高压电器及成套配电装置

关于高压电器及成套配电装置第一页，共一百二十页，2022年，8月28日

3~35kV常用的高压电器有断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器和电容器等多种设备。高压电器在电力系统中起着控制或保护的作用，它们安全、可靠地运行对电力系统是极其重要的。第二页，共一百二十页，2022年，8月28日

一、高压电器中的电弧1、开关电器中电弧的产生与熄灭

(1)电弧的产生高、低压电路中开关电器切断电路时，如电路中电压超过10~12V和电流超过80~100mA，在断开的两个触头之间将出现强烈火花，这实际上是一种气体放电的现象，通常称为“电弧”。高压电路中，由于通过的功率更大、电压更高，电弧的破坏更不容轻视。显然，触头断开后，触头之间如果有电弧存在，则电路实际上没有被切断，直到触头间电弧熄灭后电路才真正断开。电弧的存在延长了开关电器断开故障电路的时间，加重了电力系统短路故障的危害。

第三页，共一百二十页，2022年，8月28日电弧电流的本质是离子导电，即气体中有大量的带电离子作定向运动。触点在分离瞬间，其间隙很小，电路电压几乎全部降落在触点之间，在触点间形成很强的电场，阴极中的自由电子会逸出到气隙中并向正极加速运动。这种现象叫强电场发射。前进途中撞击气体原子，该原子分裂成电子和正离子。电子在向正极运动过程中又将撞击其它原子，这种现象叫碰撞游离。撞击电离的正离子向阴极运动，撞在阴极上会使阴极温度逐渐升高。当阴极温度到达一定程度时，一部分电子将从阴极逸出再参与撞击电离。由于高温使电极发射电子的现象叫热发射。

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当电弧的温度达到3000℃或更高时，触点间的原子以很高的速度作不规则的运动并相互剧烈撞击，结果原子也将产生电离，这种因高温使原子撞击所产生的电离称为热游离。

撞击电离、热电子发射和热游离的结果，在两触点间呈现大量向阳极飞驰的电子流，这就是所谓的电弧。

应当指出，伴随着电离的进行也存在着消电离的现象。消电离主要是通过正、负带电粒子的复合和扩散进行的。温度越低，带电粒子运动越慢，越容易复合。

第五页，共一百二十页，2022年，8月28日(2)交流电弧的熄灭

在交流电路中，当电流瞬间值为零时，断开的触头之间无电流通过，电弧暂时熄灭，在下半个周期内触头间能否再次产生电弧，取决于触头间介质击穿电压和触头间恢复电压比较结果，再次产生电弧叫电弧重燃。

触头间介质击穿电压：是指触头间产生电弧的最小电压。

触头间恢复电压：是指触头间电弧暂时熄灭后外电路施加在触头之间的电压。

当触头间的恢复电压大于触头间的介质击穿电压时，电弧将重燃；否则电弧将迅速熄灭。第六页，共一百二十页，2022年，8月28日触头间介质击穿电压大小与触头间温度、离子浓度和距离等有关，当温度低、离子浓度低、触头间距离长时，介质击穿电压高。触头间恢复电压与电路中电源电压、电路中电感（或电容）性负载与电阻性负载所占比例，以及电弧暂时熄灭前电弧电流的变化速率等因素有关。当感性（或容性）负载比例大、电流变化速度大时，则恢复电压增加较快，不利于灭弧。电路为纯电阻性负载时，恢复电压等于电源电压，则有利于灭弧。第七页，共一百二十页，2022年，8月28日

2、加速电弧熄灭的方法根据上述电弧产生的物理过程可知，欲使电弧熄灭，应设法降低电弧温度和电场强度，以加强消电离作用。当电离速度低于消电离速度，则电弧熄灭。根据上述灭孤原则，常用的灭弧方法有：

1）利用气体吹动灭弧

这种灭弧的原理，是利用气体纵向或横向吹动电弧，使电弧冷却，因此减弱了电弧的热游离，加强了带电质点的再结合及向周围的扩散作用。使电弧受到强烈的冷却和拉长，而将电弧熄灭。一般横向吹弧的效果要比纵向吹弧的效果好。

低压直流接触器中磁吹式灭弧装置就是利用电弧电流本身灭弧，因而电弧电流越大，吹弧的能力也越强。第八页，共一百二十页，2022年，8月28日栅格的作用是加强电弧气流的冷却，使去游离增强第九页，共一百二十页，2022年，8月28日

2）拉长电弧采用加快触头之间的分离速度等措施，使电弧长度迅速增长，电弧表面积迅速增大，从而提高触头间的介质击穿强度，加速电弧熄灭。电弧拉长，电弧的伏安特性向上移，发弧电压UF增高，要维持电弧燃烧所需的电压增大。从图看出L1、L2表示弧长，其L1＞L2，则UF1＞UF2。如果在UF2的条件下，把电弧拉到L1长度，则小于维持电弧燃烧的电压而灭弧。

第十页，共一百二十页，2022年，8月28日第十一页，共一百二十页，2022年，8月28日

3)电弧与固体介质接触固体介质能使电弧迅速冷却，并且可以减少触头间带点质点数量，迅速提高介质击穿电压，达到灭弧的目的。低压回路中，用许多镀铜薄钢片组成灭弧栅，片间距离为2～3mm，安放在触点上方的灭弧罩内。一旦发生电弧，电弧周围产生磁场，导磁的钢片将电弧吸入栅片，电弧被栅片分割成许多串联的短电弧，当交流电压过零时电弧自然熄灭。原理在于：两栅片间必须有150～250V电压，电弧才能重燃，电弧被分割后，一方面电源电压不足以维持电弧，同时由于栅片的散热作用，电弧自然熄灭后很难重燃。比灭弧栅更为简单的是采用一个用陶土和石棉水泥做的耐高温的灭弧罩，用以降温和隔弧。可用于交流和直流灭孤。第十二页，共一百二十页，2022年，8月28日

