高压断路器培训讲义.ppt

1、断路器培训讲义,优秀课件，精彩无限！,2,2,内容简介,1、断路器的现状与发展过程 2、参数与名词 3、电弧的产生与熄灭 4、对平电公司的各电压等级的断路器进行介绍 5、重点以ZN12-10型断路器为例，说明原理、检修与消缺的过程（实操需要） 6、交流,优秀课件，精彩无限！,3,3,一、现状,1、高压及以上 SF6断路器（组合电器GIS） 2、中压 油、真空、SF6 3、低压 空气（联想压缩空气）,优秀课件，精彩无限！,4,4,二、发展,1、油断路器 1895年就已制成了这种断路器； 1930年以前，广泛使用。 优点：结构简单、价格便宜 缺点：火灾、爆炸； 检修周期短、检修费用高。,优秀课件，

2、精彩无限！,5,5,2、真空断路器： 利用真空灭弧和绝缘。 （1）国外真空断路器的发展 1895年英国RittenHause首先制造出真空灭弧室模型，进行了开断电弧的研究。以后30多年，英国和美国等国家不断研究真空开关，并取得成果。20世纪60年代真空开关才发展成为实用产品。GE公司在1961年成功研制出第一台商用三相真空断路器，电压15kV，额定电流600A，额定开断电流12kA。 德国和日本虽然起步较晚，但在吸收别国经验的基础上不断研究和创新，发展很快。日本于20世纪70年代末开始大力发展真空断路器，在中压领域很快就取代了油断路器，到90年代初，市场占有率就达到80，并成为世界上真空断路器

3、的生产大国，在21世纪初还成功研制出123kV单断口户外真空断路器。德国西门子公司和ABB公司在世界上已销售真空断路器总计30万台，取得200万运行年经验。,优秀课件，精彩无限！,6,6,（2）合资合作情况 引进国外技术生产和合资企业生产的真空断路器较多，包括有ABB公司的VD4系列，西门子公司的3AF、3AG、3AH3、3AH5系列，东芝公司的VK系列，Alston公司的HVX型，以及引进比利时EIB公司、荷兰HOIEC公司的产品等。世界上生产真空断路器的大公司差不多在中国都有合资或合作企业。 （3）国内真空断路器的发展简况 我国在20世纪60年代就开始研究真空灭弧室，70年代初开始生产真空

4、灭弧室和真空断路器。通过引进国外先进技术，经过30年来的努力，我国已进入了真空断路器生产大国的行例，真空灭弧室和真空断路器技术水平日趋成熟，12kV及40.5kV级有逐渐取代SF6断路器的趋势，20世纪初已研制成功单断口126kV户外真空断路器。 我国自行开发的ZN28型真空开关额定电流最大为4000A,额定短路开断电流最大为63kA.在国内市场上已成就了一批较为知名品牌的产品,如：ZN12型（北京开关厂生产）、ZN18型（广州南洋电器厂生产）、ZN21型（福州第一开关厂生产）、ZN28型（西安高压电器研究所开发）、ZN63型（西安森原公司生产）和ZN64型（厦门ABB公司生产,其型号标记为V

5、D4）等中压真空开关的系列产品.这些品牌的产品机械寿命一般都达到10000次（连续无故障）,有的达到2万次,个别达到6万次,短路开断次数一般都达30次,有的达到50次或以上.,优秀课件，精彩无限！,7,7,（4）真空断路器的发展方向 a.开发低过电压产品。真空断路器最大的缺点是开断小电流时容易发生截流而产生过电压。过去抑制过电压普遍采用的方法是加装过电压吸收装置（如RC回路、ZnO避雷器），使真空断路器复杂化且增加了成本和事故隐患。电压越高抑制过电压越难。近年来日本在采用低过电压触头材料解决真空断路器过电压的技术方面走在前列：富士公司开发了CuCr添加高蒸汽材料，三菱公司开发了CuCrBi多元

6、触头材料，东芝公司开发了新型AgWC触头材料，日立为CoAgSe。实践证明采用低过电压触头材料来抑制过电压的方法是十分有效的，可以使过电压降低到1/10，满足使用需要。 b.向大容量、小型化、高可靠性、免维护和智能化迈进。国外近年来在真空断路器大容量、小型化、高可靠性、免维护和智能化方面发展很快，新产品频出。我国也在加快这些方面的研制和生产。 真空断路器迈向大容量化，首先是由于触头结构的改进。触头结构的改进经历了平板触头横磁场触头纵磁场触头。平板触头的开断电流在8kA以下，横磁场触头将开断电流提高到40kA，而纵磁场触头又将开断电流大大提高，达到目前的6380kA ；另外是触头材料的不断改进，

7、提高了开断性能 （触头材料目前主要有两大体系：CuBi和CuCr。与CuBi相比，CuCr材料具有短路电流开断能力强、介质强度高、耐烧蚀、截流低等优点。触头材料直接影响截流水平，如CuBi材料的截流水平一般为1012A，而CuCr材料将截流水平降至35A。）,优秀课件，精彩无限！,8,8,3、SF6 跨世纪的气体：1900年由法国的两位化学家合成； 20世纪六十年代起，SF6成功用作高压开关的绝缘和灭弧介质。 化学性质：无色、无味、无毒、无嗅、不燃、不溶于水、不活跃（惰性） 物理性质：最重的气体之一 电气特性：分子的负电性，具有吸附自由电子而构成重离子的明显趋向；工作压力为0.6MPa时，击穿

