12kV-40.5kV中压开关设备和控制设备开断、关合有关问题综述

12kV-40.5kV中压开关设备和控制设备开断、关合有关问题综述魏一钧2014年10月1本综述直接涉及到的标准GB1985-2004高压交流隔离开关和接地开关GB3804-20043.6kV-40.5kV高压交流负荷开关GB16926-2009高压交流负荷开关-熔断器组合电器JB/T3855-2008高压交流真空断路器注：由于标准在不断修订，上述标准中有的可能已不是最新有效版本。2本综述涉及到的部分术语和定义2.1电弧长度电弧中心线的长度。2.2电弧电压电弧两端间的电压降。2.3电弧零点电流波形上电流值为零的点。2.4弧后电流电弧电流过零后，在瞬态恢复电压作用期间，流经开关设备弧隙的电流。2.5电流截断(截流)电流在自然零点前，突然降至零的现象。2.6(电弧)电流零区电弧电流零点前后的一段时间。通常指电弧电压开始显著变化起，到弧后电流过零瞬间的时间。2.7半波(电流的)由两个连续的电流零点，所包含的电流波部分。2.8大半波两个相邻的电流零点间的时间间隔，比电流的对称交流分量的半周期长的半波。2.9小半波两个相邻的电流零点间的时间间隔，比电流的对称交流分量的半周期短的半波。2.10复燃开关在开断过程中，在电流过零且熄弧后，在1/4工频周期以内，触头间非剩余电流的电流重现。2.11重击穿开关在开断过程中，在电流过零且熄弧后，在1/4工频周期及以上的时间内，触头间非剩余电流的电流重2.12失步条件断路器两侧的两个电力系统之间，失去或缺乏同步的不正常回路条件。在该条件下，断路器操作瞬间，代表两侧电压的相量(旋转矢量)间的相位差超过了正常值，甚至可能达到180°(反相)。2.13失步(关合或开断)能力在规定的使用和性能条件下，在断路器两侧的电网间，失去或缺乏同步时的关合或开断能力。2.14中性点绝缘系统除了经阻抗极高的测量或保护装置接地之外，(电源)中性点不与地连接的系统。2.15单个电容器组一组并联的电容器，当其投入时，其涌流被电源系统的电感和正在充电的该电容器组的电容所限制，而且没有足够近的、会显著提高涌流的其他电容器组并联在系统中。2.16多个(并联)电容器组，背对北电容器组一组并联的电容器或电容器组合，当它的各个电容器单元独立地投入电源系统时，已经接入电源的电容器，会显著地增大将要投入的电容器单元的涌流和电动力。2.17操作顺序具有规定时间间隔和顺序的一连串操作。2.18不成功自动重合(闸)操作开关自动重合后，由于外界的原因，无任何有意延时，开关又立即自动分的操作顺序。2.19对称开断对不含直流分量，或直流分量的影响可以忽略的短路故障电流的开断。2.20非对称开断对直流分量的影响不可忽略的短路故障电流的开断。北京科锐北京科锐2.21预期峰值电流(开关设备的)电流瞬态过程起始后，出现的第一个大半波预期电流的峰值。2.22额定短路关合电流在额定电压以及规定使用和性能条件下，开关设备能保证正常关合的最大短路峰值电流。2.23关合电容器组涌流在规定条件下关合电容器组时，开关设备关合所产生的高频衰减电流，其峰值比电容器组工作电流大很多。2.24额定短路开断电流在规定条件下，断路器能保证正常开断的最大短路电2.25开断电流交流分量开断电流中的交流分量有效值。2.26开断电流直流分量开断电流中的直流分量与交流分量峰值之比，以百分数表示(见图1)。注：三相电力系统中，取三相中最高百分数。图1直流分量百分数及短路关合和开断电流的确定标准零线；DD′-任一时刻交流分量的有效值，由CC′测取；EE′一触头分离时刻(开始起弧);IMc-关合电流；IAC-在EE′时刻交流分量的峰值；IDc-在EE′时刻电流的直流分量；-在EE′时刻电流的交流分量有效值；-直流分量的百2.27临界(开断)电流小于额定短路开断电流的开断电流值。在该电流下，其燃弧时间最长，且比额定短路开断电流下的燃弧时间显著地加长。它假定是在试验方式T10、T30和T60中的任一最短燃弧时间，长于相邻试验方式的最短燃弧时间一个半波或更多的情况。注：此术语常用在自能灭弧(如油断路器)的开关设备，一般小于T10时，燃弧时间显著加长较难开断。真空开关属于外(他)能灭弧，经国内外多年试验研究，在各种开断试验方式中，没有明显的临界电流。2.28(空载线路的)线路充电开断能力在规定条件下，开断空载运行的架空线时的开断能力。2.29(空载电缆的)电缆充电开断能力在规定条件下，开断空载运行的绝缘电缆时的开断能力。2.30单个电容器组开断电流在规定条件下，开断单个电容器组时的开断电流。2.31背对背电容器组开断电流在规定条件下，当开关设备电源侧接有并联电容器组时，开断电容器组的开断电流。2.32恢复电压开断电流熄弧后，出现于开关设备一个极断口间的电压。该电压可以认为是连续的两段，起初是瞬态恢复电压，接着是工频恢复电压(见图2)。①-恢复电压；②-瞬态恢复电压；③-工频恢复电压2.33瞬态恢复电压(TRV)具有显著瞬态特性的恢复电压。注：该电压取决于回路和断路器特性，它可以是振荡的或非振荡的或两者的组合。在三相回路中，若无另外说明，该电压指首开极上的电压。2.34工频恢复电压瞬态电压现象消失后的恢复电压。注：本定义也适用于直流，其频率可以认为是零。2.35预期瞬态恢复电压(固有瞬态恢复电压)理想断路器开断，无直流分量的预期对称电流之后的瞬态恢复电压。注：①定义假定获取瞬态恢复电压的断路器，以理想断路器代替。即其零电流(即“自然”电流零点)瞬间，弧隙阻抗由零突变至无穷大；②对三相回路，定义还假定理想断路器中的开断仅发生在首开极上。2.36两参数法(额定瞬态恢复电压的)用瞬态恢复电压的峰值、峰值时间两个参数表示瞬态恢复电压的方法(见图3)。它一般适于近似衰减的单频振荡的恢复电压。两参数法用于额定电压126kV以下的三极中压断路器开断时的预期瞬态恢复电压。图3由两参数表示的TRV峰值(参考电压),kV;ta-2.37瞬态恢复电压上升率瞬态恢复电压与时间的比值。如2.36中：uc/t₃kV/μs。2.38振幅系数瞬态恢复电压的最大幅值与工频恢复电压的峰值之比。2.39(三相系统中的)首开极系数开断三相对称电流时，三相短路第一相开断后，其两端的工频电压与三极都开断后的一极或所有极的工频电压之比。2.40一极燃弧时间从一极中起弧瞬间，到该极中电弧最终熄天瞬间的时间2.41三极开关的燃弧时间从某极中首先起弧瞬间起，到各极均熄弧瞬间的时间间2.42开断时间从开断设备接到分闸指令起，到各极均熄弧的时间间隔。2.43(回路的)功率因数开关设备开合试验回路，假定是由电感和电阻串联组成的等效回路，在工频时，电阻与感抗的比值(不包括负荷的阻2.44非保持破坏性放电(NSDD)真空断路器在工频恢复电压阶段，触头间的破坏性放电，导致流过与断口临近的杂散电容相关的高频电流。注：经过一个或几个半波高频电流后，非保持破坏性放电就被断开。2.45直接试验(开断和关合能力的)一种短路试验方法(装置),其外施电压、电流、瞬态和工频恢复电压，全部取自一个单独的电源。如冲击发电机系统、网络试验装置和振荡回路。2.46合成试验用两个电源：低电压、大电流电源，和高电压、小电流2.47单相试验对开关设备的一极所进行的试验。2.48三相试验(整体试验)用三相电源对开关设备的三极所进行的试验。注：从使用的等价性、和试验的严酷性考虑，当试验条件具备时，三极开关设备优选三极直接试验。