高压断路器上课讲义_理化生_高中教育_教育专区。第七章 高压开关电器 第一节 高压断路器 第二节 隔离开关 第三节 接地开关 第四节 负荷开关 第五节 重合器与分段器 第一节 高压断路器 ? 功能： – 通断正常负荷电流 – 自动跳闸，切除短
第七章 高压开关电器 第一节 高压断路器 第二节 隔离开关 第三节 接地开关 第四节 负荷开关 第五节 重合器与分段器 第一节 高压断路器 ? 功能： – 通断正常负荷电流 – 自动跳闸，切除短路故障。 ? 结构特点： – 有完善灭弧装置 – 无明显可见的断开间隙 符号： QF 一般与高压隔离开关配合 一起使用，按系统要求完 成各自不同的功能 1、高压断路器的定义 额定电压为3kV及以上，能够关合、承载和开 断运行状态的正常电流，并能在规定时间内关合、 承载和开断规定的异常电流（如短路电流、过负 荷电流）的开关电器称为高压断路器。 2、高压断路器的作用和功能 ? 1）高压断路器具有两方面的作用： （1）控制作用 根据电网运行要求，将一部 分电气设备及线路投入或退出运行状态、 转为备用或检修状态 。 （2）保护作用 在电气设备或线路发生故障 时，通过继电保护装置及自动装置使断路 器动作，将故障部分从电网中迅速切除， 防止事故扩大，保证电网的无故障部分得 以正常运行。 2）高压断路器具有以下功能 （1）导电 在正常的闭合状态时应为良好的导体，不仅对正常的电流， 而且对规定的短路电流也应能承受其发热和电动力的作用，保持可靠 地接通状态。 （2）绝缘 相与相之间、相对地之间及断口之间具有良好的绝缘性能， 能长期耐受最高工作电压，短时耐受大气过电压及操作过电压。 （3）开断 在闭合状态的任何时刻，应能在不发生危险过电压的条件下， 在尽可能短的时间内安全地开断规定的短路电流。 （4）关合 在开断状态的任何时刻，应能在断路器触头不发生熔焊的条 件下，在短时间内安全地闭合规定的短路电流。 3、高压断路器的基本类型 ? 高压断路器按灭弧介质分类主要有 ? （1）油断路器 ? （2）压缩空气断路器 ? （3）线、高压断路器的技术参数 ? （1）额定电压（kV） ? （2）额定电流（A） ? （3）额定开断电流（kA） ? （4）额定关合电流（kA） ? （5）额定热稳定电流（kA） ? （6）额定动稳定电流（kA） ? （7）合闸时间（s） ? （8）分闸时间（s） （1）额定电压（kV） ? 保证断路器长时间正常运行能承受的工作 电压（线电压）。 ? 额定电压不仅决定了断路器的绝缘水平， 而且决定了断路器的总体尺寸和灭弧条件。 ? 我国采用的额定电压等级：3、6、10、35、 60、110、220、330、500、750、1000kV 等。 （2）额定电流（A） ? 断路器在规定的基准环境温度下，允许长 期通过的最大工作电流（有效值）。 ? 我国采用的额定电流有：200、400、630、 1000、1250、1600、2000、2500、3150、 4000、5000、6300、8000、10000、 12500、16000、20000A等。 （3）额定短路开断电流（kA） ? 在额定电压下，断路器能可靠开断的最大 短路电流有效值。 ? 额定短路开断电流表明断路器开断电路的 能力。 ? 我国规定的额定开断电流为：1.6、3.15、 6.3、8、10、12.5、16、20、25、31.5、 40、50、63、80、100kA等。 （4）额定关合电流（kA） ? 在额定电压下，断路器能可靠闭合的最大 短路电流峰值。 （5）额定热稳定电流（kA） 断路器在规定时间（通常为4s）内允许通 过的最大短路电流有效值，又称额定短时 耐受电流。表明断路器承受短路电流热效 应的能力。其值等于额定短路开断电流。 （6）额定动稳定电流（kA） ? 断路器在闭合状态下，允许通过的最大短 路电流峰值，又称极限通过电流。表明断 路器在冲击短路电流的作用下，承受电动 力效应的能力，它决定于导体和绝缘等部 件的机械强度。大小等于额定关合电流， 并且等于额定短时耐受电流的2.55倍。 最严重情况时短路全电流的波形曲线）合闸时间（s） ? 