高压真空断路器ZN63-12/1250-20作用
选相分、合闸断路器随着高电压、大容量电网发展，过高的合闸过电压和大短路电流对电力性和可靠性是不利的。断路器选相合闸空载线，在电子控制技术迅速发展的有可能实现。选相合闸空载线可以低限度地合闸过电压，这对于特高压电网绝缘水平，技术经济水平十分重要。而开断大短路电流(特别是50kA以上及较大非对称电流)对高压断路器开断负担较重，如果能自动选择有利相位(即较短燃弧时间及小半波)开断，可以高压断路器开断能力，电力的性、可靠性。因此利用电子控制技术实现高压断路器选相分、合闸，是高压断路器发展方向。
志威公司除了ZW6-12、ZW7-12、ZW8-12等型外，新品不断推出如zw32-12型、ZW32-40.5型、AB-3S-40.5型、ZW7-40.5型、ZN85-40.5型等。
随着科技进步，高压电器采用了高新技术，采用了新原理、新工艺、新介质，正在酝酿新一代高压电器，其发展趋势如下：
.组合化、成套化为尺寸小、少、高性能、高可靠性需要，出现了各种各样的组合电器和成套电器。除了开关柜、FC柜、多层柜外，出现了负荷开关—熔断器组合电器、高压器—熔断器组合电器(用于FC柜)、负荷开关、跌落熔断器和避雷器组合，以及避雷器、隔离开关、电压和电流互感器等各种组合，并已发展到型式的组合成套装置，如充气柜(C—GIS)、组合电器(GIS)，以及全变电站组合如预装式变电站(含变压器和高低压电器的箱变)。
大容量、高参数由于现代生活用电量迅速增长，工农业用电量，高电压大容量电网形成，要求高压电器容量及各种参数迅速。
电的广泛应用，把人们从繁重的劳动中解救出来，给人类的生活带来极大便利。近年来户外真空断路器了可喜的发展，除了ZW6-12、ZW7-12、ZW8-12等型外，志威公司新品不断推出如zw32-12型、ZW32-40.5型、AB-3S-40.5型等。采用真空灭弧室，连续开断40KA短路电流20次不用检修，机械寿命高达100000次，已处于同类产品的水平。
产品市场占有率高，在配电网中应用较为普及，完全能电力发展的需求。
具体介绍
额定电流达到5000A，开断电流达到50kA的水平，并已发展到电压达35kV等级。
80年代以前，真空断路器处于发展的起步阶段，技术上在不断摸索，还不能制定技术，直到1985年后才制定相关的产品。[1]
高压真空断路器ZN63-12/1250-20真空断路器采用真空灭弧原理、永磁操动机构，集成微处理技术、现代网络通讯技术和开关制造材料于一体。额定电压为12kV，50Hz三相交流的户外配电设备。该产品广泛适用于城市电网中作为分断或联络开关，或用于农网配电户外变电站出线开关，可有效完成分、合负荷电流和短路电流。
国内主要依据：
JP3855-96《3.6～40.5kV交流高压真空断路器通用技术条件》
DL403-91《10～35kV户内高压断路器订货技术条件》
这里需要说明：IEC中并无与我国JB3855相对应的，只是套用《IEC56交流高压断路器》。因此，我国真空断路器的至少在下列几个方面高于或严于IEC：
（1） 绝缘水平： 试验电压 IEC
1min工频耐压（kV） 28 42（极间、极对地）48（断口间）
1.2/50冲击耐压（kV） 75 75（极间、极对地）84（断口间）
（2）电寿命试验结束后真空灭弧室断口的耐压水平：IEC56中无规定。我国JB3855一96规定为：完成电寿命试验后的真空断路器，其断口间绝缘能力应不低于初始绝缘水平的80%，即工频1min33.6kV和冲击60kV。
（3）触头合闸弹跳时间：IEC无规定，而我国规定要求不大于2ms。
（4）温升试验的试验电流：IEC中，试验电流就等于产品的额定电流。我国DL403-91中规定试验电流为产品额定电流的110%。
2.真空断路器的主要技术参数 真空断路器的参数，大致可划分为选用参数和运行参数两个方面。前者供用户设计选型时使用；后者则是断路器本身的机械特性或运动特性，为运行、的技术指标。
下表是选用参数的列项说明，并以三种真空断路器数据为例。
表中所列各项参数，均须按JB3855和DL403的要求，在产品的型式试验中逐项加以验证，终数据以型式试验报告为准。
主要结构
真空断路器主要包含三大部分：真空灭弧室、电磁或弹簧操动机构、支架及其他部件。
真空灭弧室
