选择及其与灭弧室其它零件的钎焊工艺
波纹管一般是由0.1～0.2mm厚的不锈钢板制成的，因其厚度很薄且要承受几万次的机械寿命，所以对材料及制造工艺的要求非常高。
传统焊料对不锈钢材料的浸润性很差，因而国内绝大部分厂家都将不锈钢波纹管电镀镍后再进行钎焊。但不锈钢材料不易于进行镀镍，因而存在一定的质量隐患。因此，如果波纹管的材料、壁厚、表面状态及其与其余零件的钎焊质量控制不好，均会造成真空灭弧室的慢性漏气，导致真空灭弧室功能的丧失。
3）整管封排、钎焊工艺
真空灭弧室整管的封排、钎焊工艺对真空灭弧室真空的保持同样具有非常重要的作用。如果封排工艺环节过多，污染源则较多，这样封排后的真空灭弧室的放气源较多，从而在贮存或使用过程中可能导致真空度的下降。真空灭弧室整管钎焊过程中，如真空炉工作区的温度不均匀，则个别管子的焊缝质量会受到影响，存在漏气的隐患。
9.2 触头材料及触头结构
真空灭弧室设计定型后，触头材料及触头结构的稳定性对真空灭弧室的开断性能起着至关重要的作用。从近些年试验站统计的情况来看，真空断路器（包括老产品）型式试验的成功率有所下降。这与降低成本后，触头材料的批次性质量不稳定及触头结构加工质量的不稳定性有很大的关联。
触头的关键性能只能通过破坏性试验的方式进行验证，因而批量生产的触头必须通过制造过程控制来保证其质量的一致性、稳定性。目前在国内真空灭弧室厂家中，仅京东方公司具备触头的制造和控制能力。
9.3导电回路的材料
真空灭弧室导电回路（主要指动、静导电杆）的材料对真空灭弧室的性能有很大的影响。如果动静导电杆的材料不好，含气量大、杂质多，则会显著影响真空灭弧室的性能。一方面，导电杆材料不好会造成真空灭弧室在储存及使用过程中产生较多的放气，影响其真空性能，严重时导致其真空度的丧失；另一方面，导电杆材料不好会增加真空开关的回路电阻再加上较多杂质的存在，这样在通载正常电流时，开关可能会因局部温升过高而烧损，严重时会造成事故。
真空灭弧室导电回路的材料一般要求用无氧铜材料。无氧铜材料有好几个等级，如TU1、TU2、TU3等，即便是紫铜也有T1、T2、T3几个等级。各等级铜材的含气量及杂质含量有明显差异，个别小厂，为了降低成本甚至使用了比T3还差的铜材。

10 真空灭弧室的真空度对其技术性能有什么样的影响
真空技术中将广阔的真空度范围划分为粗、低、高、超高、极高等区域。其中高真空区域的气体压力为 10-1～10-6Pa，这一区域的后半段，即 1.33 ×10-3 ～1.33 ×10-6 Pa是真空灭弧室通常采用的真空度范围。
真空度的高低对灭弧能力有影响。实验表明：真空度在10-3Pa数量级时就能够可靠地灭弧；真空度在低于5×10-2Pa时就不能够可靠地灭弧了。真空灭弧室出厂标准规定, 真空度需达到 10-4～ 10-6 Pa，是为了保证真空灭弧室的使用和贮存寿命达到一定标准。

