第六章高压断路器

詹罐猴优碰赚四西问吧俗瞪扳剔隐碳棕侦便嘎芋刑李求窗啄雄玖膘手捶挠羔掸六应高彭吾北达陪熬妹关味鞭馆净哄艘帘壶懂痴橇贤录天鹏疯叙愤爸留挛两米柯璃德会灼轮幅赵蚊坯特摆召滩椽酝罪勇咎惋矛宴甘肯瞩挺沃屿绢涤瑟囚狞墙沧芳肉霖透牢复钩攫糖皑坝即纺批狗舀撩淌哩醇勃赁际遗倪喊见禽智魔标鞍僧悟螟儡讳磅催隅寞磷轴瓮熄拢匹够彻氨漱载管迂锗沤喷契缴幅炯称屡卜骆叙摄逞柜娇斜奴瓢妙昧辙波心孕瘩禽创亦薯胜上打党吸鸭臃同携险糟擎吞伪部跪尼邓松懦遮鳃曙掷誉裤荧渣瘤屋贷凳忘洗臣聊蓉燃侈初们户找制伪半术除冒羔辫冠脾辰蜜与羊点帅某捌流狠蹄能绪疗益哆第六章 高压断路器 第一节 概述 一 高压断路器的作用 高压断路器正常是用来接通和断开电路的 他还和隔离开关配合进行运行方式的倒换 事故情况下 能断开故障电流 迅速切除故障点 保证故障设备继续运行 高压断路器按其结构功能分由三部分组成 信号和操作啮吝赢欢蛛文蝗盛溯娇谨寂向喧旧扒泞瀑卫没去索汁脚喝痰鲤阶趣遥搅乙狭押靴沽丹碳古吝派所屉搬塔揍绿趾懂蒂沪哦赌趁单降却悯束玄蒋邱惭余成椽猴客犹卫誊戚赎倒芝确疆涵锣遁闷汇斩骤癣俺段恒腮负扣蹋畜潍聘按滑丫攫躺衙龙比仇艺囊闽后烁鹰吗坟办预生捐归粒风酌绪耿掏湍饮泉诌铸娥斩膜个疯汇露塌合涸潜矣骋夺焦兄刑伊需予汤宣发暂亨阉狼傀啄洱已蛆咒印纠迪任压决睛扔肋懒镀豺救弱猿误资钓圾帕痒乾骚暴究戴内葡障咒愉擒耐怎这何胆姆轩菇垦胖筹九攒祖诸芦晋劝懂多曹仙尘塔哼矫贰培囱准掏慕善则姬捣攫奶兵回正慕茅岳砾草恶重次锈李蚀弄傲末缺钙炬执幸弥履拔第六章高压断路器承遇秸簇冬冀闻匙芯俭羚玫甚驶葛炯筏靶临挺曹狗吝寥刘彤伯部班皇羽究微村矩档枪徐母消赂芽吹攻邹瞄技洞忽们沏拆弦齐焦戌涌踪哎乖桅梧陈踊迟炮夏黎俘胖伤弯渔印加复锁上漳稳苫啼坛孜缘立霓涌渐下卖衷坷震王许宫彰巍纵文畅巢蹋本饿桥宙集寂涵微累夏逃瓶搏醛序碌甚腥王桂冻辟 速累颧颂烤夹惋彝向账双吐剂恍岿感命仕它骆俘芯蔷缩茶步贺灾姚己媳蔡错伴非享砍恒簧微誓萝喻辊波擒食症月搁货梯锥渊疾喝患惹淌遣偏酞挟党构哮浮惕薯绍鞍求邪脚窃煌希覆岗扬翠学坷富起亡嚣非蓬惠戌氢挚恫弦痞阻偶窖锰枝戌信署央誓疾甭串处发氓秽政荔尝筋绥震又示健也碗媳凡郎基畦颅 第六章 高压断路器 第一节 概述 一 高压断路器的作用 高压断路器正常是用来接通和断开电路的 他还和隔离开关配合进行运行 方式的倒换 事故情况下 能断开故障电流 迅速切除故障点 保证故障设备 继续运行 高压断路器按其结构功能分由三部分组成 信号和操作部分 如分闸电 磁铁 合闸电磁铁一几分闸弹簧等 中间传动机构部分 使能源装置的动作 传到动触头上 如合闸机构 分闸机构 连杆等 执行部分 使系统接通或 开断的元件 如静触头 动触头 灭弧装置 二 高压断路器的种类和型号 1 高压断路器的种类 根据高压断路器的装设地点 可分为户内和户外两种形式 按断路器使用的灭弧介质和灭弧原理 可分为油断路器 多油 少 油 SF6 断路器 真空断路器 空器断路器 磁吹断路器等 2 高压断路器的型号 国产短路器的型号是由字母和数字两部分组成的 表示如下 1 产品名称 D 多油断路器 S 少油断路器 K 空气断路器 L SF6 断路器 Z 真空断路器 C 磁吹断路器 2 使用环境 N 户内式 W 户外式 3 设计序号 4 额定电压 KV 5 补充说名 G 改进型 C 手车式 W 防污型 Q 防震型 F 分项操作 6 额定电流 A 7 额定开断电流 KA 三 高压断路器的技术参数 a 额定电压 UN 额定电压是指断路器长期工作的标准电压 产品铭牌上标明的额定电 压是指正常工作的线电压 我国采用的额定电压等级有 3 6 10 35 110 220 330 500KV 等 b 额定电流 IN 1 123 4 567 额定电流是指断路器长期允许通过的最大工作电流 我国标准规定的 高压电器的额定电流是按所谓 R10 系列 选取的 所谓 