高压断路器和隔离开关-good。第六章 电气设备的原理与选择 高压断路器 ? 开关电器是电力系统的重要设备之一，其中尤 以断路器的地位最重要，结构也最复杂。 ? 高压断路器是用来在正常情况下接通和断开电 路，在故障情况下能启动迅
第六章 电气设备的原理与选择 高压断路器 ? 开关电器是电力系统的重要设备之一，其中尤 以断路器的地位最重要，结构也最复杂。 ? 高压断路器是用来在正常情况下接通和断开电 路，在故障情况下能启动迅速开断故障电流的 开关设备。 ? 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。 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、 （2）保护作用 转为备用或检修状态 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 ? 2、高压断路器具有以下功能 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 （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 （4）关合 可能短的时间内安全地开断规定的短路电流 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 高压断路器的基本结构 高压断路器具有的 基本结构: 通断元件 中 绝 间 缘 （1）通断元件 传 支 动 撑 执行接通或断开电路的任务。其核心部分是触头，而是否具有灭 机 元 （2弧装置或灭弧能力的大小则决定了开关的开断能力 ）操动机构 构 件 （3）传动机构 向通断元件提供分、合闸操作的能量，实现各种规定的顺序操 基座 作，并维持开关的合闸状态 把操动机构提供操作能量及发出的操作命令传递给通断元件 支撑固定通断元件，并实现与各结构部分之间的绝缘作用 操 动 机 构 （4）绝缘支撑元件 （5）基座 用于支撑、固定和安装开关电器的各结构部分，使之成为一个整体 国产高压断路器的型号含义 三、高压断路器的种类和基本参数 高压断路器的型号含义 （一）高压断路器的种类 1．油断路器：利用油作为灭弧介质 油断路器按其油量多少和油的作用分为多油式和少 油式两大类。多油断路器（DW-220型重48000kg）油量多， 既作灭弧介质，又作绝缘介质。少油断路器（SW6-220型 重800kg）是在多油断路器的基础上发展起来的，它的用 油量很少，油主要起灭弧作用，不承担带电导体与接地部 件之间的绝缘（空气、陶瓷和有机绝缘材料），相对多油 断路器而言，其结构简单，节省材料，使用维护方便，因 此得到广泛应用。 ? 分为纵吹 横吹和机械油吹 ? 纵吹和横吹属于自能式 利用电弧本身的能量，将变压器油加热，形成 油蒸汽和大量气体（氢气）所组成的高压（不超过 灭弧装置的机械强度）气泡实现吹弧（电弧在静止的气泡中熄 弧能力有限）。 这种靠电弧本身能量熄灭电弧的方法，称为 “自能式”灭弧室（纵吹和横吹）。 分类 SN10系列 35kV以下：户内式 是目前6-10kV使用最广泛 35kV以上（35-330kV）：户外式 SW2、3、4、6、7等系列 少油高压断路器 SN10-10Ⅰ型实例 每相安装一个储油箱 （三相联动，箱中部是灭弧 装置）。 对地绝缘采用两个支 持式绝缘子承担。 每相一个断口 可安装于固定式开关 柜内或手车式开关柜 SN10-10Ⅰ型 少油高压断路器 SW6型系列少油断路器实例—110kV系统中使用广泛 均压电容 支持瓷套 灭弧室：两个对称组 成V形—双断口 机构箱 底 座 单柱双断口 110KV 双柱四断口 220KV 三柱六断口 330KV （积木式；500kV以上禁止使 用） 横吹、纵吹和机械油吹的灭弧原理 2．压缩空气断路器(高气压的采用-减小自由行程) “外能式”灭弧室。 采用压缩空气（1-4MPa）作为绝缘介质和灭弧介质。绝 缘介质具有不会老化、性能稳定的优点。 触头间开距可做得比较小，电弧短，开断能力强（排气 孔在开断过程中打开，形成吹弧）。