少油断路器原理、结构与操作概述一. 油断路器:是利用油作为灭弧介质的断路器二. 油断路器是最先出现的高压断路器（115 年）1895 年,随着电力系统电压的增高、容量的增大，开断进程中电弧长度也增 大,为减小弧长、尽快熄弧，从而出现了第一台油断路器如：大气中开断6kV、300A电路，电弧可长达4m; —样的电路，油中开断 时电弧长度可缩短到 20cm1930 年前，用油作为介质几乎是提高高压断路器灭弧能力的唯一方式但 目前，油断路器在高压断路器的份额很少三. 静止状态的变压器油比空气熄弧能力强，原因有三：① 电弧在油中燃烧，分解出大量H2, H2导热性比N2高，散热热量多，冷却作用强;② 油气内压力增大，去游离作用增强;③ 扰动作用（液―气）一、分类：按绝缘结构不同,有带接地金属箱型和瓷瓶支持型两类因前者用油量较多，适 应上称为多油断路器；而瓷瓶支持型油断路器因用油量较少，称为少油断路器1. 多油式：油是灭弧介质、触头间绝缘介质、对地绝缘介质耗油、耗钢材均多，火灾危险性大，但运行经验较多，适于频繁操作，气候适 应性较强，易组装电流互感器35kV电压品级还生产2. 少油式：油作灭弧介质、触头在分闸位置的绝缘介质。
耗油、耗钢材均少，应用较广（尤其是中压级）；可采用积木式结构，电压品级可达330kV,开断电流达40kA当加装机械油时，知足开断空载长线的要求缺点：油较少，易于劣化，检修周期短，不适于频繁操作，也有火灾安全问题油断路器的型号可按下述方式识别：□ n n- nI I一额定电圧等级，Jflk¥表示_序列号：用数字表示 安装地点:户内用W叢示，户外用W喰示[ 断路器的类型；多汕用D表示，少汕用S抚示如：DW4-110是指序列号为4的户外110kV少油断路器一、少油断路器：曾是我国用量最大的断路器一、结构特点：触头、导电系统和灭弧系统直接装在绝缘油筒或不接地的金属油箱中变压器油只用来熄灭电弧和作为触头间的绝缘用，不作对地绝缘用，导电部份 的对地绝缘主要靠瓷瓶、环氧玻璃布和环氧树脂等固体介质 二、装有灭弧室，并设油气分离器（见图 4-3）把在电弧作用下分解出的气体中所含的油进行分离和冷凝后从头送回油箱由 于少油断路器的油箱较小，顶部的缓冲空间也较小，再加油气分离器带来的排 气阻力，缓冲空间的体积对少油断路器工作的影响显得更为突出3、电磁操动机构：靠合闸电磁铁实现合闸，靠分闸弹簧实现分闸，但液压或气 动操动机构操动的不设分闸弹簧，直接由液动或气动能源操动分闸。
少油断路器的结构形式随电压品级和利用地址的不同有较大不同5.阳惯性脖胀式油汽帝概器1一龙向排气口 :—沖器 3T!規话门4—上帽5—覆冲空罔4. 6〜35kV户内少油断路器：① 户内少油断路器：灭弧室装在金属的或环氧树脂玻璃钢的圆筒中按绝缘筒支承方式不同，断路器分为悬臂式、中支式和落地式三种结构（图4-4）图W-3 户内少油断跻潺的站构悬協式I 4）中玄式* ＜們蔣地式・2.产品介绍：①SN4型：SN4-10和SN4-20发电机断路器采用落地式的 结构形式，图4-5为其原理图・它们额定电流大、断流容量高，每相采用两个串联断口和灭弧室1,别离 装在两个金属油箱中，油箱用绝缘子对地绝缘・静触头4固定在油箱底部，动触杆5通过绝缘套管6进入油箱两个动 触杆通过横担7相连接，并由绝缘提升杆8带动灭孤掘，■一沛紀；匸一绝绵H杵液於「吃£懇％止匸一却融时疋烈融头）！ 3—絶绩馬管］ ：—质担；自一炒一主静蝕头f 1一丄勺祖決・a、合闸：・灭弧触头回路：电流由左油箱（油箱带电）经左静触头、左动触杆、横 担、右动触杆、右静触头和右油箱形成的回路・ 主触头回路：为避免大电流贯穿金属油箱引发发烧，在油箱盖和横担上 另装有主静触头9和主动触头10，电流入左油箱后，也可经左主静触头、 左主动触头、横担、右主动触头、右主静触头和右油箱形成回路。
