高压断路器隔离开关熔断器电力电缆讲义

1高压断路器在发电厂和变电所中，高压断路器是1kV以上电路中的主要控制设备。在正常运行时，用来接通或断开电路的负荷电流；故障时，用来迅速断开短路电流，切除故障。对断路器的基本要求有以下几点：（1）在合闸状态时应为良好的导体。（2）在合闸状态时应具有良好的绝缘性。（3）在开断规定的短路电流时，应有足够的开断能力和尽可能短的开断时间。（4）在接通规定的短路电流时，短时间内断路器的触头不能产生熔焊等情况。（5）在制造厂给定的技术条件下，高压断路器要能长期可靠地工作，有一定的机械寿命和电气寿命要求。此外，高压断路器还应具有结构简单、安装和检修方便、体积小、重量轻等优点。电弧的问题电路中电弧的存在会给电路带来严重的后果：一是电弧的存在使电路不能断开，二是电弧的高温会烧坏触头或破坏触头附近的绝缘材料，三是电弧如果不能熄灭，将使周围的空气迅速膨胀形成巨大的爆炸力，炸坏开关本身并严重影响周围设备的安全运行，这是最严重的后果，因为，断路器的选择中必须解决电弧尽快熄灭的问题。电弧的形成依赖于强电场的电子发射以及由此形成的碰撞游离；电弧的维持主要依赖于热游离。由于交流电按正弧波形运行，会存在电压及电流过零的时点，因为交流系统中的电弧相对容易熄灭；而直流系统中，电压波形为直线，不存在过零的时点，在开断大功率直流电路时，产生的直流电弧很难熄灭，目前，超高压直流输电系统中尚无直流断路器。断路器熄灭交流电弧的基本方法1、用液体或气体吹弧，这种灭弧方式根据吹弧介质运动方向又分为纵吹和横吹两种方式；2、采用多断口熄弧；3、利用真空灭弧；4、利用特殊介质灭弧，目前应用最广泛的是利用SF6气体灭弧；5、快速拉长电弧，这种方式主要应用于低压断路器中；高压断路器的类型：根据断路器安装地点，可分为户内和户外两种。根据断路器使用的灭弧介质，可分为以下几种类型：（1）油断路器。油断路器是以绝缘油为灭弧介质。可分为多油断路器和少油断路器。在多油断路器中，油不仅作为灭弧介质，而且还作为绝缘介质，因此用油量多，体积大。在少油断路器中，油只作为灭弧介质，因此用油量少体积小，耗用钢材少。（2）空气断路器。空气断路器是以压缩空气作为灭弧介质，此种介质防火、防爆、无毒、无腐蚀性，取用方便。空气断路器属于他能式断路器，靠压缩空气吹动电弧使之冷却，在电弧达到零值时，迅速将弧道中的离子吹走或使之复合而实现灭弧。空气断路器开断能力强，开断时间短，但结构复杂，工艺要求高，有色金属消耗多，因此，空气断路器一般应用在110KV及以上的电力系统中。2（3）六氟化硫（SF6）断路器。SF6断路器采用具有优良灭弧能力和绝缘能力的SF6气体作为灭弧介质，具有开断能力强、动作快、体积小等优点，但金属消耗多，价格较贵。近年来SF6断路器发展很快，在高压和超高压系统中得到广泛应用。尤其以SF6断路器为主体的封闭式组合电器，是高压和超高压电器的重要发展方向。电力系统中，SF6断路器是应用最为广泛的品种，适用于10～500kV电力系统中；特别是500kV及以上等超高压系统中，目前只有SF6断路器才能满足使用要求。（4）真空断路器。真空断路器是利用高度真空灭弧，出厂灭弧室内压力仅为1.33×10-5Pa,真空中的电弧是在触头分离时电极蒸发出来的金属蒸汽中形成的。电弧中的离子和电子迅速向周围空间扩散。当电弧电流到达零值时，触头间的粒子因扩散而消失的数量超过产生的数量时，电弧即不能维持而熄灭。真空断路器开断能力强，开断时间短、体积小、占用面积小、无噪声、无污染、重量轻、无爆炸危险、寿命长，可以频繁操作，检修周期长等特点。真空断路器目前在我国的配电系统中已逐渐得到广泛应用，应用于35kV及以下电力系统中。此外，还有磁吹断路器和自产气断路器，它们具有防火防爆，使用方便等优点。但是一般额定电压不高，开断能力不大，主要用作配电用断路器。