第七章高压断路器

1、一、高压断路器的用途及对它的基本要求一、高压断路器的用途及对它的基本要求 在发电厂和变电所中，高压断路器是在发电厂和变电所中，高压断路器是1000V以上电路中的重要控制以上电路中的重要控制设备。设备。1作用：作用：正常运行时，接通和断开负荷电流；故障时，用来迅速断开正常运行时，接通和断开负荷电流；故障时，用来迅速断开短路电流，切除故障电路。短路电流，切除故障电路。2基本要求基本要求 （1）合闸状态为良好的导体，不但能通过正常的负荷电流，即使通）合闸状态为良好的导体，不但能通过正常的负荷电流，即使通过短路电流时，也不应因热和电动力的作用而损坏。过短路电流时，也不应因热和电动力的作用而损坏。 （2

2、）分闸状态时应有良好的绝缘性。在规定的环境条件下，能承受）分闸状态时应有良好的绝缘性。在规定的环境条件下，能承受相对地电压以及一相内断口间的电压。相对地电压以及一相内断口间的电压。 （3）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）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。一般在开断临时性故障后，要求能进行重合闸。断时间。一般在开断临时性故障后，要求能进行重合闸。 （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）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。焊等情况。 （5）在制造厂的技术条件下，高压断路器要能长期可靠地工作，有）

3、在制造厂的技术条件下，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。一定的机械寿命和电气寿命。 此外，高压断路器还应有机构简单、安装、检修方便、体积小、重此外，高压断路器还应有机构简单、安装、检修方便、体积小、重量轻等优点。量轻等优点。二、高压断路器类型二、高压断路器类型1根据安装地点分类：户内和户外。根据安装地点分类：户内和户外。2按灭弧介质分类按灭弧介质分类（1）油断路器：）油断路器：（2）空气断路器）空气断路器 空气断路器以压缩空气作为灭弧介质，空气断路器以压缩空气作为灭弧介质，具有灭弧能力强、动作迅速等优点。具有灭弧能力强、动作迅速等优点。但结构复杂、工艺要求高、有色金属但

4、结构复杂、工艺要求高、有色金属消耗多。因此，空气断路器用在消耗多。因此，空气断路器用在110KV及以上的电力系统中。及以上的电力系统中。 压缩空气断路器的灭弧性能与空压缩空气断路器的灭弧性能与空气压力有关，空气压力愈高，绝缘强度气压力有关，空气压力愈高，绝缘强度愈高，灭弧性能也愈好，在愈高，灭弧性能也愈好，在0.7MPa压力压力下的绝缘强度与新鲜的绝缘油相当，我下的绝缘强度与新鲜的绝缘油相当，我国一般选用的压力为国一般选用的压力为2MPa。（3 3）SF6SF6断路器断路器 SF6SF6断路器采用具有优良的灭弧能力和绝缘能力的断路器采用具有优良的灭弧能力和绝缘能力的SF6SF6气体作为气体作为

5、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。多，价格较贵。SF6SF6断路器也是近几年来发展起来的一种新型断路器。断路器也是近几年来发展起来的一种新型断路器。可是可是SF6SF6价格昂贵，结构复杂，还需要回收装置。同样价格昂贵，结构复杂，还需要回收装置。同样SF6SF6断路器存断路器存在一个泄漏问题，泄汛出的在一个泄漏问题，泄汛出的SF6SF6气体与空气作用的结果，生成的低氟气体与空气作用的结果，生成的低氟化硫有毒，会对人体带来危害。但是化硫有毒，会对人体带来危害。但是SF6SF6断路器的缺点正在克服，今断路

