经典断路器知识综合汇总讲义

4.10断路器

考试大纲10.1掌握断路器的作用、功能、分类10.2了解断路器的主要性能与参数的含义10.3了解断路器常用的灭弧方法10.4了解断路器的运行和维护工作要点10.1.1断路器的作用

高压断路器在正常运行时用它接通或切断负荷电流；在电气设备或线路发生短路故障或严重过负荷时，由继电保护装置控制其自动迅速地切断故障电流，切断发生短路故障的设备或线路，以防止扩大事故范围。

10.1.2断路器的功能

断路器开断电路时，充分利用交流电弧电流每半周过零一次自然熄弧的特点，加强去游离使电弧不再复燃。其介质强度恢复主要由断路器灭弧装置和介质特性所决定。系统电压恢复过程可能是周期性的或非同期性的。取决于被开断电路的参数。10.1.3断路器的分类

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型号特征额定断流容量，MVAS─少油断路器额定电流，AD─多油断路器派生标志

K─空气断路器C─带有手车装置

Q─产气断路器G─改进型

Z─真空断路器D─带有电磁操作结构

L─六氟化硫断路器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ─断流容量

C─磁吹断路器额定电压，kV

安装条件设计序号

N─户内

W─户外10.1.3断路器的分类1．多油断路器：利用绝缘油作为灭弧介质、相间及相对地绝缘介质。

2．少油断路器：绝缘油只作灭弧介质。载流部分是借空气和陶器绝缘材料或有机绝缘材料来绝缘，灭弧方式多为横向吹动电弧。

3．空气断路器：利用压缩空气的吹动来熄灭电弧的。和控制断路器的分合阐动作。

4．SF6断路器：用SF6气体作绝缘和灭弧介质。

5．磁吹式断路器：当电弧电流通过吹弧线圈以产生磁束来吹弧及消弧。

6．真空断路器：利用真空灭弧和绝缘，灭弧时间一般只有半个周波。10.2断路器的主要性能与参数

1．额定电压及额定电流（1）额定电压指断路器长期工作的标准电压（对三相系统指线电压）。电力系统在运行中允许有±5％的波动，断路器必须适应在电压变化范围内能长期工作，为此断路器出厂时都以最高工作电压进行鉴定。如：对3～220kV范围内，其最高工作电压较额定电压约高15％左右；对330kV以上，规定最高工作电压较额定电压高10%。10.2断路器的主要性能与参数

（2）额定电流指在额定频率下长期通过此电流时，断路器无损伤，且各部分发热不超过长期工作时最高允许发热温度。我国规定额定电流为：200、400、630、（1000）、1250、1600、（1500）、2000、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000A。10.2断路器的主要性能与参数2．额定开断电流和额定断流容量（1）断路器在开断操作时，首先起弧的某相电流称为开断电流。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。它是标志断路器开断能力的一个重要参数。我国规定额定开断电流为：1.6、3.15、6.3、8、10、12.5、16、20、25、31.5、40、50、63、80、100kA等。10.2断路器的主要性能与参数

（2）把额定条件下的开断能力称为额定断流容量。三相电路的额定断流容量，以（MVA）表示。我国根据国际电工委员会（IEC）的规定，现只把额定开断电流作为表征开断能力的唯一参数，而断流容量仅作为描述断路器特性的一个数值。10.2断路器的主要性能与参数3．关合能力说明断路器关合短路故障能力的参数为额定关合电流。其数值以关合操作时，瞬态电流第一个大半波峰值来表示，制造部门对关合电流一般取额定开断电流的倍即（4-10-1）式中——额定关合电流，kA；