4)多断点灭弧

在交流电路中也可采用桥式触点。桥式触点有两处断开点，相当于两对电极，若有一处断点要使电弧熄灭后重燃需要150~250V，现有两处断点就需要2x（150~250）V，所以有利于灭弧。若采用双极或三极触点控制一个电路时，根据需要可灵活地将二个极或三个极串联起来当做一个触点使用，这组触点便成为多断点，加强了灭弧效果。第十三页，共一百二十页，2022年，8月28日

高压回路中，常常将以上各种灭弧方法综合应用，比如：少油断路器、SF6断路器、高压空气断路器都采用吹弧与介质接触冷却相结合的方法，而真空断路器采用固体介质接触冷却的方法；高压和超高压回路中，强调采用快速断路器以及各种断路器中的加速脱扣的贮能装置(如最简单的弹簧贮能装置)，其功能都是加速触头动作、迅速拉长电弧、冷却电弧和减弱电场作用；另外，220kV、330kV少油断路器采用叠加结构，将110kV的双断点形式演化为220kV的四断点、330kV的六断点构造，就是采用的多断点灭弧的方法。第十四页，共一百二十页，2022年，8月28日第二节

高压断路器高压开关电器的功能

高压开关设备主要用于关合开断3KV及以上电压电力线路，用以：

1)输送及倒换电力负荷；2)从供电系统中退出故障设备及故障线段，保证供电系统安全运行；3)将两段电力线路以至供电系统的两部分隔开；4)将已退出运行的设备或线路进行可靠接地，以保证电气线路、设备和运行维修人员的安全。因此，高压开关设备是重要的变配电设备。第十五页，共一百二十页，2022年，8月28日

一、高压断路器概述

1、高压断路器的定义

高压断路器：额定电压为3kV及以上，能够关合、承载和开断运行状态的正常电流，并能在规定时间内关合、承载和开断规定的异常电流（短路电流、过负荷电流）的开关电器。

2、高压断路器的作用

控制作用：即根据电网运行要求，将一部分电气设备及线路投入或退出运行状态、转为备用或检修状态。

保护作用：即在电气设备或线路发生故障时，通过继电保护装置及自动装置使断路器动作，将故障部分从电网中迅速切除，防止事故扩大，保证电网的无故障部分得以正常运行。第十六页，共一百二十页，2022年，8月28日

5、断路器型号及意义

第一部分产品名称：Z（真空）、L（SF6）、S、D、Q（产气）、C（磁吹）、K（压缩空气）

第二部分使用环境：N户内、W户外

第三部分：设计序号

第四部分：额定电压（kV）

第五部分补充工作特性：G改进型、F分相操作、W防污秽、Y防浪涌、C手车型

第六部分：额定电流(A)

第七部分：额定开断电流（kA）

型号举例：ZN28－10/1600－25：真空、户内、设计序号28、10kV、额定1600A、额定开断电流25kA。第十七页，共一百二十页，2022年，8月28日6、高压断路器的主要参数

额定电压（kV）

：高压断路器正常工作时所能承受的电压等级，它决定了断路器的绝缘水平。

额定电流（A）

：在规定的环境温度下，断路器长期允许通过的最大工作电流。

额定开断电流（kA）

：在额定电压下断路器能够开断的最大短路电流。

关合电流：保证断路器能可靠关合而不会发生触头熔焊或其他损伤时，断路器所允许接通的最大短路电流。

额定热稳定电流（kA）：断路器在规定时间（通常为4s）内允许通过的最大短路电流有效值，又称额定短时耐受电流。表明断路器承受短路电流热效应的能力。其值等于额定短路开断电流。第十八页，共一百二十页，2022年，8月28日

额定动稳定电流（kA）：断路器在闭合状态下，允许通过的最大短路电流峰值，又称极限通过电流。表明断路器在冲击短路电流的作用下，承受电动力效应的能力，它决定于导体和绝缘等部件的机械强度。大小等于额定关合电流，并且等于额定短时耐受电流的2.55倍。

合闸时间（s）：断路器从接到合闸命令起到断路器触头刚接触时所经过的时间间隔。

分闸时间（s）：通常指全分闸时间（tt），是断路器从接到分闸命令起到断路器触头开断至三相电弧完全熄灭时所经过的时间间隔。包括固有分闸时间和灭弧时间。第十九页，共一百二十页，2022年，8月28日

额定操作顺序：根据实际运行需要制定的对断路器的断流能力进行考核的一组标准的规定操作。

无自动重合闸断路器的额定操作顺序分为两类：

发生永久性故障断路器跳闸后两次强送电的情况：即“分－180s－合分－180s－合分”；

断路器合闸在永久故障线路上跳闸后强送电一次：即“合分－15s－合分”。

能进行自动重合闸断路器的额定操作顺序为：“分－0.3s－合分－180s－合分”。第二十页，共一百二十页，2022年，8月28日

二、真空断路器真空断路器应用真空作为绝缘和灭弧介质。断路器开断时，电弧在真空灭弧室触头材料所产生的金属蒸气中燃烧，简称为真空电弧。当开断真空电弧时，由于弧柱内外的压力与密度差别都很大，所以弧柱内的金属蒸气与带电质点会不断向外扩散。弧柱内部处在一面向外扩散，一面处于电极不断蒸发出新质点的动态平衡中。随着电流减小，金属蒸气密度与带电质点的密度都下降，最后在电流接近零点时消失，电弧随之熄灭。此时，弧柱残余的质点继续向外扩散，断口间的介质绝缘强度迅速恢复，只要介质绝缘强度的恢复速度大于电压恢复上升速度，电弧最终熄灭。