断路器从接到合闸命令起到断路器触头刚 接触时所经过的时间间隔。 （8）分闸时间（s） ? 通常指全分闸时间（tt）：是断路器从接到分闸 命令起到断路器触头开断至三相电弧完全熄灭时 所经过的时间间隔。包括： 固有分闸时间（t1）：断路器接到分闸命令起 到灭弧触头刚分离时所经过的时间； 灭弧时间（t2）：触头分离到各相电弧完全熄 灭所经过的时间； 分闸时间一般为0.06～0.12S，小于0.06S的断 路器，称为快速断路器。 断路器开断电路时的各个时间 ? t0－继电保护动作时间；t2—燃弧时间； ? t1－固有分闸时间；tt－全分闸时间 高压断路器的型号含义 产品名称；S—少油断路器，D—多油补断充路特器性，：LC—－六手氟车式， 化硫（SF6）断路器，Z—真空断路器G－，改K—进压型缩，空W气－防污 断路器，Q—自产气断路器，C—磁型吹，断Q路－器防震型 额定开断电 流（kA） 123 45 67 路安器型装例，，地如设W点－；：计户NZ序－外N户号型2内8为设－计21序8额2，号作定/1电最电2压5压高0）（－工（或2k作额最5V定高），电电工表压流示1（2A户k）V内，式额线.多油断路器 ? 多油断路器的触头和灭弧系统放置在由 钢板焊接成的装有大量绝缘油的油箱中， 其绝缘油既是灭弧介质，又是主要的绝缘 介质，承受不同的导体之间及导体与地之 间的绝缘。 如DW8－35型断路器 多油断路器 ? 优点：多油断路器通常每相采用两个断口，可 靠性较高；油箱内可以安装套管式电流互感器， 配套性好；结构简单，运行维护易于掌握；对气 候适应性较强，而且价格低廉。 ? 缺点：用油量多，消耗金属材料多，体积庞大， 维修工作量大。相对而言，其分、合闸速度低， 动作时间长，开断电流小。 ? 用途：一般用于偏远的、经济落后的地点。 2.少油断路器 ? 少油断路器的触头和灭弧系统放置在装有少量绝缘油的 绝缘筒中，其绝缘油主要作为灭弧介质，只承受触头断开 时断口之间的绝缘，不作为主要的绝缘介质。少油断路器 中不同相的导电部分之间及导体与地之间是利用空气、陶 瓷和有机绝缘材料来实现绝缘。 ? 优点：油量少，体积小，重量轻，运输、安装、维修方 便。结构简单，产品系列化强。主要技术参数比多油断路 器好，动作快，可靠性高。价格优势很明显，适用于要求 不高的场合。 ? 种类：按安装地点分为户内式和户外式两种。 （1）SN10－10系列户内少油断路器 ? SNl0－10系列少油断路器基本结构相似，均由 框架、传动系统和箱体三部分组成。 SNl0-10I断路器结构图 1－排气孔盖；2-注油螺栓；3 －回油阀；4-上帽装配； 5-上 接线-弹簧片；10-绝缘 套筒； 11-上压环；12-绝缘环；13-触 指；14-弧触指；15-灭弧室装 配； 16-下压环；17-绝缘筒装配； 18-下接线-基座装配；23-油缓冲器； 24-放油螺栓；25-合闸缓冲器； 26-轴承座；27-主轴；28-分 闸限位器； 29-绝缘拉杆；30-支持绝缘子； 31-分闸弹簧；32－框架装配 SN10－10系列户内少油断路器 ? 框架上装有：分闸弹簧31、支持绝缘子 30、分闸限位器28和合闸缓冲器25。 ? 传动系统：包括转轴27和绝缘拉杆29。 ? 箱体中部装有：灭弧室，采用纵横吹和 机械油吹联合作用的灭弧装置，通常为三 级横吹，一级纵吹。 SN10－10系列户内少油断路器 ? 导电回路：电流由上接线，从下接 线引出。 ? 当断路器分、合闸时，操动机构通过主 轴、绝缘拉杆和基座内的变直机构，使导 电杆上下运动，实现断路器的分、合闸。 （2）SW6－110系列户外少油断路器 ? SW6系列断路器结构如图所示。断路器各断口单元均为 标准结构，每柱由底架、支柱瓷套、中间传动机构和两个 断口组成，呈“Y”型布置。SW6－110型每相为一柱两个 断口。 少油断路器的优缺点 ? 优点:结构简单、耗材少、体积小、重量 轻、便于生产、性能稳定、运行检修方便 和价格便宜。 ? 缺点：主要是不适宜频繁操作。 少油断路器的运行维护 ? 