氟化硫断路器和全封闭组合电器的构造及原理[毕业论

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1、1,六氟化硫断路器产品,户外式六氟化硫断路器,800kV罐式六氟化硫断路器 2006/11/20,2,2,LW3-10型断路器用弹簧操动机构,六氟化硫断路器的操动机构,3,第一节 六氟化硫断路器 一、概况： 中文名称： 六氟化硫断路器 英文名称： sulfur hexafluoride circuit-breaker，SF6 circuit-breaker 其他名称： SF6断路器 定义： 触头在六氟化硫气体中分合的断路器。 上世纪五十年代第一台六氟化硫（SF6）断路器问世；七十年代在改进了灭弧装置、突破了密封结构及水分管理等技术问题后，六氟化硫断路器已成为高压断路器的主要品种之一。 截至20

2、10年1月25日，平高电气研制的LW55B-550/Y6300-63型单断口罐式六氟化硫断路器产品已通过了容量试验难度最大、试验验证最关键的T100s和T100a的额定短路开断电流为63kA的开断试验。 运行中，六氟化硫断路器产品的电压等级最高可达800kV；单断口电压高达550kV（线电压）。,4,二、六氟化硫（SF6）断路器的特点： 1. 利用SF6气体作熄弧和绝缘介质。 2. SF6气体性能： 热化学性： a 分解温度低，分解能量高，导热率好，有利于熄弧； b 温度相同时，SF6游离度大，电弧电压小； 强负电性：能吸附电子或负离子，然后与正离子复合， 去游离作用强，不易重燃。,5,3.

3、优点： （1）灭弧能力强，介质强度高。单断口的电压可以做得很高，因此，与少油和空气断路器相比，同一额定电压等级下，SF6断路器所用的串联单元数较少。 （2）介质恢复速度特别快，开断近区故障性能特别好。通常不加并联电阻就能可靠切断各种故障而不产生过电压。 （3）由于SF6气体的电弧分解物中不含有碳等影响绝缘能力的物质，在严格控制水分的情况下分解物又没有腐蚀性，再加触头在SF6中的烧损极轻微，因此SF6断路器允许开断的次数多，检修周期长。 4. 特殊要求： 包括密封、干燥、除水、监视、检验和测试方面。,6,二、六氟化硫（SF6）断路器的灭弧装置： 1. 按熄弧能量分为自能式、外能式和混合式。其中，

4、 自能式是熄灭大电流，而外能式是熄灭小电流。 自能式：是利用电弧本身能量使SF6气体膨胀、压力升高，产生压力差，或利用磁场使电弧运动，如图6-1所示。,7,7,SF6断路器工作原理：视频http:/ 外能式：是利用外储SF6或操作力，使SF6气体运动，将电弧熄灭。 混合式。 2. 按灭弧装置不同，分为双压式、单压式和旋弧式三种。 早期的SF6断路器都用双压式灭弧装置，由于其结构复杂，所需辅助设备多，维护不便，已逐渐为单压式灭弧装置所取代。 即“双压单压式”，亦即“压气式（灭弧室有活塞，原理类似于打气筒）旋弧式”；,9,3、双压式SF6断路器及其灭弧装置： （1）.双压式断路器：,10,（2）.

5、 双压式SF6断路器灭弧装置结构示意图。 内设高、低压两个气压系统。其中，低压系统主要用作灭弧室的 绝缘介质，而高压系统只在灭弧过程中起作用。,主阀,11,（3） SF6断路器工作原理：和压缩空气断路器类同。 触头闭合，整个灭弧装置处于低气压的SF6气体中。 断路器接分闸信号，灭弧室通向高气压系统的主阀打开，高压SF6气体自高压区顺着箭头所示方向进入触头区。触头分离，打开位于动触头上的通道2，给高压气体提供了出路。因此，电弧一经形成就处于SF6气体的气流中，受到强烈冷却而熄灭。 电弧熄灭后，主阀关闭，停止供气。 SF6断路器的工作原理与压缩空气断路器的区别是：吹弧时，由高压区进入低压区的SF6