——额定开断电流，kA。断路器关合短路电流的能力除与灭弧装置性能有关外，还与断路器操动机构的合闸功率的大小有关。10.2断路器的的主要性性能与参参数4．耐受性性能断路器应应具有足足够的耐耐受短时时短路电电流作用用的能力力，简称称耐受能能力。（1）短时热热电流（（热稳定定电流））在在规定的的时间内内（规定定标准时时间为2s，需要大大于2s时推荐4s）断路器器在合闸闸位置，，可能经经受的短短时热电电流有效效值（kA），称为为短时热热电流（（或短时时耐受电电流），，断路器器标准中中规定（4-10-2）短时热电电流通过过断路器器时，各各零部件件的温度度不应超超过短时时发热最最高允许许温度，，且不致致出现触触头熔接接或软化化变形，，以及其其它妨碍碍正常运运行的异异常现象象。允许许发热最最高温度度数值随随材料而而异。10.2断路器的的主要性性能与参参数（2）峰值耐耐受电流流峰峰值耐受受电流亦亦称动稳稳定电流流，即在在规定的的使用条条件和性性能下，，断路器器在合闸闸位置时时所能经经受的电电流峰值值。它与与关合电电流不同同的是，，峰值耐耐受电流流是断路路器处于于合闸位位置时通通过的短短路电流流，而关关合电流流则是由由于断路路器关合合短路故故障所产产生的短短路电流流。峰值值耐受电电流也是是以短路路电流的的第一个个大半波波峰值电电流来表表示，且且（4-10-3）峰值耐受受电流反反映了断断路器承承受由于于短路电电流产生生电动力力的耐受受性能，，它决定定断路器器的导电电部分和和绝缘支支撑件的的机械强强度以及及触头的的结构形形式。10.2断路器的的主要性性能与参参数5．操作性性能（1）全开断断时间是是指指断路器器接到分分闸命令令瞬间起起到电弧弧熄灭为为止的时时间间隔隔。即（4-10-4）式中——全开断时时间，s；——分闸时间间，s；从断路路器接到到分闸命命令瞬间间到所有相的的触头都都分离的的时间间间隔，亦亦称为断断路器固有有分闸时时间；——燃弧时间间，s；是指某某一相首首先起弧弧瞬间到到所有相电弧弧全部熄熄灭的时时间间隔隔。10.2断路器的的主要性性能与参参数全开断时时间是说说明断路器开断断过程快快慢的主主要参数，，它直接接影响故故障对设备备的损坏坏程度、、故障范围围、传输输容量和和系统的稳稳定性。。断路器开开断时间间示意图图（2）合闸时时间处处于分分闸位置置的断路路器，从从接到合闸命命令瞬间间起到所所有相的的触头均均接触为为止的时间称为为合闸时时间。10.2断路器的的主要性性能与参参数6．自动重重合闸性性能自动重合合闸的操操作循环环：分——合分——合分。为为断断路器开开断故障障电路，，从电弧弧熄灭起起到电路路重新接接通的时时间，称称为无电电流间隔隔时间，，一般为为0.3s或0.5s；为为强送电电时间，，一般为为180s。断路器开开断时间间与无电电流间隔隔时间之之和称为为自动重重合闸时时间。金属短接接时间系系指断路路器重合合闸操作作后，触触头闭合合到第二二次触头头分开所所需用的的时间。。10.3灭弧方法法当高压断断路器开开断高压压有载电电路时之之所以产产生电弧弧，原因因在于触触头本身身及其周周围的介介质中含含有大量量可被游游离的电电子。当当分断的的触头间间存在足足够大的的外施电电压条件件下，电电路电流流也达到到最小生生弧电流流时，会会因强烈烈的游离离而产生生电弧。。工业配电电系统主主要是交交流系统统，所以以电弧也也主要是是交流电电弧，其其性质是是半个周周期要经经过零值值一次，，而电流流过零时时，电弧弧要暂时时熄灭。。因此，，大多数数交流开开关电器器的灭弧弧方法中中，都利利用了交交流电流流过零时时电弧暂暂时熄灭灭这一特特性。10.3灭弧方法法1．速拉灭灭弧当交流电电流经过过零值的的瞬间，，拉大触触头间距距离，当当触头间间所加电电压不足足以击穿穿其间距距时，电电弧就不不会重新新点燃。。