9 其它大功率开关装置

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1、第九章 其它大功率开关装置,本章要点： 隔离开关 负荷开关 接地开关 熔断器 触发真空开关,第一节 隔离开关,一、对隔离开关的特殊要求 1. 功能：隔离开关是高压电器中使用得最多的一种电器。 它主要用于在断路器分闸后建立可靠的（明显可见）的绝缘间隙. 将被检修线路和设备与电源隔离，根据运行需要换接线路以及在某些特定的允许场合开断和关合一定长度线路的充电电流和小容量的空载变压器的励磁电流,2、技术参数,隔离开关的技术参数有额定电压、额定电流、短时耐受电流（额定热稳定电流）及其通过时间以及峰值耐受电流（额定动稳定电流）等。 靠断口分开时将电弧拉长以及电弧在空气中的自然去游离作用 隔离开关具有一定的

2、开断小电流的能力。,3 .隔离开关的分、合闸速度,对隔离开关的分、合闸速度一般均不作要求。 它的分、合闸操作可以用人力通过操作拉杆或手动操作机构实现，也可以用动力，即电动机构或气动机构来实现。 隔离开关的操作机构比较简单，只要能可靠地实现分、合闸并可靠地保持在相应的位置，而且动作平稳而无冲击即可。,4. 隔离开关在结构上应满足以下要求,隔离开关在分闸状态应有明显可见的断 口，使运行人员能明确判定其工作状态； 隔离开关的断口在任何状态下都不能被击 穿，因此它的断口耐压一般需比其对地绝 缘的耐压高出1015； 必要时应在隔离开关上附设接地刀闸，供 检修时接地用。,接地刀附设方式示意图,图91 接地

3、刀附设方式示意图 (a) 单接地；(b) 双接地 1主闸刀；2接地闸刀,图92机械联锁原理图 (a) B轴不能转动 (b) A轴不能转动,隔离开关的主闸刀和接地闸刀间应有操作联锁。常用的联锁方法是机械联锁，,二、隔离开关的典型结构,按照安装地点的不同，隔离开关可划分为户内、户外两种。户内隔离开关的型号用GN表示，其额定电压一般在35kV以下。户外隔离开关的型号用GW表示。 1. 户内隔离开关,图9-3 户内配电用隔离开关的原理图 1底座；2支柱瓷瓶；3静触头；4闸刀；5操作瓷瓶；6转轴,图9-4 磁锁装置的原理图 1平行闸刀；2铁片；3静触头,磁锁装置的原理,2. 户外隔离开关,图9-5 形双

4、柱户外隔离开关 1主触头；2棒形绝缘瓷瓶；3接地闸静触头；4接地闸刀；5出线座；6主闸刀传动轴；7接地闸刀传动轴；8轴承座,图9-6 V形双柱隔离开关 1主闸刀；2接地闸刀；3接地闸刀静触头；4出线座；5导电带；6绝缘子； 7轴承座；8伞齿轮,双柱水平转动方式,单柱隔离开关的原理图,这类隔离开关的静触头被独立地安装在架空母线上，可动闸刀安装在瓷柱顶部，有操动机构通过传动机构带动，象剪刀一样向上运动，用夹住或释放装在母线上的静触头的方法来合闸和分闸。使用单柱隔离开关可以显著地节省变电站的占地面积，但单柱隔离开关结构比较复杂，一般只在220kV及以上的电压等级中使用。,第二节 接地开关和快分隔离开

5、关,接地开关通常装设在降压变压器的高压侧。当输电线向只有一台变压器的终端变电站供电时（图98, a），在受电端发生故障的情况下，接地开关应自动关合，造成人为接地短路，迫使受电端断路器分闸，切除故障。,图9-8 接地开关使用时的接线图,接地开关和快分隔离开关联合使用时的配合原理,图9-9 接地开关和快分隔离开关联合使用时的配合原理图 1、2、8铁芯；3锁闩；4合闸弹簧；5机械锁；6电流互感器；7电流线圈；9电压线圈； 10锁钩；11弹簧；12分闸弹簧,接地开关和快分隔离开关联合使用时的配合,在正常情况下，快分隔离开关靠锁钩10保持在合闸位置，锁钩10由铁芯8控制，铁芯8上绕有两个线圈，即电流线圈