第二十一页，共一百二十页，2022年，8月28日真空灭弧室结构：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，主要由绝缘外壳、动静触头、屏蔽罩和波纹管组成。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。

材料：硬质玻璃、氧化铝陶瓷或微晶玻璃。第二十二页，共一百二十页，2022年，8月28日1-静触头2-动触头3-屏蔽罩4-波纹管5-与外壳封接的法兰盘6-金属波纹管7-玻壳触头：既是关合时的通流元件，又是开断时的灭弧元件。

材料：铜铋合金和铜铬合金。

结构：对接式，有三种类型，即平板触头、横向磁场触头和纵向磁场触头。特点：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。第二十三页，共一百二十页，2022年，8月28日真空断路器触头结构：对接式，有三种类型，即平板触头、横向磁场触头和纵向磁场触头。特点：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（a）平板触头；（b）杯状触头（横磁场）；（c）螺旋触头（横磁场）；（d）纵磁场触头；（e）纵磁场触头平板触头（a）：现已被淘汰。第二十四页，共一百二十页，2022年，8月28日

横向磁场触头（b）、（c）：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。分为：（b）杯状触头(可以开断40kA以上的电流)；（c）螺旋触头(用于开断小于40kA的电流，近年来趋于淘汰）。

纵向磁场触头（d）、（e）：利用在磁场间隙中呈现的纵向磁场来提高开断能力的触头。适合开断大电流的需要，其开断电流可以达到70kA，在实验室已高达200kA。

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。第二十五页，共一百二十页，2022年，8月28日屏蔽罩种类：主屏蔽罩、波纹管屏蔽罩和均压屏蔽罩。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。主屏蔽罩：装设在触头的周围，一般固定在绝缘外壳内的中部，作用：1、

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。2、改善灭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。3、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断能力起到很大作用。第二十六页，共一百二十页，2022年，8月28日

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。均压屏蔽罩：装设在触头附近，用于改善触头间的电场分布。第二十七页，共一百二十页，2022年，8月28日波纹管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。材料：通常采用不锈钢。结构：液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，其金属的疲劳寿命，决定了真空灭弧室的机械寿命。第二十八页，共一百二十页，2022年，8月28日ZN28－12系列真空断路器外观图

第二十九页，共一百二十页，2022年，8月28日ZN28－12系列真空断路器结构图

第三十页，共一百二十页，2022年，8月28日VD4系列户内真空断路器为ABB厦门开关有限公司生产，该系列断路器被广泛应用于国内各种品牌的开关柜中，主要分为固定式和手车式两类。适用于以下状况的开合电流：短路电流；负载或空载线路电流；电容器组，电动机负载或空载的发电机和变压器。第三十一页，共一百二十页，2022年，8月28日国产ZN12系列户内真空断路器ZN12户内真空断路器适用于35kV以下电力系统中，本断路器灭弧室为瓷质结构，采用纵向磁场触头，具有体积小，开断时产生的扩散电弧电流在触头上分布一致，不会出现局部熔融现象，还具有低电弧能量电压（20-200V）及低截流值（4-5A），并配有高可靠性的操作机构。

本断路器结构简单、开断能力强、寿命长、操作功能齐全无爆炸危险、维修简单，适用于发电厂、变电站等配电系统的控制或保护开关，尤其适用于开断重要负荷及频繁操作的场所。还有国产ZN28，ZN28A系列户内真空断路器第三十二页，共一百二十页，2022年，8月28日

三、SF6断路器灭弧原理：SF6断路器用SF6气体作为灭弧介质。SF6气体是理想的灭弧介质。1．SF6气体的物理特性：在标准条件下，SF6为无色、无味的气体，难溶于水和油，容易液化，SF6的工作压力为0.2～0.7MPa。SF6气体比空气重，有向低处积聚的倾向。2．SF6气体的化学特性：SF6气体在常温（低于500℃）下是一种化学性能非常稳定的惰性气体。在通常条件下对电气设备中常用的金属和绝缘材料是不起化学作用的，它不侵蚀与它接触的物质。第三十三页，共一百二十页，2022年，8月28日3．SF6气体的电气特性：具有优异的绝缘性能，在均匀电场中，SF6气体的绝缘强度为空气的2.5～3倍；具有优异灭弧性能，SF6气体的灭弧能力为空气的100倍，开断能力大约为空气的2～3倍。这是由于SF6气体及其分解物具有极强的电负性，它不仅具有优良的绝缘特性，还具有独特的热特性和电特性。电流过零前的截流小，能避免产生较高的过电压。第三十四页，共一百二十页，2022年，8月28日4．SF6气体的分解特性：SF6气体的分解主要有三种情况，即在电弧作用下的分解；在电晕、火花和局部放电下的分解；在高温下的催化分解。SF6气体在断路器操作中和出现内部故障时，会产生不同量的分解物，高毒性的分解物，（如SF4、S2F2、S2F10、SOF2、HF及SO2）会刺激皮肤、眼睛、粘膜，如果大量吸入，还会引起头晕和肺水肿。纯SF6气体无腐蚀，但其分解物遇水后会变成腐蚀性强的电解质，会对设备内部某些材料造成损害及运行故障。（玻璃、瓷、绝缘纸及类似材料易受损害）

采用合适的材料和采取合理的结构，可以排除潮气和防止腐蚀。在设备运行中可以采用吸附剂（如氧化铝、碱石灰、分子筛或它们的混合物）清除设备内的潮气和SF6气体的分解物。第三十五页，共一百二十页，2022年，8月28日