触头的的分离速速度越快快，电弧弧熄灭就就越快，，通常在在高压断断路器中中装设强强力的跳跳脱弹簧簧来加快快触头分分开的速速度。10.3灭弧方法2．吹弧灭弧法法利用外力（如如气流、油流流或电磁力））来吹动电弧弧，使电弧加加速冷却，同同时拉长电弧弧，降低电弧弧中的电场强强度，加速电电弧的熄灭，，按吹弧的方方向来分，有有横吹和纵吹吹两种。a）横吹b）纵吹10.3灭弧方法当低压刀开关关迅速拉开刀刀阐时，不仅仅迅速拉长了了电弧，同时时使本身回路路电流产生的的电动力作用用于电弧，吹吹动电弧，使使其拉长电弧弧直到电弧熄熄灭。如果开关利用用专门吹弧线线圈来吹动电电弧，使电弧弧移动，电弧弧移动的力实实际上是电弧弧电流在线圈圈磁场中产生生的电动力。。也有的开关利利用铁磁物质质（钢片等）），来吸动电电弧。10.3灭弧方法3．冷却灭弧法法降低电弧的温温度，使正负负离子的复合合增强，有助助于电弧迅速速熄灭，这是是一种基本的的灭弧方法。。4．短弧灭弧法法利用金属片将将长弧切成若若干短弧，则则电弧上的压压降将近似地地增大若干倍倍。当外施电电压小于电弧弧上的压降时时，则电弧就就不能维持而而迅速熄灭。。通常采用钢钢灭弧栅，让让电弧进入钢钢片，一是利利用了电动力力吹弧，二是是利用了铁磁磁吸弧，同时时钢片对电弧弧还有冷却作作用。10.3灭弧方法5．狭缝灭弧法法电弧在固体介介质所形成的的窄沟内燃烧烧，将电弧冷冷却，同时电电弧在狭缝窄窄沟中燃烧，，压力增大，，有利于电弧弧的熄灭。有有的熔丝在熔熔管内充填石石英砂，就是是利用这种狭狭沟灭弧原理理，还有一种种用耐弧的绝绝缘材料（陶陶瓷类）制成成灭弧栅，也也是利用了这这种灭弧原理理。10.3灭弧方法6．真空灭弧法法真空具有较高高的绝缘强度度，如果将开开关触头装置置置于真空容容器，则在电电流过零时，，即能熄灭电电弧。为防止止产生过电压压，应当不使使触头分开时时，电流突变变为零。一般般应在触头间间产生少量金金属蒸汽，形形成电弧通道道。当交流电电流自然下降降过零前后，，这些等离子子态的金属蒸蒸汽便在真空空中迅速飞散散而熄灭电弧弧。10.4.1高压断路器的的操作要求1．正常操作的的要求（1）新装或大修修后的断路器器，投运前必必须验收合格格才能施加运运行电压。（2）断法器的分分、合闸指示示器应指示正正确，且与当当时实际运行行相符。（3）断路器接线线板的连接处处或其它必要要的地方应有有监视运行温温度的措施，，如示温蜡片片等。（4）断路器金属属外壳接地良良好且有明显显的接地标志志，接地体的的截面积符合合规程要求。。（5）油断路器的的油色应正常常，油位应在在油位指示的的上、下限油油位监视线中中，绝缘油牌牌号和性能应应满足当地最最低气温的要要来，油质合合格。（6）六氟化硫断断路器，为监监视其气体压压力，应装有有密度继电器器或压力表，，并附有压力力表和压力温温度关系曲线线，其有SF6气体补气接口口。（7）真空断路器器应配有限制制操作过电压压的保护装置置。10.4.1高压断路器的的操作要求2.断路器操作机机构的要求（1）操作机构动动作电压应满满足：低于额额定电压的30％时不动作；；高于额定电电压的65％时可靠动作作。（2）机构箱应具具有防尘、防防潮、防小动动物进入及通通风措施，液液压与气动机机构应有加热热装置和恒温温控制措施。。（3）电磁操作机机构的合闸电电源应保持稳稳定。运行中中电源电压如如有变化，其其电压不低于于额定电压的的80％，最高不得得高于额定电电压的110％。（4）液压操作机机构应具有防防“失压慢分”装置，并用有有防“失压慢分”的机构卡具。。所谓“失压慢分”是指液压操作作机因某种原原因压力降到到零，然后重重新启动油泵泵打压时，造造成断路器缓缓慢分闸、采采用液压或气气动机构时，，其工作压力力大于1MPa（表压）时，，应有压力释释放装置。