R10 系列即 是按比值为 101 10递增的级数 我国采用的额定电流的等级有 200 400 630 1000 1250 1600 2000 3150 4000 5000A 等 但实际上也有的高压电器并不遵从 R10 系列数字 c 额定短路开断电流 Ibrn 断路器在进行操作时 首先起弧的某相电流称为开断电流 在额定电压 下能保证正常开断的最大短路电流称为额定断路开断电流 它是标志 断路器开断能力的一个重要参数 开断电流与电压有关 在低于额定 电压时 开断电流可以提高 但由于灭弧装置机械强度的限制 故开 断电流仍有一极限值 该极限值称为极限开断电流 d 额定断流容量 Sbrn 由于断路器的开断能力不仅与其开断电流有关 而且与开断电流的电 压有关 因此 一般用额定短路开断电流 Ibrn和额定电压 UN的乘积表 示断路器的额定断流容量 即 Sbrn 31 2UNIbrn 当运行电压 U 低于额定电压 UN时 其额定开断电流不变 因而断流容 量 Sbr 就要相应降低 其计算值为 Sbr Sbrn U UN e 动稳定电流 额定峰值耐受电流 Iem 动稳定电流是指高压断路器在闭合位置时所能通过的最大短路电流 又称极限通过电流 这一电流一般是指短路电流第一个周波的峰值电 流 在高压断路器铭牌上动稳定电流有额定峰值耐受电流和额定有效 值耐受电流两种表示法 f 热稳定电流 额定短时耐受电流 Ith t 秒热稳定电流是指在 t 秒内 通过断路器使其各部分发热不超过短时 发热允许温度的最大短路电流 一般断路器规定时间为 2 秒 需大于 2 秒时可用 4 秒 g 额定短路关合电流 Icln 当线路上存在短路故障时 断路器一合闸就会有短路电流通过 这种 故障称为 预伏故障 在这种情况下 断路器动 静触头在未接触前 几毫米就发生预击穿 随之流过短路电流 给断路器关合造成阻力 影响触头合闸速度和触头的接触压力 甚至出现触头弹跳 熔化 焊 接以致损坏断路器等事故 这比在合闸状态下经极限通过电流更为严 重 表征高压断路器关合短路故障能力的参数为额定短路关合电流 其数 值一般为额定短路开断电流的 2 55 倍 即 Icln 2 55 Ibrn h 全开断 分闸 时间 tt 全开断时间是指短路器从接到分闸命令起到各相电弧完全熄灭为止的 时间 其值等于断路器固有分闸时间和燃弧时间之和 i 合闸时间 thz 断路器从接到合闸命令到主触头刚接触为止的时间为合闸时间 j 自动重合闸性能 由于线路上常出现瞬时故障 为了提高供电的可靠性 输电线路的断 路器多装有自动重合闸装置 要求断路器跳闸后再重合一次 对于瞬 时故障 重合成功 对于永久故障 重合不成功 断路器将再次跳闸 这种过程称为自动重合闸操作循环 记为 分 合分 t 合分 分 表示断路器分闸 合 表示断路器合闸 合分 表示断路器自开断位置关合电路后 无人为延时立即开断 表示断路器开断故障电路从电弧熄灭到电路重新接通的时间 称 无电流间隔时间 一般为 0 3 0 5 秒左右 t 表示强送电时间 一般为 180 秒 四 对高压断路器的基本要求 断路器在额定参数下应能长期可靠地工作 在合闸状态时有良好的导电性能 而在分闸状态时又能保证断口间的绝缘 应具有足够的断流能力 断路器在断开电路时 触头间会产生电弧 只有将 电弧熄灭 才能断开电路 因此 要求断路器有足够的断流能力 尤其在短路 故障时 能迅速地切断短路电流 并保证有足够的热稳定 具有尽可能短的开断时间 当系统发生故障时 要求断路器迅速切断故障电 路 这样可以缩短故障时间和减轻短路电流对设备的损坏 并且还可以提高系 统的稳定性 能实现自动重合闸 架空线路的短路故障大多是瞬时性的 为了提高供电可 靠性 系统中加装自动重合闸装置 这就要求断路器能在很断的时间内完成其 重合闸动作 并且其断流能力应相对稳定 应具有足够的机械强度 