2.49保护断路器短路试验装置中，起后备保护作用的断路器。通常，限定在被试开关设备动作后，按规定时间分闸。一种不属于E2级断路器范畴内的、具有基本的电寿命的断路器。2.51E2级断路器一种断路器，在其预期使用寿命期间，主回路中开断用的零件不需维修，其他零件只需很少维修(具有延长的电寿命的断路器)。注1:很少维修是指润滑、补充气体(适用时)及清洁外注2:本定义仅适用于额定电压40.5kV及以下的配电断路2.52C1级断路器一种断路器，在规定的型式试验验证容性电流开断过程中，具有低的重击穿概率。2.53C2级断路器一种断路器，在规定的型式试验验证容性电流开断过程中，具有非常低的重击穿概率。2.54EO级接地开关适合于输、配电系统中使用的、且满足有关标准一般要2.55E1级接地开关具有短路关合能力的EO级接地开关。注：该级接地开关，能够在额定关合电流下，经受两次适合于35kV及以下的系统中使用的、具有延长的短路关合操作次数的、且需要最少维护的E1级接地开关。注：通过在额定关合电流下五次关合操作，来证明该级接地开关，可以降低维护要求，只需最少的维护，如润滑、补气(适用时)和清洁外表面。2.57隔离开关在分闸位置时，触头间有符合规定要求的绝缘距离和明显的断开标志；合位时，能承载正常电流和在规定时间内的异常(如短路)电流的开关设备。注：当回路电流“很小”时；或者当隔离开关每极的两接线端间的电压，在关合和开断前后无显著变化时，隔离开关具有关合和开断回路的能力。2.58E1级通用负荷开关适用于配电系统的正常连续馈电，且不需要进行频繁开合操作的通用负荷开关。2.59E2级通用负荷开关不需要对主回路的开断部件检查或维护，且在预期的使用寿命期间，其他零件仅需很少维护的通用负荷开关。注：很少维护可能包括润滑、更换气体和清洁外表面(适用时)。2.60E3级负荷开关具有频繁开合较大电流，和较高频率关合短路能力的通用负荷开关。2.61(负荷开关的)有功负载开断能力开断有功负载回路，该回路功率因数最少为0.75。其负载可用电阻和电抗并联表示。2.62(负荷开关的)闭环开断能力开断闭环配电线路，或开断两个并联电力变压器或多个并联电力变压器的能力。即负荷开关开断后，其两侧均带电，且其端子间的电压基本上小于系统电压。2.63负荷开关-熔断器组合电器一种组合电器，它包括一组三极负荷开关及配有撞击器的三只熔断器。任何一个撞击器的动作，会引起三极负荷开关三极全部自动分闸。2.64脱扣器操作的组合电器一种组合电器，它的负荷开关的自动分闸，是由过流脱扣或并联脱扣器触发的。2.65转移电流(撞击器操作)在撞击器操作下，开断职能由熔断器转移到负荷开关时的三相对称电流值。注：大于该值，三相电流仅由熔断器开断。稍小于该值，首先开断极的电流由熔断器开断，而后两相电流由负荷开关或者熔断器开断。这取决于熔断器的时间-电流特性偏差，以及熔断器触发的负荷开关的分闸2.66交接电流(脱扣器操作)两种过流保护装置的时间-电流特性交点的电流值。3本综述涉及到的基础知识和一些基本问题本综述中的三相电路系统，只讨论星形接线的电源(变压器或发电机)中性点不接地运行方式。3.1处于稳定、平衡正常工作状态(稳态)下的对称三相电路3.1.1有关图形(a)三相电路等值电路图(b)电压、电流矢量图(c)电压、电流波形图图4不接地对称三相电路的等值电路图与电压、电流矢量图和波形图3.1.2对电路中电压、电流的数理分析a)电压、电流的代数表达式(式1)北京科锐北京科锐i₆=Imsin(wt+α-φ。-120°)α-电源电势初始相角，即t=0时的相位角，也称合闸角；φ。-稳态电流与电源电势间的夹角，φ。b)在图4所示三相平衡电路里，三相电压(申循合成值恒为零的原则。即电路中任一节点(如某测量点)上的任何时刻，或任何时刻电路上的任何节点，其电压(电流)的代数或矢量和皆为零。即(式1)或(式2)的代数和为零；图4(b)矢量图中，用图解法得出的几何矢量和为零；或图4(c)波形图中，任一时刻tt′上电压(电流)值的瞬时值代数和为零。以上恒零原则，是由旋转发电机的固有特性决定的。c)根据平衡三相电路的上述“恒零”原则，电路中任何地方的三相电压、电流都是平衡的。若忽略线路电压降，在电路上任一点接上负载(平衡负载),接后也都是平衡的。图4(a)三相电路中，电压中性点(零点)N和负载中性点N′同电位，且均等于大地电位(即UNn,=0)。中性点对中线(若有时)的电压、电流均为零。3.2不对称三相电路中的一些常见实例3.2.1非全相运行[13的P187]a)电力系统会发生一相或两相断开的运行状态(如导线一相或两相断线；线路短路后，故障相熔断器熔断；或开关设备合闸时，三相不同步未同时接通)。这种情况称为非全相运行。电力系统非全相运行时，一般没有危险的大电流和高压产生，不会对系统造成大的危害。但负序电流的出现，对发电机的转子有危害，零序电流对通信线路有干扰。另外，负序和零序电流也可能引起某些继电保护装置的误动作。b)图5示-10kV三相系统，当A相熔断器熔断后，若配电线路变压器的低压侧(0.4kV)接有三相电动机，两般预装式变电站中的“欧式”箱变，装有负荷开关-熔断器组合电器，一相熔断器熔断后，高压侧的负荷开关就跳闸防止非全相运行；而“美式”箱变的负荷开关和熔断器之间没有联动，单相熔断器熔断后，需从低压侧进行非全相运行保护。3.2.2中性点不接地系统单相接地时的电压电流[13的P11]a)图6所示中性点不接地系统，若在A相的d点发生单相接地，则接地点流过另外两非故障相(B相和C相)的对地电容电流：Ia=1ba+Ica。该电流是容性的，其值不大，但易在接地点产生电弧。中性点电压U由正常时的Uɴ=0,变为U、=-U。因而，各相对地Uca=U。+Uɴ=U.-Ua。即非故障相B相和C相的相电压升高到线电压。b)电力系统中，单相接地的发生概率高达65%[13的P129]。但中性点不接地系统，单相接地电流只是网络中比较小的电容电流。此时，三相线电压也保持不变(若降压变压器二次侧电压为0.4kV,二次侧用户电压也不变)。所以，接地保护装置，不会使断路器跳闸，只给出信号(掉牌)。电力规程规定可继续运行1～2h,这就提高了供电的可靠性。但单相接地时，两非接地相对地电压升高为线电压，开关设备及系统对地绝缘水平应按线电压设计，电压高时就不经济。若绝缘裕度不够，也可形成相间短路，使事故扩大。接地点流过的电容电流，易出现电弧引起的谐振过电压。所以，必须尽快排查接地故障点。一般，若I≤5A,且为瞬时接地时，系统可迅速恢复正常；若Ia>5A,易产生电弧，采用中性点经消弧线圈(电感线圈)接地。上述情况，针对架空线路；对电缆线路，单相接地电流大，不允许接地运行，应停电检修。c)对用于检测单相接地点的故障指示器，可通过信号源将接地电流I放大，以提高寻趾的灵敏度。通常，通过零序电流互感器检测单相接地。系统正常时，三相平衡，流过零序电流互感器的电流为零。单相接地时，就出现零序电流。在真空负荷开关中，内置零序电流互感器和零序电压鉴相器，再加上方向性SOG控制装置，就可构成方向性责任分界真空负荷开关。就可以对界内、界外的单相接地或短路进行选择性保护。3.2.3异相接地故障[12的P139]在中性点不接地三相系统中，相同时分别在1、2处接地，断路器SP的A相中流过异相接地故障电流。A相开断、电弧熄灭后断口间的(U为A相电压，三相大小相等),为相电压的1.73倍。