高壓電器斷路器總結(jié)

1、真空斷路器結(jié)構(gòu)：主要由氣密絕緣外殼、導(dǎo)電回路、屏蔽系統(tǒng)、觸頭、波紋管等部分組成陶瓷外 殼真空滅弧室，氣密絕緣外殼包括玻璃和陶瓷兩種。料前1導(dǎo)電塊氣密絕緣系統(tǒng)：由玻璃或陶瓷制成的氣密絕緣外殼、動(dòng)端蓋板、定端蓋板，不銹鋼波 紋管組成了氣密絕緣系統(tǒng)。為了保證玻璃、陶瓷與金屬之間有良好的氣密性，除了封 接時(shí)要有嚴(yán)格的操作工藝外小值。不銹鋼波紋管的作用不僅能將真空弧室內(nèi)部的真空狀態(tài)與外部的大氣狀態(tài)隔 離開來，而且能使動(dòng)觸頭連同動(dòng)導(dǎo)電桿在規(guī)定的范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，以完成真空開關(guān)的閉合 與分?jǐn)嗖僮?。?dǎo)電系統(tǒng)：定導(dǎo)電桿、定跑弧面、定觸頭、動(dòng)觸頭、動(dòng)跑弧面、動(dòng)導(dǎo)電桿構(gòu)成了滅弧 室的導(dǎo)電系統(tǒng)。其中定導(dǎo)電桿、定跑弧面、定觸

2、頭合稱定電極，動(dòng)觸頭、動(dòng)跑弧面、 動(dòng)導(dǎo)電桿合稱動(dòng)電極，由真空滅弧室組裝成的真空斷路器，真空負(fù)荷開關(guān)和真空接觸 器合閘時(shí)，操動(dòng)機(jī)構(gòu)通過動(dòng)導(dǎo)電桿的運(yùn)動(dòng)，使兩觸頭閉合，完成了電路的接通。為了 使兩觸頭間的接觸電阻盡可能減小且保持穩(wěn)定和滅弧室承受動(dòng)穩(wěn)定電流時(shí)有良好的機(jī) 械強(qiáng)度，真空開關(guān)在動(dòng)導(dǎo)電桿一端設(shè)置有導(dǎo)向套，并使用一組壓縮彈簧，使兩觸頭間 保持有一個(gè)額定壓力。當(dāng)真空開關(guān)分?jǐn)嚯娏鲿r(shí)，滅弧室兩觸頭分離并在其間產(chǎn)生電 弧，直至電流自然過零時(shí)電弧熄滅，便完成了電路的開斷。屏蔽系統(tǒng)：真空滅弧室的屏蔽系統(tǒng)主要由屏蔽筒，屏蔽罩和其他零件組成。屏蔽系統(tǒng)的主要作用是：1.防止觸頭在燃弧過程中產(chǎn)生大量的金屬蒸汽和液滴

3、噴濺， 污染絕緣外殼的內(nèi)壁，避免造成真空滅弧室外殼的絕緣強(qiáng)度下降或產(chǎn)生閃絡(luò)。2.改善 真空滅弧室內(nèi)部的電場(chǎng)分布，有利于真空滅弧室絕緣外殼的小型化，尤其是對(duì)于高電 壓的真空滅弧室小型化有顯著效果。3.吸收一部分電弧能量，令凝電弧生成物。特別 是真空滅弧室在開斷短路電流時(shí)，電弧所產(chǎn)生的熱能大部分被屏蔽系統(tǒng)所吸收，有利 于提高觸頭間的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度。屏蔽系統(tǒng)吸收電弧生成物的量越大，說明他吸收的能 量也越大，這對(duì)增加真空滅弧室的開斷容量起良好作用。觸頭系統(tǒng)：觸頭是產(chǎn)生電弧、熄滅電弧的部位，對(duì)材料和結(jié)構(gòu)的要求都比較高。對(duì)觸頭材料有以下要求：1.高開斷能力。要求材料本身的導(dǎo)電率大，熱傳導(dǎo)系數(shù)小， 熱容量大，

