第二章开关电器

1、第二章 开关电器包括负荷电流、空载长线电流、电容电流、空载变压器或电动机等感性小负荷电流：l开断和关合电路部分 接线端子、导电杆、触头、灭弧室。l绝缘支撑部分 导电杆、触头等带电元件对地的绝缘部件，如绝缘套、绝缘拉杆等。l操动和传动部分 由控制回路、操动能源机构和传动机构组成。l基座利用电弧自身的能量将油蒸发分解而成油气，提高灭弧室中的压力以驱动油或油气进行吹弧。用外界能量(通常是储存在弹簧中的能量)推动活塞，提高灭弧室中的压力以驱动油或油气进行灭弧n混合式：兼用上述两种能量，提高灭弧室中的压力以驱动油或油气进行吹弧。 即使在油中简单地位长电弧，其灭弧能力也比在大气中拉长电弧高得多。这是因为：

2、 (1)油气的主要成分是氢，它在所有气体中具有最高的导热系数和最小的粘度，这就使弧柱的热量容易散发。 (2)在电弧的高温作用下，油的气化和分解过程非常剧烈。油气形成后由于受到周围冷油的阻碍，体积不能迅速膨胀，因而气泡中压力很高，通常可达（0.51）MP。油断路器熄灭电弧的过程和方法 在熄灭交流电弧过程中，当电流增大时，电弧的功率增大，油气的形成加剧，气泡中油气温度增高和压力上升。在压力较高的情况下，气泡壁处油的沸点升高，处于过热状态。当电流减小到过零附近时，由于电弧功率减小，油气产生的速度下降，但气泡在压力作用下仍继续膨胀，结果引起气泡中油气的温度和压力迅速降低。此时气泡壁处油的沸点下降，处于

3、过热状态的油猛烈气化。由于气泡壁各处油的气化速度不一致，在气泡内就形成了压力差。此压力差促使油气产生混乱的运动，使刚刚形成的温度较低的油气进入弧柱中，加强了弧柱的冷却。 按照油或油气与电弧作用的方式，自能吹弧灭弧装置又可分为横吹、纵吹、纵横吹和环吹四种。 SW6-110型断路器，系单柱结构，采用多断口灭弧室，两个断口成V形排列， 对称地固定在三角形传动机构箱上，对地用一个瓷套，组成Y形单元。SW6-220型断路器每相由两个单柱组成，每个单柱对地用两个瓷套，每相共有四个断口，每个断口都并联均压电容，用来改善电压分布。在开断电路时，将预先储备好的压缩空气引向燃弧区，利用压缩空气猛烈吹弧和提高燃弧区

4、的压力，使电弧熄灭。KW5型灭弧室结构示意 SFSF6 6是一种化学性质非常稳定的惰性气体，在常态下无色、是一种化学性质非常稳定的惰性气体，在常态下无色、无嗅、无毒、不燃烧，无老化。无嗅、无毒、不燃烧，无老化。 SF6绝缘强度高、灭弧能力强的原因：（绝缘强度高、灭弧能力强的原因：（1）SF6分子直径大，分子直径大，电子在电子在SF6气体中的平均自由行程短，发生碰撞的机会大，不气体中的平均自由行程短，发生碰撞的机会大，不易积累动能，易积累动能， 发生碰撞游离几率小。（发生碰撞游离几率小。（2 2）SF6分子质量大，分子质量大，比热也大，吸热和对流散热能力都比空气强；比热也大，吸热和对流散热能力都

5、比空气强；SF6气体分解温气体分解温度比空气低，但分解需要的能量比空气高，因此度比空气低，但分解需要的能量比空气高，因此SF6分解时吸分解时吸收的能量多，对弧柱的冷却强。电弧温度低。收的能量多，对弧柱的冷却强。电弧温度低。 （3）SF6气体在高温下分解出的硫、氟原子和正负离子，与其气体在高温下分解出的硫、氟原子和正负离子，与其它介质相比，在同样的弧温下有较大的游离度。因而电弧电阻它介质相比，在同样的弧温下有较大的游离度。因而电弧电阻小，电压梯度小，电弧电压小，输入电弧的能量小，电弧温度小，电压梯度小，电弧电压小，输入电弧的能量小，电弧温度低。（低。（4）SF6气体分子的电负性强，气体分子的电负