按照开关型式不同有外屏蔽罩式陶瓷真空灭弧室、中间封接杯状纵磁场小型化真空灭弧室、内封接式玻璃泡灭弧室，其基本结构如下：[2]
①气密绝缘（外壳）
由陶瓷、玻璃或微晶玻璃制成的气密绝缘筒、动端盖板、定端盖板、不锈钢波纹管组成的气密绝缘是一个真空密闭容器。为了保证气密性，除了在封接式要有严格的操作工艺，还要求材料本身透气性和内部放气量小。
②导电
由定导电杆、定跑弧面、定触头、动触头、动跑弧面、动导电杆构成。触头结构大致有三种：圆柱形触头、带有螺旋槽跑弧面的横向磁场触头、纵向磁场触头。目前采用纵磁场技术，此种灭弧室具有强而的电弧开断能力。
③屏蔽
屏蔽罩是真空灭弧室中不可缺少的元件，并且有围绕触头的主屏蔽罩、波纹管屏蔽罩和均压用屏蔽罩等多种。主屏蔽罩的作用是：a防止燃弧中电弧生成物喷溅到绝缘外壳的，从而外壳的绝缘强度。b灭弧室内部电场分布的均匀性，有利于局部场强，促进真空灭弧室小型化。c冷凝电弧生成物，吸收一部分电弧能量，有助于弧后间隙介质强度的恢复。
操作机构
按照断路器型式不同，采用的操作机构不同。常用的操作机构有弹簧操作机构、CD10电磁操作机构、CD17电磁操作机构、CT19弹簧储能操作机构、CT8弹簧储能操作机构。
其它部件
基座、绝缘支撑件、绝缘子等
特点
①触头开距小，10KV真空断路器的触头开距只有10mm左右，操作机构的操作功就小，机械部分行程小，其机械寿命就长。
②燃弧时间短，且与开关电流大小无关，一般只有半周波。
③熄弧后触头间隙介质恢复速度快，对开断近区故障性能。
④由于疏通在开断电流时磨损量较小，所以触头的电气寿命长，满容量开断达30-50次，额定电流开断达5000次以上，噪音小适于操作。
⑤体积小、重量轻。
⑥适用于开断容性负荷电流。
由于其优点很多，所以广泛应用于变电站中，
ZN63-12/1250-20工作原理
真空断路器的工作原理是：当动、静触头在操作机构的作用下分闸时，触头间产生电弧，触头表面在高温下挥发出蒸汽，由于触头设计为特殊形状，在电流通过时产生一磁场，电弧在此磁场作用下沿触头表面切线方向快速运动，在金属圆筒（屏蔽罩）上凝结了部分金属蒸汽，电弧在自然过零时就熄灭了，触头间的介质强度又迅速恢复起来。
电压参数
额定电压 kV 10
总线高电压 11.5
绝缘水平
工频耐压 极间、极对地 42
断口间 48
冲击耐压 极间、极对地 75
断口间 84
电流参数 额定电流 A 1250 1250 3150
额定短路开断 kA 20 31.5 40
额定峰值耐受电流 kA 50 80 100
4S短时耐受电流 kA 20 31.5 40
额定短时关合电流（峰值） kA 50 80 100
额定单个电容器组开断电流 A 630 800
额定背对背电容器组开断电流 A 400 400
寿命 额定短路开断电流 次 50 50 30
机械寿命 次 10000
其它 额定操作顺序 分-0.5s-合分-180s-合分 分-180s-合分-180-合分
全开断 不大于60
配用操动机构 CD或CT机构
机械特性
（运行参数） 序号 机械特性参数 单位 ZN28-12/1250-20 ZN27-12/1250-31.5 ZN27A-12/3150-40
1 触头开距 mm 11±1.0 10±1.0 11±1.0
2 行程 mm 4±1.0 3±0.5
3 触头压力 N 1500±200 3000±200 5000±300
4 平均合闸速度 m/s 0.6±0.2
5 平均分闸速度 m/s 1.1±0.2 1.1±0.3 1.1±0.3
6 合闸弹跳时间 ms <2
7 分、合不同期性 ms <3
8 合闸时间 ms <100
9 分闸时间 ms <60
10 主回路直流电阻 μΩ ≤60 ≤60 ≤20
11 动静触头累积允许磨损厚度 mm 3.0
为真空灭弧室对机械参量的要求，保证真空断路器电气机械性能，确保运行可靠性，真空断路器须具有、良好的机械特性。主要机械特性列于上表，亦以三种断路器技术指标为例。 4.各机械特性对产品性能的影响 产品机械特性的优劣，对产品各项电气性能有重要的关系，而且影响产品运行可靠性。衡量真空断路器的性能，真空灭孤室本身的性能固然重要，然而机械特性同样具有举足轻重的作用。下面对各机械特性参数与产品性能的关系分述如下：
开距
