开关电器原理与应用

开关电器原理与应用第1页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三概述

开关电器主要用来闭合与开断正常电路和故障电路或用来隔离高压电源的。根据开关电器在电路中担负的任务，可以分为下列几类:

仅用来在正常工作情况下，断开或闭合正常工作电流的开关电器，如高压负荷开关、低压闸刀开关、接触器、磁力启动器等。仅用来断开故障情况下的过负荷电流或短路电流的开关电器，如高、低压熔断器。既用来断开或闭合正常工作，也用来断开或闭合过负荷电流或短路电流的开关电器，如高压断路器、低压自动空气断路器等。不要求断开或闭合电流，只用来在检修时隔离电压的开关电器，如隔离开关等。第2页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三

高压断路器是电力系统中担负任务最繁重、地位最重要、结构也最复杂的开关电器。对断路器的基本要求是：在各种情况下应具有足够的开断能力、尽可能短的动作时间和高度的工作的可靠性。断路器最重要的任务就是熄灭电弧，所以，各种断路器都有不同结构的灭弧装置，它在很大程度上影响断路器的性能。根据断路器所采用的灭弧介质及作用原理，断路器可分为下列几种类型：油断路器：采用油作为灭弧介质的断路器，现以很少采用。压缩空气断路器：采用压缩空气作为灭弧介质的断路器。六氟化硫(SF6)断路器：采用具有优良灭弧性能和绝缘性能的SF6气体作灭弧介质的断路器。真空断路器：利用真空的高介质强度来灭弧的断路器，称真空断路器。高压断路器的分类第3页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三高压断路器的基本参数

额定电压：是指断路器长期工作的标准线电压。最高工作电压为1.1~1.15UN额定电流：是指额定频率下长期通过断路器且使断路器无损伤、各部部分发热不超过长期工作的最高允许发热温度的电流。其大小决定触头的尺寸结构.额定开断电流：在额定电压下，能保证正常开断的最大短路电流称为额定开断电流。额定开断容量SbrN＝1.732UNIbrN关合能力：衡量断路器关合短路故障能力的参数为额定关合短路电流。其数值以关合操作时，瞬态电流第一个大半波峰值来表示，一般制造部门对关合短路电流取额定开断电流的2.55倍。短时热电流(也称热稳定电流)：指断路器在合闸位置，在规定的时间内(标准时间为2S，需要大于2S时推荐为4S)能够承受而不发生损坏的电流的有效值。是衡量断路器承受电流热效应能力的参数。峰值耐受电流(也称动稳定电流)：指在规定的使用条件和性能下，断路合闸位置时所能承受而不发生损坏的电流峰值。数值上和额定短路关合电流相等，它反映在了断路器承受由于短路电流产生的电动力的耐受性能。第4页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三第5页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三断路器的操作机构

高压断路器都是带触头的电器，通过触头在分、合动作达到开断与关合电路的目的，因此必须依靠一定的机械操作系统才能完成。在断路器本体以处的机械操作装置称为操作机构，而操动机构与断路器动触头之间连接的部分称为传动机构和提升机构。根据能量形式的不同，操作机构可分为手动操作机构(CS)、电磁操作机构(CD)、弹簧操作机构(CT)、电动机操作机构(CJ)、气动操作机构(CQ)、液压操作机构(CY)等。弹簧操作机构：利用已储能的弹簧为动力使断路器动作的操动机构称弹簧操动机构，弹簧储能通常由电动机通过减速装置来完成。液压操作机构：液压操作机构是以压缩氮气为能源，利用液压传动系统工作原理，来使断路器动作的操作机构。因为液压油的性能受温度的影响很大，在操作机构箱壳内有的装有电加热器，以保证液压油的工作温度不低于规定的数值。第6页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三六氟化硫(SF6)断路器