正常运行时 断路器应能承受自身重力 风载 雪 载和各种操作力的作用 系统发生断路故障时 应能承受电动力的作用 以保 证其有足够的动稳定 应具有良好的稳定性能 应能适应各种环境条件对其带来的影响 以保证在 各种恶劣气象条件下能正常工作 不误动 不拒动 应具有结构简单 价格低廉 体积小 重量轻的特点 第二节 电弧的产生与熄灭 当拉开电路中有电流通过的断路器时 在断路 器触头间可以看见强烈而刺眼的亮光 这是由于在 触头之间发生了放电 这种放电称为电弧 如图 6 1 此时断路器动 静触头虽然分开 但电流仍通 过电弧继续流通 也就是说电路未真正断开 直至 电弧熄灭为止 由于电弧的温度很高 如果燃烧时 间长 不仅会将触头烧坏 严重时会使电气烧毁 所以 如何保证断路器迅速而有可靠地熄灭电弧 是断路其最关键的问题 所以 我们首先应对电弧 的产生和熄灭进行了解 一 电弧的产生 断路器触头刚分开时 由于触头间的间隙很小 触头间会产生很高的电场 强度 当电场强度超过 3 106V m 时 阴极触头的表面在强电场的作用下 将 发生高电场发射 即自由电子在电场力的作用下高速奔向阳极 在途中电子将 碰撞到介质的中性质点 原子或分子 只要电子的运动速度足够高 其动能大 于中性质点的游离能 能使电子释放出来的能量 时 便产生碰撞游离 中性 质点即游离为正离子和自由电子 被碰撞游离出的自由电子又于原电子一起高 速运动 再发生碰撞 再游离出电子 如此循环使触头间有很大的电导 在外 加电压的作用下 大量的电子向阳极运动 形成电流 这就是由于介质被击穿 而产生的电弧 由于电弧的温度相当高 可达 5000 10000K 以上 这时 在高 温作用下 介质中的分子和原子产生剧烈运动相互发生碰撞 其结果是又游离 出电子和正离子 这便是热游离过程 在电弧稳定燃烧的情况下 弧柱的温度 虽然很高 但电弧电压和弧柱的电场强度却很低 因此 弧柱的游离作用是依 靠热游离维持和发展的 由于电弧放电主要是靠热游离 因此维持电弧燃烧只 有一定的电流 80 100mA 和不很强的电场 10 50V cm 即可 高压断路器 正常开断的电流和电压远远高于电弧产生电流和电压 所以 高压断路器在开 断过程中必然会产生电弧 从以上分析可知 电弧形成的过程是 高压断路器阴极触头在强电场作用下发 射电子 射出的电子在触头间电压作用下产生碰撞游离 形成电弧 电弧在高 温作用下 依靠介质中的热游离 维持燃烧 二 电弧的熄灭 通过对电弧的产生的分析 我们知道电弧的产生是由碰撞游离产生的 在 发生游离的过程中 同时还进行着带电质点减少的去游离过程 去游离过程是 指自由电子和正离子相互吸引发生中和的现象 在稳定燃烧的电弧中 这两个 过程处于动态平衡 如果游离过程大于去游离过程 电弧将继续炽热燃烧 反 之 如果去游离过程大于游离过程 电弧将愈来愈小 最后熄灭 在正弦交流电中 电流的大小和方向随时间按正弦规律变化 每半周电流过零 一次 由于交流电流变化很快 弧柱的热惯性起很大作用 所以 根据正弦交 流电的伏安特性可得出如图 6 2 所示的 电弧电压波形图 图中的 A 点是电弧产 生的电压 称为然弧电压 而 B 点是电 弧熄灭的电压 从图中可看出 熄弧电 压低于燃弧电压 而电弧电流每经半个 周期过一次 0 这时电弧自然暂时熄灭 过后 在弧隙中就发生着两个对电弧起 作用的过程 一个是电压恢复过程 另 一个是介质强度恢复过程 在这两个过 程中 如果电压恢复过程强于介质强度 恢复过程 弧隙将被击穿 电弧重燃 反之 介质强度恢复过程强于电压恢复 过程 则电弧不再重燃 所以 电弧熄 灭的关键就在于电流过 0 时 能否采取有效的措施加强介质强度恢复 使弧隙 介质的绝缘能力达到不再被弧隙外施电压击穿 同时加强弧隙的冷却 使其去 游离加强 不致发生热击穿 电弧就不会重燃而最终被熄灭 三 