1.4 真空断路器的容性负荷投切和相控开断

真空断路器在电寿命方面具有极其明显的优势，特别适合于频繁操作的场合。因而在通过投切电容器组进行功率因数调节的应用场合下，很自然会选择真空断路器作为控制开关。但在实际应用中发现真空断路器会出现重击穿现象，即在断路器已经开断电流之后的几十甚至上百毫秒后又发生击穿。这种击穿会引起电容器的电压提升，造成很高的过电压，给系统带来一定威胁。这个问题的存在对真空断路器的应用造成了很大影响，成为当前研究的一个热点问题。造成真空断路器弧后重击穿的起因其实在于关合电容器组时的涌流对触头表面的烧蚀和破坏，因此解决问题的思路也需要从这里入手，例如如何减小涌流幅度就是一种解决问题的方法。另外就是从提高触头间隙的耐压水平入手，例如选择不同的触头材料、改变电极结构等。本书第5章介绍了高压开关的容性负荷投切相关研究。

电力系统中开关的投切都会产生一定的暂态过程，这个过程可能是电流或者是电压，比较严重的暂态过程对系统的安全性造成威胁。所有的暂态过程都和开断和投切的时刻（或者相位）有关，如果开断和投切中能够准确地选择时刻或者相位，那么可以有效控制暂态过程的幅值。例如容性投切过程如果能够实现选相操作，就可以极大程度上降低涌流幅值，减小涌流对触头表面的烧蚀，降低开关开断后的重击穿率。另外，在感性小电流负荷的投切和空载变压器的投切操作中都存在涌流和过电压现象，选相投切是一种很好的应对措施。

基于以上原因在断路器投切控制方面产生了相控技术。精密的相控技术依赖于信息检测、快速计算和机构驱动控制等技术。随着信息和计算机技术的发展，在信息采集和计算方法方面目前都可以满足对相控的要求。然而机械式开关都有复杂的操作机构，它们驱动触头系统运动。压气式SF₆断路器在触头运动过程中还要压缩SF₆气体冷却和熄灭电弧，无论从操作功还是行程上讲都比较大。尽管不同的断路器工作原理和结构不同，但一般机械式断路器操作机构动作时间与电压、电流周期相比都比较长，并且随着环境气候变化操作时间的分散性也比较大，这成为机械式开关实现相控操作的最大障碍。真空断路器由于真空间隙耐压水平高，因此一般开距较小（随电压等级不同从十几到几十毫米），并且触头质量也比较轻，有利于实现分合操作的高速、精确控制。通过利用电动斥力驱动真空灭弧室的触头快速运动，实现断路器相控投切是极有前景的一项技术，本书专门在第6章中进行了介绍。