SF6气体的性能和灭弧性能：SF6气体是一无色、无味、无毒、非燃烧性、亦不助燃的非金属化合物，在常温常压下，其密度是空气的五倍。SF6气体虽本身无毒，但在电弧作用下，少量分解物(如SF4)对人体有害，一般需设置吸附剂来吸收，运行中要求对水分和气体进行严格检测，而且要求在通风良好的条件下进行操作。SF6气体的绝缘性能：SF6气体分子量强烈的电负性，很容易捕获电子而形成质量较大、活动性低的负离子，这种负离子在电场中的行程很短，很难积累能量来产生碰撞游离，同时正负离子复合的几率大为增加，因此，在一个大气压下，SF6的绝缘能力超过空气的2倍，3个大气压下其绝缘能力就和变压器油相当。SF6气体的灭弧性能：SF6在电弧作用下接受电能而分解成低氟化合物，但电弧电流过零时，低氟化合物则急速再结合成SF6，故弧隙介质强度恢复过程极快。所以，SF6气体的灭弧能力相当于同等条件下空气的100倍；此外，电弧弧柱的电导率高、燃弧电压低、弧柱能量小。第7页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三断路器实物灭弧室支持瓷柱均压环硬引接线第8页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三采用由阿尔斯通公司生产的GL317500KV断路器电晕环柱型绝缘子操作机构箱灭弧室底座控制箱500KV断路器第9页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三发电机出口断路器采用由ABB公司生产的户内型、金属封闭、自冷、水平布置、SF6气体绝缘HEC7型发电机出口断路器。额定工作电压（kV）:22最高工作电压（kV）:24额定电流（A）:22000额定频率（Hz）:50第10页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三500KV隔离开关GW10-550DW/3150A：单柱垂直伸缩式隔离开关,防污型，单接地，主刀、地刀均采用电动机构（可手动操作）。第11页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三西电高压开关有限公司生产的隔离开关。500KV隔离开关单柱式隔离开关双柱式隔离开关三柱式隔离开关第12页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三隔离开关的作用分闸后，建立可靠的绝缘间隙，将需要检修的线路或电气设备与电源隔开，以保证检修人员及设备的安全根据运行需要，换接线路分合线路中的小电流，如套管、母线、短电缆的充电电流分合一定容量空载变压器的励磁电流隔离开关不能拉、合正常运行以及故障时的负荷电流。否则将造成重大事故！！！第13页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三真空断路器德国ABB的VD4真空断路器

1－上连接端子2－真空灭弧室3－绝缘套筒4－下连接端子5－滚动触头6－触头弹簧7－绝缘连杆8－分闸弹簧9－双臂连杆10－驱动轴11－脱扣机构12－操动机构盒真空灭弧室第14页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三为什么采用真空断路器真空断路器是在真空容器中利用真空的绝缘和灭弧性能关合和开断电流的设备，因其具有开断能力强、开断时间短、体积小、重量轻、寿命长、适宜频繁操作、不需要经常检修等优点，在配电系统中得到了普遍应用。第15页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三真空断路器真空的绝缘性能和灭弧性能：在高度真空(1.35×10-2Pa)下，空间气体分子数目很少，发生碰撞的几率很少，很难发生碰撞游离。在这种气体稀薄的空间，绝缘强度很高，比变压器油和一个大气压下的SF6气体绝缘强度都高得多。真空中的电弧是在触头电极蒸发出来的金属蒸汽中形成的，电弧特性主要取决于触头材料的性质及其表面状况。产生电弧时，带电粒子大量向周围空间扩散，在电弧电流快过零时，其扩散速度大于产生速度而使电弧熄灭。真空开关具有一定的截流性质，有可能产生较高的开断过电压。第16页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三F-C开关真空泡开关本体高压限流熔断器第17页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三低压熔断器：瓷插式熔断器，常用的有RC1和RC1A系列。额定电流可在200A以内选择，主要用于500V以下的电路中。螺旋式熔断器，常用的有RL1系列和RLS系列。属于有填充料式RL1系列，额定电流可至200A；RLS系列为快速熔断器，额定电流可至50A，因有填充料，故灭弧性能较强，用于500V以下的低压设备。无填料封管式熔断器，常用的有RT0，NT00、RS0、RS3、NT1、NT2系列。用于短路电流较大的网络和配电装置中，最大电流可至1000A。高压熔断器：户内高压熔断器，常用型号有RN1，RN2两种，均为石英填料封闭管式。RN1型用来保护配电线路和变压器，RN2型用来保护电压互感器。户外高压熔断器，型号常见的为RW9，属半封闭管式，它具有灭弧性能好，断流量大，限流能力强，维护方便，熔体可更换的物点。载熔件(保险扣)高低压熔断器第18页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三M-PACT型框架断路器1－马达储能单元2－M-PRO保护器3－二次接线端子4－分励脱扣器5－合闸线圈6－欠压脱扣器7－储能手柄10－合分指示11－储能指示12－固定式安装支架8－合/分按钮9－可锁的按钮盖第19页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三低压开关设备接触器：接触器是用来远距离接通或开断负荷电流，并适用于频繁起动及控制电动机的低压开关，按控制电源不同，可分交流接触器和直流接触器。接触器是根据狭缝熄弧原理(电弧在灭弧片中被拉长和冷却)使电弧熄灭。为了自动控制的需要，接触器除主触头外，还有为实现自动控制而接在控制回路中的辅助触点。低压自动空气开关(简称空气开关)：性能较完善，可以接通和断开负荷电流和短路电流，但不适于频繁操作。第20页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三自动空气断路器原理第21页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三铠装式金属封闭开关柜第22页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三ZS1型铠装中置式开关柜厦门ABB公司生产的真空开关柜第23页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三开关柜剖面图开关柜整体上分为四个隔室：A–

