高压断路器(QF)PPT课件

高压断路器（QF）,1、作用：控制作用根据电网运行的需要，将部分电气设备或线路投入或退出运行。保护作用在电气设备或电力线路发生故障时，继电保护装置发出跳闸信号，起动断路器，将故障部分设备或线路从电网中迅速切除，确保电网中无故障部分的正常运行。,断路器能通断任何性质的电流电路,高压断路器（QF）,2、对高压断路器（QF）的基本要求,（1）工作可靠（2）具有足够的开断能力（3）动作快速（4）具有自动重合闸功能（5）结构简单，经济合理,3、断路器（QF）的基本参数,（1）额定电压Ue：指断路器长时间运行能承受的正常工作电压。（决定了绝缘水平、尺寸、灭弧条件）（2）额定电流Ie：指断路器的触头结构和导电部分在规定环境温度下允许通过的长期工作电流，其相应的发热温度不会超过国家标准。（决定了导体截面，结构）（3）额定开断电流Iekd：指断路器在额定电压下能可靠断开的最大断路电流的有效值。它表征断路器的开断能力（4）额定开断容量:,(5)关合电流：指断路器在冲击短路电流作用下，承受电动力的能力与热量，具体指保证断路器能可靠关合而不会发生触头或其他损伤时允许接通的最大短路电流。(6)热稳定电流Irw：指断路器承受短路电流热效应的能力。（利用热稳定时间tr对应的Irw）（一般取4S）(7)开断时间tkd：从操作机构跳闸线圈接通跳闸脉冲起，到三相电弧完全熄灭时止的一段时间。（等于断路器的有分闸时间和熄弧时间之和）,4、断路器（QF）的分类,（按灭弧介质的不同分）油断路器：采用绝缘油作为灭弧介质。可分为多油断路器（D）和少油断路器（S）压缩空气断路器（K）：用压缩空气作为灭弧介质。真空断路器（Z）：采用真空作为灭弧介质。六氟化硫（SF6）断路器（L）：采用SF6气体作为灭弧介质,5、断路器（QF）的型号,6、断路器（QF）的操动机构,（1）作用使断路器合闸使断路器维持合闸状态使断路器分闸。（2）组成：操动部分：由动力机构、扣住机构、脱扣机构和自由脱扣机构等组成传动部分：由拉杆、提升机构、缓冲机构等组成（3）分类：手动型(S)、电磁型(D)、液压型(Y)、气压型(Q)和弹簧型(T)等,（4）高压断路器的操作机构的型号,派生设计序号分类：(D、T、Y、Q、S）操作机构：C,CD10,CT19,CY3,（5）基本要求：具有足够的合闸功率能维持断路器处在合闸位置，不因外界震动和其他原因产生误分闸功率。有可靠的分闸装置和足够的分闸速度具有自由脱扣装置在断路合闸的过程中又接到分闸命令时，断路器应立即终止合闸过程，迅速可靠的分闸。这种在合闸过程中的分闸叫自由脱扣要保证分、合动作准确、连续，即分后准备合、合后准备分。应能实现“防止跳跃”断路器在关合电路过程中，如遇到永久性短路事故，则在继电保护装置的作用下会立即分闸，此时合闸命令尚未解除，操作机构又立即自动合闸，出现重复“合跳”的现象叫“跳跃”。结构简单、体积小、价格低廉。,高压电器中的电弧,(1)电弧的形成：,阴极发射（起因）碰撞游离（重要因素）击穿（量变到质变）热游离（主要因素）维持发展,(2)电弧的特点：,电弧的放电现象是一种气体自持放电。电弧是一种离子通道（载流通道）：只有触头间的电弧熄灭后，电流才真正切断。电弧的温度很高、能量大：容易烧坏触头，或使触头周围的绝缘材料遭受破坏。电弧燃烧时间过长，压力过高，有可能使电器发生爆炸事故。质量轻，在外力的作用下易变形,关键是加强去游离作用介质的游离作用电弧产生介质的去游离作用电弧熄灭A去游离：正、负质点相互吸引中和为中性质点。B熄弧条件游离与去游离谁主导？当游离去游离电弧电流（剧烈燃烧）当游离=去游离电弧电流不变（稳定燃烧）当游离去游离电弧电流（熄灭）,(3)电弧的熄灭：带电质点不断消失,复合异性质点靠近而相互中和的现象。冷却扩散带电质点逸出弧柱外的现象。