第六章_高压真空断路器

1、发电厂变电站电气设备第三节 真空断路器发电厂变电站电气设备第六章 高压开关电器第三节 真空断路器本节教学内容本节教学内容一、一、真空电弧及有关概念真空电弧及有关概念二、二、真空断路器的特点真空断路器的特点三、三、真空断路器的过电压及限制措施真空断路器的过电压及限制措施四、四、真空灭弧室的基本结构真空灭弧室的基本结构五、五、真空断路器实例真空断路器实例六、六、新型真空断路器简介新型真空断路器简介七、七、真空断路器的使用知识真空断路器的使用知识首页发电厂变电站电气设备第六章 高压开关电器第三节 真空断路器1真空真空 绝对压力低于正常大气压的气体稀薄的空间。绝对压力低于正常大气压的气体稀薄的空间。

2、2真空度真空度 真空的程度，用气体的绝对压力值来表示，绝真空的程度，用气体的绝对压力值来表示，绝对压力值越低表示真空度越高。对压力值越低表示真空度越高。 3真空断路器真空断路器 在真空容器中进行电流开断与关合的断路器。在真空容器中进行电流开断与关合的断路器。 真空间隙气体稀薄，气体分子的自由行程大，发生碰撞游离的真空间隙气体稀薄，气体分子的自由行程大，发生碰撞游离的机会少，击穿电压高，绝缘强度高。机会少，击穿电压高，绝缘强度高。真空度一般要求在真空度一般要求在1.331.3310-310-31.331.3310-7Pa10-7Pa之间。之间。发电厂变电站电气设备第六章 高压开关电器第三节 真空

3、断路器优点：优点：1触头间隙小，整机体积小，操动机构功率小，重量轻。触头间隙小，整机体积小，操动机构功率小，重量轻。2操作时噪声小，不会污染。操作时噪声小，不会污染。3开断能力强，开断电流大，熄弧时间短，开断次数多，开断能力强，开断电流大，熄弧时间短，开断次数多，使用寿命长。使用寿命长。4介质强度恢复迅速快，适合于频繁操作，多次重合闸。介质强度恢复迅速快，适合于频繁操作，多次重合闸。5介质不会老化，不更换，维护工作量小。介质不会老化，不更换，维护工作量小。6使用安全，能适用于各种不同的场合，特别是危险场所。使用安全，能适用于各种不同的场合，特别是危险场所。7触头部分完全密封，工作可靠，通断性能

4、稳定。触头部分完全密封，工作可靠，通断性能稳定。8灭弧室安装调试简单、方便。灭弧室安装调试简单、方便。缺点：缺点：1开断感性负载或容性负载时，容开断感性负载或容性负载时，容易引起过电压。易引起过电压。2触头采用对接式结构，操动机构触头采用对接式结构，操动机构使用弹簧，容易产生合闸弹跳与分使用弹簧，容易产生合闸弹跳与分闸反弹。闸反弹。 合闸弹跳会产生较高的过电合闸弹跳会产生较高的过电压，影响电网的稳定运行，还会使压，影响电网的稳定运行，还会使触头烧损，甚至熔焊，特别在投入触头烧损，甚至熔焊，特别在投入电容器组产生涌流时及短路关合的电容器组产生涌流时及短路关合的情况下更加严重。情况下更加严重。 分

5、闸反弹会减小弧后触头间分闸反弹会减小弧后触头间距，导致弧后的重击穿，后果十分距，导致弧后的重击穿，后果十分严重。严重。3对密封工艺、制造工艺要求很高，对密封工艺、制造工艺要求很高，价格较高。价格较高。发电厂变电站电气设备第六章 高压开关电器第三节 真空断路器1过电压产生的原因过电压产生的原因 当真空电弧电流减小时，提供的金属蒸汽不够充分当真空电弧电流减小时，提供的金属蒸汽不够充分和稳定，难以维持真空电弧的稳定燃烧，真空电弧通常和稳定，难以维持真空电弧的稳定燃烧，真空电弧通常不在电流自然过零时熄灭，而是在过零前的某一电流值不在电流自然过零时熄灭，而是在过零前的某一电流值突然熄灭。随着电弧的熄灭，

