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1、断路器培训教材1. 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，称为SF6断路器。它具有开断能力强、体积小等特点，但结构较复杂，金属消耗量大、价格较贵。一般用于220KV电压等级以上，并与以SF6作为绝缘的有关电气组成封闭式组合电器GIS，这样可以大量节省占地面积和减少投资。2. 真空断路器利用真空的高介质强度来灭弧的断路器，称为真空断路器。这种断路器具有灭弧速度快、触头材料不易氧化、寿命长、体积小等特点。目前主要用在35KV以下装置中。第一节 高压断路器的根本参数目前，我国电力系统中广泛使用的高压断路器，其型号、规格一般由文字符号和数字方式表示： 1 2
2、 34 5 / 6 7 8其代表意义为：1是产品字母代号，2是安装场所代号，3是设计系列代号，4是额定电压KV，5是其他标志，如改良型G，6是额定电流A，7是额定开断能力KA或MVA，8是特殊环境代号。例如：SN1010/3000750型断路器，表示为10KV，3000A，750MVA，10型屋内式高压少油断路器。表61 高压断路器产品字母代号断路器名称少油断路器多油断路器空气断路器 SF6断路器真空断路器字母代号SDKLZ额定电压Un是指断路器长期工作的标准电压三相系统指线电压。电力系统在运行中允许5%Un的电压波动，断路器应在允许范围内长期工作，为此断路器规定了最高工作电压。对额定电压在3
3、220KV范围内的断路器，其最高工作电压较额定电压可高15%左右；对330KV以上者，规定其最高工作电压较额定电压高10%。断路器额定电压与最高工作电压对应值，见表102。表62 断路器额定电压与最高工作电压对应值 KV额定电压361035110220330500最高工作电压126252363550 。2额定开断电流断路器在开断操作时，首先起弧的某相电流称为开断电流。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Inborn 。它是标志断路器开断能力的一个重要参数。我国规定额定开断电流为：1.6，3.15，6.3，8，10，12.5，16，20，25，31.5，40，50，63，8
4、0，100KA等。3 额定关合电流imc当电力系统存在短路故障时，断路器一合闸就会有短路电流流过，这种故障称为“预伏故障。当断路器关合有预伏故障的设备或线路时，在动、静触头未接触前尚距几毫米就发生预击穿，随之出现短路电流，给断路器关合造成阻力，影响动触头合闸速度及触头的接触压力，甚至出现触头弹跳、熔化、焊接以至断路器爆炸等事故，这远比在合闸状态下通过极限电流的情况更为严重。断路器关合短路电流的能力除与灭弧装置性能有关外，还与断路器操动机构的合闸功的大小的有关。因此，在选择断路器的同时，应选择操动机构，方能保证足够的关合能力。第三节 六氟化硫SF6断路器SF6断路器是利用SF6气体作为绝缘介质和
5、灭弧介质的新型高压断路器。SF6断路器可分为两大类。第一类，为瓷瓶式SF6断路器。如西安高压开关厂生产的LWSFM型系列产品，可用于110500KV的电力系统中。该系列产品除110KV断路器三相共用一个机构外，其他均三相分装式结构。110220KV断路器每相一个断口，整体呈“I型布置。330500KV断路器每相两个断口，整体呈“T型布置。每个断口由灭弧室、支柱支持绝缘子、机构箱组成，其中330500KV断路器还带有均压电容器、合闸电阻等，安其结构示意图如下图。第二类，是把断路器装入一个外壳接地的金属罐中，叫落地罐式。如西安高压开关厂生产的LW13SFMT型罐式高压SF6断路器。该产品除110K