6、性强，SF6分子及分解出的氟原分子及分解出的氟原子，在子，在102温度以下对电子有很大的亲和力，容易吸附电子变温度以下对电子有很大的亲和力，容易吸附电子变为负离子与正离子复合速度快，减少了自由电子的数目，去游为负离子与正离子复合速度快，减少了自由电子的数目，去游离作用特强离作用特强。尤其在电弧电流过零前后，电弧温度下降很快，。尤其在电弧电流过零前后，电弧温度下降很快，分解物急速复合，使过零后分解物急速复合，使过零后SF6气体介质强度回复速度很高，气体介质强度回复速度很高，不易重燃。不易重燃。 自能式气自吹 SF6断路器是在压气式基础上发展起来的，又称第三代 SF6断路器。它利用电弧能量建立灭弧

7、所需的压力差，因而固定活塞的截面积比压气式小得多。开断大电流时，主触头分开后，弧动、静触头随后分开产生电弧。电弧能量加热贮气室中的气体使压力升高，建立灭弧所需的压力。贮气室6中的高压力气体经绝缘喷口2吹向电弧，使电弧在电流过零时熄灭。随后阀门11打开，排出多余气体。触头分开产生电弧后，压力随电流变化。交流电流第一次过零压力较低难以熄弧。第二次过零时的压力显然高得多，气吹效果好，电弧熄灭。电流过零时的压力显然与电弧能量有关，而电弧能量又决定于开断电流与燃弧时间。显然开断电流愈大，电流过零时贮气室内的压力愈高，气吹效果愈好。开断感性和容性小电流（如电抗器和空载线路）时，电弧能量小，依靠电弧能量难以

8、建立熄灭电弧所需的压力，因而必须设法提供附加的气吹作用。附加气吹作用是动触头向下运动带动固定活塞的压气作用使辅助气室（压气室）中的压力升高，打开阀门，让气体通过压气室经绝缘喷口吹向电弧。 由于空气稀薄，空气分子及其电子的平均自由行程加长，这就使弧中气体粒子受到其他粒子碰障而电离的几率大大减少。因此，真空具有很高的绝缘和灭弧性能。 是真空断路器中的心脏。是真空断路器中的心脏。外壳：玻璃、高铝陶瓷（耐温外壳：玻璃、高铝陶瓷（耐温16001600度，熔点度，熔点20302030度，耐压强度高）度，耐压强度高）或微晶玻璃等无机绝缘材料制成，或微晶玻璃等无机绝缘材料制成，圆筒状，两端用金属盖板封接组成圆

9、筒状，两端用金属盖板封接组成封闭容器。封闭容器。外壳内部：一对触头，其中，外壳内部：一对触头，其中，静触头固定在静导电杆的端头，动静触头固定在静导电杆的端头，动触头固定在动导电杆的端头。触头固定在动导电杆的端头。动导电杆在中部与波纹管的一动导电杆在中部与波纹管的一个端口焊在一起，波纹管的另一端个端口焊在一起，波纹管的另一端口与动端盖的中孔焊接，动导电杆口与动端盖的中孔焊接，动导电杆从中孔穿出外壳。从中孔穿出外壳。真空灭弧室：由于由于波纹管波纹管在在轴向轴向上可以上可以伸缩伸缩，因，因而这种结构既能实现在灭弧室外带动动而这种结构既能实现在灭弧室外带动动触头作触头作分合运动分合运动，又能保证真空外

