熔断器隔离开关负荷开关

2.高压交流熔断器的基础知识 （1）熔体狭颈的形状对时间-电流特性的影响
（2）熔体材料和熔体厚度的应用范围 在高压限流熔断器中，通常采用纯银作为熔体材料。熔 体厚度的选择要从各方面来考虑，如熔体的结构强度、正常 工作下的散热状况和开断短路电流时的突然发热等，但主要 考虑正常工作下的散热。经常用2片熔体并联来替代相同电 流密度的熔体，这样，正常工作下的温升有显著降低。
（3）冶金效应的应用 为了缩短熔断器在过载电流时的 熔化时间，常在熔体上设置软锡焊点 。当熔断器一旦发生过载现象，则在 熔体的软锡点上发生扩散过程，即软 锡焊点处的锡会渗透到纯银熔体材料 中，这种现象称为金属的扩散作用， 也称冶金效应。利用软锡焊点可以降 低纯金属的熔化温度。举例来说，纯 银的熔点为960度，而加入软锡后， 软锡焊点处的熔点可降低到220度左 右， 可以大大缩短过载电流的熔化 时间。
熔断器、隔离开关、负荷开关
一、熔断器
1.概论
熔断器是一种开断电器，由单个或多个专门设计的熔体 的协调的零部件组成，当电流超过给定值到足够时间，就断 开它所插入的电路而分断电流。熔断器承担着保护电气设备 和电网的重要任务，并且限制了不可避免的事故发生和确保 了用户供电。 按照保护对象的不同，分为三种：电力熔断器，电压互感器 保护用熔断器，电容器保护用熔断器
(2)技术参数 ①时间－电流特性：分为弧前时间－电流特性和熔断时 间－电流特性。下图所示为熔断器的时间－电流特性曲线：
1——弧前时间－电流特性 2——熔断时间－电流特性
②额定电压：熔断器长期工作时和分断后能承受的 电压； 额定电流：允许长期通过的电流。 ③额定分断能力：指在规定使用条件（线路电压、 功率因素或时间常数）下，熔断器所能分断的预期电 流（交流为有效值）。 ④截断电流特性：指在规定的使用条件下，表示 截断电流与预期电流的关系特性，截断电流是任何非 对称情况下所能达到的最大值。 ⑤I2t：表示被熔断器所保护的电路中1Ω 电阻所 释放的焦耳能。
4.高压交流限流熔断器
高压交流限流式熔断器具有下列两个特点：开断短路电流能 力大；具有显著的限流效应，在短路电流还未达到最大值前，电 流即被截断。 高压交流限流式熔断器的基本结构如下图所示。
(1)熔体、内帽和外帽 大多数高压交流限流式熔断器的熔体是绕在陶瓷七星柱骨 架上来支撑的，这样可以缩短绝缘外壳的长度。绕在陶瓷七星 柱骨架上的熔体长度大约为绝缘外壳长度的2.5倍。例如12kV 的高压交流限流熔断器的熔体长度为610~620mm，绝缘外壳长 度为292mm。熔体的两端焊在端盖上，然后装入绝缘外壳内与 内帽焊接，外帽是通过挤压与内帽紧密配合。外帽的外表面均 镀银或锡，以防止大气腐蚀。

5.智能式熔断器
智能化高压限流熔断器在大电流下的开断是靠沿着熔体的 每个狭颈部分熔化和燃弧直到电弧熄灭来完成，而在低过载电 流的开断是按熔断器的额定电压值的大小和设计要求使得熔体 的最小狭颈串联部分燃弧和熄弧来开断电流。在过载电流下， 沿着熔体长度方向的多处布置有化学炸药包，利用它们的爆炸 产生许多燃弧断点来熄灭电弧。
4.真空熔断器
我国真空熔断器的研究开始于1986年，西安交大王季梅 教授与4401厂联合组成试验小组进行研究，开发出了10kV真 空熔断器。真空熔断器具有体积小，性能高的优点。