4、熱電子發(fā)射能力低。2.高擊穿電壓。擊穿電壓高，介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度就高，對(duì) 滅弧有利。3.高的抗電腐蝕性。即經(jīng)得起電弧的燒蝕，金屬蒸發(fā)量少。4.抗熔焊能力。 5.低截流電流值，希望在2.5A以下。6.低含氣量。其中低含氣量是對(duì)所有真空滅弧室 內(nèi)部所使用材料的要求。特別是銅材，必須要求低含氣量的特殊工藝處理的無氧銅。 而焊料等則采用白銀、銅的合金。斷路器用真空滅弧室的觸頭材料大都采用銅鉻合 金，銅與鉻各占50%。在上、下觸頭的對(duì)接面上各焊上一塊銅鉻合金片，一般厚度各 為3mm。其余部分稱為觸頭座，用無氧銅制造即可。觸頭結(jié)構(gòu)對(duì)滅孤室的開斷能力有 很大影響。采用不同結(jié)構(gòu)觸頭產(chǎn)生的滅弧效果有所不同的，早期采用

5、簡(jiǎn)單的圓柱形觸 頭，結(jié)構(gòu)雖簡(jiǎn)單，但開斷能力不能滿足斷路器的要求，僅能開斷10kA以下電流，并且 僅有真空負(fù)荷開關(guān)、高壓真空接觸器等用真空開關(guān)管才采用。常采用的有螺旋糟型結(jié) 構(gòu)觸頭、帶斜槽杯狀結(jié)構(gòu)觸頭和縱磁場(chǎng)杯狀結(jié)構(gòu)觸頭三種，其中以采用縱磁場(chǎng)杯狀結(jié) 構(gòu)觸頭為主。波紋管：真空滅弧室的波紋管主要擔(dān)負(fù)保證動(dòng)電極在一定范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)和長(zhǎng)期保持高真 空的功能，并保證真空滅弧室具有很高的機(jī)械壽命。真空滅弧室的波紋管是由厚度為 0.10.2mm的不銹鋼制成的薄壁元件。真空開關(guān)在分合過程中，滅弧室波紋管受伸縮 作用，波紋管截面上受變應(yīng)力作用，所以波紋管的壽命應(yīng)根據(jù)反復(fù)伸縮量和使用壓力 來確定。波紋管的疲勞壽命和工作

6、條件的受熱溫度有關(guān)，真空滅弧室在分?jǐn)啻蟮亩搪?電流后，導(dǎo)電桿的余熱傳遞到波紋管上，使波紋管的溫度升高，當(dāng)溫升達(dá)到一定程度 時(shí)，這就會(huì)影響波紋管的疲勞強(qiáng)度。工作原理：真空泡內(nèi)的真空滅弧室是利用高真空工作絕緣滅弧介質(zhì)靠密封在真空中的 一對(duì)觸頭來實(shí)現(xiàn)電力電路的通斷功能的一種電真空器件。當(dāng)其斷開一定數(shù)值的電流時(shí), 動(dòng)靜觸頭在分離的瞬間，電流收縮到觸頭剛分離的一點(diǎn)上，出現(xiàn)電極間電阻劇烈增大和 溫度迅速提高,直至發(fā)生電極金屬的蒸發(fā)，同時(shí)形成極高的電場(chǎng)強(qiáng)度,導(dǎo)致極強(qiáng)烈的發(fā)射 和間隙擊穿,產(chǎn)生真空電弧當(dāng)工頻電流接近零時(shí),同時(shí)也是觸頭開距的增大，真空電弧的 等離子體很快向四周擴(kuò)散，電弧電流過零后，觸頭間隙的介質(zhì)

7、迅速由導(dǎo)電體變?yōu)榻^緣體, 于是電流被分?jǐn)唷Ｓ捎谟|頭的特殊構(gòu)造，燃弧期間觸頭間隙會(huì)產(chǎn)適當(dāng)?shù)目v向磁場(chǎng)，這個(gè) 磁場(chǎng)可使電弧均勻分布在觸頭表面,維持低的電弧電壓，從而使真空滅弧室具有較高弧 后介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)速度，小的電弧能量和小的腐蝕速率。這樣，就提高了真空滅弧室開斷 電流的能力和使用壽命。SF6斷路器結(jié)構(gòu)：瓷柱式結(jié)構(gòu)：取積木式，系列性強(qiáng)，可用多個(gè)相同的單元滅弧室和支柱瓷套 組成不同電壓等級(jí)的斷路器。中國(guó)FA4 - 550型SF6斷路器為瓷柱式結(jié)構(gòu),其額定電壓 為500千伏，最高工作電壓為550千伏。斷路器由三個(gè)獨(dú)立的單相和一個(gè)液壓、電氣 控制柜組成。每相由兩個(gè)支柱瓷套的四個(gè)滅弧室（斷口）串聯(lián)而成。在每

