开关电器原理与应用 _电力/水利_工程科技_专业资料。真空开关 开关电器总体介绍 华润电力（常熟）有限公司 发电运行部专题讲座 概述 开关电器主要用来闭合与开断正常电路和故障电路或用来隔 离高压电源的。根据开关电器在电路中担负的任务，可以分 为下
真空开关 开关电器总体介绍 华润电力（常熟）有限公司 发电运行部专题讲座 概述 开关电器主要用来闭合与开断正常电路和故障电路或用来隔 离高压电源的。根据开关电器在电路中担负的任务，可以分 为下列几类: 1. 仅用来在正常工作情况下，断开或闭合正常工作电流的 开关电器，如高压负荷开关、低压闸刀开关、接触器、磁力 启动器等。 2. 仅用来断开故障情况下的过负荷电流或短路电流的开关 电器，如高、低压熔断器。 3. 既用来断开或闭合正常工作，也用来断开或闭合过负荷 电流或短路电流的开关电器，如高压断路器、低压自动空气 断路器等。 4. 不要求断开或闭合电流，只用来在检修时隔离电压的开 关电器，如隔离开关等。 高压断路器的分类 高压断路器是电力系统中担负任务最繁重、地位最重要、结 构也最复杂的开关电器。对断路器的基本要求是：在各种情 况下应具有足够的开断能力、尽可能短的动作时间和高度的 工作的可靠性。断路器最重要的任务就是熄灭电弧，所以， 各种断路器都有不同结构的灭弧装置，它在很大程度上影响 断路器的性能。根据断路器所采用的灭弧介质及作用原理， 断路器可分为下列几种类型： 油断路器：采用油作为灭弧介质的断路器，现以很少采用。 压缩空气断路器：采用压缩空气作为灭弧介质的断路器。 六氟化硫(SF6)断路器：采用具有优良灭弧性能和绝缘性能 的SF6气体作灭弧介质的断路器。 真空断路器：利用真空的高介质强度来灭弧的断路器，称真 空断路器。 高压断路器的基本参数 额定电压：是指断路器长期工作的标准线UN 额定电流：是指额定频率下长期通过断路器且使断路器无损伤、各部部分发 热不超过长期工作的最高允许发热温度的电流。其大小决定触头的尺寸结构. 额定开断电流：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。额定开断容量SbrN＝1.732UNIbrN 关合能力：衡量断路器关合短路故障能力的参数为额定关合短路电流。其数 值以关合操作时，瞬态电流第一个大半波峰值来表示，一般制造部门对关合 短路电流取额定开断电流的2.55倍。 短时热电流(也称热稳定电流)：指断路器在合闸位置，在规定的时间内(标准 时间为2S，需要大于2S时推荐为4S)能够承受而不发生损坏的电流的有效值 。是衡量断路器承受电流热效应能力的参数。 峰值耐受电流(也称动稳定电流)：指在规定的使用条件和性能下，断路 合闸 位置时所能承受而不发生损坏的电流峰值。数值上和额定短路关合电流相等 ，它反映在了断路器承受由于短路电流产生的电动力的耐受性能。 全开断时间 tt：是指断路器接到分加命令瞬间起到电弧熄灭为止的时 间，包括两个部分。 tt= t1+ t2 t1 称为固有分闸时间：是指从断路器接到分闸命令瞬间到所有各相的触 头都分离的时间间隔。 t2 称为燃弧时间：是指某相首先起弧瞬间到所有相电弧全部熄灭的时间 间隔。 自动重合闸的操作循环： 分—θ—合分—t—合分 θ：为断路器开断故障电路时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，断路器允许的无电流间隔时间取决于第一次开 断后，断路器恢复熄弧能力所需要的时间，一般为 0.3S 或 0.5S。 t：为强送电时间，一般为 180S。即重合闸失败后，需要等 3 分钟才允 许强行合闸。 