防爆高壓電器中幾種重要元器件介紹

趙改蘭

(山西汾西機(jī)電有限公司，山西 太原030027)

0 概述

煤礦機(jī)械設(shè)備的發(fā)展，肩負(fù)著提高整個煤礦行業(yè)現(xiàn)代化水平的重任，隨著煤礦井下安全生產(chǎn)的逐漸強(qiáng)化，對井下設(shè)備的安全性能要求也在增強(qiáng)，高壓真空配電裝置作為井下的電氣設(shè)備之一，其操作安全性是非常重要的。本文就高壓真空配電裝置中的一些重要元器件作了具體介紹，以使我們的高壓真空配電裝置在以后的設(shè)計工作中能夠更加靈活化，功能更加綜合化，設(shè)備更加現(xiàn)代化、智能化。

1 重要元器件

1.1 高壓真空斷路器

真空斷路器主要包含三大部分：真空滅弧室、電磁或彈簧操動機(jī)構(gòu)、支架及其他部件。

真空滅弧室

按照開關(guān)型式不同有外屏蔽罩式陶瓷真空滅弧室、中間封接杯狀縱磁場小型化真空滅弧室、內(nèi)封接式玻璃泡滅弧室，其基本結(jié)構(gòu)如下：

1）氣密絕緣系統(tǒng)(外殼)

由陶瓷、玻璃或微晶玻璃制成的氣密絕緣筒、動端蓋板、定端蓋板、不銹鋼波紋管組成的氣密絕緣系統(tǒng)是一個真空密閉容器。為了保證氣密性，除了在封接式要有嚴(yán)格的操作工藝，還要求材料本身透氣性和內(nèi)部放氣量小。

2）導(dǎo)電系統(tǒng)

由定導(dǎo)電桿、定跑弧面、定觸頭、動觸頭、動跑弧面、動導(dǎo)電桿構(gòu)成。觸頭結(jié)構(gòu)大致有三種：圓柱形觸頭、帶有螺旋槽跑弧面的橫向磁場觸頭、縱向磁場觸頭。目前采用縱磁場技術(shù)，此種滅弧室具有強(qiáng)而穩(wěn)定的電弧開斷能力。

3）屏蔽系統(tǒng)

屏蔽罩是真空滅弧室中不可缺少的元件，并且有圍繞觸頭的主屏蔽罩、波紋管屏蔽罩和均壓用屏蔽罩等多種。主屏蔽罩的作用是：（1）防止燃弧過程中電弧生成物噴濺到絕緣外殼的內(nèi)壁，從而降低外殼的絕緣強(qiáng)度。（2）改善滅弧室內(nèi)部電場分布的均勻性，有利于降低局部場強(qiáng)，促進(jìn)真空滅弧室小型化。（3）冷凝電弧生成物，吸收一部分電弧能量，有助于弧后間隙介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)。

操作機(jī)構(gòu)

按照斷路器型式不同，采用的操作機(jī)構(gòu)不同。常用的操作機(jī)構(gòu)有彈簧操作機(jī)構(gòu)、CD10電磁操作機(jī)構(gòu)、CD17電磁操作機(jī)構(gòu)、CT19彈簧儲能操作機(jī)構(gòu)、CT8彈簧儲能操作機(jī)構(gòu)。

1.2 隔離開關(guān)

隔離開關(guān)即在分位置時，觸頭間有符合規(guī)定要求的絕緣距離和明顯的斷開標(biāo)志；在合位置時，能承載正?；芈窏l件下的電流及在規(guī)定時間內(nèi)異常條件（例如短路）下的電流的開關(guān)設(shè)備。主要特點是無滅弧能力，只能在沒有負(fù)荷電流的情況下分、合電路。

主要作用：分閘后，建立可靠的絕緣間隙，將需要檢修的設(shè)備或線路與電源用一個明顯斷開點隔開，以保證檢修人員和設(shè)備的安全。

特點：

（1）在電氣設(shè)備檢修時，提供一個電氣間隔，并且是一個明顯可見的斷開點，用以保障維護(hù)人員的人身安全。

（2）隔離開關(guān)不能帶負(fù)荷操作：不能帶額定負(fù)荷或大負(fù)荷操作，但是有滅弧室的可以帶小負(fù)荷及空載線路操作。

（3）一般送電操作時：先合隔離開關(guān)，后合斷路器或負(fù)荷類開關(guān)；斷電操作時：先斷開斷路器或負(fù)荷類開關(guān)，后斷開隔離開關(guān)。

（4）選用時和其它的電氣設(shè)備沒有什么兩樣，都得是額定電壓、額定電流、動穩(wěn)定電流、熱穩(wěn)定電流等都得符合使用場合的需要。

1.3 高壓熔斷器

目前常用的高壓熔斷器分為三種：一般熔斷器、后備熔斷器及全范圍熔斷器。

選擇高壓熔斷器熔體時，應(yīng)保證前后兩級熔斷器之間，熔斷器與電源側(cè)繼電保護(hù)之間，以及熔斷器與負(fù)荷側(cè)繼電保護(hù)之間動作的選擇性。

高壓熔斷器應(yīng)能在最短的時間內(nèi)切斷故障，以防止熔斷時間過長而加劇被保護(hù)電器的損壞。保護(hù)電壓互感器的高壓熔斷器，由于熔體特別細(xì)，對電暈作用敏感，尤其是10kV及以上電壓等級的電壓互感器，應(yīng)使熔斷器的底座遠(yuǎn)離接地的金屬框架，更應(yīng)避免在熔斷器底座附近使用法蘭套管。