中性点不接地系统首开极系数K₁=1.5,三相短路图7异相接地故障电路图首开极断口工频恢复电压为1.5UA,是异相接地时的86.7%×100%)。图7中，三相短路故障时，短路电流为。异相接地时短路电流为,是三相短路额定短路开断电流的0.87倍。注：异相接地故障电流经地流动。GB3906-2006的5.3中开关柜的接地回路(接地母排),是与开关柜的接地外壳并联的，但电阻比外壳小。开关柜主回路异相接地时，电流实际上从接地母排上流过。接地母排的短时耐受电流就是主回路的异相接地电流(但持续时间可为2S)。3.3开关设备的操作与电路内的过渡过程[10的P262]a)电力系统中的各种设备，在进行电路分析时，都可以,这些参数有些是集中的，有些是分布的。电阻是一个耗能参数(交流电压电流同相位),电容和电感都是储能参数。电容储藏电场能(交流电流超前电压90电度),其两端的电压不能突变；电感储藏磁场能(交流电流滞后电压90°电度),其中的电流不能突变。能量的突变意味着功率无限,这是不可能的。b)开关设备总是安装在电路中，开关设备操作(合闸或分闸)时，总是伴随着电路的接通、分断或倒闸改接，引起电路参数的变化，及电路稳定状态的改变。电路从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态，这个过程就是过渡过程。从物理观点来看，出现过渡过程的原因是：在电路不同的稳定状态中，与电路有关的磁场和电场能量是不同的，而场的能量变化总是连续的，即状态的变化必须经过一定的时间才能完成，能量不能突变，状态变化不会瞬时完成。只有略去某段电路的磁场时，才能认为它的电流能够突变；只有略去某段电路的电场时，才能认为电压能够突变。c)对于给定参数的电路，显然，具有储能参数(C、L),是电路出现过渡现象的必须条件。在电路改变前后的瞬时，储能参数内对应两种稳定状态下的能量即时值不等，才是出现过渡过程的必要充分条件。d)过渡过程全部完成所需的时间，理论上说是无限长久的。但是，一种稳定状态常只需经过很暂短的时间，几秒钟或远不到一秒，便很接近另一种稳定状态了。因此，实际上的过渡时间，常是暂实际的过渡时间虽短，但过渡过程的研究却有很重大的意义。因在暂短的过渡时间中，电路内某些部分的电流或电压可能大于它稳定状态的好多倍。即出现所谓过电流或过电压现象，可能损坏电路中的某些元器件。f)如，开关设备合闸产生冲击电流与电压相角的关系，分断时的瞬态恢复电压(TRV),截流过电压……等等都涉及到过渡过程(双能量转换或单能量过渡)。制定开关设备标准时，许多内容的理论基础都涉及到电路的过渡过程。3.4电力系统短路类型及发生概率[13的P129,16的P7,17表1短路类型及其发生概率豆路类型示意图示意图发生概率三相短路两相短路车车两相短路接地a)电力系统在正常运行时，除中性点专门接地(如有时)外，相与相之间或相地之间都是绝缘的。b)短路指，电力系统正常运行以外的，相与相之间或相与地之之间发生的短接。在三相系统中，简单的短路故障共有四种类型。各类型及统计发生的概率c)其中，三相短路时，三相回路仍然是对称的，故称对称短路；其他三种短路均使三相回路不对称，故称为不对称的短路。d)虽然三相短路很少发生，但后果较严重，必然给以足够的重视。三相出线端短路开断与关合试验简称开断与关合试验，是开关设备基本的短路试验。3.5中性点不接地系统三相短路故障开断时的工频恢复电压[12的P133]a)图8示中性点不接地系统(只考虑感抗XL,而忽略电阻)发生了三相短路，A相短路电流为：(UA为A相电压，认为三相相同)。b)三相短路电流不同时过零，三相电流也不会同时熄灭。假定断路器SP(试品)触头分开后，A相短路电流首先过零，也先熄弧。此时，B、C两相形成两相短路，串联起来，流经Bc)由图8知，A极断路器触头间的工频恢复电压为：UAN=UAB+UBN'(式3)而代入(式3)得：(式4)由此可见，A相开断时，断口间的工频恢复电压为相压的1.5倍，即首开极系数(首相开断系数)为d)A相熄弧后，B、C两相的短路电流IBc经过5ms(50Hz的90°电角度)也同时过零。电源电压UBc(线电压)将加在B、C两极的触头间。如果电压均匀分配，B、C两极触头(断口)间的工频恢复电压为：(式5)可见，B、C两相开断时，断口间工频恢复电压只有相电压的0.866倍，比A极工频恢复电压低42%。e)综上分析，断路器开断三相短路时，首开极工频恢复电压高，而且承担考核预期瞬态恢复电压的任务[12的P139],开距也较小；后两极工频恢复电压低,短路电流也小，而且是双断口串联，容易熄弧。开断三相短路故障的困难和关键在首开极，若首开极能顺利熄弧，一般后两极均能顺利熄弧，但燃弧时间长5ms,触头烧损可能比首极要严重些。若延长5ms,两后开极电流过零仍不能熄弧，需再延长10ms到下一个零点才熄弧。把这种现象叫“滑相”。若断路器电寿命试验中出现滑相，说明后开极熄弧能力太差，是熄弧恶化的信号，是下一次将要出现开断失败的先兆，必须停下来检查处理。根据经验，若三极真空断路器中，有一极的灭弧室有问题，三相也能开断。只是问题灭弧室不能充当首开极，需串在后开极中,被另一只完好灭弧室开断(断口有可能像异相接地一样承受线电压。)f)三相短路故障开断时的工频恢复电压、短路电流的变化曲线见图9。北京科锐北京科锐t起孤時刻t图9三相短路故障开断时的电压、电流变化曲线3.6针对短路关合与开断，真空断路器合、分闸速度的合理设计[18]3.6.1关于合闸速度a)断路器做机械寿命试验时的合闸是空载操作(冷态);短路关合(如运行时关合到预伏短路上)时是负载操作(热态),一般，触头间有预击穿，产生电动斥力和触头电磨损。但在预击穿前，触头间仍是冷态的(有电压无电流)。对真空断口，冷态下的击穿电压是很高的。由于关合时，施加在触头间低。根据试验研究，真空断路器关合产生预击穿时的仅是额定相电压),比开断时的恢复电压低。根据试验研究，真空断路器关合产生预击穿时的触头开距很小。对铜铬触头材料，12kV时在1mm以内，40.5kV时在2-3mm以内。况且，合闸时无油缓冲是加速运动，刚合速度总是大于平均速度，预击穿持续时间是很暂短的。根据笔者经验，真空断路器全程(全开距)平均合闸速度，对12kV,以(0.4~宜。过大的合闸速度，对断路器产生巨大的合闸冲击，合闸弹跳也会加长，实有害而无利。注：考虑短路关合对开断的影响，断路器短路关合能力按“co”(合分)进行。b)由于真空断路器为对接式触头，超程段触簧压力大，断路器负载特性较陡。有的设计，如采用具有下降输出特性的弹簧操动机构时，为保证在下限出力下断路器能可靠合闸，往往一味提高合闸速度(如12kV时，将平均合闸速度提高到1.5m/s左右),借助动能冲上去，实属不良设计。正确的作法应是是，借助变比，减小合闸超程段断路器作用(归算)到操动机构上的负载力，以降低负载特性的陡度；同时，抬高操动机构合闸后期的出力特性，使负载特性与机构输出特性匹配，才是良策。3.6.2关于分闸速度a)前面已分析过，断路器开断中性点不接地系统三相短路时，最困难的是首开极。若首开极的燃弧时间为tg,则后开两极的燃弧时间(等于三极开关的总燃弧时间)为tg+5ms(见图9)。若断路器触头分开后，首开极完不成首开任务(如开距过小时),则经过3.3ms(假定分不同期为零),首开极就自动转接到下一个最临近的电流零点极上了(将使首开极燃弧时间增长3.3ms)。b)对于既定真空灭弧室，首开极的最小熄弧触头开距是确定的，是其基本参数，是首开极熄弧的充要条件。