真空断路器是以真空作为灭弧和绝缘介质，如图4.19所示。

图4.19　真空断路器的外形图

（1）真空中的电弧

所谓的真空是相对而言的，指的是绝对压力低于1个大气压的气体稀薄的空间。由于真空中几乎没有什么气体分子可供游离导电，且弧隙中少量导电粒子很容易向周围真空扩散，因此，真空的绝缘强度比变压器油及在1个大气压下的SF6或空气等绝缘强度高得多。在中压配电中，相同间隙下，真空介质比7个大气压的SF6气体介质的承受的击穿电压更高。目前，我国6～35kV中压配电系统中真空断路器得到广泛应用。如图4.20所示为不同介质的绝缘间隙击穿电压比较。真空断路器的技术性能也在不断提高，国外10kV真空断路器的开断电流已达100kA，单断口电压已达到110kV。

在真空中，由于气体的分子数量非常少，发生碰撞的机会很小，因此，碰撞游离不是真空间隙被击穿而产生电弧的主要因素。真空中的电弧是在触头分离时，触头电极蒸发出来的金属蒸气中形成的。当触头分离时，电极表面即使有微小的突起部分，也将会引起电场能量集中而发射电子，在极小的面积上，电流密度可达105～106A／mm2，使金属发热、熔融，蒸发出来的金属蒸气发生电离而形成电弧。因此，真空中金属蒸气电弧的特性，主要决定于触头材料的性质及其表面情况。

电弧中的离子和粒子，与周围高真空比较起来，形成局部的高压力和高密度，因而电弧中的离子和粒子迅速向周围扩散。当电弧电流到达零值时，因电流减少，故向电弧供给的能量减少，电极的温度随之降低。当触头间的粒子因扩散而消失的数量超过产生的数量时，电弧即不能维持而熄灭，燃弧时间一般在0.01s左右。

真空断路器弧隙绝缘恢复极快，它取决于粒子的扩散速度，但是它受到开断电流、磁场、触头面积及触头材料等的影响极大。

（2）真空灭弧室和断路器的结构

真空灭弧室是真空断路器的核心部分，外壳大多采用玻璃和陶瓷两种。如图4.21所示为陶瓷外壳。在被密封抽成真空的玻璃或陶瓷容器内，装有静触头、动触头、电弧屏蔽罩、波纹管，构成了真空灭弧室。动、静触头连接导电杆，与大气连接，在不破坏真空的情况下，完成触头部分的开、合动作。

真空灭弧室的外壳作灭弧室的固定件并兼有绝缘作用。动触杆和动触头的密封靠金属波纹管实现，波纹管一般由不锈钢制成。在触头外面四周装有金属屏蔽罩，可防止因燃弧产生的金属蒸汽附着在绝缘外壳的内壁而使绝缘强度降低，同时，它又是金属蒸汽的有效凝聚面，能够提高开断性能。屏蔽罩使用的材料有Ni、Cu、Fe、不锈钢等。

真空灭弧室的真空处理是通过专门的抽气方式进行的，真空度一般达到1.33×10－3～1.33×10－7Pa。

真空开关电器的应用主要决定于真空灭弧室的技术性能，目前世界上在中压等级的设备中，随着真空灭弧室技术的不断完善和改进，电极的形状、触头的材料、支承的方式都有了很大的提高，真空开关在使用中占有相当大的优势。从整体形式看，对陶瓷式真空灭弧室应用较多，尤其是开断电流在20kA及以上的真空开关电器，具有更多的优势。

图4.20　不同介质的绝缘间隙击穿电压

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图4.21　真空灭弧室的结构

1—动触杆；2—波纹管；3—屏蔽罩；4—静触杆；5—陶瓷壳；6—平面触头

真空断路器触头的开距较小，当电压为10kV时，只有12±1mm。触头材料大体有两类：一类是铜基合金，如铜铋合金、铜碲硒合金等；另一类是粉末烧结的铜烙合金。触头结构形式目前多是螺旋式叶片触头和枕状触头，两者均属磁吹触头，即利用电弧电流本身产生的磁场驱使电弧运动，以熄灭电弧。螺旋式叶片触头如图4.22所示。弧头中部是一圆环状的接触面，接触面周围是由螺旋叶片构成的吹弧面，触头闭合时，只有接触面接触。

目前，这种螺旋式叶片触头的开断能力已达60kA以上。这种触头的缺点是当进一步增加开断电流时，触头直径和真空灭弧室直径将很大，造价很高。

如图4.23所示为ZN28-10C型真空断路器的外形图，断路器为手车式。可配用于JYN，KYN型开关柜。它适用于发电厂、变电厂等输配电系统的控制与保护，尤其适用于频繁操作的场所。操动机构选用电磁操动机构或弹簧操动机构。

图4.22　螺旋式叶片触头

图4.23　ZN28-10C断路器结构图

1—操动机构；2—分闸弹簧；3—油缓冲器；4—框架；5—触头弹簧；6—操作绝缘子；7—上支架；8—真空灭弧室；9—绝缘杆；10—下支架；11—绝缘子；12—轮；13—面板；14—计数器

如图4.24所示为ZN12-12型真空断路器外形图。该系列真空断路器为额定电压12kV，三相交流50Hz的户内高压开关设备，是引进德国西门子公司3A技术制造的产品。该断路器的操动机构为弹簧储能式，可用交流或直流操作，也可用手动操作。

（3）真空断路器的特点

真空断路器具有体积小、无噪声、无污染、寿命长，可以频繁操作，以及不需要经常检修等优点，因此特别适合配电系统使用。此外，真空断路器灭弧介质或绝缘介质不用油，没有火灾和爆炸的危险。触头部分为完全密封结构，不会因潮气、灰尘、有害气体等影响而降低其性能，工作可靠，通断性能稳定。灭弧室作为独立的元件，安装调试简单方便。因它开断能力强、开断时间短，故还可用作其他特殊用途的断路器。

图4.24　ZN12-12型真空断路器总体结构图

1—绝缘子；2—上出线端；3—下出线端；4—软连接；5—导电夹；6—万向杆端轴承；7—轴销；8—杠杆；9—主轴；10—绝缘拉杆；11—机构箱；12—真空灭弧室；13—触头弹簧