防爆高压电器中几种重要元器件介绍

赵改兰

(山西汾西机电有限公司，山西 太原030027)

0 概述

煤矿机械设备的发展，肩负着提高整个煤矿行业现代化水平的重任，随着煤矿井下安全生产的逐渐强化，对井下设备的安全性能要求也在增强，高压真空配电装置作为井下的电气设备之一，其操作安全性是非常重要的。本文就高压真空配电装置中的一些重要元器件作了具体介绍，以使我们的高压真空配电装置在以后的设计工作中能够更加灵活化，功能更加综合化，设备更加现代化、智能化。

1 重要元器件

1.1 高压真空断路器

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：

1）气密绝缘系统(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系统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）导电系统

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稳定的电弧开断能力。

3）屏蔽系统

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：（1）防止燃弧过程中电弧生成物喷溅到绝缘外壳的内壁，从而降低外壳的绝缘强度。（2）改善灭弧室内部电场分布的均匀性，有利于降低局部场强，促进真空灭弧室小型化。（3）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。

1.2 隔离开关

隔离开关即在分位置时，触头间有符合规定要求的绝缘距离和明显的断开标志；在合位置时，能承载正常回路条件下的电流及在规定时间内异常条件（例如短路）下的电流的开关设备。主要特点是无灭弧能力，只能在没有负荷电流的情况下分、合电路。

主要作用：分闸后，建立可靠的绝缘间隙，将需要检修的设备或线路与电源用一个明显断开点隔开，以保证检修人员和设备的安全。

特点：

（1）在电气设备检修时，提供一个电气间隔，并且是一个明显可见的断开点，用以保障维护人员的人身安全。

（2）隔离开关不能带负荷操作：不能带额定负荷或大负荷操作，但是有灭弧室的可以带小负荷及空载线路操作。

（3）一般送电操作时：先合隔离开关，后合断路器或负荷类开关；断电操作时：先断开断路器或负荷类开关，后断开隔离开关。

（4）选用时和其它的电气设备没有什么两样，都得是额定电压、额定电流、动稳定电流、热稳定电流等都得符合使用场合的需要。

1.3 高压熔断器

目前常用的高压熔断器分为三种：一般熔断器、后备熔断器及全范围熔断器。

选择高压熔断器熔体时，应保证前后两级熔断器之间，熔断器与电源侧继电保护之间，以及熔断器与负荷侧继电保护之间动作的选择性。

高压熔断器应能在最短的时间内切断故障，以防止熔断时间过长而加剧被保护电器的损坏。保护电压互感器的高压熔断器，由于熔体特别细，对电晕作用敏感，尤其是10kV及以上电压等级的电压互感器，应使熔断器的底座远离接地的金属框架，更应避免在熔断器底座附近使用法兰套管。

1.4 压敏电阻

压敏电阻器是一种具有瞬态电压抑制功能的元件，可以用来代替瞬态抑制二极管、齐纳二极管和电容器的组合。压敏电阻器可以对IC及其它设备的电路进行保护，防止因静电放电、浪涌及其它瞬态电流（如雷击等）而造成对它们的损坏。使用时只需将压敏电阻器并接于被保护的IC或设备电路上，当电压瞬间高于某一数值时，压敏电阻器阻值迅速下降，导通大电流，从而保护IC或电器设备；当电压低于压敏电阻器工作电压值时，压敏电阻器阻值极高，近乎开路，因而不会影响器件或电器设备的正常工作。

1）压敏电阻的选用

选用压敏电阻器前，应先了解以下相关技术参数：标称电压是指在规定的温度和直流电流下，压敏电阻器两端的电压值。漏电流是指在25℃条件下，当施加最大连续直流电压时，压敏电阻器中流过的电流值。等级电压是指压敏电阻中通过8/20等级电流脉冲时在其两端呈现的电压峰值。通流量是表示施加规定的脉冲电流（8/20μs）波形时的峰值电流。浪涌环境参数包括最大浪涌电流Ipm（或最大浪涌电压Vpm和浪涌源阻抗Zo）、浪涌脉冲宽度Tt、相邻两次浪涌的最小时间间隔Tm以及在压敏电阻器的预定工作寿命期内，浪涌脉冲的总次数N等。

2）在电源线与大地间使用压敏电阻时，有时由于接地不良而使线与地之间电压上升，所以通常采用比线与线间使用场合更高标称电压的压敏电阻器。

压敏电阻所吸收的浪涌电流应小于产品的最大通流量。

1.5 电流互感器

电流互感器的作用是可以把数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流，用来进行保护、测量等用途。

电流互感器的特点：

（1）电流互感器二次线圈所接仪表和继电器的电流线圈阻抗都很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。

（2）一次线圈串联在电路中，并且匝数很少，因此，一次线圈中的电流完全取决于被测电路的负荷电流,而与二次电流无关。

因为一次线圈额定电流I1n己标准化，二次线圈额定电流I2n统一为5(1或0.5)安，所以电流互感器额定互感比亦已标准化。kn还可以近似地表示为互感器一、二次线圈的匝数比，即kn≈kN=N1/N2式中N1、N2为一、二线圈的匝数。电流互感器的作用就是用于测量比较大的电流。

1.6 电压互感器

电压互感器的运行情况相当于2次侧开路的变压器，其负载为阻抗较大的测量仪表。

电压互感器的作用是：把高电压按比例关系变换成100V或更低等级的标准二次电压，供保护、计量、仪表装置使用。同时，使用电压互感器可以将高电压与电气工作人员隔离。电压互感器虽然也是按照电磁感应原理工作的设备，但它的电磁结构关系与电流互感器相比正好相反。电压互感器二次回路是高阻抗回路，二次电流的大小由回路的阻抗决定。当二次负载阻抗减小时，二次电流增大，使得一次电流自动增大一个分量来满足一、二次侧之间的电磁平衡关系。可以说，电压互感器是一个被限定结构和使用形式的特殊变压器。

2 结束语

随着计算机和传感器技术的推广应用，新材料、新工艺的不断发展，煤矿机械将向着大型化、智能化的方向发展。高新技术是煤矿机械的发展趋势，技术创新是煤矿机械的生命。面对煤矿现代化、科学化生产的需要，煤矿机械将实现电子化、自动化成为有头脑(计算机控制)，有知觉(传感系统)，有血液(液压系统)，有心脏(驱动装置)，有骨骼(传动、支撑机构)的机电液一体化系统。随着科学技术水平的进步和国家对煤矿机械设备研发能力的投入的增大，煤矿机械设备的发展必将走上科学化的发展之路。高压真空配电装置作为煤矿井下的一员，也必将向智能化、科学化的方向发展。