断路器原理及应用课程课件

断路器原理及应用课程课件第一页，共二十一页，2022年，8月28日断路器介绍高压断路器是电力系统重要设备之一，其最大特点就是开断负荷电流和短路电流。它的主要功能是：正常运行时，断开和闭合正常工作电流，改变电力系统运行方式，起控制作用；当电力系统发生故障时，快速切除故障回路，以保证非故障部分正常运行，起保护作用高压断路器由五个部分组成：通断元件，中间传动机构，操动机构，绝缘支撑件以及基座。断路器的分类目前我国断路器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：

其代表意义为：

①—产品字母代号，用下列字母表示：S—少油断路器；D—多油断路器；K—空气断路器；L—六氟化硫断路器；Z—真空断路器；Q—产气断路器；C—磁吹断路器。

②—装置地点代号；N—户内，W—户外。

③—设计系列顺序号；以数字1、2、3……表示。

④—额定电压，KV。

⑤—其它补充工作特性标志，G—改进型，F—分相操作。

⑥—额定电流，A。

⑦—额定开断电流，KA。

⑧—特殊环境代号。第二页，共二十一页，2022年，8月28日断路器的分类

油断路器多油式断路器多油式断路器是以绝缘油为灭孤介质及主要绝缘介质的高压断路器，其结构简单、工艺要求低、但体积大、用钢材和绝缘油都比较多，在电压较高时尤其如此，所以已经逐渐被少油式断路器或空气断路器所代替。第三页，共二十一页，2022年，8月28日少油式断路器1-油气分离器2-上出线座

3-灭弧室

4-绝缘筒

5-动触头杆

6-紫铜滚轮7-下出线座

8-塞杆9-基座10-主轴

11-绝缘拉杆12-分闸弹簧

13-瓣形静触头第四页，共二十一页，2022年，8月28日SF6断路器

SF6断路器采用具有优良灭弧能力和绝缘能力的SF6气体作为灭弧介质，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。近年来SF6断路器发展很快，在高压和超高压系统中得到广泛应用。尤其以SF6断路器为主体的封闭式组合电器，是高压和超高压电器的重要发展方向。第五页，共二十一页，2022年，8月28日真空断路器

真空断路器是在高度真空中灭弧。真空中的电弧是在触头分离时电极蒸发出来的金属蒸汽中形成的。电弧中的离子和电子迅速向周围空间扩散。当电弧电流到达零值时，触头间的粒子因扩散而消失的数量超过产生的数量时，电弧即不能维持而熄灭。真空断路器开断能力强，开断时间短、体积小、占用面积小、无噪声、无污染、寿命长，可以频繁操作，检修周期长。真空断路器目前在我国的配电系统中已逐渐得到广泛应用。第六页，共二十一页，2022年，8月28日真空断路器真空间隙的绝缘强度与灭弧性性能非常优越,具有结构简单、体积小、重量轻、寿命长、维修量小和适用于频繁操作等特点。第七页，共二十一页，2022年，8月28日真空断路器真空断路器的主要部件的工作原理真空断路器的机械参量开距触头接触压力接触行程平均合闸速度平均分闸速度合闸弹跳时间合、分闸不同期性合、分闸时间回路电阻真空断路器主要包含三大部分：真空灭弧室、电磁或弹簧操动机构、支架及其他部件。真空灭开弧室气密绝缘系统导电系统屏蔽系统触头波纹管第八页，共二十一页，2022年，8月28日与小油断路器的优缺点比较（1．灭弧室开断后介质恢复快，介质不需要冷却和更换，电弧能量低，无损耗，触头压力小。

2．断口开距小，一般为9～12mm，合闸所需能量小，使用寿命长，一般可达20年左右。

3．开断电流大，触头电损耗小，主回路接触电阻小。具有足够的重合闸操作次数。

4．可靠性高，能适用于各种场合；维护量小，维护成本低，仅为少油断路器的1／20左右。（1）容易产生操作过电压,在开断感性电流时,会出现电流截断现象造成较高的过电压,因此要加装过电压吸收装置,这样设备量增加,维护量增加,费用也上升；（2）运行中不易监测真空度；（3）国内产品体系不多；（4）配用的合成绝缘子在火电厂运行易积灰尘,因此,要求厂用电室的环境要相对干净。第九页，共二十一页，2022年，8月28日真空断路器的检查真空断路器运行检查内容（1）每次将开关小车推入(或拉出)工作位置及班中检查时,对于采用玻璃包的要详细检查真空包内铜片是否有氧化变色、壳体有无裂纹,如有氧化变色现象或裂纹,则应更换真空包；若采陶瓷包，主要检查其表面是否有裂纹，有细微的裂纹也应将其更换。（2）检查真空包外壳应无变形。（3）支持绝缘子应无裂痕及放电异声。（4）运行中的真空包应无放电声。一旦出现放电异声,应汇报上级,停止该断路器的运行操作,进行检修。（5）引线接触部分无过热,引线驰度适中。（6）检查各部位螺钉有无松动,弹簧有无损坏。（7）记录(抄录)开断短路电流,通断负荷电流,小电流和空载电流时,断路器的动作次数。第十页，共二十一页，2022年，8月28日空气断路器

空气断路器是以压缩空气作为灭弧介质，此种介质防火、防爆、无毒、无腐蚀性，取用方便。空气断路器属于他能式断路器，靠压缩空气吹动电弧使之冷却，在电弧达到零值时，迅速将弧道中的离子吹走或使之复合而实现灭弧。空气断路器开断能力强，开断时间短，但结构复杂，工艺要求高，有色金属消耗多。第十一页，共二十一页，2022年，8月28日空气断路器