真空熔断器的熔体处于10-3～10-4Pa气压下工作，没有氧化问题，使用 性能稳定，寿命长。电弧电压很低(数十V)。由于当发生短路故障时，熔体 温度变化基本上为绝热过程，导电杆温度虽较低，熔体温度则很快上升到 达熔点而熔化直至产生电弧。因此，随着预期电流的减小，熔化时间迅速 增加，这样，真空熔断器具有很陡的弧前特性(下图所示)。
(6)限压措施
3.高压交流非限流熔断器
非限流熔断器是一种电流过零的开断装置， 这类熔断器的熔体较短，因此要求能使最初建立 的短电弧尽快拉长。非限流熔断器的结构主要有 三种：羊角开弧式、液体式和喷射式，目前最常 用的为喷射式。
熔体装在由有机材料管做成的熔断件中，用脆的隔膜封 住顶部，管内衬有纤维之类的产气材料。开断故障电流范围 较广。这些熔断器适用于额定电流到100A和额定电压72.5kV 的三相电网，最大分断能力一般限制在150MVA。喷射式熔断 器仅供户外使用，可以从地面上用杆子替换载熔体。
智能熔断器点火装置
二、隔离开关
1.概述
隔离开关是指没有灭弧装置，在大气中进行开断和关合 高压交流电路的开关电器。一般只能在无电流或接近无电流 的情况下开断和关合电路。
在电力系统中，隔离开关起下列作用： 1.将电气设备与电网隔离以保证检修人员的安全。如上图 所示，当断路器QD需进行检修时，可先将它开断，然后将隔离 开关QG1和QG5分开，这样，断路器QD就与电网隔离，可以进行检 修。有时为了更加安全，隔离开关上还可附装一接地装置QJ （上图中虚线所示）。在隔离开关开断以后，接地装置QJ立即 将和被检修设备连接的一个触头接地。 2.用以换接线路。如上图所示线路，当需要将负荷由由母 线1转移到母线2上时，可不用开断断路器QD，只需先将隔离开 关QG2和QG3闭合，再将隔离开关QG1和QG4分开即可。当需要检修断 路器QD时，可先将隔离开关QG6闭合，然后分开隔离开关QG1和QG5。 这样，就可无需中断供电而将电网隔离。同样，在断路器QD检 修后，也可无需停电而将它投入电网运行。
（5）熔断器在三种不同工作状态下的分析 1)正常电流下的工作状态是指通过的电流始终保持在等 于或小于额定电流下的工作状态。温度分布图如下图所示。
2)过载电流下的工作状态 当熔断器超过一定数值的额定电流后，经一定时间，熔体 的温升将达到熔化的温度。这时的功率损耗为W=I2Rt。随着熔 体温度的升高，熔体的电阻也将增大：Rt=R0(1+Δ t)。熔体温 度上升的物理过程如下图所示。
(5)结构设计 欧洲主要有三种高压熔断器的标准结构设计： a.DIN43625型式高压熔断器的结构设计； b.BS2692型式高压熔断器的结构设计：油密封、空气中用； c.NFC64210型式高压熔断器的机构设计。 国产的高压熔断器的结构设计是参照IEC标准的机构设计， 相当于DIN43625和BS2692两种型式的标准结构设计。
鉴于隔离开关的工作特点，它在结构上必须满足下列要求： 1.在分开状态下，应具有明显的间隙，以便清楚地鉴别被检修的设备是 否与电网隔离，从而更好地保证检修工作人员的安全。 2.同极触头间的间隙耐受电压应比每相导体对地绝缘的耐受电压大10－ 15％。这样，当电源侧出现危险的过电压时，首先是相对地或相间发生放 电，而不致由于触头间隙击穿使过电压危害检修人员。 3.由于第1点要求，隔离开关的触头必须敞露在大气中（对某些封闭式 的组合电器是例外），因此，对户外式隔离开关，要求在分开时能破碎覆 盖在触头上的一定厚度的冰层（例如10cm）。 4.在隔离开关本身或其操动机构上应有锁扣装置，以防其在通过短路电 流时由于电动力作用而自动分开。 5.带有接地装备的隔离开关，在其本身或操动机构上，应采取措施保证 只在隔离开关触头分开后，接地装备的触头才能闭合，以及只有接地的触 头分开后，隔离开关的触头才能闭合。 隔离开关在关合和开断时，通常不要求保证一定的速度，所以大多是 简单的手动操动机构进行操作。