吹弧影响游离和去游离的因素电弧温度：热游离Q速度复合加强Q使温度降低的方法有：吹弧、拉长电弧、或与冷却介质表面接触。电场强度：E运动速度复合Q热游离气体介质的压力：F自由行程缩短离子浓度复合真空数目少磁撞游离扩散介质特性：包括气体的介电强度、导热系数、热量量、电负荷电极材料：铜、银、铜钨、银钨合金具有熔点高、导热能力强、热容量大的特点，可减少热电子发射和弧柱中的金属蒸气。,C.去游离方式,提高触头的开断速度（分闸弹簧）冷却电弧（油、SF6、真空、压缩空气）拉长电弧吹弧增大绝缘介质气体压力将触头置于真空灭弧室中将长弧分割成多段短弧。,(4)熄灭电弧的基本方法,特点利用弹簧储存的能量进行合闸的机构，弹簧操作机构的优点是不需要大功率的合闸用直流电源，但是机械结构比较复杂，加工制造和调整的要求较高。现已广泛采用，一般用于35KV及以下的真空断路器,弹簧操作机构CT19,结构原理驱动机构单元：位于右侧板和中间板之间，为一匹配真空断路器运动的凸轮连杆式机构。它的轴输出位于机构的最上端，结构开放，容易与断路器配接。储能机构单元：位于左侧板和中间板之间，为一两级齿轮减速机构，储能时可以电动或人力操作，具有防逆转和机械离合装置，其运行平稳、噪声小，效率高，两根合闸弹簧分别布置在机构两边外侧，受力均匀，稳定性好。脱扣器单元分：分合闸脱扣器及过流脱扣器电磁铁均采用水平布置，手动脱扣与脱扣器合为一体，直接脱扣。电器控制单元：辅助开关、行程开关、接线端子、桥堆整流块组成。如采用交直流两用电机或直流供电，则不需要桥堆整流。,弹簧操作机构CT19,特点直接依靠电磁力合闸的操作机构称为电磁操作机构。它结构简单，工作可靠、价格低廉，合闸时所需功率较大，体积大且笨重，一般用110KV及以下的少油断路器，合闸电源一般为直流110V或220V结构原理合闸电磁系统自由脱扣机构维持机构缓冲系统,电磁操作机构CD10,合闸状态,分闸状态,电磁操作机构CD10,特点断路器的液压操动机构利用压缩气体储能，用压力油作为传递动力的介质，并借助各种操作油阀进行控制，全面实现操动机的各项要求。该类操作机构比较复杂，制造工艺和密封要求高。但动作迅速，体积小，噪声和冲击力都很小，不需要大功率合闸电源，短时失去电源仍可进行合分闸。在110KV及以上的断路器配套中得到广泛应用。,液压操作机构CY3,结构原理箱体它是整个机构的支承架和防护外壳，箱内是透平油和操动机构的所有部件。其下部还有加热器，当环境温度低于零度时，自动加热，以保证液压油的粘度适宜工作缸活塞右侧是否有压受到跳合闸阀的控制主阀系统包括跳闸阀和合闸阀，它们既可以电磁操作，也可以现场手动操作,液压操作机构CY3,储能系统由储压筒、油泵与电动机组成。储压筒是充有高压气体的金属容器，能量以气体压缩的形式储存着。当机构操作时，气体膨胀，释放出的能量经液压油泵传递给工作缸并转变成机械能。电动机带动油泵向储压器压油使气体压缩。储压筒内压力的改变，可使活塞上下移动，与活塞相连的活塞杆行程开关S1S5动作。S1当压力高时动作，使电动机停止工作S2当压力降到一定值时，起动电动机打压S3当压力继续下降时，重合闸装置闭锁S4当压力再下降时，合闸闭锁S5当压力下降这时，跳闸也闭锁,液压操作机构CY3,特点靠人力合闸，靠弹簧力分闸的操作机构。,手动操作机构CS,少油式高压断路器,（1）开关油的作用：灭弧、触头间的绝缘。（2）特点：用油量少、体积小、结构简单、节省钢材、防火防爆的特点，但检修周期短，在户外使用时，受大气条件影响大，而且配套性差。（3）分类：35KV以下：户内式35KV以上：户外式35KV：户内、户外式,SN10系列,SW6系列,SN10系列,SW6系列,SN10-10型少油式高压断路器,外型：每相一个油箱（三相联动）。对地绝缘采用两个支持式绝缘子承担。