断路器培训课件规程.ppt

断路器,考试大纲掌握断路器的作用、功能、分类了解断路器的主要性能与参数的含义了解断路器常用的灭弧方法了解断路器的运行和维护工作要点,断路器的作用,高压断路器在正常运行时用它接通或切断负荷电流；在电气设备或线路发生短路故障或严重过负荷时，由继电保护装置控制其自动迅速地切断故障电流，切断发生短路故障的设备或线路，以防止扩大事故范围。,断路器的功能,断路器开断电路时，充分利用交流电弧电流每半周过零一次自然熄弧的特点，加强去游离使电弧不再复燃。其介质强度恢复主要由断路器灭弧装置和介质特性所决定。系统电压恢复过程可能是周期性的或非同期性的。取决于被开断电路的参数。,断路器的分类,-/型号特征额定断流容量，MVAS少油断路器额定电流，AD多油断路器派生标志K空气断路器C带有手车装置Q产气断路器G改进型Z真空断路器D带有电磁操作结构L六氟化硫断路器、断流容量C磁吹断路器额定电压，kV安装条件设计序号N户内W户外,断路器的分类,1多油断路器：利用绝缘油作为灭弧介质、相间及相对地绝缘介质。2少油断路器：绝缘油只作灭弧介质。载流部分是借空气和陶器绝缘材料或有机绝缘材料来绝缘，灭弧方式多为横向吹动电弧。3空气断路器：利用压缩空气的吹动来熄灭电弧的。和控制断路器的分合阐动作。4SF6断路器：用SF6气体作绝缘和灭弧介质。5磁吹式断路器：当电弧电流通过吹弧线圈以产生磁束来吹弧及消弧。6真空断路器：利用真空灭弧和绝缘，灭弧时间一般只有半个周波。,断路器的主要性能与参数,1额定电压及额定电流（1）额定电压指断路器长期工作的标准电压（对三相系统指线电压）。电力系统在运行中允许有5的波动，断路器必须适应在电压变化范围内能长期工作，为此断路器出厂时都以最高工作电压进行鉴定。如：对3220kV范围内，其最高工作电压较额定电压约高15左右；对330kV以上，规定最高工作电压较额定电压高10%。,断路器的主要性能与参数,（2）额定电流指在额定频率下长期通过此电流时，断路器无损伤，且各部分发热不超过长期工作时最高允许发热温度。我国规定额定电流为：200、400、630、（1000）、1250、1600、（1500）、2000、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000A。,断路器的主要性能与参数,2额定开断电流和额定断流容量（1）断路器在开断操作时，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开断电流。它是标志断路器开断能力的一个重要参数。我国规定额定开断电流为：1.6、3.15、6.3、8、10、12.5、16、20、25、31.5、40、50、63、80、100kA等。,断路器的主要性能与参数,（2）把额定条件下的开断能力称为额定断流容量。三相电路的额定断流容量，以（MVA）表示。我国根据国际电工委员会（IEC）的规定，现只把额定开断电流作为表征开断能力的唯一参数，而断流容量仅作为描述断路器特性的一个数值。,断路器的主要性能与参数,3关合能力说明断路器关合短路故障能力的参数为额定关合电流。其数值以关合操作时，瞬态电流第一个大半波峰值来表示，制造部门对关合电流一般取额定开断电流的倍即（4-10-1）式中额定关合电流，kA；额定开断电流，kA。断路器关合短路电流的能力除与灭弧装置性能有关外，还与断路器操动机构的合闸功率的大小有关。,断路器的主要性能与参数,4耐受性能断路器应具有足够的耐受短时短路电流作用的能力，简称耐受能力。（1）短时热电流（热稳定电流）在规定的时间内（规定标准时间为2s，需要大于2s时推荐4s）断路器在合闸位置，可能经受的短时热电流有效值（kA），称为短时热电流（或短时耐受电流），断路器标准中规定（4-10-2）短时热电流通过断路器时，各零部件的温度不应超过短时发热最高允许温度，且不致出现触头熔接或软化变形，以及其它妨碍正常运行的异常现象。允许发热最高温度数值随材料而异。,断路器的主要性能与参数,（2）峰值耐受电流峰值耐受电流亦称动稳定电流，即在规定的使用条件和性能下，断路器在合闸位置时所能经受的电流峰值。它与关合电流不同的是，峰值耐受电流是断路器处于合闸位置时通过的短路电流，而关合电流则是由于断路器关合短路故障所产生的短路电流。峰值耐受电流也是以短路电流的第一个大半波峰值电流来表示，且（4-10-3）峰值耐受电流反映了断路器承受由于短路电流产生电动力的耐受性能，它决定断路器的导电部分和绝缘支撑件的机械强度以及触头的结构形式。,断路器的主要性能与参数,5操作性能（1）全开断时间是指断路器接到分闸命令瞬间起到电弧熄灭为止的时间间隔。即（4-10-4）式中全开断时间，s；分闸时间，s；从断路器接到分闸命令瞬间到所有相的触头都分离的时间间隔，亦称为断路器固有分闸时间；燃弧时间，s；是指某一相首先起弧瞬间到所有相电弧全部熄灭的时间间隔。