高压断路器的型号规定目前我国断路器型号根据国家技术标准的规定，一般由文字符号和数字按以下方式组成：其代表意义为：①—产品字母代号，用下列字母表示：S—少油断路器；D—多油断路器；K—空气断路器；L—六氟化硫断路器；Z—真空断路器；Q—产气断路器；C—磁吹断路器。②—装置地点代号；N—户内，W—户外。③—设计系列顺序号；以数字1、2、3……表示。④—额定电压，KV。⑤—其它补充工作特性标志，G—改进型，F—分相操作。⑥—额定电流，A。⑦—额定开断电流，KA。⑧—特殊环境代号。高压断路器的组成部分和各自的作用高压断路器由以下五个部分组成：通断元件，中间传动机构，操动机构，绝缘支撑件和基座。通断元件是断路器的核心部分，主电路的接通和断开由它来完成。主电路的通断，由操动机构接到操作指令后，经中间传动机构传送到通断元件，通断元件执行命令，使主电路接通或断开。通断元件包括有触头、导电部分、灭弧介质和灭弧室等，一般安放在绝缘支撑件上，使带电部分与地绝缘，而绝缘支撑件则安装在基座上。这些基本组成部分的结构，随断路器类型不同而异。高压断路器的基本工作性能(1)额定电压(标称电压)：它是表征断路器绝缘强度的参数，它是断路器长期工作的标准电压。为了适应电力系统工作的要求，断路器又规定了与各级额定电压相应的最高工作电压。对3—220KV各级，其最高工作电压较额定电压约高15%左右；对330KV及以上，最高工作电压较额定电压约高10%。断路器在最高工作电压下，应能长期可靠地工作。（2）额定电流：它是表征断路器通过长期电流能力的参数，即断路器允许连续长期通过的最大电流。（3）额定开断电流：它是表征断路器开断能力的参数。在额定电压下，断路器能保证可靠开断的最大电流，称为额定开断电流，其单位用断路器触头分离瞬间短路电流周期分量有效值的千安数表示。当断路器在低于其额定电压的电网中工作时，其开断电流可以增大。但受灭弧室机械强度的限制，开断电流有一最大值，称为极限开断电流。3（4）动稳定电流：它是表征断路器通过短时电流能力的参数，反映断路器承受短路电流电动力效应的能力。断路器在合闸状态下或关合瞬间，允许通过的电流最大峰值，称为电动稳定电流，又称为极限通过电流。断路器通过动稳定电流时，不能因电动力作用而损坏。（5）关合电流：是表征断路器关合电流能力的参数。因为断路器在接通电路时，电路中可能预伏有短路故障，此时断路器将关合很大的短路电流。这样，一方面由于短路电流的电动力减弱了合闸的操作力，另一方面由于触头尚未接触前发生击穿而产生电弧，可能使触头熔焊，从而使断路器造成损伤。断路器能够可靠关合的电流最大峰值，称为额定关合电流。额定关合电流和动稳定电流在数值上是相等的，两者都等于额定开断电流的2.55倍。（6）热稳定电流和热稳定电流的持续时间：执稳定电流也是表征断路器通过短时电流能力的参数，但它反映断路器承受短路电流热效应的能力。热稳定电流是指断路器处于合闸状态下，在一定的持续时间内，所允许通过电流的最大周期分量有效值，此时断路器不应因短时发热而损坏。国家标准规定：断路器的额定热稳定电流等于额定开断电流。额定热稳定电流的持续时间为2S，需要大于2S时，推荐4S。（7）合闸时间与分闸时间：这是表征断路器操作性能的参数。各种不同类型的断路器的分、合闸时间不同，但都要求动作迅速。合闸时间是指从断路器操动机构合闸线圈接通到主触头接触这段时间，断路器的分闸时间包括固有分闸时间和熄弧时间两部分。固有分闸时间是指从操动机构分闸线圈接通到触头分离这段时间。熄弧时间是指从触头分离到各相电弧熄灭为止这段时间。所以，分闸时间也称为全分闸时间。（8）操作循环：这也是表征断路器操作性能的指标。架空线路的短路故障大多是暂时性的，短路电流切断后，故障即迅速消失。因此，为了提高供电的可靠性和系统运行的稳定性，断路器应能承受一次或两次以上的关合、开断、或关合后立即开断的动作能力。此种按一定时间间隔进行多次分、合的操作称为操作循环。