1 前言

　　由于真空斷路器的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，使其在中壓領(lǐng)域的應(yīng)用在歐洲和美國(guó)已占到70%，日本已接近100%，俄羅斯已占50%以上，我國(guó)也已占到80%以上。近20年來(lái)，真空斷路器的理論研究水平和制造技術(shù)都有了長(zhǎng)足的發(fā)展，真空斷路器已不僅僅限于中壓，而是朝著高電壓、大容量方向發(fā)展。特別是在人們對(duì)環(huán)境保護(hù)非常重視、sf6氣體被確認(rèn)為溫室效應(yīng)氣體而使其應(yīng)用受到限制的大環(huán)境下，傾向于發(fā)展真空斷路器來(lái)逐步取代sf6斷路器。

　　2真空滅弧室高電壓化的絕緣技術(shù)

　　2.1絕緣技術(shù)需要解決的問(wèn)題

　　圖1為一個(gè)真空滅弧室的結(jié)構(gòu)圖，真空滅弧室需要解決的絕緣性能的部位都標(biāo)于圖中，包括觸頭間絕緣、導(dǎo)電桿和屏蔽罩間絕緣、沿面絕緣和外部絕緣等[1]。觸頭間絕緣擊穿性能大大影響真空斷路器的開(kāi)斷電流性能，屏蔽罩和導(dǎo)電桿間絕緣性能在設(shè)計(jì)真空滅弧室時(shí)與外形尺寸關(guān)系很大，滅弧室內(nèi)外沿面絕緣會(huì)受電場(chǎng)分布是否均勻的影響，因此電場(chǎng)的均勻化設(shè)計(jì)非常重要。

　　2.2間隙絕緣的面積效應(yīng)

　　真空間隙的擊穿電壓隨電極形狀的不同而大不同，這是因?yàn)殡姌O形狀造成電場(chǎng)分布及絕緣擊穿開(kāi)始時(shí)有效的電極面積各不相同的緣故。當(dāng)電極面積增加時(shí)，就會(huì)因電極表面的微小突起及吸附氣體（氧化物）等誘發(fā)絕緣擊穿的電極表面的弱點(diǎn)數(shù)目增加，因此電極面積增加時(shí)，擊穿電壓降低。

　　對(duì)于各種間隙，擊穿通常發(fā)生在大于90%最大場(chǎng)強(qiáng)的區(qū)域，這個(gè)區(qū)域被稱為導(dǎo)致?lián)舸┑挠行娣eseff，真空間隙的絕緣擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度eb和絕緣擊穿時(shí)的seff存在密切關(guān)系[2]，即面積效應(yīng)：隨著seff的增大，eb降低。為了提高間隙的擊穿電壓，當(dāng)間隙長(zhǎng)度一定時(shí)，加大觸頭曲率，seff增加，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生相反的結(jié)果；而當(dāng)最大電場(chǎng)強(qiáng)度相同時(shí)，若選擇seff較小的觸頭形狀，可使耐壓值提高。

　　真空滅弧室設(shè)計(jì)時(shí)要考慮電場(chǎng)分布及其有效面積后，再進(jìn)行絕緣設(shè)計(jì)。

　　2.3真空中沿面絕緣

　　在真空間隙的電極周圍有絕緣件時(shí)，與無(wú)絕緣件時(shí)相比，擊穿電壓會(huì)下降，這是因?yàn)榉烹娫诮^緣件表面擴(kuò)展，造成沿面絕緣擊穿的緣故。絕緣件表面的沿面絕緣擊穿的機(jī)理有以下兩種假說(shuō)[3]：

　　（1）二次電子雪崩說(shuō)：許多絕緣件的二次電子放電比在很廣的入射能量范圍內(nèi)大于1，因此電子對(duì)絕緣件表面每沖撞1次就會(huì)引起二次電子雪崩，在表面正電荷積累而使電場(chǎng)增高，因這種電子增殖而造成絕緣擊穿。

　�。�2）氣體說(shuō)：通過(guò)施加高電壓，使絕緣件表面吸著的氣體脫離，以及因絕緣件材質(zhì)自身的氣化造成局部氣體密度上升，從而引發(fā)了絕緣擊穿。

　　近年來(lái)又提出一種將這兩者相組合的假說(shuō)，即因絕緣件表面的帶電電荷、二次電子放出、電離等所產(chǎn)生的電子及正離子造成了表面吸附氣體的脫離。

　　在對(duì)因二次電子雪崩造成的絕緣擊穿進(jìn)行分析時(shí)，必須明確掌握電子的軌道。電極上某些部位發(fā)射的電子與絕緣件不碰撞。而有些部位發(fā)射的電子與絕緣物相碰撞，這有可能引起二次電子雪崩，因此這部分的電場(chǎng)強(qiáng)度分布很重要，應(yīng)減弱該部位的電場(chǎng)強(qiáng)度以減少電子發(fā)射。另外在沿面絕緣中，成為電子放出源的屏蔽罩的材料和表面形狀也很重要。

　　真空沿面絕緣同樣存在面積效應(yīng)，日本東芝公司就是通過(guò)對(duì)面積效應(yīng)（包括真空間隙的絕緣面積效應(yīng)、沿面的絕緣效應(yīng)及多間隙對(duì)絕緣的影響）的深入研究開(kāi)發(fā)出了小型化的72/84kv真空滅弧室，并成功應(yīng)用于c-gis上[1]。

　　2.4老煉

　　給電極間施加電壓，讓擊穿反復(fù)發(fā)生，擊穿電壓就逐漸升高，便成為電壓老煉效應(yīng)。此外，針對(duì)某種電極，讓間隙內(nèi)流過(guò)一定大小的電弧電流，可對(duì)電極表面進(jìn)行電流老煉，擊穿電壓同樣逐漸升高。圖2為電流老煉的一個(gè)例子[4]，將老煉時(shí)的電流增大，擊穿電壓就會(huì)升高。根據(jù)老煉處理?xiàng)l件，絕緣性能會(huì)受很大影響，所以必須選擇一種合適的老煉處理方法。

　　2.5材料表面清潔處理

　　置于大氣中的觸頭表面被污染和被吸附氣體包圍，即使在1乘以10的-6次方pa的高真空，每立方米仍存在2.7乘以10的15次方個(gè)分子，這些分子通過(guò)熱運(yùn)動(dòng)，沖擊真空容器及觸頭的表面，并形成附著分子層。凈化吸附氣體覆蓋表面的方法是真空加熱處理，圖3是cu觸頭加熱處理溫度和絕緣性能間的關(guān)系[4]，真空加熱處理的溫度越高，擊穿電壓就越高，因而真空加熱處理清除觸頭表面的吸附氣體（氧化層）有助于恢復(fù)觸頭的絕緣性能，不僅通過(guò)降低氣體釋放提高了真空性能，也提高了絕緣性能。

　　2.6外部絕緣

　　可采用氣體、液體、固體絕緣材料來(lái)加強(qiáng)真空滅弧室的外部絕緣，如氮?dú)�、油、硅脂、環(huán)氧樹脂等。

　　3 真空斷路