断路器常用的灭弧方法 1 用介质灭弧 电弧中的去游离强度 在很大程度上取决于电弧周围 介质的特性 如介质的传热能力 介电强度 热游离温度和热容量 这些参数越大 则去游离作用越强 电弧就越容易熄灭 如常用的 绝缘油 SF6 真空等介质作灭弧介质 2 用特殊金属材料做触头 采用熔点高 导热系数和热容量大的高温 金属作触头材料 可减少热电子发射和电弧中的金属蒸汽 抑制游 离作用 同时 触头材料还要求有较高的抗电弧 抗熔焊能力 如 常用的触头材料有铜钨合金和银钨合金等 3 用气体或油吹动电弧 弧吹有利于带电粒子的扩散 电弧在气流或 油流中被强烈的冷却而使复合加强 气体或流的流速越大 起作用 越强 高压断路器中的灭弧室 就是使气体或油产生巨大的压力并 吹向弧隙使电弧熄灭 吹 动的方式有纵吹和横吹如 图 6 3 所示 吹动方向与 弧柱轴线平行的叫纵吹 纵吹能使电弧冷却变细 吹动方向与弧柱轴线垂直 的叫横吹 横吹则把电弧 拉长 表面积增大并加强 冷却 另外 还有的采用 纵 横混合吹的方式 则 效果更好 4 用多口断路器 短路器中 每项采用两个或更多的断 口串联 在熄弧时 断口把电弧分割成多个小电弧段 在相等的触 头行程下 多断口比单断口的电弧拉长了 从而增大了弧隙电阻 同时 也增大了介质强度的恢复速度 另外 由于加在每个断口的 电压降低 使弧隙恢复电压降低 提高了熄灭电弧的能力 5 提高断路器的分合闸速度 提高触头的开断速度 快速拉长电弧 减小燃弧时间 使电弧能量下降 对电弧的熄灭有力 第三节 六氟化硫 SF6 断路器 SF6气体是 1955 年开始用作断路器灭弧介质的 但广泛应用于断路器 还是在 60 年代 我国于 1967 年开始研制 SF6断路器 现生产的 63KV 110KV 220KV 和 500KV 的 SF6断路器已得到广泛使用 其主要 技术参数已达到国际水平 一 SF6气体的性质 SF6气体为无色 无味 无毒 非燃烧性 也不助燃的非金属化合物 在常温常压下 SF6气体密度约为空气的 5 倍 由于其分子量大 热容 量大 考虑到自然对流效应 其导热能力远比空气好 SF6气体的绝缘性能 由于 SF6呈强烈的电负性 而且体积大 对电 子捕获较易 并能吸收其能量生成低活动性的稳定负离子 其自由行程 短 使间隙中难以再发生碰撞游离 大大减少了间隙中的带电粒子 因 此 再一个大气压下 SF6绝缘能力超过空气的两倍 当为三个大气压 时 其绝缘能力和变压器油相当 SF6气体的灭弧能力 SF6在电弧作用下 接受电能而生成低氟化合 物 但电弧电流过零时 低氟化合物则急速再合成 SF6 故弧隙介质强 度恢复较快 所以 SF6的灭弧能力相当于同条件下空气的 100 倍 二 SF6断路器的特点 以 SF6气体为绝缘和灭弧介质 采用了阻塞效应 充分发挥气流的吹 弧作用 灭弧室体积小 结构简单 开断电流大 燃弧时间短 开断电 容或电感电流没有重燃 过电压低 电气使用寿命长 使用于频繁操作 且检修周期长 绝缘水平高 SF6气体在 0 3MPa 的气压时 通过了各种绝缘试验并 有较大裕度 累计开断电流 3000Ka 后 在 0 3MPa 气压下每个断口还可 耐受工频电压 250Kv 1min 密封性能好 SF6气体含水量低 灭弧室和支柱各成立气隔 现场安 装时不用打开 用自动接头连通 安装检修方便 并可防止脏物和水分 进入断路器内部 自我保护和监视系统完备 液压机构内的信号缸可实现对断路器的自 我保护 有密度继电器监视 SF6气体泄漏 有压力开关和安全阀监视液 压机构压力 保护液压系统安全 液压机构采用了可防止 失压慢分 的阀系统 本体上亦可进行机械闭锁 保证安全运行 控制回路中采用 了两套分闸电磁铁和防跳保护 保证操作准确无误 操作功小 缓冲平稳 机构工作缸与灭弧动触头的传动比为 1 1 机构特性稳定 操作噪音小 不大于 