（5）弹簧操作机机构在断路器器合闸释放能能量后，应能能自动再次储储能。10.4.1高压断路器的的操作要求3．故障状态下下的操作要求求：（1）断路器在运运行中，由于于某种原因造造成油断路器器严重缺油，，六氟化硫断断路器气体压压力异常（如如突然降至零零等），严禁禁对断路器进进行停、送电电操作，应立立即断开故障障断路器的控控制电源，及及时采取措施施，将故障断断路器退出运运行。（2）分相操作的的断路器操作作时，发生非非全相合闸，，应立即将已已合上相拉开开，重新操作作合闸一次，，如仍不正常常，则应拉开开合上相后汇汇报，上级派派员处理。当当发生非全相相分闸时，应应立即拉开故故障开关控制制电源，手动动操作将拒动动相分闸。（3）严禁将有拒拒跳或合闸不不可靠的断路路器投入运行行。10.4.2高压断路器的的异常运行1.油断路器（1）油断路器声声音异常（2）油断路器油油位异常（3）油断路器油油质发黑（4）断路器过热热（5）跳合闸线圈圈冒烟（6）断路器跳合合闸不同期10.4.2高压断路器的的异常运行2．真空断路器器常见异常运运行（1）电动合不上上闸（2）合闸合空（3）电动不脱扣扣（4）分合闸不可可靠（5）合闸线圈烧烧毁（6）分闸线圈烧烧毁（7）辅助开关烧烧毁10.4.2高压断路器的的异常运行3．六氟化硫断断路器常见异异常运行（1）泄漏气体（2）闪络放电。。（3）分合闸不可可靠10.4.3高压断路器的的故障1．应停电处理理的情况（1）严重漏油，，油标管中已已看不见油位位。（2）本体或连接接处过热变色色或烧红。（3）支持绝缘子子断裂或套管管炸裂。（4）绝缘子严重重放电。（5）SF6断路器的气体体压力值低于于闭锁值。（6）液压机构的的压力值低于于闭锁值。（7）弹簧机构构和弹簧拉拉力不够，，闭锁信号号不能复归归。（8）气动机构构的气压低低于闭锁值值。10.4.3高压断路器器的故障2．10～35kV的少油断路路器合闸后后支持绝缘缘子断裂3．10～35kV的少油断路路器拉杆绝绝缘子断裂裂或拉杆销销子脱落4．油断路器器严重缺油油5．油断路器器着火6．断路器误误跳闸7．断路器拒拒绝合闸8．真空断路路器真空度度下降9．SF6断路器漏气气10．操作机构构故障10.5低压断路器器低压断路器器用作交、、直流线路路的过载、、短路保护护，被广泛泛应用于建建筑照明、、动力配电电线路、用用电设备作作为控制开开关和保护护设备，也也可用于不不频繁起动动电动机以以及操作或或转换电路路。10.5低压断路器器1．种类（1）万能式断断路器（2）塑料外壳壳式断路器器（3）电动斥力力式限流断断路器（4）剩余电流流保护断路路器（5）直流快速速断路器（6）灭磁断路路器10.5低压断路器器2．低压断路路器的选用用要点表示低压断断路器性能能的主要指指标有分断断能力和保保护特性。。分断能力是是指开关在在指定的使使用和工作作条件及在在规定的电电压下接通通和分断的的最大电流流值（kA）。保护特性主主要分为过过电流保护护、过载保保护和欠电电压保护三三种。10.5低压断路器器（1）额定电压压断路器的额额定电压应应大于线路路额定电压压。主要是是交流380V或直流220V的供电系统统。按线路路额定电压压进行选择择时应满足足下列条件件：（4-10-5）式中——低压断路器器的额定电电压，V；——线路的额定定电压，V。10.5低压断路器器（2）额定电流流断路器的额额定电流与与过电流脱脱扣器的额额定电流应应大于线路路计算负荷荷电流。当当按线路的的计算电流流选择时，，应能满足足下式：（4-10-6）式中——低压断路器器的额定电电流，A；——线路的计算算电流或实实际电流，，A。如果环境温温度低于+40℃，则电器产产品温度每每低1℃，允许电流流比额定电电流值增加加0.5%。但增加总总数不得超超过20％。10.5低压断路器器断路器的保保护定值（1）长延时脱脱扣器的电电流整定值值，动作时时间可以不不小于10s；长延时脱脱扣器只能能作过载保保护。