断路器的操作机构 高压断路器都是带触头的电器，通过触头在分、合动作达到开断 与关合电路的目的，因此必须依靠一定的机械操作系统才能完成 。在断路器本体以处的机械操作装置称为操作机构，而操动机构 与断路器动触头之间连接的部分称为传动机构和提升机构。 根据能量形式的不同，操作机构可分为手动操作机构(CS)、电磁 操作机构(CD)、弹簧操作机构(CT)、电动机操作机构(CJ)、气动 操作机构(CQ)、液压操作机构(CY)等。 弹簧操作机构： 利用已储能的弹簧为动力使断路器动作的操动机构称弹簧操动机 构，弹簧储能通常由电动机通过减速装置来完成。 液压操作机构： 液压操作机构是以压缩氮气为能源，利用液压传动系统工作原理 ，来使断路器动作的操作机构。因为液压油的性能受温度的影响 很大，在操作机构箱壳内有的装有电加热器，以保证液压油的工 作温度不低于规定的数值。 六氟化硫(SF6)断路器 SF6气体的性能和灭弧性能： SF6气体是一无色、无味、无毒、非燃烧性、亦不助燃的非金属化合 物，在常温常压下，其密度是空气的五倍。SF6气体虽本身无毒， 但在电弧作用下，少量分解物(如SF4)对人体有害，一般需设置吸 附剂来吸收，运行中要求对水分和气体进行严格检测，而且要求 在通风良好的条件下进行操作。 SF6气体的绝缘性能：SF6气体分子量强烈的电负性，很容易捕获电子 而形成质量较大、活动性低的负离子，这种负离子在电场中的行 程很短，很难积累能量来产生碰撞游离，同时正负离子复合的几 率大为增加，因此，在一个大气压下，SF6的绝缘能力超过空气的 2倍，3个大气压下其绝缘能力就和变压器油相当。 SF6气体的灭弧性能：SF6在电弧作用下接受电能而分解成低氟化合物 ，但电弧电流过零时，低氟化合物则急速再结合成SF6，故弧隙介 质强度恢复过程极快。所以，SF6气体的灭弧能力相当于同等条件 下空气的100倍；此外，电弧弧柱的电导率高、燃弧电压低、弧柱 能量小。 断 路 器 实 物 灭弧室 均压环 硬引接线KV断路器 电晕环 柱型绝缘子 底座 灭弧室 操作机构箱 控制箱 采用由阿尔斯通公司生产的GL317 500KV断路器 发电机出口断路器 采用由ABB公司生产的户内型、金属封闭、自冷、水平 布置、SF6气体绝缘HEC7型发电机出口断路器。 ?额定工作电 压（kV）:22 ?最高工作电 压（kV）:24 ?额定电流 （A）:22000 ?额定频率 （Hz）:50 500KV隔离开 关 GW10-550DW/3150A： 单柱垂直伸缩式隔离开关, 防污型，单接地，主刀、 地刀均采用电动机构（可 手动操作）。 500KV隔离开关 单柱式隔离开关 双柱式隔离开关 三柱式隔离开关 西电高压开关有限公司生产的隔离开关。 隔离开关的作用 分闸后，建立可靠的绝缘间隙，将需要检修的线路 或电气设备与电源隔开，以保证检修人员及设备的 安全 拉、合正 障时的负 则将造成 ！！！ 根据运行需要，换接线路 分合线路中的小电流，如套管、母线、短电缆的充 电电流 分合一定容量空载变压器的励磁电流 真空断路器 真空开关 德国ABB的VD4真空断路器 华润电力（常熟）有限公司 1－ 上连接端子 2－ 线－ 触头弹簧 7－ 绝缘连杆 8－ 分闸弹簧 9－ 双臂连杆 10－ 驱动轴 11－ 脱扣机构 线－ 操动机构盒 发电运行部专题讲座 为什么采用真空断路器 真空断路器是在真空容器中利用真空的 绝缘和灭弧性能关合和开断电流的设备， 因其具有开断能力强、开断时间短、体 积小、重量轻、寿命长、适宜频繁操作、 不需要经常检修等优点，在配电系统中 得到了普遍应用。 