6、电流也突然降至零，这一突然熄灭。随着电弧的熄灭，电流也突然降至零，这一现象称为截流，该电流称作截断电流。在感性电路中，现象称为截流，该电流称作截断电流。在感性电路中，截流将引起操作过电压。截流将引起操作过电压。 截断电流与电弧电流、负载特性、触头材料及磁场截断电流与电弧电流、负载特性、触头材料及磁场方向等因素有关。方向等因素有关。2限制截流过电压的措施限制截流过电压的措施 在电容器组并联金属氧化物避雷器（在电容器组并联金属氧化物避雷器（MOA）；并联）；并联电容器或电容器或RC阻容吸收装置。阻容吸收装置。发电厂变电站电气设备第六章 高压开关电器第三节 真空断路器 真空断路器主要由真空灭弧室、支

7、架和真空断路器主要由真空灭弧室、支架和操动机构三部分组成。操动机构三部分组成。 真空灭弧室是真空断路器的核心元件，真空灭弧室是真空断路器的核心元件，具有开断、导电和绝缘的功能，主要由绝缘具有开断、导电和绝缘的功能，主要由绝缘外壳、动静触头、屏蔽罩和波纹管组成外壳、动静触头、屏蔽罩和波纹管组成 。 真空灭弧室的性能主要取决于触头材料真空灭弧室的性能主要取决于触头材料和结构，还与屏蔽罩的结构、灭弧室的材质和结构，还与屏蔽罩的结构、灭弧室的材质以及制造工艺有关。以及制造工艺有关。1.1.绝缘外壳：既是真空容器，又是动静触头间的绝缘体。绝缘外壳：既是真空容器，又是动静触头间的绝缘体。 作用：支持动静触

8、头和屏蔽罩等金属部件，与这些部件气作用：支持动静触头和屏蔽罩等金属部件，与这些部件气密地焊接在一起，以确保灭弧室内的高真空度。密地焊接在一起，以确保灭弧室内的高真空度。 绝缘外壳材料：硬质玻璃、氧化铝陶瓷或微晶玻璃。绝缘外壳材料：硬质玻璃、氧化铝陶瓷或微晶玻璃。2.2.触头：既是关合时的通流元件，又是开断时的灭弧元件。触头：既是关合时的通流元件，又是开断时的灭弧元件。触头材料：铜铋合金和铜铬合金。触头材料：铜铋合金和铜铬合金。触头的结构形式：采用对接式结构，有三种类型，即平板触触头的结构形式：采用对接式结构，有三种类型，即平板触头、横向磁场触头和纵向磁场触头，如图所示。这些触头的头、横向磁场触

9、头和纵向磁场触头，如图所示。这些触头的共同特点是利用磁场力使真空电弧很快地运动，防止在触头共同特点是利用磁场力使真空电弧很快地运动，防止在触头上产生需要长时间冷却的受热区域。上产生需要长时间冷却的受热区域。动画点击动画点击发电厂变电站电气设备第六章 高压开关电器第三节 真空断路器（a a）平板触头；（）平板触头；（b b）杯状触头（横磁场）；（）杯状触头（横磁场）；（c c）螺旋）螺旋触头（横磁场）；（触头（横磁场）；（d d）纵磁场触头；（）纵磁场触头；（e e）纵磁场触头）纵磁场触头 平板触头平板触头: :如图（如图（a a）所示，现已被淘汰，使用较多的是横向磁）所示，现已被淘汰，使用较多

10、的是横向磁场触头和纵向磁场触头。场触头和纵向磁场触头。 横向磁场触头：利用电流流过触头时产生的横向磁场驱使电弧在横向磁场触头：利用电流流过触头时产生的横向磁场驱使电弧在触头表面运动的触头。主要类型有螺旋触头触头表面运动的触头。主要类型有螺旋触头( (用于开断小于用于开断小于40kA40kA的电的电流，近年来趋于淘汰流，近年来趋于淘汰) )如图（如图（c c）所示和杯状触头）所示和杯状触头( (可以开断可以开断40kA40kA以上以上的电流的电流) )如图（如图（b b）所示。）所示。 纵向磁场触头：利用在磁场间隙中呈现的纵向磁场来提高开纵向磁场触头：利用在磁场间隙中呈现的纵向磁场来提高开断能力