采用CD10型操作机构（可实现手动和电动操作。,以SN10-10型为例,1-油气分离器2-上出线座3-灭弧室4-绝缘筒5-动触头杆6-紫铜滚轮7-下出线座8-塞杆9-基座10-主轴11-绝缘拉杆12-分闸弹簧13-瓣形静触头,SN10-10型少油式高压断路器,结构（三部分）框架依靠两个支持绝缘子将各相与地绝缘；固定（分闸弹簧）传动带动动触头运动。主轴、分相轴、操动轴。油箱关键部分上部：注油螺钉，油气分离器中部：上接线板，绝缘筒，油位指示器，静触头，动触头下部：下接线板，底座，连杆，拐臂，放油螺钉，缓冲器组成：导电回路上出线座静触头座辨形触头动触头导电杆动触头下出线座灭弧系统纵横吹灭弧室（纵横油气吹+机械油吹）逆止阀：电弧形成后分解油，逆止阀钢球上推堵住回油孔，形成密闭燃弧，使内腔压力升高油气分离器：a.避免灭弧室完全封死，压力过高b.避免直接将炽热的带有大量电子和离子的油气混合物排出箱外，引起自燃和设备绝缘闪络。,SN10-10型少油式高压断路器,工作原理：切断很大短路电弧电流短路故障短路电流很大单位时间内将开关油分解成气体量大空间中的气体压力很大（单向逆止阀关闭）动触头下移打开第一横吹道油气混和物冲出灭弧室使电弧弯曲拉长并与隔弧板接触产生强烈的去游离作用灭弧。通常第一横吹就能将电弧电流切断。切断很小的电弧电流由于产气量很小需要第一、第二、第三次横、纵吹及机械油吹、拉长电弧等作用才能将电弧电流切断。,SN10-10型少油式高压断路器,单柱双断口110KV双柱四断口220KV三柱六断口330KV,SW6系列少油式高压断路器,机构箱,支持瓷瓶,底座,外形：,灭弧室：两个对称组成V形,均压电容,配置CY12液压操作机构,多油式高压断路器,（1）开关油的作用：灭弧、触头间的绝缘和对地绝缘。（2）缺点：体积大，用油多，增加了爆炸和火灾的危险优点；配套性强，在户外使用受气候影响小，检修周期较长。（3）适用：20世纪90年代以前35KV的电压等级,DW8-35型多油式高压断路器,外形：,结构三相分箱支架：固定（落地式）提升机构及绞盘：带动动触头运动，提升油箱（采用摇杆变直机构）油箱：关键部分顶管、箱桶。上部：电容式套管、放气阀、缓冲器、塞子中部：提升机构，油位指示器，静触头，动触头，灭弧室，盖子，电流互感器下部：放油阀，电热器触头：插座式、动触头表面镀银导电回路：进线触头1（静、动）横担触头2（静、动）出线绝缘部分：油（导电回路对外壳、触头间）、瓷套管（进出线对油箱）灭弧装置：纵横吹灭缩手缩脚室(注意：油位不能过高或过低)附件：箱桶升降装置,DW8-35型多油式高压断路器,灭弧原理横吹灭弧室内装有横吹口，合闸时，中心孔道被动触头穿过而堵塞。分闸时，动、静触头分离产生电弧，使油产生汽化。起初因灭弧室的中心孔道被堵塞，汽体将油压入固定灭弧室的基座的空气室内，当动触头再向下运动并将灭弧室中心孔道开放时，空气室内受压缩的气体膨胀，使油通过孔向下部冲出，利用此股油来使电弧熄灭。,DW8-35型多油式高压断路器,配置CD10电磁操作机构,优点：结构简单，价格便宜缺点：油在灭弧过程中容易碳化，所以检修周期短，维护工作量大；再加上油会造成对环境的污染大又容易引发火灾。,油断路器的特点,断路器的发展趋势为无油化。即被SF6和真空断路器取代。,真空断路器利用真空来作绝缘和灭弧介质的断路器。真空断路器的灭弧原理真空间隙内的气体稀薄，分子的自由行程大，发生碰撞的机率很小，碰撞游离不是真空间隙击穿产生电弧的主要因素。真空中的电弧是由触头间电极蒸汽形成的，具有很强的扩散作用，因而使电弧电流过零后触头间隙的介质强度能很快恢复起来，使电弧迅速熄灭。,真空断路器,真空断路器的特点：（1）结构轻巧，触头开距小，动作快，操作功小，体积小，重量轻。（2）燃弧时间短，只需半个周期。（3）触头间隙介质恢复速度快。