SF6气体的热化学性：即SF6气体有良好的热传导特性

由于SF6气体有较高的导热率，电弧燃烧时，弧心表面具有很高的温度梯度，冷却效果显著，所以电弧直径比较小，有利于灭弧。同时SF6在电弧中热游离作用强烈，热分解充分，弧心存在着大量单体的S、F及其离子等，电弧燃烧过程中，电网注入弧隙的能量比空气和油等作灭弧介质的断路器低得多。因此，触头材料烧损较少，电弧也就比较容易熄灭。第三十六页，共一百二十页，2022年，8月28日SF6气体的强负电性就是这种气体分子或原子生成负离子的倾向性强。由电弧电离所产生的电子，被SF6气体和由它分解产生的卤族分子和原子强烈的吸附，因而带电粒子的移动性显著降低，并由于负离子与正离子极易复合还原为中性分子和原子。因此，弧隙空间导电性的消失过程非常迅速。弧隙电导率很快降低，从而促使电弧熄灭。其灭弧能力是空气的100倍。SF6断路器结构特点优点：设备重心低，结构稳定，抗震性能好，可以加装电流互感器。缺点：耗材量大，制造工艺要求高，系列化产品少。第三十七页，共一百二十页，2022年，8月28日ABB公司的HD4系列户内SF6断路器HD4断路器可用于三相交流40.5KV配电系统中控制和保护线路，变压器、电机、电缆和电容器组等。由于采用SF6智能开断技术，操作过程中不会产生过电压，因此特别适合于绝缘薄弱的场合，同时断路器主要金属部件都进行了电镀处理，可用于湿热及盐雾较重的地区。第三十八页，共一百二十页，2022年，8月28日SF6断路器灭弧室结构示意图1-静触头,2-绝缘喷嘴,3-动触头

4-气缸,5-压气活塞(固定)，6-电弧第三十九页，共一百二十页，2022年，8月28日SF6断路器的结构类型

1.瓷柱式SF6断路器

结构特点：其灭弧室安装在高强度瓷套中，用空心瓷柱支承和实现对地绝缘。灭弧室和绝缘瓷柱内腔相通，充有相同压力的SF6气体，通过控制柜中的密度继电器和压力表进行控制和监视。穿过瓷柱的绝缘拉杆把灭弧室的动触头和操动机构的驱动杆连接起来，通过绝缘拉杆带动触头完成断路器的分合操作。第四十页，共一百二十页，2022年，8月28日第四十一页，共一百二十页，2022年，8月28日

2.罐式SF6断路器

结构特点：灭弧室安装在接地的金属罐中，高压带电部分用绝缘子支持，对箱体的绝缘主要靠SF6气体。绝缘操作杆穿过支承绝缘子，把动触头与机构驱动轴连接起来，在两个出线套管的下部都可安装电流互感器。第四十二页，共一百二十页，2022年，8月28日第四十三页，共一百二十页，2022年，8月28日

SF6断路器的特点

(优点)：

1．开断短路电流大，一般能达到40～50kA以上，最高可以达到80kA。2．载流量大（额定电流可达12000A），触头的烧损小，电气寿命长。3．SF6气体介质强度恢复速度快，开断近区故障的性能好，开断电容电流时不产生重燃，通常不加并联电阻就能够可靠地切断各种故障而不产生过电压，可降低设备的绝缘水平。

4．SF6断路器的采用全密封结构，减少了设备事故的可能性，使用安全，运行可靠性高。5．SF6断路器没有爆炸和火灾的危险。噪声低、无污染、无公害，安全性较高。

第四十四页，共一百二十页，2022年，8月28日

6．SF6断路器结构设计紧凑，体积减小，能大幅度地减小占地面积。7．安装调试简单方便，施工周期较短，220kV的SF6断路器只需2～3小时就可装好。8．检修周期长，日常维护工作量极小，年运行费用大为降低。

对断路器SF6气体要求：新装SF6断路器投入运行前必须复测气体含水量和漏气率；运行中SF6断路器应定期测量SF6气体含水量，断路器新装或大修后，每三个月测量一次，待含水量稳定后可每年测量一次。第四十五页，共一百二十页，2022年，8月28日对环境的危害-严禁向大气排放！

六氟化硫（SF6）气体是目前发现的六种温室气体之一。目前，发现人类活动排放的温室气体有六种，它们是二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳合物、全氟化碳、六氟化硫，这当中氟化物就有三种。虽然CO2对温室效应影响最大，占60%，而SF6气体的影响仅占0.1%，但SF6气体分子对温室效应具有潜在的危害，这是因为SF6气体一个分子对温室效应的影响为CO2分子的25000倍，同时，排放在大气中的SF6气体寿命特长，约3400年。第四十六页，共一百二十页，2022年，8月28日

SF6回收与利用

SF6回收处理装置RF300型（1200000元），装置的主要功能工作流程如下：SF6吸收塔→油气吸收器→水分吸收器→SF6分解产物吸收器→HF吸收器→液氮致冷提纯装置→抽真空及注气压缩功能配置气体检漏仪（美国：XP－1型，9000元）、六氟化硫纯度和露点测量仪（芬兰：RA601FDP，168000元）、便携色谱仪（美国：3000型，470000元）等仪器设备，满足气体质量现场检验验收需求。第四十七页，共一百二十页，2022年，8月28日

该装置集成在一辆卡车上，因此对于大型电气设备解体检修时，可以将该装置直接运到工作现场实现回收处理、提纯处理、检验鉴定和回充一体化作业。2007年9月河北省超高压公司沧西站和廉州站的大修维护工作，从9月中旬开始到10月3日共回收处理了25瓶SF6废气，回收气量740kg，回收处理后的废气经检测全部达到合格新气质量指标，可以重新使用。2008年1～2月份，又回收处理SF6废气441kg，全部达到再利用标准要求。第四十八页，共一百二十页，2022年，8月28日第四十九页，共一百二十页，2022年，8月28日