6、V级及局部220KV级产品的三相分装在一个公用底架上并采用三相联动操作外，其余各电压等级及局部220KV产品均为三相安装结构，每相由接地的金属罐、充气套管、电流互感器、操动机构和底架等部件组成。其结构示意图如下图。一、SF6气体的性能SF6气体是无色、无味、无毒、非燃烧性、亦不助燃的非金属化合物，化学性质非常稳定、热稳定性极好，在常温常压下，其密度均为空气的五倍。它具有很高的电气绝缘特性和灭弧能力。1SF6气体的绝缘性能SF6呈强电负性，体积较大。当电场具有一定能量的散射电子时，它可能导致碰撞游离，对电子捕获较易，并吸收其能量生成低活动性的稳定负离子。这种直径更大的负离子在电场中自由行程很短，
7、难以积累发生碰撞游离的能量；同时，正负离子的质量都较大，行动缓慢，再结合的几率将大为增加。因此，在1个大气压下，SF6的绝缘能力超过空气的2倍；当压力为3个大气压时，其绝缘能力就和变压器油相当。2SF6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，低氟化合物那么急速再结合成SF6 ，故弧隙介质强度恢复过程极快。所以，SF6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。二、SF6断路器的灭弧室结构SF6气体作为灭弧介质时，只需要较小的气压和压差，所以，SF6断路器的灭弧室可以按压气活塞原理制成单压式，其气流是直接在开断
8、过程中产生的，其压力一般在3.57101325Pa3.57atm大气压范围内。国产的SF6断路器均为单压式。目前，单压式灭弧室有两种结构，即定开距和变开距结构。1定开距灭弧室图65 定开距灭弧室结构示意图1压气罩；2动触头；3、5静触头；4压气室；6固定活塞；7拉杆图65为定开距灭弧室结构示意图。断路器的触头由两个带喷嘴的空心静触头3、5和动触头2组成。断路器的弧隙由两个静触头保持固定的开距，故称之为定开距。在关合位置时，动触头跨接于两个静触头之间，构成电流通路。由绝缘材料制成的固定活塞6和与动触头连成整体的压气罩1之间围成压气至4。分闸操作时，压气罩随动触头向右移动，使压力室内的SF6气体压
9、缩并提高压力，当喷口翻开后，即形成气流进行吹弧。操动机构通过拉杆7，带动动触头和压气罩所组成的可动局部。图66示出灭弧室灭弧过程。图66a为断路器合闸位置。分闸时由拉杆7带动可动局部向右运动，此时，压气室内的SF6气体被压缩，如图66b所示。当动触头离开静触头3时，便产生电弧，同时将原来由动触头所封闭的压气室翻开而产生气流、向喷口吹弧，如图66c所示。气流流向静触头内孔对电弧进行纵吹，熄弧后的开断位置如图66d所示。图66 定开距灭弧室灭弧过程示意图a断路器在合闸位置；b压气室内的SF6气体被压缩；c产生的气流向喷口吹弧；d熄弧后的开断位置本结构的特点是：由于利用了SF6气体介质强度高的优点，
10、触头开距设计得比拟小，110KV电压的开距只有30mm。触头从别离位置到熄弧位置的行程很短，因而电弧能量小，熄孤能力强，燃弧时间短，但压气室的体积比拟大。前述LW13SFMT型罐式高压SF6断路器，均采用此种型式的灭弧室结构。2变开距灭弧室图67 变开距灭弧室灭弧过程示意图1主静触头；2弧静触头；3喷嘴；4弧动触头；5主动触头；6压气缸；7逆止阀；8压气室；9固定活塞；10中间触头变开距灭弧室的结构示意图如图67所示。其结构与少油断路器相似。触头系统有主触头、弧触头和中间触头。主触头的中间触头放在外侧，以改善散热条件，提高断路器的热稳定性。灭弧室的可动局部由动触头、喷嘴和压气缸组成。为了在分闸
