2023学年完整公开课版SF6断路器

电气设备及运行SF6断路器PART2.3.2SF6断路器1.SF6气体的性质

1）物理性质：常态下，纯净的SF6气体为无色、无味、无毒、不燃的惰性气体。SF6气体的比重大，容易液化，液化温度与压力有关，压力升高液化温度也增高。为此，断路器中的SF6气体都不采用过高的压力，以使其保持气态。单压式SF6断路器灭弧室气体压力为0.3MPa～0.6Mpa，断路器还装有加热器，根据温度和压力确定投入时间，防止气体液化。SF6断路器2）SF6气体的电气性质SF6具有很强的负电性,指SF6气体中的自由电子容易被SF6气体吸附成为负离子(SF6+e→SF6-)，这种负电性是一般气体所没有的，正、负离子很容易复合成中性质点或原子。因此，在电弧电流接近零值状态时，SF6气体具有较强的灭弧能力。SF6灭弧能力为空气的100倍。在0.294MPa压力下，SF6的绝缘强度与普通变压器油的绝缘强度相同。因此SF6气体还具有良好的绝缘性能。SF6气体优良的绝缘性能与灭弧性能使其应用于断路器并得到发展，目前SF6气体已被广泛用于高压电器设备中作为绝缘介质和灭弧介质。SF6断路器3）化学性质SF6化学性质非常稳定，在设备的允许运行温度范围内，SF6对设备中常用的铜、钢、铝等金属材料不起化学作用。电弧高温作用下，少量SF6会分解为SOF2、SO2F2、SF4和SOF4等，但电弧过零值后，很快又再结合为SF6。因此，密封完善的SF6断路器，虽经多次开断灭弧，SF6气体也不会减少或变质。电弧的分解物的多少与SF6中所含水分有关，有毒。断路器中常用吸附剂清除水分和电弧分解产物。SF6断路器2.SF6断路器结构SF6断路器结构分为落地罐式和支柱瓷套式两大类。1)落地罐式落地罐式SF6断路器的结构如图所示，在充有SF6气体的金属罐内水平放置有着灭弧室，引出线通过绝缘套管引出，在套管下部装有电流互感器。落地罐式断路器重心低，抗震性能好，特别容易与隔离开关、接地开关和电流互感器等组合成封闭式组合电器。缺点是罐体耗用材料较多,用气量大,系列化较差,因此价格较高。SF6断路器落地灌式六氟化硫断路器LW8-35kV落地罐式户外SF6断路器外形500kV落地罐式户外SF6断路器外形SF6断路器现场运行的落地灌式六氟化硫断路器断路器SF6断路器1．出线帽；2．瓷套；3．电流互感器；4．互感器连接护管；5．吸附器6.外壳；7．底架；8．气体管道；9．分合指示；10．铭牌；11．传动箱；12．分闸弹簧；13．螺套；14．起吊环；15．弹簧操动机构SF6断路器2)瓷绝缘支柱式灭弧室支柱液压机构鼓形瓷套装配分子筛瓷套静弧触头触指喷管动弧触头压气缸逆止阀弹簧装配动触头杆装配接头进气管图2.6一相外形图图2.7灭弧室结构图支柱瓷套式三相分装结构，每相一个断口，断路器整体呈“I”形布置。左图为LW10B-252断路器一相的结构图和灭弧室的结构图。断路器每相配置一台液压操作机构和一台控制柜，可进行单相操动或三相联动。断路器本体置于液压机构箱上方。灭弧室和绝缘瓷柱内腔相通，充有20℃时表压为0.6Mpa的相同压力的SF6气体。在控制柜中，有密度继电器和压力表进行控制和监视。瓷柱式SF6断路器结构简单，运动部件少，系列性好。而且，瓷柱式断路器中SF6气体的容积比罐式断路器小得多，用气量少，从而降低了费用。虽然由于它的重心高，抗震能力较差，使用场所受到一定限制，但瓷柱式断路器还是得到普遍使用。SF6断路器SF6断路器220kV瓷绝缘支柱式SF6断路器SF6断路器SF6断路器110kV瓷绝缘支柱式SF6断路器SF6断路器六氟化硫断路器全封闭组合电器----断路器SF6断路器3.灭弧原理1）SF6气体良好的绝缘性能和灭弧性能（负电性）2）吹弧（SF6气体和电弧之间形成速度较高的相对运动）视频:SF6断路器灭弧室灭弧过程演示SF6断路器4.