触头的开距主要取决于真空断路器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，虽然可以耐压水平，但会使真空灭弧室的波纹管寿命下降。设计时一般在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，35kV的则在30～40mm之间。
压力
在无外力作用时，动触头在大气压作用下，对内腔产生一个闭合力使其与静触头闭合，称之为自闭力，其大小取决于波纹管的端口直径。灭弧室在工作状态时，这个力太小不能保证动静触头间良好的电，必须施加一个外加压力。这个外加压力和自闭力之和称为触头的压力。这个压力有如下几个作用：
（1）保证动、静触头的良好，并使其电阻少于规定值。
（2）额定短路状态时的动要求。应使触头压力大于额定短路状态时的触头间的斥力，以保证在该状态下的完全闭合和不受损坏。
（3）合闸弹跳。使触头在闭会碰撞时得以缓冲，把碰撞的动能转为弹兴的势能，触头的弹跳。
（4）为分闸提供一个加速力。当压力大时，动触头较大的分闸力，容易拉断会闹熔焊点，分闸初始的加速度，燃弧时间，分断能力。触头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、试验才选取得比较。如触头压力选得太小，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，技术上不经济。
行程
真空断路器毫无例外地采用对接式。动触头碰上静触头之后就不能再前进了，触头压力是由每极触头压缩弹簧（有时称作合闸缓冲弹簧）提供的。所谓行程，就是开关触头开始，触头压簧施力端继续运动至终结的距离，亦即触头弹簧的压缩距离，故又称压缩行程。
行程有两方面作用，一是令触头弹簧受压而向对头提供压力；二是保证在运行磨损后仍然保持一定的压力，使之可靠。一般行程可取开距的20%～30%左右，10kV的真空断路器约为3～4mm。
真空断路器的实际结构中，触头合闸弹簧设计成即使处于分闸位置，也有相当的预压缩量，有预压力。这是为使合闸中，当动触头尚未碰到静触头而发生预击穿时，动触头有相当力量抵抗电动力，而不致于向后退缩；当触头碰接瞬间，压力陡然跃增至预压力数值，防止合闸弹跳，足以抵抗电动斥力，并使初始就有良好状态；随着行程的前进，触头间的压力逐步增大，行程终结时，压力达到设计值。行程不包括合闸弹簧的预压缩量程，它实际上是合闸弹簧的第二次受压行程。
合闸速度
平均合闸速度主要影响触头的电磨蚀。如合闸速度太低，则预击穿时间长，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，灭弧室的电寿命。但速度太高，容易产生合闸弹跳，操动机构输出功也要增大，对灭弧室和整机机械冲击大，影响产品的使用可靠性与机械寿命。平均合闸速度通常取0.6m/s左右为宜。
分闸速度
断路器的分闸速度一般而言速度越快越好，这样可以使首开相在电流趋近于0前2～3ms时能开断故障电流；否则首开相不能开断而延续至下一相，原来首开相变为后开相，燃弧时间了，了开断的难度，甚至使开断失败。但分闸速度太快，分闸的反弹也大，反弹太大震动过剧亦容易产生重燃，所以分间速度亦应考虑这方面同素。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。为了分闸速度，可以分闸弹簧的贮能量，也可以合闸弹簧的压缩量，这都必然需要操动机构的输出功和整机的机械强度，了技术经济指标。经过多年试验认为，10kV的真空断路器，平均分闸速度能保证在0.95～1.2m/s比较。
弹跳时间
合闸弹跳时间是断路器在会闹时，触头刚开始计起，随后产生分离，可能又触又离，到其之间的时间。
这一参数国外的中都没有明确规定，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。为什么合闸弹跳时间要小于2ms呢？主要是合闸弹跳的瞬间会引起电力或设备产生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。当合闸弹跳时；同小于2ms时，不会产生较大的过电压，设备绝缘不会受损，在关合时动静触头之间也不会产生熔焊。
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。分闸的不同期性太大可能使后开相管子燃弧时间，开断能力。