11 真空开关的主要机械特性对真空灭弧室性能有什么样的影响
真空开关机械特性的优劣，对真空灭弧室各项电气性能有重要的影响。真空灭弧室的性能对衡量真空开关的性能当然十分重要，而开关本身的机械特性也同样影响真空灭弧室的使用性能。要保证真空开关的性能，其机械特性必须满足真空灭弧室的要求。下面对主要机械特性参数与真空灭弧室产品性能的关系分述如下：
11.1开距
触头的开距主要取决于真空开关的额定电压和耐压要求，一般额定电压低时触头开距选得小些，但开距太小会影响分断能力和耐压水平。开距太大，虽然可以提高耐压水平，但会使真空灭弧室的波纹管寿命下降，也会影响分断能力。设计时，一般在满足运行的耐压要求下尽量把开距选得小一些。10kV真空断路器的开距通常在8～12mm之间，24kV真空断路器的则在10～16mm之间， 35KV真空断路器的则在16～24mm之间。
11.2触头接触压力
在无外力作用时，动触头在大气压作用下，对真空灭弧室内腔产生一个闭合力,使其与静触头闭合，这个力称之为自闭力，其大小主要取决于波纹管的端口直径。自闭力太小，不能保证动静触头间良好的电接触，必须施加一个外加压力。外加压力和自闭力之和称为触头的接触压力。接触压力有如下几个作用：
1）保证动、静触头的良好接触，在一定范围内减小其接触电阻值。
2）满足额定短路状态时的动稳定要求。应使触头压力大于额定短路状态时的触头间的斥力，以保证在该状态下动静触头的完全闭合且不受损坏。
3）抑制合闸弹跳。使触头在闭合碰撞时得到缓冲，将碰撞的动能转为弹性势能，抑制触头的弹跳。
4）改善分闸特性。当接触压力大时，触头压簧的压缩量大、弹性势能大，因而在触头分闸时，动触头能得到较大的初始分闸力，容易拉断熔焊点，并提高分闸的初始阶段的刚分速度，减少燃弧时间，提高分断能力。触头接触压力是一个很重要的参数，在产品的初始设计中要经过多次验证、试验才能选取得比较合适。如果触头压力选得太小，则满足不了上述各方面的要求；但触头压力太大，一方面需要增大合闸操作功，另外灭弧室和整机的机械强度要求也需要提高，影响技术经济指标。
11.3接触行程(或称压缩行程)
目前真空开关毫无例外地采用对接式接触方式，动触头碰上静触头之后就不能再前进了。触头接触压力是由触头压缩弹簧(有时称作触头弹簧)提供的，在开关触头碰触开始，触头压簧施力端仍会继续运动，其继续运动的距离，即为触头弹簧的压缩行程，也称为接触行程。
接触行程有两方面作用，一是令触头弹簧受压而向对接触头提供接触压力；二是保证在运行磨合或触头烧损后仍然保持一定接触压力，使之可靠接触。一般接触行程可取开距的20%～40%左右，10kV的真空断路器约为3～4mm。
在真空断路器具体设计时，触头压缩弹簧在分闸位置就设置了相当的预压缩量，因而在触头对接前就有了一定的预压力。这是为了在合闸过程中，使动触头有足够的力抵抗因预击穿而产生的电动力。并在触头碰接瞬间，接触压力陡然跃增至预压力数值，减小合闸弹跳，抵抗电动斥力，使动静触头保持良好的接触状态；随着触头压簧的进一步压缩，触头间的接触压力逐步增大，接触行程终了时，接触压力达到设计值。接触行程不包括合闸弹簧的预压缩量程，它实际上是触头压簧的第二次受压行程。
11.4时间-行程特性曲线
时间-行程特性曲线是描述真空断路器合、分闸机械特性的重要手段，在时间-行程特性曲线中可以全程测量到断路器合、分闸期间的运动速度、合闸弹跳、分闸反弹等参数。
11.4.1合闸行程特性曲线
合闸速度主要影响触头的电磨蚀。如合闸速度太低，则在合闸时预击穿时间长，电弧存在的时间长，触头表面电磨损大，甚至使触头熔焊而粘住，降低灭弧室的电寿命。但速度太快，容易产生合闸弹跳，操动机构输出功也要增大，对灭弧室和整机的机械冲击大，影响产品的使用可靠性与机械寿命。
11.4.2分闸行程特性曲线
一般而言，断路器的分闸速度越快越好，这样当首开相触头在电流过零前2～3ms分离时，可以在电流第一个过零点开断故障电流；否则首开相不能开断而延续至下一相，原首开相变为后开相，燃弧时间延长了，加重了触头烧损使开断的难度增加，甚至使开断失败。但分闸速度太快，分闸的反弹也大，反弹太大震动过剧，容易引起触头间重燃，所以分闸速度亦应考虑这方面因素。分闸速度的快慢，主要取决于合闸时动触头弹簧和分闸弹簧的贮能大小。为了提高分闸速度，可以增加分闸弹簧的贮能量，也可以增加触头弹簧的压缩量，这都必然需要提高操动机构的输出功和整机的机械强度，降低了技术经济指标。
11.4.3合闸弹跳时间
断路器在合闸时，触头在刚接触后可能会产生弹跳的震荡过程，从触头刚接触开始计起，到稳定接触的时间间隔，称为合闸弹跳时间。
国外的标准对这一参数没有明确规定。1989年底，能源部电力司提出真空断路器合闸弹跳时间必须小于2ms。这主要是考虑合闸弹跳的瞬间会引起电力系统或设备产生L.C高频振荡，振荡产生的过电压对电气设备的绝缘可能造成伤害甚至损坏。当合闸弹跳小于2ms时，不会使电力系统产生较大的过电压，设备绝缘不会受损，同时在合闸时动静触头之间不易产生熔焊。
11.5合、分闸不同期性
合闸的不同期性太大容易引起合闸的弹跳，因为机构输出的运动冲量仅由首合闸相触头承受。此外，分闸的不同期性太大可能使后开相燃弧时间加长，降低开断能力。
分闸与合闸的不同期性一般是同时存在的，所以调好了合闸的不同期性，分闸的不同期性也就有了保证。一般要求合分闸不同期性小于2ms。
11.6合、分闸时间
合闸时间是指开关接到合闸指令瞬间起到所有极的触头接触瞬间的时间间隔；分闸时间是指从开关分闸操作起始瞬间(即接到分闸指令瞬间)起到所有极的触头分离瞬间的时间间隔。
合、分闸线圈是按短时工作设计的，合闸线圈的通电时间不超过100ms，分闸线圈的通电时间不超过60ms。合、分闸时间一般在断路器出厂时已调好，无需再动。
当断路器用在发电机系统并在电源近端短路时，故障电流直流分量衰减较慢。若分闸时间很短，断路器分断的故障电流就可能含有较大的直流分量，开断条件更为恶劣，这对断路器的开断是很不利的。所以用于发电机系统的真空断路器，其分闸时间的设计适当长些为宜。
11.7回路电阻
回路电阻值是表征导电回路的联接是否良好的一个参数，各类型产品都规定了一定范围内的值。若回路电阻超过规定值时，很可能是导电回路某一连接处接触不良。在大电流运行时接触不良处的局部温升增高，严重时甚至引起恶性循环造成氧化烧损，对用于大电流运行的断路器尤需加倍注意。回路电阻测量，它也是检测装配质量的手段。不允许采用电桥法测量，须采用GB763规定的直流压降法。

12真空开关厂家在安装真空灭弧室时要注意什么
12.1. 使用前的检查
12.1.1 外形、外观检查
检查包装是否完好，开箱后应检查外观、核对产品与合格证是否相符。正常产品在用手摇动时，管内无异响，陶瓷外壳完整，无机械损伤。
12.1.2 工频耐压检查
真空灭弧室在使用前应进行一次工频耐压测试。测试前应用干布或酒精润湿的擦布清洁表面。测试规范为：在额定开距时，在一分钟左右缓慢升至额定工频耐受电压，保持一分钟，无指示仪表指针突变及跳闸现象即为合格。允许管内零星火星及其它轻微的发光现象。
12.2. 真空灭弧室的安装
12.2.1 安装前，用棉布或绸布蘸少许酒精，将绝缘外壳的表面擦干净，同时将导电杆及电连接表面擦干净，以使其与整机有良好的电接触。
12.2.2 安装好真空灭弧室后，按要求对真空开关的机械特性进行调整。与真空灭弧室有关的机械参数应满足技术条件中给出的参数要求。
12.3. 安装中应注意的事项
12.3.1 真空灭弧室在工作时，应有导向装置，以保证动导电杆对整管轴线的同轴度符合要求，波纹管不受扭力。
12.3.2 安装中，严禁用硬物撞击或敲打管子外壳，以免破碎而漏气。
12.3.3注意不要反复拆卸真空灭弧室，以防止连接螺纹滑扣；也不应扭转动导电杆、过量压缩波纹管，以免使波纹管承受扭力或受到损伤，影响使用寿命。
11.3.4 安装中应注意，施加在真空灭弧室两端面的力不应超出产品技术条件中规定的静态安全压力。
12.4 使用中应定期用工频耐压法检查真空灭弧室的真空度。


