断路器原理和种类 张雷 2017年1月19日 一、断路器的原理 断路器作用 在正常运行时倒换运行方式，将设备或线路接入电网 或退出，起控制作用。 在设备或线路故障时，迅速切除故障回路，保证无故 障部分正常运行，起保护作用。 特点：能断开电路中负荷电流和短路电流 主要内容 （1）电弧的形成与熄灭 （2）交流电弧的特点、熄灭条件 （3）熄灭交流电弧的基本方法 （4）断路器的种类和型号 1、电弧的形成与熄灭 (1)电弧产生的条件：电源电压大于10~20V，电流大于80~100mA， 动静触头分离瞬间，触头间产生电弧。 触头分开后，电路中有电流，电弧导电，电弧中有大量自由 电子。 (2)电弧的危害 ?电弧的温度很高，可达5000～7000度以上，常超过金属的汽化 点，可能烧坏开关电器的金属触头。 ?烧坏开关电器的绝缘。如，烧坏瓷绝缘的表面，或者使有机绝 缘材料炭化，以致失去绝缘性能。 ?若电弧长时间不熄灭，不仅烧坏开关电器，而且造成系统事故， 威胁电力系统安全运行。 (3) 电弧产生的物理过程 电弧的产生和维持是触头间中性质点（分子和原子）被游离 的结果。游离就是中性质点转化为带电质点。 游离的过程有四种形式： ? 热电子发射 热运动 触头分离最初瞬间，阴极表面发射电子 ? 强电场发射 电场力 弧隙间最初产生电子的主要原因 ? 碰撞游离 电场力 带电粒子撞中性粒子 电弧的形成 ? 热游离 热运动 中性粒子撞中性粒子 维持电弧燃烧 (4) 去游离的形式 ? ? 复合去游离 正负粒子中和 降低电子速度措施： 拉长电弧（降低电场力）； 加快电弧的冷却（降低热运动）； 加大气体介质的压力（碰撞阻止电子运动） 气体介质吸附电子能力强（增大电子质量） 扩散去游离 带电粒子从电弧内部逸出 浓度扩散 ； 温度扩散 ； 措施：用高速冷气吹弧 2、交流电弧的特点 过零自然熄灭 动态伏安特性 燃弧电压 熄弧电压 电弧的热惯性 ----交流电弧温度的变化滞后于电流的变化。 ? 3、交流电弧的熄灭条件 U d (t ) ? U r (t ) 弧隙介质强度- 电弧电流过零电弧熄灭时，弧隙绝缘 能力的恢复过程，用耐受电压Ud(t)表示。 --由灭弧装置的结构和灭弧介质的性质决定 ? 弧隙电源电压- 电弧电流自然过零后，电源施加于弧 隙的电压的恢复过程，用恢复电压Ur(t)表示。 -与线路参数、负荷性质等有关 ? Ud Ur1 Ur2 近阴极效应: 在电流过零瞬间，介质强度突然升高 4、高压断路器熄灭交流电弧 的基本方法 (1)利用灭弧介质：介质特性决定去游离程度，传热能力、介电 强度、热游温度和热容量。 空气 1 油（氢） 7.5 SF6 100 线)采用特殊金属材料作灭弧触头：铜钨和银钨合金 熔点高、导热系数和热容量大的金属，减少热电子发射。 (3)利用气体或油吹动电弧 ：扩散和冷却 空气：2.3MPa SF6: 0.3~0.6MPa 纵吹、横吹、环吹 (4)采用强有力的分闸机构，提高触头分离速度，拉长电弧 (5)采用多断口熄弧 ：在相等的触头行程下，拉长电弧 缺点：各断口电压分布不相等 措施：各断口加并联电容 均 压 电 容 U1 U2 U CQ C0 CQ U1 ? U CQ ? C0 2CQ ? C0 C C U2 ? U CQ 2CQ ? C0 C CQ , C0 U1 = U2 U CQ CQ C0 二、断路器的种类和型号 1、断路器的种类 ? 按灭弧介质和灭弧方式分为： SF6 真空 多油、少油 压缩空气 ? 操动机构：断路器进行合闸、分闸操作，并保持在合闸 状态，这些任务全靠操动机构完成。包括： 气动机构、弹簧机构、液压机构 手动机构、电磁机构、 断路器实物图1：220kV SF6 两断口 液压机构 SF6压力表 机构箱 断路器实物图2：220kV SF6 单断口 弹簧机构 弹簧储能 指示 断路器 分合位 置指示 SF6 压 力 表 断路器实物图3：220kV 少油 4断口 液压机构 断路器 分合位 置指示 油压力表 油位计 2、断路器的型号 额定开断电流（KA） 额定电流（KA） 其他标志 额定电压（KV） 设计序号 安装场所 产品名称 产品名称：S—少油断路器，Z—真空断路器，D—多油断路器， L—SF6断路器 安装场所：N—户内型，W—户外型 其他标志：G—改进型；I、II、III 断流能力代号；Q—防震型；C—手车式 举例：SN10-10I 、SW2-110I、ZN10/1250、LW2-220 思考与学习 ? ? ? ? 1.高压断路器有哪些功能？由哪些部分组成？按灭弧介 质有哪些种类？ 2.交流电弧电流有何特点？熄灭交流电弧的条件是什么？ 3.什么叫介质强度恢复过程？什么叫电压恢复过程？它 们与哪些因素有关？ 4.高压断路器熄弧的主要措施。采用两个及以上断口有 何利弊，如何解决？