8、场强为空气的10倍； 根据SF6断路器灭弧室结构的变化，SF6断路器的发展过程可划分为以下几个阶段： (1)第一代SF6断路器: 双压式 沿用压缩空气断路器的原理，配置压缩机将SF6气体压缩到高压罐(1.2-1.5MPa)内。当触头开断时打开主气阀，高压力的SF6气体通过主气阀，在灭弧室喷口中形成高速气流经过弧隙喷向低压区(0.2-0.3Mpa)，使电流过零时熄灭。因为灭弧室结构有两种气体压力，所以称它为双压式灭弧室。这种SF6断路器需要压气泵和加压装置，结构复杂，环境适应能力差，已经被淘汰。,优秀课件，精彩无限！,9,9,(2)第二代SF6断路器: 单压式 随着各国对SF6断路器的不断研制和

9、开发，设计出了单压式(又称压气式)灭弧室，产生了单压式SF6断路器。它与第一代SF6断路器相比，具有结构简单、灭弧性能好、生产成本低的特点。这种SF6断路器只充入较低压力的SF6气体(一般为0.5-0.7MPa，20)分闸时靠动触头带动压气缸，产生瞬时压缩气体吹弧。但是，依靠机械运动产生灭弧高气压，所需操动机构操动功率大，机械寿命短，开断小电感电流和小电容电流时易产生截流过电压。一般配用较大输出功率的液压操动机构或压缩空气操动机构，固有分闸时间比较长。 (3)第三代SF6断路器 第三代SF6断路器是指具有“自能”灭弧功能的SF6断路器。它具有开断能力强，操动机构操动功率小的优点，有利于新型操动

10、机构的小型化，应用前景广阔。这种SF6断路器在开断短路电流时，依靠短路电流电弧自身的能量加热SF6气体，产生灭弧所需要的高气压；在开断小电感电流和小电容电流时，电弧自身的能量不足于加热SF6气体，这时依靠机械辅助压气建立气压，不易产生截流过电压。所需操动机构操动功率小，可配用弹簧操动机构等，操作可靠，机械寿命长，固有分闸时间短，可以制造成断口少、单断口电压等级很高的SF6断路器。目前，国内外主要的电力设备生产厂商都已生产这种SF6断路器，并大量投入了运行。例如：日本的三菱公司、日立公司，法国的MG公司，瑞士的ABB公司，德国的西门子公司等等，都已生产这种SF6断路器。大大提高了电力系统的可靠、

11、稳定、经济运行水平。,优秀课件，精彩无限！,10,10,4、组合电器GIS：（占地面积少、城网） 所谓的GIS，就是指充SF6气体的气体绝缘金属封闭式组合电器。组合、封闭诸多高压原件（断路器、隔离开关、快速或慢速接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线以及这些元器件的封闭外壳、伸缩节、出线套管） ，以SF6作为绝缘和灭弧介质。 1966年，世界上第一套以SF6气体作为绝缘和灭弧介质的GIS在美国投入运行，使高压电器发生了质了变化，也给高压配电装置带来了一次革命。550kV及以上电压等级的GIS在20世纪70年代末和80年代初相继投人运行。我国从20世纪60年代末开始研制GIS，第一套是西

12、安高压电器研究所研制的110kV GIS(断路器为双断口，开断电流为25kA)，1971年6月研制成功，并于1972年10月在湖北省丹江口水电厂投入运行。我国在1990年生产出第一套500kV GIS，如1990年广西天生桥水电厂和1994年湖南省五强溪电站投入运行的500kV GIS就是西安高压开关厂与日本三菱公司合作生产的，沈阳高压开关厂利用日本技术生产的500kV GIS于1992年在沈阳500kV变电站并网运行。目前，我国西安高压开关厂、沈阳高压开关厂等利用引用国外技术，都能够生产550kV GIS，在许多省、市相继建成了126-550kV GIS变电站。在许多大、中型火电厂、水电厂、

13、核电厂也相继使用了GIS。 目前，GIS国外生产厂家主要有ABB、东芝、三菱、日立、西门子、阿尔斯通等，国内生产厂家有西开、沈高、平高等。我国通过技术引进，消化吸收，目前已掌握500千伏GIS的设计制造技术。自主研发的1000千伏GIS（包括核心部件灭弧室和操动机构）将完全自主设计制造，预计2009年6月可提供产品。,优秀课件，精彩无限！,11,11,三、概述,高压断路器的作用 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。,优秀课件，精彩无限！,12,1

14、2,1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。 4SF6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。,按灭弧介质分类,优秀课件，精彩无限！,13,13,型号特征 额定断流容量，MVA S少油断路器 额定电流，A D多油断路器 K空气断路器 派生标志 Q产气断路器 C带有手车

15、装置 Z真空断路器 G改进型 L六氟化硫断路器 D带有电磁操作结构 C磁吹断路器 、断流容量 额定电压，kV 安装条件 N户内 设计序号 W户外,断路器的主要性能参数,优秀课件，精彩无限！,14,14,断路器的主要性能参数,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3220kV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%。 （2）额定电流 指在额定频率下长期通过此电流时，断路器

16、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。,优秀课件，精彩无限！,15,15,2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、8

17、0、100kA等。 （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。,优秀课件，精彩无限！,16,16,3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 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。,优秀课件，精彩无限！,17,1

18、7,4耐受性能 断路器应具有足够的耐受短时短路电流作用的能力，简称耐受能力。 （1）短时热电流（热稳定电流） 在规定的时间内（规定标准时间为2s，需要大于2s时推荐4s）断路器在合闸位置，可能经受的短时热电流有效值（kA），称为短时热电流（或短时耐受电流），断路器标准中规定 短时热电流通过断路器时，各零部件的温度不应超过短时发热最高允许温度，且不致出现触头熔接或软化变形，以及其它妨碍正常运行的异常现象。允许发热最高温度数值随材料而异。,优秀课件，精彩无限！,18,18,（2）峰值耐受电流 峰值耐受电流亦称动稳定电流，即在规定的使用条件和性能下，断路器在合闸位置时所能经受的电流峰值。它与关合电流