11、的触头。适合开断大电流的需要，其开断电流可以达到断能力的触头。适合开断大电流的需要，其开断电流可以达到70kA70kA，在实验室已高达，在实验室已高达200kA200kA。纵向磁场触头分为线圈型触头和。纵向磁场触头分为线圈型触头和杯状触头，如图（杯状触头，如图（d d）、（）、（e e）所示。）所示。 动、静触头分别焊在动、静导电杆上，用波纹管实现密封。动触动、静触头分别焊在动、静导电杆上，用波纹管实现密封。动触头位于灭弧室的下部，在机构驱动力的作用下，能在灭弧室内沿轴向头位于灭弧室的下部，在机构驱动力的作用下，能在灭弧室内沿轴向移动，完成分、合闸。在与动触头连接的导电杆周围和外壳之间装有移动

12、，完成分、合闸。在与动触头连接的导电杆周围和外壳之间装有导向管。用以保证动触头在上、下方向准确地运动。导向管采用低摩导向管。用以保证动触头在上、下方向准确地运动。导向管采用低摩擦力的绝缘材料制作。擦力的绝缘材料制作。 发电厂变电站电气设备第六章 高压开关电器第三节 真空断路器3屏蔽罩屏蔽罩 屏蔽罩种类：主屏蔽罩、波纹管屏蔽罩和均压屏蔽罩。屏蔽罩种类：主屏蔽罩、波纹管屏蔽罩和均压屏蔽罩。 屏蔽罩的材料：采用铜或钢制成，要求具有较高的热导屏蔽罩的材料：采用铜或钢制成，要求具有较高的热导率和优良的凝结能力。率和优良的凝结能力。 主屏蔽罩：装设在触头的周围，一般固定在绝缘外壳内主屏蔽罩：装设在触头的周

13、围，一般固定在绝缘外壳内的中部。的中部。 波纹管屏蔽罩：包在波纹管的周围，防止金属蒸汽溅落波纹管屏蔽罩：包在波纹管的周围，防止金属蒸汽溅落在波纹管上，影响波纹管的工作和降低其使用寿命。在波纹管上，影响波纹管的工作和降低其使用寿命。 均压屏蔽罩：装设在触头附近，用于改善触头间的电场均压屏蔽罩：装设在触头附近，用于改善触头间的电场分布。分布。 防止燃弧过程中触头间产生的大量金属蒸汽和金属颗粒喷防止燃弧过程中触头间产生的大量金属蒸汽和金属颗粒喷溅到绝缘外壳的内壁，导致外壳的绝缘强度降低或闪络。溅到绝缘外壳的内壁，导致外壳的绝缘强度降低或闪络。 改善灭弧室内部电场的均匀分布，降低局部电场强度，提改善灭

14、弧室内部电场的均匀分布，降低局部电场强度，提高绝缘性能，有利于促进真空灭弧室小型化。高绝缘性能，有利于促进真空灭弧室小型化。 吸收部分电弧能量，冷却和凝结电弧生成物，有利于提高吸收部分电弧能量，冷却和凝结电弧生成物，有利于提高电弧熄灭后间隙介质强度的恢复速度，这对于增大灭弧室的开电弧熄灭后间隙介质强度的恢复速度，这对于增大灭弧室的开断能力起到很大作用。断能力起到很大作用。4波纹管波纹管 用于保证动触头在一定行程范围内运动时，不破用于保证动触头在一定行程范围内运动时，不破坏灭弧室的密封状态。坏灭弧室的密封状态。 材料：通常采用不锈钢。材料：通常采用不锈钢。 结构：液压成形和膜片焊接两种。结构：液