,断路器的主要性能与参数,全开断时间是说明断路器开断过程快慢的主要参数，它直接影响故障对设备的损坏程度、故障范围、传输容量和系统的稳定性。断路器开断时间示意图（2）合闸时间处于分闸位置的断路器，从接到合闸命令瞬间起到所有相的触头均接触为止的时间称为合闸时间。,断路器的主要性能与参数,6自动重合闸性能自动重合闸的操作循环：分合分合分。为断路器开断故障电路，从电弧熄灭起到电路重新接通的时间，称为无电流间隔时间，一般为0.3s或0.5s；为强送电时间，一般为180s。断路器开断时间与无电流间隔时间之和称为自动重合闸时间。金属短接时间系指断路器重合闸操作后，触头闭合到第二次触头分开所需用的时间。,灭弧方法,当高压断路器开断高压有载电路时之所以产生电弧，原因在于触头本身及其周围的介质中含有大量可被游离的电子。当分断的触头间存在足够大的外施电压条件下，电路电流也达到最小生弧电流时，会因强烈的游离而产生电弧。工业配电系统主要是交流系统，所以电弧也主要是交流电弧，其性质是半个周期要经过零值一次，而电流过零时，电弧要暂时熄灭。因此，大多数交流开关电器的灭弧方法中，都利用了交流电流过零时电弧暂时熄灭这一特性。,灭弧方法,1速拉灭弧当交流电流经过零值的瞬间，拉大触头间距离，当触头间所加电压不足以击穿其间距时，电弧就不会重新点燃。触头的分离速度越快，电弧熄灭就越快，通常在高压断路器中装设强力的跳脱弹簧来加快触头分开的速度。,灭弧方法,2吹弧灭弧法利用外力（如气流、油流或电磁力）来吹动电弧，使电弧加速冷却，同时拉长电弧，降低电弧中的电场强度，加速电弧的熄灭，按吹弧的方向来分，有横吹和纵吹两种。a）横吹b）纵吹,灭弧方法,当低压刀开关迅速拉开刀阐时，不仅迅速拉长了电弧，同时使本身回路电流产生的电动力作用于电弧，吹动电弧，使其拉长电弧直到电弧熄灭。如果开关利用专门吹弧线圈来吹动电弧，使电弧移动，电弧移动的力实际上是电弧电流在线圈磁场中产生的电动力。也有的开关利用铁磁物质（钢片等），来吸动电弧。,灭弧方法,3冷却灭弧法降低电弧的温度，使正负离子的复合增强，有助于电弧迅速熄灭，这是一种基本的灭弧方法。4短弧灭弧法利用金属片将长弧切成若干短弧，则电弧上的压降将近似地增大若干倍。当外施电压小于电弧上的压降时，则电弧就不能维持而迅速熄灭。通常采用钢灭弧栅，让电弧进入钢片，一是利用了电动力吹弧，二是利用了铁磁吸弧，同时钢片对电弧还有冷却作用。,灭弧方法,5狭缝灭弧法电弧在固体介质所形成的窄沟内燃烧，将电弧冷却，同时电弧在狭缝窄沟中燃烧，压力增大，有利于电弧的熄灭。有的熔丝在熔管内充填石英砂，就是利用这种狭沟灭弧原理，还有一种用耐弧的绝缘材料（陶瓷类）制成灭弧栅，也是利用了这种灭弧原理。,灭弧方法,6真空灭弧法真空具有较高的绝缘强度，如果将开关触头装置置于真空容器，则在电流过零时，即能熄灭电弧。为防止产生过电压，应当不使触头分开时，电流突变为零。一般应在触头间产生少量金属蒸汽，形成电弧通道。当交流电流自然下降过零前后，这些等离子态的金属蒸汽便在真空中迅速飞散而熄灭电弧。,高压断路器的操作要求,1正常操作的要求（1）新装或大修后的断路器，投运前必须验收合格才能施加运行电压。（2）断法器的分、合闸指示器应指示正确，且与当时实际运行相符。（3）断路器接线板的连接处或其它必要的地方应有监视运行温度的措施，如示温蜡片等。（4）断路器金属外壳接地良好且有明显的接地标志，接地体的截面积符合规程要求。（5）油断路器的油色应正常，油位应在油位指示的上、下限油位监视线中，绝缘油牌号和性能应满足当地最低气温的要来，油质合格。（6）六氟化硫断路器，为监视其气体压力，应装有密度继电器或压力表，并附有压力表和压力温度关系曲线，其有SF6气体补气接口。（7）真空断路器应配有限制操作过电压的保护装置。,高压断路器的操作要求,2.断路器操作机构的要求（1）操作机构动作电压应满足：低于额定电压的30时不动作；高于额定电压的65时可靠动作。（2）机构箱应具有防尘、防潮、防小动物进入及通风措施，液压与气动机构应有加热装置和恒温控制措施。（3）电磁操作机构的合闸电源应保持稳定。运行中电源电压如有变化，其电压不低于额定电压的80，最高不得高于额定电压的110。（4）液压操作机构应具有防“失压慢分”装置，并用有防“失压慢分”的机构卡具。所谓“失压慢分”是指液压操作机因某种原因压力降到零，然后重新启动油泵打压时，造成断路器缓慢分闸、采用液压或气动机构时，其工作压力大于1MPa（表压）时，应有压力释放装置。（5）弹簧操作机构在断路器合闸释放能量后，应能自动再次储能。,高压断路器的操作要求,3故障状态下的操作要求：（1）断路器在运行中，由于某种原因造成油断路器严重缺油，六氟化硫断路器气体压力异常（如突然降至零等），严禁对断路器进行停、送电操作，应立即断开故障断路器的控制电源，及时采取措施，将故障断路器退出运行。