合闸与分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。产品中要求合分闸不同期性小于2ms。
分、合闸时间是指从操动线圈的端子得电时刻计起，至三极触头全部合上或分离止的一段时间间隔。
合、分闸线圈是按短时工作制作设计的，合闸线圈的通电时间不到100ms，分闸线圈的不到60ms。分、合闸时间一般在断路器出厂时已调好，无须再动。
当断路器用在发电并在电源近端短路时，故障电流衰减较慢，若分闸时间很短，这时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。所以用于发电的真空断路器，其分闸时间尽可能设计长些为宜。
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。若回路电阻过规定值时，很可能是导电回路某一连接处不良。在大电流运行时不良处的局部温升，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，不允许采用电桥法测量，须采用GB763规定的直流压降法。
触头
“真空断路器”的触头常采取对接式触头。因为一般的真空断路器在分闸状态下动静触头的距离只有16mm这么小的距离很难制作出其他形状的面，而且平直的面瞬间电弧的损伤也较小。真空断路器的优点是体积小，动静触头要在一个真空的空间内，如果制作成其他的对接也会断路器自身的体积！
对真空断路器应该每年进行一次停电检查，以保证正常运行。检查应做好如下方面的工作：
a）对管子进行断口工频耐压试验，真空度并记录在册。
b）对绝缘件进行工频耐压试验。
c）断路器的开距、行程和机械特性，并记录在册。
d）对各连接件的可处的连接螺栓、螺母等应检查是否有松动，特别是辅助开关拐臂处的连接小螺钉，真空管动导电杆连接的锁紧螺母等。
e）对各转动关节处应检查各种卡簧，销子等是否松脱；并对各转动、部分加油膏。
f）对使用在电流大于1 600 A以上的真空断路器，应对每极作直流电阻并记录在册。
g）如需更换管子应按产品说明书的要求进行，更换后应进行机械特性的和耐压试验。
h）年检后和投运前应连续空载操作8～10次，一切正常方可投运。
高压真空断路器处理对策
真空度
1.1 故障现象
真空断路器在真空泡内开断电流并进行灭弧，而真空断路器本身没有定性、定量监测真空度特性的装置，所以真空度故障为隐性故障，其危险程度远远大于显性故障。
1.2 原因分析
真空度的主要原因有以下几点：
（1） 真空泡的材质或制作工艺存在问题，真空泡本身存在微小漏点；
（2） 真空泡内波形管的材质或制作工艺存在问题，多次操作后出现漏点；
（3） 分体式真空断路器，如使用电磁式操作机构的真空断路器，在操作时，由于操作连杆的距离比较大，直接影响开关的同期、弹跳、行程等特性，使真空度的速度加快。
1.3 故障危害
真空度将严重影响真空断路器开断过电流的能力，并断路器的使用寿命急剧下降，严重时会引起开关。
处理
（1） 在进行断路器定期停电检修时，必须使用真空仪对真空泡进行真空度的定性，确保真空泡具有一定的真空度；
（2） 当真空度时，必须更换真空泡，并做好行程、同期、弹跳等特性试验。
1.5 预防措施
（1） 选用真空断路器时，必须选用信誉良好的厂家所生产的成熟产品；
（2） 选用本体与操作机构一体的真空断路器；
（3） 运行人员巡视时，应注意断路器真空泡外部是否有放电现象，如存在放电现象，则真空泡的真空度结果基本上为不合格，应及时停电更换；
（4） 检修人员进行停电检修工作时，必须进行同期、弹跳、行程、行程等特性，以确保断路器处于良好的工作状态。
分闸失灵
故障现象
根据故障原因的不同，存在如下故障现象：
（1） 断路器远方遥控分闸分不下来；
（2） 就地手动分闸分不下来；
（3） 事故时继电保护，但断路器分不下来。
原因分析
（1） 分闸操作回路断线；
（2） 分闸线圈断线；
（3） 操作电源电压；
（4） 分闸线圈电阻，分闸力；
（5） 分闸顶杆变形，分闸时存在卡涩现象，分闸力；
（6） 分闸顶杆变形严重，分闸时卡死。
故障危害
如果分闸失灵发生在事故时，将会事故越级，扩大事故范围。
处理
（1） 检查分闸回路是否断线；
（2） 检查分闸线圈是否断线；
（3） 测量分闸线圈电阻值是否合格；