四、断路器操动机构

1.作用与要求

断路器的操动机构，是用来控制断路器的跳闸、合闸和维持合闸状态的装置。其性能好坏将直接影响断路器的工作性能。因此，操作机构应符合以下基本要求：

(1)足够的操作功为保证断路器有足够的合闸速度，操动机构必须具有足够大的操作功。

(2)较高的可靠性断路器工作的可靠性，在很大程度上由操动机构来决定。因此，要求操作机构具有动作快、不拒动、不误动等特点

(3)动作迅速显然断路器要快速动作，则操作机构必须快速动作。

(4)具有自由脱扣装置自由脱扣装置是保证在合闸过程中，若继电保护装置动作需要跳闸时，能断路器立即跳闸，而不受合闸机构位置状态的限制。自由脱扣装置是实现线路带故障合闸过程中快速跳闸的关键设备之一。第五十页，共一百二十页，2022年，8月28日

2.操动机构的种类操动机构的基本构成包括：操作能源系统、分闸与合闸控制系统、传动系统及辅助装置。按操作能源性质的不同，操动机构可分以下几类：

1.手动操动机构：直接用人力关合断路器的机构，其分闸则有手动和电动两种。只能用于12kV及以下短路容量很小的地方，手动操动机构大都已经淘汰。

2.电磁操动机构：靠直流螺管电磁铁产生的电磁力进行合闸，以储能弹簧分闸的机构。用于110kV及以下的断路器。有逐步被其他较先进机构取代的趋势。

3.弹簧操动机构：以储能弹簧为动力对断路器进行分、合闸操作的机构。适用于220kV及以下电压等级的断路器。第五十一页，共一百二十页，2022年，8月28日

4．液压操动机构：以气体储能，以高压油推动活塞进行分、合闸操作的机构。适用于110kV及以上电压等级的断路器，特别是超高压断路器。

5．气动操动机构：以压缩空气推动活塞进行分、合闸操作的机构，或者仅以压缩空气进行单一的分、合操作，而以储能弹簧进行对应的合、分操作的机构。适用于220kV及以下电压等级的断路器，特别适宜于压缩空气断路器或有空压设备的地方。手力和电磁操动机构属于直动机构，由做功元件、连杆系统、维持和脱扣部件等部分组成。弹簧、气动和液压机构属储能机构，由储能元件、控制系统、执行元件等部分组成。第五十二页，共一百二十页，2022年，8月28日要求：速度和动力必须足够；可靠性要高，不发生拒动和误动；与继电保护装置配合的自由脱扣装置。型号及其含义：CY、CD、CT、CS等。CT19型弹簧操动机构通常与10kV真空断路器配套使用。其优点：所需合闸电源容量小，交直流均可。缺点：结构复杂、加工工艺要求高、机件强度要求高、调试困难。第五十三页，共一百二十页，2022年，8月28日五、断路器运行维护1、投入运行的要求2、断路器的正常运行巡视检查：巡视检查周期与一般要求。有人值班的变电站（所）每天巡视不少于1次，无人值班每月不少于2次。3、油断路器的巡视检查（略）

4、SF6断路器的巡视检查：每日定时记录SF6气体压力和温度5、真空断路器巡视检查6、弹簧机构巡视检查第五十四页，共一百二十页，2022年，8月28日7、特巡——内容有哪些？（夜间巡视检查应闭灯进行；新投入运行的断路器，应在72小时后转入正常的巡视检查。）8、断路器正常维护工作9、断路器的操作——正式投入运行前应做哪些工作？长期停运的断路器在重新投入前应通过远方控制方式进行2~3次操作，无误后方能投入运行。10、断路器不正常运行和事故处理——值班运行人员应如何处理运行中的异常情况和缺陷？第五十五页，共一百二十页，2022年，8月28日

第三节隔离开关

一、隔离开关的作用、分类和型号1、隔离开关作用：

高压隔离开关主要是用来隔离高压电源、以保证安全检修，因此其结构特点是断开后具有明显可见的断开间隙。它的另一结构特点是没有专门的灭弧装置，因此它不能带负荷操作。但它允许通断一定的小电流，如励磁电流不大于2A的空载变压器，充电电容电流不大于5A的空载线路以及电压互感器回路等。与断路器配合可实现不停电的倒闸操作。开关柜用的户内隔离开关主要有GN19系列、GN6、GN9系列。第五十六页，共一百二十页，2022年，8月28日

隔离开关的基本结构

导电部分：传导电路中的电流，关合和开断电路。包括触头、闸刀、接线座。

绝缘部分：实现带电部分和接地部分的绝缘。包括支持绝缘子和操作绝缘子。

传动机构：接受操动机构的力矩，将运动传动给触头，以完成隔离开关的分、合闸动作。由拐臂、联杆、轴齿或操作绝缘子组成。操动机构：通过手动、电动、气动、液压向隔离开关的动作提供能源。

支持底座：将导电部分、绝缘子、传动机构、操动机构等固定为一体，并使其固定在基础上第五十七页，共一百二十页，2022年，8月28日2、型号及意义隔离开关的型号由六个部分组成。从左至右：第一位，是代表该设备的名称，G代表隔离开关。第二位，是代表该设备的使用环境，W代表户外，N代表户内。第三位，是设计序号，有6、8、19等。横杠后的为第四位，代表工作电压等级，以kV为单位。第五位，表示其他特征，G改进型，T统一设计，D带接地刀闸，K快分式，C瓷套管出线。第六位，是额定电流，以A为单位。例如，GNl9–l0C／400表示：隔离开关，户内式，设计序号为19，工作电压lOkV，瓷套管出线，额定电流400A。GW9–10／600代表：隔离开关，户外型，设计序号为9，工作电压为10kV，额定电流为600A。这种开关常装设在供电部门与用电单位的分界杆上，称为第一断路隔离开关，它是由3个单极开关组成的。第五十八页，共一百二十页，2022年，8月28日GN19—12第五十九页，共一百二十页，2022年，8月28日