（2）分相操作的断路器操作时，发生非全相合闸，应立即将已合上相拉开，重新操作合闸一次，如仍不正常，则应拉开合上相后汇报，上级派员处理。当发生非全相分闸时，应立即拉开故障开关控制电源，手动操作将拒动相分闸。（3）严禁将有拒跳或合闸不可靠的断路器投入运行。,高压断路器的异常运行,1.油断路器（1）油断路器声音异常（2）油断路器油位异常（3）油断路器油质发黑（4）断路器过热（5）跳合闸线圈冒烟（6）断路器跳合闸不同期,高压断路器的异常运行,2真空断路器常见异常运行（1）电动合不上闸（2）合闸合空（3）电动不脱扣（4）分合闸不可靠（5）合闸线圈烧毁（6）分闸线圈烧毁（7）辅助开关烧毁,高压断路器的异常运行,3六氟化硫断路器常见异常运行（1）泄漏气体（2）闪络放电。（3）分合闸不可靠,高压断路器的故障,1应停电处理的情况（1）严重漏油，油标管中已看不见油位。（2）本体或连接处过热变色或烧红。（3）支持绝缘子断裂或套管炸裂。（4）绝缘子严重放电。（5）SF6断路器的气体压力值低于闭锁值。（6）液压机构的压力值低于闭锁值。（7）弹簧机构和弹簧拉力不够，闭锁信号不能复归。（8）气动机构的气压低于闭锁值。,高压断路器的故障,21035kV的少油断路器合闸后支持绝缘子断裂31035kV的少油断路器拉杆绝缘子断裂或拉杆销子脱落4油断路器严重缺油5油断路器着火6断路器误跳闸7断路器拒绝合闸8真空断路器真空度下降9SF6断路器漏气10操作机构故障,低压断路器,低压断路器用作交、直流线路的过载、短路保护，被广泛应用于建筑照明、动力配电线路、用电设备作为控制开关和保护设备，也可用于不频繁起动电动机以及操作或转换电路。,低压断路器,1种类（1）万能式断路器（2）塑料外壳式断路器（3）电动斥力式限流断路器（4）剩余电流保护断路器（5）直流快速断路器（6）灭磁断路器,低压断路器,2低压断路器的选用要点表示低压断路器性能的主要指标有分断能力和保护特性。分断能力是指开关在指定的使用和工作条件及在规定的电压下接通和分断的最大电流值（kA）。保护特性主要分为过电流保护、过载保护和欠电压保护三种。,低压断路器,（1）额定电压断路器的额定电压应大于线路额定电压。主要是交流380V或直流220V的供电系统。按线路额定电压进行选择时应满足下列条件：（4-10-5）式中低压断路器的额定电压，V；线路的额定电压，V。,低压断路器,（2）额定电流断路器的额定电流与过电流脱扣器的额定电流应大于线路计算负荷电流。当按线路的计算电流选择时，应能满足下式：（4-10-6）式中低压断路器的额定电流，A；线路的计算电流或实际电流，A。如果环境温度低于+40，则电器产品温度每低1，允许电流比额定电流值增加0.5%。但增加总数不得超过20。,低压断路器,断路器的保护定值（1）长延时脱扣器的电流整定值，动作时间可以不小于10s；长延时脱扣器只能作过载保护。（2）短延时脱扣器的电流整定值，动作时间约为0.10.4s；短延时脱扣器可以作短路保护，也可以作过载保护。（3）瞬时脱扣器的电流整定值，其动作时间约为0.02s。瞬时脱扣器一般用作短路保护。,低压断路器,（3）瞬时过电流脱扣器的整定电流瞬时脱扣器的动作时间为0.02s左右。瞬时或短时过电流脱扣器的整定电流应能躲开线路的尖峰电流。1）负载是单台电动机，整定电流按下式计算（4-10-7）式中瞬时或短时过电流脱扣器整定电流值，A；可靠系数，对动作时间大于0.02s的断路器，K取1.35，对动作时间小于0.02s的断路器K取1.72.0；电动机的起动电流，A。,低压断路器,2）当配电线路不考虑电动机的起动电流时，按下式计算整定值（4-10-8）式中配电线路的尖峰电流，A；可靠系数，一般取1.35。3）当配电线路考虑电动机的起动电流时，按下式计算整定值（4-10-9）式中正常工作电流和可能出现的自起动电机的起动电流的总和，A。,低压断路器,（3）短时过电流脱扣器的整定电流确定本级断路器短延时过电流脱扣器动作电流的整定，应与下一级开关整定电流选择性配合。本级动作整定电流应大于或等于下一级低压断路器短延时或瞬时动作整定值的1.2倍。若下一级有多条分支线，则取各分支路低压断路器中最大整定值的1.2倍。,低压断路器,（4）长延时过电流脱扣器整定电流长延时过电流脱扣器整定电流应大于线路中计算电流（4-10-9）式中过电流脱扣器的长延时动作整定电流值，A；可靠系数，一般取1.1；线路的计算电流，单台电动机是指电动机的额定电流，A。,低压断路器,校验一：长延时过电流脱扣器在配电线路过载时的可靠性。如对电动机进行保护，则电动机在过载20时应使保护装置动作；校验二：在配电线路出现尖峰负荷时或在电动机起动时，长延时过电流脱扣器不误动。脱扣器在3倍整定电流值下的可返回时间，取决于线路中尖峰电流的持续时间，也就是线路中最大容量的异步电动机直接起动的持续时间。