根据灭弧方式不同分为压气式SF6断路器和自能吹弧式SF6断路器1)压气式SF6断路器开断过程-演示压气式SF6断路器开断过程示意图1-静主触头；2-静弧触头；3-动弧触头；4-动主触头；5-压气缸；6-活塞；7-操作拉杆；8-喷嘴；9-压气室分闸时，操作拉杆带动动触头系统（包括喷嘴、动触头、可动气缸）迅速向下移动，首先静主触指和动主触头脱离接触，然后动静弧触头分离。在动触头系统向下运动过程中，逆止阀关闭，压气缸内腔的SF6气体被压缩，气压增大，动静弧触头分离后，SF6气体经喷嘴向电弧区喷吹，使电弧冷却和去游离而熄灭，并使断口间的介质强度迅速恢复，以达到开断额定电流及各种故障电流的目的。SF6断路器2)自能吹弧式SF6断路器的开断过程-演示图2.9自能吹弧式SF6断路器的开断示意图1-弧静触头；2-绝缘喷口；3-主静触头；4-弧动触头；5-主动触头;6-贮气室；7-滑动触头；8-阀门；9-辅助贮气室；10-固定活塞；11-阀门在开断大电流时如图所示，主触头分开后，弧动、静触头随后分开产生电弧。电弧能量加热贮气室中的气体使压力升高，建立灭弧所需的压力。贮气室中的高压力气体经绝缘喷口吹向电弧，使电弧在电流过零时熄灭。随后阀门打开，排出多余气体。在开断小电流（如电抗器和空载线路）时，由于电弧能量小，依靠电弧能量难以建立灭弧所需的压力，因而必须设法提供附加的吹气作用。附加气吹作用是由贮压室向下运动产生的。在图中，依靠固定活塞的压气作用使辅助气室中的压力升高，打开阀门，让气体通过贮气室经绝缘喷口吹向电弧。SF6断路器二者主要区别:建立吹弧所需压力差的方式不同。压气式SF6断路器:动触头系统向下移动使压气缸内腔的SF6气体被压缩。自能吹弧式SF6断路器:电弧能量加热贮气室中的气体使压力升高。自能吹弧式SF6断路器和压气式SF6断路器相比有以下优点:固定活塞的截面积比压气式小得多,结构简化而且相应的操动机构的操作功也可减小。SF6断路器5.SF6断路器主要技术参数SF6断路器主要技术参数举例SF6断路器SF6断路器SF6断路器SF6断路器6.影响SF6断路器的安全运行的因素（1）对运行中的SF6断路器，应定期测量SF6气体的含水量。水分与酸性杂质在一起，还会使金属材料腐蚀，导致机械操作失灵。SF6断路器6.影响SF6断路器的安全运行的因素（2）运行中，为保证SF6断路器的安全运行，要求采用专用仪器定期监测断路器SF6气体泄漏情况，年漏气率应小于1％。现场实录视频演示SF6断路器6.影响SF6断路器的安全运行的因素（3）为保证SF6断路器可靠工作，还应装设绝缘气体的经常性监测装置。这种经常性装置，在规定的温度之下，当SF6气体压力或密度的变化值超过允许变化范围时，自动发出报警信号，并装有闭锁装置，使断路器不能操作。SF6断路器由于110kV以上高压断路器一般采用具有一定压力的SF6气体作为绝缘、灭弧介质，如因灭弧室密封问题，导致气体泄漏，使灭弧室气体压力降低，可能会发生灭弧困难，甚至在关合操作过程中发生爆炸，因此监测高压断路器的SF6气体压力成为监视断路器运行状态的必须手段。SF6断路器断路器内SF6气体压力通常由指针式密度监测仪进行在线测量，其工作原理为：当SF6气体由于泄漏而造成压力下降时，仪表的指示也将随之发生变化，当降至报警值时，电接点的一对接点闭合，输出报警信号；当压力继续下降，达到闭锁值时，电接点的另一对接点闭合，输出闭锁信号，禁止断路器分、合操作。SF6断路器7.SF6断路器的特点和用途优点：1）额定电流和开断电流大,断口耐压高,灭弧时间短,允许开断次数多。2）使用安全可靠，无火灾和爆炸的危险，不必担心材料的氧化和腐蚀。3）减小了电器的体积和重量，便于在工厂中装配，运输方便。4）设备的操作、维护和检修都很方便，全封闭电器只须监视SF6气压，电气触头检修周期长，载流部分不受大气的影响，可减少维护工作量。5）无噪音和无线电干扰。6）冷却特性好。7）有利于电器设备的紧凑布置。SF6断路器7.SF6断路器的特点和用途缺点：对工艺及密封要求严格,对材料要求高,价格高。总之，由于SF6气体的电气性能好，SF6断路器的断口电压较高，在电压等级相同，开断电流和其它性能接近的