二、户内（GN系列）式隔离开关外观图：1-接线板，2-静触头，3-接触条，4-夹紧弹簧，5、8-支撑绝缘子，6-镀锌钢片，7-拉杆绝缘子，9-传动主轴，10-底架载流部分结构图：1、2-静触头，3-接触条，4-弹簧，5-杆，6-套管，7、11-轴，8-轴承，9-钢片，10-缺口，12-支持绝缘子，13-操作绝缘子第六十页，共一百二十页，2022年，8月28日三、户外式（GW系列）隔离开关GW4-35系列隔离开关：额定电流为630~2000A，为双柱式结构，分闸操作时，由操动机构通过交叉连杆机构带动使两个支柱绝缘子向相反方向各自转动90度，使闸刀在水平面上转动，实现分闸。第六十一页，共一百二十页，2022年，8月28日双柱式10kV用第六十二页，共一百二十页，2022年，8月28日双柱式35kV用第六十三页，共一百二十页，2022年，8月28日双柱式110kV用第六十四页，共一百二十页，2022年，8月28日产品型号:GW5-35系列用途:GW5系列户外高压隔离开关，广泛用于发电厂、变电站及大型工矿企业，供三相交流50Hz电路中，有电压无负载时分、合电路之用。额定电流为630~2000AGW5系列户外高压隔离开关为双柱式V形结构，合闸操作时，连杆带动伞齿轮转动，伞齿轮使两个棒式绝缘子以相同速度沿相反方向转动，带动两个主闸刀转动90度实现合闸。第六十五页，共一百二十页，2022年，8月28日第六十六页，共一百二十页，2022年，8月28日结构特点：(1)产品为双柱V型结构，底座较小，瓷柱按500夹角布置，自清洗效果好，湿闪能力高。(2)产品有多种安装方式，可以正装、侧装、倒装。(3)产品可不装接地开关，也可装单接地开关或双接地开关。(4)产品可配CS17或CS17-G手动操作机构，亦可采用CJ6电动操作机构。(5)产品分普通型和耐污型两种。第六十七页，共一百二十页，2022年，8月28日四、隔离开关的操动机构CS—手动；CJ—电动；CY—液压XCJ型隔离开关电动操动机构，是由交直流两用电动机驱动隔离开关液压操机构上的手摇装置，供安装和检修调整时使用。第六十八页，共一百二十页，2022年，8月28日第四节高压负荷开关

一、负荷开关的作用和分类

1.用途和结构

负荷开关的用途与它的结构特点是相对应的，从结构上看，负荷开关主要有两种类型，一种是独立安装在墙上、架构上的，其结构类似于隔离开关；另一种是安装在高压开关柜中，特别是采用真空或SF6气体的，则更接近于断路器。负荷开关的用途是包含了这两种类型的负荷开关的综合用途。

1）负荷开关在断开位置时，像隔离开关一样有明显的断开点，因此可起电气隔离作用。对于停电的设备或线路提供可靠停电的必要条件。第六十九页，共一百二十页，2022年，8月28日

2）负荷开关具有简易的灭弧装置，因而可分、合负荷开关本身额定电流之内的负荷电流（不能断开短路电流）。它可用来分、合一定容量的变压器、电容器组，一定容量的配电线路。有的车间变压器距高压配电室的断路器较远，停电时在车间变压器室中看不到明显的断开点，往往在变压器室的墙上加装一台高压负荷开关，既可以就近操作变压器的空载电流，又可以提供明显的断开点，确保停电的安全可靠。3）配有高压熔断器的负荷开关，可作为断流能力有限的断路器使用。这时负荷开关本身用于分、合正常情况下的负荷电流，高压熔断器则用来切断短路故障电流。但这里的负荷开关多为真空式或六氟化硫式，整个环网柜体积不大，最大可带容量为1250KVA的变压器。第七十页，共一百二十页，2022年，8月28日2.分类

负荷开关种类较多，从使用环境上分，有户内式、户外式；从灭弧形式和灭弧介质上分，有压气式、产气式、真空式、六氟化硫式等。对于10kV高压用户来说，老用户用的多为户内型压气式或产气式的；新用户采用环网柜，用的多为六氟化硫式的。而10kV架空线路上用的则为户外式的。

3.结构及灭弧

负荷开关有工作触头和灭弧触头。合闸时，灭弧触头先闭合，工作触头再闭合。合闸后，工作触头与灭弧触头同时接通，两触头形成并联回路，电流大部分经工作触头。分闸时，工作触头先断开，灭弧触头再断开。传动机构带动活塞在气缸内运动，当灭弧触头断开时，压缩空气经喷嘴喷出，横向吹动电弧使其熄灭。第七十一页，共一百二十页，2022年，8月28日

负荷开关的结构类型

1）产气式负荷开关:利用固体产气材料在电弧作用下产生气体来进行灭弧的负荷开关。在产气式灭弧室中，灭弧材料在电弧的高温作用下气化并产生多种气体形成局部高压力，使电弧受到强烈吹弧和冷却作用，产生去游离使电弧熄灭。当电流较小时，电弧能量不足以产生灭弧气体，这时主要靠产气壁冷却效应或电动力驱使电弧运动，拉长并熄灭电弧，有管式灭弧室和板式灭弧室两种。

第七十二页，共一百二十页，2022年，8月28日第七十三页，共一百二十页，2022年，8月28日

第七十四页，共一百二十页，2022年，8月28日

2）压气式负荷开关：利用活塞和气缸在开断过程中相对运动将空气压缩，再利用被压缩的空气而熄弧的负荷开关。通过增大活塞和气缸容积，加大压气量，可提高开断能力。其结构复杂，操作功率大。可分为转动式结构和直动式结构。第七十五页，共一百二十页，2022年，8月28日第七十六页，共一百二十页，2022年，8月28日第七十七页，共一百二十页，2022年，8月28日