一般情况下，电动机的轻载起动时间不超过2.54s，电动机满载起动时间不超过68s，个别电动机重载起动时间达15s。返回时间越小，说明线路电流大于长延时脱扣器整定电流值的倍数越高，保护装置的动作越快。,低压断路器,（5）分断能力1）断路器额定短路分断能力应大于线路中最大短路电流。2）断路器的额定极限短路分断能力应大于断路器额定运行短路分断能力（对于直流电流线路，两者的数值相同）。分断能力是指低压断路器在规定的试验（如电压、频率、线路其它参数等）条件下，能够接通成切断短路电流的数值。分断能力用电流有效值（kA）表示。3）断路器额定运行短路分断能力应大于线路中最大短路电流。4）断路器的额定短时耐受电流（0.5s、3s）应大于线路中短时持续短路电流。,低压断路器,当分断能力不够，一般的线路，可用有填料式熔断器（RT0）来替代低压断路器。对于特别重要的供电线路，应采用更大容量的低压断路器,低压断路器,（6）断路器欠电压脱扣器额定电压等于线路额定电压。（7）直流快速断路器需考虑过电流脱扣器的动作方向（极性）、短路电流上升率。（8）剩余电流保护断路器需选择合理的剩余电流动作电流和剩余电流不动作电流。注意能否断开短路电流，如不能断开短路电流则需要适当的熔断器配合使用。（9）灭磁断路器选择时需考虑发电机的强励电压、励磁线圈的时间常数、放电电阻及断开强励电流的能力。,开关电器,真空断路器结构与原理,思考题,高压真空断路器,1.真空电弧理论2.真空断路器的分类3.真空断路器的结构4.真空断路器的灭弧室5.操作过电压及抑制方法6.真空断路器优缺点7.真空度检查,真空电弧理论,1.真空真空断路器利用真空度约为10-4Pa（在运行过程中不低于10-2Pa）的高真空作为内绝缘和灭弧介质。2.真空间隙的绝缘性能真空间隙的气体稀薄，分子的自由行程较大，发生碰撞游离的几率很小。真空间隙具有很高的绝缘强度。真空间隙在某一电压下击穿几次后，由于触头表面的毛刺被冲击掉，触头表面光洁度提高，真空间隙在该电压下就不再击穿了，击穿电压将会升高，这种象叫真空间隙的老化。这是真空间隙独具的特点。真空间隙的绝缘强度与很多因素有关，主要与真空间隙的长度、真空度、电极材料、电极表面状态、形状和大小、施加电压的波形和频率等因素有关。,真空电弧理论,第一阶段：触头蒸发形成金属蒸汽其一，金属桥被拉长；其二，触头表面结合不牢固的金属团真空电弧的形成是一粒；其三，触头表面尖端突起部分的电场极强，发射自由电子轰击阳极。第二阶段：自由电子穿过高温金属蒸汽运动中带电的金属团粒与电极间形成强电场，此电场可使团粒和电极表面发射大量自由电子。当高速运动的云时，使金属原子电离产生带电离子。离子的定向移动形成传导电流。第三阶段：形成阴极斑点温度极高，不断蒸发金属蒸汽，补充金属蒸汽的损失，阴极斑点发射的电子又电离金属蒸汽，补充离子的损失，触头间的预放电电流就转变成自持的真空电弧。,3.真空电弧（1）真空电弧的形成,结论,个电极过程。阴极斑点是真空电弧的生命线。真空电弧是电离状态的金属蒸汽电弧。,扩散型电弧,集聚型型电弧,真空电弧理论,（2）真空电弧的形态与熄灭,当电弧电流小于100A时，触头间只存在一束电弧，触头上只有一个阴极斑点，并在触弧以许多完全分离的并联电弧的形头表面做不规则的运动。当电弧电流大于100A、小于6kA时，阴极斑点会从一个分裂为若干个，并在阴极表面不断向四周扩散，电态存在。扩散性电弧可以在交流电流过零时自动熄灭,当电极上电弧电流大于10kA时，阴极斑点受电磁力的作用相互吸引，使所有的阴极斑点集聚成一个运动速度缓慢的阴极斑点团(其直径可达12cm)，形成单束大弧柱，且电极强烈发光，触头表面将出现熔坑，这种形态的电弧称为集聚型电弧，这种电弧将难以熄灭。,真空电弧的熄灭，主要取决于触头的阴极现象、电极发热程度及离子向弧柱外迅速扩散的作用。,真空断路器的分类,一、按真空灭弧室的布置方式分1、落地式2、悬挂式3、综合式和接地箱式,二、按真空灭弧室的外壳分1、玻璃外壳式2、陶瓷外壳式,三、按触头形状分1、横磁吹式2、纵磁吹式,真空断路器的基本结构,基本结构,高压真空断路器的灭弧室,真空灭弧室的外壳是由绝缘筒、两端的金属盖板和波纹管所组成的密封容器。灭弧室内有一对触头，分别焊接在各自的导电杆上，波纹管可以在轴向上自由伸缩。,灭弧室,高压真空断路器的灭弧室,（1）外壳。外壳是真空灭弧室的密封容器，它不仅要容纳和支持灭弧室内的各种部件，而且当动、静触头在断开位置时起绝缘作用。因此，整个外壳通常由绝缘材料和金属组成。对外壳的要求首先是气密封要好；其次是要有一定的机械强度；再是有良好的绝缘性能。（2）波纹管。波纹管既要保证灭弧室完全密封，又要在灭弧室外部操动时使触头作分合运动。常用的波纹管有液压成形和膜片焊接两种形式。所用材料以不锈钢为最好。波纹管的侧壁可在轴向上伸缩，其允许伸缩量决定了灭弧室所能获得的触头最大开距。一般情况下，波纹管的疲劳寿命也决定了灭弧室的机械寿命。