断路器基础知识

4.10断路器

考试大纲10.1掌握断路器的作用、功能、分类10.2了解断路器的主要性能与参数的含义10.3了解断路器常用的灭弧方法10.4了解断路器的运行和维护工作要点10.1.1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。

10.1.2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。10.1.3断路器的分类

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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Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ─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10.1.3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。4．SF6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。10.2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3～220kV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%。10.2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。10.2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。10.2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。10.2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。10.2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。10.2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。10.2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。10.2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。

10.2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。10.3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。

10.3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。

10.3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

10三.3三灭弧三方法当低三压刀三开关三迅速三拉开三刀阐三时，三不仅三迅速三拉长三了电三弧，三同时三使本三身回三路电三流产三生的三电动三力作三用于三电弧三，吹三动电三弧，三使其三拉长三电弧三直到三电弧三熄灭三。如果三开关三利用三专门三吹弧三线圈三来吹三动电三弧，三使电三弧移三动，三电弧三移动三的力三实际三上是三电弧三电流三在线三圈磁三场中三产生三的电三动力三。也有三的开三关利三用铁三磁物三质（三钢片三等）三，来三吸动三电弧三。10三.3三灭弧三方法3．三冷却三灭弧三法降低三电弧三的温三度，三使正三负离三子的三复合三增强三，有三助于三电弧三迅速三熄灭三，这三是一三种基三本的三灭弧三方法三。4．三短弧三灭弧三法利用三金属三片将三长弧三切成三若干三短弧三，则三电弧三上的三压降三将近三似地三增大三若干三倍。三当外三施电三压小三于电三弧上三的压三降时三，则三电弧三就不三能维三持而三迅速三熄灭三。通三常采三用钢三灭弧三栅，三让电三弧进三入钢三片，三一是三利用三了电三动力三吹弧三，二三是利三用了三铁磁三吸弧三，同三时钢三片对三电弧三还有三冷却三作用三。10三.3三灭弧三方法5．三狭缝三灭弧三法电弧三在固三体介三质所三形成三的窄三沟内三燃烧三，将三电弧三冷却三，同三时电三弧在三狭缝三窄沟三中燃三烧，三压力三增大三，有三利于三电弧三的熄三灭。三有的三熔丝三在熔三管内三充填三石英三砂，三就是三利用三这种三狭沟三灭弧三原理三，还三有一三种用三耐弧三的绝三缘材三料（三陶瓷三类）三制成三灭弧三栅，三也是三利用三了这三种灭三弧原三理。10三.3三灭弧三方法6．三真空三灭弧三法真空三具有三较高三的绝三缘强三度，三如果三将开三关触三头装三置置三于真三空容三器，三则在三电流三过零三时，三即能三熄灭三电弧三。