煤矿供电高压设备课件

第三章 地面供电设备1第二节 高压设备第二节 高压设备2一、隔离开关高压隔离开关—文字符号QS1.隔离开关的作用隔离高压电源，以保证对其他电器设备及线路的安全检修及人身安全。因此其结构特点是断开后具有明显可见的断开间隙，且断开间隙的绝缘及相间绝缘都是足够可靠的。隔离开关没有灭弧装置，所以不容许带负荷操作。但可容许通断一定的小电流，如励磁电流不超过2A的35KV、1000KV·A及以下的空载变压器电路、电容电流不超过5A的10KV及以下、长5Km的空载输电线路以及电压互感器和避雷器回路等。隔离开关的分类及型号按安装地点分户内式和户外式；按有无接地开关分不接地、单接地、双接地；隔离开关的型号含义：3户内式高压隔离开关型号较多，常用的有GN8、GNl9、GN24、GN28、4GN30等户内式系列，图4-32所示为GN8-10高压隔离开关的外形结构图。它的三相闸刀安装在同一底座上，闸刀均采用垂直回转运动方式。GN型高压隔离开关一般采用手动操动机构进行操作。3.户内式高压隔离开关图3-5

户内型隔离开关结构图

1－上接线端子2－静触头3－闸刀4－套管绝缘子5－下接线端子6－框架7－转轴8－拐臂9－升降绝缘子10－支柱绝缘子54.户外高压隔离开关户外高压隔离开关常用的有GW4、GW5、和GW1等系列。GW4-35型的户外高压隔离开关的外形如图4-33所示。为了熄灭小电流电弧，该隔离开关安装有灭弧角条。采用的是三柱式结构。图3-6

户外隔离开关

1－角钢架2－支柱瓷瓶3－旋转瓷瓶4－曲柄5－轴套6－传动装置7－管形闸刀8－工作动触头9、10－灭弧角条11－插座

12、13－接线端

14－曲柄传动机构6二、负荷开关（一）负荷开关的作用和型号7高压负荷开关—文字符号QL1.作用：能通断一定的负荷电流和过负荷电流，但是不能用它来断开短路电流；高压负荷开关大多还具有隔离高压电源，保证其后的电气设备和线路安全检修的功能，这种负荷开关又称“功率隔离开关”或“负荷隔离开关”。2.特点：只具有简单的灭弧装置，必须借助熔断器来切断短路电流，故负荷开关常与熔断器一起使用。负荷隔离开关断开后通常有明显的断开间隙，与高压隔离开关一样。3.高压负荷开关的类型：根据所采用的灭弧介质不同分 固体产气式、压气式、油浸式、真空式和六氟化硫（SF6）等按安装场所分户内式和户外式两种4.高压负荷开关全型号的表示和含义如下：（二）户内型负荷开关结构国内目前多采用FN2-10RT及FN3-10RT型的压气式负荷开关。图4-36为FN3-10RT户内压气式负荷开关外形结构图。8图4-36

FN3-10RT户内压气式负荷开关外形1－主轴2－上绝缘子兼气缸3－连杆4－下绝缘子5－框架6－RNI型熔断器7－下触座8－闸刀9－弧动触头10－绝缘喷嘴(内有弧静触头)11－主静触头

12－上触座13－断路弹簧

14－绝缘拉杆

15－热脱扣器9三、断路器10是高压输配电线路中最为重要的电气设备，它的选用和性能直接关系到线路运行的安全性和可靠性。1．作用通断正常的负荷电流和过负荷电流；通断一定的短路电流；在保护装置作用下，自动跳闸，切断短路电流。2．类型（1）高压断路器按采用的灭弧介质分1）油断路器 按油量大小分为少油和多油两类。多油断路器的油量多，兼有灭弧和绝缘的双重功能；少油断路器的油量少，只作灭弧介质用。

2）六氟化硫(SF6)断路器3）真空断路器(一)

油断路器以密封的绝缘油作为开断故障的灭弧介质的一种开关设备，有多油断路器和少油断路器两种形式；它较早应用于电力系统中，技术已经十分成熟，价格比较便宜，广泛应用于各个电压等级的电网中。结构特点：多油断路器：结构简单，制造方便，便于在套管上加装电流互感器，配套性强。其绝缘油既是灭弧介质，又是主要的绝缘介质。技术性能特点多油断路器：额定电流不易做得很大；开断小电流时，燃弧时间较长；开断速度较慢；运行维护特点多油断路器：运行维护简单；噪声低；检修周期短；需配备一套油处理装置。111.多油断路器：