,高压真空断路器的灭弧室,（3）屏蔽罩。触头周围的屏蔽罩主要是用来吸附燃弧时触头上蒸发的金属蒸气，防止绝缘外壳因金属蒸气的污染而引起绝缘强度降低和绝缘破坏，同时，也有利于熄弧后弧隙介质强度的迅速恢复。屏蔽罩还能起到使灭弧室内部电压均匀分布的作用。在波纹管外面用屏蔽罩，可使波纹管免遭金属蒸气的烧损。屏蔽罩的导热性能越好，其表面冷却电弧的能力也就越好。因此，制造屏蔽罩常用材料为无氧铜、不锈钢和玻璃，铜是最常用的。,高压真空断路器的灭弧室,（4）触头。触头是真空灭弧室内最为重要的元件，灭弧室的开断能力和电气寿命主要由触头状况来决定。目前真空灭弧室的触头系统，就接触方式而言，都是对接式的。,高压真空断路器的操作过电压,用真空断路器断开电路时，可能会出现操作过电压，主要形式有：截流过电压，所谓截流就是强制交流电流在自然过零前突然过零的现象，由于电路中存在电感，因此会发生过电压；切断电容性负载时的过电压，这是因熄弧后间隙发生重击穿而引起的。所以，真空断路器的重击穿几率越小越好；高频多次重燃过电压，断路器开断感性电流时，当间隙被击穿后电弧重燃，因电路参数影响，击穿后电流中含有高频分量。当高频分量的幅值很大时，受其影响，间隙被反复击穿，使负载侧的电压不断升高，从而产生较高的过电压。,高压真空断路器操作过电压的抑制方法,采用低电涌真空灭弧室。这种灭弧室既可降低截流过电压，又可提高开断能力。在负载端并联电容。既可以降低，也可减缓恢复电压的上升陡度。在负载端并联电阻和电容。它不仅能降低截流过电压及其上升速度，而且在高频重燃时可使振荡过程强烈衰减，对抑制多次重燃过电压有较好的效果，电阻一般选100200，电容选0.10.2F。串联电感。可降低过电压的上升陡度和幅值。安装避雷器。用它限制过电压的幅值。,真空断路器优缺点,(1)触头开距小,动作快；(2)燃弧时间短，触头烧损轻；(3)寿命长，适于频繁操作；(4)体积小，结构紧凑，真空灭弧室不需检修，维修工作量小；(5)防火、防爆性能好；(6)制造工艺复杂，造价高；(7)监视真空度变化的简易装置尚未解决；（8）开断小电流时，有可能产生较高的过电压，需采取降低过电压的措施。,真空断路器真空度检查,测量动、静触头两端的绝缘电阻。用1000V兆欧表，绝缘电阻应500M；说明真空度良好。耐压试验。动、静触头间施加交流工频电压，耐压1min，无击穿为真空度良好。用真空度检测仪检查。,思考题,1.真空间隙独具的特点是什么？真空间隙为什么具有优良的灭弧性能和绝缘性能？2.真空间隙的绝缘强度主要与什么因素有关？3.真空电弧的本质是什么？简述真空电弧是怎样形成的？4.真空电弧熄灭的原理什么？5.真空灭弧室主要由几部分组成？各部分作用是什么？6.真空断路器如何检查其真空度？,六氟化硫断路器,一、六氟化硫气体特性与灭弧原理,1.六氟化硫气体的基本特性SF6是目前高压电器中使用的最优良的灭弧和绝缘介质。它无色、无味、无毒，不会燃烧，化学性能稳定，常温下与其它材料不会产生化学反应。,SF6由卤族元素中最活泼的氟原子与硫原子结合而成。分子结构是个完全对称的八面体，硫原子居中，六个角上是氟原子，氟与硫原子间以共价键联结，SF6分子量为146，约是空气分子量的5.1倍，因此同样体积的SF6气体比空气重得多。,迄今为止，工业上普遍采用的制造方法是将单质硫和过量气态氟直接化合。,（1）六氟化硫气体的状态参数静止气体可以用三个参数来说明气体所处的状态，称为三个状态参数，即压力P、密度和温度T。理想气体的状态参数间存在着简单的关系，即理想气体的状态方程P=RTSF6气体的分子质量大，分子间的相互作用显著。当气体压力高于0.3MPa时，分子间的吸引力随气体密度的增大、分子间距离的减小而加强，气体的压力变化特性不再符合式理想气体的状态方程。要准确地计算SF6气体状态参数间的关系，可采用比较实用的BeattieBridgman公式。,SF6气体的临界温度高。临界温度表示气体可以被液化的最高温度，临界压力则表示在临界温度下使气体液化所需的压力。SF6气体的临界温度高达45.6C，说明常温下只要SF6气体压力足够高就会液化。SF6气体能否液化决定于其饱和蒸汽压力。当气体压力高于其饱和蒸汽压力时，气体就液化。,（2）六氟化硫气体的导热率,SF6导热性能不如空气，其热导率比空气低，在常温下比空气低30。但由于其粘度较低和密度较高，且分子量大，热容量就大，再考虑到对流效应，总的热传输特性比空气要好25倍。,（3）六氟化硫气体的一般化学性能,六氟化硫气体及其分解物的毒性问题,纯净的SF6气体一般公认是无毒的。SF6在生产过程中会有少量伴随的生成物，其中S2F10是公认的剧毒气体，但经过净化处理可以完全将它除净。纯净的SF6气体虽然无毒，但在工作场所要防止SF6气体的浓度上升到缺氧的水平。SF6气体的密度大约是空气的五倍、SF6气体如有泄漏必将沉积于低洼处，如电缆沟中。