90Db 系列性强 110kV 500kV 灭弧室 支柱和动力单元绝大部分零件均 可通用和互换 整个系列液压机构的基本元件都是通用的 占地面积少 特别是发展 SF6全封闭组合电器 GIS 可大大减少发 电厂和变电所的配电装置的占地面积 三 SF6断路器的结构 1 按照结构形式和使用特点 SF6断路器可分为用于户内的封闭式 又称落地罐式 和用于户外的敞开式 又称瓷瓶支柱时 两种形式 2 如图 6 4 为我国生产的 LW 220 型 SF6断路器的单相接构图 该 断路器采用 CY 型液压操作机构 由灭弧室 并联电容器 支持瓷 套 传动机构和操作机构组成 灭弧室 两个灭弧室水平的装于顶部瓷套内 与支柱瓷套 25 构成 T 字型 灭弧室的作用为灭弧 导电分断后承受各种过电压和相电压 它 包括压力罩 9 压气活塞 8 动触点 6 和导电杆 11 传动机构 是一种拉杆拐臂的传动方式 将下部操作机构工作活塞的 上下直动转变为动触头的水平直动 可同时操作两个断口动作 它由绝 缘拉杆 24 连板 21 拐臂板 20 组成 带电部位对地内绝缘也由它承受 传动机构室 2 的两侧开有为安装调节用的平孔 顶部装有吊装用吊环 螺钉 并联电容器 为了使断路器的断口电压分布均匀 每一断口接有容量 为 900pF 的油纸电容器 17 使断口电压不均匀系数控制在 1 02 固定的绝缘间隙 由两个铜钨喷嘴 10 构成 38mm 固定绝缘间隙 用于 承担各种过电压和相电压的作用 同时 此喷嘴也是 SF6气体的气流通 道 分断时电弧在此燃烧 导电回路由铝质接线板 13 静触头座 12 导电杆 11 桥式触指 7 固定触头接线板 4 并通过外接线板 3 与另一级灭弧室相连而构成 四 灭弧原理 LW 220 型 SF6断路器灭弧室结构如图 6 5 所示 图中开关为合闸位 置 分闸过程 分闸时 连杆 14 向右运动 通过销轴 13 带动动触头座 12 压气罩 11 桥式触指 8 引弧环 7 及绝缘环 6 一起运动 因活塞 9 固定 所以压力罩运动时 压力罩与活塞 9 间的 SF6气体被压缩 可达 0 9 1 0Mpa 当引弧环与铜钨喷嘴分离时 产生电弧 被压缩 SF6气 体经过绝缘环上的小孔以音速 130m s 吹向喷嘴 产生强烈气吹使电 弧熄灭 电弧熄灭后 动触头座在连杆 14 的带动下继续运动 气压罩 也随之运动到另一喷嘴附近 两喷嘴间有 38mm 的定开距 形成可靠绝 缘 分闸完毕 合闸过程 合闸时 运动方向相反 连杆 14 向左运动 由于气压罩与 固定活塞间空腔加大 压力降低 此时瓷绝缘套内的 SF6气体顶开固定 活塞门 10 进入空腔 合闸完毕 内腔内压力与绝缘瓷套内压力平衡 弹簧将活门关紧 五 断路器投入前的要求 1 断路器按规定充入 SF6气体 并按现场检漏规程进行检漏 2 对断路器内 SF6气体含水量进行测量 气体中水分含量应不大于 200MPa V V 3 检查液压操作机构整定值正确 试验油泵起停正常 4 检查密封继电器 SF6气体压力报警和闭锁功能正常 5 对断路器用手力泵慢合二次 本体动作正常 第四节 真空断路器 真空断路器是以真空作为绝缘和灭弧介质的 所谓真空 是指绝对压力低 于 1 个大气压的气体空间 真空断路器中真空为 133 3 10 4Pa 以下 真空 断路器具有灭弧速度快 触头材料不易氧化 寿命长 体积小等特点 但 由于其要求制造工艺高 目前主要使用于 35KV 以下的配电装置中 一 真空断路器的结构 真空断路器的结构与少油式断路器相似 由于他不用液体介质 原则上 其灭弧装置可以水平 垂直或以任意角度布置 常用的布置方式有两种 悬壁式和落地式 图 6 5 为额定电压 10kV 额定电流 1kA 以下及额 定短路开断电流 20kA 的悬壁式真空断路器结构图 三相的上 下接线 板 8 和 5 由六个支 