19、不同的是，峰值耐受电流是断路器处于合闸位置时通过的短路电流，而关合电流则是由于断路器关合短路故障所产生的短路电流。峰值耐受电流也是以短路电流的第一个大半波峰值电流来表示，且 峰值耐受电流反映了断路器承受由于短路电流产生电动力的耐受性能，它决定断路器的导电部分和绝缘支撑件的机械强度以及触头的结构形式。,优秀课件，精彩无限！,19,19,5操作性能 （1）全开断时间 是指断路器接到分闸命令瞬间起到电弧熄灭为止的时间间隔。即 式中 全开断时间，s； 分闸时间，s；从断路器接到分闸命令瞬间到 所有相的触头都分离的时间间隔，亦称为断 路器固有分闸时间； 燃弧时间，s；是指某一相首先起弧瞬间到所 有相电弧

20、全部熄灭的时间间隔。,优秀课件，精彩无限！,20,20,全开断时间是说明断 路器开断过程快慢的主 要参数，它直接影响故 障对设备的损坏程度、 故障范围、传输容量和 系统的稳定性。 断路器开断时间示意图 （2）合闸时间 处于分闸位置的断路器，从接 到合闸命令瞬间起到所有相的触头均接触为止的 时间称为合闸时间。,优秀课件，精彩无限！,21,21,6自动重合闸性能 自动重合闸的操作循环：分 合分 合分。 为断路器开断故障电路，从电弧熄灭起到电路重新接通的时间，称为无电流间隔时间，一般为0.3s或0.5s； 为强送电时间，一般为180s。 断路器开断时间与无电流间隔时间之和称为自动重合闸时间。 金属短

21、接时间系指断路器重合闸操作后，触头闭合到第二次触头分开所需用的时间。,优秀课件，精彩无限！,22,22,高压断路器的操作要求,1正常操作的要求 （1）新装或大修后的断路器，投运前必须验收合格才能施加运行电压。 （2）断法器的分、合闸指示器应指示正确，且与当时实际运行相符。 （3）断路器接线板的连接处或其它必要的地方应有监视运行温度的措施，如示温蜡片等。 （4）断路器金属外壳接地良好且有明显的接地标志，接地体的截面积符合规程要求。 （5）油断路器的油色应正常，油位应在油位指示的上、下限油位监视线中，绝缘油牌号和性能应满足当地最低气温的要来，油质合格。 （6）六氟化硫断路器，为监视其气体压力，应装

22、有密度继电器或压力表，并附有压力表和压力温度关系曲线，其有SF6气体补气接口。 （7）真空断路器应配有限制操作过电压的保护装置。,优秀课件，精彩无限！,23,23,2. 断路器操作机构的要求 （1）操作机构动作电压应满足：低于额定电压的30时不动作；高于额定电压的65时可靠动作。 （2）机构箱应具有防尘、防潮、防小动物进入及通风措施，液压与气动机构应有加热装置和恒温控制措施。 （3）电磁操作机构的合闸电源应保持稳定。运行中电源电压如有变化，其电压不低于额定电压的80，最高不得高于额定电压的110。 （4）液压操作机构应具有防“失压慢分”装置，并用有防“失压慢分”的机构卡具。所谓“失压慢分”是指

23、液压操作机因某种原因压力降到零，然后重新启动油泵打压时，造成断路器缓慢分闸、采用液压或气动机构时，其工作压力大于1MPa（表压）时，应有压力释放装置。 （5）弹簧操作机构在断路器合闸释放能量后，应能自动再次储能。,优秀课件，精彩无限！,24,24,高压开关,高压开关设备术语 1.高压开关额定电压1kV及以上主要用于开断和关合导电回路的电器。 2.高压开关设备高压开关与控制、测量、保护、调节装置以及辅件、外壳和支持件等部件及其电气和机械的联结组成的总称。 3.户内高压开关设备不具有防风、雨、雪、冰和浓霜等性能，适于安装在建筑场所内使用的高压开关设备。 4.户外高压开关设备能承受风、雨、雪、污秽、

24、凝露、冰和浓霜等作用，适于安装在露天使用的高压开关设备。 5.金属封闭开关设备；开关柜除进出线外，其余完全被接地金属外壳封闭的开关设备。 6.铠装式金属封闭开关设备主要组成部件(例如断路器、互感器、母线等)分别装在接地的金属隔板隔开的隔室中的金属封闭开关设备。,优秀课件，精彩无限！,25,25,7.间隔或金属封闭开关设备与铠装式金属封闭开关设备一样，其某些元件也分装于单独的隔室内，但具有一个或多个符合一定防护等级的非金属隔板。 8.箱式金属封闭开关设备除铠装式、间隔式金属封闭开关设备以外的金属封闭开关设备。 9.充气式金属封闭开关设备金属封闭开关设备的隔室内具有下列压力系统之一用来保护气体压力

25、的一种金属封闭开关设备。 a.可控压力系统；b.封闭压力系统；c.密封压力系统。 10.绝缘封闭开关设备除进出线外，其余完全被绝缘外壳封闭的开关设备。 11.组合电器将两种或两种以上的高压电器，按电力系统主接线要求组成一个有机的整体而名电器仍保持原规定功能的装置。,优秀课件，精彩无限！,26,26,12.气体绝缘金属封闭开关设备封闭式组合电器，至少有一部分采用高于大气压的气体作为绝缘介质的金属封闭开关设备。 13.断路器能关合、承载、开断运行回路正常电流、也能在规定时间内关合、承载及开断规定的过载电流(包括短路电流)的开关设备。 14.六氟化硫断路器触头在六氟化硫气体中关合、开断的断路器。 1