浓度过大会出现使人窒息的危险，设计户内通风装置时要考虑到这一情况。SF6气体通过对流能与空气混合，但速度很慢。气体一旦混合后就形成SF6和空气的混合气体，不会再次分离。问题严重的是，电弧作用下SF6的分解物如SF4，S2F2，SF2，SOF2，SO2F2，SOF4和HF等，它们都有强烈的腐蚀性和毒性。,1)SF4(四氟化硫)常温下SF4为无色的气体，有类似SO2的刺鼻气味，在空气中能与水分生成烟雾，产生SOF2和HF。SF4气体可用碱液或活性氧化铝(A12O3)吸收。SF4气体对肺有侵害作用，影响呼吸系统，其毒性与光气相当。2)S2F2(氟化硫)常温下为无色气体，有毒，有刺鼻气味，遇水分能完全水解形成S，SO2和HF。S2F2对呼吸系统有类似光气的破坏作用。3)SF2(二氟化硫)SF2的化学性能极不稳定，受热后性能更加活泼，易水解成S，SO2和HF。SF2气体可用碱液或活性氧化铝吸收。4)SOF2(氟化亚硫酰)SOF2为无色气体，有臭鸡蛋味，化学性能稳定。它与水分反应缓促，并能快速地为活性氧化铝或活性炭吸附。SOF2为剧毒气体可造成严重的肺水肿，使动物窒息死亡。,5)SO2F2(二氟化硫酰)SO2F2为无色无臭气体，化学性能极为稳定，加热到150C时也不会与水和金属反应。SO2F2不易被活性氧化铝吸收，但可被KOH和NH4OH缓慢吸收。SO2F2是一种能导致痉孪的有毒气体。它的危险性在于无刺鼻性嗅味且不会对服鼻粘膜造成刺激作用，故发现中毒后往往会迅速死亡。6)SOF4(四氟亚硫酰)SOF4为无色气体，有刺鼻性气味，能被碱液吸收，与水反应会生成SO2F2。SOF4是有害气体，对肺部有侵害作用。7)HF(氢氟酸)HF是酸中腐蚀性最强的物质。对皮肤、粘膜有强烈刺激作用，并可引起肺水肿和肺炎等。,（4）六氟化硫气体的电负性,气体原子或分子能够吸附自由电子而形成负离子的性能称为电负性。SF6具有强电负性。,2.六氟化硫气体的灭弧性能与灭弧原理,（1）SF6气体的分解温度（2000K）比空气（主要是氮气，分解温度约7000K）低，而需要的分解能（22.4eV）比空气（9.7eV）高，因此在分解时吸收的能量多，对弧柱的冷却作用强。由于气体分子的分解，在相应的分解温度上就出现气体导热率的高峰。,（2）SF6在高温时分解出S原子、F原子和正负离子，与其他灭弧介质相比，有较大的游离度。在维持相同游离度时，弧柱温度就较低。因此，SF6气体中电弧电压也较低，燃弧时的电弧能量较小，对灭弧有利。,几种气体中电弧的伏安特性,（3）由于SF6的强电负性，能吸附电子和正离子复合，故复合作用快，去游离作用强。尤其在电流过零前后，可使弧隙中带电粒子减少，导电率下降。SF6气体电弧的时间常数也很小，为微秒级或更小，在电弧电流过零后，弧柱温度将急剧下降，分解物急剧复合。因此SF6弧隙的介质强度及其恢复速度都很高，能耐受很高的恢复电压作用，电弧在电流过零后不易重燃。,六氟化硫气体的灭弧原理,六氟化硫气体中电弧的熄灭原理与空气电弧和油中电弧是不同的，它并不仅依靠气流等的压力梯度所形成的等熵冷却作用，而主要是利用六氟化硫气体的特异的热化学性质和强电负性，使得六氟化硫气体具有很强的灭弧能力。对于灭弧来说，供给大量新鲜的六氟化硫中性分子并使之与电弧接触是有效地方法。,3.六氟化硫气体的绝缘特性,（1）六氟化硫气体具有很强的电负性（2）六氟化硫气体分子直径大，电子在六氟化硫气体中的平均自由行程短，不易积累足够的动能，碰撞电离的可能性减小。,二、六氟化硫断路器的灭弧装置,六氟化硫断路器的优点：可以提高单断口的额定电压和开断电流切小电感电流时较少发生截流现象；切空载架空线时不会发生多次重击穿；能承受快速上升的瞬态恢复电压，尤适于开断近区故障满容量开断次数多，检修周期长可集合成GIS,按所利用能源的不同，将SF6灭弧装置分为三类：,外能式灭弧装置：利用运行贮存的高压力SF6气体或开断过程中依靠操作力产生SF6的压力差，在开断时将SF6气体吹向电弧而使之熄灭。自能式灭弧装置：利用电弧本身的能量使SF6气体受热膨胀而产生压力差，在开断时将SF6气体吹向电弧而使之熄灭。或者利用开断电流本身依靠线圈形成垂直于电弧的磁场，使电弧在SF6气体中旋转运动而使之熄灭。混合式灭弧装置：既利用电弧（或开断电流）自身的能量，也利用部分外界能量的综合式灭弧装置,按开断过程中，灭弧装置工作特点的不同，将SF6灭弧装置分为：气吹式，热膨胀式，磁吹旋转电弧式，混合式,（1）双压力式SF6断路器,最早的SF6断路器是根据压缩空气断路器的气吹灭弧原理设计的。通常设计采用全密封结构，0.3MPa（表压力）的低压气体作为断路器内部的绝缘介质，1.5MPa（表压力）的高压气体用作灭弧。由于这种断路器内部有两种不同的压力，故称为双压力式SF6断路器，又称为第一代SF6断路器。在60年代，它被誉为开断电流最大、工作性能最好的断路器，大有取代当时压缩空气断路器的趋势。