3）真空负荷开关

利用真空灭弧室作为灭弧装置的负荷开关，开断电流大，适宜于频繁操作。其灭弧室较真空断路器的灭弧室简单，管径小。真空灭弧室固定在隔离刀上，真空断口与隔离断口串联。熄弧由真空灭弧室完成，主绝缘由隔离断口承担。关合时，隔离刀关合后真空灭弧室快速关合；开断时，真空灭弧室先分断后隔离刀打开，通过换向装置，隔离刀继续运动至接地位置。灭弧断口与隔离断口的配合有两种结构，即联动和联锁。第七十八页，共一百二十页，2022年，8月28日第七十九页，共一百二十页，2022年，8月28日4）SF6负荷开关第八十页，共一百二十页，2022年，8月28日

4.型号

负荷开关的型号，如FN2—10RS/400，由七个部分组成。从左至右：第一位是该设备的名称，F代表负荷开关。第二位表示该设备的使用环境，W为户外，N为户内。第三位，设计序号。第四位(横线后)的代表该设备的额定工作电压，以kV为单位。第五位表示是否带高压熔断器，用R表示带有熔断器，不带熔断器的就不注。用T表示带热脱扣器。第六位是表明带熔断器的负荷开关其熔断器是装在开关的上面还是下面，S表示装在上面，如装在下面就不注。第七位表示其规格，即额定电流，以A为单位。第八十一页，共一百二十页，2022年，8月28日

三、负荷开关的使用知识（1）负荷开关合闸时，应使辅助刀闸先闭合，主刀闸后闭合；分闸时，应使主刀闸先断开，辅助刀闸后断开。

（2）在负荷开关合闸时，主固定触头应可靠地与主刀片接触；分闸时，三相灭弧刀片应同时跳离固定灭弧触头。

（3）灭弧筒内产生气体的有机绝缘物应完整无裂纹，灭弧触头与灭弧筒的间隙应符合要求。

（4）负荷开关三相触头接触的同期性和分闸状态时触头间净距及拉开角度应符合产品的技术规定。刀闸打开的角度，可通过改变操作杆的长度和操作杆在扇形板上的位置来达到。

（5）合闸时，在主刀闸上的小塞子应正好插入灭弧装置的喷嘴内，不应对喷嘴有剧烈碰撞的现象。第八十二页，共一百二十页，2022年，8月28日第五节高压熔断器

一、用途和型号

高压熔断器是一种保护电器，当系统或电气设备发生短路故障或过负荷时，故障电流或过负荷电流使熔体发热熔断、切断电源起到保护作用。高压熔断器分为限流和不限流两类。户内高压熔断器为限流式熔断器。在3~35kV小容量装置中，可用于线路、变压器、电动机和电压互感器等。高压熔断器的型号由六部分组成，从左起第一位表示设备名称，R代表熔断器；第二位，使用环境，N代表户内型；第三位，设计序号，以数字表示；第四位（横线后面），额定电压，用数字表示，单位kV，第五位（空格后，斜线前），熔断器的额定电流。以数字表示，单位A；第六位（斜线后），熔体的额定电流，用数字表示，单位以A表示。例如：RN1—1020/10代表：熔断器户内型，设计序号为1，额定电压10kV，熔断器额定电流20A，熔体额定电流10A。注意与教材上的区别。在冲击电流到达之前能切断短路电流的熔断器称为限流式熔断器。第八十三页，共一百二十页，2022年，8月28日二、RN1和RN2型户内高压管式熔断器（限流式）

RN1型：主要用于高压电路和设备的短路保护（额定电流可达100A）RN2型：高压电压互感器一次侧短路保护（额定电流一般为0.5A）1-瓷熔管，2-金属管帽，3-弹性触座，4-熔断指示器，5-接线端子，6-支柱瓷瓶，7-底座第八十四页，共一百二十页，2022年，8月28日1-管帽，2-瓷管，3-工作熔体，4-指示熔体，5-锡球，6-石英砂填料，7-熔断指示器(虚线表示熔断指示器在熔体熔断时弹出)

RN1系列熔断器为限流式有填料高压熔断器，熔体有工作熔体和指示熔体。RN2型熔断器的熔丝根据对其机械强度要求来确定的。从限制RN2型熔断器所通过的短路电流考虑，要求熔丝具有一定的电阻，RN2型高压熔断器的熔管没有熔断指示器，运行中根据接于电压互感器二次电炉中仪表的指示来判断高压熔丝是否熔断。第八十五页，共一百二十页，2022年，8月28日

国产高压管形熔断器有RN1和RN2两种，都是户内式充有石英砂填料的密封管熔断器，两者结构基本相同，工作熔体采用焊有小锡球的铜熔丝。利用“冶金效应”（锡是低熔点金属，过电流时，锡受热首先熔化，熔液包围铜，铜锡互相渗透，形成熔点比较低的铜锡合金，使铜丝能在较低的温度下熔化）使熔断器能在较小的故障或过负荷电流时动作。同时熔丝采用几根熔丝并联，使它们在熔断时产生几条并行电弧，使电弧与填料的接触面增大，去游离加强，加速电弧的熄灭。工作熔体熔断后，指示熔体接着熔断，红色指示器弹出。第八十六页，共一百二十页，2022年，8月28日限流式熔断器第八十七页，共一百二十页，2022年，8月28日

