真空管因其開斷容量大、開斷能力強、開斷電弧小等優點,廣泛應用于配電斷路器、大負荷啟動開關、磁力啟動器等控制設備中。真空管是用高真空作絕緣介質,真空具有很高的絕緣強度,真空管的動、靜觸頭是在密封的真空腔內完成電路的分、合。觸頭切斷電流時,僅有金屬蒸汽離子形成的電弧,不存在氣體碰撞游離現象。因金屬蒸汽離子的擴散及再復合過程非常迅速,從而能快速滅弧和恢復原來的真空度,可經受多次分、合閘而不降低開斷能力。其主要特點有:

      (1) 結構緊湊、體積小、重量輕;

      (2) 觸頭開距小,作速度快,分、合閘所需操作功率小;

      (3) 開斷容量大、觸頭壽命長、允許開斷次數多,特別適用于頻繁操作;

      (4) 不產生高壓氣體及有害氣體、無火災及爆炸危險、噪音小,不污染環境。

        真空管作為控制電氣設備的重要器件,雖具有各種優點,但其真空度的高低,動、靜觸頭行程大小,以及運行中維護都將會直接影響到真空管的使用壽命和所控電氣設備的安全運行。因而真空管的真空度檢測,動、靜觸頭的開距調整及運行中維護顯得至關重要。

         如果控制開關的三相真空管動、靜觸頭間的間隙誤差較大,真空管吸合后,三相真空管動、靜觸頭之間的接觸電阻就不一樣,這樣通過三相的電流也就有差別。如果被控設備為感性負荷,那么則會在三相線圈之間形成一個不小的內部環流,這個環流長時間存在,將導致電氣設備溫升超過額定值,最后甚至燒毀電氣設備。同樣,如果三相真空管的真空度不一樣,真空度稍低的那一相吸合后,因為該相內外氣壓不一樣,使動觸頭和靜觸頭接觸不實,接觸電阻增大,造成觸頭發熱,甚至刺刺冒火。長時間運行將燒毀觸頭,最后燒毀真空管。如果某一相真空管的真空度與其他兩相差別較大,那后果會更嚴重,真空管吸合后,動觸頭和靜觸頭之間將出現電弧閃絡現象,很短時間內就能燒毀觸頭,燒毀真空管,使負荷出現缺相運行,并在很短時間內就能燒毀電氣設備,甚至引起更大的電氣故障。

圖1 　真空管結構圖

1、動觸桿; 2、波紋管; 3、絕緣外殼; 4、動觸頭; 5、金屬屏蔽罩; 6、靜觸頭 7、靜觸桿

圖2 　真空管開關結構圖

1、拉桿; 2、真空管; 3、電磁銜鐵;4、復位彈簧;5、頂桿螺絲

          目前使用的真空管大致可分為斷路器用真空管、負荷開關用真空、接觸器用真空管。但其結構基本上都是由絕緣外殼,金屬屏蔽罩、波紋管、動靜觸頭、動靜觸桿以及其他零部件組成,如圖1 所示。絕緣外殼有玻璃外殼和陶瓷外殼兩種。通常情況下,對于單個真空管,由于管內外氣壓差的原因,動靜觸頭處于閉合狀態,裝進開關后由開關機構上的頂桿螺絲把動、靜觸頭分開,如圖2 所示。線圈通電后,電磁銜鐵將拉桿向下拉,帶動觸頭吸合,完成開關吸合動作。線圈斷電后,拉桿在復位彈簧的作用下,恢復原始狀態,使動、靜觸頭分開,完成開關斷開動作。

滅弧原理

        在真空管動、靜觸頭分斷瞬間,由于兩觸頭間的電容存在,使觸頭間絕緣擊穿,產生金屬蒸汽,形成真空電弧。由于真空中弧柱的帶電質點的密度和溫度比周圍介質高得多,使得真空電弧柱迅速向弧柱外的真空區域擴散,形成很強的擴散電流。當被分斷的電流接近零時,觸頭間電弧的溫度和壓力急劇下降,使電弧不能繼續維持而迅速可靠的熄滅。電弧熄滅后幾微秒內,兩觸頭間的真空耐壓水平迅速恢復,其恢復速度可達20kV/μs。同時,觸頭間也達到了一定距離,能承受很高的恢復電壓,分斷電流過零后,不會發生電弧重燃現象。