型断路器为典型代表。DW8-35型多油断路器12除了35k

V的多油断路器仍然在少量生产和使用外，其余电压等级的多油断路器已停止生产。一般用于偏远的、经济落后的地区。以DW8-35断路器采用三相分箱式结构，三相及操动机构装在一个公共支架上。每相由高压电容套管、套管式电流互感器、静触头、灭弧室、导电横梁、提升杆、传动机构、油箱、框架和操动机构组成。各相分别装在单独的油箱盖上，每相两个断口，每个断口由一个电容套管和灭弧室组装而成。采用纵横吹灭弧。电流互感器在电容套管芯外并固定于油箱盖上，每台断路器可附装6～12个套管式电流互感器。三相的触头传动系统用拉杆连在一起，由一个操动机构进行联动操作。操动机构利用直流电磁铁进行合、分闸操作，也可手动分闸。操动机构箱采用三开门结构，箱内装有电磁操动机构、直流接触器、保护合闸线圈的熔断器、接线端子、电缆出线盒等。箱外装有紧急手动分闸手柄。高压断路器的结构DW8-35型多油断路器接地金属箱型结构示意图断口接地金属箱型绝缘子支持型绝缘套管金属箱操动机构132.少油断路器：

少油断路器以变压器油作为灭弧介质及动、静触头之间的绝缘。而用空气、陶瓷或有机绝缘材料作为相与相之间或相与地之间的绝缘。因此，少油断路器油量少、体积小、耗用钢材，价格便宜。目前在我国10～220KV电力系统中得到广泛应用。 其灭弧原理是少油断路器在油中开断电流时，触头间将产生电弧。高温电弧使油急速蒸发和分解。于是电弧便在油蒸汽和油分解的气体气泡中燃烧。油分解的气体中氢气约占70～80%，而且氢气的热导率非常高，并有很强的扩散作用。氢气和其他冷热气体对弧道产生强烈的冷却和去游离作用，特别是当电流经过零值瞬间，这种作用更加强烈，有利于熄灭电弧。断路器通常采用绝缘材料制成灭弧室，电弧在灭弧室中燃烧，利用灭弧室内升高的压力（可达几十兆帕）使油一方面流动，一方面与电弧接触，则灭弧效果更好。14油断路器—结构类型：少油断路器户内式少油断路器一般在110kV及220kV电压等级中少量使用。按安装地点分为户内式和户外式两种。户内式少油断路器由框架、传动系统和箱体三部分组成框架上装：分闸弹簧31、支持绝缘子30、分闸限位器28和合闸缓冲器25。传动系统：包括转轴27和绝缘拉杆29。箱体中部装：灭弧室，采用纵横吹和机械油吹联

合作用的灭弧装置，通常为三级横吹，一级纵吹。箱体的下部：球墨铸铁制成的基座22，基座内装

有转轴、拐臂和连板组成的变直机构，变直机构

连接导电杆。基座下部：装有分闸油缓冲器23和放油螺栓24，分闸油缓冲器在分闸时起缓冲作用，吸收分闸终了时的剩余能量。导电回路：电流由上接线座5引入，经过静触头7、导电杆20和滚动触头19，从下接线座18引出。当断路器分、合闸时，操动机构通过主轴、绝缘拉杆和基座内的变直机构，使导电杆上下运动，实现断路器的分、合闸。户内式SN10-10断路器15绝缘子支持型结构示意图SW2-63型少油断路器开断元件支持瓷瓶操动机构油断路器—结构类型：少油断路器户外式16断路器的积木组合方式断路器的积木组合方式示意图SW2-110型少油断路器每相单柱双断口油断路器—结构类型：少油断路器户外式17SW2-220型少油断路器每相双柱四断口油断路器—结构类型：少油断路器户外式18(二)真空断路器真空间隙的气体稀薄，分子的自由行程较大，发生碰撞游离的几率很小。真空间隙具有很高的绝缘强度。真空间隙在某一电压下击穿几次后，由于触头表面的毛刺被冲击掉，触头表面光洁度提高，真空间隙在该电压下就不再击穿了，击穿电压将会升高，这种象叫真空间隙的老化。这是真空间隙独具的特点。真空间隙的绝缘强度与很多因素有关，主要与真空间隙的长度、真空度、电极材料、电极表面状态、形状和大小、施加电压的波形和频率等因素有关。19真空电弧理论运动中带电的金属团粒与电极间形成强电场，此电场可使团粒1.真空电弧（1）真空电弧的形成