真空断路器 真空的绝缘性能和灭弧性能： 在高度线Pa)下，空间气体分子数目很 少，发生碰撞的几率很少，很难发生碰撞游离。 在这种气体稀薄的空间，绝缘强度很高，比变压 器油和一个大气压下的SF6气体绝缘强度都高得 多。 真空中的电弧是在触头电极蒸发出来的金属蒸汽中 形成的，电弧特性主要取决于触头材料的性质及 其表面状况。产生电弧时，带电粒子大量向周围 空间扩散，在电弧电流快过零时，其扩散速度大 于产生速度而使电弧熄灭。真空开关具有一定的 截流性质，有可能产生较高的开断过电压。 F-C开关 开关本体 真空泡 高压限流 熔断器 高低压熔断器 低压熔断器： 瓷插式熔断器，常用的有RC1和RC1A系列。额定电流可在200A以内选择， 主要用于500V以下的电路中。 螺旋式熔断器，常用的有RL1系列和RLS系列。属于有填充料式RL1系列， 额定电流可至200A；RLS系列为快速熔断器，额定电流可至50A，因有填 充料，故灭弧性能较强，用于500V以下的低压设备。 无填料封管式熔断器，常用的有RT0，NT00、RS0、RS3、NT1、NT2系列。 用于短路电流较大的网络和配电装置中，最大电流可至1000A。 高压熔断器： 户内高压熔断器，常用型号有RN1，RN2两种，均为石英填料封闭管式。 载熔件 RN1型用来保护配电线型用来保护电压互感器。 户外高压熔断器，型号常见的为RW9，属半封闭管式，它具有灭弧性能 (保险扣) 好，断流量大，限流能力强，维护方便，熔体可更换的物点。 M-PACT型框架断路 器 1－马达储能单元 120－－M合-分PR指O示保护 18器－1－合储/分能按指钮示 1932－－－可二固锁次定的接式按线－合闸线－储能手柄 低压开关设备 接触器： 接触器是用来远距离接通或开断负荷电流，并适用于频 繁起动及控制电动机的低压开关，按控制电源不同，可 分交流接触器和直流接触器。 接触器是根据狭缝熄弧原理(电弧在灭弧片中被拉长和冷 却)使电弧熄灭。 为了自动控制的需要，接触器除主触头外，还有为实现 自动控制而接在控制回路中的辅助触点。 低压自动空气开关(简称空气开关)： 性能较完善，可以接通和断开负荷电流和短路电流，但 不适于频繁操作。 自动空气断路器原理 ZS1型铠装中置式开关柜 厦门ABB公司生产的真空开关柜 开关柜剖面图 ?各部件： 2– 分支母线–开C关T 柜整体上分为 四 8–个P隔T 室： A10–--母二线–—断压路力器释室放板 C12–—电活缆门室 D13–—低VD压4室断路器小 车 14—地刀操作机构 16—小车操作丝杠 17—主接地母线-垫块 9-D型主母线-柜体分支母线 双D型母线 D型母线实物图 压力释放板 –柜内出现故障电 弧时，小室内压 力气压升高，由 于柜门可靠密封， 高压气体将冲开 压力释放板。 –母线室、断路器 室、电缆室顶部 装有。 压力释放板 这是装在PT二 次开口三角的 消谐电阻！ 电压互感器 型号：JDZXR-6C 额定电压比： 6 / 0.1 / 0.1 3 33 最高工作电压： 7.2KV 额定容量: 0.5级，50VA 6p级，100VA 电流互感器 型号：LZZBJ9 准确度级: 0.5级，5p20级 零序电流互感器 型号：LMZC-0.5 额定电流比： 50/1A 额定容量： 1VA 准确度级: 10p10 状态灯： 绿：允许合 红：允许分 白：未储能 带电指示器 开关柜的柜面指示 小车开关位置 断路器状态 地刀状态 开关柜的操作按钮 保护装置 电压表切 相开关 操作丝杠孔 远方/就地切换 分闸/合闸 传动杆旋钮 机械分闸按钮 机械分闸的传动机构 地刀的三个位置指示 地刀操作孔 地刀指示 冷却风扇（仅进线开关） 地刀机械指示 低压室 只有手车处于“隔 离/试验”位，二次 插头才能插上和拔 下。