但在开断小电流时，易 形成过电压。目前主要用于220kV及以上高压系统中。 采用积木式结构 ? 优点：额定电流、开断电流大（70kA），开断 时间短（全开断时间为0.04s），灭弧能力强， 无火灾危险，尺寸小，重量轻。 ? 缺点：结构复杂；有色金属消耗量大，价格昂 贵；需要装设空气压缩机，复杂的压缩空气系 统；噪声大。 3. 真空断路器 ? 高真空-减少碰撞电离 以真空作为灭弧介质和绝缘介质。 ? 所谓“真空”是相对而言的，指的是绝对压力 低于1个大气压的气体稀薄的空间。在这样的空 间里，其绝缘强度很高，电弧很容易熄灭。 线Pa之间。 真空灭弧室的基本结构 真空灭弧室是真空断路器的核心元件，具有开 断、导电和绝缘的功能，主要由绝缘外壳、动静触 头、屏蔽罩和波纹管组成 。 真空灭弧室的性能主要取决于触头材料和结构， 还与屏蔽罩的结构、灭弧室的材质以及制造工艺有 关。 的灭 结弧 构室 ? 优点：触头开距短（10kV只需10mm，而油断 路器需125mm）；燃弧时间短，且与开断电流 无关，一般只有半个周期；触头寿命长，开断 次数多；体积小，重量轻。 ? 缺点：对灭弧室工艺及触头材料要求高。 真空断路器适用场所 广泛用于35kV及以下的电压等级中。 三、高压断路器的种类和基本参数 4．SF6断路器-高电气强度气体的采用 采用六氟化硫(SF6)气体作为灭弧介质和绝缘介质。 SF6气体是无色，无味、不燃、无毒、无老化的惰性气体。 它具有很高的电气绝缘强度(是空气的2.5~3倍)和 良好的灭弧性能(灭弧能力比空气高100倍)。 ? 优点：允许断路次数多，检修周期长；断路性能好； 多用于SF6封闭式组合电器，大大减少占地面积。 ? 缺点：要求加工精度高，密封性能好。对气体和水分 的检测控制要求更严。 SF6断路器-高电气强度气体的采用 SF6断路器应用（1955） SF6气体具有极为良 好的绝缘性能和灭弧性能。 1. 绝缘性能。不会老化变质。气 压增大时绝缘能力随之提高。 2. 灭弧性能。弧隙介质强度恢复 过程极快。其灭弧能力相当于 同等条件下空气的100倍。 ? 全世界SF6的产量在1995年大概是8 000t到9 000t 之间，估计现在已突破20万吨（包括储存量）。 全世界电力工业的SF6年用量在7 000t左右，其主 要用于断路器和其它输配电设备。理论上，SF6气 体可以回收再利用，绝不允许泄漏到大气中。然 而，在实际运行中，有很大的泄漏。估计美国年 泄漏的SF6气体约相当于8t CO2，而在10年前， 大气中的SF6气体浓度几乎感觉不到。这些泄漏气 体很大部分归因于电力工业。 ? SF6气体的排放每减少1t，按GWP（全球温暖化 系数）换算，就相当于减少了24 000t的CO2气体 排放量（或相当于6 500t碳）。 ? 1997年被列入必须限制排放的气体 ? SF6和N2混合:替代SF6 但也有不足：第一，混合气体的电气强度比纯SF6 气体低，要提高击穿电压，就必须增大气压，从而 增加设备的尺寸；第二，液化回收困难 。 SF6断路器的灭弧方式 ? 双压式灭弧 （110kV及以上电压等级） ? 单压式灭弧 （110kV及以上电压等级） ? 旋弧式灭弧 （ 10-35kV及以上电压等级） 单压式灭弧 ? 利用活塞压气原理，又 称压气式灭弧室 ? 只有一个气压系统 ? 依靠分闸时气缸（动触 头系统带动）与活塞 （固定）的相对运动 ? 结构简单，造价低，性 能亦能满足要求，故获 得迅速发展 SF6断路器分类 SF6断路器的结构按照对地绝缘方式的不 同可以分为落地罐式和瓷柱式两种。 SF6断路器的结构类型 ? 1.瓷柱式SF6断路器 断路器的灭弧室可以布置成 “T”或“Y”形，单断口， 可布置成单柱式“I”形，灭 弧室位于高电位，靠支柱绝 缘套管对地绝缘。 “I”形布置： 一般用于220kV及以 下的单柱单断口断路器 “Y”形布置：一般用于220kV及 以上的单柱双断口断路器 1-并联电容；2-端子；3-灭 弧室瓷套；4-支持瓷；5-合闸 电阻；6-灭弧室；7-绝缘拉杆； 8-操动机构箱 “T”形布置 ：一般用于220kV及 以上特别是500kV的单柱双断口断 路器 ? 