11、过程中使压气室的气体集中向喷嘴吹弧，而在合闸过程中不致在压气室形成真空，故设有逆止间。合闸时，逆止阀翻开，使压气室与活塞内腔相通，SF6气体从活塞的小孔充入压气室；分闸时，逆止阀堵住小孔，让SF6气流集中向喷嘴吹弧。图68 变开距灭弧室灭弧过程示意图a合闸位置； b压气室内SF6气体被压缩并提高压力；c触头别离产生电弧气流，向喷嘴吹弧d熄弧后分闸位置变开距灭弧室的灭弧过程示于图68中。图68a为合闸位置。分闸时，可动局部向右运动，此时，压气室内的SF6气体被压缩并提高压力，如图68b所示。主触头首先别离，然后，弧触头别离产生电弧，同时也产生气流向喷嘴吹弧，如图68c所示。熄弧后的分闸位置如图6
12、8d所示。从上述动作过程可以看出，触头的开距在分闸过程中是变化的，故称之为变开距灭弧室。本结构的特点是：触头开距在分闸过程中不断增大，最终开距较大，故断口电压可以做得较高、起始介质强度恢复速度快。喷嘴与触头分开，喷嘴的形状不受限制，可以设计得比拟合理，有利于改善吹弧效果，提高开断能力。但绝缘喷嘴易被电弧烧损。三、SF6断路器的特点1、断口耐压高。SF6断路器的单元断口耐压与同电压级的其他断路器相比要高，所以SF6断路器的串联断口数和绝缘支柱较少，因而零部件也较少、结构简单，使制造、安装、调试和运行都比拟方便。2、允许断路次数多，检修周期长。由于SF6气体分解后可以复原，且在电弧作用下的分解物不
13、含有碳等影响绝缘能力的物质，在严格控制水分的情况下，生成物没有腐蚀性。因此，断路后SF6气体的绝缘强度不下降，检修周期相应也快。3、开断性能很好。SF6断路器的开断电流大、灭弧时间短、无严重的截流和截流过电压。无论开断大电流或小电流，其开断性能均优于空气断路器和油断路器。4、占地少。与其他断路器相比，在电压等级、开断能力及其他性能相近的情况下，SF6断路器的断口少、体积小，尤其是SF6全封闭组合电器，可以大大减少变电所的占地面积，对于负荷集中、用电量大的城市变电所和地下变电所更为有利。5、无噪声和无线电干扰。6、要求加工精度高、密封性能良好。SF6气体本身虽无毒，但在电弧作用下，少量分解物如S
14、F4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。虽然SF6断路器的价格较高，但由于其优越的性能和显著的优点，故正得到日益广泛的应用。在我国，SF6断路器在高压和超高压系统中将占有主导地位，并且正在向中压级开展，在1060KV电压级系统中也正逐步取代目前广泛使用的少油断路器。第四节 真空断路器一、真空断路器概述真空断路器是以真空作为灭弧和绝缘介质的。所谓真空是相对而言的，指的是绝对压力低于101325Pa相当于1atm的气体稀薄的空间。气体稀薄程度用“真空度表示。真空度即气体的绝对压力与大气压的差值。气体的绝对压力值愈低真空度就越高
15、。102Pa相当于104102P105Pa。二、真空断路器的特点：1触头开距短。10KV级真空断路器的触头开距只有10mm左右。因为开距短，可使真空灭弧室做得小巧，所需的操作功小、动作快。2燃弧时间短，且与开断电流大小无关，一般只有半个周波，故有半周波断路器之称。3熄弧后触头间隙介质恢复速度快，对开断近区故障性能较好。4由于触头在开断电流时烧损量很小，所以触头寿命校、断路器的机械寿命也长。5体积小、重量轻。6能防火防爆。三、真空断路器的结构真空灭弧室宛如一只大型电子管，所有的灭弧零件都密封在一个绝缘的玻璃外壳内，如图611所示。动触杆与动触头的密封靠金属波纹管来实现，波纹管一般采用不锈钢制成。在动触头外面四周装有金属屏蔽罩，此罩通常由无氧铜板制成。屏蔽罩的作用是为了防止触头间隙燃孤时飞出电孤生成物如金属离子、金属蒸气、炽热的金属液滴等