手车处于“工 作”位，由于机械 联锁作用，二次插 头被锁定。 二次插头未接通之 前，断路器仅能进 行手动分闸，无法 手动合闸（因为合 闸闭锁电磁铁未通 电）。 断路器室 断路器室 只有手车处于“隔离 /试验”位，二次插 头才能插上和拔下。 手车处于“工作”位， 由于机械联锁作用， 二次插头被锁定。 二次插头未接通之前， 断路器仅能进行手动 分闸，无法手动合闸 （因为合闸闭锁电磁 铁未通电）。 这是二次插 头锁定装置 电缆室 氧化锌避雷器的特点： (1) 优异的非线) 无间隙、无续流； (3) 电气设备所受过 电压可以降低； (4)通流容量大 手车的进退操作 对开关手车的操作前，必须 检查开关在分闸状态，开关 柜门已关好，二次插头插入 并卡紧（二次插头有自锁功 能）。 将手柄插入丝杠机构的插口， 顺时针方向转动曲柄，直到 转不动为止，这时手车处于 工作位 反之，处于“试验/隔离” 位 注意：拔出手柄其间不应转 动，以免开关不到位，影响 指示与控制 活门与手车的连锁 ?断路器手车在向隔离位置摇 出时，活门自动关闭，盖住 装在母线室和电缆室内静触 头，保证操作人员不会触及 带电体 ?断路器手车在向工作位置推 进中，活门自动打开 将手车从隔离位移到维修小车上的操作 —打开断路器室的门 —拔下二次插头 —将维修小车推到开关柜正面， 调节工作台的高度，让其定 位销对准柜前的定位孔，将 维修小车往前一推使定位销 顺利插入定位孔，这样维修 小车通过锁键与开关柜锁定。 —向内侧压滑动把手，解除手车 与开关柜的联锁，将手车拉 到维修小车上。松开滑动把 手，将手车锁定在工作台上。 —操作锁键释放杠杆，将维修小 车从开关柜前移开。 向下压舌片，露出接 地开关驱动轴的端部。 将曲柄插入六角形转 轴，顺时针方向转动 曲柄，合接地开关； 反时针方向转动曲柄， 断接地开关。转动角 度约180°。转动时动 作要求连贯 。 观察接地开关的机械/ 电气位置指示。 接地开关的操作 EK6接地开关 分合弹簧 接地软铜线 短接桥 电缆室门的闭锁 –接电地缆开室关门在操合作闸步位骤，：电缆室门 才能1打、开压。下电缆室门右上侧操 –进作线舌开片关电缆室门装有带电强 制闭2锁、装操置作。接地开关至合闸位 注意置事项： 1、3如、开用关专柜用不钥设匙接打地开开电关缆，室用 专用门钥锁匙并松开开启电电缆缆室室门门锁后，只 需压4下、操完作成舌工片作，后既、可关打闭开电电缆缆 室门室门 2、5如、操操作作舌接片地不开能关压至下分，闸说位明 电缆置侧带电，请分析原因，不可 强行敲打 母线接地小车 进线开关的PT小车的操作 电缆室手车操作注意事 项： 1、手车推入柜体时必须 使用专用的斜坡导轨 2、手动将手车推入到 “工作”位置 3、手车到位后，插入两 侧定位销，定位销插入 后应旋转180度，保证可 靠定位。 这是10针 插头！ 防止误操作的机械闭锁 ? 接地开关及断路器均在分闸位置时，手车才能从试验/隔 离位置移至工作位置或反向移动。 ? 接地开关在合闸位置时，手车不能从试验/隔离位置移至 工作位置。 ? 只有手车处于试验/隔离位置或移开时，接地开关才能操 作。 ? 只有手车已正确处于试验/隔离位置或工作位置时，断路 器才能进行合闸操作。 ? 手车在试验/隔离位置或工作位置而没有控制电压时，断 路器不能合闸，仅能手动分闸。 ? 手车在工作位置，二次插头被锁定，不能被拔出。 