・ 当主触头回路的电阻远小于灭弧触头回路的电阻时，在合闸状态下有75％以上的电流将经主触头回路流通动作顺序：分闸时主触头先分开、灭弧触头后分开；而合闸时灭弧触头 先接通，主触头再接通，因此主触头间不会发生电弧，可不设灭弧装置②.SN10-10 型：a、结构：图4-6是SN10-10配电型器的单相剖视图悬臂式结构，三相别离通过瓷瓶固定在底架上灭弧室1置于绝缘筒2中；静触头3固定在绝缘筒的上法兰上，动触杆5 通过安装在绝缘简下法兰的中间转动触头4滑动• 接通电路时，电流经上接线板六、静触头、动触杆、中间触头 4到下接 线板形成导电回路• 断路器的主轴10经绝缘拉杆11与带动动触杆运动的转轴12相连a S-4 SNiO^lO型少油斷路器L—灭孤室^ 2—绝缘價b 3—静舸头=4—中间倔头*身一功 触杆尚一上接銭極M—下接銭板丁8「瓷瓶*乡一底摩』2 0— 三勒,M—绝縦肘杆,也一转13—仆附趟货「程一介闸 弹篝f 1吕一缰冲空间丨讦一油气分离器27一分闸油缓冲器■b、合闸：转轴12在操动机构带动下顺时针转动，使导电杆向上运动，与静触头接通；同 时，紧缩分闸弹簧 13，进行贮能在接近合闸位置时，合闸缓冲弹簧 14被紧缩， 进行合闸缓冲。
C、分闸：分闸弹簧带动转轴 12逆时针转动，使动触杆向下运动触头间产生的电弧在灭 弧室中熄灭电弧分解和蒸发的气体和油气上升到顶部缓冲空间 15，经油气分离器16冷却后 排出分闸终了时，油缓冲器活塞 17插入导电杆下部钢管中，进行分闸缓冲 5．35kV 以上的户外少油断路器：灭弧装置都装在瓷套中（灭弧装置在瓷套中的安装方式和 SN10-10 相同）60kV及以上都是落地式结构，以相当于线电压为55〜110kV的标准元件为基础, 采用积木式组合方式①图4-7为用55kV标准元件组成的双断口 110kV少油断路器SW3-110的外形图灭弧元件向上斜装在三角机构箱2上；机构箱靠支持瓷瓶3固定在底座4上 操动传动机构的绝缘操 作杆,穿过支持瓷瓶和置在机构箱内与带动动触杆动的传动机构相连 属于该系列的220kV和330kV少油断路器有双柱四断口和三柱六断口的结构②图4-8为用110kV标准元件组成的单断口 110kV少油断路器SW7-110的外形 图该系列220kV少油断路器采用单柱双断口■■■■■口0 £3 U h L」 ■ ■— ■ V F r用fi-7 SW7-JJ0少油斷略器外形1 一疋讯元件j 2—支持姿和* m—底密,—鳖动机购扌•=；一上RL薪一捏杼6. 能采用积木式组装成高电压品级的断路器是少油断路器的一大长处。
但由于断口各点对地部份电容的影响，随着断路器断口数的增加，断口 的电压散布将愈来愈不均匀① 图4-9(a)单柱双断口：图中，Cd为断路器断口的部份电容，CO为机构箱对地的部份电容当断路器开断单相接地故障时，断口间的电压散布可按图4-9 (b)的等 值线路图计算，图中U为加在断路器断口上的总的恢复电压因存在机构箱对地的部份电容C0,故断口 1和断口 2的电压大小将别离为IJJ⑹H讎双断口的电脇布计算因存在机构箱对地的部份电容CO,故断口 1和断口 2的电压大小将别离为分子不同）所以,断路器电压散布不均匀假定Cd=C0，可得U1=67%U, U2=33%U可见断路器两个断口所经受的恢复电 压将有专门大的不同考虑到断口的部份电容Cd 一般比机构箱对地部份电容CO小，因此实际的U1和 U2 的不同更大图 