母线室B–

断路器室C–

电缆室D–

低压室各部件：2–

分支母线3–

主母线6–

接地开关7–CT8–PT10--二次插头11—压力释放板12—活门13—VD4断路器小车14—地刀操作机构16—小车操作丝杠17—主接地母线第24页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三双D型母线1-母线室隔板2-母线套管3-母线支撑垫4-绝缘罩5-螺母6-垫片7-内六角螺栓8-垫块9-D型主母线10-柜体分支母线第25页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三D型母线实物图第26页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三压力释放板柜内出现故障电弧时，小室内压力气压升高，由于柜门可靠密封，高压气体将冲开压力释放板。母线室、断路器室、电缆室顶部装有。这是装在PT二次开口三角的消谐电阻！压力释放板第27页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三电压互感器型号：JDZXR-6C额定电压比：最高工作电压：7.2KV额定容量:0.5级，50VA6p级，100VA第28页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三电流互感器型号：LZZBJ9准确度级:0.5级，5p20级第29页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三零序电流互感器型号：LMZC-0.5额定电流比：50/1A额定容量：1VA准确度级:10p10第30页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三开关柜的柜面指示带电指示器断路器状态小车开关位置地刀状态状态灯：绿：允许合红：允许分白：未储能第31页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三开关柜的操作按钮分闸/合闸机械分闸按钮传动杆旋钮操作丝杠孔远方/就地切换电压表切相开关保护装置第32页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三机械分闸的传动机构第33页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三地刀的三个位置指示地刀操作孔地刀指示冷却风扇（仅进线开关）第34页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三地刀机械指示第35页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三低压室第36页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三断路器室只有手车处于“隔离/试验”位，二次插头才能插上和拔下。手车处于“工作”位，由于机械联锁作用，二次插头被锁定。二次插头未接通之前，断路器仅能进行手动分闸，无法手动合闸（因为合闸闭锁电磁铁未通电）。第37页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三只有手车处于“隔离/试验”位，二次插头才能插上和拔下。手车处于“工作”位，由于机械联锁作用，二次插头被锁定。二次插头未接通之前，断路器仅能进行手动分闸，无法手动合闸（因为合闸闭锁电磁铁未通电）。断路器室这是二次插头锁定装置第38页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三电缆室氧化锌避雷器的特点：(1)优异的非线性伏安特性；(2)无间隙、无续流；(3)电气设备所受过电压可以降低；(4)通流容量大第39页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三手车的进退操作对开关手车的操作前，必须检查开关在分闸状态，开关柜门已关好，二次插头插入并卡紧（二次插头有自锁功能）。