非限流熔断器型号表达方式
在正常工作时，熔断体的熔管和下动触头间是用活 动关节锁紧，使动触头在静触头背面的弹簧的压力抵住 保持合闸位置。当电力系统发生短路电流或过载电流时， 熔断件迅速熔断，在熔断管内产生电弧，熔管内衬的产 气材料在电弧作用下产生大量气体，使熔管内形成很高 的压力，沿管内通道形成强烈的电弧纵吹，迅速从管内 喷出，在电流过零点时将电弧熄灭。熔断件熔断后，活 动关节释放，载熔件的动触头在静触头背面的弹簧压力 和载熔件自身的重量而迅速跌落，形成隔离间隙。
(3)熔体
高压熔断器的熔体断口数多， 熔体长。熔体的串联断口数是用来分 配在开断过程中的电弧电压，以便在 电流开断后能承受电源的恢复电压。 它是决定熔断器开断能力的重要因素。 一般熔体的长度约为每kV电压50～ 60mm，每kV电压取4～8个断口。
(4)撞击器(指示器) 高压熔断器一般都装有一个撞击器(指示器),它用来显示 熔断器是否已动作。 a.弹簧式撞击器；b.爆炸式撞击器
熔体在熔化点时，由于热量突然增加使狭颈处电阻迅速 上升。对于大多数的金属熔体的电阻都存在一种熔化的不稳 定现象，同时达到熔化点时狭颈处界面产生恶化也会引起大 量的热量，结果熔体和电弧发生断裂。此时电流迅速下降， 同时电压迅速上升。
熔化时间是过载电流的函数，当电流越大熔化时间越短。
3)短路电流下的工作状态 在短路电流时，由于极陡的电流上升率和极高的电 流密度使熔体在几毫秒内所有狭颈熔化和汽化。熔化和 汽化的瞬间使所有狭颈处像爆炸般的产生电弧，这时几 乎无热量传输，通常称这个状态为绝热状态。 在短路电流期间所产生的电弧能量，熔断器应能可 靠地承受，并且持续到所谓允通电流的数值。熔断器的 开断时间由熔化时间和燃弧之间两部分组成。
(1)熔断器发展史简介
1879年，最早的熔断器如下图所示，是由两根铁丝 连接到一个金属球上，金属球用铅锡合金或其它低熔点 导电材料制成，当有足够大的电流在足够长的时间内通 过熔断器时，金属球会熔化而坠落，使得电路分断。
为了用于高压线路的开断，英国人制造了造价很高的油 浸式熔断器。美国也在较高电压下推广应用油浸式熔断器。 高压喷射跌落式熔断器，开断能力在数百～几千安培， 已经有一百多年的历史。有单端、双端和逐级排气三种。灭 弧原理是利用熔体自身熔断，形成电弧，然后在电弧高温作 用下，将灭弧管内的产气材料气化产生大量气体，再依靠此 气体在电流过零时将电弧吹灭。 高压限流式熔断器，主要用于3～35kV系统。它的基本 结构都是由瓷管或环氧玻璃纤维管、绕于柱式骨架上的熔丝、 灭弧介质和指示触发器等组成。并在两端密封。它的触发器 目前有三种：弹簧式、炸药式、鼓膜式。灭弧原理是靠石英 砂的强烈冷却作用，使得短路电流在达到最大值之前就被切 断。因此，它的开断能力较大，开断时间也特别短。 真空熔断器，体积小，额定电流数百安培，开断电流可 达30kA以上。