26、5.真空断路器触头在真空中关合、断的断路器。 16.隔离开关在分位置时，触头间符合规定要求的绝缘距离和明显的断开标志；在合位置时，能承载正常回路条件下的电流及规定时间内异常条件(例如短路)下的电流开关设备。 17.接地开关用于将回路接地的一种机械式开关装置。在异常条件（如短路下，可在规定时间内承载规定的异常电流；在正常回路条件下，不要求承载电流。,优秀课件，精彩无限！,27,27,18.负荷开关能在正常回路条件下关合、承载和开断电流以及在规定的异常回路条件（如短路条件）下，在规定的时间内承载电流的开关装置。 19.接触器手动操作除外，只有一个休止位置，能关合、承载及开断正常电流及规定的过载电流

27、的开断和关合装置。 20.熔断器当电流超规定值一定时间后，以它本身产生的热量使熔化而开断电路的开关装置。 21.限流式熔断器在规定电流范围内动作时，以它本身所具备的功能将电流限制到低于预期电流峰值的一种熔断器。 22.喷射式熔断器由电弧能量产生气体的喷射而熄灭电弧的熔断器。 23.跌落式熔断器动作后载熔件自动跌落，形成断口的熔断器。 24.避雷器一种限制过电压的保护电器，它用来保护设备的绝缘，免受过电压的危害。,优秀课件，精彩无限！,28,28,25.无间隙金属氧化物避雷器由非线性金属氧化物电阻片串联和(或)并联组成且无 或串联放电间隙的避雷器。 26.复合外套无间隙金属氧化物避雷器由非线性金

28、属氧化物电阻片和相应的零部件组成且其外套为复合绝缘材料的无间隙避雷器。,特性参量术语 1.额定电压在规定的使用和性能的条件下能连续运行的最高电压，并以它确定高压开关设备的有关试验条件。 2.额定电流在规定的正常使用和性能条件下，高压开关设备主回路能够连续承载的电流数值。 3.额定频率在规定的正常使用和性能条件下能连续运行的电网频率数值，并以它和额定电压、额定电流确定高压开关设备的有关试验条件。,优秀课件，精彩无限！,29,29,4.额定电流开断电流在规定条件下，断路器能保证正常开断的最大短路电流。 5.额定短路关合电流在额定电压以及规定使用和性能条件下，开关能保证正常开断的电大短路峰值电流。

29、6.额定短时耐受电流(额定热稳定电流)在规定的使用和性能条件下，在确定的短时间内，开关在闭合位置所能承载的规定电流有效值。 7.额定峰值耐受电流(额定热稳定电流)在规定的使用和性能条件下，开关在闭合位置所能耐受的额定短时耐受电流第一个大半波的峰值电流。 8.额定短路持续时间(额定动稳定时间)开关在合位置所能承载额定短时耐受电流的时间间隔。 9.温升开关设备通过电流时各部位的温度与周围空气温度的差值。,优秀课件，精彩无限！,30,30,10.功率因数(回路的)开关设备开合试验回路的等效回路，在工频下的电阻与感抗之比，不包括负荷的阻抗。 11.额定短时工频耐受电压按规定的条件和时间进行试验时，设备

30、耐受的工频电压标准值（有效值）。 12.额定操作（雷电）冲击耐受电压在耐压试验时，设备绝缘能耐受的操作(雷电)冲击电压的标准值。 操作术语 1.操作动触头从一个位置转换至另一个位置的动作过程。 2.分（闸）操作开关从合位置转换到分位置的操作。 3.合（闸）操作开关从分位置转换换到合位置的操作。 4.“合分”操作开关合后，无任何有意延时就立即进行分的操作。 5.操作循环从一个位置转换到另一个装置再返回到初始位置的连续操作；,优秀课件，精彩无限！,31,31,如有多位置，则需通过所有的其他位置。 6.操作顺序具有规定时间间隔和顺序的一连串操作。 7.自动重合（闸）操作开关分后经预定时间自动再次合的

31、操作顺序。 8.关合（接通）用于建立回路通电状态的合操作。 9.开断（分断）在通电状态下，用于回路的分操作。 10.自动重关合在带电状态下的自动重合（闸）操作。 11.开合开断和关合的总称。 12.短路开断对短路故障电流的开断。 13.短路关合对短路故障电流的关合。 14.近区故障开断对近区故障短路电流的开断。 15.触头开距分位置时，开关的一极各触头之间或具连接的任何导电部分之间的总间隙。,优秀课件，精彩无限！,32,32,16.行程触头的分、合操作中，开关动触头起始位置到任一位置的距离。 17.超行程合闸操作中，开关触头接触后动触头继续运动的距离。 18.分闸速度开关分（闸）过程中，动触头

32、的运行速度。 19.触头刚分速度开关合（闸）运程中，动触头与静触头的分离瞬间运动速度。 20.合闸速度开关合（闸）过程中，动触头的运动速度。 21.触头刚合速度开关合（闸）过程中，动触头与静触头的接触瞬间运动速度。 22.开断速度开关在开断过程中，动触头的运动的速度。 23.关合速度开关在关合过程中，动触头的运动的速度。,优秀课件，精彩无限！,33,33,三、电弧的产生与熄灭,1、电弧的产生 当用开关电器断开电流时，如果电路电压不低于1020伏，电流不小于80100mA，电器的触头间便会产生电弧。 电弧的形成是触头间中性质子(分子和原子)被游离的过程。 开关触头分离时，触头间距离很小，电场强度

