配电设备开关.doc

空气开关空气开关是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的一种电器，它集控制和多种保护功能于一身。除了能完成接触和分断电路外，尚能对电路或电气设备发生的短路严重过载及欠电压等进行保护，同时也可以用于不频繁地启动电动机。定义空气开关是一种只要电路中电流过大就会自动断开的开关。 原理脱扣方式有热动、电磁和复式脱扣3种。 当线路发生一般性过载时，过载电流虽不能使电磁脱扣器动作，但能使热元件 产生一定热量，促使双金属片受热向上弯曲，推动杠杆使搭钩与锁扣脱开，将主触头分断，切断电源。当线路发生短路或严重过载电流时，短路电流超过瞬时脱扣整定电流值，电磁脱扣器产生足够大的吸力，将衔铁吸合并撞击杠杆，使搭钩绕转轴座向上转动与锁扣脱开，锁扣在反力弹簧的作用下将三副主触头分断，切断电源。 开关的脱扣机构是一套连杆装置。当主触点通过操作机构闭合后，就被锁钩锁在合闸的位置。如果电路中发生故障，则有关的脱扣器将产生作用使脱扣机构中的锁钩脱开，于是主触点在释放弹簧的作用下迅速分断。按照保护作用的不同，脱扣器可以分为过电流脱扣器及失压脱扣器等类型。 作用在正常情况下，过电流脱扣器的衔铁是释放着的；一旦发生严重过载或短路故障时，与主电路串联的线圈就将产生较强的电磁吸力把衔铁往下吸引而顶开锁钩，使主触点断开。欠压脱扣器的工作恰恰相反，在电压正常时，电磁吸力吸住衔铁，主触点才得以闭合。一旦电压严重下降或断电时，衔铁就被释放而使主触点断开。当电源电压恢复正常时，必须重新合闸后才能工作，实现了失压保护。 因为绝缘方式有很多，有油开关，真空开关和其它惰性气体（六氟化硫气体）的开关。空气开关就是利用了空气来熄灭开关过程中产生的电弧。所以叫空气开关。 内部附件辅助触头辅助触头与断路器主电路分、合机构机械上连动的触头，主要用于断路器分、合状态的显示，接在断路器的控制电路中通过断路器的分合，对其相关电器实施控制或联锁。例如向信号灯、继电器等输出信号。塑壳断路器壳架等级额定电流100A为单断点转换触头，225A及以上为桥式触头结构，约定发热电流为3A；壳架等级额定电流400A及以上可装两常开、两常闭，约定发热电流为6A。操作性能次数与断路器的操作性能总次数相同。 报警触头用于断路器事故的报警触头，且此触头只有当断路器脱扣分断后才动作，主要用于断路器的负载出现过载短路或欠电压等故障时而自由脱扣，报警触头从原来的常开位置转换成闭合位置，接通辅助线路中的指示灯或电铃、蜂鸣器等，显示或提醒断路器的故障脱扣状态。由于断路器发生因负载故障而自由脱扣 的机率不太多，因而报警触头的寿命是断路器寿命的1/10。报警触头的工作电流一般不会超过1A。 分励脱扣器是一种用电压源激励的脱扣器，它的电压可与主电路电压无关。分励脱扣器是一种远距离操纵分闸的附件。当电源电压等于额定控制电源电压的70%-110%之间的任一电压时，就能可靠分断断路器。分励脱扣器是短时工作制，线圈通电时间一般不能超过1S，否则线会被烧毁。塑壳断路器为防止线圈烧毁，在分励脱扣线圈串联一个微动开关，当分励脱扣器通过衔铁吸合，微动开关从常闭状态转换成常开，由于分励脱扣器电源的控制线路被切断，即使人为地按住按钮，分励线圈始终不再通电就避免了线圈烧损情况的产生。当断路器再扣合闸后，微动开关重新处于常闭位置。 