（4）寿命长，电气寿命和机械寿命均长。（5）维修工作量小，能防火防爆。真空断路器的缺点：（1）开断小电感电流时，会出现熄弧过电压在应用中可采用氧化锌避雷器、阻容串联元件等限制熄弧过电压。（2）开断后动态绝缘劣老化产生重击穿现象适用：广泛用于35KV及以下的电压等级中。,真空断路器,真空灭弧室的外壳：它是一个真空密闭容器。主要材料玻璃和陶瓷。玻璃优点是加工容易有一定的机械强度易与多种金属封接，可以观察到内部的运行情况，便于运行监视内部情况。但不能承受强烈的冲击，其软化温度也较低陶瓷机械强度高，软化温度也高，但装配焊接工艺要求高,真空断路器的核心元件灭弧室,波纹管:波纹管真空灭弧室的重要元件，它既可以实现动触头运动又不使灭弧室的密封受到破坏，每次跳合闸都使波纹管受到一次变形，故它是易损坏的元件，它决定了真空断路器的机械寿命。,真空断路器的核心元件灭弧室,触头:触头材料真空断路器的触头材料对电弧特性，弧隙介质恢复过程影响相当大，主要表现在机械强度与熔点的影响。为此除了要求触头材料的导电、耐弧性能好外，还要有抗焊性能截流值小、含气量低、导热性好、机械强度高、热电子发射能力低和电磨损速率低。现在广泛采用的是铜铬合金CuCr触头结构横向磁场触头和纵向磁场触头,真空断路器的核心元件灭弧室,屏蔽罩:分主屏蔽罩、波纹管屏蔽罩、均压用屏蔽罩主屏蔽罩的作用：防止燃弧过程中电弧生成物喷到绝缘外壳内壁上，降低外壳绝缘改善灭弧室内部电场，使其均匀化，促进真空灭弧室的小型化吸收大部分电弧能量，冷却电弧生成物，有利于介电强度的恢复。,真空断路器的核心元件灭弧室,六氟化硫断路器利用六氟化硫气体来作绝缘和灭弧介质的断路器。SF6断路器的发展六氟化硫断路器的灭弧原理六氟化硫是一种化学性能非常稳定的惰性气体，在常态下无色、无臭、无毒、不燃、不老化现象，具有良好的绝缘情能和灭弧情能。呈很强的电负性，对电子有亲和力，具有捕获电子的能力，形成活动性较低的的负离子，是个典型的三体复合材料，加之热容量大等因素，它的灭弧性能相当于同等条件下的空气的100倍，在三个大气压下时其绝缘情能相当于变压器油，在一个大气压时，其绝缘性能超过空气的二倍。,六氟化硫（SF6）断路器,SF6气体的特点：SF6气体是一种无色、无味、无毒、不燃的惰性气体，易液化，对电气设备的金属不起腐蚀作用。故SF6断路器的使用寿命长，检修周期长，检修工作量小。另外，该断路器不存在燃烧、爆炸的不安全问题，使用可靠。SF6气体很强的绝缘性。在三个大气压下时其绝缘情能相当于变压器油，在一个大气压时，其绝缘性能超过空气的二倍。SF6断路器断口耐压高，断口数和绝缘支柱数少，零部件也少，结构简单。故SF6断路器占地面少，外形尺寸小。,六氟化硫（SF6）断路器,SF6气体它的灭弧性能相当于同等条件下的空气的两个数量级。SF6气体的负电性强。其分子很容易吸附自由电子形成负离子，易于与正离子复合，使电流过零时去游离过程大大加快。优良的热化学特性。SF6断路器的断路性能好，断路电流大，灭弧时间短。在高温的作用下，少量的SF6气体会分解成SOF2，SO2F2、SF4、SOF4，但在电弧过零后，它们又会结合SF6。故SF6断路器可允许动作多次而不需检修，故断路器的检修周期至少在20年以上。,六氟化硫断路器的缺点：SF6气体的电气性能受电场均匀程度及水分、杂质的影响很大，因此对SF6断路器的加工精度，SF6气体的纯度及密封情要求高。检修断路器时，应采取特别的防护措施，以确保人身安全。,六氟化硫（SF6）断路器,断口耐压高允许断路次数多开断性能好占地面积小加工精度高，密封性能好，对水分子与气体的检测要求严格,适用：广泛用于35KV及以上的电压等级中,SF6断路器的灭弧装置：压气式灭弧装置下图在开断过程中，压气缸与动触头同时运动，将压气缸内的SF6气体压缩而使压力升高。