10、壳的，又能保证真空外壳的密封性密封性。在动、静触头和波纹管周围装有屏在动、静触头和波纹管周围装有屏蔽罩，蔽罩，触头周围触头周围的的屏蔽罩屏蔽罩称为称为全屏蔽罩全屏蔽罩，由磁柱支撑；由磁柱支撑；波纹管周围的屏蔽罩波纹管周围的屏蔽罩称为称为辅助屏蔽罩辅助屏蔽罩或或波纹管屏蔽罩波纹管屏蔽罩。由于大气压力的作用，灭弧室在无由于大气压力的作用，灭弧室在无机械外力作用时，其动静触头始终保持机械外力作用时，其动静触头始终保持闭合位置，当外力使动导电杆向外运动闭合位置，当外力使动导电杆向外运动时，触头才分离。时，触头才分离。 图所示为横向磁吹的中接式螺旋槽触图所示为横向磁吹的中接式螺旋槽触头，在触头圆盘的中部

11、有一突起的圆环，圆头，在触头圆盘的中部有一突起的圆环，圆盘上开有三条螺旋槽，从圆环的外周一直延盘上开有三条螺旋槽，从圆环的外周一直延伸到触头的外缘。当触头在闭合位置时，只伸到触头的外缘。当触头在闭合位置时，只有圆环部分接触。触头分离时，在圆环上产有圆环部分接触。触头分离时，在圆环上产生电弧，由于电流线在圆盘处有拐弯，在弧生电弧，由于电流线在圆盘处有拐弯，在弧柱部分产生与弧柱垂直的横向磁场。柱部分产生与弧柱垂直的横向磁场。如果电流足够大，真空电弧发生集聚的话，那么磁场会使电弧离开接触圆环，向如果电流足够大，真空电弧发生集聚的话，那么磁场会使电弧离开接触圆环，向触头的外缘运动，把电弧推向开有螺旋槽

12、的触头表面（称为跑弧面）。一旦电弧转移触头的外缘运动，把电弧推向开有螺旋槽的触头表面（称为跑弧面）。一旦电弧转移到跑弧面上，触头上的电流就受到螺旋槽的限制，只能按规定的路径流通（如图到跑弧面上，触头上的电流就受到螺旋槽的限制，只能按规定的路径流通（如图b b的的虚线所示），而垂直于触头表面的弧柱就受到一个作用力虚线所示），而垂直于触头表面的弧柱就受到一个作用力F F，它的径向分量，它的径向分量F F1 1使电弧朝使电弧朝触头外缘运动，而切向分量触头外缘运动，而切向分量F F2 2使电弧在触头上沿切线方向运动，使电弧在触头外缘上使电弧在触头上沿切线方向运动，使电弧在触头外缘上作圆周运动，从而使电

13、弧熄灭。螺旋槽触头在大容量真空灭弧空中应用得十分广泛，作圆周运动，从而使电弧熄灭。螺旋槽触头在大容量真空灭弧空中应用得十分广泛，它的开断能力可高达它的开断能力可高达4040- -60kA60kA。杯状触头杯状触头：如图所示。触头形状似一个圆形广辔杯子，杯壁杯壁上开有一系列斜槽斜槽，且使动静触头的斜槽方向相反。这些斜槽构成许多触构成许多触指，用其端面接触。指，用其端面接触。当触头分离当触头分离产生电弧时，电流经倾斜的触指流通，产生横向磁场横向磁场，驱使真空电弧在杯壁的端面上运动。杯状触头在开断大电流时，在许多触指上同时形成电弧环形分布在圆壁的端面，每一个电弧都是电流不大的集聚型电弧，且不再进一步

14、集聚。这种电弧形态称为半集聚型真空电弧。它的电弧电压比螺旋槽触头的要低，电磨损也较小。杯壁端面必须用抗熔焊材料制成。杯体一般采用铬铜，它在经高温焊接和烘烤后仍有良好的弹性。在相同触头直径下，杯状触头的开断能力比螺旋槽触头要大一些，而且电气寿命也较长。 多极纵向磁场触头：多极纵向磁场触头：图示出的是纵向磁场触头的一个例子。图示出的是纵向磁场触头的一个例子。结构：触头背面设置一个结构：触头背面设置一个特殊形状的线圈，串联在触头特殊形状的线圈，串联在触头和导电杆之间，导电杆中的电和导电杆之间，导电杆中的电流先分成四路流过线圈的径向流先分成四路流过线圈的径向导体，进入导体，进入 线圈的圆周部分，线圈的