6、7和电压线圈9，7由串联在接地中的电流互感器6供电，9由电压互感器供电。 在正常情况下电压线圈9受电，铁芯8被吸向下。当接地开关动作后，线圈9即失压，而电流线圈7在短路电流的作用下将得电，因此铁芯8仍然被吸向下。在送电端断路器开断短路电流后，铁芯8在弹簧11的作用下向上运动，顶开锁钩10使快分隔离开关动作。在正常情况下，快分隔离开关靠锁钩10保持在合闸位置，锁钩10由铁芯8控制，铁芯8上绕有两个线圈，即电流线圈7和电压线圈9，7由串联在接地中的电流互感器6供电，9由电压互感器供电。在正常情况下电压线圈9受电，铁芯8被吸向下。当接地开关动作后，线圈9即失压，而电流线圈7在短路电流的作用下将得电，

7、因此铁芯8仍然被吸向下。在送电端断路器开断短路电流后，铁芯8在弹簧11的作用下向上运动，顶开锁钩10使快分隔离开关动作。,接地开关按结构形式,接地开关按结构形式可分为敞开式和封闭式两种。 前者的导电系统暴露于大气中类似于隔离开关的接地闸刀，后者的导电系统则被封闭在充SF6或油等绝缘介质中,图9-10 户外单极敞开式接地开关 1屏蔽环；2静触头；3闸刀； 4软连接；5转轴；6合闸弹簧,接地开关单极、双极和三极,各种结构形式的接地开关均有单极、双极和三极之分。单极只用于中性点接地系统，双极和三极则用于中性点不接地系统。图910为户外单极敞开式接地开关。,第三节 高压熔断器,高压熔断器一般用在35k

8、V及以下电压等级的小容量电网中。 它由置放熔断件的熔管、接触导电件、绝缘支持件等组成。 它的主要元件熔丝工作时串接在回路中，在正常工作情况下通过熔件的电流不应使之熔断。 当系统中出现过载或短路时，熔丝将因过热而自行熔断，切断电路，达到保护电网和电器设备的目的。,低压熔断器,一、熔断器的特性,1. 额定电压 2. 额定电流 3. 额定短路开断电流 4. 时间电流特性 5. 最小熔化电流,时间电流特性,图9-11 熔断器的时间电流特性,熔断器的应用,图9-12 熔断器的应用 (a) 接线图；(b)时间电流特性配合,最小熔化电流,熔丝熔化需要的最小电流。通过最小熔化电流时熔丝熔化需要时间接近无穷大。

9、 最小熔化电流与额定电流的比值称为熔断系数，其值要大于1，一般取1.22.5。 过高的熔断系数会使熔断器失去应有的灵敏度而失去保护作用，过低的熔断系数则会造成熔断器某些部件的温升过高或在工作电流下的误动作。,二、熔丝材料的选择,冶金效应 在高压熔断器中，为减小熔丝截面，避免熔断后产生过多的金属和金属蒸汽，都用低电阻系数的铜或银来制造熔丝。然而铜和银是高熔点的材料（铜的熔点为1083，银的熔点为961）。如果要使熔件的温度在最小熔化电流下达到材料的熔点，那么在比最小熔断电流小不多的额定电流下熔件的温度必然也是相当可观的。要解决这一矛盾可以用在铜熔间上焊上锡球或搪上一层锡的方法来减低熔件的熔点。锡

10、的熔点为232，熔化的锡可使铜溶解。因此在铜丝上焊上锡球后，只要锡球一熔化，锡液附近的铜液就会随之溶解而将电路开断。这一效应称为锡的冶金效应，在目前高压熔断器中广泛采用。,三、高压熔断器的典型结构和工作原理,跌落式熔断器（喷逐式熔断器） 熔断器由绝缘支座和开口熔管两部分组成,图9-13 跌落式熔断器 1绝缘支座；2熔断器管；3安装固定板； 4下触头；5、9轴；6压板；7金属支座； 8鸭嘴罩；10弹簧钢片,跌落式熔断器,熄弧,跌落式熔断器利用固体产气材料灭弧，当熔丝熔断，熔管内产生电弧后，熔管的内壁在电弧的作用下将产生大量气体使管内压力升高。气体在高压力的作用下高速向外喷出，形成强烈的去游离作用

11、使电弧在电流过零时熄灭。,跌落式熔断器优缺点,这种熔断器的结构简单，开断电路时不会出现截流，故过电压较低，但开断容量较小。 在灭弧时会喷射除大量的游离气体并发出很大的响声，所以一般只用在户外。,2. 限流式熔断器,图9-14 限流式熔断器 1熔断器管； 2熔丝； 3动作指示器； 4石英砂； 5瓷芯,35KV高压限流式熔断器,限流式熔断器熔断器优缺点,，当熔丝很长时，熔丝熔断后所形成的间隙将很大，此时必须要有较高的电压才能把它击穿形成电弧，这就会使电力系统中出现很高的过电压。 为了解决这一问题，限流熔断器的熔丝常用几段粗细不等的熔丝串联组成。在短路电流通过时细熔丝先熔断，此时过电压的大小只由细熔