13怎样做好真空断路器型式试验中的短路关合与开断能力试验
一种新的真空断路器投入市场或老产品转厂生产，必须进行型式试验。GB1984-2003将断路器的型式试验项目分为强制的型式试验项目（共11项）和适用时强制的型式试验项目（共13项）。高压真空断路器型式试验的主要目的是为了考核真空断路器的关合与开断性能及绝缘性能等。
在高压真空断路器型式试验中，要进行短时耐受电流试验、峰值耐受电流试验、短路关合与开断能力试验（含电寿命试验），上述试验对断路器及真空灭弧室的设计参数、断路器的分合闸速度等机械参数及机构操作功的确定起主导作用，对产品定型影响最大。试验一旦失败，与其它试验项目相比，对断路器及灭弧室的损坏程度最大，试验费用的损失也最大。真空断路器配件的选择及机械参数的调整，对真空断路器短路关合与开断试验的成功极为关键。下面是真空灭弧室的选择和机械参数的调整探讨。
13.1 真空灭弧室的选择
真空灭弧室作为真空断路器的核心器件，在短路关合与开断中起着至关重要的作用。型式试验是一种“破坏性”试验，其短路关合与开断的严酷条件是正常使用所无法比拟的。因此在选择型式试验用的真空灭弧室时必须慎重，应该选用技术实力雄厚、设备先进、工艺完善、质量稳定的灭弧室制造厂家的产品。
真空灭弧室的生产厂家应在厂房设施、环境要求、生产设备和工艺工装、检测设备、出厂检验条件及人员素质等方面，具备真空灭弧室生产的必要条件要求。
13.1.1真空灭弧室的制造
目前真空灭弧室的制造技术已相当成熟,但各制造厂家还有差距。制造过程中影响真空灭弧室品质的因素很多，其中触头制造、陶瓷金属化和封排技术对真空灭弧室的品质起决定性的作用。
1）触头结构和触头
触头系统是真空灭弧室的心脏，其质量对真空断路器短路关合与开断的成败起着至关重要的作用。
断路器用真空灭弧室的触头结构一般有横向磁场触头结构、纵向磁场触头和近年来由京东方自主研发的R触头。R触头创造性地将触头结构与触头集成化制造，磁场方向为交替式纵磁。通过大量试验证明，它具有分断能力强、分断成功率高、载流能力强等许多优点。
触头系统在制造过程中要保持高度清洁，无论是触头本身材料的问题还是生产过程中造成的污染，都会导致在短路开断的瞬间由于电弧的高温作用使污染物发生分解、放气，使得真空灭弧室内真空度瞬间降低，从而造成不熄弧，使短路开断失败。
目前作为真空断路器用真空灭弧室的触头材料一般为CuCr合金。CuCr合金触头具有如下特点：1)工作时Cu和Cr的变化具有同步性，因此可以保证开断性能不变；2)介质强度恢复快；3)触头电磨损小；4)吸气能力大，Cr与O2有很大的亲和力，同时也能大量吸收CH4、CO、N2、和H2等气体。
衡量触头材料质量水平的指标主要有Cu和Cr的比例、导电率、材料的硬度、密度、金相分布及含气量，只有所有指标满足技术要求，才能用于真空灭弧室的制造。
2）陶瓷金属化和封接
陶瓷金属化和封接质量对于真空灭弧室的气密性能至关重要。真空灭弧室的慢性漏气大部分是由于陶瓷金属化和封接的质量不好造成的，陶瓷金属化和封接的质量直接影响真空灭弧室的真空度稳定性。京东方产品的瓷壳与金属零件间焊缝优良的气密性（漏气速率低于1*10-10Pam3/S）和可靠的抗拉强度（大于130MPa）在国内处于领先地位；，京东方真空灭弧室的漏气率在0.5‰以下。
3）完全一次封排工艺
真空灭弧室的制造工艺一般分为排气台工艺、一次封排工艺、完全一次封排工艺。
排气台工艺过程复杂、路线长，效率低且对真空灭弧室零件的污染环节多。而且，按此工艺
生产的真空灭弧室烘烤温度低（450℃左右），因而除气不彻底；
一次封排工艺过程较简单，一般有7道工序，因而效率较高且人为污染也较少。此外，按此工艺生产的真空灭弧室烘烤温度高（800℃～900℃），因而排气彻底；
完全一次封排工艺过程最简单，一般仅有5道工序，人为环节最少，过程质量最稳定，但对封排设备的要求很高。
京东方是目前国内唯一采用完全一次封排工艺的真空灭弧室生产厂家，该工艺路线短，装配效率高，一次成品率高，适合于规模化生产；该工艺无需进行零部件焊接，人工环节最少，工艺简单易保证产品质量的稳定性；使用进口的世界上最先进的真空炉进行封排，计算机自动控制，无人化操作，确保制造过程的稳定可靠；该真空炉采用全无油真空系统，极限真空度高（达到1*10-7Pa），抽气速率大（10000L/s），封排后的真空灭弧室初始真空度高（达到1*10-5Pa）；炉体工作区温度均匀性好（±1℃），产品一致性好。
4）真空灭弧室的老炼工艺
真空灭弧室的老炼工艺是提高触头间隙击穿电压及清洁触头表面的有效措施。老炼工艺分为电压老炼和电流老炼两类。
电压老炼可以消除触头表面毛刺，提高真空灭弧室的耐压水平，有利于弧后绝缘的迅速恢复。
电流老炼一般是用一百至数百安培的直流电流，通过真空灭弧室的触头间隙形成均匀的扩散型真空电弧，利用在一定时间内电弧连续放电的烧蚀作用，改善触头表面状况。
13.1.2真空灭弧室各项性能参数
真空灭弧室出厂时主要测试的参数有真空度、额定触头压力下的接触电阻、工频耐压、雷电冲击耐压、同轴度、触头自闭力及额定开距下的反力。这些参数是由合理的设计方案与先进的生产制造工艺及完善的质量监督体系来保障的。
真空灭弧室出炉后的高压储存及出厂前的静态存放使得个别慢漏的管子得以剔除，从而使真空灭弧室的真空度更加得以保证。