VD4线真空断路器外观 机械合闸 机械分闸 动作计数器 分/合闸指示 手动储能 储能指示 滑动把手 VD4真空断路器背视 环氧树脂材 料，免受外 界影响和机 械的伤害。 又叫极柱 VD4真空断路器的花瓣式触指 特点： – 接触电阻小 – 散热性能好 – 电场分布均衡 断路器的防尘盖 防尘盖 – 白色的防尘盖通电前需取下来 – 咖啡色的防尘盖有散热孔道，可以不取 – 小电流断路器没有防尘盖 1－上连接端子 2－线－压力弹簧 7－绝缘连杆 8－分闸弹簧 9－双臂连杆 10－驱动轴 11－脱扣机构 12－操动机构 断路器本体结构 波纹管 合/分闸动作原理 9– 储能手柄 6– 插孔 35– 棘轮 34– 传动链 33– 蜗卷弹簧 31– 脱扣机构 21– 凸轮盘 20– 双臂连杆 30– 主轴 真空灭弧室结构 §绝缘外壳材料采用高强度的氧化铝 陶瓷. 4 §灭弧室的内层为金属屏蔽罩,在触头 开合过程中电弧产生的金属蒸汽在 很短的时间内就可以复合或凝聚在 屏蔽罩上,使灭弧室内的绝缘介质强 度快速恢复,同时也保护了陶瓷外壳. §不锈钢波纹管是灭弧室的关键部件, 它使得动触头可以在完全密封的真 空灭弧室内运动. §动静触头是灭弧室的心脏,采用铜铬 合金材料. 真空灭弧原理 灭弧室的静态压力极低，约103～10-5 pa，其绝缘强度很高，电 弧很容易熄灭。 分闸过程中的高温使触头电极上 蒸发出金属蒸汽，从而形成电弧。 由于触头上开有螺旋槽，电流曲 折路径效应形成的磁场使电弧产 生旋转运动，可避免触头表面的 局部过热，同时提高开断能力。 电弧在电流第一次自然过零时就 熄灭，残留的离子、电子和金属 蒸汽只需在几分之一毫秒的时间 内就可复合或凝聚在触头外面四 周的屏蔽罩上，这样灭弧室断口 的电解质强度恢复极快。 VD4整体性能一览 – 分闸时间：33～45ms – 合闸时间：55～67ms – 额定电流：1250/4000A – 短路开断电流：40KA – 正常开断寿命：30000次 – 短路开断寿命：50次 – 1min工频耐压：42kV – 雷电冲击耐压：75kV （峰值） VC真空接触器 真空接触器外观 真空接触器开断原理 § 接触器的主触头在陶瓷的真 空灭弧室中操作，灭弧室中 的线Pa。 § 接触器分闸时，真空灭弧室 的动、静触头快速地开断。 § 分闸过程中在高温触头之间 产生的金属蒸汽使电弧持续 到电流第一过零点。 § 在电流过零点时，残留的离 子、电子和金属蒸汽迅速凝 结使动静触头之间重新建立 起很高的电介质强度，维持 很高的瞬态恢复电压值。 熔断器 熔断器 型号 工作电压(kV) 熔断电流(A) 电动机FC开关 CMF 7.2 160,250 变压器FC开关 CEF 7.2 160,200,250 VC整体性能一览 正常电压： 6kV 最大电压：7.2kV 额定电流：400A 熔断器熔体额定电流 ：160A 额定电流下操作次数： 250000次 接触器保持方式：机械自保持 开关柜的继电器、小开关 KKKKKKKSSS897011AAL1500012S07----QQQS开SSSSSSSSSSSSSSTTUHEE（HHHHHHHKYYY-----------AA--HH-3336M M M M M M M M M 23M M 1231---6-AT03GRW LLLLL---关1---AQFFKKKKK0000T--N断断带Q1E12防V0–––––––9事1U1231远 远11119-接U-（E电 信-----0---路 路-储 合 S电--合 分 合-跳-与-------00000H-----故-------方 方W -------5触---就 -流 