6、气体仍保留在低压区内，俟高压区气压降低或低压区气压上升到一定限度后，再用气泵把低压区的气体打到高压区，形成封闭的自循环系统。,12,4单压式灭弧装置：又称压气式灭弧室。 （1）只有一种压力（一般为304808kPa)。在开断过程中， 灭弧室所需的吹弧压力由动触头系统运动时的压气活塞产生； （2）图6-4为单压式单向灭弧室的原理图。图中，喷嘴2、压气罩3及动触头（导电杆）4机械上为一体。,虚线所示为合闸状态的位置。,13,（3） 断口形式： a、变开距形式（与少油断路器类似）； b、定开距形式（与压缩空气断路器类似）。 （4） 吹弧方式： a 单向吹弧方式（图62）； b 双向吹弧方式（图63）

7、。和单向吹弧方式相比，双向吹弧方式能提高开断电流20以上,开孔,14,（5）单压式断路器开断过程示意图： a 压气式断路器开断过程示意图1：,15,b 压气式断路器开断过程示意图2：,16,（6）喷嘴材料：不能采用金属材料，而要用聚四氟 乙烯塑料树脂。-聚四氟乙烯（Polyt etrafluoroethene，一般称作“不粘涂层” ；是一种使用氟取代聚乙烯中所有氢原子的人工合成高分子材料。这种材料有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂。同时，聚四氟乙烯具有耐高温的特点，它的摩擦系数极低，可作润滑，亦成为水管内层的理想涂料。 原因：因为上章压缩空气断路器中压缩空气吹弧速度很高，可

8、保护喷嘴免受电弧侵袭；而SF6断路器的吹弧速度低，无法保护喷嘴免受电弧侵袭。 聚四氟乙烯塑料树脂的特点:能抵抗高温，在电弧直接作用下不会碳化，且其机械性能高、易加工，是制造喷嘴的好材料。 （7） 单压式SF6断路器优点：气压低，液化温度也低，在低温地区使用时不需装加热器，加之可省去压气泵等装置，因此其结构简单，造价便宜，维护也较方便。,17,（8） 缺点： 为使触头分开、电弧刚产生时就有较好的气吹条件，单压式灭弧室的压气腔应该有一段预压缩过程，使压气腔中的气压提高后，再打开喷口进行吹弧。预压缩行程的存在会增大断路器分闸时间。分断过程中，当操动机构带动动触头系统向下运动时，压气腔内气体的压力将增

9、高、并从喷口处向外排出，产生和双压式灭弧装置类似的吹弧效应。 为满足压气的要求，需配置大功率的操动机构。,18,5旋弧式灭弧装置： （1）根据磁场与电弧运动方式不同,分为径向燃弧式和轴向 燃弧式两种。图6-9是径向旋弧式示例。触头分开后产生的电弧在回路电动力的作用下，移至圆筒电极，驱动线圈8被接入电路，则移到圆筒电极处的电弧在驱动线圈轴向磁场作用下快速旋转而熄灭。,19,（2）旋弧式SF6断路器单极剖面图：,20,（3） 操动机构：采用单压式灭弧装置的SF6断路器配置 要求操作功大的操动机构，如开断31.5kA的35kV SF6断路器，要配置与110kV电压级开断电流相当的液压机构。不但体积和

10、外观均不相称，价格上也无法使用户接受，这给SF6断路器在中压电网中的发展带来了困难。而使用旋弧式灭弧装置的SF6断路器，采用磁场驱动电弧使其在SF6中旋转的方法来吹弧，这可以使断路器的合闸功大大下降（BBC的HB型SF6断路器要求的合闸功可下降为原来的1/5），从而使操动机构的结构简化，成本降低。,21,三、六氟化硫断路器的总体结构 1. SF6断路器的结构有瓷瓶支柱式和落地罐式两大类。 （1）瓷瓶支柱式的总体结构和常规的瓷瓶支柱式空气断路器与少油断路器相同，属积木式结构。 现代灭弧室容器多用电工陶瓷，布置成“T”型或“Y”型。 图6-10为我国生产的LW-220型SF6断路器的单相外形图。断

11、路器每相有两个灭弧断口，其额定电流为2000A，额定开断电流为31.5kA，所用SF6气体的额定压力为556kPa（5.5atm）。,金属筒或绝缘筒,支柱瓷瓶,电工陶瓷,“T”型,操动机构,22,22,23,优点：耐压水平高，结构简单，运动部件少，系列性好。 缺点：重心高，抗震能力较差，使用场合受到一定限制。 电流互感器要单独装在自己的绝缘支柱上，通过空气绝缘的连接线连于断路器上。 （2） 落地罐式SF6断路器：也叫接地金属箱型。它是全封闭组合电器和复合电器的基础。 结构特点：触头和灭弧室装于接地的金属箱中，导电回路靠绝缘套管引入，高压带电部分与外壳之间的 吧绝缘主要由SF6气体和环氧树脂浇注