8、個(gè)支柱瓷套 頂部裝著兩個(gè)單元滅弧室，為120夾角V形布置，兩個(gè)均壓并聯(lián)電容器為水平布置。這 種結(jié)構(gòu)布置既考慮到結(jié)構(gòu)的機(jī)械應(yīng)力狀態(tài)，又照顧到絕緣的要求。滅弧室和支柱瓷套 內(nèi)均充有額定壓力的SF6氣體。瓷柱式斷路器使用液壓操作機(jī)構(gòu)。液壓機(jī)構(gòu)的控制和 操作元件以及線路均設(shè)于控制柜內(nèi)。每相斷路器的下部裝有一套液壓機(jī)構(gòu)的動(dòng)力元 件，如液壓工作缸等。滅弧室由液壓工作缸直接操動(dòng)。支柱瓷套內(nèi)裝有絕緣操作桿， 操作桿與液壓工作缸相連接。罐式結(jié)構(gòu)：采用了箱式多油斷路器的優(yōu)點(diǎn)，將斷路器 與互感器裝在一起，結(jié)構(gòu)緊湊，抗地震和防污能力強(qiáng),但系列性較差。中國(guó)LW-220型 罐式SF6斷路器單相結(jié)構(gòu)如圖。li1_|屯操作*

9、b. 能有液壓機(jī)構(gòu)和式。單相由、絕緣瓷套管、電流控制柜，可以單才此種斷路器為三相分裝 度有單斷口滅弧室的殼體組成。每相配 通過電氣控制進(jìn)行三相操作。斷路器 采用雙向縱吹式滅弧室，分閘時(shí)，通過拐臂箱傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)氣缸及動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)。滅弧室 充有額定氣壓為6表壓（20。頃勺SF6氣體二上1接線端子2上均壓環(huán)3出線瓷套管4下均壓性能：1.阻塞效應(yīng) 充分發(fā)揮氣流的吹弧效果，滅弧室體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、開斷電流 大、燃弧時(shí)間短，開斷電容或電感電流無重燃或無復(fù)燃，過電壓低。2.電氣壽命長(zhǎng)50kA滿容量連續(xù)開斷可達(dá)19次，累計(jì)開斷電流可達(dá)4200kA，檢修周期長(zhǎng)，適于頻繁 操作。3.絕緣水平高 六氟化硫氣體在0.

10、3MPa氣壓時(shí)，通過了各種絕緣試驗(yàn)并有較大 裕度。累計(jì)開斷電流3000kA以后，在0.3MPa氣壓下每個(gè)斷口還可耐受工頻電壓 250kV達(dá)1 min，將六氟化硫氣體減至零表壓仍可耐受工頻電壓166.4kV5 min。4.密 封性能好 六氟化硫氣體含水量低；滅弧室、電阻和支柱分成獨(dú)立氣隔，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí) 不用打開，安裝好后用自動(dòng)接頭連通；安裝檢修方便，并可防止臟物和水分進(jìn)入斷路 器內(nèi)部。自我保護(hù)和監(jiān)視系統(tǒng)完備 液壓機(jī)構(gòu)內(nèi)的信號(hào)缸可實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器的自我保護(hù)：有密度 繼電器監(jiān)視六氟化硫氣體泄漏；有壓力開關(guān)和安全閥監(jiān)視液壓機(jī)構(gòu)壓力，保護(hù)液壓系 統(tǒng)安全。液壓機(jī)構(gòu)采用了可防止失壓慢分的閥系統(tǒng)，本體上就可進(jìn)行機(jī)構(gòu)

11、閉鎖，保 證運(yùn)行安全?？刂苹芈分胁捎昧藘商追珠l電磁鐵和防跳保護(hù)，保證操作準(zhǔn)確無誤。5. 操作功率小，緩沖平穩(wěn) 機(jī)構(gòu)工作缸與滅弧動(dòng)觸頭的傳動(dòng)比為1：1，機(jī)構(gòu)特性穩(wěn)定。 機(jī)構(gòu)特性穩(wěn)定性可達(dá)3000次，機(jī)構(gòu)壽命研究試驗(yàn)做到10000次，操作噪聲小于 90dB。SF6電氣特性：SF6是一種具有高介電強(qiáng)度的介質(zhì)。在均勻電場(chǎng)下，SF6的介電強(qiáng)度約 為同一氣壓下空氣的2、53倍，在3個(gè)大氣壓下其介電強(qiáng)度與變壓器油相當(dāng)。實(shí)踐 證明：在空氣摻入少量六氟化硫氣體，空氣的絕緣強(qiáng)度顯著提高；相反，在六氟化硫 氣體中加入少量的空氣則六氟化硫氣體的絕緣強(qiáng)度也會(huì)明顯下降。由于SF6的介電強(qiáng) 度高，因此，在對(duì)相同電壓等級(jí)和和