15、圆周部分，然后流入触头；动、静触头的然后流入触头；动、静触头的结构完全一样。结构完全一样。开断电流时，由于流过线开断电流时，由于流过线圈的电流在弧区产生一定的纵圈的电流在弧区产生一定的纵向磁场，可使电弧电压降低和向磁场，可使电弧电压降低和集聚电流值提高，从而大大提集聚电流值提高，从而大大提高触头的开断能力和电气寿命。高触头的开断能力和电气寿命。五、弹簧操作机构n1、弹簧操作机构结构6-1合闸弹簧合闸弹簧6-2合闸脱扣器合闸脱扣器6-3合闸止位销合闸止位销6-4棘轮棘轮 6-5棘爪棘爪6-6拉杆拉杆 6-7传动轴传动轴6-8储能电机储能电机6-9主拐臂主拐臂6-10凸轮凸轮6-11磙子磙子6-1

16、2分闸止位销分闸止位销6-13分闸脱扣器分闸脱扣器6-14分闸弹簧分闸弹簧6-15分闸弹簧拐臂分闸弹簧拐臂6-16传动拐臂传动拐臂6-17主传动轴主传动轴2、弹簧操作机构各部件的作用、弹簧操作机构各部件的作用 （1）合闸弹簧）合闸弹簧：它比分闸弹簧要大一些，弹簧的弹力也相对大：它比分闸弹簧要大一些，弹簧的弹力也相对大一些，这主要是因为弹簧在合闸的同时要给分闸弹簧储能，对一些，这主要是因为弹簧在合闸的同时要给分闸弹簧储能，对其操作功要求要高一点。其操作功要求要高一点。n（2）合闸脱扣器）合闸脱扣器：合闸时候将合闸弹簧预储存的能量释放出：合闸时候将合闸弹簧预储存的能量释放出来，实现弹簧合闸，而脱扣

17、器的能量主要来自合闸线圈，当合来，实现弹簧合闸，而脱扣器的能量主要来自合闸线圈，当合闸线圈受到合闸的信号之后，立即动作于合闸脱扣器动作。闸线圈受到合闸的信号之后，立即动作于合闸脱扣器动作。n（3）合闸止位销）合闸止位销：合闸弹簧在预合储能的时，当储能电机带：合闸弹簧在预合储能的时，当储能电机带动棘轮既定位置，合闸止位销动作，将弹簧能量储存在既定的动棘轮既定位置，合闸止位销动作，将弹簧能量储存在既定的状态。状态。n（4）棘轮）棘轮：带动合闸弹簧的拉杆弹簧压缩储能，并且棘轮上：带动合闸弹簧的拉杆弹簧压缩储能，并且棘轮上面还安装有能够控制行程开关的部件，当棘轮转动到既定地方面还安装有能够控制行程开关

18、的部件，当棘轮转动到既定地方时，它会自动的将行程开关断开，使电机停止工作。时，它会自动的将行程开关断开，使电机停止工作。n （5）棘爪）棘爪：棘爪是与棘轮相配合作用的，棘轮转动的过程当：棘爪是与棘轮相配合作用的，棘轮转动的过程当中，棘爪总是一格一格给它定位，并发出滴答滴答的声响。中，棘爪总是一格一格给它定位，并发出滴答滴答的声响。（6）拉杆）拉杆：作用很简单，就是实现能量的传递。：作用很简单，就是实现能量的传递。（7）传动轴）传动轴：它是有钢铸造而成，同拉杆一样，实现一：它是有钢铸造而成，同拉杆一样，实现一些动作些动作 部件的连接。部件的连接。（8）储能电机）储能电机：它是动力的源泉。为合闸线