13.2 真空断路器机械参数的调整
真空断路器机械特性的好坏在很大程度上决定了真空灭弧室的开断性能,真空断路器各项机械参数的调整也是依据真空灭弧室的要求来进行的。型式试验中由真空灭弧室本身造成的问题，最大的可能就是真空灭弧室的漏气或触头问题，这种情况在真空灭弧室出厂前的工艺过程和参数测试中基本上是可以控制的，因而由真空灭弧室本身的问题造成开断失败的概率很小。在型式试验中所出现的诸如触头熔焊、不熄弧、重燃、重击穿等现象绝大多数都是由于真空断路器参数调整不当造成的，但其不良后果却体现在真空灭弧室上。
13.2.1 触头开距与分合闸不同期
1) 触头开距
触头开距指分闸状态时, 真空灭弧室两触头之间的距离。触头开距的大小主要是由真空断路器的额定电压决定的，从提高绝缘水平这个角度讲，应适当增大触头开距。
从开断能力这个角度分析，触头开距过大，将会显著地降低触头间有效纵向磁场的强度，使短路开断能力下降。因此，在增大触头开距时要充分考虑对开断能力的影响。
由于设计及生产工艺的不同，对于开距这一指标，各真空灭弧室厂家的要求略有不同。型式试验前实际调整时建议开距尽量靠近真空灭弧室厂家给定范围的中心值。
2)分、合闸不同期
其理想状态下真空断路器的三相开距应该是完全一致的，三相同时关合，同时开断，平均分配能量，但实际调试中是很难达到的。 对于触头合闸和分闸不同期性这一指标，真空灭弧室的生产厂家均要求不大于2ms，实际调整时越小越好。
13.2.2 分闸行程特性曲线
由分闸行程特性曲线可判定真空断路器分闸速度和分闸反弹
1) 分闸速度
分闸速度分为刚分速度和平均分闸速度。动静触头刚分离瞬间的速度称为刚分速度。平均分闸速度，真空灭弧室厂家一般规定为0～75％行程内的平均速度。某些真空断路器厂家在测试平均分闸速度时一般取缓冲器作用前这段距离。对于12kV及24KV真空断路器，平均分闸速度的测试距离一般取6mm左右；对于40.5kV真空断路器，一般取8-10mm左右。
分闸速度的大小直接影响电流过零后触头间介质强度的恢复速度。如果在电弧熄灭后，触头间介质强度的恢复速度小于恢复电压的上升速度，将造成电弧重燃。为防止电弧重燃，必须有足够大的分闸速度。
分闸速度的指标主要是由额定电压和开距决定的,也与短路开断电流有一定的关系。真空断路器在短路开断试验中，随着开断电流的逐渐增大，其平均燃弧时间也随之增长，分散性也增大，重燃和重击穿的概率增大。因此，对于同一电压等级的真空断路器，开断电流越大，所要求的分闸速度也就越高。
对于真空断路器开断能力影响最大的不是平均分闸速度，而是刚分速度。若刚分速度不高，电弧在第一个过零点触头间隙很小，此时金属蒸汽尚处于高密度状态。由于动静触头没有达到足够的开距，很容易导致电弧的重燃。因此，从提高开断性能这个角度，刚分速度越大越好。提高刚分速度的另一好处是短路开断时很容易拉断动静触头间轻微的熔焊点。
平均分闸速度或最大分闸速度则不宜过大，否则，不仅造成分闸反弹的增大，结构元件的机械强度及对真空灭弧室内波纹管的损害都会变成突出的问题。
2) 分闸反弹
真空断路器在开断过程中出现反弹是不可避免的。过大的分闸反弹将会引起开断过程中的重燃，对波纹管的寿命也有一定的影响。影响分闸反弹的因素有两个：一个是平均分闸速度或最大分闸速度，另一个是分闸缓冲器的缓冲性能。为提高分闸速度而调整分闸弹簧时，必须兼顾对分闸反弹的影响。
分闸反弹幅值经验值为12kV真空断路器小于1.5mm，24kV及以上真空断路器小于2mm。实际调整时分闸反弹越小越好，在保证分闸反弹满足要求的前提下，分闸速度尽可能按灭弧室厂家提供的数据上限进行调整。
13.2.3分闸行程特性曲线
由合闸行程特性曲线可判定真空断路器合闸速度和合闸弹跳
1) 合闸速度
合闸速度是指真空断路器在合闸过程中动触头向静触头运动的平均速度。由于真空灭弧室在额定开距时的静态耐压水平比较高，因而真空断路器的合闸速度可以比分闸速度低很多。不同电压等级的真空灭弧室要求的合闸速度略有不同，在相同电压等级下，合闸速度在比较大的范围内对关合能力影响不大。
合闸速度的确定主要考虑两个因素，一个是刚合前的预击穿，另一个是合闸弹跳。因合闸速度较慢而导致预击穿时间过长，及因合闸速度较快而导致弹跳时间过长都易产生合闸时触头熔焊。
型式试验前实际调整时建议合闸速度尽量靠近真空灭弧室厂家给定范围的中心值。
2)合闸弹跳
影响合闸弹跳的因素较多，除合闸速度外，真空灭弧室的触头材料、触头结构和真空断路器的触头压力、超行程、动端的质量、机构的传动间隙等对弹跳都有很大的影响。有些影响因素需要在真空断路器的设计过程中就要考虑。为抑制合闸弹跳，真空断路器厂家需要采取的措施有：1)选择刚性好的触头弹簧；2)合闸速度要适宜；3)保证足够的超行程；4)尽量减小动端质量；5)减小机构传动环节的装配间隙；6)保证动端对静端运动过程中的同轴度及垂直度；7)保证真空断路器各支撑部件的强度及相关部分的螺栓紧固不松动等。
各真空灭弧室生产厂家一般要求合闸弹跳时间不大于2 ms，实际调整时越小越好。
13.2.4 触头压力和超行程
1) 触头压力
触头压力分为触头初压力和触头终压力。由于真空灭弧室在封排后其自闭力是固定的，触头终压力的大小主要取决于触头弹簧的刚度和超行程；触头初压力的大小主要取决于触头弹簧的刚度和触头簧的预压缩量。
触头压力主要有以下几方面的作用：1)可以使真空灭弧室的接触电阻保持在规定的数值之内，在一定的范围内，触头终压力越大，接触电阻越小，但接触电阻的大小最主要取决于灭弧室导电回路的设计；2)可以满足动稳定的试验要求，在做动稳定试验时，触头终压力必须大于动稳定电流所产生的斥力，否则会导致触头斥开使真空灭弧室炸裂烧毁；3)可以抑制合闸弹跳，足够的触头初压力是减小合闸弹跳的有效措施之一；4)可以预防短路关合时由于过大的触头斥力而产生的触头熔焊。型式试验中短路分断时触头间的熔焊绝大多数都是由于触头终压力不足造成的。
在保证上述作用的前提下，触头压力也不宜过大。过大的触头压力既增加了操动机构的合闸功，也易造成真空灭弧室在合闸时的机械损伤，如触头的变形和导电杆的弯曲及压缩等。
型式试验前实际调整时建议取真空灭弧室厂家给定范围中心值以上。
2) 超行程（接触行程）
超行程的作用体现在以下几个方面：1)保证触头在一定的电磨损后仍能保持足够的触头终压力；2)借助触头弹簧力为合闸提供缓冲，抑制合闸弹跳；3)在分闸时使动触头获得一定的初始加速度，提高刚分速度，拉断轻微熔焊点。
和触头压力一样，超行程也不是越大越好。超行程太大，在同样的触头弹簧刚度的情况下会增加操动机构的合闸功，容易造成合闸不到位而使合闸变得极不可靠。
真空断路器的超行程一般取触头开距的20％～40％。实际调整应与触头弹簧的刚度兼顾考虑，要保证给出足够的触头终压力
真空灭弧室的制造质量和真空断路器的机械参数是型式试验中影响短路关合与开断成功率的主要因素。
真空灭弧室出厂后其各项指标几乎不再变化，基本不受人为因素及环境因素的影响。真空断路器从出厂前的装配到型式试验前的调整要经过多次的机械磨合，其机械参数受人为因素及环境因素的影响较大。且不同的真空断路器厂家对型式试验中机械参数的理解也略有不同，这就需要真空断路器厂家和真空灭弧室厂家的技术（试验）人员在试验前进行充分沟通。只有对真空灭弧室的性能指标和真空断路器的机械参数有了足够的了解和掌握，才能将真空断路器的总体性能调整到最佳状态，保证型式试验的顺利进行。






