12、開斷電流相近的斷路器，SF6的串聯(lián)斷口數(shù)要 少，例如我國(guó)研制的LR - 220型SF6斷路器，單斷口電壓為220KV ;又如500KV的少 油斷路器為68個(gè)斷口，而SF6斷路器只有34個(gè)斷口。SF6的電暈起始電壓比空氣 高得多，介電強(qiáng)度與所加電壓的頻率無關(guān)，但是應(yīng)該引起注意的是電場(chǎng)均勻性、雜 質(zhì)、電極的形狀和不規(guī)則性等，對(duì)SF6的介電強(qiáng)度均有一定強(qiáng)度。SF6氣體中的水分 對(duì)絕緣將發(fā)生影響。SF6中所含水分超過一定濃度時(shí)使SF6在溫度達(dá)200OC以上就可 能產(chǎn)生分解，分解的生成物中有氫氟酸，這是一種有強(qiáng)腐蝕性和劇毒的酸類。此外， 水分的凝結(jié)對(duì)沿邊絕緣也有害的。因此，在SF6的電氣設(shè)備中，應(yīng)嚴(yán)格控

13、制水分的含 量。壓縮空氣斷路器結(jié)構(gòu)：壓縮空氣斷路器的主要構(gòu)成部分是滅弧室。按壓縮空氣吹弧方式，斷路器滅弧 室分為橫吹和縱吹兩種。在實(shí)際應(yīng)用中，通常是兩種吹弧方式同時(shí)存在，但以一種吹弧方式為主。滅弧室的幾種基本形式見圖。a 松吹實(shí)心*夾的畢向站玄 v 市金牌“龐 口的革伽姒吹 d 由紀(jì)十齡口的* r句姒咳白由賁射）。雙面對(duì)種敬 丫丸 衣 伽日片對(duì)乍肽紉I 次1 姓冊(cè)頭 9動(dòng)獨(dú)頭 3 天抓室注：走 4 電嫌阿成圖a是具有絕緣隔板的橫吹滅弧室。氣流方向與電弧軸向垂直。壓縮空氣氣流將電弧 吹入隔板，因此電弧有曲折的形狀，長(zhǎng)度增加,同時(shí)與隔板緊密接觸，使去除電離過程加 速。橫向吹弧方式雖然熄弧效果較好，

14、但滅弧室結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大,一般只用于電壓等 級(jí)較低的斷路器中（例如發(fā)電機(jī)保護(hù)斷路器），而不適用于高電壓，大容量的場(chǎng)合。圖bf是幾種縱吹形式。氣流方向與電弧軸平行。縱吹可分為單向吹?。╞,c,d）和雙 向吹弧（e,f）。在單向吹弧中，兩個(gè)觸頭可均為實(shí)心（棒），或者一個(gè)是空心而另一個(gè)是 實(shí)心。在雙向吹弧中，兩個(gè)觸頭均為空心。圖b是實(shí)心觸頭單向縱吹的滅弧室。壓縮空氣沿電弧軸向高速運(yùn)動(dòng)而強(qiáng)烈吹弧，從而 使電弧直徑縮小、表面冷卻，并從弧隙去除電離粒子。這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是，觸頭頂端 附近未能受到氣吹而易受電弧燒損，弧隙中易有金屬蒸氣而降低弧隙介質(zhì)強(qiáng)度，電弧 易重燃。圖c是具有一個(gè)空心和一個(gè)實(shí)心觸頭的單向縱

