ZN6512户内真空高压真空断路器结构及原理

1、ZN65-12户内高压真空断路器概述断路器作为配电线路中的一个重要元件，承担着线路电力的接通、切断、故障保护等功能。真空断路器以其绝缘强度高，熄弧能力强，没有火灾和爆炸危险等诸多优点而受到电力部门的完全认可，在7.2k12kV范围内，真空断路器以占绝对优势，并在很短的时间内会完全取代油（或少油）断路器。九十年代以來，国外著名的公司纷纷推出新一代12kV真空断路器，如徳国SIBVBS公司推出的3AH13AH5系列真空断路器，ABB公司推出的VD4型真空断路器，日本三菱公司推出的型真空断路器等等。它们显著的特点是：可靠性大为提高，尺寸小巧，外观精美，适合目前电力行业的发展要求。随着我国电力事业的大

2、力发展，市场迫切需要在性能、可靠性、外观上接近但价格明显低丁国外同类产品的真空断路器。根据这一趋势，我厂根据我国电力行业的要求和国际上真空断路器技术发展的最新发展趋势H行研制开发的ZN65Q12型新一代系列户内交流真空断路器，并通过甘肃省经济贸易委员会组织的专家鉴定。本断路器可以使用在交流50Hz（60Hz）,12kV及以下的电力系统中。ZN65A-12系列户内高压真空断路器符合GB1984、DL403、GB/T11022.IEC56等标准规定，并在国家高压电器质量监督检验中心和KEMA试验站通过了严格的型式试验。ZN6512/T63O000-203系列交流高压真空断路器技术参数（表1）表1序

3、号名称单位数值ZN6512Z2OZN65Arl2/25ZN65Arl2/315ZN65A2M0ZN65iVl2/631额定电压kV122额定电流A630100012501000125012501600200025001250160020002500315040003额定绝缘水平lnini工频fij授电压kV42冲击耐受电压754额定短路开断电流kA202531.540635额定短路关合电流（峰值）5063100(80)13(X100)1606额定动稳定电流（峰值）5063100(80)13(X1001607额定热稳定电流（有效值）202531.540638碗WIWWW擞次5030209阴WIW

4、酰的直流分量$35%$40%10额定热稳定时间s4序号名称单位数值ZN65A1ZN65ArlZN65Arl2Z2O2/252/31.5ZN65/V12/40ZN65A2/6311额定操作顺序12机械寿命次200001000013漩单个硕A6301440015额定加高电压下的分闸1肿Jms451016最低操作电压分闸时间ms601017额定及最高电压卜的合闸怖Jms50104510注：（1）分-03s合分-180s-合分分180s合分-180s-合分括号内参数为配SIEMENS公司，无锡SIEMENS公司，美国西屋公司真空灭弧室参数。1.断路器装配调整后，其机械特性参数应符合表2数据表2序号名称

5、单位数值ZN65Ar12/20ZN65Ar12/25ZN65AZN65A-12Z31.512/40ZN65Ar12/631触头开距nm1112接触行程3.5+0.53相间中心距离2101.452501.4527524合闸触头弹跳时间msW25三相分闸同期性W26分闸时间45+107合闸时间501045108平均分IW(06nmi)it/s1.3+9平均合闸速度0.210合闸触头接触压力N2000200240020031005000200500750050011动、静触痢只允许磨损厚度nm3注：ZN65A-12/T4000-63平均合闸速度要求为合闸前6mm的

6、数值。2储能电机（采用单相串激电动机），其技术数据见表3。型号额定电压额定输入功率正常工作电压范围额定电压下储能时间(V)(W)(V)（S）HDZ-12060BDC110AC1I020085%110%额定电压W15HDZ-22060BDC220AC22020085%110%额定电压W15HDZ-23O8OBDC22030085%110%额定电压W153分合闸线圈技术数据见表4表4合闸线圈分闸线圈额定操作电压（V）DC220A2220DC11OC11ODC22OA222ODC11OAC11O20C时线圈直流电阻（Q）247(275)577247(275)577正常工作电压范围8%11(1定电压6