1.4 壓敏電阻

壓敏電阻器是一種具有瞬態(tài)電壓抑制功能的元件，可以用來代替瞬態(tài)抑制二極管、齊納二極管和電容器的組合。壓敏電阻器可以對IC及其它設(shè)備的電路進(jìn)行保護(hù)，防止因靜電放電、浪涌及其它瞬態(tài)電流（如雷擊等）而造成對它們的損壞。使用時只需將壓敏電阻器并接于被保護(hù)的IC或設(shè)備電路上，當(dāng)電壓瞬間高于某一數(shù)值時，壓敏電阻器阻值迅速下降，導(dǎo)通大電流，從而保護(hù)IC或電器設(shè)備；當(dāng)電壓低于壓敏電阻器工作電壓值時，壓敏電阻器阻值極高，近乎開路，因而不會影響器件或電器設(shè)備的正常工作。

1）壓敏電阻的選用

選用壓敏電阻器前，應(yīng)先了解以下相關(guān)技術(shù)參數(shù)：標(biāo)稱電壓是指在規(guī)定的溫度和直流電流下，壓敏電阻器兩端的電壓值。漏電流是指在25℃條件下，當(dāng)施加最大連續(xù)直流電壓時，壓敏電阻器中流過的電流值。等級電壓是指壓敏電阻中通過8/20等級電流脈沖時在其兩端呈現(xiàn)的電壓峰值。通流量是表示施加規(guī)定的脈沖電流（8/20μs）波形時的峰值電流。浪涌環(huán)境參數(shù)包括最大浪涌電流Ipm（或最大浪涌電壓Vpm和浪涌源阻抗Zo）、浪涌脈沖寬度Tt、相鄰兩次浪涌的最小時間間隔Tm以及在壓敏電阻器的預(yù)定工作壽命期內(nèi)，浪涌脈沖的總次數(shù)N等。

2）在電源線與大地間使用壓敏電阻時，有時由于接地不良而使線與地之間電壓上升，所以通常采用比線與線間使用場合更高標(biāo)稱電壓的壓敏電阻器。

壓敏電阻所吸收的浪涌電流應(yīng)小于產(chǎn)品的最大通流量。

1.5 電流互感器

電流互感器的作用是可以把數(shù)值較大的一次電流通過一定的變比轉(zhuǎn)換為數(shù)值較小的二次電流，用來進(jìn)行保護(hù)、測量等用途。

電流互感器的特點：

（1）電流互感器二次線圈所接儀表和繼電器的電流線圈阻抗都很小，所以正常情況下，電流互感器在近于短路狀態(tài)下運(yùn)行。

（2）一次線圈串聯(lián)在電路中，并且匝數(shù)很少，因此，一次線圈中的電流完全取決于被測電路的負(fù)荷電流,而與二次電流無關(guān)。

因為一次線圈額定電流I1n己標(biāo)準(zhǔn)化，二次線圈額定電流I2n統(tǒng)一為5(1或0.5)安，所以電流互感器額定互感比亦已標(biāo)準(zhǔn)化。kn還可以近似地表示為互感器一、二次線圈的匝數(shù)比，即kn≈kN=N1/N2式中N1、N2為一、二線圈的匝數(shù)。電流互感器的作用就是用于測量比較大的電流。

1.6 電壓互感器

電壓互感器的運(yùn)行情況相當(dāng)于2次側(cè)開路的變壓器，其負(fù)載為阻抗較大的測量儀表。

電壓互感器的作用是：把高電壓按比例關(guān)系變換成100V或更低等級的標(biāo)準(zhǔn)二次電壓，供保護(hù)、計量、儀表裝置使用。同時，使用電壓互感器可以將高電壓與電氣工作人員隔離。電壓互感器雖然也是按照電磁感應(yīng)原理工作的設(shè)備，但它的電磁結(jié)構(gòu)關(guān)系與電流互感器相比正好相反。電壓互感器二次回路是高阻抗回路，二次電流的大小由回路的阻抗決定。當(dāng)二次負(fù)載阻抗減小時，二次電流增大，使得一次電流自動增大一個分量來滿足一、二次側(cè)之間的電磁平衡關(guān)系?？梢哉f，電壓互感器是一個被限定結(jié)構(gòu)和使用形式的特殊變壓器。

2 結(jié)束語

隨著計算機(jī)和傳感器技術(shù)的推廣應(yīng)用，新材料、新工藝的不斷發(fā)展，煤礦機(jī)械將向著大型化、智能化的方向發(fā)展。高新技術(shù)是煤礦機(jī)械的發(fā)展趨勢，技術(shù)創(chuàng)新是煤礦機(jī)械的生命。面對煤礦現(xiàn)代化、科學(xué)化生產(chǎn)的需要，煤礦機(jī)械將實現(xiàn)電子化、自動化成為有頭腦(計算機(jī)控制)，有知覺(傳感系統(tǒng))，有血液(液壓系統(tǒng))，有心臟(驅(qū)動裝置)，有骨骼(傳動、支撐機(jī)構(gòu))的機(jī)電液一體化系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)步和國家對煤礦機(jī)械設(shè)備研發(fā)能力的投入的增大，煤礦機(jī)械設(shè)備的發(fā)展必將走上科學(xué)化的發(fā)展之路。高壓真空配電裝置作為煤礦井下的一員，也必將向智能化、科學(xué)化的方向發(fā)展。