33、E很高(E=U/d)。阴极表面的电子就会被电场力拉出而形成触头空间的自由电子。这种游离方式称为：强电场发射。 从阴极表面发射出来的自由电子和触头间原有的少数电子，在电场力的作用下向阳极作加速运动，途中不断地和中性质点相碰撞。只要电子的运动速度v足够高，电子的动能A=mv2足够大，就可能从中性质子中打出电子，形成自由电子和正离子。这种现象称为碰撞游离。 新形成的自由电子也向阳极作加速运动，同样地会与中性质点碰撞而发生游离。碰撞游离连续进行的结果是触头间充满了电子和正离子，具有很大的电导；在外加电压下，介质被击穿而产生电弧，相当于电路再次被导通。 触头间电弧燃烧的间隙称为弧隙。电弧形成后，弧隙间的

34、高温使阴极表面的电子获得足够的能量而向外发射，形成热电场发射。同时在高温的作用下(电弧中心部分维持的温度可达10000以上)，气体中性质点的不规则热运动速度增加。当具有足够动能的中性质点相互碰撞时，将被游离而形成电子和正离子，这种现象称为热游离。 随着触头分开的距离增大，触头间的电场强度E逐渐减小，这时电弧的燃烧主要是依靠热游离维持的。,优秀课件，精彩无限！,34,34,三、电弧的产生与熄灭,2、电弧的熄灭条件 在开关的触头间，发生游离过程的同时，还发生着使带电质点减少的去游离过程。去游离大于游离。 工业配电系统主要是交流系统，所以电弧也主要是交流电弧，其性质是半个周期要经过零值一次，而电流过

35、零时，电弧会暂时熄灭。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。 3、息弧的方法,优秀课件，精彩无限！,35,35,（1）速拉灭弧 当交流电流经过零值的瞬间，拉大触头间距离（降低电弧中的电场强度），当触头间所加电压不足以击穿其间距时，电弧就不会重新点燃。触头的分离速度越快，电弧熄灭就越快，通常在高压断路器中装设强力的跳脱弹簧来加快触头分开的速度。,优秀课件，精彩无限！,36,36,（2）吹弧灭弧法 利用外力（如气流、油流或电磁力）来吹动电弧，使电弧加速冷却，同时拉长电弧，降低电弧中的电场强度

36、，加速电弧的熄灭。按吹弧的方向来分，有横吹和纵吹两种。 a）横吹 b）纵吹,优秀课件，精彩无限！,37,37,当低压开关迅速拉开刀闸时，不仅迅速拉长了电弧，同时使本身回路电流产生的电动力作用于电弧，吹动电弧，使其拉长电弧直到电弧熄灭。 如果开关利用专门吹弧线圈来吹动电弧，使电弧移动，电弧移动的力实际上是电弧电流在线圈磁场中产生的电动力。 也有的开关利用铁磁物质（钢片等），来吸动电弧。 （3）冷却灭弧法（电弧的燃烧主要是依靠热游离维持的） 降低电弧的温度，使正负离子的复合增强，有助于电弧迅速熄灭，这是一种基本的灭弧方法。 （4）短弧灭弧法 利用金属片将长弧切成若干短弧，则电弧上的压降将近似地增大

37、若干倍。当外施电压小于电弧上的压降时，则电弧就不能维持而迅速熄灭。通常采用钢灭弧栅，让电弧进入钢片，一是利用了电动力吹弧，二是利用了铁磁吸弧，同时钢片对电弧还有冷却作用。,优秀课件，精彩无限！,38,38,（5）狭缝灭弧法 电弧在固体介质所形成的窄沟内燃烧，将电弧冷却，同时电弧在狭缝窄沟中燃烧，压力增大，有利于电弧的熄灭。有的熔丝在熔管内充填石英砂，就是利用这种狭沟灭弧原理，还有一种用耐弧的绝缘材料（陶瓷类）制成灭弧栅，也是利用了这种灭弧原理。 （6）真空灭弧法 真空具有较高的绝缘强度，如果将开关触头装置置于真空容器，则在电流过零时，即能熄灭电弧。为防止产生过电压，应当不使触头分开时，电流突变

38、为零。一般应在触头间产生少量金属蒸汽，形成电弧通道。当交流电流自然下降过零前后，这些等离子态的金属蒸汽便在真空中迅速飞散而熄灭电弧。,优秀课件，精彩无限！,39,39,（一）500KV/220KV断路器 1、第一种BBC公司的，第二代SF6断路器 （1）断口 ELFSL7-4为双柱四断口结构，ELFSL4-2为单柱双断口结构，都是双灭弧室结构。结构如下： （双叉罩壳、两个灭弧室）,三、平电断路器简介,优秀课件，精彩无限！,40,40,优秀课件，精彩无限！,41,41,优秀课件，精彩无限！,42,42,2、液压机构（HKA-8）,优秀课件，精彩无限！,43,43,2、第二种ABB公司的，第三代S

39、F6断路器 (A)500KV为瑞典ABB公司的HPL550B2型、SF6单压式、双断口，不带合闸电阻。,优秀课件，精彩无限！,44,44,优秀课件，精彩无限！,45,45,（B)220KV为瑞典ABB公司的HPL550B2型、SF6单压式、双断口，不带合闸电阻。,优秀课件，精彩无限！,46,46,优秀课件，精彩无限！,47,47,优秀课件，精彩无限！,48,48,优秀课件，精彩无限！,49,49,优秀课件，精彩无限！,50,50,优秀课件，精彩无限！,51,51,（二）中压10KV/3KV断路器 改造前为ZN12-10型和3AF型系列断路器 改造后为VD4型系列断路器,优秀课件，精彩无限！,5