1-导电杆2-静触头座

3-静触头4-动触头

5-导电板6-拉杆

7-静触头8-喷口

9-定弧触头10-排气阀

11-排气孔第十二页，共二十一页，2022年，8月28日高压断路器主要参数

额定电压(标称电压)额定电流额定开断电流动稳定电流关合电流热稳定电流和热稳定电流的持续时间合闸时间与分闸时间操作循环第十三页，共二十一页，2022年，8月28日电弧与熄弧原理

高压断路器基本工作原理就是灭弧原理。我们知道，当用开关电器断开电路时，只要电路电压不低于10～20V，电流不小于80～100mA，开关触头间就会产生电弧。电弧是高温高导电率的游离气体，它不仅对为路器触头损坏严重，而且使电路断开时间延长。第十四页，共二十一页，2022年，8月28日电弧产生与熄灭

电弧的产生和维持是触头间中性质点(分子和原子)被游离的结果。当触头分离之初，触头间距离很小，电场强度很高(电场强度=电压/距离)，当超过3×106V/m时，阴极表面的电子就会被拉出，形成触头间的自由电子。从阴极表面发射出来的自由电子，在电场力的作用下，向阳极方向作加速运动，不断与其他粒子发生碰撞。当自由电子的动能大于其他粒子的游离能时，就可使其他粒子游形成自由电子正离子。碰撞游离连续进行的结果，导致触头间充满了电子和离子，它具有很大的电导，在外加电压作用下，触头中介质被击穿形成电弧。此时，弧隙的温度很高可达10000℃，在高温的作用下，气体中中性质点不规则热运动加速，具有足够功能的中性质点相互碰撞，游离出电子和离子，这种现象称为热游离。热游离维持电弧的燃烧。第十五页，共二十一页，2022年，8月28日电弧产生与熄灭

由于触头金属表面存在大量自由电子，随着温度的上升，使阴极表面不断发射电子，在电场力的作用下，向阳极作加速运动，形成热电子发射。电弧发生游离的同时，还进行着使带电质点减少的去游离过程。其主要发生为复合去游离和扩散去游离。复合就是正、负电荷相互中和的过程。由于电子质量小，易于加速，其运动速度约为离子的1000倍，二者相对速度愈大，复合可能性愈小，因此电子与正离子复合几率很小。通常电子在碰撞时先附着在中性质点上形成负离子，然后再与正离子复合。扩散是指带电质点从电弧内部逸出而进入周围介质中的现象。由于带电质点的不规则热运动，电弧和周围介质的温度差以及浓度差的存在，形成扩散去游离。

通过上述分析，可见游离和去游离是电弧燃烧中两个相反过程，游离有助于电弧燃烧，去游离有利于电弧熄灭。高压断路器就是根据电弧的这一特性，采用各种措施减弱游离过程，加强去游离来达到灭弧的目的。第十六页，共二十一页，2022年，8月28日交流电弧特性

由于交流电弧的瞬时值随时是不断变化，电弧的温度、直径及电弧电压也随时间变化，弧柱的热惯性起了很大作用。所谓热惯性是指弧柱受热温升和散热降温跟不上快速变化的电流，因而交流电弧的伏安特性为动态特性。随着正弦交流的周期性变化，交流电弧也将随之每半周过一次零。在电流过零瞬间，电源不供给电弧能量，而电弧却继续在散失能量，弧隙间去游离增强，加强弧隙冷却，使弧隙介质恢复绝缘能力，达到不会被弧隙外加电压击穿程度，则电流过零后，电弧不会重燃。高压断路器中的灭弧装置的灭弧原理就是利用交流电弧过零时自然熄灭这一特性，加强去游离，使电弧不再重燃，从而断开电路。第十七页，共二十一页，2022年，8月28日灭弧的基本方法

电弧的能否熄灭取决于弧隙内部的介质强度恢复和外部电路加于弧隙上的恢复电压这两个因素。而介质强度恢复取决于游离和去游离作用，增加弧隙去游离速度和减小弧隙电压恢复速度，都可促使电弧熄灭。因此，高压断路器目前广泛采用以下几种灭弧方法断开电路。

(1)采用气体或油吹灭电弧

(2)采用多断口灭弧

(3)采用并联电阻/并联电容

(4)采用灭弧介质灭弧第十八页，共二十一页，2022年，8月28日断路器出现的常见故障

1、绝缘事故2、拒动、误动事故3、开断与关合事故4、截流事故5、外力及其它事故6、真空断路器的事故7、SF6高压断路器的事故8、隔离开关的事故第十九页，共二十一页，2022年，8月28日SF6气压降应采取的措施

1、检查压力表指示，检查是否漏气，确定信号报出是否正确。SF6气体严重漏泄时，如感觉有刺激气味，自感不适，应采取防止中毒的措施2、如果检查没有漏气，而属于长时间运行中的气压下降，应由专业人员带电补气。如果检查有漏气现象，且SF6气体压力下降至第二报警值时，密度继电器动作，报出“合跳闸闭锁”或“合闸闭锁”、“分闸闭锁”信号时，断路器不能跳合闸，应向调度员申请将断路器停止运行，并采取下列措施：

①取下操作保险，挂“禁止分闸”警告牌。

②将故障断路器倒换到备用母线上或旁路母线上，经母联断路器或旁路断路器供电。

③设法带电补气，不能带电补气者，负荷转移后停电补气。

④严重缺气的断路器只能作隔离开关用。如不能由母联断路器或旁路断路器代替缺气断路器工作，应转移负荷，把缺气断路器的电流降为零后，再断开断路器。第二十页，共二十一页，2022年，8月28日交流断路器用于直流电路

交流断路器可以派生为直流电路的保护，但必须注意三点改变：1、过载和短路保护