15、压成形和膜片焊接两种。 波纹管是真空灭弧室中最易损坏的部件，真空断路波纹管是真空灭弧室中最易损坏的部件，真空断路器触头每分合一次，波纹管便产生一次机械变形，长器触头每分合一次，波纹管便产生一次机械变形，长期频繁和剧烈的变形容易使波纹管因材料疲劳而损坏，期频繁和剧烈的变形容易使波纹管因材料疲劳而损坏，其金属的疲劳寿命，决定了真空灭弧室的机械寿命。其金属的疲劳寿命，决定了真空灭弧室的机械寿命。发电厂变电站电气设备第六章 高压开关电器第三节 真空断路器 1.户内型真空断路器户内型真空断路器 户内真空断路器的总体结构可分为：悬臂式和落地式户内真空断路器的总体结构可分为：悬臂式和落地式两种基本形式。两种

16、基本形式。 ZN2812系列真空断路器采用中间封接式纵磁场真空系列真空断路器采用中间封接式纵磁场真空灭弧室。灭弧室。 按照总体结构特点可分为两类：按照总体结构特点可分为两类： 整体式：断路器本体与操动机构一起安装在箱形固定整体式：断路器本体与操动机构一起安装在箱形固定柜和手车柜中，即柜和手车柜中，即ZN2812系列；系列； 分体式：断路器本体与操动机构分离安装在固定柜中，分体式：断路器本体与操动机构分离安装在固定柜中，即即ZN28A12系列。特别适合于旧柜无油化改造工程。系列。特别适合于旧柜无油化改造工程。ZN28ZN281212整体式真空断路器总体结构为落地式整体式真空断路器总体结构为落地式

17、 。1 1开距调整垫片；开距调整垫片；2 2触头触头压力弹簧；压力弹簧；3 3弹簧座；弹簧座；4 4接触行程调整螺栓；接触行程调整螺栓；5 5拐臂；拐臂；6 6导向板；导向板；7 7导电夹紧固导电夹紧固螺栓；螺栓；8 8动支架；动支架；9 9螺钉；螺钉；1010真空灭弧室；真空灭弧室；1111固定固定螺栓；螺栓；1212绝缘子；绝缘子；1313绝绝缘子固定螺栓；缘子固定螺栓；1414静支架；静支架；1515主轴；主轴；1616分闸拉簧；分闸拉簧；1717输出杆；输出杆；1818机构；机构；1919面板面板 每个真空灭弧室由一每个真空灭弧室由一只落地绝缘子和一只悬挂只落地绝缘子和一只悬挂绝缘子固

18、定，真空灭弧室绝缘子固定，真空灭弧室旁有一棒形绝缘子支撑。旁有一棒形绝缘子支撑。真空灭弧室上下铝合金支真空灭弧室上下铝合金支架既是输出接线的基座又架既是输出接线的基座又兼起散热作用。在灭弧室兼起散热作用。在灭弧室上支架的上端面，安装有上支架的上端面，安装有黄铜制作的导向板，使导黄铜制作的导向板，使导电杆在分闸过程中对中良电杆在分闸过程中对中良好。触头弹簧装设在绝缘好。触头弹簧装设在绝缘拉杆的尾部。操动机构、拉杆的尾部。操动机构、传动主轴和绝缘转轴等部传动主轴和绝缘转轴等部位均设置滚珠轴承，用于位均设置滚珠轴承，用于提高效率。提高效率。 ZN28A ZN28A1212（链接图片）固定开关柜专用分

19、体式真空断路器，（链接图片）固定开关柜专用分体式真空断路器，总体结构为悬臂式总体结构为悬臂式 。l l开距调整垫片；开距调整垫片；2 2触触头压力弹簧；头压力弹簧；3 3弹簧座；弹簧座；4 4接触行程调整螺栓；接触行程调整螺栓；5 5拐臂；拐臂；6 6导向板；导向板；7 7导电夹紧固螺栓；导电夹紧固螺栓；8 8动动支架；支架；9 9螺钉；螺钉；1010真真空灭弧室；空灭弧室；1111真空灭弧真空灭弧室固定螺栓；室固定螺栓；1212绝缘子；绝缘子；1313绝缘子固定螺栓；绝缘子固定螺栓；1414静支架；静支架；1515主轴；主轴；1616分闸拉簧分闸拉簧 主导电回路、真主导电回路、真空灭弧室与断