40、2,52,型真空断路器,优秀课件，精彩无限！,53,53,型真空断路器维护,优秀课件，精彩无限！,54,54,型真空断路器概况,年，由西安高压电器研究所、北京开关厂、宝光电工厂和桂林粉末冶金研究所等单位联合与原西德西门子公司签定技术合同，引进西门子公司生产真空断路器的先进技术。于年月由原机电部和原能源部组织并通过了样机鉴定。真空断路器主要由北京开关厂研制成功。此后，由西安高压电器研究所发证定型型真空断路器。（用在我公司2X600MW发电机组的厂用电中压系统中。开关柜全部安装北京开关厂生产的GFC-3F型开关柜。 ） 该型断路器主要由外屏蔽罩式陶瓷外壳真空灭弧室、弹簧操动机构和绝缘支撑组成，具有

41、结构简单、开断能力大和寿命长等特点。图1在用钢板焊接成的机构箱上固定有只环氧树脂绝缘子，每相两只绝缘子呈形布置。,优秀课件，精彩无限！,55,55,绝缘子上固定着铸合金材料制成的上下接线座，籍以安装真空灭弧室。 下出线部分装有软连接，其一端与灭弧室动导电杆上的导电夹相连。在动导电杆下端装有万向杆端轴承，通过轴销与下出线座上的转向杠杆相连。开关传动主轴上的拐臂未端连有绝缘拉杆，从而驱动导电杆进行分合操作。在绝缘拉杆与主轴上拐臂的连接处装有触头弹簧。触头弹簧设计有一定的预压力，其预压行程和终压行程之差常常称为触头的超行程。,优秀课件，精彩无限！,56,56,优秀课件，精彩无限！,57,57,一、技

42、术参数 1、额定雷击冲击耐受电压（全波） KV 75 2、额定短时，工频耐受电压（1分钟）KV 42 3、合闸时间：S 0.075 4、分闸时间：S 0.045-0.065 5、储能电机功率：W 275 6、储能电动机额定电压：V 110 220 7、储能时间：S 15 8、合闸电磁铁Ue ：V 110 220 9、分闸Ue： V 110 220 10、操作顺序：分-0.3S-合分-180S-合分；分-180S-合分-180S-合分,优秀课件，精彩无限！,58,58,机械特性调整参数 1、触头行程： 111 mm 2、触头超行程： 82 mm 3、三相触头分、合闸同期性： 2 ms 4、每相回

43、路电阻： 25 u 5、相间中心距离： 2101.5 mm,优秀课件，精彩无限！,59,59,弹簧操动机构的简单介绍,断路器的弹簧操动机构结构原理图如图2所示,主要由储能机构、锁定机构、合闸弹簧、分闸弹簧、开关主传动轴、缓冲器和控制装置等部件组成。,优秀课件，精彩无限！,60,60,弹簧操动机构的简单介绍,操动机构结构原理图,优秀课件，精彩无限！,61,61,弹簧操动机构的简单介绍,储能机构主体是一个外壳为铸铝的减速箱1，其内部装有两套蜗轮蜗杆。储能轴O3横穿减速箱，与蜗轮蜗杆无机械联系。储能轴上套一轴套，该轴套用键连在大蜗轮上，轴套上设有轴销，并装有棘爪。在储能轴的右端装有一凸轮3，棘爪通过

44、凸轮上的缺口带动凸轮转动。在储能轴的左端装有曲柄，其外端挂有合闸弹簧2。 减速箱的轴O2上装有三角形杠杆4，在该杠杆A轴销处装有滚针轴承作为合闸滚轮。合闸时，合闸弹簧的能量通过凸轮传递给合闸滚轮。在三角形杠杆的B轴销处，连接有连杆9，其另一端与主轴O1上的拐臂O1C相连，这样就形成了一组O1CBo2四连杆机构，用来传递合闸作用力。减速箱储能轴上还安装有带扣合滚轮（滚针轴承）的拐臂，用来锁住合闸掣子13。,优秀课件，精彩无限！,62,62,弹簧操动机构的简单介绍,电动储能时，接通电动机电源，轴套由减速箱中的大蜗轮带动。当棘爪进入凸轮缺口时，使带动储能轴O3转动，从而使挂在储能轴曲柄上的合闸弹簧拉

45、伸而实现储能。储能完毕后，减速箱轴销上的合闸滚轮被合闸掣子锁住，维持储能状态。同时，曲柄上的小连杆推动一弯板使微动开关打开，切断电机电源。在面板孔中显示有机构已储能的机械指示。电机储能时间应大于15s。 凸轮储能系统的两种状态如下图所示，其中，图（a）为未储能状态，此时储能杠杆在合闸弹簧初拉力作用下处于接近死点位置（三点接近在一条直线上）。储能开始后，杠杆3绕O3轴作逆时针转动，合闸弹簧被拉伸储能。当杠杆3越过上死点位置时见图（b），该杠杆就脱离减速箱中大蜗轮的制约，,优秀课件，精彩无限！,63,63,弹簧操动机构的简单介绍,凸轮储能系统结构 1-凸轮；2-扣合杠杆；3-杠杆；4-合闸锁扣；5

46、-合闸弹簧,优秀课件，精彩无限！,64,64,弹簧操动机构的简单介绍,并在合闸弹簧拉力作用下，自动向逆时针方向继续转动，直到扣合杠杆2被合闸锁扣4扣住为止。这时储能机构就被锁定在储能状态。与此同时，微动开关动作切断电机电源。储能时，扣合杠杆上的滚轮对合闸锁扣作用力的大小决定于O6Ao3的大小，该角度越大，其合闸锁扣力度越大，合闸脱扣电压也就越高。 手动储能时，先将手摇把插入减速箱前方的孔中，并顺时针摇动约25圈，使棘爪进入凸轮缺口。然后再继续手摇25圈，直到合闸弹簧储能完毕为止。手动储能结束后应随即卸下手把。,优秀课件，精彩无限！,65,65,弹簧操动机构的简单介绍,3AF型断路器合闸操作:先