7、瞬12幽定电压注：扌占号内数据为ZN65Q12/T400H3所采用的合分闸线圈数值。4ZN65A-12/T4000-63（F）户内交流高压发电机断路器参数额定参数参数值1额定电压kV122额定绝缘水平糾间、对地、断口）lminT频授电压俶值）kV相间、对地42刚丨:50雷电冲di耐受电压咖）kV相间、对地75断口853辅助回路lminT频耐受电压V20004额定频率Hz505额定电流A40006额定短时耐受电流kA637额定峰值耐受电流kA1768额定短路持续时间s49额定短路开断电流kA6310碗WW锹的直流分量$7%11额定短路关合电流峰值）kA17612额定操作顺序合分-180s-合分1

8、3额定失步开断电流kA3L514额定负荷开、合次数次10015系统源预期瞬态恢复电压规定值峰值电压kV22参考时间US49上升率kv/uS4516合闸时间its551017分闸时间its451018合闸弹可叶W219三相合、分闸不同期性皿W220合S时间ms10021额定开断时间msW7022机械寿命次1000023动静触头允许磨损累计厚度nm3使用环境要求周围空气温度上限不高于+40C.下限不低T-10C；海拔不超过1000m。该产品使用在7.2kV系统中时，通过计算校核，使相对湿度应控制在日平均值不大于95%,月平均值不大于90%；饱和蒸气压应控制在Id平均值不大于2.2X10-3MPa,

9、月平均值不大于1.8X10MPa；安装地点应无经常性的剧烈震动；周圉空气应不受腐蚀性或可燃性气体，水蒸汽的明显污染；安装场所应保持干燥、清洁。产品结构及工作原理1.产品结构1.1.总体布置1.1.1.ZN65Q12/T63(ni50-2(n0型户内交流高压真空断路器的结构见图一：1IV.123456789见图1.2结构简介1.21.断路器的操动机构和灭弧室分别布置在断路器的前后两而。操动机构和灭弧室共同布置在一个共用的框架上，使得整个断路器有着很好的结构刚度和传动机械效率。这种整体性的布置使得断路器能够具有稳定的机械特性和可靠的电气性能。1.22断路器的主导电回路布置在后半部

10、。真空灭弧室通过高绝缘性能的支撑绝缘子支撑在断路器的基架上，上下垂宜布置，灭弧室的固定端朝上，动端朝下。操动机构和灭弧室之间的传动连接布置在断路器的下部。灭弧室的下部设置有独特的动导电杆变宜机构，通过这个变胃机构把操动机构输出给灭弧室的机械运动变成沿着灭弧室动导电杆轴线方向的上下直线运动。为了确保灭弧室的动导电杆止确的运动方向，在每一相的变直图三1合分指示2记数器3储能指示4产甜铭牌5手动储能操作孔6手动分闸按钮7手动合闸按钮机构里都设置了专门的动导电杆的导向装置。1.23断路器的弹簧储能式操动机构布置在断路器的前半部。操动机构设计成清晰的，独立布置的四个功能单元，即合闸功能单元、分闸功能单元

11、、传动功能单元和辅助功能单元。合闸功能单元的主体是一个机构箱。机构箱的输入部分是储能电机和手力储能轴的轴端，电机或手力驱动能够使得断路器的合闸弹簧拉伸储能。机构箱的输出部分是驱动凸轮，当断路器的合闸电磁铁执行合闸指令时，电磁铁的动铁芯将使得储能弹簧的保持机构解体，由储能弹簧带动驱动凸轮进行合闸操作。分闸功能单元的主体是一个合闸保持机构。合闸保持机构的一端与断路器的传动主轴发生关系，通过这一关系实现断路器合闸状态的有效保持。合闸保持机构的另一端是一个脱扣机构，当断路器的分闸电磁铁执行分闸指令时，这个脱扣机构能够在分闸电磁铁铁芯的驱动下可靠地使得合闸保持机构解体，完成断路器的分闸操作。合闸保持机构