（4） 检查分闸顶杆是否变形；
（5） 检查操作电压是否正常；
（6） 改铜质分闸顶杆为钢质，以避免变形。
预防措施
运行人员若发现分合闸指示灯不亮，应及时检查分合闸回路是否断线；检修人员在停电检修时应注意测量分闸线圈的电阻，检查分闸顶杆是否变形；如果分闸顶杆的材质为铜质应更换为钢质；必须进行低电压分合闸试验，以保证断路器性能可靠。
其他信息
弹簧操作机构合闸储能回路故障
故障现象
（1） 合闸后无法实现分闸操作；
（2） 储能电机运转不停止，甚至电机线圈过热损坏。
原因分析
（1） 行程开关安装位置偏下，致使合闸弹簧尚未储能完毕，行程开关触点已经转换完毕，切断了电机电源，弹簧所储能量不够分闸操作；
（2） 行程开关安装位置偏上，致使合闸弹簧储能完毕后，行程开关触点还没有转换，储能电机仍处于工作状态；
行程开关损坏，储能电机不能停止运转。
故障危害
在合闸储能不到位的情况下，若线路发生事故，而断路器拒分闸，将会事故越级，扩大事故范围；如储能电机损坏，则真空开关无法实现分合闸。
处理
（1） 行程开关位置，实现电机准确断电；
（2） 如行程开关损坏，应及时更换。
预防措施
运行人员在倒闸操作时，应注意观察合闸储能指示灯，以判断合闸储能情况；检修人员在检修工作结束后，应就地进行2次分合闸操作，以确定断路器处于良好状态。
故障现象
此故障为隐性故障，必须通过特性仪的测量才能得出有关数据。
原因分析
（1） 断路器本体机械性能较差，多次操作后，由于机械原因不同期、弹跳数值偏大；
（2） 分体式断路器由于操作杆距离较大，分闸力传到触头时，各相之间存在偏差，不同期、弹跳数值偏大。
故障危害
如果不同期或弹跳大，都会严重影响真空断路器开断过电流的能力，影响断路器的寿命，严重时能引起断路器。由于此故障为隐性故障，所以危险程度更大。
处理
（1） 在保证行程、行程的前提下，通过三相绝缘拉杆的长度使同期、弹跳数据在合格范围内；
（2） 如果通过无法实现，则必须更换数据不合格相的真空泡，并重新到数据合格。
4.5 预防措施
由于分体式真空断路器存在诸多故障隐患，在更换断路器时应使用一体式真空断路器；定期检修工作时必须使用特性仪进行有关特性，及时发现问题解决问题。
保护装置
用到真空断路器的地方必然会用到微机保护装置[4]，微机保护装置是用微型计算机构成的继电保护，是电力继电保护的发展方向，它具有高可靠性，高选择性，高灵敏度，微机保护装置硬件包括微处理器（单片机）为核心，配以输入、输出通道，人机接口和通讯接口等。该广泛应用于电力、石化、矿山冶炼、铁路以及民用建筑等。
优点
1）、 微机保护装置集测量、控制、、保护、通信等多种功能于一体的电力自动化高新技术产品,是构成智能化开关柜的电器单元。
2）、多种功能的高度集成，灵活的配置，友好的人机界面，使得该通用型微机综合保护装置可作为35KV及以下电压等级的不接地、小电阻接地、消弧线圈接地、直接接地的各类各类电器设备和线路的保护及测控，也可作为部分66KV、110KV电压等级中的电压电流的保护及测控
3）、采用32位数字处理器（DSP）具有的内核结构，高速运算能力和实时处理等优点。
4）、支持常规的RS485总线和及CAN（DEVICENET）现场总线通讯，CAN总线具有也错帖自动重发和故障节点自动脱离等纠错机制，保护信息的实施性和可靠性。
5）、完善的自检能力，发现装置异常自动；具有自保护能力，有效防止接线错误和非正常运行引起的装置*性损坏；免设计，无需在现场采样精度，测量精度不会因为改变和长期运行引起误差增大！
（3）能量损耗：经过断路器分合闸操作时线圈电流波形分析，从而确定断路器的优分、合闸脉冲时间。该断路器的分合闸时间缩短即能量消耗少的同时按键、遥控及机远方控制分合闸试验率均达，可靠性高。
指利用线圈流过电生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。因为可快速切断交流与直流主回路和可地接通与大电流控制(某些型别可达800安培)电路的装置，所以经常运用於电动机做为控制对象﹐也可用作控制工厂设备﹑电热器﹑工作母机和各样电力机组等电力负载，并作为远距离控制装置。真空断路器因其灭弧介质和灭弧后触头间隙的绝缘介质都是高真空而得名;其具有体积小、重量轻、适用于操作、灭弧不用检修的优点，在配电网中应用较为普及。