为三防止三产生三过电三压，三应当三不使三触头三分开三时，三电流三突变三为零三。一三般应三在触三头间三产生三少量三金属三蒸汽三，形三成电三弧通三道。三当交三流电三流自三然下三降过三零前三后，三这些三等离三子态三的金三属蒸三汽便三在真三空中三迅速三飞散三而熄三灭电三弧。10三.4三.1三高压三断路三器的三操作三要求1．三正常三操作三的要三求（1三）新三装或三大修三后的三断路三器，三投运三前必三须验三收合三格才三能施三加运三行电三压。（2三）断三法器三的分三、合三闸指三示器三应指三示正三确，三且与三当时三实际三运行三相符三。（3三）断三路器三接线三板的三连接三处或三其它三必要三的地三方应三有监三视运三行温三度的三措施三，如三示温三蜡片三等。（4三）断三路器三金属三外壳三接地三良好三且有三明显三的接三地标三志，三接地三体的三截面三积符三合规三程要三求。（5三）油三断路三器的三油色三应正三常，三油位三应在三油位三指示三的上三、下三限油三位监三视线三中，三绝缘三油牌三号和三性能三应满三足当三地最三低气三温的三要来三，油三质合三格。（6三）六三氟化三硫断三路器三，为三监视三其气三体压三力，三应装三有密三度继三电器三或压三力表三，并三附有三压力三表和三压力三温度三关系三曲线三，其三有SF6气体三补气三接口三。（7三）真三空断三路器三应配三有限三制操三作过三电压三的保三护装三置。10三.4三2.三断三路器三操作三机构三的要三求（1三）操三作机三构动三作电三压应三满足三：低三于额三定电三压的三30三％时三不动三作；三高于三额定三电压三的6三5％三时可三靠动三作。（2三）机三构箱三应具三有防三尘、三防潮三、防三小动三物进三入及三通风三措施三，液三压与三气动三机构三应有三加热三装置三和恒三温控三制措三施。（3三）电三磁操三作机三构的三合闸三电源三应保三持稳三定。三运行三中电三源电三压如三有变三化，三其电三压不三低于三额定三电压三的8三0％三，最三高不三得高三于额三定电三压的三11三0％三。（4三）液三压操三作机三构应三具有三防“三失压三慢分三”装三置，三并用三有防三“失三压慢三分”三的机三构卡三具。三所谓三“失三压慢三分”三是指三液压三操作三机因三某种三原因三压力三降到三零，三然后三重新三启动三油泵三打压三时，三造成三断路三器缓三慢分三闸、三采用三液压三或气三动机三构时三，其三工作三压力三大于三1MP三a（表压三）时三，应三有压三力释三放装三置。（5三）弹三簧操三作机三构在三断路三器合三闸释三放能三量后三，应三能自三动再三次储三能。10三.4三.1三高压三断路三器的三操作三要求3．三故障三状态三下的三操作三要求三：（1三）断三路器三在运三行中三，由三于某三种原三因造三成油三断路三器严三重缺三油，三六氟三化硫三断路三器气三体压三力异三常（三如突三然降三至零三等）三，严三禁对三断路三器进三行停三、送三电操三作，三应立三即断三开故三障断三路器三的控三制电三源，三及时三采取三措施三，将三故障三断路三器退三出运三行。（2三）分三相操三作的三断路三器操三作时三，发三生非三全相三合闸三，应三立即三将已三合上三相拉三开，三重新三操作三合闸三一次三，如三仍不三正常三，则三应拉三开合三上相三后汇三报，三上级三派员三处理三。当三发生三非全三相分三闸时三，应三立即三拉开三故障三开关三控制三电源三，手三动操三作将三拒动三相分三闸。（3三）严三禁将三有拒三跳或三合闸三不可三靠的三断路三器投三入运三行。10三.4三.2三高压三断路三器的三异常三运行1.三油断三路器（1三）油三断路三器声三音异三常（2三）油三断路三器油三位异三常（3三）油三断路三器油三质发三黑（4三）断三路器三过热（5三）跳三合闸三线圈三冒烟（6三）断三路器三跳合三闸不三同期10三.4三.2三高压三断路三器的三异常三运行2．三真空三断路三器常三见异三常运三行（1三）电三动合三不上三闸（2三）合三闸合三空（3三）电三动不三脱扣（4三）分三合闸三不可三靠（5三）合三闸线三圈烧三毁（6三）分三闸线三圈烧三毁（7三）辅三助开三关烧三毁10三.4三.2三高压三断路三器的三异常三运行3．三六氟三化硫三断路三器常三见异三常运三行（1三）泄三漏气三体（2三）闪三络放三电。（3三）分三合闸三不可三靠10三.4三.3三高压三断路三器的三故障1．三应停三电处三理的三情况（1三）严三重漏三油，三油标三管中三已看三不见三油位三。（2三）本三体或三连接三处过三热变三色或三烧红三。（3三）支三持绝三缘子三断裂三或套三管炸三裂。（4三）绝三缘子三严重三放电三。（5三）SF6断路三器的三气体三压力三值低三于闭三锁值三。（6三）液三压机三构的三压力三值低三于闭三锁值三。（7三）弹三簧机三构和三弹簧三拉力三不够三，闭三锁信三号不三能复三归。（8三）气三动机三构的三气压三低于三闭锁三值。10三.4三.3三高压三断路三器的三故障2．三10三～3三5kV的少三油断三路器三合闸三后支三持绝三缘子三断裂3．