欠电压脱扣器欠电压脱扣器是在它的端电压降至某一规定范围时，使断路器有延时或无延时断开的一种脱扣器，当电源电压下降(甚至缓慢下降)到额定工作电压的70%至35%范围内，欠电压脱扣器应运作，欠电压脱扣器在电源电压等于脱扣器额定工作电压的35%时，欠电压脱扣器应能防止断路器闭合；电源电压等于或大于85%欠电压脱扣器的额定工作电压时，在热态条件下，应能保证断路器可靠闭合。因此，当受保护电路中电源电压发生一定的电压降时，能自动断开断路器切断电源，使该断路器以下的负载电器或电气设备免受欠电压的损坏。使用时，欠电压脱扣器线圈接在断路器电源侧，欠电压脱扣器通电后，断路器才能合闸，否则断路器合不上闸。 外部附件1电动操作机构，是用于远距离自动分闸和合闸断路器的一种附件，电动操作机构有电动机操作机构和电磁铁操作机构两种，电动机操作机构为塑壳式断路器壳架等级额定电流400A及以上断路器，电磁铁操作机构适用于塑壳断呼器壳架等级额定电流225A及以下断路器，无论是电磁铁或电动机，它们的吸合和转动方向都是相同，仅由电动操作机构内部的凸轮的位置来达到合、分，断路器在用电动机构操作时，在额定控制电压的85%-110%之间的任一电压下，应能保证断路器可靠闭合。 2转动操作手柄，适用于塑壳断路器，在断路器的盖上装转动操作手柄的机构，手柄的转轴装在它的机构配合孔内，转轴的另一头穿过抽屉柜的门孔，旋转手柄的把手装在成套装置的门上面所露出的转轴头，把手的圆形或方形座用螺钉固定的门上，这样的安装能使操作者在门外通过手柄的把手顺时针或逆时针转动，来确保断路器的合闸或分闸。同时转动手柄能保证断路器处于合闸时，柜门不能开启；只有转动手柄处于分闸或再扣，开关板的门才能打开。在紧急情况下，断路器处于合闸而需要打开门板时，可按动转动手柄座边上的红色释放按钮。 3加长手柄：是一种外部加长手柄，直接装于断路器的手柄上，一般用于600A及以上的大容量断路器上，进行手动分合闸操作。 4手柄闭锁装置：是在手柄框上装设卡件，手柄上打孔然后用挂锁锁起来。主要用于断路器处于合闸工作状态时，不容许其他人分闸而引起停电事故，或断路器负载侧电路需要维修或不允许通电时，以防被人误将断路器合闸，从而保护维修人员的安全或用电设备的可靠使用。 5接线方式：断路器的接线方式有板前、板后、插入式、抽屉式，用户如无特殊要求，均按板前供货，板前接线是常见的接线方式。 (1)板后接线方式：板后接线最大特点是可以在更换或维修断路器，不必重新接线，只须将前级电源断开。由于该结构特殊，产品出厂时已按设计要求配置了专用安装板和安装螺钉及接线螺钉，需要特别注意的是由于大容量断路器接触的可靠性将直接影响断路器的正常使用，因此安装时必须引起重视，严格按制造厂要求进行安装。 (2)插入式接线：在成套装置的安装板上，先安装一个断路器的安装座，安装座上6个插头，断路器的连接板上有6个插座。安装座的面上有连接板或安装座后有螺栓，安装座预先接上电源线和负载线。使用时，将断路器直接插进安装座。如果断路器坏了，只要拔出坏的，换上一只好的即可。它的更换时间比板前，板后接线要短，且方便。由于插、拔需要一定的人力。因此目前我国的插入式产品，其壳架电流限制在最大为400A。从而节省了维修和更换时间。插入式断路器在安装时应检查断路器的插头是否压紧，并应将断路器安全紧固，以减少接触电阻，提高可靠性。 (3)抽屉式接线：断路器的进出抽屉是由摇杆顺时针或逆时针转动的，在主回路和二次回路中均采用了插入式结构，省略了固定式所必须的隔离器，做到一机二用，提高了使用的经济性，同时给操作与维护带来了很大的方便，增加了安全性、可靠性。特别是抽屉座的主回路触刀座，可与NT型熔断路器触刀座通用，这样在应急状态下可直接插入熔断器供电。 正常工作条件 周围空气温度 周围空气温度上限+40; 周围空气温度下限-5; 周围空气温度24h的平均值不超过+35。 海拔：安装地点的海拔不超过2000m。 大气条件： 大气相对湿度在周围空气温度为+40时不超过50%;在较底温度下可以有较高的相对湿度;最湿月的月平均最大相对湿度为90%,同时该月的月平均最低温度+25,并考虑到因温度变化发生在产品表面上的凝露。 污秽等级:污秽污染等级为3级。复合开关复合开关是用于控制电容器投切的器件。将晶闸管与继电器接点并联使用，由晶闸管实现电压过零投入与电流过零切除，由机械接点来通过连续电流，这样就避免了晶闸管的导通损耗问题，也避免了电容器投入时的涌流。由于既使用了电力电子器件又使用了机械接点，因此称为复合开关。复合开关以其电容器无涌流投入与电流过零切除的特点，获得了广泛的应用。 复合开关中的晶闸管只在投入以及切除的瞬间使用，因此通常不需要按额定电流来选择晶闸管，晶闸管也不需要加散热片。复合开关中既使用晶闸管又使用继电器，于是结构就变得比较复杂，成本也比较高，并且由于晶闸管对过流、过压及对dv/dt的敏感性也比较容易损坏。在实际应用中，复合开关故障多半是由晶闸管损坏所引起的。 为了保证复合开关的可靠性，复合开关中晶闸管耐压要达到2500V以上，最大允许峰值电流也要超过电路中可能出现的最大电流，但是要实现这一点势必要增加成本。不幸的是，很多厂家为了降低成本，使用的晶闸管不符合上述要求，使复合开关的可靠性变的很差。 如果取消复合开关中的晶闸管，通过精确的控制手段，使机械开关的接点准确地在需要的时刻闭合或断开，就变成了同步开关，同样可以实现电容器的无涌流投入和无电弧分断。由于同步开关省略了晶闸管，因此不仅成本降低，而且可靠性提高，但是开发设计的难度很高。负荷开关能在正常的导电回路条件或规定的过载条件下关合、承载和开断电流，也能在异常的导电回路条件(例如短路)下按规定的时间承载电流的开关设备。按照需要，也可具有关合短路电流的能力。基本概念负荷开关是介于断路器和隔离开关之间的一种开关电器，具有简单的灭弧装置，能切断额定负荷电流和一定的过载电流，但不能切断短路电流。开关分类按照使用电压可分为高压负荷开关和低压负荷开关。 高压负荷开关高压负荷开关主要有6种。 固体产气式高压负荷开关：利用开断电弧本身的能量使弧室的产气材料产生气体来吹灭电弧，其结构较为简单，适用于35千伏及以下的产品。 压气式高压负荷开关：利用开断过程中活塞的压气吹灭电弧，其结构也较为简单，适用于35千伏及以下产品。 压缩空气式高压负荷开关：利用压缩空气吹灭电弧，能开断较大的电流，其结构较为复杂，适用于60千伏及以上的产品。 SF6式高压负荷开关:利用SF6气体灭弧，其开断电流大，开断电容电流性能好，但结构较为复杂，适用于35千伏及以上产品。 油浸式高压负荷开关：利用电弧本身能量使电弧周围的油分解气化并冷却熄灭电弧，其结构较为简单，但重量大，适用于35千伏及以下的户外产品。 真空式高压负荷开关：利用真空介质灭弧，电寿命长，相对价格较高，适用于220千伏及以下的产品。2 工作原理 高压负荷开关的工作原理与断路器相似。