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真空断路器的原理和作用真空断路器的原理和作用

真空断路器处于合闸位置时，其对地绝缘由支持绝缘子承受，一旦真空断路器所连接的线

路发生永久接地故障，断路器动作跳闸后，接地故障点又未被清除，则有电母线的对地绝缘亦

要由该断路器断口的真空间隙承受；各种故障开断时，断口一对触子间的真空绝缘间隙要耐受

各种恢复电压的作用而不发生击穿。因此，真空间隙的绝缘特性成为提高灭弧室断口电压，使

单断口真空断路器向高电压等级发展的主要研究课题。

真空度的表示方式

绝对压力低于一个大气压的气体稀薄的空间，称为真空空间，真空度越高即空间内气体压

强越低。真空度的单位有三种表示方式:托(即1个mm水银柱高)，毫巴(103bar)或帕(帕斯

卡:Pa)。(1托=131。6Pa，1毫巴=100Pa)我们通常所说真空灭弧室内部的真空度要达10-4托是

指灭弧室内的气体压强仅为万分之一mm水银柱高，亦即是1。31x10-2Pa。

派森定理亦有译为巴申定律，是指间隙电压耐受强度与气体压力之间的关系。图1表

示派森定理的关系曲线呈V字形，即充气压力的增加或降低，都能提高极间间隙绝缘强度。其

击穿机理至今还不清楚，因为真空灭弧室内部真空度高于10-4托，这样稀薄空气的空间，气体

分子的自由行程为103mm，在真空灭弧室这么大小的容积内，发生碰撞的机率几乎是零。因此不

会发生碰撞游离而使真空间隙击穿。派森定理的V形曲线是实验得出的，条件是在均匀电场的

情况下，其间隙击穿电压Uj可表示为:

Uj=KLa

L间隙距离；

a间隙系数(间隙5mm时a=1，5mm时，a=0。5)

由派森定理的V形关系曲线中看出，当真空度达103托时出现拐点，拐点附近曲线变得平坦，

击穿电压几乎无变化。

当真空度和间隙距离相同时，其击穿电压则随触头电极材料发生变化，电极材料机械强度

高，熔点高时，真空间隙的击穿电压亦随之提高。

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真空绝缘的破坏机理

前面已说过，在真空灭弧室这样高度真空度的空间内，气体分子的自由行程很大，不会发

生碰撞分离而使真空间隙在高压电作用下会击穿又是客观存在，于是就有种解释真空绝缘会破

坏的机理，场致发射引起击穿，微块引起击穿和微放电导致击穿。

场致发射论对真空间隙所以能发生击穿的解释

间隙电场能量集中，在电极微观表面的突出部分发生电子发射或蒸发逸出，撞击阳极使局

部发热，继续放出离子或蒸汽，正离子再撞击阴极发生二次发射，相互不断积累，最后导致间

隙击穿。

著名的FowlerandNoraheim场发射电流I表达式为:

I=AE2e-B/E

式中E电场强度；

A常数，与发射点的面积有关；

B常数，与电极表面的逸出有关。

在小的间隙(1mm)及短脉冲电压情况下，可以合理地认为真空间隙击穿是由场致发射引起

的，但在长间隙及连续加压与长脉冲电压下，有的学者认为真空的击穿尚存在其它机理:

(1)阴极引起的击穿；在强电场下，由于场发射电流的焦耳发热效应，使阴极表面突出物的温度

升高，当温度达到临界点时，突出物熔化产生蒸汽引起击穿。

(2)阳极引起的击穿:由于阴极发射的电子束，轰