（2）短延时脱脱扣器的电电流整定值值，动作时时间约为0.1～0.4s；短延时脱脱扣器可以以作短路保保护，也可可以作过载载保护。（3）瞬时脱扣扣器的电流流整定值，，其动作时时间约为0.02s。瞬时脱扣扣器一般用用作短路保保护。10.5低压断路器器（3）瞬时过电电流脱扣器器的整定电电流瞬时脱扣器器的动作时时间为0.02s左右。瞬时或短时时过电流脱脱扣器的整整定电流应应能躲开线线路的尖峰峰电流。1）负载是单单台电动机机，整定电电流按下式式计算（4-10-7）式中——瞬时或短时时过电流脱脱扣器整定定电流值，，A；——可靠系数，，对动作时时间大于0.02s的断路器，，K取1.35，对动作时时间小于0.02s的断路器K取1.7～2.0；——电动机的起起动电流，，A。10.5低压压断断路路器器2）当当配配电电线线路路不不考考虑虑电电动动机机的的起起动动电电流流时时，，按按下下式式计计算算整整定定值值（4-10-8）式中中———配电电线线路路的的尖尖峰峰电电流流，，A；———可靠靠系系数数，，一一般般取取1.35。3）当当配配电电线线路路考考虑虑电电动动机机的的起起动动电电流流时时，，按按下下式式计计算算整整定定值值（4-10-9）式中中———正常常工工作作电电流流和和可可能能出出现现的的自自起起动动电电机机的起起动动电电流流的的总总和和，，A。10.5低压压断断路路器器（3）短时时过过电电流流脱脱扣扣器器的的整整定定电电流流确定定本本级级断断路路器器短短延延时时过过电电流流脱脱扣扣器器动动作作电电流流的的整整定定，，应应与与下下一一级级开开关关整整定定电电流流选选择择性性配配合合。。本本级级动动作作整整定定电电流流应应大大于于或或等等于于下下一一级级低低压压断断路路器器短短延延时时或或瞬瞬时时动动作作整整定定值值的的1.2倍。。若若下下一一级级有有多多条条分分支支线线，，则则取取各各分分支支路路低低压压断断路路器器中中最最大大整整定定值值的的1.2倍。。10.5低压压断断路路器器（4）长长延延时时过过电电流流脱脱扣扣器器整整定定电电流流长延延时时过过电电流流脱脱扣扣器器整整定定电电流流应应大大于于线线路路中中计计算算电电流流（4-10-9）式中中———过电电流流脱脱扣扣器器的的长长延延时时动动作作整整定定电电流值值，，A；———可靠靠系系数数，，一一般般取取1.1；———线路路的的计计算算电电流流，，单单台台电电动动机机是是指指电动动机机的的额额定定电电流流，，A。10.5低压压断断路路器器校验验一一：：长长延延时时过过电电流流脱脱扣扣器器在在配配电电线线路路过过载载时时的的可可靠靠性性。。如如对对电电动动机机进进行行保保护护，，则则电电动动机机在在过过载载20％时时应应使使保保护护装装置置动动作作；；校验验二二：：在在配配电电线线路路出出现现尖尖峰峰负负荷荷时时或或在在电电动动机机起起动动时时，，长长延延时时过过电电流流脱脱扣扣器器不不误误动动。。脱脱扣扣器器在在3倍整整定定电电流流值值下下的的可可返返回回时时间间，，取取决决于于线线路路中中尖尖峰峰电电流流的的持持续续时时间间，，也也就就是是线线路路中中最最大大容容量量的的异异步步电电动动机机直直接接起起动动的的持持续续时时间间。。一般般情情况况下下，，电电动动机机的的轻轻载载起起动动时时间间不不超超过过2.5～4s，电电动动机机满满载载起起动动时时间间不不超超过过6～8s，个个别别电电动动机机重重载载起起动动时时间间达达15s。返返回回时时间间越越小小，，说说明明线线路路电电流流大大于于长长延延时时脱脱扣扣器器整整定定电电流流值值的的倍倍数数越越高高，，保保护护装装置置的的动动作作越越快快。。10.5低压压断断路路器器（5）分分断断能能力力