瓷柱式（支柱式）SF6断路器系列性强，可以用不同个数 的标准灭弧单元及支柱瓷套组成不同电压等级的产品。 ? 如Y型布置，LW6-220型，每相单柱双断口，即每相 有两个灭弧室（单压变开距），每个灭弧室各有一个断口， 每个断口并联有2500pF的均匀电容；支柱有两节瓷套。 （SW6系列220kV四个断口） Y型布置LW-500型，每相双柱四断口，每个断口除并 联均匀电容外，还并联有合闸电阻（100欧姆）；支柱有三 节瓷套。 SF6断路器的结构类型 ? 2.罐式SF6断路器—110kV~500kV均有落地罐式 110kV、220kV产品为每相单 断口结构，330kV、500kV 产品为每相双断口结构。 1－套管；2－支持绝缘子；3－电流互感器；4－静触头； 5－动触头；6－喷口工作缸；7－检修窗；8－绝缘操作杆； 9－油缓冲器；10－合闸弹簧；11－操作杆 (二)高压断路器的技术参数 1．额定电压UN * 保证断路器长期工作的电压。 * 产品铭牌上注明的电压是指正常工作的线电压。 * 我国采用的额定电压等级有：(3，6，10．35，60， 110．220、330，500)kV。 * 考虑到输电线始端和末端的电压可能不同，以及电力 系统调压的要求．对电器又规定了与各级额定电压相 应的最高工作电压。断路器应能在其最高工作电压下 长期正常工作。 ? 一般，当电压小于220kV时，晕高工作电压为1.15倍额 定电压，当电压为330kV及以上时，最高工作电压为 1.1倍额定电压 200、400、630、1000、1250、1600、2000、2500、 2．额定电流IN 3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、 16000、20000等 断路器可以长期通过的最大电流。 电器长期通过额定电流时，其发热温度不会超 过允许值。 1.6、3.15、6.3、8、10、12.5、16、20、25、31.5、 3．额定开断电流INbr 40、50、63、80、100kA等 * 断路器在额定电压下能正常可靠开断的最大短 路电流。它标志断路器的开断能力。 4．额定开断容量SNbr *对三相电路有 5. 关合能力（INcl） 当断路器合闸时，如果线路上存在故障（预 伏故障），则在触头尚未接触之前就会发生击穿， 形成电弧（预击穿），其产生的不良影响甚至比 在合闸状态下流过极限电流更为严重。 工程上常以额定关合电流表征断路器的关合 短路故障电流的能力，用额定电压下，断路器能 可靠关合短路电流的第一个半波的峰值（短路冲 击电流）来衡量。 6．额定动稳定电流imax(额定峰值耐受电流) ? 表示断路器对短路电流的动稳定性。 7．额定热稳定电流It（等于额定开断电流） ? 表示断路器能承受短路电流热效应的能力。 通常It=INbr 4S热稳定电流 8．热稳定电流作用时间t ? 在此时间内，当热稳定电流通过断路器时，其 发热温度不超过规定允许值。 9．合闸时间 ? 断路器合闸线圈通电起到主触头刚接触为止的时间。 10．分闸时间 断路器跳闸线圈通电起到三相内电弧完全熄灭为止。 ? 分闸时间等于断路器固有分闸时间和燃弧时间之和 固有分闸时间：跳闸线圈通电起到触头刚分离为止 燃弧时间：触头分离到各相电弧完全熄灭为止 11、自动重合闸性能 ? 不成功自动重合闸后，有些情况下，当高压断路器断开一 定时间（180s）后，由运行人员再行合闸，叫做强送电。 强送电后，如果故障仍未消除，高压断路器立即再分闸一 次。高压断路器的上述动作程序称为自动重合闸操作循环 四、高压断路器的选择与校验 ? 高压断路器的选择 ? 1.选择断路器的种类和形式 四、高压断路器的选择与校验 ? （一）高压断路器的选择 ? 1.选择断路器的种类和形式 四、高压断路器的选择与校验 （一）高压断路器的选择 ? 1.选择断路器的种类和形式 四、高压断路器的选择与校验 2.选择断路器的额定电压 UN≥UNS 3.选择断路器的额定电流 IN ≥Imax 4.