而首开极燃弧时间tg,与初分速度(由断路器提供)有关，是个导出参数。对已知断路器，提高初分速度是缩短燃弧时间的关键。至于后开两极,工况较轻，首极开断后，即使分速再慢，经过5ms的运动，开距总大于首开极，熄弧应不成问题,没有必要要求过高的分闸速度。c)以铜铬触头材料、纵磁触头结构、正常真空度的真空灭弧室为例，其首开极最小触头开距，12kV时燃弧时间tg=3ms,总燃弧时间为8ms。当技术条件规定0-6mm的平均分速为1.2m/s时，则对应时间为5ms,即两后开极是在开距达到6mm后，再过3ms才熄弧的。若动触头在6mm开距时开始分闸缓冲，则后两极是在分速降低时熄弧的(当然，分速下降有个时延)。过去要求，电弧应在70%开距内熄弧，在70%开距后缓冲，*即在动触头高速运动中熄弧。若来，实际上两后开极是在6.3mm开距之后熄弧的，规定0-6mm分速，对后开极熄弧有多大意义，值得思考。对油断路器，灭弧室有纵、横吹弧道，分闸时，动触头必须在高速运动中才能熄弧。若在分闸位置因油质劣化断口击穿就会爆炸。而真空断口不同，若分闸位置因毛刺闪络，毛刺烧掉后就自行恢复。曾遇到过一台12kV真空断路器，作“合分”时,触头熔焊，而因分闸不同期拉开的一极在不到注*:真空开关研发早期，12kV开距取12mm,分闸时6mm开距加上分闸油缓冲，所以只测0-6mm开距的平均分速。后来，不管何时加油缓冲，均测0-6mm开距的平均分速。d)对当今用的纵磁触头结构，其工作原理就是能降低电弧电压Ug,当电弧电流i。一定时，降低电弧能量。所以，电弧长度不宜太长，对触头开距和分速要求也较低。在这种情况下，两后开极分速低，对分断更有利。e)分闸过程，触头开距的不同阶段，承担着不同的任务：在首极熄弧开距时，首极熄弧；在70%～80%开距内，后两极熄弧，承担动态恢复电压；在全开距内，承受断口绝缘试验电压(电压最高，但在冷态下)。对不同任务配不同的分速。f)结论性定义对铜铬、纵磁真空断路器，应改善其分闸特性：1)理想的分速应是先快后慢；2)断路器技术条件中，增加刚分速度的要求。原来12kV0～6mm开距分速，40.5kV0～12mm开距分速仅作参考；3)真空灭弧室应提供首开极最小触头开距；4)提高刚分速度的方法：加大超程阶段触簧作的功；合闸时利用四连杆的死区原理；采用双波纹管真空灭弧室，使初分速度V。>0;合理利用回路电动3.7交流电弧的伏安特性及熄灭方式[12的P106、116,15的3.7.1交流电弧的伏安特性电弧是电阻性质的。交流电弧的伏安特性如图10所示。其特性为负特性，即电弧电流增大，电弧电阻减小，电弧电压下降。因此，交流电弧的伏安特性呈马鞍形。影响伏安特性的因素有电弧长度、电极材料和介质的种类等。由于电流交变及弧柱热惯性的影响，在同一电流下，在电流上升和下降阶段的电弧电压有一定的差别，电流上升阶段的电弧电压总比下降阶段的高。图10交流电弧的伏安特性ig-电弧电流；ug-电弧电压；u₁一燃弧尖峰；u₂-熄弧尖峰3.7.2交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭有以下三种方式：a)强迫熄弧(限流):在工频电流起始上升阶段，由于电弧电压ug很高(相当电弧电阻很大),电源电压不足以维持电弧的燃烧，电弧电流很快被减小到零而熄灭，如图11所示。这种灭弧方式，在预期短路电流达到峰值之前就被熄灭了，具有限流作用。限流熔断器,及低压塑壳限流断路器开断短路故障即属于这种情况。这种灭弧方式与直流电弧熄灭相同，在感性元件时将出现过电压。CREATL图11交流电弧强迫熄灭时的电流波形b)截流开断：工频电流(自然)过零之前，在外界因素干扰下，电弧燃烧不稳定，导致电弧电流瞬时降到零，电弧熄灭，如图12所示。当开关的灭弧能力强，被开断电流又不大时，可能出现这种截流现象。如真空开关开断小电流时，可能截流。如为小电感电流，可能出现截流空开关的截流值都很小，不成为使用中的障碍了。注：截流一般发生在电流下降阶段,截流值以瞬时值表示。图12交流电流截流时的c)(自然)过零熄弧1)在大多数开关设备中，电弧电压远低于电源电压,电源电压足以维持电弧燃烧，不会发生强迫熄弧，电流较大时，也不会出现截流，而是在电流零点时熄灭的。交流电弧电流每半个周波过零一次，50Hz时，每秒有100次零值。在过零前，电源输入弧隙的功率(能量)急剧下降，过零时，输入功率为零，弧隙温度迅速降低，是交流电弧熄灭最有利的时刻。在某次电流过零后，电弧熄灭,触头间不复燃，电路被开断。2)电流过零后，弧隙同时出现两个恢复过程：断口介质强度恢复；电源恢复电压上升。若前都大于后者，则电弧最终熄灭，电路开断；反之，弧隙被击穿，电弧复燃，等待下一次电流过零。3)在开断大电流时，介质强度的恢复过程，包括热击穿和电击穿两个阶段(1)热击穿阶段：电弧电流过零之初，弧隙介质温度仍很高，热游离使弧隙有一定的电导，恢复电压加在弧隙上，弧隙流过弧后电流。一方面，电源通过弧后电流给弧隙提供能量；另一方面，弧隙又将能量传给周围介质。若提供能量大于传击能量，弧隙温度将不断上升，导致击穿，称为热击穿。防止热击穿阶段复燃的基本措施，是加强冷却，增加消游离，即提高开关装置的熄弧能力。(2)电击穿阶段：是在上述开断大电流的热击穿阶段之后继续发生的，或在开断小电流时，电弧电流之后立即发生的。由于弧隙温度已降低到3000K~4000K以下，热游离已基本停止，弧隙转变为介质。在此恢复中，如发生复燃，则与气体介质击穿过程相似，称为电击穿。防止电击穿的主要措施，是提高弧隙介质强度增长速度。如建立足够的触头开距及提高断口耐受恢复电压的能力。4)过零熄弧开断时的电流波形见图13,ig电弧电流零区电弧熄灭阶段图13过零熄弧开断时的电流、电压波形3.8中压真空断路器的基本短路试验方式与预期瞬态恢复电压的关系[3的P60、表12,12的P129、P139、P145]表2用两参数表示的额定电压12kV～40.5kV预期瞬态恢复电压的标准值(摘自GB1984-2003的表12)额定电压试验方式首开极振幅系数TRV峰伍能手间上升率ue/tskxus40.5a)中压真空断路器短路开断的所有试验方式的预期TRV,均用两参数表示(波形见图3)。其瞬态恢复电压上升率为u./t₃,u。取决于断路器的额定电压u,t₃与固器在电网中安装的位置及电网中主要元件(如发电机、变压器等)的电感、电容与电阻值。b)从灭弧角度来看，在开断短路故障时，瞬态恢复电压具有决定性的意义，是分析研究的重点。通常，提到的恢复电压往往就是指瞬态恢复电压。注：通常只计算首开极的瞬态恢复电压。c)中压真空短路器，在进行短路开断能力和电寿命试验时，厂家为使电寿命后断口间的状态检查电压容易通过(是电寿命试验是否合格的判据之一),开断试验往往按T60→T100s→T100a(若有时)→T30→T10的程序安排。认为T30、T10开断试验容易通过，且对触头表面有电抛光作用。但从表2中各试验方式下的的电弧能量确实小些，但瞬态恢复电压的上升率u./t₃并不比T60、T100低。好在真空断路器没有明显的临界电流。所以，从表2分析，通常采用的上述真空断路器开断能力和电寿命试验各方式试验程序，可能并不一定是最佳的选择。3.9用于自动重合闸方式的额定电压40.5kV及以下的E2级真空断路器电寿命常用试验方法比较这些年来，开关行业上，常将这类真空断路器的电寿命(称为延长的电寿命),和这类断路器的短路关合和开断能力(按基本短路试验方式验证，相当E1级断路器的基本电寿命)两项试验合并在一台断路器上进行，中间不进行修整。