二 京东方真空灭弧室

1 京东方制造的真空灭弧室结构及工艺有什么样的特点和优点
1．1完全一次封排工艺
京东方真空灭弧室均采用完全一次封排工艺制造。此工艺具有以下优点：
1）工艺路线短，装配效率高，一次成品率高，适合于规模化生产。
2）无需进行零部件焊接，人工环节最少，工艺简单易保证产品质量的稳定性。
3）使用进口的一次封排用真空炉进行封排.该真空炉的工作容积、抽气速率、极限真空度、工作区温度均匀性等技术指标，在国内外真空灭弧室生产厂家中为最高水平。该炉采用全无油真空系统，计算机全程控制，确保制造过程的稳定、可靠，产品质量高、一致性好。见图四

1.2不锈钢直接钎焊工艺
传统的真空灭弧室绝缘外壳两端的金属盖板一般采用可伐材料或无氧铜材料。使用可伐材料的盖板须镀镍后方可与陶瓷进行钎焊，如镀镍质量不好不但焊料流散不好易造成漏气，且也可能造成盖板在高温下晶间开裂形成漏气。使用无氧铜材料的盖板虽然易于与陶瓷钎焊但结构强度低，不适于制造较大的真空灭弧室，且无氧铜材料的抗蚀性也较差。
真空灭弧室的波纹管一般均为不锈钢材料，为了解决波纹管与其它零件的钎焊问题，国外厂家有的采取了在波纹管钎焊部位镀金的工艺，国内厂家为了降低成本一般采用镀镍的方法。不锈钢材料不易于镀镍，因而存在一定的质量隐患。
京东方与科研院所合作，开发了特殊的焊料并使用特殊的不锈钢材料，从而解决了不锈钢直接钎焊问题。不锈钢直接钎焊工艺具有以下优点：



图 四 进口的一次封排用真空炉


1）无需电镀，避免了电镀的质量隐患，焊缝密实可靠，漏气率低。
2）特殊不锈钢材料能适应恶劣的环境条件,如盐雾、潮湿、腐蚀性环境等。
3）特殊不锈钢材料结构强度高且具有优良的抗拉性、延展性及抗冲击性能。
此工艺已取得专利，专利名及专利号为：与陶瓷封接的新型金属构件 ZL01.1.10412.0

1.3独特的R触头设计
目前国内真空灭弧室厂家生产的灭弧室大多数使用杯状纵磁结构。京东方研发了具有自主知识产权的国际上独一无二的纵磁结构的R触头，见图五。 使用R触头并经过电磁场优化设计的真空灭弧室具有以下优点：
1）分断短路电流时形成的纵向磁场强，热容性好，因而分断短路电流能力强、重燃率低、可靠性高，能满足首次100%额定短路电流的开断要求。
2） R触头为集成化制造，结构强度高,分合闸过程中不会变形，短路分断性能稳定。
3） R触头无引弧槽，外形完美，浑然一体，耐电压水平高
4）回路电阻小，额定触头压力下IN＝1250A时，R＝9±1µΩ；IN＝3150A时，R＝7±1µΩ。
5）具有高可靠的容性负载及感性负载开断能力。
6）具有高可靠的异相接地故障电流开断能力。
7）在正常工作条件下具有极低的X射线辐射量，可满足环境保护的要求。





图 五 R触头外形









京东方设计制造的R触头已获得多项国内外专利，具体如下：
集成化电力开关触头 ZL01 1 09233.5 国际专利主分类号HO1H33/664
集成化电力开关触头的制造方法 ZL01 1 09232.7 国际专利主分类号HO1H11/00
集成化多极纵向磁场电力开关触头 ZL01 1 29554.6 国际专利主分类号HO1H33/664
INTEGRATED CONTACT FOR POWER SWITCHGEAR US 6,891,121 B2
MULTPOLAR INTEGRATED CONTACT FOR POWER SWITCHGEAR US 6,891,120 B2

1.4高稳定质量的陶瓷金属化工艺
陶瓷金属化质量对于真空灭弧室的气密性能至关重要。真空灭弧室的慢性漏气大部分是由于陶瓷金属化的质量不好造成的。京东方在北京电子管厂50余年的电真空经验基础上吸收了国内外的陶瓷金属化经验，形成了独具特色的高可靠的陶瓷金属化技术。京东方的陶瓷金属化工艺主要具有以下优点：

1.4.1采用特殊的金属化配方和先进的制造工艺，保证了瓷壳与金属零件间焊缝优良的气密性（漏率低于1*10-10Pam3/S）及很高的抗拉强度（大于130MPa）。

1.4.2 京东方使用进口的世界上最先进的氢气烧结炉进行陶瓷金属化制造，该设备为全自动控制，工作区温度均衡性好、升降温梯度小，因而陶瓷金属化的稳定性、一致性好。

















图 六 进口全自动陶瓷金属化炉

1.4.3在整个陶瓷上釉金属化过程中，京东方设置了多个检测点并配备了先进的检测仪器，从而保证了陶瓷金属化产品质量的稳定性。

























三 京东方真空灭弧室特点应用

1、京东方真空灭弧室在固封极柱真空断路器中的应用
1.1固封极柱真空断路器的发展
将真空灭弧室和断路器相关的导电零件同时嵌入到环氧树脂这类容易固化的固体绝缘材料中形成极柱，使整个断路器极柱成为一个整体的部件。以前，一般真空灭弧室的绝缘外壳暴露在空气中，存在被外界的灰尘、潮湿污染的问题。为减小此影响，要求真空灭弧室的外壳有足够的长度，这不仅影响真空灭弧室的小型化，也影响真空灭弧室的性能和可靠性。固封极柱具有以下优点：与传统组装式极柱相比，固封极柱的零件数量大量减少，导体的搭接面由6组减少到3组，连接螺栓由8个减少到1~3个，（见图七）简单的结构大大提高了断路器的可靠性；由于真空灭弧室被嵌入到固体材料中，所以不需要做任何进一步的处理，固封极柱即可达到很高的绝缘强度；真空灭弧室被嵌入到固体材料后，极柱的外界环境对真空灭弧室的影响被减低到最少。