一般装有简单的灭弧装置，但其结构比较简单。图为一种压气式高压负荷开关，其工作过程是：分闸时，在分闸弹簧的作用下，主轴顺时针旋转，一方面通过曲柄滑块机构使活塞向上移动，将气体压缩；另一方面通过两套四连杆机构组成的传动系统，使主闸刀先打开，然后推动灭弧闸刀使弧触头打开，气缸中的压缩空气通过喷口吹灭电弧。合闸时，通过主轴及传动系统，使主闸刀和灭弧闸刀同时顺时针旋转，弧触头先闭合；主轴继续转动，使主触头随后闭合。在合闸过程中，分闸弹簧同时贮能。由于负荷开关不能开断短路电流，故常与限流式高压熔断器组合在一起使用，利用限流熔断器的限流功能，不仅完成开断电路的任务并且可显著减轻短路电流所引起的热和电动力的作用。 低压负荷开关低压负荷开关又称开关熔断器组。适于交流工频电路中，以手动不频繁地通断有载电路；也可用于线路的过载与短路保护。通断电路由触刀完成，过载与短路保护由熔断器完成。20世纪70年代以前所用的胶盖刀开关和铁壳开关均属于低压负荷开关。小容量的低压负荷开关触头分合速度与手柄操作速度有关。容量较大的低压负荷开关操作机构采用弹簧储能动作原理，分合速度与手柄操作的速度快慢无关，结构较简单，并附有可靠的机械联锁装置，盖子打开后开关不能合闸及开关合闸后盖子不能打开，可保证工作安全。隔离开关。隔离开关隔离开关是高压开关电器中使用最多的一种电器，顾名思义，是在电路中起隔离作用的它本身的工作原理及结构比较简单，但是由于使用量大，工作可靠性要求高，对变电所、电厂的设计、建立和安全运行的影响均较大。刀闸的主要特点是无灭弧能力，只能在没有负荷电流的情况下分、合电路。基本介绍 隔离开关（disconnector)即在分位置时，触头间有符合规定要求的绝缘距离和明显的断开标志；在合位置时，能承载正常回路条件下的电流及在规定时间内异常条件（例如短路）下的电流的开关设备。（IEV441-14-05) 我们所说的隔离开关，一般指的是高压隔离开关,即额定电压在1kv及其以上的隔离开关，通常简称为隔离开关，是高压开关电器中使用最多的一种电器，它本身的工作原理及结构比较简单，但是由于使用量大，工作可靠性要求高，对变电所、电厂的设计、建立和安全运行的影响均较大。刀闸的主要特点是无灭弧能力，只能在没有负荷电流的情况下分、合电路。 主要作用1)分闸后，建立可靠的绝缘间隙，将需要检修的设备或线路与电源用一个明显断开点隔开，以保证检修人员和设备的安全。 2)根据运行需要，换接线路。 3)可用来分、合线路中的小电流，如套管、母线、连接头、短电缆的充电电流，开关均压电容的电容电流，双母线换接时的环流以及电压互感器的励磁电流等。 4)根据不同结构类型的具体情况，可用来分、合一定容量变压器的空载励磁电流。 高压隔离开关按其安装方式的不同，可分为户外高压隔离开关与户内高压隔离开关。户外高压隔离开关指能承受风、雨、雪、污秽、凝露、冰及浓霜等作用，适于安装在露台使用的高压隔离开关。按其绝缘支柱结构的不同可分为单柱式隔离开关（single-column disconnector)、双柱式隔离开关（double-column disconnector)、三柱式隔离开关（three-column disconnector)。其中单柱式刀闸在架空母线下面直接将垂直空间用作断口的电气绝缘，因此，具有的明显优点，就是节约占地面积，减少引接导线，同时分合闸状态特别清晰。在超高压输电情况下，变电所采用单柱式刀闸后，节约占地面积的效果更为显著。 