真空开关的发展与应用概况(2)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)真空技术网整理 作者:剑气书生

  三、国内外真空灭弧室产业状况

  1、 美国

  美国是世界上最早开始生产和使用真空开关的国家,目前生产真空灭弧室的厂家主要有通用电气(GE)、西屋(WH)、库柏(Cooper)和杰宁(Jenning)公司,其中GE是全球最早开始系统研究真空开关和真空电弧理论的公司。

  二十世纪60年代初,GE公司的李天河等人提出横向磁场熄弧原理,并据此研制出基于螺旋槽横磁触头结构和CuBi触头材料的真空灭弧室,将真空开关的短路开断能力提高到了15kV、12.5kA,从而使真空开关真正具有了商业实用意义,李天河因此被称为“真空开关之父”。在此后的二十余年里,GE公司在灭弧机理、触头材料、试验方法和试验设备方面都做了大量的工作,其技术在二十世纪80年代中期及以前一直在全球处于领先地位,并曾出口到德国、日本等国的公司。

  目前该公司主要生产额定电压4.16kV~45kV,额定电流630A~3000A,额定短路开断电流18kA~60kA的真空灭弧室,仍然以螺旋槽横磁触头结构为主。

  值得一提的是,该公司将14个真空灭弧室串联,研制出了额定电压高达765kV、短路开断能力40kA的真空断路器。

  WH公司从1960年开始研制真空灭弧室,是美国另一主要的真空灭弧室和真空开关制造商,目前该公司无论是技术水平、制造工艺,还是产量均已超过GE公司,是目前全球最大的真空灭弧室制造商之一。该公司的24kV及以下产品普遍采用螺旋槽横磁触头结构,36kV及以上产品采用线圈式纵磁结构,年生产能力超过25万只,其产品除部分自配套使用以外,还大量出口到亚洲和欧洲。

  目前该公司主要产品为额定电压0.4kV~38kV,额定电流200A~3150A,额定短路开断电流12.5kA~63kA的真空灭弧室,除部分自配套使用以外,还大量出口到亚洲和欧洲。

  1994年,WH公司的控配电分部并入伊顿(Eaton)公司,后者于2000年在我国苏州成立伊顿电气(苏州)有限公司,主要生产真空开关和真空灭弧室。

   2、英国

  英国在真空开关方面的研制工作几乎与美国同步,其主要生产厂家是GEC公司(后并入法国Alsthom公司、AREVA公司),该公司于1965年制成世界上第一台实用性真空接触器,1969年制成25kV单相电气化铁路用真空断路器。GEC公司于在二十世纪60年代在螺旋槽横磁触头结构的基础上研制出杯状横磁触头,并最早开始在真空灭弧室上使用CuCr触头材料。目前该公司主要生产12kV~38kV,额定电流1250A~2000A,额定短路开断电流13.1kA~40kA的产品,触头结构以杯状横磁触头为主。

   3、德国

  德国的主要生产厂家有Seimens、AEG(后并入法国Alsthom公司、AREVA公司)和Calor—Emag公司(后并入ABB公司),其技术来源为美国和英国。

  Seimens公司于二十世纪70年代从英国VIL公司(隶属于GEC公司)引进技术,二十世纪80年代对该公司的触头结构CuCr触头材料的制造工艺进行了改进,发明了杯状纵磁场触头结构和熔渗法(生产CuCr触头材料)。经过30余年的发展,Seimens公司现已成为全球最大的真空开关制造商之一。Seimens公司目前主要生产1kV~38kV,额定电流400A~4000A,额定短路开断电流12.5kA~63kA的真空灭弧室,年产量约18万只,除部分自配套使用以外,还大量出口到亚洲和欧洲。

  Seimens公司的真空灭弧室以杯状横磁触头结构为主,但在12KV、24kV/31.5kA以上和36kV的真空灭弧室采用杯状纵磁场触头结构。

  AEG公司从1979年开始系列化生产真空灭弧室,其技术源制自英国GEC公司。该公司目前主要生产额定电压为12kV~36kV,额定短路开断电流8kA~50kA的产品,以杯状横磁触头为主,但12KV/63kA、24kV,36kV/40kA的产品采用纵磁触头结构。

  Calor—Emag公司从二十世纪80年代从美国WH公司引进技术,其真空灭弧室产品一般采用螺旋槽横磁触头结构(和WH公司有一定区别),主要生产7.2kV~40.5kV,额定电流400A~4000A,额定短路开断电流12.5kA~63kA的产品,年产量约20万只,以自配套使用为主。