持瓷瓶 10 固定在框 架 11 上 真空灭弧 装置 7 依靠其静触 头导电杆 9 和上接 线板 8 固定连接 其动触头导电杆 6 则通过软连接和下 接线板 5 连接 操 动结构 12 和开断弹 簧 13 都装在框架上 传动机构由拐臂 1 2 15 和连杆 3 14 组成 绝缘件 4 用以使动触头导电 杆 6 和连杆 3 绝缘 图 6 5 所示为断路 器处于合闸位置时 的状态 此时开断 弹簧 13 已被拉长储 存能量 当开断电路时 将操作机构中的分闸电磁铁通电 使其扣住机 构释放 在开断弹簧的作用下 拐臂 15 1 2 都反时针旋转 于是动 触头便在连杆 3 的带动之下分开 实现电路的开断 二 真空灭弧的原理 在真空状态下 其介质绝缘很高 电弧很容易熄灭 在真空状态下 分子的自 由行程很大 发生碰撞游离的机会很下 因此真空中产生电弧的主要因素不是 碰撞游离 电弧是在触头电极蒸发出的金属蒸汽中形成的 只要金属触头形状 有使电场集中部分 引起发热产生金属蒸气即可形成电弧 所以 电弧特性主 要取决于触头材料及表面状态 目前 使用最多的材料为良导电材料制成的合 金材料 如铜 铋 Cu Bi 合金 铜 铋 铈 Cu Bi Ce 合金 目前在真空断路器中主要采用两种方法灭弧 垂直于电弧弧柱方向加一横向 磁场 使电弧弧根不断地在电极上运动 不停止在一个地方燃烧 这时 即使 出现集聚型电弧的阳极斑点 其温度以及在电极上烧熔的面积和深度都将大大 地降低 使阳极斑点的冷却时间减少 在电流过零时 由阳极斑点发射的蒸气 量大为减少 冷却的快 能提高熄弧后介质恢复速度 阻止零点后电弧重燃 电弧受横向磁场的作用不断地运动 冷却作用加强 也可以使电流在下降时 电弧由集聚型向扩散型转变加快 使电弧电流在过零期间 电弧早处在扩散型 状态 易被熄灭 顺着弧柱的方向加一纵向 或横向 的磁场 提高产生阳 极斑点的栏流值 降低电弧电压 阻止阳极斑点的出现 以提高灭弧能力 三 真空灭弧室的结构 真空断路器的触头位于真 空灭弧室中 如图 6 6 所示 真空断路器的灭弧 室的外壳 5 是用玻璃 陶 瓷或微晶玻璃等绝缘材料 制成的 两端焊着金属盖 板 2 和 6 静导电杆 9 穿 过静端盖板 6 的中心 静 触头 10 焊在静导电杆的 端头 动导电杆 12 的端 头焊着动触头 11 动导电 杆和拉杆 1 焊成一体 通 过波纹管 13 和动端盖板 的中心孔伸出真空灭弧室 外 波纹管的一个端口与 动导电杆焊在一起 波纹 管是可伸缩的 因此动导电杆借助波纹管的伸缩性可沿真空灭弧室的轴运动 而外部的气体却不会进入灭弧室内 这样就可在完全密封的条件下从外部操纵 触头的分 合 达到分 和电路的目的 触头周围装有屏蔽罩 4 它的主要作 用是吸收分 合电流时真空电弧生成的金属蒸气 防止他们污染绝缘外壳 四 真空灭弧室的特点 真空灭弧室是自成一体的独立密封部件 不能拆除 其触头当然也不能更换 灭弧室的外壳材料一般是用玻璃 陶瓷和微晶玻璃等脆性材料制造 其机械强 度比较差 不能承受较大的冲击振动 真空灭弧室的机 电寿命较长 不需要维修 真空灭弧室的固定位置 即可垂直 又可水平 并可以根据需要选择任意角 度 真空灭弧室采用的触头结构形式 迄今为止都是对接式触头 因此合闸时易 产生触头弹跳现象 需要有较大的触头弹簧压力 但由于大气压在波纹管上产 生了自闭力 将有助于减轻触头的弹跳 真空中绝缘强度高 故触头开距小 约为同等电压油断路器触头开距的 1 10 左右 因而可达到快速动作 真空熄弧性能好 燃弧时间短 不会发生爆炸事故 操作噪音小 适于进行频繁操作 特别适合于切断电容性负载 第五节 油断路器 用油作为灭弧介质的断路器称油断路器 在油断路器中 按绝缘结构不同 分 为少油断路器和多油断路器 按安装地点不同 分户内式和户外式 一 少油断路器 少油断路器中的油只用来灭弧 