选择断路器的额定开断电流 INbr ≥I”或Itk I”-短路次暂态电流有效值（对于中慢速断路器） 5. 按关合电流选择 icl ? ish 四、高压断路器的选择与校验 （二）高压断路器的校验 校验断路器的热稳定和动稳定 I t ? Qk 2 t ies ? ish 隔离开关的原理与选择 隔离开关(俗称“刀闸”)是一种最简单的、 供配电系统中使用最多的高压开关，没有灭弧 装置。 它既不能断开正常负荷电流，更不能断开 短路电流，否则即发生“带负荷拉刀闸”的严 重事故。此时产生的电弧不易熄灭，甚至造成 “飞弧”(相间或相对地经电弧短路)，会损坏 设备并严重危及人身安全。 隔离开关的主要用途 1.隔离电压 隔离开关的主要用途是保证检修装置时工作 的安全。在需要检修的部分和其它带电部分之 间，用隔离开关构成足够大的明显可见的空气 绝缘间隔。隔离开关的断口在任何状态下都不 能发生火花放电，因此它的断口耐压一般比其 对地绝缘的耐压高出10%～15%。必要时应在 隔离开关上附设接地刀闸，供检修时接地用。 2．倒闸操作 投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式， 常用隔离开关配合断路器，进行电路的切换操作。 一、隔离开关的主要用途 3．分、合小电流 隔离开关没有灭弧装置，不能开断或闭合 负荷电流和短路电流。但具有一定的分、合小 电感电流和电容电流的能力。 拉合电压互感器、避雷器电路。 拉合母线和直接与母线相连设备的电容电流。 拉合励磁电流小于2A的空载变压器（电压35KV、容 量为1000KVA及以下；电压110KV、容量3200KVA及 以下） 拉合电容电流不超过5A的空载线km及以下的架空线km及 以下的架空线路）。 隔离开关基本要求 分开后应具有明显的断开点，易于鉴别设备是否与电 网隔开。 断开点之间应有足够的绝缘距离，以保证在过电压及 相间闪络的情况下，不致引起击穿而危及工作人员的 安全。 有足够的动热稳定、机械强度、绝缘强度。 跳、合闸时的同期要好，要有最佳的跳合闸速度，以 尽可能降低操作过电压。 应结构简单动作可靠。 带有接地刀闸的隔离开关必须装设联锁机构，以保证 隔离开关的正确操作。 隔离开关技术参数 额定电压Ue：指隔离开关长时间运行能承受的正常工作电压。 （决定了绝缘水平、尺寸） 额定电流Ie： 指隔离开关的触头结构和导电部分在规定环境温 度下允许通过的长期工作电流，其相应的发热温 度不会超过国家标准。（决定了截面，结构） 动稳定电流（极限通过电流）ies： 指隔离开关在冲击短路电流 作用下，承受电动力的能力。 （决定了机械强度） 热稳定电流It： 指隔离开关承受短路电流热效应的能力。 （利用热稳定时间t对应的It） 隔离开关的型号 问题：指出该设备 型号的具体 含义。 GW4-12D/630 G——改进型 D——带有接地刀 K——表示快速分闸型 M——表示慢速分闸型 GN10-35G（T）/1000 隔离开关的种类与结构 隔离开关种类很多，根据开关闸刀的运动方 式可分为水平旋转式、垂直旋转式、摆动式和插入 式等。按安装地点分：户内式、户外式；按绝缘支 柱数目分：单柱式，双柱式，三柱式 高压隔离开关是由一动触头（活动刀片）和一 静触头（固定触头或刀嘴）所组成，动、静触头均 由高压支撑绝缘子固定于底板上，底板用螺丝固定 在构架或墙体上。 ? 绝缘部分 ? 导电部分 ? 支持底座 ? 操动机构和 传动机构 户外高压隔离开关 户外高压隔离开关有单柱式、双柱式和三柱式三种。常 用的有GW4、GW5和GW6等系列。 GW4型隔离开关采用双柱式结构； GW5型隔离开关采用V型结构； GW6型隔离开关采用单柱式（剪刀式） V字形隔离开关 ? 隔离开关.swf 剪刀形隔离开关 各类隔离开关图片 GW4 GW4 GW4 GW4 各类隔离开关图片 GW1-12 GW5 GW-12 GW5 隔离开关的选择 1.选择隔离开关的种类和形式 2.选择隔离开关的额定电压 UN≥UNS 3.选择隔离开关的额定电流 IN ≥ Imax 隔离开关的校验 1.校验隔离开关的热稳定 2.校验隔离开关的动稳定 es
