防爆高壓電器中幾種重要元器件介紹

趙改蘭

(山西汾西機電有限公司，山西 太原030027)

0 概述

煤礦機械設備的發展，肩負著提高整個煤礦行業現代化水平的重任，隨著煤礦井下安全生產的逐漸強化，對井下設備的安全性能要求也在增強，高壓真空配電裝置作為井下的電氣設備之一，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計工作中能夠更加靈活化，功能更加綜合化，設備更加現代化、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、電磁或彈簧操動機構、支架及其他部件。

真空滅弧室

按照開關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、內封接式玻璃泡滅弧室，其基本結構如下：

1）氣密絕緣系統(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格的操作工藝，還要求材料本身透氣性和內部放氣量小。

2）導電系統

由定導電桿、定跑弧面、定觸頭、動觸頭、動跑弧面、動導電桿構成。觸頭結構大致有三種：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，此種滅弧室具有強而穩定的電弧開斷能力。

3）屏蔽系統

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壁，從而降低外殼的絕緣強度。（2）改善滅弧室內部電場分布的均勻性，有利于降低局部場強，促進真空滅弧室小型化。（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強度的恢復。

操作機構

按照斷路器型式不同，采用的操作機構不同。常用的操作機構有彈簧操作機構、CD10電磁操作機構、CD17電磁操作機構、CT19彈簧儲能操作機構、CT8彈簧儲能操作機構。

1.2 隔離開關

隔離開關即在分位置時，觸頭間有符合規定要求的絕緣距離和明顯的斷開標志；在合位置時，能承載正常回路條件下的電流及在規定時間內異常條件（例如短路）下的電流的開關設備。主要特點是無滅弧能力，只能在沒有負荷電流的情況下分、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備的安全。

特點：

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

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

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

（4）選用時和其它的電氣設備沒有什么兩樣，都得是額定電壓、額定電流、動穩定電流、熱穩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，應保證前后兩級熔斷器之間，熔斷器與電源側繼電保護之間，以及熔斷器與負荷側繼電保護之間動作的選擇性。

高壓熔斷器應能在最短的時間內切斷故障，以防止熔斷時間過長而加劇被保護電器的損壞。保護電壓互感器的高壓熔斷器，由于熔體特別細，對電暈作用敏感，尤其是10kV及以上電壓等級的電壓互感器，應使熔斷器的底座遠離接地的金屬框架，更應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電壓抑制功能的元件，可以用來代替瞬態抑制二極管、齊納二極管和電容器的組合。壓敏電阻器可以對IC及其它設備的電路進行保護，防止因靜電放電、浪涌及其它瞬態電流（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的IC或設備電路上，當電壓瞬間高于某一數值時，壓敏電阻器阻值迅速下降，導通大電流，從而保護IC或電器設備；當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備的正常工作。

1）壓敏電阻的選用

選用壓敏電阻器前，應先了解以下相關技術參數：標稱電壓是指在規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，當施加最大連續直流電壓時，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的電壓峰值。通流量是表示施加規定的脈沖電流（8/20μs）波形時的峰值電流。浪涌環境參數包括最大浪涌電流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定工作壽命期內，浪涌脈沖的總次數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稱電壓的壓敏電阻器。

壓敏電阻所吸收的浪涌電流應小于產品的最大通流量。

1.5 電流互感器

電流互感器的作用是可以把數值較大的一次電流通過一定的變比轉換為數值較小的二次電流，用來進行保護、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下運行。

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

因為一次線圈額定電流I1n己標準化，二次線圈額定電流I2n統一為5(1或0.5)安，所以電流互感器額定互感比亦已標準化。kn還可以近似地表示為互感器一、二次線圈的匝數比，即kn≈kN=N1/N2式中N1、N2為一、二線圈的匝數。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

電壓互感器的運行情況相當于2次側開路的變壓器，其負載為阻抗較大的測量儀表。

電壓互感器的作用是：把高電壓按比例關系變換成100V或更低等級的標準二次電壓，供保護、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原理工作的設備，但它的電磁結構關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。當二次負載阻抗減小時，二次電流增大，使得一次電流自動增大一個分量來滿足一、二次側之間的電磁平衡關系?？梢哉f，電壓互感器是一個被限定結構和使用形式的特殊變壓器。

2 結束語

隨著計算機和傳感器技術的推廣應用，新材料、新工藝的不斷發展，煤礦機械將向著大型化、智能化的方向發展。高新技術是煤礦機械的發展趨勢，技術創新是煤礦機械的生命。面對煤礦現代化、科學化生產的需要，煤礦機械將實現電子化、自動化成為有頭腦(計算機控制)，有知覺(傳感系統)，有血液(液壓系統)，有心臟(驅動裝置)，有骨骼(傳動、支撐機構)的機電液一體化系統。隨著科學技術水平的進步和國家對煤礦機械設備研發能力的投入的增大，煤礦機械設備的發展必將走上科學化的發展之路。高壓真空配電裝置作為煤礦井下的一員，也必將向智能化、科學化的方向發展。