6、器的缺点正在克服，今后后110KV110KV以上的高压系统，以上的高压系统，SF6SF6断路器是主要发展方向。断路器是主要发展方向。（4）真空断路器）真空断路器 真空断路器是在高度真空中灭弧。它的优点是可以频繁操作，维护工作量小，体积真空断路器是在高度真空中灭弧。它的优点是可以频繁操作，维护工作量小，体积小等。真空断路器用于灭弧的动、静触头封在真空泡内，利用真空作为绝缘介质和小等。真空断路器用于灭弧的动、静触头封在真空泡内，利用真空作为绝缘介质和灭弧介质，因而带来了其它类型断路器无法比拟的优点。国际上一些工业发达的国灭弧介质，因而带来了其它类型断路器无法比拟的优点。国际上一些工业发达的国家，都

7、致力于真空断路器的开发和应用。一些著名的电气制造公司，如美国的通用家，都致力于真空断路器的开发和应用。一些著名的电气制造公司，如美国的通用电器公司、德为的西门子公司、日本的东芝、日立公司，英国的通用电气公司等都电器公司、德为的西门子公司、日本的东芝、日立公司，英国的通用电气公司等都有规模宠大的真空断路器研究机构和制造工厂。这些国家在中压等级的断路器中，有规模宠大的真空断路器研究机构和制造工厂。这些国家在中压等级的断路器中，真空断路器的生产量达到以上。在我国真空断路器的生产和使用可以说是刚真空断路器的生产量达到以上。在我国真空断路器的生产和使用可以说是刚刚起步，就显示了强大的生命力，在电压等级较

8、低（刚起步，就显示了强大的生命力，在电压等级较低（335KV）要求频繁操作、户）要求频繁操作、户内装设的场合，真空断路器作为今后一个时期的方向性产品，是毋庸置疑的。内装设的场合，真空断路器作为今后一个时期的方向性产品，是毋庸置疑的。 三、高压断路器的型号三、高压断路器的型号 高压断路器的类型很多，目前我国断路器的型号根据国家技术标准高压断路器的类型很多，目前我国断路器的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：的规定，一般由文字符号和数字按以下方式组成： 1 2 31 2 34 5/64 5/67 87 8 其代表意义为：其代表意义为：11产品字母代号，产品字母代号，用下

9、列字母表示：用下列字母表示：SS少油断路器；少油断路器；DD多油断路器；多油断路器；KK空气断路器空气断路器 ；LL六氟化硫断路器；六氟化硫断路器；ZZ真空断路器；真空断路器；QQ产气断产气断路器；路器；CC磁吹断路器。磁吹断路器。22装置地点代号，装置地点代号，NN户内；户内；WW户外。户外。33设计序号，设计序号，以数字以数字1 1、2 2、3 3、4 4 表示。表示。44额定电压，额定电压，kVkV。55其他补充标志，其他补充标志，CC手车式；手车式；GG改进型；改进型；WW防污型；防污型；QQ防震型；防震型；FF分相操作型。分相操作型。66额定电流，额定电流，A A。77额定开断电流，

10、额定开断电流，kAkA。88特殊环境代号。特殊环境代号。 四、高压断路器的基本技术参数四、高压断路器的基本技术参数通常用下列技术参数表示高压断路器的基本性能通常用下列技术参数表示高压断路器的基本性能1额定电压额定电压 额定电压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。我国额定电压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。我国的标准规定，高压断路器的额定电压有以下各级：的标准规定，高压断路器的额定电压有以下各级：3、6、10、20、35、60、110、220、330、500KV。 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。为了适应

11、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。对对3220KV各级，其最高工作电压较额定电压约高各级，其最高工作电压较额定电压约高15左右，对左右，对330KV及以上的最及以上的最高工作电压较额定电压高高工作电压较额定电压高10。断路器在最高工作电压下，应能长期可靠地工作。断路器在最高工作电压下，应能长期可靠地工作。2额定电流额定电流 额定电流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额定电流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。通过这一电流时，断路器各部分（如接触部分、端子及导体连接部分、最大电流。通过这一电流时，断

