伊顿公司的全面持续发展真空开关技术

伊顿公司是世界上为数不多的完全实现垂直一体化和多元化的工业制造商之一。通过对Westinghouse、Cutler Hammer（卡特拉·汉莫）、MEM、Holec（霍力克）以及Cooper（库柏）等公司的收购，继承了它们真空开关技术丰富的研究成果与设计经验，在此基础上，不断进行技术创新与工艺研究，开发了应用于各个领域的高技术水准、高可靠性的真空断路器和多种用途的开关装置。概括而言，这些成果可综述为以下几个方面。

1.研发了多种结构的磁控触头和成功的真空灭弧室小型化技术

附图6-1　12kV/25kA真空灭弧室的小型化进程（用径向尺寸来标注）

基于伊顿始于1920年以来、Westinghouse 60余年和Holec 30余年在真空电弧研究和触头设计领域的成果，伊顿建立了现代化生产线大批量制造各种规格的横磁、纵磁以及马蹄形磁控触头的真空灭弧室，以满足各种容量的真空断路器、负荷开关以及接触器的需求。近年来一项突出的成就则是研制成功并投产的大容量发电机用真空灭弧室，这在国际上尚属首例。与此同时，对用量极大的12kV/25kA真空灭弧室持续的小型化研究也获得显著的成绩，附图6-1所示为1967—2006年该型灭弧室小型化进程的示意。这对促进减小断路器以及开关装置的体积、节省贵金属铬降低制造成本等都起了重要作用。

2.多品种的技术先进型真空断路器，满足不同国家和地区技术需要

伊顿的真空断路器主要包括WVACi、EVAC、VCPW几个系列，它们共同的特点是除美国生产的VCPW系列外，极柱均采取固封结构、小型灭弧室，内部配用高效铜-铬合金磁控触头，因而具备高开断容量和开断低值感性电流无截流过电压、开断电容器组无重燃过电压的优点；对于弹簧操动机构，则采用零件少、材质强度高和耐磨损的设计理念，以确保其长寿命、免维护和高可靠性。

作为全球电气设备的供应商，伊顿的真空断路器在性能上可满足多种标准和认证，如IEC、NEMA/ANSI、UL、GB、DL、IEEE，并通过KEMA、CESI和CSA严格的型式试验考核。同时，也可符合有些国家和地区的特殊技术条件，例如北美地区规定提高BIL试验电压；中国规定的加大爬距、提高工频试验电压以及用1.1倍额定电流进行温升试验等。

伊顿坚持产品的不断更新与发展，例如，附图6-2所示为12kV WVACi型真空断路器，它的弹簧操动机构现在已是第7代优化改进的模块设计，其突出的特点有：结构简捷紧凑、储能手柄集成与机构低噪声、高出力效率、寿命长达30000次和免维护。

伊顿各型真空断路器的主要技术数据见附表6-1。

附图6-2　额定电压12kV的W-VACi型真空断路器

（a）断路器外形（装在底盘车上）；（b）弹簧操动机构
1—合闸弹簧；2—手动储能手柄（已收起）；3—辅助开关；4—储能电机；5—合闸电磁铁；6—分闸电磁铁；7—操作面板

附表6-1　伊顿真空断路器的主要技术数据

3.多种结构形式、适合所有运行环境的真空开关装置

基于前述技术先进型的真空断路器，伊顿推出的各种空气绝缘开关柜（AIS）、气体绝缘环网柜（GIS）、固体绝缘开关柜（SIS）以及配用真空接触器的电动机启动柜（也称接触器柜或F—C回路），和以负荷开关+限流熔断器构成的环网柜能够完全满足在严重潮湿和凝露等恶劣气候条件、重污秽地区电力安全运行的需要，因而广泛用于城乡、楼宇和厂矿等。其中的环网柜尤适合小负荷、不停电的用户。(www.xing528.com)

伊顿的多品种开关柜可充分满足各种中压用电设备的需求，如空气绝缘的真空开关柜ET1、ET2和Power Xpert UX型，主要技术参数为12～40.5kV，最大4000A、50kA，其中特种柜可扩容至6300A/63kA；SL400型真空接触器柜和15kV Ampgard中压电动机启动装置则适用于电动机和炼钢炉变压器非常频繁启动和投、切操作，其中7.2kV SL400型的机械寿命长达250万次；环网柜的额定电压为12～24kV，它有两种结构型式：RVAC型为SF6气体绝缘；XIRIA型和XIRIA Plus型使用固体绝缘，它们不用SF6气体，因而有利于环保，是一类有巨大发展前途的新型开关装置。附图6-3所示为伊顿几种典型结构的开关柜。

附图6-3　伊顿几种典型的开关柜

（a）ET1型真空开关柜；（b）Ampgard中压电动机启动装置；（c）RVAC型气体绝缘环网柜；（d）XIRIA Plus型固体绝缘环网柜

伊顿所有开关柜都设置可靠的压力释放装置，能在内部出现电弧故障时安全释放燃弧的高压力气体；它们的丧失运行连续性等级均为LSC2，可靠性高。与真空断路器一样，各种开关装置也满足多种标准和认证，如IEC、NEMA/ANSI、UL、GB、DL、IEEE，并通过KEMA，CESI和CSA严格的型式试验考核。同时，也能符合有些国家和地区的特殊技术条件。

4.坚持技术创新，推动高技术水准产品的研发

在国际上，首先研制成功真空发电机断路器以及最早推出固体绝缘柜是近年来伊顿科技创新最重要的两项成果。XIRIA型和XIRIA Plus型固体绝缘环网柜的各功能模块的主绝缘由高性能环氧树脂制造，体积小、可按各种接线方式组成双电源不间断小型供电装置，更为重要的是它开辟了替代温室效应SF6气体的开关柜设计新思路。

对于发电机断路器，基于真空断路器结构简捷、免维护，在开断时没有SF6断路器开断电弧后气体分解的剧毒低氟化物，也没有压缩空气断路器开断时强烈的爆破噪声，因而用于发电机保护有着良好的发展前景。但是，由于发电机端回路的特殊性，非对称短路电流持续时间很长且峰值高、直流分量超过100%，断路器承受着陡峭的暂态恢复电压（TRV）波和强大的电动冲击力，此外，对应发电机强大的输出电流，要求断路器还必须具有充分的散热能力，因而这种工况十分严酷，致使研制真空发电机断路器的技术难度非常高。在国际上，伊顿率先攻克上述难题，试制的VCPWG型发电机出口真空断路器成功通过美国电机和电子学委员会IEEE标准规定的严格试验考核，并批量投产。VCPWG型最大的技术参数为：额定电压15kV、额定短路开断电流75kA、额定电流6000A（强制风冷下可增大到7000A）、开断短路电流的直流分量高达130%。VCPWG型有可移开式和固定式两种安装方式，附图6-4所示为一台可移开式。取得这一成果之后，伊顿正在持续努力，将真空发电机断路器提升到更高的技术水准。

附图6-4　VCP-WG型真空发电机断路器

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