20、路器机架空灭弧室与断路器机架前后布置。真空灭弧室前后布置。真空灭弧室用两只水平布置的悬臂用两只水平布置的悬臂绝缘子固定在机架的前绝缘子固定在机架的前面，主轴、分闸弹簧、面，主轴、分闸弹簧、缓冲器等部件安装在机缓冲器等部件安装在机架内。主轴通过绝缘拉架内。主轴通过绝缘拉杆、拐臂与真空灭弧室杆、拐臂与真空灭弧室动导电杆连接，并从机动导电杆连接，并从机架侧面伸出，与传动系架侧面伸出，与传动系统相连。统相连。发电厂变电站电气设备第六章 高压开关电器第三节 真空断路器ZN28-10真空断路器真空断路器发电厂变电站电气设备第六章 高压开关电器第三节 真空断路器2.户外型真空断路器户外型真空断路器 户外真空

21、断路器一般采用落地式结构，可分户外真空断路器一般采用落地式结构，可分为箱式（仿多油断路器结构）和支柱式（仿少油为箱式（仿多油断路器结构）和支柱式（仿少油断路器结构）。断路器结构）。 ZW3212型户外支柱式真空断路器型户外支柱式真空断路器 断路器由真空灭弧室、上下绝缘罩、箱体、操动机断路器由真空灭弧室、上下绝缘罩、箱体、操动机构、隔离开关、电流互感器及驱动部件等组合而成。断构、隔离开关、电流互感器及驱动部件等组合而成。断路器为直立安装，三相真空灭弧室分别封闭在三组绝缘路器为直立安装，三相真空灭弧室分别封闭在三组绝缘罩内，绝缘罩（采用聚氨脂密封材料，内部采用新型的罩内，绝缘罩（采用聚氨脂密封材料

22、，内部采用新型的发泡灌封材料）固定在箱体上，箱体内安装弹簧操动机发泡灌封材料）固定在箱体上，箱体内安装弹簧操动机构，电流互感器安装在下出线端上，操作杠杆在箱体正构，电流互感器安装在下出线端上，操作杠杆在箱体正面。面。 断路器同时具备电动和手动操作，可配置智能开关断路器同时具备电动和手动操作，可配置智能开关控制器，设有三段式过流保护、零序保护、重合闸、低控制器，设有三段式过流保护、零序保护、重合闸、低电压、过电压保护等多种功能，支持多种通讯协议，允电压、过电压保护等多种功能，支持多种通讯协议，允许选用多种通讯方式构成通讯网，即可对开关进行本地许选用多种通讯方式构成通讯网，即可对开关进行本地手动或

23、遥控操作，又可通过通讯网实现远方控制。手动或遥控操作，又可通过通讯网实现远方控制。发电厂变电站电气设备第六章 高压开关电器第三节 真空断路器ZW32-12真空断路器真空断路器发电厂变电站电气设备第六章 高压开关电器第三节 真空断路器 标准型真空断路器标准型真空断路器 特大容量真空断路器特大容量真空断路器 低过电压真空断路器低过电压真空断路器 频繁操作断路器频繁操作断路器 超频繁型真空断路器超频繁型真空断路器 经济型真空断路器经济型真空断路器 多功能真空断路器多功能真空断路器 同步真空断路器同步真空断路器 智能化真空断路器智能化真空断路器短路开断电流一般为短路开断电流一般为252550kA50k

24、A，一般用途，一般用途 。 短路开断电流达短路开断电流达636380kA80kA及以上，及以上，用于发电机保护用于发电机保护 。 用于开断感性负荷，不用加过电压用于开断感性负荷，不用加过电压吸收装置，采用新开发触头材料，将过吸收装置，采用新开发触头材料，将过电压限制至常规值的十分之一电压限制至常规值的十分之一 。 操作次数操作次数5 56 6万次，用于投切电容的无万次，用于投切电容的无重击穿真空断路器重击穿真空断路器 。操作次数操作次数10101515万次。万次。 开断电流开断电流161625kA25kA，用于一般场合。，用于一般场合。 实现三工位（合分隔离）或四实现三工位（合分隔离）或四工位