将手柄插入丝杠机构的插口，顺时针方向转动曲柄，直到转不动为止，这时手车处于工作位反之，处于“试验/隔离”位注意：拔出手柄其间不应转动，以免开关不到位，影响指示与控制第40页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三活门与手车的连锁断路器手车在向隔离位置摇出时，活门自动关闭，盖住装在母线室和电缆室内静触头，保证操作人员不会触及带电体断路器手车在向工作位置推进中，活门自动打开第41页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三将手车从隔离位移到维修小车上的操作—打开断路器室的门—拔下二次插头—将维修小车推到开关柜正面，调节工作台的高度，让其定位销对准柜前的定位孔，将维修小车往前一推使定位销顺利插入定位孔，这样维修小车通过锁键与开关柜锁定。—向内侧压滑动把手，解除手车与开关柜的联锁，将手车拉到维修小车上。松开滑动把手，将手车锁定在工作台上。—操作锁键释放杠杆，将维修小车从开关柜前移开。第42页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三接地开关的操作向下压舌片，露出接地开关驱动轴的端部。将曲柄插入六角形转轴，顺时针方向转动曲柄，合接地开关；反时针方向转动曲柄，断接地开关。转动角度约180°。转动时动作要求连贯。观察接地开关的机械/电气位置指示。第43页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三EK6接地开关分合弹簧接地软铜线短接桥第44页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三电缆室门的闭锁电缆室门操作步骤：1、压下电缆室门右上侧操作舌片2、操作接地开关至合闸位置3、用专用钥匙打开电缆室门锁并开启电缆室门4、完成工作后、关闭电缆室门5、操作接地开关至分闸位置接地开关在合闸位，电缆室门才能打开。进线开关电缆室门装有带电强制闭锁装置。注意事项：1、如开关柜不设接地开关，用专用钥匙松开电缆室门锁后，只需压下操作舌片，既可打开电缆室门2、如操作舌片不能压下，说明电缆侧带电，请分析原因，不可强行敲打第45页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三母线接地小车第46页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三进线开关的PT小车的操作电缆室手车操作注意事项：1、手车推入柜体时必须使用专用的斜坡导轨2、手动将手车推入到“工作”位置3、手车到位后，插入两侧定位销，定位销插入后应旋转180度，保证可靠定位。这是10针插头！第47页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三防止误操作的机械闭锁接地开关及断路器均在分闸位置时，手车才能从试验/隔离位置移至工作位置或反向移动。接地开关在合闸位置时，手车不能从试验/隔离位置移至工作位置。只有手车处于试验/隔离位置或移开时，接地开关才能操作。只有手车已正确处于试验/隔离位置或工作位置时，断路器才能进行合闸操作。手车在试验/隔离位置或工作位置而没有控制电压时，断路器不能合闸，仅能手动分闸。手车在工作位置，二次插头被锁定，不能被拔出。第48页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三VD4真空断路器第49页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三VD4真空断路器外观机械合闸机械分闸动作计数器分/合闸指示手动储能储能指示滑动把手第50页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三VD4真空断路器背视环氧树脂材料，免受外界影响和机械的伤害。又叫极柱第51页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三VD4真空断路器的花瓣式触指特点：接触电阻小散热性能好电场分布均衡第52页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三断路器的防尘盖白色的防尘盖通电前需取下来咖啡色的防尘盖有散热孔道，可以不取小电流断路器没有防尘盖防尘盖第53页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三断路器本体结构波纹管1－上连接端子2－真空灭弧室3－绝缘套筒4－下连接端子5－滚动触头6－压力弹簧7－绝缘连杆8－分闸弹簧9－双臂连杆10－驱动轴11－脱扣机构12－操动机构第54页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三合/分闸动作原理9–