油断路器正常运行时应检查：油色、油 位是否正常，本体各充油部位不应有渗漏； 瓷套管应清洁，无破损裂纹、放电痕迹； 各连接头接触良好，无发热松动；绝缘拉 杆及拉杆绝缘子完好无缺；分、合闸机构 指示正确；操动机构箱盖关闭严密；分合 闸线圈无焦臭味，二次线部分无受潮、锈 蚀现象。 9.4 真空断路器 真空断路器的原理与结构 线一波纹管 5一与外壳封接的 金属 法兰盘 6一波纹管屏蔽罩 7一 绝缘外壳 在触头刚分离时，由于真空中没有可被游离的气体，只有高电场发射和热电发 射使触头间产生真空电弧。电弧的温度很高，使金属触头表面产生金属蒸气，由 于触头的圆盘状设计使真空电弧在主触头表面快速移动，其金属离子在屏蔽罩内 壁上凝聚，以致电弧在自然过零后极短的时间内，触头间隙又恢复了原有的高真 空度。因此，电弧暂时熄灭，触头间的介质强度迅速恢复；电流过零后，外加电 压虽然很快恢复，但触头间隙不会再被击穿，真空电弧在电流第一次过零时就能 完全熄灭。 真空断路器的特点 ? 优点： ? 1．真空灭弧室内触头间隙小，整机体积小，对操动机构功率要求较小， 重量轻。 ? 2．操作时噪声小，不会污染周围环境。 ? 3．开断能力强，开断电流大，熄弧时间短，开断次数多，使用寿命长， 可达20年。 ? 4．电弧开断后，介质强度恢复迅速快，适合于频繁操作，具有多次重合 闸功能。 ? 5．介质不会老化，也不需要更换，维护工作量小，仅为少油断路器的 1/20左右。 ? 6．使用安全，无火灾和爆炸的危险，能适用于各种不同的场合，特别是 危险场所。 ? 7．触头部分为完全密封结构，不受外界的影响，工作可靠，通断性能稳 定。 ? 8．灭弧室作为独立的元件，安装调试简单、方便。 真空断路器的特点 ? 缺点： ? 1．开断感性负载或容性负载时，由于截流、振荡、重燃等原因， 容易引起过电压。 ? 2．真空断路器的触头采用对接式结构，操动机构使用弹簧，容易 产生合闸弹跳与分闸反弹。 ? 合闸弹跳会产生较高的过电压，影响电网的稳定运行，还会使触头 烧损，甚至熔焊，特别在投入电容器组产生涌流时及短路关合的情况 下更加严重。 ? 分闸反弹会减小弧后触头间距，导致弧后的重击穿，后果十分严重。 ? 3.对密封工艺、制造工艺要求很高，价格较高。 真空断路器的运行维护 ? 真空断路器的绝缘子、绝缘杆及灭弧室外壳应 经常保持清洁；操动机构和其他传动部分应保持 有干净的润滑油，动作灵活；对变形、磨损严重 的零部件应及时更换；定期检查紧固件，防止松 动、断裂和脱落。定期检查真空灭弧室的真空度， 有异常现象应立即更换；检查触头的开距及超行 程，小于规定值时，必须按要求进行调整；检查 真空灭弧室动导电杆在合、分过程中有无阻滞现 象，断路器在储能状态时限位是否可靠；检查辅 助开关、中间继电器及微动开关的触头接触是否 正常，其烧灼部分应整修或调换，辅助开关的触 头超行程应保持合格范围。 9.5 六氟化硫断路器 363kV及550kV瓷柱式高压SF6断 路器外观图 363kV及550kV罐式高压SF6断路器 外形图 ? 优点： ? 1．开断短路电流大，一般能达到40～50kA以上，最高可以达到80kA。 ? 2．载流量大（额定电流可达12000A），触头的烧损小，电气寿命长。 ? 3．SF6气体介质强度恢复速度快，开断近区故障的性能好，开断电容电 流时不产生重燃，通常不加并联电阻就能够可靠地切断各种故障而不产生过 电压，可降低设备的绝缘水平。 ? 4．SF6断路器的采用全密封结构，减少了设备事故的可能性，使用安全， 运行可靠性高。 ? 5．SF6断路器没有爆炸和火灾的危险。噪声低、无污染、无公害，安全 性较高。 ? 6．SF6断路器结构设计紧凑，体积减小，能大幅度地减小占地面积。 ? 7．安装调试简单方便，施工周期较短，220kV的SF6断路器只需2～3小时 就可装好。 ? 8．检修周期长，日常维护工作量极小，年运行费用大为降低。 ? 缺点： ? 1．制造工艺要求高，制造成本高，价格昂贵。 ? 2．SF6气体处理和管理工艺复杂，要有完备的气体回收、分析测试设备， 工艺要求高。 SF6断路器在运行中的检查 ? 