19第1部分真空开关的基础理论空火弧室的实样照片。真空灭弧室的外径为260mm，电极直径为140mm，开距为80mm，管内布置有4个均压辨蔽罩和一个主屏蔽罩，预计额定电流可达到3150A，短路开断电流为40~50kA，2.国外对真空断路器向超高压发展的报导据2002年在法国套开的第20届国际真空放电及电气绝缘（1SDEIV）会议论文的报导，关于高压大容量真空断路器今后发展可行性的论文作者S.Yanabum认为，自1997年京都会议提出SF。气体属于地球温室气体之一，并口至2030年将禁止使用。建议提山开发高压真空断路器（VCB）来解决，其具体要点有下列儿个方面：（1）对于800kV的输电线路，至少需要能制造出154~200kV额定电压的真空灭孤室，并来用中联方式组成断路器。（2）用于VCB的真空灭弧室的额定电流至少需要能制造出3000A，今后还需考虑到4000~6000A的额定电流。（3）参照VCB的情况，触头材料的外裸部分是真空，由陶瓷或玻中璃容器作为密封体：所以用真空作为绝缘成为非常复杂的结构。尤其操动机构又外露于空气中用空气作绝缘。关于VCB的内部电气绝缘可分为四种情况：（1）触头问的绝缘。1.（2）主触头与主屏蔽罩间的绝缘：10S二（3）绝缘支架与对地间的绝缘，4-（4）外绝缘等等。四大部分如图1.1-22所示。其图1.1-22VCB的电气绝缘分类中，对真空火弧室的内部真空绝缘1-屏敏罩对爬电距离影响2一十触头的绝缘尤为重要，并指出电极的老炼需婴3一宁电杆与饼酸罩间绝缘进行特殊的处理才能满足真空绝缘4-外绝缘5真案6-静导轩的要求！"！，同时还要考虑到VCB的7-主触头8上所蔽罩9--外完绝缘10-动导电杆冷却、如何将大额定电流产生的厅
20真空开关技术与应用大热量从真空灭孤室内部传送到外部进行散热等措施。论文的最后建议真空断路器可采用箱式的结构，内部设置有串联的真空灭弧室接地开关、隔离开关和避雷器等，并用硅油作为外绝缘的结构方案，如图1.1-23所示。4800图1.1-23浸在硅油中的箱式真空断路器开关设备1一避雷器2—套管3一接地开关（ES）4—隔离开关（DS）5一真空灭弧室6一硅油参考文献L1J Sorensen R W., Mendenhall H F. Switching Experiment of California Institute ofTechnology [C,A.1.E.E.Trans.,45:1102-1105.［2］王季梅，吴维忠，魏一钧，等真空开关【M]北京：机械工业出版社，1983,【3】王季梅．国外真空开关发展概况［J]高压电器，1980（5）.[4] Homma M., Sakaki M., Kaneko E., etal. History of Vacuum Cireuit Breakerand Recent Development in Japan[C]// 21th ISDEIV, Yalta, Crimea, 2004:
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第2章真空电孤的基本理论当一对带电的触头（电流大于一定数值时）在高真空中分离时，它和在空气中或其他介质中的情况一样会产生电弧，但表现的形式和外特性有很人的差别。，我们将在下面几节中分别讨论。这果先简述一下真空电弧产生的过程：在触头刚分离的瞬间，电流将收缩到触头刚分离的某一点或某数点上，表现出电阻的剧烈增大和温度迅速提高，直至发生金属的蒸发，同时形成极高的电场强度，这样就会导致强烈的场致发射和间隙的击穿；继之形成了真空电弧，真空电弧一旦形成后，同时出现高电流密度的阴极斑点，它一般在10*A/cm2以上，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。因此实质上，真空电弧是一种在金属蒸气中靠电离的金属蒸气维持的电弧。2.1真空电弧的阴极斑点2.1.1阴极斑点的-般现象阴极斑点在真空间隙中里圆锥状，从阳极阴极开始向阳极张开发光，锥顶角约为60°，如图1.2-1所示。阴极斑点在阴极表1o2+←电子面L不断作不规则运动，发射电子和蒸发A金属蒸气，由于阴极斑点具有很高的电流0-离子阴椒斑点密度，所以在真空中，即使在通过触头间厂阴极隙不大的电流情况下，分离触头间隙也会发生击穿，并有产生电弧这样一个过程。P图1.2-1单阴极斑点示意图形成阴极斑点的高电流密度的原因，一般认为是由于热场致发射，因为在很窄的阴极区域里，阴极表面的电场强度很高，尽管真空电弧电压很低，只有几「伏，而高的电场强度已足以造成很强的场致发射，再加上阴极斑点区域金属表面的温度
23第1部分真空开关的基础理论很高，也促使增强阴极表面的场致发射作用。对于熔点较低的像铜这样的金属一般是不大可能单纯靠热电子发射来提供这样高密度的电子流的，但是像钨、钼之类的难熔金属是有可能依靠热电子发射来提供阴极斑点所要求的电子流的。阴极斑点的温度是很高的，会使阴极区和等离子区的一部分离子以很高速度返回阴极，高温的离子轰击阴极斑点上的金属，使其大量蒸发和溅撒，造成大量金属蒸气，金属原子又为电子所电离，这样就有大量金属原子和金属离子离开阴极斑点，进人等离子锥。测量表明，对于铜阴极真空电弧而言，每发射十个电子就有个金属原子或离子进入等离子锥。对于熔点较低的金属，发射的金属蒸气量更大一些。离开防极区域的电子速度平均为10°m/s左右，金属原子和离了的速度比电子低得多，约为（1~2）×10°m/sm）2.1.2真空电弧的形态，真空电弧有两种显著不同的形态，它们是扩散型真空电孤和集聚型真空电弧2，我们将在下面加以解释。1.扩散型真空电弧当真空电弧电流不大时，一般对铜阴极来说大约不超过（7~8）×10°A，阴极斑点将在阴极表面不停地运动，通常是由电极中心向边缘运动。当阴极斑点到达电极边缘时，等离子锥便弯曲，接着阴极斑点就突然熄灭，但电极中心会继续不断地产生新的阴极斑点。如果电流不变的话，阴极表面存在的阴极斑点数基本上是保持不变的。当电弧电流增大或减小时，阴极斑点也随着增加或减少。这种存在许多阴极斑点的真空电弧，跟随着阴极斑点不断向四周扩散，所以叫作扩散型真空电孤。扩散型真空电弧的阴极斑点的运动是具有一定的速度的。当阴极表面只有一个阴极斑点时，它的速度只有0.1~0.5m/s。当存在许多阴极斑点时，它们相互排斥，运动速度使大大提高。当电流为数千安时，其速度可达10m/s[3，甚至更高。阴极斑点的这种高速运动，对于真空开关是极为重要和有利的，之所以重要和有利是因为阴极斑点处的电极表面具有极高的温度、不