,1.气吹式SF6断路器灭弧装置,（2）单压力式SF6断路器,双压力式SF6断路器工作性能虽然良好但必须配置一台在密封循环中工作的气体压缩机，结构复杂、价格昂贵。另外，1.5MPa（表压力）高压SF6气体的液化温度高，工作温度必须保持在8C以上，低温环境下需要加热才能工作，这也是一个致命的弱点。因此很快被第二代SF6断路器，即单压力（压气）式SF6断路器所取代。单压力（压气）式SF6断路器，外形上与双压式无多大差别。断路器内部只有一种压力，一般为0.6MPa(表压力)，它是依靠压气作用实现气吹来灭弧的。,压气式灭弧室的开断过程分为两个阶段：（1）预压缩阶段为使触头分离产生电弧时就能实行有效的气吹，压气灭弧室应先进行一段预压缩过程，使压气室中的气体压力提高后再打开喷口产生吹弧作用。压气灭弧室要求有较大的预压缩行程(超行程)，达到全行程的40。压气式SF6断路器的分闸时间比其它断路器要长些。（2）气吹阶段要保证电弧可靠熄灭，在气吹阶段中，要压气室中的气体压力仍保持较高的比值。这就要求压气室体积的压缩率足够高，足以补偿喷口流出气体引起的压力下降。,变熄弧距灭弧方式：触头开距在整个分闸过程中是不断改变的。优点是开距大，断口电压可以做得较高，熄弧后介质强度恢复速度较快，喷口形状不受限制，可以设计得比较合理，有利于改善吹弧效果。,定熄弧距灭弧方式：两个静触头式中保持固定的开距，气流向静触头喷口处对电弧进行双向对称纵吹。优点是触头开距小，行程短，电弧能量小，熄弧能力强，燃弧时间短。,2.自能式SF6断路器,自能式SF6断路器是在压气式基础上发展起来的，又称第三代SF6断路器。用电弧能量建立灭弧所需要的压力差。自能式SF6断路器的开断能力与电弧能量有关。可采用弹簧操动机构,3.旋弧式SF6断路器,旋弧式SF6断路器利用SF6气体中电弧在磁场作用下快速转动而使电弧熄灭。,三、SF6断路器的结构,瓷柱式开断元件放在绝缘支柱上，使处于高电位的触头、导电部分及灭弧室与地电位绝缘，绝缘支柱则安装在接地的基座上。称为外壳带电断路器，也称之为绝缘支柱式断路器。罐式开断元件放在接地的箱壳中，其间的绝缘依靠气体来承担，导电部分经套管引入，结构比较稳定，常在额定电压高的高压和超高压断路器中使用，抗地震性能好，称为外壳接地断路器(又称落地罐式),四、六氟化硫气体与温室效应,1997年防止全球变暖的京都议定书中，将包括SF6气体的6种气体列为温室效应气体，它们对温室效应的影响依次为C02，CH4，N2O，PFC，HFC，SF6。将SF6气体列为温室效应气体的原因，主要是SF6气体对温室效应有着相当大的潜在危险，其原因有二：(1)SF6分子对温室效应的潜在影响大。若以CO2气体的全球变暖系数为1，则SF6气体为23900。这就是说，一个SF6分子对温室效应的影响为CO2的23900倍。（2）SF6气体排放大气后，它的寿命长，约为3200年。,1高压开关设备运行情况,我区范围内运行的高压开关设备主要有四个电压等级500kV、220kV、35kV以及10kV，发电厂中还有6kV的电压等级。其中500kV、220kV断路器基本上都是SF6断路器（包括GIS）；110kV断路器大部分为SF6断路器（包括GIS）、少部分为少油断路器；35kV断路器大部分为SF6断路器（包括GIS）、少部分为少油断路器；10kV、6kV断路器主要为真空断路器。,2断路器的交接试验,2.1测量绝缘电阻测量绝缘电阻分为控制回路绝缘电阻及一次部分绝缘电阻（包括断口间及绝缘拉杆对地）。辅助回路和控制回路绝缘电阻测试试验准备：测试前需要确认辅助回路和控制回路确已切开电源。试验方法：采用直流绝缘摇表500V或1000V档进行测量，摇表的L端接辅助回路和控制回路的引出线端子，E端接地。按照绝缘摇表说明书进行测量。注意事项：有电气连接的回路中只需要测量一个端子的对地绝缘，储能电动机属于辅助回路中设备也需测量，测量完毕应该放电。,2断路器的交接试验,2.1测量绝缘电阻一次绝缘电阻测量需要测量断口间绝缘电阻及绝缘拉杆高压对地的绝缘电阻测量断口间绝缘电阻方法是开关处于检修状态，在分闸位置，开关地刀打开，绝缘摇表的L端接被测断口一端，E端接另一端，档位选择2500V进行测量。测量绝缘拉杆的绝缘电阻方法是开关处于检修状态，在分闸位置，开关地刀打开，绝缘摇表的L端接开关断口的动触头侧，E端接地，档位选择2500V进行测量。,2断路器的交接试验,2.2测量每相导电回路的电阻本试验采用电流不小于100A的直流压降法进行试验，试验结果参照断路器厂家规定。必要时应测量每个断口回路的电阻。关于回路电阻的测试，书中讲得非常清楚，只要注意，在现场测量开关回路电阻时，开关两侧地刀可不必打开。,2断路器的交接试验,2.3交流耐压试验交流耐压试验是断路器交接试验中最重要的一项绝缘试验，该项试验应该在其他绝缘试验完成并确认合格后方可进行。