图 七 组装式极柱和浇注式极柱

1998年ABB利用真空灭弧室的固封极柱技术开发了VM1免维护型真空断路器，近几年又成功的将此技术应用在VD4P型真空断路器上。
2000年国内西高所、厦门华电、森源系统等单位也相继开发了类似产品。
我公司从2000年开始配合他们开发了供固封极柱用的真空灭弧室，目前已有12KV/630A~4000A-20KA~50KA；24KV/1250A-25KA~31.5KA等系列产品。
1.2京东方真空灭弧室在固封极柱真空断路器中的特点
真空灭弧室是固封极柱的核心部件，与传统的组装式极柱的真空灭弧室相比，京东方真空灭弧室有如下特点：
1.2.1减少发热，降低温升；
环氧树脂浇铸的固封极柱最突出的问题是温升问题，解决温升问题要在减少发热和改善散热两个方面来做工作。
在固封极柱中使用R触头的真空灭弧室，它具有接触电阻小的优点，在经过SPS工艺处理后它的接触电阻是同等级别的杯状触头真空灭弧室的四分之三，从而比同等级别的杯状触头真空灭弧室减少（由接触电阻引得的）发热功率（P=I2R）四分之一。（见表1）
表1
R触头 杯状触头
额定电流1250A 9±1µΩ 14±1µΩ
额定电流3150A 7±1µΩ 11±1µΩ

1.2.2特殊的盖板结构提高散热能力
与传统的真空灭弧室相比，固封极柱中使用的真空灭弧室另一个显著的改变是具有一个大面积的不锈钢盖板。
大面积的不锈钢盖板可以大幅增加真空灭弧室的散热能力，即使没有空气对流，主回路的热量也可以通过极柱外壁和出线端传导至外界。
1.2.3体积小型化，结构紧凑坚固
R触头具有很强的额定短路电流分断能力，Ф90mm的真空灭弧室能分断31.5KA额定短路电流。因此分断同样额定短路电流的固封极柱用的真空灭弧室与传统的真空灭弧室相比要小得多。见图八

图八 固封极柱用真空灭弧室和组装式极柱用真空灭弧室

过大的体积将增加极柱浇铸的难度。真空灭弧室的外壳由陶瓷构成，在陶瓷壁厚相同的情况下，真空灭弧室的体积越大，强度越低；真空灭弧室的直径越大，陶瓷与金属焊缝也越长，漏气的几率就越高。因此在保证开断能力的前提下，结构紧凑的真空灭弧室可以获得更高的可靠性。
1.2.4合理的工艺、结构设计，适合于固封浇铸
京东方真空灭弧室的金属与陶瓷的封接采用立封工艺；金属盖板采用进口不锈钢盖板；真空灭弧室拐角采用圆弧设计。
在极柱的浇注过程和以后的使用中，由于陶瓷、金属和环氧树脂的膨胀系数不一致，会在陶瓷与金属的焊缝上产生很大的应力，这种应力如不释放将会破坏焊缝的气密性使真空灭弧室的真空度下降，甚至使真空灭弧室破裂。京东方真空灭弧室采用了金属与陶瓷的立封封接工艺和采用不锈钢材料盖板，有效地释放了各种应力，并且在真空灭弧室盖板拐角处采用圆弧设计，浇注的环氧树脂没有突变和死角，因此极柱不易产生裂缝等问题。
1.2.5先进的焊接工艺，有利长寿命
波纹管与动盖板的焊接，及波纹管与动导电杆的焊接采用无镀镍的焊接。焊接牢固，可靠性高，焊接处应力小，耐疲劳性好。可以确保固封极柱的机械寿命大于30000次。
1.2.6触头的挠性设计，确保满容量的首次分断和减小合闸弹跳
在真空灭弧室的制造中由于零件的制造误差及装配误差等原因，不能保证真空灭弧室的动、静触头端面之间严密接触，两触头端面之间有α角。在杯状触头的真空灭弧室中，α角的存在使电流不能均匀流过触指，因此触头表面得不到均匀的纵向磁场，不利于满容量的电流分断。在真空灭弧室装到真空断器中后，要经数百次机械开合操作，使α角越小越好。但一般杯状触头真空灭弧室导电杆与触头的连接为刚性连接，经数百次机械开合操作后α角不一定会彻底解决。京东方真空灭弧室中导电杆与触头的连接为挠性连接，经数百次机械开合操作后，真空灭弧室的动、静触头的端面会自动微调，使动、静触头的端面之间严密接触，α角几乎为零。保证在满容量的短路电流分断时，产生均匀的纵向磁场，确保满容量的首次分断。

由于导电杆与触头的连接为挠性连接，保证了真空灭弧室的动、静触头的端面平行接触，因此可减小合闸弹跳。近几年经某开关厂数千台开关统计，使用京东方R触头的真空灭弧室装配的开关，60%以上的合闸弹跳小于1ms，其余开关的合闸弹跳小于2ms。
1.3固封极柱真空断路器中使用的京东方真空灭弧室介绍
我公司从2000年开始已研发和生产了固封极柱用的真空灭弧室十余种，目前已有12KV/630A~4000A-20KA~50KA；24KV/1250A-25KA~31.5KA等系列产品。见图九
表2是近几年与国内一些开关厂共同开发的固封极柱真空断路器和真空灭弧室，并都已完成型式试验。

图 九 部分京东方固封用真空灭弧室

表2
管型 规格 断路器型号 备注
1 61052 12KV/4000A-50KA VEP-12/4000-50 厦门华电开关有限公司
2 61051 12kv/3150A-40KA VEP-12/3150-40 厦门华电开关有限公司
3 61051 12KV/3150A-40KA VN2-12/3150-40 耐吉科技股份有限公司
4 61051B 12KV/3150A-40KA 3AS4-12/3150-40 常州森源开关有限公司
5 61051C 12kv/3150A-40KA VBB-12/3150-40 许昌许继奥博电气有限公司
6 61050B 24KV/1250A-25KA VEP-24/1250-25 厦门华电开关有限公司
7 61050B 24KV/1250A-25KA VN2-24/1250-25 耐吉科技股份有限公司
8 61050 12KV/1250A-31.5KA VEP-12/1250-31.5 厦门华电开关有限公司
9 61059C 12KV/1250A-31.5KA 3AS4-12/1250-31.5 常州森源开关有限公司
10 61059A 12KV/1250A-31.5KA VSP-12 河南森源电气股份有限公司
11 61059B 12KV/1250A-31.5KA VB5-12/1250-31.5 福州天一同益电气有限公司
12 61059A 12KV/1250A-31.5KA ZN□-12/1250-31.5 厦门协成实业有限公司
13 61050 12KV/1250A-31.5KA VN2-12/1250-31.5 耐吉科技股份有限公司
14 61059B 12KV/1250A-31.5KA VBM5-12/1250-31.5 常州市明及电气技术开发有限公司
15 61021 12KV/1250A-25KA MSD-12/1250-25 北京龙源开关设备有限责任公司