12、的脱扣机构还可以接受手力驱动，实现断路器的手动分闸。传动功能单元是断路器连接操动机构和灭弧室的传动部分，主要包括传动主轴、分闸弹簧、分闸缓冲器等结构件。传动功能单元负责把断路器操动机构的驱动输出传递给灭弧室的动导电杆，并且实现规定的机械特性参数。辅助功能单元主要由分、合闸电磁铁；辅助开关；二次引出接线端子等部分组成，实现断路器操作所必需的与外部的接口。下出线端在与外接触臂或导体相连接时需将动端软连接紧固在一起。2灭弧室本断路器采用陶瓷外壳灭弧室也可采用玻壳灭弧室。两种灭弧室具有相同的触头材料和纵磁场触头结构。使用陶瓷外壳灭弧室时还可以选用瓷壳外表带有伞裙的加大表而爬距的灭弧室，以提高产品抗污秽

13、和抗凝露的能力。两种灭弧室都可以做到真空度不低T1.33X10-3Pa时止常贮存、使用年限不低丁-20年的基本要求，灭弧室的动作寿命都不低于断路器的机械寿命次数。2N65/r-12/T4000-63及发电机断路器灭弧室采用徳国西门子公司生产的VS10047陶瓷真空灭弧室，铜珞触头材料，纵磁场触头结构。具有髙的开断能力，高的关合及动热稳定性能，电寿命长，耐压水平高。3工作原理31.合闸运动本断路器的合闸运动由清晰的合闸功能单元完成：单元的本体是一个铸铝外壳的减速箱。减速箱的一侧是挂有合闸弹簧的挂簧拐臂，另一侧是输出合闸动力的驱动凸轮。装在减速箱底部的电机，通过减速箱拉伸合闸弹簧从而储存机构合闸所

14、需能量。弹簧拉伸到规定的位置以后，将被专门的保持机构保持在储能位置。一旦机构接到合闸命令，保持机构将立即解体，将合闸弹簧释放，合闸弹簧就通过驱动凸轮的转动快速收缩，将所储存的能量通过专门的连杆传递到断路器的灭弧室，完成断路器的合闸操作。32分闸运动本断路器的分闸运动由清晰的分闸功能单元完成：单元的下端布置着断路器合闸保持挚子，该挚子在断路器合闸时与断路器的主轴扣在一起，使断路器的合闸状态得以保持。分闸单元通过两级减力机构将合闸保持挚子传递过來的力减小，并送到分闸单元的脱扣板上。一旦机构接到分闸命令，分闸单元上的脱扣板被分闸铁芯顶开，导致两级减力机构解体，使合闸保持挚子与断路器的主轴之间的扣接状

15、态解体，完成断路器的分闸操作。33辅助开关、接线端子与内部接线断路器的辅助开关选用F10型转动式辅助开关。一般产品配有6对常开触点和6对常闭触点。根据用户选用的需要，辅助开关最多可扩展到12对常开触点和12对常闭触点。辅助开关触点的长期工作电流为10A；开断电流在220V时为交流10A、直流2A。断路器的内部接线引到二次插头上，通过接线端子或二次插头与外部电气系统连接。34ZN65A-12真空断路器的典型内部接线图见图四及图五：电朮觥瞞X01/2X01/13X01/34X01/5$X01/7X01/9-X01/14*X01/15XD1/4XD1/6X01/8X01/10XDI/24XDI/25

16、XDI/26XDI/27XD1/2BXD1/3B*XDI/40XDI/32XDI/29XD1/3DX01/31XDI/42XDI/44XDI/46图四直流控制且断路器内部有防跳功能接线图:傩Aii醐训)01/22XDI/11XDI/21X01/2X01/13nX01/35X01/34X01/36SIXDI/3XD1/4XDI/5XDI/6X01/7XD1/8X01/5XDI/14MJ1/24X01/15XD1/25X01/16MJ1/25X01/17XDI/27X01/18XDl/2aV2X01/37X01/38XD1/40X01/39cXDI/19XD1/20XDI/41XDI/45SI51

17、SIV3XQ1/J2X01/29X01/J0X01/J1X01/42X01/44X01/46图五：冇流控制且断路器内部无防跳功能接线图:序号符号名称序号符号名称1M储能电机12S6与分闸联动的微动开关2Y9合闸电磁铁13S7与手酚wmwj税3Y1分闸电磁铁14-15S10,S11与手贻wmwj税4Y2,Y3过流略II电磁铁1647X01二次播头插(HARTING46芯)5S1辅助开关18K1防跳继电器6-11S3,S21,S22,S4LS42与储能联动的微动开关注：产品经常有一些特殊的电气接线要求。所以，具体产品的内部接线图应查询工程竣工图。ZN65L12真空断路器技术特点1.采用整体式布局：

