21、真空断路器：原理、构造与性能解析

真空断路器：原理、构造与性能解析

1. 断路器类型概述

在断路器的世界里，单压断路器和双压断路器有着不同的特性。单压断路器由于较轻气体混合物的高流速，难以维持足够的压力。而双压断路器则不存在这个问题，因为它通过外部压缩机在高压储气罐中维持高压。从介电耐受角度看，含高比例氮气（N₂）的混合物与其他介质在介电耐受性能上没有显著差异。例如，当氮气含量为40%时，介电耐受仅降低约10%。

2. 真空断路器的发展历程

真空断路器利用了真空卓越的介电特性和扩散能力作为灭弧介质。其卓越的介电强度源于气体分子间不存在非弹性碰撞，不会像气体介质那样触发雪崩式的介电击穿机制。1926年，加州理工学院的R. Sorrensen和H. Mendelhall在相关论文中开启了真空灭弧室的开创性研究。然而，直到20世纪50年代，Jennings公司才推出首个商业上可行的开关设备；1962年，通用电气公司引入了首个中压功率真空断路器。早期真空灭弧室未能更早投入使用，主要是由于技术难题，如触头材料的脱气处理，以防止金属中释放的气体破坏初始真空；以及缺乏将外部陶瓷外壳与灭弧室金属端部有效可靠焊接或钎焊的技术。近30年来，这些问题得到解决，加上高灵敏度仪器的发展，大大提高了灭弧室密封的可靠性，防止真空泄漏。20世纪70年代，曾尝试开发用于72.5 kV以上电压的真空断路器，但这些设计无法与SF₆断路器竞争，因此真空断路器主要应用于5 - 38 kV的电压范围。在美国，5 - 38 kV的室内外应用大多使用真空断路器，在相同或相近电压下，真空断路器在全球市场也占据较大份额。

3. 真空断路器的电流中断过程

电流中断与所有断路器一样，由一对触头的分离启动。触头分离时，会在