  Calor—Emag公司并入ABB公司后,在真空灭弧室电极结构和外绝缘方面进行了大量的研究工作,于1997年在全球率先推出固封式真空灭弧室(固封极柱),大大改善了真空断路器的绝缘特性并简化了装配,目前已达到10万只左右的产量。

   4、日本

  日本从二十世纪60年代初开始研制真空开关,其生产厂家有东芝、明电舍、富士、日立和三菱等公司,产品均以纵磁场结构为主,但又各有特点,其中东芝公司最具有代表性。

  东芝公司是日本最早开始研制的真空开关的厂家,该公司于1965年研制出日本第一只商用真空灭弧室,1968年引进美国GE公司的技术后,发展迅速,到目前为止已累计生产了250多万只真空灭弧室,是日本生产规模最大的厂家,其产品除自配套使用以外,还大量出口到亚洲和欧洲的国家。

  东芝公司于1976年率先在世界上开始使用纵磁场触头(线圈式结构),并将原来采用的CuBi触头材料改为CuCr触头材料,从而使真空开关的开断能力大幅度提高,在12kV下达到了200kA(试验室水平)。此外,东芝公司还在高电压和低电涌方面开展了大量的工作。

  东芝公司主要生产7.2kV~84kV,额定电流400A~4000A,额定短路开断电流12.5kA~100kA的产品,年产量约5~10万只。

  近年来,由于日本国内电力投资的减少而导致输配电产品市场萎缩,为提高市场竞争能力,各大公司之间开始了战略重组。2001年7月,明电舍、富士和日立公司在各自原有输配电产业的基础上联合组建了AE帕瓦株式会社,新公司将逐渐取代原来三家企业的输配电业务。2002年3月,东芝和三菱公司又宣布联合成立输变电合资公司(TMT&D),并由新公司取代原来两家企业在输变电销售、设计、开发和制造方面的功能,成为日本最大的输变电公司。

   5、中国

  我国从1968年开始真空灭弧室的实用化研制,第一只商用真空灭弧室于同年诞生在国营华光电子管厂(777)。1975年,由原国营宝光电工厂(4401)研制的ZKBD-1000/10-20型真空灭弧室在苏州通过了原第一机械工业部(国家机械工业部)、原第四机械工业部(电子工业部)组织的两部鉴定,标志着我国的真空灭弧室已经进入到实用化阶段。

  二十世纪80年代中期,原国营宝光电工厂和华光电子管厂分别从德国和美国引进了真空灭弧室和触头材料的制造技术,大大缩短了我国真空灭弧室产业和国外企业的差距,为此后我国真空灭弧室和真空开关行业的腾飞奠定了坚实的基础。目前,我国已形成了以原国有军工企业4401、779、771和777厂为龙头的真空灭弧室产业体系,2004年全行业共生产80余万只(未统计低压),成为全球最大的真空灭弧室生产基地。

  目前我国已能生产额定电压0.38kV~40.5kV ,额定短路开断电流12.5kA~80kA 的各种真空灭弧室,其中断路器用真空灭弧室除了在40.5kV部分采用线圈式触头结构以外,均采用杯状纵磁场触头结构。

  30余年来,我国真空灭弧室的设计理论、制造工艺、质量水平都有了质的飞跃。粗略的划分,可以认为国内灭弧室的发展已经经历了五代。国产的第一代真空灭弧室,以额定电压12kV由φ145mm玻璃绝缘外壳,电极结构为阿基米德螺旋槽横磁、使用CuBi系合金触头,开断能力达到20kA,额定电流1250A的ZKBDl250/10-20型真空灭弧室为代表;第二代真空灭弧室就是引进西门子的3AF系列真空灭弧室,其特点是屏蔽筒外露、陶瓷绝缘外壳、电极结构为杯状横磁、使用CuCr50合金环状触头,开断能力达到31.5kA,额定电流达 2500A,后经开发额定电流可达3150A、开断能力可达到40kA;在消化吸收引进技术的基础上开发了第三代真空灭弧室,其特点是屏蔽筒内置、φ88~125mm陶瓷绝缘外壳、电极结构为杯状纵磁、CuCr50触头材料,开断能力达到40kA,额定电流可达3150A,这期间也研制了一些线圈式纵磁场电极的灭弧室,主要提高了开断能力,但仍以杯状纵磁为主;以一次封排技术为代表的第四代真空灭弧室的整体质量有了很大的提高,此时各种成熟技术的综合应用开发出大量的12kV、 24kV、40.5kV,低压0.38kV~1.14kV各种参数的真空灭弧室批量供应市场,产品覆盖了整个中压领域。小型化、有外绝缘保护的真空灭弧室可称为第五代产品,目前已开始批量供应市场。

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