18、提高了整机的加工与装配精度、稳定性、可靠性，用户在不经调试的情况下育接投入运行。2适配性好：可方便配用TJYN3,KYN3,KYN18C,XGN2,GG1A,KGNB12等多种柜型。3规格齐全，成系列化：ZN65A-12型断路器额定短路开断电流从20kA到63kA,额定电流从630A-4000A。额定短路开断电流和额定电流不同时，只有真空灭弧室、上下支座、合闸簧、触头压力簧、分闸簧和储能电机等个别另部件不同，其余另部件在各规格都能通用。相距不同时仅框架和大轴不同。断路器外形及安装尺寸也仅有三种，大大方便用户的选用。4单元模块化设计：断路器机构箱内按功能进行单元模块化设计分为六个单元，即合闸功能

19、单元、分闸功能单元、传动功能单元、控制功能单元、状态指示功能单元及联锁功能单元，提高了产品的可靠性，易于装配、维护及组织规模化生产。5独特的变直传动机构：采用独特的变肖传动机构驱动真空灭弧室动触头，该传动机构将触头簧从运动部分分离，使得运动系统中各传动环节的质量及转动惯量大大减小，降低了合、分闸功，使得各传动环节及主回路的寿命长。同时还可减小主回路水平方向上的受力，三相主回路运动同期性好。6操动机构：断路器操动机构为电动机通过两级蜗轮副传动带动贮能轴拉伸合闸簧贮能，传动平稳，噪音低。同时，可通过第二级蜗轮副手力贮能，结构简单，操作轻松。操动机构在使用中不须再加油润滑。7.控制回路功能更强：增设

20、有防跳回路，信号采集回路，便丁计算机集中监测和控制。8绝缘水平高：开断后断口工频耐压48kV/1min,冲击耐压85kV；有机绝缘件表面爬电距离鼻240mm,无机绝缘件表面爬电距离216mm,高于国外同类产品要求。a技术参数高：机械寿命长，达20000次。额定短路关合电流（峰值）及额定动稳定电流（峰值）值高：31.5kA达100kA,40kA达130kA,63kA达160kA,发电机出口断路器达176kAo短路开断次数多：31.5RA及以下规格断路器开断次数为50次，40kA开断次数为30次，63kA开断次数为20次，发电机出口断路器开断次数为8次。1QZN65A-12/T4000-63及发电

21、机出口断路器除了具有ZN65A-12系列断路器的特点的同时，还有以下独特的特点：a主回路部分采用双支持绝缘子支撑，外观精美，主回路强度高，承受电动力能力强，经试验完全满足动稳定的需要，同时使得安装钢板的加工工艺性很好。上、下支架采用T2铸铜铸造，足够的散热面积解决了大电流长期工作的发热问题，使该断路器能满足1.1倍额定电流温升试验的要求0CN312柜中不加风机满足）。断路器传动主轴采用花键轴与各拐臂片联结，使得各拐臂片的孔与孔之间位置精度高，装配方便。搬运1.拆除包装箱拆除包装箱时一定要使包装箱处丁止常的堆放状态，不能倒置或侧放。拆除包装箱的作业应在室内进行，以防止户外的雨水和风沙对断路器造成

22、损坏。箱内产品的任何部位都不允许在拆除包装箱时被损坏或碰伤。断路器从包装箱内取出后应按照图六所示的姿势摆放在平整的工作台案或专用的拖盘上，不允许将断路器违反“图六”所示姿势任意摆放，更不允许直接将断路器摆放在地而上。2室内搬运断路器在室内搬运时应使用适当的搬运器具，用适合的挂具按照断路器本体上的提示位置将断路器曲起。不允许把断路器在工作台而上拖动，更不允许把断路器宜接放在地面上拖动。断路器在室内的摆放仍应符合第1.条的规定。安装1.安装前的检查1.1.完整性检査应检查断路器的完整性，以避免结构件、紧固件、外部接口、操作钮、操作柄等环节的短缺、损坏。1.2核对额定值应仔细核对产品铭牌、内部所配置