其具体操作顺序、次数见表3。表3用于自动重合闸方式的额定电压40.5kV及以下的E2级真空断路器电寿命+短路关合和开断能力试验常用操作顺序(修改采用JB/T3855-2008的表1)试验电流(额定短路开断电流的百分操作顺序操作顺序次数序列10610610221对称的(T100s)2106103(若有时)累计含“0”的次数(序列4只统计100%的)/次以31.5kA为例，累计开断电流千安数/kA注1:序列1是优选的。序列4是序列1的替代方式，目地是为了减少试验次注2:断路器的短路关合和开断能力单独试验时，按以下基本短路试验方式进行：T10、T30、T60、T100s按额定操作顺序“0-0.3s-c0-180s-c0”各进行一次，T100a(若有时)则进行3次单分(长、中、短注3:表3设计的操作顺序和次数，是将断路器的短路关合和开断能力试验和电寿命试验合并在同一台试品上进行的。若有T100a时，则序列4标有“a”的数字减去3。序列1的T100s中无“0”,无法扣除,是否试品修整后，另作T100a,还是不修整，多次一次T100a,由试验站与厂家协商解决。a)表3中序列1,是IEC标准新规定的，更符合电网实际运行工况，累计开断电流千安数大于序列4。但试验次数多、时间长、试验费用也昂贵。试验次数一多,出现异常情况的概率一定时，次数就会增加。目前，已有厂家这样试验。b)表3中序列4,是我国的开关行业惯用作法。目前，大多数厂家还在这么试验。c)电弧电流越大，触头电磨损越大。序列1中，100%的开断次数只有6次，而序列4最多达50次。从电磨损角度看，两者是否等价，有待分析研究。3.10额定短路开断电流的直流分量(非周期分量、自由分量)的确定及分析[3的P18、图9、附录I,12的P34,a)由辅助动力脱扣的断路器，短路开断时直流分量的百分数(%dc),是基于时间间隔(Top+Tr)和时间常数t,从图14查出来的(也有计算公式)。其中,Top是断路器首先分闸极的最短分闸时间，T是额定频率的一个半波时间(50Hz时为10ms),是继电响应时间。T是时间常数，与断路器额定电压、线路的X/R比值等因素有关。标准时间常数t₁=45ms,足以覆盖大多数工况；还有特殊工况下的时间常数，其值与断路器额定电压相关，如40.5kV及以下时T₄=120ms。某些特殊工况下，如靠近发电机的断路器，可能要求更高的值。注：直流分量的计算公式：b)过大的直流分量，使短路电流不对称。大、小半波的时间和电流值有较大的差异。断路器触头分离时,遇到大半波电弧能量大，但电流过零时触头开距也大；遇到小半波时电弧能量小，但过零时触头开距也小。GB1984-2003规定，如果直流分量不超过20%,额定短路开断电流仅由交流分量有效值表征，即不考虑直流分量的影响，只作T100s(对称开断);若大于20%时，还要作T100a(非对称开断),要考虑直流分量的影响。c)直流分量产生的原因，是为使短路前后的过渡过程瞬间电流不突变。直流分量起始值的大小，与系统短路时(试验时即合闸开关合闸时)电源电压的相位、及短路初始回路的工作电流值有关。在电压峰值处关合，产生一个对称的短路电流及最长的预击穿电弧；在电压零点关合，无预击穿，但产生一个完整的非对称电流，短路电流的非周期分量最大，短路电流的峰值也最高。不管直流分量的起始值有多大，都将按时间常数衰减到零。短路关合试验时,为获得预期峰值电流，要选择合闸相角(选相合d)短时的直流分量产生短路冲击电流。额定峰值耐受电流(Ip)等于额定短时耐受电流(I)的2.5倍。2.5=1.8√2,把“1.8”称为冲击系数(Km)。KM等于冲击电流值与周期分量电流的比值，KM=1～2。当短路发生在发电机或大容量电动机附近时，e)图14中的时间常数，仅对三相故障电流有效。时间Top是三极断路器首分闸极的最短分闸时间。这个时间是所有工况(空载或负载)下的实测最短值，而不是技术条件规定而没有验证过的最短值。举个例14,T₁=45ms曲线上查得的直流分量为50%多。直流分量等于20%的Top≈60ms。注：GB1984-2003的3.7.133定义的分闸时间，是从分闸脱口器带电时刻到所有各极弧触头均分离的时间间隔，而不是首开极。若分闸不同期性大于零，则定义的分闸时间大于Top。从短路电流起始时刻的时间间隔/ms图14对于标准时间常数z₁和特殊工况的时间常数T2,T₃以及t4,直流分量的百分数与时间3.11负荷开关-熔断器(配有撞击器)组合电器转移电流及其确定方法[7]a)转移电流(撞击器操作)定义见2.65。转移电流取决于熔断器触发的负荷开关分闸时间(To),和熔断器的时间-电流特性的分散性(偏差，熔化时间之差为△T)。在转移点附近，三相故障条件下，最快的熔体熔化成为首开极，其撞击器开始使负荷开关分闸，其余两极承受减小的电流(87%),它或者被负荷开关开断，或都被剩下的熔断器开断。转移点，指负荷开关分开和(第二只)熔体熔化同时出现的时刻。b)组合器的额定转移电流(Itransfet),是组合电器中的负荷开关能够开断的最大转移电流有效值。对给定组合电器的转移电流，一般应小于其额定转移电流。c)给定组合电器的转移电流，按图15确定。图中给出所选熔断器的可能最小时间-电流特性，和最大时间-电流特性(由熔断器厂家提供)。时间T在最小特性上，是在三相故障电流I₁下首先动作的熔断器的熔化时间。时间T₂是第二动作的熔断器的熔化时间，其值要短于最大时间-电流特性上两相电流0.87I₁对应的时间(这是由于第二个动作的熔断器已经过了Tm₁的三相电流I₁)。熔化时间之差为△T,转移点出现在△T等于熔断器触发的负荷开关分闸时间T。。当熔断器触发的负荷开关分闸时间处在0.05s～0.3s之间(实践中通常用的值)时，则可用如下简化方法确定转移电流：转移点发生在熔断器触发的负荷开关分闸时间时。则转移电流可以确定为：熔断器的最小时间-电流特性上，弧前时间等于0.9T。时的电流值。可能最大的時向一电流特性可能最小的時向-电流特性I图15转移电流的实际确定To-熔断器触发的负荷开关分闸时间；I₁-实际转移电流(一般小于额定转移电流)d)因变压器二次端子直接短路，引起一次侧故障时，具有较高的TRV值，组合电器中的负荷开关不能开断这种故障。必须选择合适的熔断器单独将此故障消除，而不能将开断职能转移给负荷开关。即要确保组合电器的转移电流小于下面(式6)表示的一次故障电流(Isc):(式6)Ir-变压器的一次侧额定电流；Z-变压器的短路阻抗百分比。4本综述涉及到的中压开关设备的开断和关合型式试验鉴于目前开关设备的开断和关合能力还不能用计算机仿真计算，仍要靠试验。开断与关合试验的目的，是考核试品在规定条件下，开断与关合各种电路的能力，检验样机的结构设计、使用材料、制造工艺及选配的操动机构等方面的正确性。什么情况下进行型式试验，按GB/T11022-2011的6.1.1规定。4.1断路器类产品[3,8]以有自动重合闸能力、40.5kV及以下的E2级真空断路器为例讨论。4.1.1型式试验项目a)强制性的：短路电流关合和开断试验，电缆充电电流开合试验；b)适用时强制的：电寿命试验，异相接地故障试验，线路充电电流开合试验，单个电容器组开合试验，背对背电容器组开合试验，失步关合和开断试验，并联电抗器和电动机的开合试验(IEC61233)。