触头分离后，喷口被打开，高压力的气体由喷口处向外排出，实现纵吹而将电弧熄灭。110KV及以上广泛使用。旋弧式灭弧装置广泛用于10KV、35KVSF6断路器。LN235自能式灭弧装置多用于110220KV断路器，,六氟化硫（SF6）断路器,SF6断路器的外形,六氟化硫（SF6）断路器,断路器的操作机构,作用,是断路器本身附带的合、跳闸传动装置，用来使断路器合闸或维持闭合状态，或使断路器跳闸,分类,电磁操作机构,弹簧操作机构,液压操作机构,气动操作机构,是靠电磁力进行合闸的机构。合闸电流很大，可达几十安至数百安,是靠预先储存在弹簧内的位能来进行合闸的机构。弹簧储能时耗用功率小，合闸电流小。,是靠压缩气体（氮气）作为能源，以液压油作为传递媒介来进行合闸的机构。合闸电流小，而且压力高，传动快，动作准确，出力均匀。,是以压缩空气储能和传递能量的机构。功率大，速度快，但结构复杂，需配备空气压缩设备，只应用于空气断路器上。合闸电流也较小。,是靠电磁力进行合闸的机构。合闸电流很大，可达几十安至数百安,广泛应用于3500kV断路器,三相操作断路器的控制和信号电路,断路器控制回路的基本要求,（1）断路器操作机构中的合、跳闸线圈是按短时通电设计的，故在合、跳闸完成后应自动解除命令脉冲，切断合、跳闸回路，以防合、跳闸线圈长时间通电。（2）合、跳闸电流脉冲一般应直接作用于断路器的合、跳闸线圈，但对电磁操作机构，合闸线圈电流很大（35250A左右），须通过合闸接触器接通合闸线圈。（3）无论断路器是否带有机械闭锁，都应具有防止多次合、跳闸的电气防跳措施。（4）断路器既可利用控制开关进行手动跳闸与合闸，又可由继电保护和自动装置自动跳闸与合闸。（5）应能监视控制电源及合、跳回路的完好性；应对二次回路短路或负荷进行保护。（6）应有反映断路器状态的位置信号和自动合、跳闸的不同的显示信号。（7）对于采用气压、液压和弹簧操作机构的断路器，应有压力是否正常、弹簧是否拉紧到位的监视回路和闭锁回路。（8）对于分相操作的断路器，应有监视三相位置是否一致的措施。（9）接线应简单可靠，使用电缆芯数应尽量少。,控制开关,控制开关是控制回路中的控制元件，由运行人员直接操作，发出合、跳闸命令脉冲，使断路器合、跳闸。,LW2型控制开关的结构,操作手柄,触点盒,接线端子,面板,操作手柄,控制开关,LW2型控制开关的触点图表,触点图表是用于表明控制开关的操作手柄在不同位置时触点盒内各触点通断情况的图表。,注：“”表示接通，“”表示断开,控制开关,LW2型控制开关的触点图表,控制开关,控制开关的图形符号,触点对,操作手柄位置,PC预备合闸,C合闸,CD合闸后,PT预备跳闸,T预备跳闸,TD预备跳闸,“”触表示在该操作位置触点接通,否则表断开。,三相操作断路器的控制信号电路,基本电路一：基本跳、合闸电路,电源,熔断器,合闸回路,跳闸回路,合闸线圈回路,三相操作断路器的控制信号电路,基本电路二：位置信号电路,双灯制,单灯制,发平光,三相操作断路器的控制信号电路,基本电路三：自动合、跳闸的灯光显示,发闪光,三相操作断路器的控制信号电路,基本电路四：事故跳闸音响信号电路,利用控制开关与断路器的不对应原理,分相操作的三相断路器辅助触点,断路器辅助触点,跳闸位置继电器,三相操作断路器的控制信号电路,基本电路五：断路器的“防跳”闭锁电路,断路器的跳跃问题,当断路器合闸后，在控制开关SA的触点58或自动装置触点K1被卡死的情况下，如遇到一次系统永久性故障，继电保护动作使断路器跳闸，则会出现多次“跳闸合闸”现象，我们称这种现象为“跳跃”。如果断路器发生多次跳跃现象，会使其损坏，造成事故扩大。,三相操作断路器的控制信号电路,基本电路五：断路器的“防跳”闭锁电路,由防跳继电器构成的电气防跳电路,由跳闸线圈辅助触点构成的防跳电路,实用电路一：灯光监视的断路