在低压设备中主要适用于民宅、建筑等低压终端配电系统。主要功能：带负荷分断和接通线路 特点1.在电气设备检修时，提供一个电气间隔，并且是一个明显可见的断开点，用以保障维护人员的人身安全。 2.隔离开关不能带负荷操作：不能带额定负荷或大负荷操作，不能分、合负荷电流和短路电流，但是有灭弧室的可以带小负荷及空载线路操作。 3.一般送电操作时：先合隔离开关，后合断路器或负荷类开关； 隔离开关断电操作时：先断开断路器或负荷类开关，后断开隔离开关。 4.选用时和其它的电气设备没有什么两样，都得是额定电压、额定电流、动稳定电流、热稳定电流等都得符合使用场合的需要。 隔离开关的作用是断开无负荷的电流的,电路.使所检修的设备与电源有明显的断开点，以保证检修人员的安全,隔离开关没有专门的灭弧装置不能切断负荷电流和短路电流，所以必须在电路在断路器断开电路的情况下才以可操作隔离开关, 应用1.用于隔离电源，将高压检修设备与带电设备断开，使其间有一明显可看见的断开点。 2.隔离开关与断路器配合，按系统运行方式的需要进行倒闸操作，以改变系统运行接线方式。 3.用以接通或断开小电流电路。 一般在断路器前后二面各安装一组隔离开关，目的均是要将断路器与电源隔离，形成明显断开点；因为原来的断路器采用的是油断路器，油断路器需要经常检修，故二侧就要有明显断开点，以利于检修；一般情况下，出线柜是从上面母线通过开关柜向下供电，在断路器前面需要一组隔离开关是要与电源隔离，但有时，断路器的后面也有来电的可能，如通过其它环路的反送，电容器等装置的反送，故断路器的后面也需要一组隔离开关。 隔离开关主要用来将高压配电装置中需要停电的部分与带电部分可靠地隔离，以保证检修工作的安全。隔离开关的触头全部敞露在空气中，具有明显的断开点，隔离开关没有灭弧装置，因此不能用来切断负荷电流或短路电流，否则在高压作用下，断开点将产生强烈电弧，并很难自行熄灭，甚至可能造成飞弧（相对地或相间短路），烧损设备，危及人身安全，这就是所谓“带负荷拉隔离开关”的严重事故。隔离开关还可以用来进行某些电路的切换操作，以改变系统的运行方式。例如：在双母线电路中，可以用隔离开关将运行中的电路从一条母线切换到另一条母线上。同时，也可以用来操作一些小电流的电路。 类型低压隔离开关HD、HS系列隔离开关 HR系列熔断器式隔离开关 低压断路器DW10系列框架式自动开关 DWX15.DWX15C系列万能式限流断路器 DW17（ME）系列万能式断路器 DZ10系列塑料外壳式自动开关 DZ15系列塑料外壳式断路器 DZX10系列塑料外壳式限流断路器 DZ20系列塑料外壳式断路器 DZ25系列塑料外壳式断路器 高压隔离开关GN系列户内高压隔离开关 高压断路器 GW系列户外高压隔离开关 高压断路器DW系列高压户外安装多油断路器 SW系列高压户外安装少油断路器 SN系列高压户内安装少油断路器 ZW系列高压户外安装真空断路器 ZN系列高压户内安装真空断路器 LW系列高压户外安装SF6断路器 LN系列高压户内安装SF6断路器 隔离功能隔离开关的选择隔离开关配置在主接线上，保证了线路及设备检修时形成明显的断口与带电部分隔离，由于隔离开关没有灭弧装置及开断能力低，所以操作隔离开关时，必须遵守倒闸操作顺序，即送电时，首先合上母线侧隔离开关，其次合上线路侧隔离开关，最后合上断路器，停电则于上述相反。 