4.1.2试验装置和试验方法优选三极(整体)直接试验(冲击发电机系统或网络试验装置)。以电科院开关所试验站为例，开断及关合试验接线原理如图16所示。图16开断及关合能力试验接线原理2211-保护断路器；T-变压器；201-保护断路器；L-限流电抗器；211-合闸断路器；CT-磁位计；Ro-调频电阻；Co-调频电容；R-电阻分压器；C-电容分压器；SP-被试品4.1.3对试品的要求a)型式试验试品，应与将要正式生产产品的图样和技术条件相符。试前，试品是新的和清洁的，操动机构为最低条件(如最低操作电压),用于绝缘的气体(如有时)为最低功能压力。注：真空断路器的触头开距，及合、分闸速度等，调到技术条件规定的下限值。b)短路关合和开断试验，和主回路绝缘、短时耐受电流和峰值耐受电流试验，应在同一台试品上完成。对于自动重合闸方式的E2级真空断路器的电寿命试验，允许用一台新品进行。c)短路关合和开断试验后，试品应符合GB1984-2003的6.102.9规定的状态。如仍能正常操作，承载、关合和开断其额定电流。对真空断路器断口，进行状态检查的耐压试验(强制性的)应合4.1.4出线端短路开断和关合试验a)试验回路功率因数Cosφ≤0.15,频率为额定频率b)短路关合能力在试验方式T100s中验证。三极断路器三极试验时，三极外施电压的平均值不得低于额定相电压值(未经制造厂同意，不得超过该值的10%)。额定短路关合电流(峰值),对于额定频率为50Hz、时间常数为标准值(45ms)时,等于额定短路开断电流交流分量有效值的2.5倍(对特殊情况下为2.7倍，但与断路器的额定频率无关)[3的P23]。c)短路开断电流，在触头分离瞬间测量。开断电流用交流分量有效值和直流分量百分数表征(见2.26)。各相开断电流交流分量有效值的平均值，应不小于额定值，其偏差不得超过10%。短路开断电流的直流分量由图14确定。短路电流过零后，瞬态恢复电压(只在首开极测量)的波形与实际回路条件和开关特性有关。本综述范围内的开关设备的瞬态恢复电压用两参数表示，其波形见图3,其预期瞬态恢复电压参数值见表2。工频恢复电压，是各相(极)电弧均熄灭，瞬态恢复电压(TRV)消失后，作用在断路器断口上的工频稳定电压有效值，它应不小于额定值的95%,并应至少维持0.3s。对于三极断路器进行单极试验时(三极操作，单极通电),其工频恢复电压应等于额定相电压与首开极系数(1.5)的乘积。e)操作顺序，为用于快速自动重合闸的额定操作顺序f)出线端短路的试验方式，由基本短路试验方式T10、1)试验方式T10、T30、T60、T100s在额定操作顺序下完成。在规定的瞬态和工频恢复电压下，分别开断10%,30%,60%,100%的额定短路开断电流。直流分量均小于或等于20%。试验方式T100s中的关合试验 (两个“CO”)和开断试验也可以分开进行(因要求的直流分量不同)。2)T100a在规定的直流分量、恢复电压下，开断100%额定短路电流时，进行三个单分操作(长、中、短燃弧时间)。4.1.5用于自动重合闸方式的额定电压40.5kV及以下E2级真空断路器的电寿命试验可按表3中的序列4或序列1,和短路开断和关合能力试验合并进行。4.1.6临界电流试验真空断路器无明显的临界电流，此项试验免作。4.1.7异相接地故障试验按3.2.3进行。在87%额定短路电流、断口工频恢复电压为额定电压(线电压)时，进行一个额定操作顺序。三极操作，单极试验，瞬态恢复电压满足GB1984-2003的表15。4.1.8关于替代操动机构的问题[3的P49]a)已通过一系列完整的短路关合、开断试验的真空断路器，若要变更操动机构(或只改变安装方式或位置)时，要试验验证以原操动机构的参考的机械行程特性为基准，替代操动机构在分闸和合闸过程中，获得的机械行程特性(从触头分离瞬间或触头接触瞬间，分别到触头行程终止),应落在原机构基准特性的两条包络线内。对断路器或更小时(中压真空断路器满足此条件),两条包络线距初始点的距离应为±2,见图17。b)若替代操动机构能满足上述“a)”的条件，则配用替代机构后，只进行一次T100s开断试验操作，且不强调试验电压值，不考虑TRV,但应在最长燃弧时间试验。若替代机构不满足上述“a)”条件，则断路器配替代机构后，要进行一系列短路试注：“b)”只是从短路开断和关合能力上考虑问题。若从整个型式试验项目考虑，机构替代后，还应进行机械寿命、动稳定和短路关合能力试触头分离图18以参考曲线为中心具有上下包括线的参考机械行4.1.9容性电流开合试验a)GB1984-2003规定容性电流开合试验项目及试验方1)线路充电电流，试验方式1:LC1,试验方式2:LC2;2)电缆充电电流，试验方式1:CC1,试验方式2:CC2;3)电容器组(单个的，背靠背的)电流，试验方式40.5kV及下断路器，做开合电缆充电电流试验是强制b)产品分级及试验方法：开合容性电流过程中，要求不产生危及系统及设备绝缘的过电压。容性电流开合试验时，允许出现复燃(不产生过电压)。根据断路器击穿性能，将其分成以下二级：1)C1级：容性电流开合试验中，具有低的重击穿概率。要求单相和三相容性电流(线路充电、电缆充电和电容器组)开合试验，试验方式1(LC1、CC1、BC1)进行24个“0”(单分),试验方式2(LC2、CC2、BC2)进行24次“CO”(合分)。2)C2级：容性电流开合试验中，具有非常低的重击穿概率。要求在预备性试验T60(验证断路器的开断能力)后进行。试验要求如下：(1)三相线路充电和电缆充电电流开合试验，试验方式1(LC1、CC1)24个“0”,试验方式2(LC2、(2)单相线路充电和电缆充电电流开合试验，试验方式1(LC1、CC1)48个“0”,试验方式2(LC2、CC2)24个“0”和24个“CO”;(3)三相电容器组(单个或背对背)电流开合试验，试验方式1(BC1)24个“0”,试验方式2(BC2)80个“CO”;(4)单相电容器组(单个或背对背)电流开合试验，试验方式1(BC1)48个“0”,试验方式2c)C1级和C2级断路器开合容性电流试验方式及其试验条件见表4。表4容性电流开合试验方式及试验条件(摘自GB1984-203的表17、表18)试验方式脱口器的操作电压操作和开断用的压力试验电流为额定容性开断电流的百分比(%)操作型式或操作顺序最高电压C1级额定压力0C2级最低功能压力最高电压C1级额定压力C2级额定压力注：脱扣器取最高操作电压，是为了试验时，便于稳定地控d)额定容性开合电流的优选值，见表5。表5额定容性开合电流的优选值(摘自GB1984-2003的表5)线路电缆单个电容器组背对背电容器组额定电压(有效值)开断电流A(有效值)额定电缆充电开断电流A(有效值)额定单个电容器组开断电流A(有效值)额定背对背电容器组开断电流A(有效值)器组关合涌流kA(峰值)涌流的频率注1:选择本表中给出的数值，是出于标准化的目的。注2:如果做了背对背电容器组开合试验，就不要求进行单个电容器组开合试验。注3:对于实际工况，涌流可按照GB1984-2003的附录H计算。4.2负荷开关类产品[6]3.6kV～40.5kV高压交流负荷开关，有通用负荷开关、专用负荷开关、特殊用途负荷开关等。这里，以通用负荷开关为例进行介绍。