47、电动或手动按合闸按钮使合闸电磁铁通电，此时（见图3）合闸掣子13与减速箱轴销上的合闸滚轮脱开，并在合闸弹簧力作用下，储能轴逆时针转动，凸轮3压下三角形杠杆4上的滚针轴承A。然后通过连杆9将合闸力传给主轴，并使之逆时针转动，于是导电杆实现向上合闸操作。当主轴旋转约60度时即被分闸掣子锁住，使开关维持在合闸状态。在合闸过程中，分闸弹簧12被拉伸，触头弹簧被压缩，为分闸作好了准备。合闸终了后，由橡皮缓冲器8吸收剩余动能，并在面板孔中有“合闸位置”指示。,优秀课件，精彩无限！,66,66,弹簧操动机构的简单介绍,合闸过程中的连杆系统如图4所示，其中，图（a）的合闸弹簧已储能但断路器处于分闸位置。此时接

48、到合闸信号后，合闸锁扣5作逆时针转动，使扣合杠杆上的滚轮脱扣。储能轴O3在合闸弹簧力逆时针转动，从而使轴O3上的凸轮1压动三角形杠杆3上A点处的合闸滚轮4。于是三角形杠杆绕O2轴顺时针方向转动，经连杆6推动O1轴旋转，从而使断路器合闸。,优秀课件，精彩无限！,67,67,弹簧操动机构的简单介绍,图4 操动机构连杆系统状态示意图 （a）分闸状态已储能；（b）合闸状态未储能；（c）分闸状态未储能 1-凸轮；2-储能扣合杠杆；3-三角形杠杆；4-合闸滚轮；5-合闸锁扣 6-连杆；7-分闸锁扣；8-分闸扣合杠杆；9-扣合滚轮,优秀课件，精彩无限！,68,68,弹簧操动机构的简单介绍,图（b）为开关合闸

49、但合闸弹簧未储能状态。此时分闸扣分杠杆8上的滚轮D被分闸锁扣7扣住，由于合理选择了凸轮已将三角形杠杆驱动至合闸位置后，储能杠杆尚距下死点最终位置约60度左右。这时，储能杠杆在合闸弹簧力继续作用下转动，直至图（b）所示的死点位置。这时，凸轮释放了三角形杠杆，为分闸操作作好了准备，因而也就具备了自由脱扣功能。,优秀课件，精彩无限！,69,69,弹簧操动机构的简单介绍,图（c）为开关合闸后尚未储能而立即分闸的状态。 3AF型断路器如何实现分闸操作？ 电动或手动按分闸按钮使分闸电磁铁通电，分闸掣子解脱，主轴在分闸弹簧和触头弹簧作用下顺时针旋转，从而带动导电杆向下运动而使开关分闸。油缓冲器用来吸收分闸终

50、了时的剩余动能，并且可作为分闸定位。分闸位置显示呈现在面板孔中。,优秀课件，精彩无限！,70,70,弹簧操动机构的简单介绍,优秀课件，精彩无限！,71,71,弹簧操动机构的简单介绍,棘爪,优秀课件，精彩无限！,72,72,真空灭弧室结构及原理,1、真空灭弧室的基本结构 2、真空灭弧室灭弧原理 3、型真空断路器（3AF）真空灭弧室的特点,优秀课件，精彩无限！,73,73,真空灭弧室的基本结构,（一）真空灭弧室的基本结构中间封接式：主屏蔽罩固定在绝缘外壳中部的金属圆环上。触头间的电场分布比较均匀。波纹管能在动触头往复运动时保证真空灭弧室外壳的完全密封。从机械上讲，它是真空灭弧室中最薄弱的元件。动、

51、静触头每分合一次，波纹管的波纹状薄壁就要产生一次大的机械变形。长期频繁和剧烈的变形容易使波纹管困材料疲劳而损坏，导致灭弧室漏气无法使用。因此真空灭弧室的机械寿命主要决定于波纹管。 波纹管的种类很多，用在真空灭弧室中的有液压成形的波纹管和薄片焊接成形波纹管由于受到加工条件的限制，波纹管不能做得很长，加上波纹管的最大压缩行程仅为自由长度的20%-30%，因此它的绝对行程也不可能做得很大。,优秀课件，精彩无限！,74,74,真空灭弧室灭弧原理,（一）真空灭弧室的基本结构 屏蔽罩 真空灭弧室内常用的屏蔽罩有主屏蔽罩、波纹管屏蔽罩和无法压屏蔽罩。 主屏蔽罩环绕着电弧间隙，主要作用如下： 1、真空灭弧室开

52、断电流时，电弧会使触头材料熔化、蒸发和喷溅。有了主屏蔽罩后可以有效地防止金属蒸汽喷溅到绝缘外壳的内表面，避免内表面绝缘性能下降，,优秀课件，精彩无限！,75,75,真空灭弧室灭弧原理,2、屏蔽罩可使交流电流过零时，灭弧室内剩余的金属蒸汽和导电粒子径向快速地扩散到屏蔽罩上，冷却、复合和凝结，有利于电流过零后弧隙介质强度的提高，改善了灭弧室的开断性能。屏蔽罩的温度愈低，冷凝效果越好，。20时的冷凝系数为0.899，175时为0.797，500时则降到0.5左右。显然在一定程度上加大屏蔽罩的表面积增大散热效果将有利于开断性能的提高。,优秀课件，精彩无限！,76,76,真空灭弧室灭弧原理,3、屏蔽罩的