隔离开关的配置1、断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时形成明显的断口与电源隔离。 2、中性点直接接地的普通变压器，均应通过隔离开关接地。 3、在母线上的避雷器和电压互感器，宜合用一组隔离开关，保证电器和母线的检修安全，每段母线上宜装设1-2组接地刀闸。 4、接在变压器引出线或中性点的避雷器可不装设隔离开关。 5、当馈电线路的用户侧没有电源时，断路器通往用户的那一侧可以不装设隔离开关。但为了防止雷电过电压，也可以装设。 隔离开关选型额定电压： 隔离开关额定电压（KV）=回路标称电压*1.2/1.1 倍。 额定电流： 额定电流标准值应大于最大负载电流的150%。 额定热稳定电流： 选择大于系统短路电流的额定热稳定电流值。 操作范围一般规定隔离开关允许操作范围 1.正常时拉合电压互感器和避雷器。 2.拉合220kV空载母线。 3.拉合电网没有接地故障时的变压器中性点。 4.拉合经开关或隔离开关闭合的旁路电流。 5.户外垂直分合式三联隔离开关，拉合电压在220kV及以上励磁电流不超过2A的空载变压器和电容电流不超过5A的空载线路。 6.10kV户外三联隔离开关拉合不超过15A的负荷电流。 7.10kV隔离开关拉合不超过70A的环路均衡电流。 改进将隔离开关控制接线与相应断路器闭锁，可有效地防止带负荷拉、合隔离开关。但是在操作母线侧隔离开关与线路侧隔离开关中，由于人为原因，有可能引起操作顺序颠倒，这是开关、刀闸操作原则所不允许的，也是电力系统中造成事故的原因之一。为防止隔离开关操作顺序颠倒，对没采用程序锁防误的厂、站，将其原有隔离开关控制接线加以改进，可防止误操作，减少不必要的事故发生。 1.隔离开关控制闭锁回路改进原理 在隔离开关控制、闭锁回路中串入隔离开关辅助触点，即母线侧隔离开关控制闭锁回路中串入线路侧隔离开关常闭辅助触点，线路侧隔离开关控制回路串入母线侧隔离开关常开辅助触点。 2.采用电磁锁防误的隔离开关闭锁接线(以单母线馈线为例)图1为原控制接线。此种接线能够有效防止带负荷拉、合隔离开关，但有可能引起隔离开关操作顺序颠倒。 图2改进后单母线馈线隔离开关闭锁接线 改进接线见图2。停电操作：拉开断路器后，只能先拉开线路侧隔离刀闸，才能拉开母线侧隔离刀闸。 送电操作：断路器在断开位置，只能先合母线侧隔离刀闸，才能合线路侧隔离刀闸。此种接线不仅防止带负荷拉、合隔离开关，而且能防止违反开关、刀闸操作原则的违规操作。 3.改进接线的优点 (1)此种改进接线不仅保留了原有隔离开关控制接线的优点，最主要的是能有效防止违反开关、刀闸操作原则的违 隔离开关 规操作，减少不必要的事故发生。 (2)此种改进接线简单、可靠，投资也较少。适用于采用电磁锁防误的接线及气动操作、电动操作、电动液压操作的隔离开关的控制接线。 (3)在没有采用程序锁防误的装置中，相当于程序锁的作用。 使用过程常见问题1.常见引的故障有哪些？ 答：隔离开关的常见故障有：（1）接触部分过热。（2）瓷质绝缘损坏和闪络放电。（3）拒绝拉、合闸。（4）错误拉、合闸。 2.隔离开关在运行中接触部分过热是由什么原因造成的？ 答：隔离开关在运行中过热，主要是负荷过重、接触电阻增大、操作时没有完全合好引起的。 3.隔离开关接触电阻增大的原因有哪些？ 答：接触电阻增大的原因为：刀片和刀嘴接触处斥力很大，刀口合得不严，造成表面氧化，使接触电阻增大。其次隔离开