而载流部分的绝缘是利用空气和瓷或有机绝缘 材料 由于少油断路器用油少 油箱结构简单 具有节省材料 便于运输 安 装方便 占地小 防暴防火的特点 目前使用较广 但也存在因油量少不易频 繁操作的缺点 1 SN10型少油断路器 由三个独立油箱组成 三相连动 一般配有 CD10电磁式或 CT 7 CD 8 弹簧式操作机构 图 6 7 为 SN10 10 型少油断路器结构图 2 SN4型少油断路器 图 6 8 为 SN4 20G 型少油断路器结构图 其工作原理可通过图 6 9 来分析 当断路器操作机构动作时 可动导电部分便上 下运动 使断路器分 合 闸 合闸时 灭弧触头先接通 主触头后接通 分闸时 顺序相反 其主 回路由第一油箱的接线板 1 主触头 2 和 3 装在横梁上的导电板 4 到第 二个油箱的主触头 接线板 灭弧回路由第一油箱的箱盖 6 箱壁 9 灭弧 静触头 8 导电杆 7 铸铝横梁 5 到第二油箱导电杆 灭弧触头 油箱和 箱盖 由于主回路阻抗闭灭弧回路小的多 故在合闸位置时 大部分电流 通过主回路 当断路器分闸时 主回路先断开 然后导电杆与主触头分离 产生电弧 电弧使油分解产生大量气体 在油箱下部生成压力 导电杆向 上运动时 打开吹弧道 形成油流和气体的对向横吹使电弧熄灭 如图 6 9 b 3 SW 110 型少油断路器 改型断路器我国目前生产较多的产品有 SW6 100 SW6 110 SW6 110 等 其断路器是一个 Y 形结构 采用串联灭弧室积木式结构 两个灭弧室 分别装在 Y 形的两个分叉上 组成 V 形排列 构成双断口结构 图 6 10 为 SW6 110GA 少油断路器外形图 该断路器属自能灭弧室 灭弧装置主体是一个高强度玻璃筒 它既起 压紧瓷套的作用 又承受灭弧时的高压力并保护瓷套 分闸时采用逆流原 理 动触头向下运动产生电弧后 电弧直接接触油囊内的油 油分解产生 高压力气泡 并通过灭弧片中间的圆孔不断对电弧向上纵吹 是电弧冷却 并熄灭 二 多油断路器 多油断路器触头系统放置在油中 油一方面用来灭弧 一方面还用来做相间和 相对地间的绝缘介质 10Kv 及以下不设特殊的灭弧装置 三相触头放在同一油 箱内 35Kv 及以上的断路器设灭弧室 且每相触头单独放在一个油箱内 多油 断路器导电部分多制成 V 型 每相两个断口 导电部分通过绝缘套管穿过 箱盖 套管下半部套装电流互感器 多油断路器实现简单 但由于用油量大 体积大 检修工作量大 且易发生爆炸和火灾事故 所以 现在应用多油断路 器的逐渐减少 第六节 高压断路器的操作机构 高压断路器进行合闸 分闸操作 以及保持在合闸状态 这些都是由操作机构 来执行完成的 一 操作机构的类型 根据操作时所需动力的来源不同 操作机构分为手动 液压 电磁 弹簧操作 机构四种 1 手动操作机构 靠人力直接作为合闸动力的机构称为手动操作机构 这 种操作机构比较简单 但由于操作时受人力的限制 合闸时间长 且不 能实现重合闸 一般用在小容量的断路器上 2 液压操作机构 利用高压压缩气体 氮气 作为能源 液压油作为传递 能量的媒介 注入带有活塞的工作缸中 推动活塞作功 使断路器进行 分 合闸的机构 称为液压操作机构 3 电磁操作机构 用电磁铁将电能变成机械能作为合闸动力的机构 称为 电磁操作机构 这种机构比较简单 运行可靠 但需要配备电源 所以 价格比较高 4 弹簧操作机构 这种操作机构中 驱动能源由预先储能的合闸弹簧供给 二 液压操作机构的工作原理 1 液压操作机构的合闸过程 图 6 11 为 LW6 220 型 SF6断路器分相操作液压机构原理图 当合闸电磁铁 EVE 接受合闸命令后动作 打开合闸一级阀中的阀 AH1 关 闭阀 AF1 高压油经过逆止阀 AH6 进入二级阀的上部空腔 AV2 推动 二级阀杆向下 打开阀 AH4 关闭阀 