三、户外型高压熔断器跌落式高压熔断器为喷射式熔断器，俗称跌落保险。正常情况下，熔管上部的动触头借助熔丝张力拉紧后，推上静触头内锁紧闭合保持闭合状态。当被保护的变压器或线路发生故障时，故障电流使熔丝熔断，在熔管内产生电弧，消弧管在电弧高温作用下分解出大量气体，使熔管内压力急剧增大，气体向外喷出（喷射式），形成对电弧有力的纵吹，使电弧迅速拉长去游离，在电流交流过零时电弧熄灭，同时由于熔丝管拉力消失，使锁紧机构释放，在静触头的弹力和自重的作用下，使熔管跌落下来，电弧被迅速拉长，既有利于灭弧，又形成明显的断开距离。安装时，熔管的轴线与铅垂线成一定倾斜角度，以保证熔丝熔断时熔管能顺利跌落。第八十八页，共一百二十页，2022年，8月28日跌落式熔断器第八十九页，共一百二十页，2022年，8月28日RW4和RW10（F）型户外高压跌开式熔断器既可作6-10kV线路和设备的短路保护，又可在一定条件下，用高压绝缘钩棒操作熔管的分合，起高压隔离开关的作用。RW4—10(G)型跌开式熔断器

1-上接线端子，2-上静触头，3-上动触头，4-管帽，5-操作环，6-熔管(内套纤维质消弧管)，7-铜熔丝，8-下动触头，9-下静触头，10-下接线端子，11-绝缘瓷瓶，12-固定安装板

第九十页，共一百二十页，2022年，8月28日

RXW-35型限流式户外用熔断器，适用于额定电压35kV的电气设备的过载和短路保护,额定电流为0.5A的用于互感器，2~10A的用于电力线路。其灭弧原理同RN系列。RXW—35主要用于电压互感器。

限流式熔断器是指：在冲击电流到达之前能切断短路电流的熔断器。第九十一页，共一百二十页，2022年，8月28日第六节高压电容器

一、用途与型号用途：当电感和电容并联接在同一电路时，电感吸收功率时正好电容放出能量，电感放出能量时正好电容吸收功率，能量在它们之间相互交换，即感性负荷所需无功功率，可由电容器的无功输出得到补偿，这就是并联电容器的无功补偿（当功率因数低于0.85时，应投入高压电容器组；当高于0.95且有增长趋势时应退出电容器组）作用。第九十二页，共一百二十页，2022年，8月28日系列代号浸渍介质代号固体介质代号设计序号第一特征号第二特征号第三特征号尾注号第九十三页，共一百二十页，2022年，8月28日

型号由系列代号、浸渍介质代号、固体介质代号、设计序号、第一特征号、第二特征号、第三特征号和尾注号组成。

第一特征号：用于表示电容器的额定电压．单位为kV（E系列的单位用V)。

第二特征号：用于表示电容器的额定容量或额定电容。额定容量的单位为kvar，额定电容的单位为uF(Y系列的单位用pF)。

第三特征号：用于表示并联、串联、滤波电容器的相数或电热电容器的额定频率。单相用“1”表示，三相以“3”表示。额定频率的单位为kHz。

尾注号：用于表示电容器的主要使用持征，含义应在产品的样本、使用说明书等有关文件中说明。注：当不出现“第三特征号”时。“尾注号”应写在“第二特征号”的后面。第九十四页，共一百二十页，2022年，8月28日第九十五页，共一百二十页，2022年，8月28日第九十六页，共一百二十页，2022年，8月28日二、高压电容器的结构并联电容器主要用于提高电网的功率因数。电容器由外壳和芯子组成，外壳用薄钢板密封焊接而成，外壳盖上焊有出线瓷套管，在两侧壁上焊有供安装的吊攀，一侧吊攀上装有接地螺栓；芯子由若干个元件和绝缘件叠压而成，元件用电容器纸或膜纸复合，或用纯薄膜作介质和铝铂作极板卷制而成。为适应各种电压，元件可按成串联或并联。在10kV及以下的高压电容器内，每个电容元件上都串有一个熔丝，作内部短路保护。电容器内部设有放电电阻，电容器从电网断开后能自行放电，一般情况，l0min后即可降至75V以下。

第九十七页，共一百二十页，2022年，8月28日第九十八页，共一百二十页，2022年，8月28日第七节高压成套配电装置

按主接线图，由开关设备、保护电器、测量仪表、母线和必要的辅助设备所组成，用以接受和分配电能的装置总称为配电装置。

实际上，主接线的电气功能主要由配电装置来实现，或者说，配电装置就是构成主接线的实物。

通常，按布置场所配电装置可分为屋外配电装置和屋内配电装置。第九十九页，共一百二十页，2022年，8月28日

成套配电装置成套配电装置是由制造厂成套供应的设备。把开关电器、测量仪表、继电保护装置和辅助设备都装配在封闭或半封闭的柜中，运到现场只需安装即构成配电装置。一般来说，高压开关的每一个柜(有时用两个柜)构成一条电路，在使用时只要根据电气接线选择各个电路的开关柜，即可组成配电装置。成套配电装置有屋内式和屋外式，根据开关电器是否可以移动，又可分为固定式和手车式等。另外，近年来采用较多的SF6全封闭组合电器(GIS与C-GIS)也应属于成套配电装置，它主要应用于屋内。根据运行经验，成套配电装置的可靠性很高，运行安全，操作方便，维护工作量小。另外还可以减少占地面积，缩短工期，便于扩建和搬运。因此，目前成套配电装置在我国已被广泛采用且很有发展前途。第一百页，共一百二十页，2022年，8月28日

目前变电所3~10kV配电设备及低压配电设备多采用成套配电装置。成套配电装置按主接线要求，将一、二次回路中电气元件按顺序连接组装在有金属框架构成的柜体中。

1.高压成套配电装置的使用同一系列不同规格的开关柜内有不同的元件组合方案。如KYN系列开关柜规格有KYN-10-01，KYN-10-02，KYN-10-03等，其对应的柜内接线方案如图所示。

第一百零一页，共一百二十页，2022年，8月28日第一百零二页，共一百二十页，2022年，8月28日2.空气绝缘金属封闭开关柜分类铠装式：各室间用金属板隔离且接地，如KYN1-10型。间隔式：各室间是用一个或多个非金属板隔离，如JYN2-10型。