35kV及以下断路器耐压试验由于该电压等级断路器试验电压较低，容量较小因此可使用变压器直接升压进行试验110kV及以上断路器耐压试验由于该电压等级断路器试验电压较高，且容量较大，如用变压器直接升压试验的话试验变压器容量不足且搬运较困难。因此改用可以组合使用的串连谐振耐压成套装置进行试验（P56）。要求试验电压必须是工频。,2断路器的交接试验,2.3交流耐压试验串连谐振知识点：调谐，谐振产生的条件：串连回路中的感抗与容抗之和为0是理想谐振状态（即L1/C）。例：在一个将50Hz电源、电阻R、电容器C及电抗器Z串联而成的回路中，已知电源电压为50V，电阻为3，电容器的电容量为1000pF，问，当电抗器的电感为多少时，该回路构成谐振回路，电容两端电势为多少。,2断路器的交接试验,答：要构成谐振回路，则需让L1/（C），即,Uc=I*1/(C)=50/3/(314*1000*10-12)=53.08103kV,2断路器的交接试验,2.3交流耐压试验断路器工频耐压试验有什么特点?断口间耐压水平如何确定?断路器的对地绝缘水平应符合GB3111高压输变电设备的绝缘配合的规定(10kV和35kV产品的1min工频干试电压应分别为42kV和95kV)。对相间绝缘水平也应提出相应要求。对断口间的耐压水平应考虑反相最高电压的作用。综上所述，断路器的工频耐压应包括对地、相间和断口间各个部位，并应分别在合、分闸状态下进行。具体试验时，加压部位及接线方式应按后表依次进行。如果高压开关设备的绝缘主要是由固体有机材料制成，则需进行5min工频耐压试验。,2断路器的交接试验,2.3交流耐压试验断路器工频交流耐压试验标准为（注意：新的交接试验标准的规定值有误）,2断路器的交接试验,2.3交流耐压试验现在对于现场交流耐压试验有这样的规定：1在SF6气压为额定值时进行。试验电压按照出厂试验电压的80%；2110kV以下电压等级应进行合闸对地和断口间耐压试验；3罐式断路器应进行合闸对地和断口间耐压试验；4500kV定开距瓷柱式断路器只进行断口耐压试验。试验电压的幅值及频率应该与和断路器相连的电气设备的要求相一致，必要时断开连接进行试验。,2断路器的交接试验,2.4断路器均压电容器的试验断路器均压电容器试验主要有：2.4.1测量绝缘电阻；（试验方法与测量断路器断口间绝缘电阻相同，但试验前后必须进行放电）2.4.2测量断路器电容器的介值损耗角正切值tan及电容值；,2断路器的交接试验,试验准备：双断口断路器试验前至少打开一侧地刀；三断口及以上断路器可保留两侧地刀。这是最基本的要求。概念：电介质损耗正切值（tg）就是有功电流与无功电流之比。测试方法：建议尽量采用正接法测试，因此最好测试断口并联电容器时，使得该断口两端无接地。使用电桥进行测量，测量电压要求为10kV，将电桥的高压线和Cx线分别接到电容两端（接线图见P40图414a），按照电桥说明书操作仪器进行测试。建议：在断路器安装后进行电容器介值损耗角正切值tan及电容值的测量。,2断路器的交接试验,注意事项：如测试现场干扰太大，可考虑采用反接法测量，即让被测量电容器其中一端接地进行测量，测试接线按仪器要求进行。反接法分两种：需要屏蔽和不需要屏蔽。断路器的并联电容测试如采用反接法则应采用需要屏蔽的反接法（接线图参考P40图414a，但有所区别，为什么必须采用屏蔽）。对于少油断路器的并联电容器试验，很容易因绝缘油的原因导致测量数据不准，此时应将电容器拆下单独测量。2.4.3并联电容器交流耐压试验。,2断路器的交接试验,2.5测量断路器的分合闸时间及同期测量（包括合闸电阻）主要测量断路器主辅触头三相及同相各断口分合闸的同期性及配合时间，应符合产品技术条件的规定。要求：断路器在额定操作电压、气压或液压下进行，对于500kV断路器应尽可能使用6通道以上的开关机械特性测试仪进行测量。建议：增加一个分-0.9s-合-0.2s-分的操作时间测量关于开关的时间量测量，书本也较为详细介绍了测量的方法。,2断路器的交接试验,2.6开关速度测量开关速度测量，是检验开关开断性能的最重要试验，其测量也较为复杂。首先理解开关合闸速度与分闸速度的概念（真空开关的分合闸速度的定义有什么区别）目前最常用的是采用电磁振荡器测速，此时所测量的是平均速度。例如，对于油断路器，刚分和刚合时的速度是最重要的参数，用电磁振荡器测速时，大多是指测量分后和合前001s内的平均速度。另外还有转鼓测速仪和滑线电阻测速仪，这些仪器实际上测量的是行程时间曲线。而光栅测速仪所测量的是不连续的行程曲线。速度测量的实质就是在测量一定时间内的行程。,2断路器的交接试验,少油断路器的速度测量适合用书中所提的电磁震荡法进行测量（讲解）。SF6开关由于灭弧室封闭无法打开，因此不能像少油开关那样打开灭弧室直接测量动触头的速度。因此SF6开关比较适合使用转鼓测速仪和滑线电阻测速仪（现在已经有了光