我公司从2005年开始已研发和生产EP12/1250-31.5等固封极柱，供真空开关生产厂家选用。

2、京东方真空灭弧室在容性电流开合试验中的优势
2.1容性电流的开断特性和容性电流开合试验
高压开关设备在开合电流种类中，除了开合出线端短路电流外，还应包含负载电流，如电容性负载电流。开合电容性负载电流时，尽管电流值通常都不大，但可能会引起严重的过电压和涌流，对电网造成威胁。
在电网中，电容电流可以出现在以下负载：并联电容器组(分为单组和多组)和空载输电线路(包括架空线、电缆、母线)。
通常情况下，额定电压12~72.5kV 50Hz的交流高压断路器在电网中将会开合正常条件下的电容器组电流，依据标准为GB7675—87《交流高压断路器的开合电容器组试验》。
任何容性电流开合试验所依据的标准均允许采用现场试验或在试验室进行。近些年来，随着产品的性能不断提高及试验次数的增多，人们已认识到容性电流试验在试验室更为客观有效、更有代表性。
容性电流开断的特征是电容电流超前电源电压90电角度，其开断电流值较小，并且开断后du／dt较小，初始的断口恢复电压较低且变化缓慢，是最容易开断的试验方式。因此在断路器刚刚分闸后电流第一次零点就会开断，此时燃弧时间可以非常短。但是，电流开断后恢复电压随即按(1-cosωt)基本形式加于断口间，并在一个半波后达到峰值，对地电压将超过试验电压的2倍以上。而此时触头开距还未充分打开，如果断口间绝缘不能承受这样的电压，断口间将会重击穿。重击穿发生在断口间电压的峰值，负载侧电容器所储存的电荷通过电源侧电感放电，产生的高频电流很容易被开断，而负载侧的电荷极性反转产生高倍残余电荷电压，增大的压升使断口开断后产生更高的电压峰值，有引发再次重击穿的可能性，对设备的绝缘造成威胁。开断电容器组等容性负载时，由于电容器存在残余充电电荷，在断路器断口会出现含直流分量的较高恢复过电压。真空断路器投切电容器组的大量试验研究表明，真空断路器存在弧后延时重击穿并能高频熄弧的特殊现象，即重燃现象。一旦发生重燃，会产生高幅值的重燃过电压，特别是多次重燃或多相重燃，其过电压严重威胁并补装置和系统安全。所以电网中多要求使用无重击穿的断路器。
2.2近年来10kV真空断路器投切电容器组试验情况
10kV真空断路器及灭弧室的制造技术国内在九十年代初完全掌握，广泛应用于并联电容器组的投切。目前国产10kV真空断路器投切电容器组重燃率基本稳定在1.0%左右，质量好的厂家可以做到0.5%以下，国外产品0.1%左右。且近几年来进展不大，部分制造厂产品质量甚至出现下滑，重燃率明显上升。
绍兴电力局系统试验站于七十年代未就开始从事用于切合电容器组的真空断路器试验研究，于90年开始从事断路器投切电容器组型式质检试验。表3是近年来10kV真空断路器开合电容器组型式试验一次性通过的情况，可以看出一次性通过率比较低，原因在于某些制造厂技术力量不够，对真空断路器切合电容器组的特殊性认识不足，选用的真空灭弧室质量不佳或机构调整不良所致。
表3 10kV真空断路器型式试验一次性通过的情况
表3
年 份 1997 1998 1999 2000 2001 2002
10kV 试验试品台数 10 13 5 16 6 7
一次性通过率 80% 76.9% 80% 75% 66.7% 57.1%

注：试验中如出现重燃则判定为不合格，必须更换灭弧室及调整机构后才允许继续进行，该试品判为非一次性通过。
为了改善真空断路器投切电容器组的抗重燃性能，除了提高真空灭弧室、断路器制造质量外，对真空断路器进行老炼处理，是一项降低真空断路器早期重燃率高的有效措施。有关方面统计真空断路器经过老炼处理后，投切电容器组的重燃率有明显的改善，但投切电容器组型式试验的重燃仍然存在。投切电容器组型式试验的一次性通过率没有达到满意的程度。

2.3 京东方真空灭弧室在容性电流开合试验中的优势。
真空断路器开断时发生重燃，即真空绝缘破坏的机理主要是场致发射和微粒碰撞引起的击穿及真空度下降。真空灭弧室在加工、装配过程中，在其电极表面上一般存在毛刺、凸起、微粒及各种污物，由于触头间距较小，当极间恢复电压较大时，这些毛刺、凸起及微粒部分电场较强，引起场致发射，造成很大的电流密度，导致电极局部过热，金属气化破坏真空，导致间隙击穿。
为克服真空断路器开断容性电流时发生重燃，有关厂家在真空灭弧室制造中努力改善生产环境、控制生产工艺和加强老炼处理等，这些措施还不能从根本上克服重燃问题。京东方真空灭弧室制造从以下方面进行改进：
1) 真空灭弧室中使用R触头，这种触头表面没有引弧槽，触头表面电场分布非常均匀，不会在触头间产生电场畸变，大大降低了重燃的几率。而其它类型触头因有引弧槽使触头表面电场畸变，致使局部电场较强，产生场致发射，在容性电流开断时容易产生重燃；
2) 在触头表面进行了SPS特殊处理，使触头表面金属颗粒细化，减小表面毛刺、凸起和微次
提高触头表面的抗电强度，具有较强的恢复电压的能力；
3) 使用特殊的触头材料配方，降低了真空灭弧室的截流值。
经上述改进的京东方真空灭弧室，自2002年后，配合ZN12-12、ZN28-12、ZN63A-12、VEP-12等多种型号的真空断路器，在浙江绍兴电力局系统试验站做了10多个投切电容器组试验，试验前均未做老炼处理，全部获得成功，且没有一次重燃，从根子上解决了10KV投切电容器组试验中的重燃问题。表5是部分京东方真空灭弧室在浙江绍兴电力局系统试验站做投切电容器组试验。
表5
日 期 断 路 器 型 号 试 验 结 果 备 注
2004-1-16 VEP 无重燃，一次通过。 厦门华电开关有限公司
2004-1-18 VS1 无重燃，一次通过。 沈阳宗大机电设备制造有限公司
2004-11-19 ZN108-12 无重燃，一次通过。 上海森隆源电气有限公司
2004-5-21 ZN12-12 无重燃，一次通过。 华仪电力设备制造有限公司
2004-5-21 ZN12-12 无重燃，一次通过。 华仪电力设备制造有限公司
2004-5-21 ZN12-12 无重燃，一次通过。 华仪电力设备制造有限公司
2004-5-21 ZN12-12 无重燃，一次通过。 华仪电力设备制造有限公司
2005-1-18 VS1 无重燃，一次通过。 佛山市顺德森源电气有限公司
2006-1 VS1 无重燃，一次通过。 河南森源电气股份有限公司