4.2.1型式试验项目(强制性的)a)试验方式1:额定有功负载开断电流(I₁),等于负荷开关的额定电流(Ir),功率因数COSφ≥0.75,试验按“合-分”(CO)操作顺序进行；b)试验方式2a:额定配电线路闭环开断电流(I₂a),等于额定电流(Ir),操作顺序按“CO”进行；c)试验方式4a:额定电缆充电开断电流(I₄a),开断空载电缆，试验电流值见表6,操作顺序按“CO”;d)试验方式4b:额定线路充电开断电流(I₄b),开断空载架空线路，试验电流值见表6,操作顺序按“CO”;e)试验方式5:额定短路关合电流(Ima),等于额定峰值耐受电流(Ip)。由设备安装地点短路电流确定，一般等于该处所配断路器的额定短路关合电流。在额定电压下关合(次数见表7),短路电流持续时间到少为0.2s。该试验应在至少经过10次试验方式1的100%有功负载“合-分”的试品上进行；f)试验方式6a:额定接地故障开断电流(I₆a)。中性点绝缘系统中，负荷开关负载侧的空载电缆或架空线存在接地故障时，在额定电压下，开断故障相。额定值的标准数从GB/T762规定的R10系列中选取。对于U₁=12kV,西高院给出的计算值为5A,电科院试验值为30A。按“CO”操作顺序进行；g)试验方式6b:接地故障条件下，额定电缆充电开断电流(I₆b)。中性点绝缘系统中，负荷开关的电源侧发生接地故障时，在额定电压下，切除空载电缆健全相。电流值为本节“c)”值的√3倍,操作顺序按“CO”;h)试验方式6b:接地故障条件，额定线路充电开断电流(I₆b)。中性点绝缘系统中，负荷开关电源侧发生接地故障时，在额定电压下，切除空载架空线路健全相。电流值为本节“d)”值的√3倍，操作顺序按“CO”。注：各试验在额定频率下进行，偏差±10%。各试验中的TRV,均为首开极的值，按GB3804-2004的有关规定。表6通用负荷开关的额定电缆和线路充电开断电额定电压额定电缆充电电流A额定线路充电电流A14.2.2试验方式、参数及次数见表7。表7通用负荷开关的试验方式-三极联动的、逐级操作的和单极负荷开关三相试验的试验方式(取自GB3804-2004的表5)试验方式试验电压0试验电流0操作循环(顺序)次数代号型式(类型)E1级E2级E3级1有功负载电流配电线路闭环电流电缆充电电流U线路充电电流U5短路关合电流UI2次关合操作3次关合操作5次关合操作接地故障电流U接地故障条件下的线路和电缆充电电流注：表中，除代号5外，操作顺序均为“合一分”(CO)。分闸应紧跟合闸操作，两次操作间的时延应足够瞬态电流4.2.3试验回路主接线4.2.4对试品的要求a)在装配完整的负荷开关上进行。用于绝缘或/和开断的气体，应调到最低功能压力，电动操动机构用最低操作电压，触头调到最低速度。人力操动机构试验时，可用等效的遥控或动力操作替代。b)试验方式1到4,以及适用时的试验方式6,应在同一台试品上进行。试验过程中，试品负荷开关不应c)试验过程中，试品负荷开关应成功地通过试验，不出现机械或电气的损伤。对于不是“非常低的重击穿概率”的试品，开合容性电流时，允许出现重击穿，但不应产生异常危害。对于真空负荷开关，在整个试验过程中，最多允许出现3次非保持破坏性放电(NSDD),但再出现工频电流是不允许的。d)完成试验方式1到6的负荷开关，其机械和绝缘状态应和试前相同。承载额定电流温升不超过规定值。对触头间的绝缘，特别是具有密封、又不能拆开的灭弧室的负荷开关，必须进行状态检查电压试验。4.2.5举例则其开断和关合试验为：a)试验方式1:“合-分”有功负载开断电流：12kV,630A,30次；12kV,31.5Ab)试验方式2a:“合-分”配电线路额定闭环开断电c)试验方式4a:“合-分”额定电缆充电开断电流：12kV,10A,10次；12kV,(2-4)A,10次。d)试验方式4b:“合-分”额定线路充电开断电流：e)试验方式5:关合额定短路关合电流：12kV,50kA(峰值),3次。试验在试验方式1,630A,10次试验后的试品上进行。f)试验方式6a:“合-分”额定接地故障开断电流：g)试验方式6b:“合-分”接地故障条件下额定电缆充电开断电流：4.3高压交流负荷开关—熔断器组合电器类产品[7,6,1]这类组合电器，负荷开关的分闸方式，有熔断器撞击器操作的，和脱扣器(过流或并联脱扣器)操作的两种。本综述以常用的撞击器操作的组合电器为例进行介绍。4.3.1关于关合和开断的型式试验项目a)关合和开断试验，共有以下四个方式：1)TDIsc(试验方式1):额定短路电流的关合和开断(试验方式2):最大I²t时的关合和开断试验；3)TDItransfer(试验方式3):额定转移电流的开断试验；4)TDIt(试验方式4):额定交接电流的开断试验；注：题外话，动热稳定，对串熔断器类组合电器不适b)试验方式2的试验目的，在于用近似于对负荷开关产生最大I²t(焦耳积分)的预期电流，来验证组合电器的性能。试验方式4仅针对脱扣器操作的组合电器。开关行业内，试验用的最多的是，试验方式1和试验方式3。本综述仅介绍这两种试验的试验程序。4.3.2试验程序a)试验方式11)本试验方式，是为验证负荷开关能够承受和关合熔断器的截止电流(允通电流)而无损伤。且在该电流下，撞击器能使负荷开关分闸。2)试验在装有三相熔断器(特定形式的熔断器)的组合电器上进行。回路的预期电流(是限流熔断器的额定值)等于组合电器的额定短路开断电流，偏差+5₀%。试验频率50Hz±8%,试验回路功率因数为0.07～0.15(滞后),试验电压为额定电压(U₁),断口间，短路关合前的外施电压及开断后的工频恢复电压均为U/√3(额定相电压),电弧熄灭后，工频恢复电压至少维持0.3S。预期瞬态恢复电压按GB16926-2009有关规定。3)在试验回路中，进行一个单分(0)和一个“合分”注：在短路开断和短路关合时，短路电流出现后，在限流熔断器限流作用下，交流电弧被强迫熄灭。短路电流在第一个半波上升仅几毫秒就开始下降，达不到预期短路电流峰值。(见图11)。1)该试验的目的，在于验证开断职能由熔断器转移到负荷开关时，负荷开关与熔断器的正确配合。2)在三相回路(见图19)中，进行三次开断试验(三个“0”)。三次试验中，安装熔断器的极不同，其余两极，用两根阻抗可忽略不计的导电棒，替代两极3)试验回路包括三相电源和负载回路。负载回路是一个400A,0.2-0.3(滞后);Itransfer≤400A,0.3-0.4(滞后)。首开极由熔断器开断，开断电流值为额定转移电流(Itransfer),后两相电流由负荷开关(或熔断器)开断，开断电流为0.87Itransfer。工频恢复电压等于组合电器的额定相电压。负载侧的预期瞬态恢复电压仅指首开极(即装有熔断器的一极),其值见表8。注：试验证明，真空负荷开关有较大的转移电流开断能力(一般，12kV,达4000A以上)。其他灭弧方式的负荷开关，开断转移电流(如12kV为1700A时)都不那么表8试验方式3预期TRV的标准值(摘自GB16926-2009的表2)额定电压时间上升率UVVMS0.1670.23640.5图19试验方式3试验回路的布置(为优选的接地点)4.3.3对试品的要求a)交付型式试验的组合电器试品，应是新的、干净的、装有特定型式的熔断器。如采用电动机构，采用最低操作电压。如是人力操作，可以用能实现远方操作的装置替代(如用绝缘绳拉)。b)应在同一台组合电器上，进行全部试验方式的试验(见4.3.1a))。各试验方式之间，可以对组合电器进行检查，但不得检修(更换熔断器除外)。操作过程中，组合电器不应出现任何损坏或危及操作者的迹象。