沪9 双柱四頤口的电圧分布il算C, = 5P卜,t \ = Gpl'j Ct 二 upl^j Cj 亠 iapb\ 心・-12PP斗 5 二 7=6据此算出断口间电压散布为：Ul=74%U，U2=8%U，U3=12%U，U4=6%U若是把断话柄际经受的电压和理想散布电压（电压均匀散布时均为 25％U）之比称为电压不均匀系数k,则各断口的电压不均匀系数将为：K1=, k2=，k3 = , k4=增大断口的部份电容Cd可改善断口间的电压散布，因此220kV及以上的少油断路器的断口上一般都并联有均压电容。
均压电容应能把断口的不均匀系数调整到以下，其值在1000〜2000pF范 围内7. 少油断路器的优、缺点：长处：①装有灭弧室和油气分离器；②能采用积木式组装成高电压品 级的断路器；③用油少，体积小、重量轻缺点：①消耗有色金属和绝缘材料少；②维修量大；③有火灾危险第二节 油断路器灭弧室的工作原理一、油断路器灭弧室有自能式、外能式和混合式三种目前大多采用自能式或混合式1. 自能式：利用电弧放出能量将油蒸发、分解成油气，提高灭弧装置的 压力，以驱动油气或油进行吹弧2. 外能式：利用其它能量熄灭电弧3. 混合式：压气式 +电弧堵塞二、自能式灭弧室的工作原理：一、自能式纵吹灭弧室：图4-11是原理图静触头1放在由绝缘材料做成的灭 弧室2内，动触头3从吹弧口穿过从触头分开产生电弧起，到电弧熄灭、灭弧室内从头充满油为止，灭弧室的工作分为三个阶段：封锁泡阶段、气吹阶段和回油阶段烦J图M纵攻灭紙柳汀一㈱理1-/电,4 丈亚率1 ：'—幼芯头* :…谢：电，.二R—弋注I二一止诅闵・(l)封锁泡阶段：是触头分开到吹弧口被打开的阶段，如图4-11 (b)所示 此阶段只有部份油从触头和灭弧室的裂缝中挤出，大量的气体占 有较小的空间，灭弧室中压力增加专门快，达几十个大气压。
现在，触 头间距很小，气体和电弧间没有相对运动，不能形成气吹，所以电弧不 会熄灭；・(2)气吹阶段：如图4-11 (c)所示，吹弧口被打开，灭弧室中的高压 力推动油和气高速经吹弧口喷入油箱，形成气吹，加上现在触头间距已 足够大，因此电弧应在这一阶段熄灭・(3)回油阶段：如图4-11 (d)电弧熄灭，灭弧室压力降低，灭弧室顶 部的止逆阀自动打开，新鲜油开始回入灭弧室，灭弧室中的残留气体被 排出当油全数回入灭弧室后，灭弧室恢复其灭弧能力，预备下一次动 作・二、自能式横吹灭弧室：图4-12为其工作原理图吹弧口位于触头侧面, 称横吹弧道口，图中也显示了灭弧室工作的三个阶段FIJHI刪天弧砌工作廉理1 一專竝知気动站知4— ffij 5—电恥心一气（ft〕—止总汕3—虞）:孤直口三、自能灭弧室压力转变分析：1. 对灭弧室工作的影响：① 最大压力决定了灭弧室的机械强度；② 气吹阶段压力直接影响吹弧的速度；③ 电流过零刹时压力对于阻止电弧重燃起重要作用；④ 整个燃弧时刻压力还影响排出油的容积，因此也影响回油的快慢和断路器的 重合闸性能2. 准确计算压力进程较困难，只供初步估算和定性分析用的计算方式：（1）封锁泡阶段:设气体紧缩是等温的，则灭弧室压力P可由一个大气压下电 弧分解出的气体体积V0与气体所能占有的空间体积V的比值p来肯定，即：其中J可根据电弧能1^1±1式（6-12 ）求得为V. = KA=K （恥3 ）式中 漱、人——分劭为电弧电压和电流的匪曲值；a求一个大气压下电弧分解出的气体体积V0： 设电弧长度等于触头开距，触头分断速度为平均速度vp，不计燃弧尖峰和熄弧尖峰，电弧电压uh可写成： uh = Eh * vp * t （8-4）式中Eh——电弧的电压梯。