12、路器各部分（如接触部分、端子及导体连接部分、与绝缘体接触的金属部分）的允许温度不超过国家标准规定的数值。与绝缘体接触的金属部分）的允许温度不超过国家标准规定的数值。 断路器在正常使用环境条件规定为：周围空气温度不高于断路器在正常使用环境条件规定为：周围空气温度不高于40，海拔不超过，海拔不超过1000m。当周围环境温度高于当周围环境温度高于40但不高于但不高于60时，周围环境温度每增高时，周围环境温度每增高1，额定电流减少，额定电流减少1.8。当周围环境温度低于。当周围环境温度低于40时，周围环境温度每降低时，周围环境温度每降低1，额定电流增加，额定电流增加0.5，但最大不超过但最大不超过20

13、%。 我国的高压断路器额定电流值为我国的高压断路器额定电流值为200、400、630、1000、1250、1600、2000、2500、3150、4000、5000、63000、8000、10000、12500、16000、20000A等。等。3额定开断电流额定开断电流 表征断路器开断性能的参数。在额定电压下，断路器能表征断路器开断性能的参数。在额定电压下，断路器能保证可靠开断的最大短路电流，称为额定开断电流。其保证可靠开断的最大短路电流，称为额定开断电流。其数值用断路器触头分离瞬间短路电流周期分量的有效值数值用断路器触头分离瞬间短路电流周期分量的有效值表示，单位表示，单位kA。4动稳定电流动

14、稳定电流 表征断路器通过短路电流能力的参数。反映断路器承受表征断路器通过短路电流能力的参数。反映断路器承受短路电流电动力效应的能力。短路电流值为最大峰值，短路电流电动力效应的能力。短路电流值为最大峰值，称为动稳定电流，又称为极限通过电流。称为动稳定电流，又称为极限通过电流。5关合电流关合电流 关合电流是表征断路器关合电流的能力的参数。断路器关合电流是表征断路器关合电流的能力的参数。断路器在接通电路时有可能会出现短路故障。此时需要关合很在接通电路时有可能会出现短路故障。此时需要关合很大的短路电流。可能会使触头熔焊，使断路器造成损伤。大的短路电流。可能会使触头熔焊，使断路器造成损伤。断路器能够可靠

15、关合的电流最大峰值称为额定关合电流，断路器能够可靠关合的电流最大峰值称为额定关合电流，与动稳定电流在数值上相等，二者都为冲击电流。即为与动稳定电流在数值上相等，二者都为冲击电流。即为额定开断电流的额定开断电流的2.55倍。倍。6热稳定电流和热稳定电流的持续时间热稳定电流和热稳定电流的持续时间 热稳定电流也是表征断路器通过短路电流能力的参数。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。此时断路器不应因电流短时发热而损坏。热稳定电流等于开断电流。7合闸时间与分闸时间合闸时间与分闸时间 表征断路器操作性能的参数。各种

16、型号断路器的分、合闸时间不同，但要求迅速。 （1）合闸时间：）合闸时间：从断路器操动机构合闸线圈接通到主触头接通这段时间。 （2）分闸时间：）分闸时间： （1）固有分闸时间：）固有分闸时间：操动机构分闸线圈接通到触头分离这段时间。 （2）熄（燃）弧时间：）熄（燃）弧时间：从触头分离到各相电弧熄灭这段时间。也称全分闸时间。8断路器的机械和电气寿命断路器的机械和电气寿命 断路器多次分合可造成触头及操动机构等可动部分的机械磨损，我断路器多次分合可造成触头及操动机构等可动部分的机械磨损，我国标准规定，在常温下连续进行国标准规定，在常温下连续进行2000次操作，试验中不允许进行任次操作，试验中不允许进行