3 京东方真空灭弧室在异相接地故障开断试验中的优势
3.1 异相接地故障开断试验
真空断路器做异相接地故障开断时，在真空灭弧室两端的试验电压为线电压（1.73Um）, 异相接地故障开断电流为额定短路开断电流的0.866。异相接地故障开断试验条件与额定短路开断条件相比，加在真空灭弧室两端的试验电压提高了73%，试验电流下降了13%。由于试验电压与瞬态恢复电压峰值的提高，与容性电流的开断相似，增加了分断时重燃的可能性，严重时会引起试验失败。
近年来各试验站做异相接地故障开断试验时，有些试验出现开断失败，甚至多次失败的现象。

3.2 京东方真空灭弧室在异相接地故障开断试验中的优势。
真空断路器开断时发生重燃，即真空绝缘破坏的机理主要是场致发射和微粒碰撞引起的击穿及真空度下降。真空灭弧室在加工、装配过程中，在其电极表面上一般存在毛刺、凸起、微粒及各种污物，在异相接地故障开断试验中，由于加在真空灭弧室两极间的试验电压较高，因触头间距较小，伴随着极间恢复电压的上升，电极表面的毛刺、凸起及微粒部分电场较强，引起场致发射，造成很大的电流密度，导致电极局部过热，金属气化破坏真空，可能造成间隙击穿。
为克服真空断路器开断时发生重燃，京东方真空灭弧室制造从以下方面进行改进。
1）、 真空灭弧室中使用R触头，这种触头表面没有引弧槽，触头表面电场分布非常均匀，大大降低了重燃的几率。而其它类型触头因有引弧槽使触头表面电场畸变，致使局部电场较强，产生场致发射，在异相接地故障电流开断时容易产生重燃；
2）、 在触头表面进行了SPS特殊处理，使触头表面金属颗粒细化，减小表面毛刺、凸起和微粒，提高触头表面的抗电强度，具有较强的恢复电压的能力；
3）、触头表面形状经过精心的特殊设计，经多次试验验证，其具有适合于高电压使用的特点。
采用R触头的京东方真空灭弧室在已经进行过的异相接地故障开断型式试验中全部取得了成功。


4、京东方真空灭弧室在高原型真空断路器中的使用
4.1 高原气候条件对真空断路器性能的影响
我国是一个有高原、多山地的国家。真空断路器在高海拔地区使用，气候条件对其有以下主要的影响：
4.1.1海拔升高，气体密度的降低，会引起固体绝缘材料沿表面绝缘水平降低，其下降程度与电场均匀程度有关：电场不均匀程度越大，绝缘水平降低幅度越大；而且与固体绝缘材料介质常数ε有关，ε越大，沿表面放电电压也越低。试验结果表明，在海拔5000m以内，每升高1000m，外绝缘强度降低8%-10%。
海拔影响高压电器外绝缘，海拔越高，气体密度越小，空气间隙越容易发生电击穿，在高海拔地区使用的高压电器要加强外绝缘。GB311.1-1997有明确规定，当高压电器用于海拔高度1000m以上，但不超过4000m时，其外绝缘试验电压应为额定耐受电压乘系数Ka：
Ka=1/（1.1- H ×10-4）
式中: H为使用地点的海拔高度。
由此可见，由于海拔升高，气体密度减小，既降低了固体绝缘材料沿表面绝缘水平，又增大了空气间隙被电击穿的可能性，致使真空断路器的绝缘水平下降。
4.1.2空气压力降低使高压电器设备局部放电电压降低，电晕起始电压降低，电晕腐蚀加重。
4.1.3空气压力或空气密度的降低引起空气冷却效果的降低，对于以自然对流、强迫通风或空气散热器为主要散热方式的电气产品，由于散热能力降低使温升增加。昆明电器科学研究院验证：在海拔5000m以内，每升高1000m，温升增加3%-10%。一般电器产品海拔每升高100m，温升增加最大0.4K，但对于高发热电器（如电阻器），每升高100m，温升增加至少2 K。
空气温度最高值与平均值随海拔的升高而降低，海拔每升高100m，环境温度会下降约0.5K。
对于真空断路器而言，由于海拔升高引起的温升增加和环境温度下降的综合作用，真空断路器的温升上升约为1.5K/100m。
4.2京东方真空灭弧室针对高原型真空开关的特殊设计
京东方真空灭弧室为适用于高原型真空开关，在设计时作如下考虑：
4.2.1真空灭弧室的外绝缘随海拔升高而降低，因此在高原型真空开关中使用的真空灭弧室要求提高外绝缘水平，为此京东方采取以下措施，以符合高原型真空开关的绝缘要求：
1）真空灭弧室电场的优化设计，使电场在真空灭弧室的外绝缘体上均匀分布； 图 十 模拟高原环境装置
2）加强真空灭弧室的外绝缘强度，采用整体的外绝缘瓷件，并尽可能加大表面爬电距离；
3）瓷壳表面釉层使用特殊配方，增强其耐电压强度；
4）对真空灭弧室外露的动、静盖板及屏蔽筒等金属件
作涂覆绝缘材料等处理。
4.2.2为避免电晕出现，真空灭弧室设计时，在真空灭弧室内部避免金属件出现尖角、截面突变等问题。并对灭弧室内部零件进行了合理的设计、布置，从而最大
限度的减少了对灭弧室绝缘外壳外绝缘能力的影响。
同时，真空灭弧室外露的动、静盖板及屏蔽筒等金属件作圆弧设计。
4.2.3在高海拔地区使用的真空灭弧室由于空气密度下降引起温升上升，这是必须要考虑的问题。从理论和经验来看，减少发热功率对降低温升更为有效。京东方真空灭弧室使用R触头，并对触头表面进行了特殊的SPS处理，因而有效地降低了接触电阻。京东方真空灭弧室的接触电阻是其他厂家同等级别灭弧室的四分之三，从而其发热功率（由接触电阻引起P=I2R）减少四分之一。
4.2.4 京东方为确保高原型真空灭弧室的耐压性能， 在出厂检验时每一只均模拟相应的高原环境进行工频耐压检测。见图十