53、存在会影响动、静触头间的电场分布。屏蔽罩设计得当将有利于触头间绝缘强度的提高。 主屏蔽罩要求散热性能好，材料大多采用铜，厚度在1mm左右。主屏蔽罩的固定方式分两大灯，即固定电位式和悬浮电位式。 固定电位式是将屏蔽罩固定在动触头（或静触头上）上，如图3.1所示，因而电位是固定的。这种方式的优点是结构简单。,优秀课件，精彩无限！,77,77,真空灭弧室灭弧原理,真空灭弧室结构示意图,1-绝缘电壳；2-端盖；3-静触头；4-动触头； 5-主屏蔽罩；6-波纹管屏蔽罩；7-端盖；8-波纹管,优秀课件，精彩无限！,78,78,真空灭弧室灭弧原理,但在开断大电流时电弧可能转移到静触头与屏蔽罩间，导致屏蔽罩损

54、坏。另外，也可将屏蔽罩固定在动触头上，这可能导致触头间电场分布恶化，影响电流过零后介质强度的恢复。因而这种固定方式只用在电压不高、开断电流不大的真空接触器和负荷开关中。 悬浮电位式屏蔽罩有四种不同的固定方式，如图3.2所示。 1、中间封接式：主屏蔽罩固定在绝缘外壳中部的金属圆环上。触头间的电场分布比较均匀。,优秀课件，精彩无限！,79,79,真空灭弧室灭弧原理,图2 悬浮式电位的屏蔽罩 1-静触头；2-动触头 3-主屏蔽罩；4-波纹管；5-瓷柱,优秀课件，精彩无限！,80,80,真空灭弧室灭弧原理,2、绝缘支柱式：由瓷柱或玻璃圆筒来支撑屏蔽罩。生产工艺简单，成本较低。 3、外屏蔽罩式：绝缘外壳

55、焊在主屏蔽罩的两端。主屏蔽罩是外壳的组成部分，有利于屏蔽罩的散热。 4、绝缘端盖式：主屏蔽罩就是真空灭弧室的外壳。动、静触头的沿面放电距离由高氧化铝瓷盘制成的端盖承担，因而沿面放电距离受到灭弧室直径的限制，一般只用于12KV及以下的真空灭弧室中。 波纹管屏蔽罩包在波纹管四周，防止金属蒸汽溅落在波纹管上，妨碍波纹管工作和降低其使用寿命，波纹管屏蔽罩的厚度较薄，约为0.51.0mm，材料为铜，也可采用不锈钢。 均压屏蔽罩装置在触头附近，用以改善触头间的电场分布。,优秀课件，精彩无限！,81,81,真空灭弧室灭弧原理,波纹管 波纹管能在动触头往复运动时保证真空灭弧室外壳的完全密封。从机械上讲，它是真

56、空灭弧室中最薄弱的元件。动、静触头每分合一次，波纹管的波纹状薄壁就要产生一次大的机械变形。长期频繁和剧烈的变形容易使波纹管困材料疲劳而损坏，导致灭弧室漏气无法使用。因此真空灭弧室的机械寿命主要决定于波纹管。 波纹管的种类很多，用在真空灭弧室中的有液压成形的波纹管和薄片焊接成形波纹管，如图3.2所示。,优秀课件，精彩无限！,82,82,真空灭弧室灭弧原理,优秀课件，精彩无限！,83,83,真空灭弧室灭弧原理,液压成形的波纹管由0.1mm0.2mm厚的不锈钢管经液压成形后成为波纹管的主坯，再经过加工、修正和热处理后，制成具有一定弹性和标准尺寸的波纹管。由于受到加工条件的限制，波纹管不能做得很长，加

57、上波纹管的最大压缩行程仅为自由长度的20%-30%，因此它的绝对行程也不可能做得很大。在最大压缩行程下，波纹管的疲劳寿命只有数万次，这对真空断路器的机械寿命要求几万次乃至十万次，负荷开关10万次30万次，真空接触器上百万次的要求就很难适应了。理论分析表明，波纹管的疲劳寿命与压缩行程的3.5次幂成正比，显然减小压缩行程对提高波纹管的机械寿命是非常有效的。因此在调试真空开关时经防止波纹管受到过量的压缩，开关操作时还应注意过冲行程不宜过大以防止波纹管因压缩行程过大而降低使用寿命。液压成形的波纹管的加工工艺相对简单，价格也比较便宜。,优秀课件，精彩无限！,84,84,真空灭弧室灭弧原理,薄片焊接波纹管

58、是用0.100.15mm厚的非导磁不锈钢片冲压成环形薄片后依次逐个用氩弧焊焊接成形的，薄片焊接波纹管的长度可以根据需要任意增长，同时工作行程可达自由长度的60%以上，另外由于波纹管的厚度比较均匀，每片的变形又不太大，因此疲劳寿命长，一般可达几百万次，比液压成形波纹管的寿命长得多。由于焊接工艺复杂、价格昂贵，使它的应用受到一定的限制。通常用于机械寿命要求长、额定电压等级高、触头行程大的真空开关中。,优秀课件，精彩无限！,85,85,真空灭弧室灭弧原理,交流真空电弧的熄灭原理 交流真空电弧的电弧电压随着正弦的电流变化而变化。小电流下，电弧电压的瞬时值随着电流的增大而增加，经过电流峰值后，电弧电压又会减小，如图3.3（a）所示。 图3.3 交流真空电弧的电弧电压 随着电流的增大，在电流峰值附近如果出现离子贫乏，电弧电压就会突然升高3.3(b)，电弧变得不稳定，有显著的高频分量。以后，随着电流瞬时值的减小，电弧电压重新减小，电弧也变得稳定了。继续增大电流，在电流到达峰值时值继续增大