23、的元件标牌所标示的数据和额定值，以确认产品参数的止确性。2安装21.断路器本体的安装断路器安装时应使用适用的起用工具，将断路器平稳吊起，把断路器安装板上的安装孔对准安装基架，按照设计要求校准断路器的空间位置后，用M12的螺钉将断路器紧固在安装基架上。安装螺钉紧固时应加装防松垫圈，紧固扭矩应达到70Nm。22主回路电气接线端的联结断路器主回路的电气连接方式应符合设备使用的设计规定。本断路器主回路的每一相都有上下两个出线端提供给用户作主回路电气连接用，连接时每个出线端都应采用下表规定的连接螺钉和规定的紧固扭矩。主回路额定电流螺钉规格螺钉等级螺钉个数紧固扭矩W1250AM12&8级450Nm1600

24、A3150AM16&8级490Nm4000AM16&8级490Nm23二次回路电气接线端的联结本断路器的二次电气回路通过二次插头与外部电气系统连接。二次插头选用HARTING(46)芯插头，插头内部采用插接方式接线。为了保证二次接线的可靠，用户连接二次线时应遵循HARTING(46芯)插头的接线规定，使用所需要的专用接线工具。检查1.检査紧固件断路器内部的所有紧固件己经由制造厂在产品出厂前作过全而的检査，安装以后紧固件的检查主要针对断路器与外部系统的连接部位，发现松动应重新紧固。2操作检查操作检查主要针对断路器的合、分动作进行。检査应在断路器主回路不带电的情况下进行。操作前应检查断路器面板上的

25、各项指示是否处丁止常位置，操作检査前，断路器应处于合闸弹簧未储能、主回路分闸的状态。检查按以下程序进行：用手动储能摇把按操作而板上提示的方向摇动，进行储能操作，操作完了应检查断路器储能是否完成、观察面板上的储能指示是否止确动作；用手动合闸按钮进行合闸操作，操作完了应检查断路器是否处于止常的合闸状态、检査断路器的合闸指示是否止确动作、合分记数器是否止确动作；用手动分闸按钮进行分闸操作，操作完了应检查断路器是否处于止常的分闸状态、观察断路器的分闸指示是否止确动作。3测试断路器机械参数采用专用的真空断路器参数测试仪或其他等效的测试仪器和适合的动触头位移传感器测试下列断路器的机械参数。触头开距：触头开

26、距是指分闸位置时断路器一极动静触头间的总间隙。测量方法见图七。应分别测量三相各自的触头开距。接触行程：也称作超行程，是指动静触接触后产生闭合力的动触头部件继续运动的距离。为了方便，本断路器采用间接测量触头弹簧压缩量的办法來测量触头超行程。测量方法见图七。应分别测量三相各自的接触行程。合闸触头弹跳时间：是指断路器合闸时触头闭合以后到动静触头之间再次出现弹开现象的时间间隔。应分别测量三相各自的触头弹跳时间。三相分闸同期性：是指断路器分闸时最早分开的那相触头和最晚分开的那相触头分开时间的时间差值。分闸时间：是指断路器接到分闸信号瞬间到所有相触头都分离瞬间之间的时间间隔。这一值应分别在断路器的额定分闸

27、电压、最低分闸电压、最高分闸电压下分别测量。合闸时间：是指断路器接到合闸信号瞬间到所有相触头都接触瞬间之间的时间间隔。图七触头开距、接触行程测试测图平均分闸速度：是指断路器分闸时，从触头分开开始到触头达到6mm行程之间的平均速度，计算时通常是用6mm除以这一段距离触头运动所用的时间。平均合闸速度：是指断路器合闸时，从触头开始运动到触头完全闭合这一段触头行程之间触头的触头运动所用的时间。平均速度，计算时通常是用触头开距除以这一段距离。4回路电阻检査分别测量断路器的三相主回路各自的回路电阻值。测量应采用电压降法，即通过该相上下出线端在主回路中通以1OOAW.流电流，测量该相断路器上下出线端之间的电