号-12581----------------器 器-能 闸------闭-闸 闸 闸小继地 接-电带低-----------开真 -电继红-绿与合 分-差电断器）真避地继 继----------------进零远 投 电-白分小 小辅 闭锁闭 脱 脱车电刀 触-----地流-电压供关空流电灯储 控 带 进 母 母 母 加 低 散 加灯断闸 闸动路缆-----小空雷电电 电线序方 入 压灯高闸车 车助 锁电锁 扣 扣位器状 器刀互显室电/断进 电 电 备 同变器（能 制 电 线 线 线 线 热 压 热 热（路保器室车接器气器 器P电//表（接压在 在/接 电磁电 器 器置态 同感就 退示照模路线 动 动 自 期送T允PPPP电 及 闭 器 室 风 器允正器护室加在触）（流切未触熔试 运点 磁铁小磁指指 步TTTT器地 出器明块器综 机 机 投 装器许源 保 锁 电 照 扇 电许常同装加热试器启互二 二 二 二换储器断验 行铁车铁示示 的选 选灯小合 综 （ 装 置分小 护 电 源 明 电 源合/步置热器验小动感次 次 次 次开能状器位 位辅合位择 择车保 合 变 置）开 电 源 开 小 源 小）的器位车风器小 小 小 小关）态助闸置开 开护 保 压关 源 小 关 开 小 开位（扇开 开 开 开指接选接关 关装 护 器小 开 关 开 关置5）关 关 关 关示点择点0置 装 ）开 关 关接W置关点） S75I --- 接触器小车在运行位 电动机（VD4差动）二次图真空开关 华润电力（常熟）有限公司 发电运行部专题讲座 真空开关 华润电力（常熟）有限公司 发电运行部专题讲座 电动机（VD4差动）二次真图空开关 华润电力（常熟）有限公司 发电运行部专题讲座 真空开关 华润电力（常熟）有限公司 发电运行部专题讲座 真空开关 华润电力（常熟）有限公司 发电运行部专题讲座 真空开关 华润电力（常熟）有限公司 发电运行部专题讲座 真空开关 华润电力（常熟）有限公司 发电运行部专题讲座 低压开关柜 MLS低压开关柜外观 柜面的指示 ?智能型温度控制仪 ?保护压板 ?电压表 ?两个时间继电器 ?PT闸刀 ?红绿灯 ?合分按钮 ?远方就地切换开关 柜内温度控制器 电流互感器 中性线 中线 零序电流互感器 M-PACT空气断路器外观 操作按钮显示窗口 保护装置 机械分合闸钥匙 开关位置指示: 红：工作位 黄：试验位 绿：隔离位 开关位置锁 机械分闸按钮 丝杠操作孔 机械合闸按钮 合/分闸指示 储能状态指示 黄：ok 白：未储能 手柄及储藏孔 操作按钮显示窗口 开关位置锁孔 丝杠孔开启旋钮 安全挡板锁孔 手车摇进摇出操作 ? 顺时针摇动手 柄，开关向里 推进。反之， 向外移出。 ? 从隔离位推至 试验位，大约 摇11圈。从试 验位推至工作 位大约摇22圈。 手动储能操作 按6下手柄即可完成储能。 这是 电动机储能需要2秒。 储能 电机 1-储能电机 2-保护装置及二 次插头 3-二次接线-储能指示 内部结构 内部结构 1-断路器位置开关 2-延伸导轨 3-安全挡板 4-二次回路接线端子 动静触头灭弧罩 开关保护 基本功能： 长延时保护 短路短延时保护 短路瞬时保护 接地保护 欠电压保护 自动/手动复位 液晶显示 MCC 抽屉 开关 柜外 观 抽屉操作手柄位置 接通位置 试验位置 抽插位置 隔离位置 ? 只有当操作手柄转到接 通位置后，主开关才允 许合分操作 ? 主开关合闸后，操作手 柄被锁定 中 压 与 低 压 的 连 接 图 主厂 房 380v 进线 断路 器控 制图 真空开关 谢谢大家!!! 华润电力（常熟）有限公司 发电运行部专题讲座