我国规定断路器的额定操作循环如下：自动重合闸操作循环：分——t’——合分——t——合分；非自动重合闸操作循环：分——t——合分——t——合分；其中：分——表示分闸动作；合分——表示合闸后立即分闸的动作；t’——无电流间隔时间，即断路器断开故障电路，从电弧熄灭起到电路重新自动接通的时间，标准时间为0.3S或0.5S，也即重合闸动作时间。t——为运行人员强送电时间，标准时间为180S。SF6气体的理化性质SF6气体是无色、无臭、无毒、不燃的惰性气体。它的化学性质非常稳定，在大气压下以及温度高达500℃的情况下，都具有高度的化学稳定性。一般认为，在电气设备允许的温度范围内，SF6对断路器的材料没有腐蚀作用，因此断路器的检修周期长，检修工作量少。在电弧高温作用下，很少量的SF6会分解为有毒的气体，但在电弧过零值后，很快又再结合成SF6。因此，长期密封使用的SF6，虽经多次灭弧作用，也不会减少或变质。电弧分解物的多少与SF6中所含水份有关，因此，把水份控制在规定值下是十分重要的。常用活性氧化铝或活性炭、合成沸石等吸附剂，清除水分和电弧分解产物。SF6气体混入空气时，会使绝缘强度下降，因此断路器及其贮气设备应保持密封。SF6容易液化，液化温度与压力有关，压力升高时液化温度也增高，所以SF6气体都不采用过高的压力，以使其保持气态。双压式断路器，高压侧压力为1.5MPa左右；单压式断路器，压力为0.3—0.5Mpa。4SF6气体的电气特性(1)SF6分子很容易吸附自由电子，形成负离子，具有较强的电负性。但在一定电场下，这些离子很难积累足够的能量导致气体电离。同时因为气体中的自由电子减少，还降低了这些电子容易使气体被击穿的危害。因此，SF6气体具有良好的绝缘性能，在均匀电场中SF6的绝缘强度比空气大2—3倍，在0.3Mpa压力下，绝缘强度超过变压器油。但在不均匀电场中，其绝缘强度会下降，因此六氟化硫断路器的部件多呈同心圆状，以使电场均匀。(2)SF6分子具有较强的电负性，使SF6具有强大的灭弧能力。因为SF6分子吸附自由电子后变为负离子，负离子容易和正离子复合形成中性分子，使电弧空间的导电性能很快消失。特别在电弧电流接近零值时，这种作用更加显著。如果例用SF6气体吹弧，使大量新鲜的SF6分子不断和电弧接触则灭弧更加迅速。由于SF6气体灭弧能力强，从导电电弧向绝缘体变化速度特别快，所以SF6断路器的开断电流大，开断时间短。在同一电压等级，同一开断电流和其它条件相同的条件下，SF6断路器的串联断口较少。（3）SF6气体是多原子的分子气体，在电弧高温下分解和电离的情况非常复杂。SF6气体中弧心部分导热率低，温度高，电导率大，其外焰部分导热率高，温度低，电导率小，所以电弧电流几乎集中在弧心部分。因此，在SF6气体中，可以看到很细、很亮的电弧，几乎看不到外焰部位。这也是SF6气体灭弧时间短的原因之一。当电弧电流减小趋近于零值时，SF6分子此时电负性显著，从而使电流保持连续，可使细小的弧心一直存在到极小的电流范围。SF6电弧的这种特点，使断路器开断小电流时，也不会由于截流作用而产生操作过电压。16、利用SF6气体吹弧与利用空气吹弧有什么不同？答：利用SF6气体吹弧与利用空气吹弧在外形上十分相似，但实际灭弧原理不同。空气吹弧主要是冷却电弧，而SF6气体吹弧主要是利用SF6分子与电弧不断接触进行灭弧，SF6气体的灭弧能力较空气大100倍。SF6断路器的类型SF6断路器的类型按灭弧方式分，有单压式和双压式；按总体结构分，有落地箱式和支柱瓷套式。单压式和双压式SF6断路器的工作原理单压式SF6断路器只有一种较低的压力系统，即只有0.3—0.6MPa压力（表压）的SF6气体作为断路器的内绝缘。在断路器开断过程中，由动触头带动压气活塞或压气罩，利用压缩气流吹熄电弧。分闸完毕，压气作用停止，分离的动、静触头处在低压的SF6气体中。双压式SF6断路器内部有高压区和低压区，低压区0.3—0.6MPa的SF6气体作为断路器的主绝缘。在分闸过程中，排气阀开启，利用高压区约1.5MPa的气体吹熄电弧。分闸完毕，动、静触头处于低压气体或高压气体中。高压区喷向低压区的气体，再经气体循环系统和压缩