运行中除了按断路器的一般检查项目进行检查外还应特 别注意检查气体压力是否保持在额定范围，发现压力下降 即表明有漏气现象，应及时查出泄漏部位并进行消除。严 格防止潮气进入断路器内部。 ? 工作人员进入现场，尤其是进入地下室、电缆沟等低洼 场所工作时，必须进行通风换气，并检测空气中氧气的浓 度。只有当氧气的浓度大于18％时，才能开始工作。由于 SF6气体比空气重，因而会在地势低凹处沉积。当空气中 SF6气体密度超过一定量时，可使人窒息。从安全角度出 发，一般空气中SF6气体的浓度不应超过100ppm。 9.6 断路器的操动机构 ? 操动机构：指独立于断路器本体以外的 对断路器进行操作的机械操动装置。其主 要任务是将其他形式的能量转换成机械能， 使断路器准确地进行分、合闸操作。 操动机构的种类 ? 1．电磁操动机构 ? 2．弹簧操动机构 ? 3．液压操动机构 ? 4．气动操动机构 1．电磁操动机构 ? 靠直流螺管电磁铁产生的电磁力进行合闸， 以储能弹簧分闸的机构。用于110kV及以下 的断路器。有逐步被其他较先进机构取代 的趋势。 2．弹簧操动机构 ? 以储能弹簧为动力对断路器进行分、合闸 操作的机构。适用于220kV及以下电压等级 的断路器。 3．液压操动机构 ? 以气体储能，以高压油推动活塞进行分、 合闸操作的机构。适用于110kV及以上电压 等级的断路器，特别是超高压断路器。 4．气动操动机构 ? 以压缩空气推动活塞进行分、合闸操作的 机构，或者仅以压缩空气进行单一的分、 合操作，而以储能弹簧进行对应的合、分 操作的机构。适用于220kV及以下电压等级 的断路器，特别适宜于压缩空气断路器或 有空压设备的地方。 操动机构的型号 1:操动机构用汉语拼音首位字母C表示； 2:操动方式。的汉话拼音首位字母：S—手动，D－电 磁，J－电动机，T－弹簧，Q－气动，Y－液压，Z－重 锤； 3:设计系列顺序号（1，2，3……）； 4:其他标志，如G－改进型，X－操动机构带箱子； 5:特征数字。一般电磁、液压、弹簧、手动等机构以 其能保证的最大合闸力矩为特征数字；气动机构以其活塞 直径（mm）为特征数字。 例如：CD2为电磁式操动机构，设计序号为2；CY3为 液压操动机构，设计序号为3。 DW10-10型多油断路器 (柱上油开关) SNl0-10少油断路器 用于户外10kV电网负荷操作，作 为分、合负荷电流过载及短路故障 保护。三相共箱，每相有一个简单 的开断器.操作机构装置在箱盖前端 于断路器本体连成一体。 SNl0-10型断路器可配用手动操动机 构、电磁操动机构或弹簧操动机构。 电磁操动机构或弹簧操动机构内部都 有跳闸和合闸线圈，通过断路器的传 动机构使断路器动作，可以手动，远 距离跳、合闸。 真空断路器 线型真空断路器 优点：触头开距短（10kV级只有 10mm左右）、体积小、重量轻、电 磨损少、寿命长；开断能力强、性能 稳定、动作快；结构简单、无污染、 可靠性高、无爆炸、低噪音，最适用 于频繁操作。 缺点：灭弧室工艺及材料要求高；开 断电流及断口电压不能做得很高 高压线可供工矿企业、发电厂、变 电站中作为电器设备的保护和控制之用， 特别适用于要求无油化、少检修及频繁 操作的使用场所，产品可配置在中置柜、 双层柜、固定柜中作为控制和保护高压 电气设备用。 ZW6-12 六氟化硫（SF6）断路器 SF6气体特点： 一种无色、无味、无毒且不易燃的惰 性气体； 150 ℃以下时，化学性能相当稳定； 不含碳元素(C)，这对于灭弧和绝缘介 质来说，是极为优越的特性 ； 不含氧元素(O)，因此它不存在触头氧 化的问题； 具有优良的电绝缘性能。 优点：断流能力强，灭弧速度快，电绝缘性能好，检修周期长，适用于需频繁操作 及有易燃易爆炸危险的场所。 但是，SF6断路器的要求加工精度高，密封性能要求严，价格相对昂贵。由于在电 弧高温作用下会产生氟化氢等有强烈腐蚀作用的有毒物质，检修时应注意防毒。目 前主要应用在需频繁操作及有易燃易爆危险的场所以及超高压电力系统中。 六氟化硫（SF6）断路器 LW3-12 主要用于中小型变电站10kV侧出口 断路器或主开关，也适用于单台 10kV高压开关设备的控制和保护 LW8A-40.5