储能手柄6–

插孔35–

棘轮34–

传动链33–

蜗卷弹簧31–

脱扣机构21–

凸轮盘20–

双臂连杆30–

主轴第55页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三真空灭弧室结构绝缘外壳材料采用高强度的氧化铝陶瓷.灭弧室的内层为金属屏蔽罩,在触头开合过程中电弧产生的金属蒸汽在很短的时间内就可以复合或凝聚在屏蔽罩上,使灭弧室内的绝缘介质强度快速恢复,同时也保护了陶瓷外壳.不锈钢波纹管是灭弧室的关键部件,它使得动触头可以在完全密封的真空灭弧室内运动.动静触头是灭弧室的心脏,采用铜铬合金材料.14第56页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三真空灭弧原理灭弧室的静态压力极低，约10-3～10-5pa，其绝缘强度很高，电弧很容易熄灭。分闸过程中的高温使触头电极上蒸发出金属蒸汽，从而形成电弧。由于触头上开有螺旋槽，电流曲折路径效应形成的磁场使电弧产生旋转运动，可避免触头表面的局部过热，同时提高开断能力。电弧在电流第一次自然过零时就熄灭，残留的离子、电子和金属蒸汽只需在几分之一毫秒的时间内就可复合或凝聚在触头外面四周的屏蔽罩上，这样灭弧室断口的电解质强度恢复极快。第57页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三VD4整体性能一览分闸时间：33～45ms合闸时间：55～67ms额定电流：1250/4000A短路开断电流：40KA正常开断寿命：30000次短路开断寿命：50次1min工频耐压：42kV雷电冲击耐压：75kV（峰值）第58页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三第59页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三真空接触器外观第60页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三真空接触器开断原理接触器的主触头在陶瓷的真空灭弧室中操作，灭弧室中的真空水平高达1.33×10-4Pa。接触器分闸时，真空灭弧室的动、静触头快速地开断。分闸过程中在高温触头之间产生的金属蒸汽使电弧持续到电流第一过零点。在电流过零点时，残留的离子、电子和金属蒸汽迅速凝结使动静触头之间重新建立起很高的电介质强度，维持很高的瞬态恢复电压值。第61页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三熔断器熔断器电动机FC开关变压器FC开关型号CMFCEF工作电压(kV)7.27.2熔断电流(A)160,250160,200,250第62页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三VC整体性能一览正常电压：6kV最大电压：7.2kV额定电流：400A熔断器熔体额定电流：160A额定电流下操作次数：

250000次接触器保持方式：机械自保持第63页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三二次部分第64页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三开关柜的继电器、小开关Q0---真空断路器小车Q30---真空接触器小车QTV---进线PT小车S301---分闸/正常/合闸选择开关（就地电气）S302---远方/就地选择开关S303---投入/退出选择开关S601---电压表切换开关AU---供电模块QE---地刀F1---避雷器FUH---高压熔断器K101---进线综合保护装置K102---电动机综合保护装置K105---电动机（变压器）差动保护装置K108---备自投装置K901---同期装置SM10---储能电源小开关SM30---控制及保护电源小开关SM31---带电闭锁电源小开关SM60---进线PT二次小开关SM61---母线PT二次小开关SM62---母线PT二次小开关SM63---母线PT二次小开关SM90---加热器电源开关SM91---低压室照明小开关SM92---散热风扇电源小开关SM93---加热器电源小开关TA---电流互感器TAN---零序电流互感器UA---电流变送器HL---带电显示器EH1---断路器室加热器（50W）EH2---电缆室加热器（100W）

HG---绿灯（允许合）HR---红灯（允许分）HW---白灯（未储能）HL1---低压室照明灯HLE--地刀状态指示HLQ--开关/接触器状态指示HLT--小车位置指示S1–

储能辅助接点S2–

合闸闭锁电磁铁辅助接点S3–S5与断路器同步的位置接点K6–

与接触器同步的位置接点Y1–

合闸闭锁电磁铁Y2–

分闸脱扣器Y3–

合闸脱扣器K0---防跳继电器K10---事故继电器K100---电流继电器（启动风扇）K107---信号继电器KA1---远方合闸KA2---远方分闸KL---带电闭锁电磁铁S8---断路器小车在试验位S9---断路器小车在运行位S75S---接触器小车在试验位S75I---接触器小车在运行位

第65页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三电动机（VD4差动）二次图第66页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三第67页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三电动机（VD4差动）二次图第68页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三第69页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三第70页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三第71页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三第72页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三低压开关柜第73页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三

MLS低压开关柜外观第74页，共93页，2022年，5月20日，22点45分，星期三柜面的指示智能型温度控制仪保护压板电压表两个时间继电器PT闸刀红绿灯合分按钮远方就地切换开关第75页，共93页，2022年