结论第一阶段：触头蒸发形成金属蒸汽其一，金属桥被拉长；其二，触头表面结合不牢固的金属团真空电弧的形成是一粒；其三，触头表面尖端突起部分的电场极强，发射自由电子轰击阳极。第个二阶电段极：自过由电程子穿。过高阴温极金属斑蒸汽点是真20和电极空表电面发弧射大的量自生由电命子线。当。高速真运动空的电云时弧，使金属原子电离产生带是电离电子离。离状子的态定向的移金动形属成传蒸导电汽流。电弧。第三阶段：形成阴极斑点温度极高，不断蒸发金属蒸汽，补充金属蒸汽的损失，阴极斑点发射的电子又电离金属蒸汽，补充离子的损失，触头间的预放电电流就转变成自持的真空电弧。集聚型型电弧▉真空电弧理论（2）真空电弧的形态与熄灭当电极上电弧电流大于10kA时，扩阴散极型斑电弧点受电磁力的作用相互吸引，使所有的阴极间斑点只个弧柱阴，坑，点电集弧聚电成一流个小运于动速度100A缓时慢，的触阴头极团(其直径可达在一束电弧，触1～2cm)头，形上成只单有束一大电极强烈发光，触头表面将出现熔斑点，并在触弧以许多完全这极种形态的电弧称为集聚型电弧，这分种电离弧的将并难联以电熄灭弧。的形头表面做不规则的运动。当电弧电流大于100A、小于

6kA时，阴极斑点会从一个分裂为若干个，并在阴极表面不断向四周扩散，电态存在。扩散性电弧可以在交流电流过零时自动熄灭斑当真空电弧的熄灭，主要取决于触存头的阴极现象、电极发热程度及且离子向弧柱外迅速扩散的作用。21真空断路器的分类一、按真空灭弧室的布置方式分1、落地式2、悬挂式3、综合式和接地箱式二、按真空灭弧室的外壳分1、玻璃外壳式2、陶瓷外壳式三、按触头形状分1、横磁吹式2、纵磁吹式22真空断路器的基本结构23基本结构24高压真空断路器的灭弧室真空灭弧室的外壳是由绝缘筒、两端的金属盖板和波纹管所组成的密封容器。灭弧室内有一对触头，分别焊接在各自的导电杆上，波纹管可以在轴向上自由伸缩。25灭弧室26高压真空断路器的灭弧室外壳。外壳是真空灭弧室的密封容器，它不仅要容纳和支持灭弧室内的各种部件，而且当动、静触头在断开位置时起绝缘作用。因此，整个外壳通常由绝缘材料和金属组成。对外壳的要求首先是气密封要好；其次是要有一定的机械强度；再是有良好的绝缘性能。波纹管。波纹管既要保证灭弧室完全密封，又要在灭弧室外部操动时使触头作分合运动。常用的波纹管有液压成形和膜片焊接两种形式。所用材料以不锈钢为最好。波纹管的侧壁可在轴向上伸缩，其允许伸缩量决定了灭弧室所能获得的触头最大开距。一般情况下，波纹管的疲劳寿命也决定了灭弧室的机械寿命。27高压真空断路器的灭弧室（3）屏蔽罩。触头周围的屏蔽罩主要是用来吸附燃弧时触头上蒸发的金属蒸气，防止绝缘外壳因金属蒸气的污染而引起绝缘强度降低和绝缘破坏，同时，也有利于熄弧后弧隙介质强度的迅速恢复。屏蔽罩还能起到使灭弧室内部电压均匀分布的作用。在波纹管外面用屏蔽罩，可使波纹管免遭金属蒸气的烧损。屏蔽罩的导热性能越好，其表面冷却电弧的能力也就越好。因此，制造屏蔽罩常用材料为无氧铜、不锈钢和玻璃，铜是最常用的。28高压真空断路器的灭弧室（4）触头。触头是真空灭弧室内最为重要的元件，灭弧室的开断能力和电气寿命主要由触头状况来决定。目前真空灭弧室的触头系统，就接触方式而言，都是对接式的。29▉真空断路器优缺点；；(1)动触头开距小,动作快；