17、任何机械调整及修理，但允许按照制造厂的规定进行润滑。对用于频何机械调整及修理，但允许按照制造厂的规定进行润滑。对用于频繁操作的场所或有特殊要求的断路器，其试验次数程序由有关专业繁操作的场所或有特殊要求的断路器，其试验次数程序由有关专业标准或用户同制造厂协商确定。标准或用户同制造厂协商确定。 当断路器分合大电流时，由于产生电弧，热能会使触头及喷口烧损，当断路器分合大电流时，由于产生电弧，热能会使触头及喷口烧损，将使开断性能大大降低，这就有了断路器的电气使用寿命，也称电将使开断性能大大降低，这就有了断路器的电气使用寿命，也称电寿命的问题。寿命的问题。 关于电气的使用寿命，在标准上规定只要满足一次标

18、准循环即可。关于电气的使用寿命，在标准上规定只要满足一次标准循环即可。对于较重要的断路器，每次开断短路之后都进行停电检修是不太合对于较重要的断路器，每次开断短路之后都进行停电检修是不太合适。因此，用户迫切希望具有一次动作循环以上的耐用性能。目前适。因此，用户迫切希望具有一次动作循环以上的耐用性能。目前断路器电寿命试验主要依据用户技术条件要求进行。如：对于断路器电寿命试验主要依据用户技术条件要求进行。如：对于12KV、31.5KA级少油断路器一般做额定短路开断级少油断路器一般做额定短路开断3次，这主要考虑油的劣次，这主要考虑油的劣化因而需检修换油。同一等级真空断路器开断额定短路电流化因而需检修换

19、油。同一等级真空断路器开断额定短路电流50次。次。而我国对而我国对220KVSF6断路器电寿命约做断路器电寿命约做20次额定短路电流的开断。次额定短路电流的开断。对于开断频度不很高的场合，基本上可以满足对于开断频度不很高的场合，基本上可以满足10年以上不检修。年以上不检修。 真空断路器真空断路器二、真空断路器灭弧室结构和工作原理二、真空断路器灭弧室结构和工作原理 六氟化硫断路器六氟化硫断路器一、一、SFSF6 6气体性能气体性能1 1物理化学性质：物理化学性质：SFSF6 6分子以硫原子为中心、六个氟原子对称地分布在周围形成的呈八面体结构。氟原子有分子以硫原子为中心、六个氟原子对称地分布在周围

20、形成的呈八面体结构。氟原子有很强的吸附外界电子的能力，很强的吸附外界电子的能力，SFSF6 6分子捕捉电子后成为低活动性的负离子，对去游离有分子捕捉电子后成为低活动性的负离子，对去游离有利；另外，利；另外，SFSF6 6分子较大，使得电子的自由行程减小，从而减少碰撞游离的发生。分子较大，使得电子的自由行程减小，从而减少碰撞游离的发生。SFSF6 6为无色、无味、无毒、不可燃、不助燃的非金属化合物；在常温常压下，密度为空气为无色、无味、无毒、不可燃、不助燃的非金属化合物；在常温常压下，密度为空气的的5 5倍；常温下压力不超过倍；常温下压力不超过2MPa2MPa时仍为气态。热传导能力比空气好。时仍

21、为气态。热传导能力比空气好。SFSF6 6的化学性质非常稳定。在干燥情况下，温度低于的化学性质非常稳定。在干燥情况下，温度低于110110时，与铜、铝、钢等材料都不时，与铜、铝、钢等材料都不发生作用；温度高压发生作用；温度高压150150时，与钢、硅钢开始缓慢作用；温度高于时，与钢、硅钢开始缓慢作用；温度高于200200时，与铜、时，与铜、铝才发生轻微作用；温度达铝才发生轻微作用；温度达500500600600时，与银也不发生作用。时，与银也不发生作用。SFSF6 6的稳定性极好，但在有金属存在的情况下，热稳定性大为降低。的稳定性极好，但在有金属存在的情况下，热稳定性大为降低。2 2绝缘和灭弧