19、圈的储能提：它是动力的源泉。为合闸线圈的储能提供动力。他控制引线均引接至汇控柜里面，电源的来源供动力。他控制引线均引接至汇控柜里面，电源的来源也是由引接进来的。本操动机构用的是也是由引接进来的。本操动机构用的是750W的电动机。的电动机。（9）减速器）减速器：由于电机的转速很快，而齿轮等转动的速：由于电机的转速很快，而齿轮等转动的速度却比较慢，为了实现两者之间的协调。所以要让电机度却比较慢，为了实现两者之间的协调。所以要让电机的速度降来。的速度降来。（10）主拐臂）主拐臂：目的是为了实现三相连动凸轮：目的是为了实现三相连动凸轮 ：分闸装置：分闸装置里面的一部分，与磙子等部件组成一个整体。里面的

20、一部分，与磙子等部件组成一个整体。（11）其他）其他：另外的分闸止位销，分闸脱扣器，均与合闸：另外的分闸止位销，分闸脱扣器，均与合闸时作用相同，只是方向相反而已。时作用相同，只是方向相反而已。 3、动作过程、动作过程（1）合闸弹簧储能操作）合闸弹簧储能操作 当断路器合闸操作完毕时，当断路器合闸操作完毕时，限位开关限位开关将储能电机接通，电机带动棘爪推动棘轮将储能电机接通，电机带动棘爪推动棘轮顺时针旋转，通过拉杆将顺时针旋转，通过拉杆将合闸弹簧储能合闸弹簧储能，棘轮过死点后，在合闸弹簧力的作用下棘棘轮过死点后，在合闸弹簧力的作用下棘轮受到顺时针的力矩，但合闸脱扣器又将轮受到顺时针的力矩，但合闸脱

21、扣器又将棘轮上的合闸止位销锁住，从而将机构保棘轮上的合闸止位销锁住，从而将机构保持在持在合闸预备合闸预备状态。状态。（2） 合闸操作合闸操作 弹簧机构处于弹簧机构处于分闸位置分闸位置且合闸弹簧已储能。当合闸电磁且合闸弹簧已储能。当合闸电磁铁铁受电动作受电动作后，合闸脱扣器释放棘轮上的后，合闸脱扣器释放棘轮上的合闸止位销合闸止位销，在，在合闸弹簧的作用下，棘轮通过传动轴带动合闸弹簧的作用下，棘轮通过传动轴带动凸轮凸轮顺时针旋转，顺时针旋转，凸轮推动凸轮推动主拐臂主拐臂上磙子，从而带动主拐臂旋转，并通过拉上磙子，从而带动主拐臂旋转，并通过拉杆带动传拐臂顺时针旋转，传动拐臂旋转时不仅带动拐臂杆带动传

22、拐臂顺时针旋转，传动拐臂旋转时不仅带动拐臂盒中的盒中的主传动轴主传动轴顺时针旋转将断路器本体合闸，并带动顺时针旋转将断路器本体合闸，并带动分分闸弹簧拐臂对闸弹簧拐臂对分闸弹簧储能。当断路器合闸到位后，分闸分闸弹簧储能。当断路器合闸到位后，分闸脱扣器又将主拐臂上的脱扣器又将主拐臂上的分闸止位销分闸止位销锁住，从而保持断路器锁住，从而保持断路器本体在合闸位置和分闸弹簧在本体在合闸位置和分闸弹簧在压缩储能压缩储能状态。状态。4、断路器弹簧操作机构优、缺点、断路器弹簧操作机构优、缺点 优点优点： （1）合、分闸电流都不大一般在）合、分闸电流都不大一般在 1.5A2.5A， 要求电源要求电源的容量也不大。的容量也不大。 （2）既可远方电动储能，电动合、分闸，也可就地手动储能，）既可远方电动储能，电动合、分闸，也可就地手动储能，手动合、分闸，因此，在直流电源消失的情况下也可手动合、手动合、分闸，因此，在直流电源消失的情况下也可手动合、分操作。分操作。 （3）动作快，且能快速自动重合闸。）动作快，且能快速自动重合闸。 （4）无论合闸弹簧