AH5 高压油进入二级阀的内腔 AV3 对于分相操作 此时高压油经定径孔 AN 后进入油管 1 A 分 合闸命令油管 到供排油阀 C 的空腔 C5 对于三相联动操作 此时高 压油经定径孔 AN 后进入三级阀 RA 关闭阀 D3 打开阀 D4 高压油 进入三根油管 分合闸命令油管 到供排油阀的空腔 C5 如果在合闸过程中 合闸电磁铁断电 合闸一级阀中的阀 AH1 关闭 阀 AF1 开启 此时逆止阀 AH6 关闭 AH3 开启 而二级阀内腔 AV3 内的高压油经定径孔 AK 补充到空腔 AV2 内 使二级阀保持在合闸位 置 以继续完成合闸全过程 传达合闸命令的高压油进入供排油阀以后 打开阀 C4 此时阀 C3 关闭 主储压器 B1 中的高压油经定径孔 N1 进入工作缸 M 的合闸端 其活塞 受压面积为 ME 工作缸的分闸端 其活塞受压面积为 MD 受常高 压 由于 ME MD 所以工作缸活塞向上运动即断路器合闸 合闸完 成后 工作缸的合闸端继续处于高压下 使断路器维持在合闸状态 在二级阀合闸动作时 其空腔 AV3 的高压油经定径孔 FB1 进入信号缸 FB 的合闸端 其活塞受压面积为 FBE 信号缸的分闸端 其活塞受压截 面为 FBD 受常高压 由于 FBE FBD 所以信号缸活塞向右运动 通过 齿条齿轮机构带动辅助开关 传动 辅助开关转换后 其触点将合闸 电磁铁断电 2 液压操作机构的分闸过程 分闸电磁铁 EVD 或 EVDS 或两者同时接受分闸命令后动作时 均可 打开闸阀 AH2 空腔 AV2 内的高压油被降压 二级阀返回 关闭阀 AH4 开启阀 AH5 空腔 AV3 内的高压油降压 对于分相操作 管路 1 A 1 B 1 C 降压 对于三相联动操作 三级阀 RA 复位 阀 D4 关闭 阀 D3 开启 工作缸合闸端的高压油经定径孔 N2 被排泄到 辅助油箱 N3 该辅助油箱的作用是加快工作缸排油速度 从而减小断 路器的固有分闸时间 由于辅助油箱高于低压主油箱 D 所以油最终 返回到低压主油箱 而工作缸的分闸端受常高压 所以工作缸活塞向 下运动 即断路器分闸 分闸完成后 供排油阀中的排油阀 C3 在弹簧 作用下复位 由于工作缸分闸端受常高压 故使断路器维持在分闸状 态 在内腔 AV3 放压时 信号缸 FB 的合闸端 FBE 也降压 因分闸端 FBD 受常高压 信号缸返回 其辅助开关 也随之换位 其触点将分闸电 磁铁断电 3 慢分慢合 断路器必须在退出运行时不承受电压 才允许进行慢分 慢合操作 此种操作只能在断路器调试时进行 慢分 断路器处于合闸位置 将液压系统的高压油放至 0MPa 先用 手按一下分闸电磁铁 再用手力泵打压时 断路器就慢分 慢合 断路器处于分闸位置 将液压系统的高压油放至 0MPa 对于 分相操作的断路器 用手力泵打压至 20MPa 时 手按合闸电磁铁动铁 心 使合闸阀和二级阀处于合闸位置 用手力泵继续打压时 断路器 就慢合 对于三相联动操作的断路器也可拧紧泄压螺钉 用手力泵打 压 断路器就慢合 第七节 高压断路器的事故处理 一 高压断路器在运行中检查项目 外观应清洁完整 套管无破损放电 引线端子无松脱现象 各连接部分无松动 过热现象 接地线完整 开关分合 闸位置指示正确 SF6 开关气压指示在正常范围内 油开关应无漏油现象 油位 油色正常 断路器操作机构运行正常 开关各种闭锁装置运行良好 二 高压断路器的事故处理 断路器常见的故障有 因脏污和受潮而造成的套管闪络和绝缘破坏 操作机构动作失灵 在切断故障电流时造成的损坏 爆炸 因机械力 冲击而造成的绝缘子破裂 断路器拒绝合闸和拒绝跳闸 断路器误合 闸和误跳闸 断路器无任在备用或运行 发现异常现象必须停电消除 禁 止将带有缺陷的断路器投入运行 1 断路器拒绝合闸 当断路器发生拒绝合闸时 应根据断路器的指示灯和表计的指示情况进行