12、丝的长度来决定。间隙击穿后，短路电流继续流过粗熔丝。粗熔丝再熔断。由于在粗熔丝熔断时，原来的细熔丝间隙中已形成了电弧，发生了游离，因此粗熔丝熔断形成的过电压将只由粗熔丝的长度决定。,动作指示器,石英砂限流式熔断器适用于户内装置，它的全部动作过程都发生在密闭的管子中，熄弧时无巨大的气流冲出管外。为了使运行人员能判定熔断器是否动作，需要在熔管内设置动作指示器。动作指示器在正常工作时由熔丝拉住，在熔丝熔断后可在弹簧的作用下弹出，指示动作。,第四节 负荷开关,负荷开关主要工作在1035kV小容量配电系统中. 用来开断和关合负荷电流及规定的过载电流 也可用来开断和关合电容器组和大容量输电线路中的空载变压

13、器和空载线路 按其灭弧方式可分为油浸式负荷开关、固体产气式负荷开关、压气式负荷开关等。 近年来发展了SF6负荷开关和真空负荷开关。,第五节 触发真空开关,用途 需要高速接通电路的场合 发展 触发真空开关(Triggered Vacuum Switch-TVS)又称触发真空间隙，是在真空间隙和触发火花隙技术的基础上发展起来的。 TVS的研究开始于六十年代，当时美国通用电气公司的Lafferty等人，对TVS，特别是对采用涂复氢化物作触发材料的TVS做了大量的研究。七十年代，印度科学研究院的S. Kamakshaiah和G. R. G. Raju等人对采用绝缘介质和半导体涂层作为触发材料的TVS，

14、进行了大量试验。还出现了用激光触发的TVS。 八十年代以后，随着高功率脉冲技术的发展，对TVS的工作性能提出了更高的要求，客观上促进了TVS技术水平的发展。,一、TVS的基本结构,(a) 高压触发真空间隙； (b) 触发极主电极放大图 图915 触发真空开关的基本结构,工作原理,触发真空开关是依靠触发放电产生初始等离子体，再由初始等离子体来引起主间隙击穿而工作的。 首先通过在触发极上施加一电流或电压脉冲，引起触发间隙的放电而产生初始等离子体云，也有借助电子束流、激光束照射和X射线束辐照方式产生初始等离子体的。在主间隙电压的作用下，触发等离子体中的带电粒子按不同的规律做迁移运动，结果使主电极之间

15、的电位分布发生严重畸变，从而引起主间隙的击穿。,二、新型结构的TVS,1. 磁延滞TVS(MDVS),图9-17 磁延滞触发真空开关,特别之处,工作原理,借助一个串接在TVS主放电回路中的饱和电抗器，利用电抗器电流不能突变的原理，将主放电电流的导通人为地延滞一定的时间，该延时一般为几十至100多ns。由于经过一定的延时后，初始等离子体已充满了整个主间隙，从而使主电流的起始导通变得稳定，避免了主放电电流在导通初始阶段的振荡现象以及由此引起的高的电流截断现象。,2. 带辅助阴极的TVS,图9-18 带辅助阴极的触发真空开关,工作原理,初始等离子体由触发极和辅助阴极间的放电产生，而辅助阴极通过一RL

16、电路与主阴极相连。通过调节Rb和Lb的参数，就可以调节初始等离子体相对于主阴极的电位，从而灵活控制主阴极上阴极斑点的动力学特性，使导通性能达到最优。对其导通特性的计算和实验研究表明，通过选择恰当的辅助放电电路参数，可以减少触发装置的电流负载和降低TVS中的起动损耗，从而提高其使用寿命。,3. 触发真空灭弧室（TVI）,触发真空灭弧室（Triggered Vacuum Interrupter）综合了TVS和真空灭弧室的特点，主要用于工频条件下的大电流关合。 其工作过程是这样的：首先给触发电极加一控制脉冲，产生初始等离子体，在确定的电压相位下经一定的时延，TVI将系统与负载连接起来，当触发脉冲快结束时，给灭弧室的操动机构发出合闸信号，使触头运动，从而将两触头完全闭合起来。它由于有机械运动过程，因而重复频率不可能很高，一般用于关合电流较大且持续时间较长的场合。由于有一部分时间处于金属短接状态，因而减轻了电弧对触头的侵蚀，同时它的导通时刻控制又比真空灭弧室精确得多。,