25、（合分隔离接地）等功能工位（合分隔离接地）等功能 。 又叫选相真空断路器或受控真空断路器，又叫选相真空断路器或受控真空断路器，在电压或电流最有利时刻关合或开断。可降低在电压或电流最有利时刻关合或开断。可降低电网瞬态过电压负荷，改善电网供电质量，提电网瞬态过电压负荷，改善电网供电质量，提高断路器电寿命及性能，简化电网设计，降低高断路器电寿命及性能，简化电网设计，降低整个系统费用整个系统费用 。 把计算机加入机械系统，使开关系统把计算机加入机械系统，使开关系统有了有了“大脑大脑”，再加入，再加入“传感器传感器”采集信息，采集信息，用光纤传导信息，使开关系统有了用光纤传导信息，使开关系统有了“知觉知

26、觉”，大脑根据大脑根据“知觉知觉”做出判断与决定，使系统做出判断与决定，使系统有了有了“智能智能”。 发电厂变电站电气设备第六章 高压开关电器第三节 真空断路器1检查检查 2、检修、检修 3真空度的检测方法真空度的检测方法4真空断路器的调整真空断路器的调整 真空断路器通常采用整体安装，在安装前一般不真空断路器通常采用整体安装，在安装前一般不需要进行拆卸和调整。需要进行拆卸和调整。真空断路器安装完毕，应按要真空断路器安装完毕，应按要求进行工频耐压试验、机械特性的测试和操动机构的求进行工频耐压试验、机械特性的测试和操动机构的动作试验。动作试验。断路器安装应固定牢靠，外表清洁完整；电气连断路器安装应

27、固定牢靠，外表清洁完整；电气连接应可靠且接触良好；真空断路器与其操动机构的联动应正常，无接应可靠且接触良好；真空断路器与其操动机构的联动应正常，无卡阻；分、合闸指示正确，辅助开关动作应准确可靠，触点无电弧卡阻；分、合闸指示正确，辅助开关动作应准确可靠，触点无电弧烧损；灭弧室的真空度应符合产品的技术规定；绝缘部件、瓷件应烧损；灭弧室的真空度应符合产品的技术规定；绝缘部件、瓷件应完整无损；并联电阻、电容值应符合产品的技术规定；油漆应完整、完整无损；并联电阻、电容值应符合产品的技术规定；油漆应完整、相色标志正确，接地良好。相色标志正确，接地良好。 运行后应定期检查：真空断路器的绝缘子、绝缘杆及灭弧室

28、外壳运行后应定期检查：真空断路器的绝缘子、绝缘杆及灭弧室外壳应经常保持清洁；操动机构和其他传动部分应保持有干净的润滑油，应经常保持清洁；操动机构和其他传动部分应保持有干净的润滑油，动作灵活；对变形、磨损严重的零部件应及时更换；定期检查紧固件，动作灵活；对变形、磨损严重的零部件应及时更换；定期检查紧固件，防止松动、断裂和脱落。定期检查真空灭弧室的真空度，有异常现象防止松动、断裂和脱落。定期检查真空灭弧室的真空度，有异常现象应立即更换；检查触头的开距及超行程，小于规定值时，必须按要求应立即更换；检查触头的开距及超行程，小于规定值时，必须按要求进行调整；检查真空灭弧室动导电杆在合、分过程中有无阻滞现象，进行调整；检查真空灭弧室动导电杆在合、分过程中有无阻滞现象，断路器在储能状态时限位是否可靠；检查辅助开关、中间继电器及微断路器在储能状态时限位是否可靠；检查辅助开关、中间继电器及微动开关的触头接触是否正常，其烧灼部分应整修或调换，辅助开关的动开关的触头接触是否正常，其烧灼部分应整修或调换，辅助开关的触头超行程应保持合格范围。触头超行程应保持合格范围。 真空断路器本体不需检修，真空灭弧室损坏或寿命终止时只真空断路器本体不需检修，真空灭弧室损坏或寿命终止时只能更换。能更换。更换灭弧室应该注