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1、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 （2）保护作用 2、高压断路器具有以下功能 （1）导电 （2）绝缘 （3）开断 （4）关合,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、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,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,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,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,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
3、基本结构,高压断路器具有的基本结构:（1）通断元件 （2）操动机构 （3）传动机构 （4）绝缘支撑元件 （5）基座,通断元件,基座,绝缘支撑元件,中间传动机构,操动机构,执行接通或断开电路的任务。其核心部分是触头，而是否具有灭弧装置或灭弧能力的大小则决定了开关的开断能力,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,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,（
4、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
5、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）。,少油高压断路器,SN10-10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,SN10-10型,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）,机构箱,支持瓷套,底座,灭弧室：两个对称组成V形双断口,均压电容,SW6型系列少油断路器实例110kV系统中使用广泛,少油高压断路器,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
6、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
7、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。,真空度一般要求在1.3310-31.3310-7Pa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。,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。,三、高压断路器的种
8、类和基本参数,4SF6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2.53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。绝缘性能。不会老化变质。气压增大时绝缘能力随之提高。灭弧性能。弧隙介质强度恢复过
9、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）。
10、 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
11、柱式两种。,SF6断路器的结构类型,1.瓷柱式SF6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,“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 “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,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。,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
12、-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110kV500kV均有落地罐式,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,110kV、220kV产品为每相单断口结构，330kV、500kV产品为每相双断口结构。,(二)高压
13、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：(3，6，1035，60，110220、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,2额定电流IN 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。3额定开断电流INbr*
14、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,200、400、630、1000、1250、1600、2000、2500、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000等,1.6、3.15、6.3、8、10、12.5、16、20、25、31.5、40、50、63、80、100kA等,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
15、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,