28、压降，通过换算得出该相回路的回路电阻值。测量时应注意不应使回路通电时间太长，否则会影响测量值的止确性。要特别提示的是：使用电桥法测量的回路电阻值通常是不准确的。5绝缘水平检査按照安装规范规定的工频耐受电压值，测量断路器的一次和二次回路的工频耐受电压值，以检验断路器的绝缘水平。九操作1.手动操作本产品提供以下手动操作功能：合闸弹簧手动贮能；手动合闸；手动分闸。一般情况下，上述手动操作功能只在断路器空载调试和检测时使用。这几项手动操作功能在特殊情况下有特殊的使用规定，其中：合闸弹簧手动贮能操作功能可以在断路器二次回路还没有电源的特殊情况下使用；手动分闸操作功能可以在紧急需求的情况下提供给操作者直接

29、对断路器进行分闸操作；手动合闸操作功能只能使用在断路器主回路不带电的情况下，只要断路器的主回路带电就绝对不允许使用手动合闸操作！2电动贮能操作本断路器电动贮能操作的电气接线图参见图四及图五。断路器处丁工作状态后（不管断路器的主回路是否带电），贮能电机的电气回路就处丁工作状态，贮能电机会H动通电进行合闸弹簧的贮能操作，合闸弹簧贮能到位以后,断路器内部的贮能位置开关会白动切断贮能电机的电气回路。当断路器使用在移开式开关柜中时，断路器手车应设置相应的联锁，做到：断路器手车在从试验位置向工作位置移动或从工作位置向试验位置移动时，合闸弹簧不得释放，移动中合闸回路被切断，合闸挚子被机械联锁锁住，手动合闸失

30、灵。移动完了合闸回路导通，合闸挚子机械联锁被解除。断路器在合闸状态时，不能移动断路器手千。当断路器使用在固定式开关柜中时，开关柜上应设置相应的联锁，作到：断路器在合闸状态时，不能分合隔离开关。在分合隔离开关过程中，断路器合闸弹簧不得释放，合闸回路被切断，合闸挚子被机械联锁锁住，手动合闸失灵。遇到断路器主回路通电前二次回路尚未通电的情况，可以按照第1.条的规定进行合闸弹簧的手动贮能操作。3电动合闸操作本断路器电动合闸操作的电气接线图参见图四及图五。操作者可以通过连接到断路器合闸回路中的电气触点（如电气按钮、合闸接触器等）的操作，接通断路器合闸电磁铁的线圈（Y9）,完成合闸操作。断路器内部设有合闸

31、电磁铁线圈回路与断路器主触头状态之间的电气联锁，如果断路器己经处丁合闸状态，断路器内部的辅助开关将使合闸电磁铁线圈电气回路断开，无论外部合闸信号是否给出，断路器都将不能进行合闸操作。同时断路器内部设有合闸电磁铁线圈及手动合闸按钮与断路器主触头状态之间的机械联锁。如果断路器己经处丁合闸状态，合闸挚子被联锁杆锁住，手动合闸也失灵，断路器都将不会有合闸操作。断路器内部电气控制回路中还装有防跳继电器，用來防跳。4电动分闸操作本断路器电动分闸操作的电气接线图参见图四及图五。本断路器可向操作者提供两种电动分闸方式：由独立电源供电的分闸电磁铁（Y1）进行电动分闸和由过电流脱扣器进行电动分闸。41.由独立电源供电的分闸电磁铁（Y1）进行电动分闸操作者可以通过连接到断路器的由独立电源供电的分闸电磁铁线圈（Y1）的分闸回路中的电气触点（如电气按钮、合闸接触器等）的操作，接通断路器由独立电源供电的分闸电磁铁的线圈，完成分闸操作。2由过电流脱扣器进行电动分闸本断路器的过流脱扣器线圈（Y2,Y3）接在与电流互感器二次相连接的电气回路中，断路器止常工作时，过流脱扣器线圈（Y2,Y3）被接在该电气回路中的过电流继电器（或相当的保护装置）的常闭触点短路，电流互感器二次回路的电流不流经过流脱扣器线圈（Y2,Y3）,主回路出现故障时，过电流继电器动作，常闭接点