12、绝缘子 承担。,24,优 点： 可在进出线套管上装设电流互感器，可提供电流信号；利用出线套管的电容制成电容式分压器，以提供电压信号，还能与隔离开关、接地开关、避雷器等熔为一体，组成复合式开关设备。 图6-11为550kV罐式断路器的外形图。 灭弧装置借支持绝缘子支撑装在充有SF6气体的接地金属罐，导电部分借助充SF6的绝缘套管引出。套管底部可装电流互感器4。 重心低，抗震能力好，结构稳固，外绝缘部件少，可用于多地震和高原及污秽地区。 缺点：制造难度大，壳体与环氧树脂浇注件都需大型成套加工设备，灭弧室中所用的搪瓷电容及合闸电阻等配套件的性能要求很高，高电压部位的电极形状要求较严格，气体容积大，气

13、量多，金属材料消耗多等，价格稍贵。,25,25,550kV罐式断路器,26,图6-11,27,第二节 高压SF6断路器的操动机构 开关电器的触头分合必须靠机械操动系统才能完成。 操动机构作为高压SF6断路器的重要组成部分，型式多样，有弹簧操动机构、气动机构、液压机构、液压弹簧机构等。分别由储能单元、控制单元和力传递单元组成。,28,一、对操动机构的基本要求 1合闸时，关合电路电流可达几万安培，断路器导电回路受到电动力可达几千牛顿以上，而导电回路的布置以及触头结构使得电动力的方向又常常是阻碍断路器关合，因此，操动机构应有足够的能力(即关合短路故障的能力)克服短路电动力的阻碍作用，标志此合闸能力的

14、主要指标是操动机构输出的机械功（操作功）。 2. 合闸后，操动机构必须有保持合闸的部分或机构，以保证在合闸命令和操作力消失后断路器仍能保持在合闸位置。 3分闸时，操动机构的操作应满足断路器分闸时间和分闸速度的要求。 4还要有自由脱扣、防弹跳、复位及连锁等功能。 分述如下：,29,二、弹簧操动机构 1、是以弹簧作为储能元件的机械式操动机构。弹簧储能借助电动机通过减速装置来完成，并经过锁扣系统保持在储能状态。开断时，锁扣借助磁力脱扣，弹簧释放能量，经机械传递单元驱使触头运动。 2、作为储能元件的弹簧，有压缩弹簧、盘簧、卷簧和扭簧等。 3、弹簧操动机构的工作原理： 储能阶段：电动机通过减速装置和储能

15、机构使合闸弹簧储存机械能，储存完毕后通过合闸闭锁装置使弹簧保持在储能状态，然后切断电动机电源。 合闸阶段：接到合闸信号，解脱合闸闭锁装置，释放合闸弹簧的储能。这些能量的一部分通过传动机构使断路器的动触头动作，进行合闸操作；另一部分通过传动机构使分闸弹簧储能，为分闸状态作准备。,30, 当触头合闸动作完成后，电动机立即接通电源动作，通过储能机构使合闸弹簧重新储能，以便为下一次合闸做准备。 分闸阶段：接到分闸信号，解脱自由脱扣装置，释放分闸弹簧储存的能量，并使触头进行分闸动作。 组成原理框图如图6-12所示。,31,4、操动机构的组成： 弹簧操动机构的结构示意图如图6-13所示，为自能式（压气十热膨胀，由储能机构、传动机构和控制机构（脱扣机构和缓冲器）三部分组成。 分闸位置： 图6-13a，分合闸弹簧均未储能。 储能时，首先由储能电机驱动棘爪轴13，使两棘爪14交替运动，推动棘轮11顺时针转动； 随着棘轮转动，合闸弹簧7被压缩； 当棘轮转动180后，合闸弹簧被压缩至最大压缩量，A销被分闸保持挚子6锁定，完成合闸储能（见图6-13b）。,32,33, 合闸操作： 合闸电磁铁5的铁心撞击合闸触发器4，使分闸保持挚子6与A销脱扣，棘轮在合