22、性能绝缘和灭弧性能绝缘性能：绝缘性能：SFSF6 6气体的绝缘性能稳定，不会老化变质。当气压增大时，其绝缘能力也随之气体的绝缘性能稳定，不会老化变质。当气压增大时，其绝缘能力也随之提高。在提高。在0.1MPa0.1MPa下，绝缘能力超过空气的下，绝缘能力超过空气的2 2倍；在倍；在0.3MPa0.3MPa时，其绝缘能力和变压器油相时，其绝缘能力和变压器油相当。当。灭弧性能：灭弧性能：SFSF6 6在电弧的作用下分解成低氟化物，但需要的分解能却比空气高得多，因此，在电弧的作用下分解成低氟化物，但需要的分解能却比空气高得多，因此，SFSF6 6分子在分解时吸收的能量多，对弧柱的冷却作用强。当电弧电

23、流流过零时，低氟化分子在分解时吸收的能量多，对弧柱的冷却作用强。当电弧电流流过零时，低氟化物则急速再结合成物则急速再结合成SFSF6 6 ，故弧隙介质强度恢复过程极快。故，故弧隙介质强度恢复过程极快。故SFSF6 6气体的灭弧能力相当于气体的灭弧能力相当于同等条件下空气得同等条件下空气得100100倍。倍。二、二、SFSF6 6断路器灭弧室工作原理断路器灭弧室工作原理分闸状态灭弧室特写分闸状态灭弧室特写 合闸状态灭弧室特写合闸状态灭弧室特写断路器的操动机构断路器的操动机构 一、操动机构的用途和类型一、操动机构的用途和类型 断路器的操动机构是用来使断路器分闸、合闸并将断路器保持在合闸位置的设备。

24、在断路器本体以外的机械操动装置称为操动机构。1操动机构的基本要求：操动机构的基本要求：（1）应具有足够的操作功率）应具有足够的操作功率 在电网正常工作时，用操动机构使断路器关合，这时电路中流过的是工作电流，关合是比较容易的。但在电网事故情况下，如断路器关合到有预伏性短路故障时，情况要严重得多。因为断路器关合时，电路中出现的短路电流可到达几万安以上。断路器导电回路受到的电动力可达几千牛以上，另一方面，电动力又常常是阻碍断路器关合的，因此在关合有预伏性短路故障的电路时，由于电动力过大，断路器有可能出现触头不能关合，从而引起触头严重烧伤，油断路器出现严重喷油甚至爆炸等严重事故。因此，断路器应具有关合

25、故障电路的能力。（2）要求动作迅速）要求动作迅速 通常要求快速断路器的全分闸时间不大于0.08S，近代高压和超高压断路器甚至要求为0.020.04S，在断路器全分闸时间中，固有分闸时间约占一半以上，它与操动机构结构有关。（3）要求操动机构工作可靠，结构简单，体积小，重量轻，操作方便）要求操动机构工作可靠，结构简单，体积小，重量轻，操作方便等。等。2操动机构的类型操动机构的类型操动机构依据能量形式的不同可分为：操动机构依据能量形式的不同可分为：手动操动机构（手动操动机构（CSCS）：）：电磁操动机构（电磁操动机构（CDCD）：）：电动机操动机构（电动机操动机构（CJCJ）：）：弹簧操动机构（弹簧操动机构（CTCT）：）：气动操动机构（气动操动机构（CQCQ）液压操动机构（液压操动机构（CYCY）手动操动机构（手动操动机构（CSCS）优点：优点：（1）结构简单、价廉；）结构简单、价廉； （2）不需要合闸能源。）不需要合闸能源。缺点：缺点：（1）不能遥控和自动合闸；）不能遥控和自动合闸； （2）合闸能力小；）合闸能力小； （3）就地操作、不安全。）就地操作、不安全。应用：应用：用于用于12KV以下，开断电流小的断路器。以下，开断电流小的断路器。电磁操动机构（电磁操动机构（CDCD）优点：优点：（