三10三～3三5kV的少三油断三路器三拉杆三绝缘三子断三裂或三拉杆三销子三脱落4．三油断三路器三严重三缺油5．三油断三路器三着火6．三断路三器误三跳闸7．三断路三器拒三绝合三闸8．三真空三断路三器真三空度三下降9．SF6断路三器漏三气10三．操三作机三构故三障10三.5三低压三断路三器10三.5三低压三断路三器1．三种类（1三）万三能式三断路三器（2三）塑三料外三壳式三断路三器（3三）电三动斥三力式三限流三断路三器（4三）剩三余电三流保三护断三路器（5三）直三流快三速断三路器（6三）灭三磁断三路器10三.5三低压三断路三器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。10三.5三低压三断路三器（1三）额三定电三压断路三器的三额定三电压三应大三于线三路额三定电三压。三主要三是交三流3三80V或直三流2三20V的供三电系三统。三按线三路额三定电三压进三行选三择时三应满三足下三列条三件：（4三-1三0-三5）式中三—三—低三压断三路器三的额三定电三压，V；——线路三的额三定电三压，V。10三.5三低压三断路三器（2三）额三定电三流断路三器的三额定三电流三与过三电流三脱扣三器的三额定三电流三应大三于线三路计三算负三荷电三流。三当按三线路三的计三算电三流选三择时三，应三能满三足下三式：（4三-1三0-三6）式中三—三—低三压断三路器三的额三定电三流，A；——线路三的计三算电三流或三实际三电流三，A。如果三环境三温度三低于三+4三0℃三，则三电器三产品三温度三每低三1℃三，允三许电三流比三额定三电流三值增三加0三.5三%。三但增三加总三数不三得超三过2三0％三。10三.5三低压三断路三器断路三器的三保护三定值（1三）长三延时三脱扣三器的三电流三整定三值，三动作三时间三可以三不小三于1三0s；长延三时脱三扣器三只能三作过三载保三护。（2三）短三延时三脱扣三器的三电流三整定三值，三动作三时间三约为三0.三1～三0.三4s；短延三时脱三扣器三可以三作短三路保三护，三也可三以作三过载三保护三。（3三）瞬三时脱三扣器三的电三流整三定值三，其三动作三时间三约为三0.三02s。瞬时三脱扣三器一三般用三作短三路保三护。10三.5三低压三断路三器（3三）瞬三时过三电流三脱扣三器的三整定三电流瞬时三脱扣三器的三动作三时间三为0三.0三2s左右三。瞬时三或短三时过三电流三脱扣三器的三整定三电流三应能三躲开三线路三的尖三峰电三流。1）三负载三是单三台电三动机三，整三定电三流按三下式三计算（4三-1三0-三7）式中三——三瞬时三或短三时过三电流三脱扣三器整三定电三流值三，A；——可靠三系数三，对三动作三时间三大于三0.三02s的断三路器三，K取1三.3三5，三对动三作时三间小三于0三.0三2s的断三路器K取1.三7～三2.三0；——三电动三机的三起动三电流三，A。10三.5三低压三断路器2）三当配三电线三路不三考虑三电动三机的三起动三电流三时，三按下三式计三算整三定值（4三-1三0-三8）式中三—三—配三电线三路的三尖峰三电流，A；——可靠三系数三，一三般取三1.三35三。3）三当配三电线三路考三虑电三动机三的起三动电三流时三，按三下式三计算三整定三值（4三-1三0-三9）式中三—三—正三常工三作电三流和三可能三出现三的自三起动三电机的起三动电三流的三总和三，A。10三.5三低压三断路三器（3三）短时三过电三流脱三扣器三的整三定电三流确定三本级三断路三器短三延时三过电三流脱三扣器三动作三电流三的整三定，三应与三下一三级开三关整三定电三流选三择性三配合三。本三级动三作整三定电三流应三大于三或等三于下三一级三低压三断路三器短三延时三或瞬三时动三作整三定值三的1三.2三倍。三若下三一级三有多三条分三支线三，则三取各三分支三路低三压断三路器三中最三大整三定值三的1三.2三倍。10三.5三低压三断路三器（4三）长三延时三过电三流脱三扣器三整定三电流长延三时过三电流三脱扣三器整三定电三流应三大于三线路三中计三算电三流（4三-1三0-三9）式中三—三—过三电流三脱扣三器的三长延三时动三作整三定电流值，A；——可靠三系数三，一三般取三1.三1；——三线路三的计三算电三流，三单台三电动三机是三指电动三机的三额定三电流三，A。10三.5三低压三断路三器校验三一：三长延三时过三电流三脱扣三器在三配电三线路三过载三时的三可靠三性。三如对三电动三机进三行保三护，三则电三动机三在过三载三20三％时三应使三保护三装置三动作三；校验三二：三在配三电线三路出三现尖三峰负三荷时三或在三电动三机起三动时三，长三延时三过电三流脱三扣器三不误三动。三脱扣三器在三3倍三整定三电流三值下三的可三返回三时间三，取三决于三线路三中尖三峰电三流的三持续三时间三，也三就是三线路三中最三大容三量的三异步三电动三机直三接起三动的三持续三时间三。一般三情况三下，三电动三机的三轻载三起动三时间三不超三过2三.5三～4s，电动三机满三载起三动时三间不