15、吹滅弧室。壓縮空氣從弧隙帶走電離粒 子，經(jīng)過空心靜觸頭迅速排到大氣中。氣吹使電弧從靜觸頭噴口的工作面移動(dòng)到其內(nèi) 表面。實(shí)心觸頭端部采用圓錐形。圖d是自由噴射式。在開斷時(shí)，實(shí)心動(dòng)觸頭離開靜觸頭，在滅弧室外部發(fā)生電弧。當(dāng) 動(dòng)觸頭進(jìn)入滅弧室體內(nèi)而完全開放噴口時(shí)，壓縮空氣沖入大氣中，使電弧受到強(qiáng)烈的 橫吹和縱吹。圖e是具有兩個(gè)空心觸頭的雙向吹弧滅弧室。壓縮空氣開始時(shí)對(duì)電弧徑向吹弧，然后 分成兩個(gè)氣流縱向吹弧。對(duì)于雙噴口，兩個(gè)弧根都在觸頭的內(nèi)表面。雙向吹弧比單向 吹弧能更迅速地從弧隙去除電離粒子。但弧隙氣壓較低。為了提高弧隙氣壓，可以將 其中個(gè)空心觸頭做成收縮截面，成為雙向非對(duì)稱縱吹，如圖f所示。特點(diǎn)：

16、動(dòng)作快，開斷時(shí)間短，70年代已使用一周波斷路器。這在很大程度上提高 了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。具有較高的開斷能力，可以滿足電力系統(tǒng)所提出的較高額定 參數(shù)和性能要求?？梢圆捎梅e木式結(jié)構(gòu)，系列性強(qiáng)。油斷路器多油和少油斷路器：多油斷路器 其滅弧室裝在一個(gè)接地金屬箱中，通常用油量較多， 油既用作滅弧介質(zhì)又用作對(duì)地絕緣。多油斷路器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單性能可靠,可以制成超高壓等 級(jí)（如362kV ），并可方便地帶電流互感器，配套性強(qiáng)，戶外使用時(shí)受大氣條件的影響 小。多油斷路器的使用歷史悠久，使用和制造技術(shù)成熟，曾在電力系統(tǒng)中起過重要作 用。但多油斷路器也有很多的缺點(diǎn)，特別是在超高壓等級(jí)時(shí)，體積龐大，消耗大量的 鋼材和變壓器

17、油，運(yùn)輸和安裝均有較大困難，引起爆炸和火災(zāi)的危險(xiǎn)性大。所以多油 斷路器已趨于淘汰。少油斷路器其滅弧室裝在與大地絕緣的油箱中。油箱既可用金屬做成，也可以用絕 緣材料制成。油僅作為滅弧介質(zhì)和斷口間絕緣用，而不作對(duì)地絕緣用，用油量少。少 油斷路器主要由底架、絕緣子、傳動(dòng)系統(tǒng)、導(dǎo)電系統(tǒng)、觸頭、滅弧室、油氣分離器、 緩沖器及油面指示器等部分組成。合閘時(shí),操動(dòng)機(jī)構(gòu)通過傳動(dòng)拐臂連桿（見開關(guān)機(jī)構(gòu)）， 把力傳到主軸，主軸帶動(dòng)3根絕緣拉桿使三極動(dòng)觸桿向上作直線運(yùn)動(dòng)，最后插入靜觸 頭中，操動(dòng)機(jī)構(gòu)扣住觸桿，使斷路器保持在閉合位置。在這一過程中，開斷彈簧拉伸 貯能，為分閘作準(zhǔn)備。分閘是當(dāng)操作機(jī)構(gòu)脫扣時(shí)，由于開斷彈簧力的

18、作用，使主軸轉(zhuǎn) 動(dòng)帶動(dòng)拉桿，從而使動(dòng)觸桿向下運(yùn)動(dòng)。最后因開斷彈簧的預(yù)拉力作用，主軸拐臂緊靠 在分閘定位件上，從而使斷路器保持在斷開的位置上。110kV及以上電壓等級(jí)的戶外 式少油斷路器多采用開斷電弧的單元斷口（或稱開斷單元）串聯(lián)、積木式組合的落地 式總體結(jié)構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)開斷單元的電壓為55110kV。例如SW6型少油斷路器，開斷單元 為55kV,屬于這一系列的220kV和330kV的少油斷路器將取雙柱四斷口和三柱六斷口 的結(jié)構(gòu)，每極由四個(gè)和六個(gè)開斷單元串聯(lián)而成，各斷口上均并聯(lián)電容器以均勻開斷時(shí) 斷口的電壓分布；每極各用一個(gè)單獨(dú)的液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)操作。SW7-220型220kV少油斷 路器，因開斷單元為110kV,所以每極取單柱雙斷口的結(jié)構(gòu)。少油斷路器的突出特點(diǎn)是 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造和維修、價(jià)格低、使用方便。與多