试验中，不论熔断器动作与否，都应更换所有的c)试验后，组合电器的机械功能和绝缘子应和试前相同;不需修整，则可承受额定工频耐压；更换熔断器后,应能连续承载其额定电流。对于组合电器中，终身密封、且不可拆开的灭弧室(如真空灭弧室，焊接密封的SF₆负荷开关),对其断口进行状态检查电压试验是强制性的。4.4接地开关类产品[4,6]包括单个接地开关，和组合在三工位隔离开关、三工位接地开关无开断问题(指12kV～40.5kV时),无长期载流问题。本综述要讨论的问题，就是短路关合问题(动、热稳定另外讨论)。有关规定，在GB1985-2004《高压交流隔离开关和接地开关》中。a)本综述“2”中，将接地开关按额定短路关合能力(即接地开关电寿命的额定值，电寿命等级缩写“Er”)有两次，E2级有五次(适合于35kV及以下的系统中使b)接地开关的额定短路关合电流，等于其额定峰值耐受电流(Ip)。如果接地开关和隔离开关组合成一体(如三工位),接地开关的峰值耐受电流至少应等于隔离开关的额定值。短路关合的外施电压为其额定c)短路关合能力试验，参照本综述4.2.1e)试验方式5的程序(即GB3804-2004的8.101.10)进行。对E1级d)接地开关关合短路电流时的性能及试后的状况1)试验操作时，接地开关应无过度损坏的迹象又不危及操作者。可能损害其绝缘水平的火焰或金属微粒，不应喷射到制造厂规定的界限以外。2)完成规定试验操作之后，接地开关的机械部件和绝缘子应几乎和试前相同，仅是短路关合性能可能降如有怀疑，可按GB/T11022-2011的6.2.12进行状态检查电压试验。允许触头轻微地熔焊，但对动力操动机构，用额定电压能够操作；对人力操动机构，用GB1985-2004的5.105(人力操作需要的最大力)规定值的120%能够操作。4.5开关柜(交流金属封闭开关设备和控制设备)类产品[5]4.5.1关合和开断能力型式试验试品的确定a)这类产品是一种成套装置。分别将不同的一次元件(如断路器、隔离开关、接地开关、负荷开关、负荷开关-熔断器组合电器、接触器、电流互感器、电压互感器、避雷器等)和二次元件(如监控、继电保护等),按不同主接线方案，通过连接线、支撑件等装在主母线室、主开关室、电缆室、仪表室，组成不同的开关柜。开关柜主接线方案有几十种，经常使用的也多达十几种。b)由于开关柜元件的类型、额定参数和它们的组合具有多样性，实际上不可能对开关柜的所有方案都进行型式试验。实际的做法是，型式试验只能在典型功能单元(所谓“典型方案”)上进行。确定的典型方案，应在所有型式试验项目上(不仅是关合和开断),具有代表性和可比性；在严酷程度上是偏严的，以使试验有覆盖性。任何一种其他布置方案的性能，都可用典型方案的可比布置方案的试验数据来验证。以固定式断路器出线柜为例，开关行业习惯选择的典型方案是，主回路有断路器、上、下隔离、接地开关和电流互感器(试验时，二次短接接地按常规处理)等。注：其他型式试验项目，也都在典型方案上试验。试品应装配完整(有的厂家不装二次，仪表室是空北京科锐北京科锐4.5.2关合和开断能力的验证(简化试验)a)由于开关柜不同的布置和设计，在电场分布、回路电动力、散热性能、机械传动、及电弧生成物的排出(当有时)等方面，可能不同。因而对开关装置的影响b)如果典型方案中的开关装置(指一次的),已按各自的技术条件和标准在柜外通过了关合和开断试验；或是在其他开关柜中通过了该试验，而又不能证明其试验条件更严酷时，则这些开关装置用于新柜时，应按下属试验方式进行关合和开断能力的验证性试验(实际上是简化试验):1)GB1984-2003的试验方式T100s、T100a和临界电流试验(如有时)。有时，还试异相接地故障(见本综述的4.1.4和4.1.7);级短路关合操作(见本综述的4.4c));3)GB3804-2004的试验方式1,10次“CO”操作。根据E1级、E2级或E3级，进行试验方式5(见本综4)GB16926-2009的试验方式TDisc(试验方式1)、(试验方式2)和TDItransfer(试验方式3)(见本综述4.3.1a));证(GB/T14808-2001《高压交流接触器和基于接触器的电动机启动器》)。4.5.3有关下述情况下的试验问题a)若开关装置元件和开关柜都是新产品，则装在一起组成典型方案柜，按开关装置和开关柜各自的标准进行全套型式试验。最后，开关装置和开关柜均获得各自的型式试验报告(即一次试验，两份报告)。b)若开关装置是本企业的老产品(有鉴定证书),开关柜是新的，则按4.5.2进行简化试验。c)若开关柜是本企业的老产品，开关装置是新的，则按开关装置的标准，进行全部型式试验。最后获得两份d)若本企业的老开关柜要更换操动机构(如弹簧机构换成永磁机构),则试验按本综述4.1.8要求进行。e)开关装置配柜试验过程中，若有些试验项目，因种种原因，中途移出柜外做(工况变了),严格讲是不允许的。除非能够证明在柜外作更严酷。注1:这里，4.5.3中涉及的试验，均指关合、开断方面的注2:关于简化试验办法，高压开关行业曾有文件规定(见《高压开关设备标准汇编第五册》)。4.6重合器、分段器类产品a)这两种产品，是上世纪80年代由美国引进的产品，主要用于35kV及以下系统的配网自动化。这两种产品，在保护上都有自具功能和记忆功能(自成一体),配合使用，能自动分析、判断、隔离故障线路。如图20示线路，重合器装在电源侧，分段器装在负载侧。图20重合器、分段器的配合应用当分段器所在支路的负载侧K点发生永久性故障时，重合器(电流型的)重合3次后，即判断出其负载侧存在永久性故障，合闸闭锁不再重合。而处于合闸状态的分段器，感受到三次短路电流冲击后，就自动分闸，将故障支路从系统上隔离，再使重合器合闸复位，不影响完好线路的供电。b)从开关功能上分析，重合器可分断短路电流，归属于断路器；分段器能承载和关合短路电流，但不能分短路电流，应属负荷开关。可用这两类产品分别分析、研究它们的关合和开断问题。所不同的是，通常，具有快速自动重合闸功能的断路器，只能重合一次(加上3min后的抢送，最多算二次),而重合器具有3次重合功能，而且，第一次的无电流间隔时间短于0.3S,合、分的严酷程度大大增加。目前，重合器产品主要是12kV真空重合器，分段器产品是多油和SF₆分段器。c)北京科锐的CHZ13-15.5/D630-20型永磁真空自动重合器，Ur=15.5kV,Ir=630A,在额定短路开断电流Isc=20kA时，完成操作顺序“0-0.2S-CO-2S-CO-2S-CO-闭锁”后断口耐压，工频50kV,冲击高达110kV。该产品参考美国标准ANSI/IEEEc37.60于2010.9.20～2011.2在验站，按IEC62271-111/IEEEc37.60通过了全部型式5本综述额定电压范围之外还应关注和了解一些问题5.1近区故障[3,12,16]a)在架空线上，离断路器出线端较短距离(通常为零点几至几公里)处的短路故障称为近区故障。b)此时，短路电流比出线端短路电流小，但瞬态恢复电压起始部分的上升率很高，电弧难以熄灭。使开断条件比基本短路方式更为苛刻。c)对于额定电压72.5kV及以上、额定短路开断电流大于12.5kA、且直接与架空线连接的三极断路器，要求具有开断额定近区故障的能力。GB1984-2003将近区故障试验列为适用时的强制型式试验项目。d)近区故障试验回路是单相的。试验方式分L90、L7