(2)燃弧时间短，触头烧损轻

(3)寿命长，适于频繁操作；

(4)适用于频繁操作的场合，特别适用于开断容性负载电流操作功率小，动作快，噪声小，运行维护简单；灭弧室不用维修，无爆炸和发生火灾的危险。30(三)六氟化硫断路器（1）双压力式SF6断路器最 的SF6断路器是根据压缩空气断路器的气吹灭弧原理设计的。通常设计采用全密封结构，0.3MPa（表压力）的低压气体作为断路器内部的绝缘介质，

1.5MPa

（表压力）的高压气体用作灭弧。由于这种断路器内部有两种不同的压力，故称为双压力式SF6断路器，又称为第一代SF6断路器。在60年代，它被誉为开断电流最大、工作性能最好的断路器，大有取代当时压缩空气断路器的趋势。3132（2）单压力式SF6断路器33双压力式SF6断路器工作性能虽然良好．但必须配置一台在密封循环中工作的气体压缩机，结构复杂、

价格昂贵。另外，1.5MPa（表压力）高压SF6气体的液化温度高，工作温度必须保持在8°C以上，低温环境下需要加热才能工作，这也是一个致命的弱点。因此很快被第二代SF6断路器，即单压力（压气）式SF6断路器所取代。单压力（压气）式SF6断路器，外形上与双压式无多大差别。断路器内部只有一种压力，一般为0.6MPa(表压力)，它是依靠压气作用实现气吹来灭弧的。341、六氟化硫断路器是通过吹出SF6气体来完成吹弧，它的吹弧速度快、燃弧时间短、开断电流大，能有效保护中、高压电路的安全。六氟化硫断路器在断开电容或电感电流后，不存在重燃和复燃的危险。2、六氟化硫断路器的使用寿命很长、检修周期长，并能适应短时间内的频繁操作，有良好的安全性和耐用性。六氟化硫断路器在50kA满容量的情况下能连续开断19次，断开的电流累计达到了4200kA。3、六氟化硫断路器是使用六氟化硫气体作为绝缘介质，这种气体的绝缘水平极高，在0.3MPa气压下，能轻松通过各种绝缘实验，并有较大的裕度。4、六氟化硫断路器的结构简单、密封性好，灭弧室、电阻和支柱成独立气隔，且六氟化硫本身的含水量较低。六氟化硫断路器的安装和检修方便，不需打开断路器的内部结构，能保持六氟化硫断路器内部良好的密闭性

六氟化硫断路器与其他断路器相比具有以下特点

35（四）断路器的主要参数及型号1.技术参数额定电压额定电压是指断路器长时间运行时能承受的正常工作电压。

我国采用的额定电压等级有：3、6、10、35、60、110、220、330、500、750、1000kV。额定电流额定电流是指铭牌上标明的断路器可长期通过的工作电流。断路器长期通过额定电流时，各部分的发热温度不会超过允许值。额定电流也决定了断路器触头及导电部分的截面。额定开断电流（额定开断电流是指断路器在额定电压下能正常开断的最大短路电流的有效值。它表征断路器的开断能力。开断电流与电压有关。当电压不等于额定电压时，断路器能可靠切断的最大短路电流有效值，称为该电压下的开断电流。当电压低于额定电压时，开断电流比额定开断电流有所增大。36（四）断路器的主要参数及型号技术参数额定关合电流保证断路器能关合短路而不致于发生触头熔焊或其它损伤，所允许接通的最大短路电流。热稳定电流热稳定电流是指在规定的某一段时间内，允许通过断路器的最大短路电流。热稳定电流表明了断路器承受短路电流热效应的能力。动稳定电流动稳定电流是指断路器在合闸位置时，允许通过的短路电流最大峰值。它是断路器的极限通过