(精品)SF6断路器原理、结构及性能特征
SF6断路器原理、结构及性能特征
SF6断路器原理、结构及性能特征青海电力科学试验研究院2009年7月1、SF6气体1.1 SF6气体的基本特性纯净的SF6是一种无色、无嗅、无毒、不可燃的卤素化合物。
SF6气体的化学性质非常稳定，在空气中不燃烧，不助燃，与水、强碱、氨、盐酸、硫酸等不反应，在低于150℃时，SF6气体呈化学惰性，极少溶于水，微溶于醇。
与传统绝缘油相比，其绝缘性能和灭弧性能都较为突出。
SF6气体是由最活泼的氟原子和硫原子结合而成，分子结构是个全对称的八角体。
其分子量较大，为146；SF6气体难溶于水，在常温甚至较高温度下都不会发生化学反应；SF6气体的热传导性能差，仅为空气的2/3，但是其散热性能比空气要好。
图1 SF6分子结构1.2 SF6气体的绝缘性能断路器开断后，触头间间隙绝缘能力的恢复是电弧熄灭的重要因素，间隙中带电粒子的多少决定了绝缘能力的大小。
当触头分开产生电弧后，带电粒子主要是热游离和碰撞游离产生的，由于SF6气体是负电性的气体，而且体积比较大，对电子捕获较易，并能吸收其能量生成低活动性的稳定负离子，其自由行程短，使间隙间难以再产生碰撞游离，大大减少了间隙中的带电粒子。
因此，在一个大气压下，SF6气体的绝缘能力超过空气的两倍，在三个大气压下，其绝缘能力和变压器油相当。
1.3 SF6气体优良的灭弧性能SF6气体在电弧的作用下，接受电能而生成低氟化合物，但电弧电流过零时，低氟化合物能迅速再合成SF6气体。
故弧隙介质强度恢复较快，所以SF6气体的灭弧能力相当于同等条件下空气的100倍。
1.4 影响SF6气体击穿电压的部分因素SF6气体的自屏蔽效应：在极不均匀电场下，当棒电极发生电晕放电后，放电所产生的空间电荷，因热运动向周围扩大，从而形成较为均匀的电晕层，它改善了棒极周围的电场分布，相当于扩大了棒极的半径一样，这种作用叫做电极的自屏蔽效应。
由于SF6气体的分子直径大，分子量大，故与空气相比，它的空间电荷热运动低，使棒极周围的空间电荷密集，而不易向外扩散，因此SF6气体的自屏蔽效应不如空气好。
SF6断路器原理结构及性能特征
SF6断路器原理结构及性能特征SF6断路器是一种高压开关设备，具有很好的绝缘性能和抗电弧能力。
它常用于变电站、发电厂和工业企业中的高压电力系统中，用于控制和保护电力系统的设备和设施。
下面将介绍SF6断路器的工作原理、结构和性能特点。
一、工作原理断路部分：当SF6断路器接通电源时，电流通过断路器内的主触头和固定触头流过。
当需要断开电路时，主触头会先打开，而固定触头仍然保持接通状态，此时电流会由固定触头流经一个可移动的触头，形成磁场。
灭弧部分：在电流通过触头时，会形成电弧。
为了消除电弧，SF6断路器会通过将SF6气体注入灭弧室，同时增加电流的阻抗，使电弧自动熄灭。
灭弧室内的SF6气体由于高热而分解，形成硫化氢和氟化氢等气体，这些气体具有强大的灭弧能力。
二、结构外壳：外壳是断路器的保护外壳，通常由高杆拉杆和防爆装置构成。
高杆拉杆用于操纵断路器的操作机构，而防爆装置则用于防止发生内部电弧形成爆破。
操作机构：操作机构主要由机械传动系统组成，包括手动和电动操作机构。
手动操作机构通过人工操纵来实现断路器的开合操作。
电动操作机构则通过电动装置来实现断路器的远程操作。
电气部分：电气部分是断路器的核心部分，包括断路部分和灭弧部分。
断路部分包括主触头、固定触头和可移动触头等组件。
灭弧部分包括灭弧室、注气装置和灭弧器等。
三、性能特征1.高绝缘性能：SF6气体具有很高的绝缘性能，在高压环境下可以有效抑制电弧的产生，从而保证电力系统的安全运行。
2.强大的灭弧能力：SF6气体具有很强的灭弧能力，能够在电流通过触头时迅速熄灭电弧，从而保证断路器的可靠性和稳定性。
3.快速传输电流：SF6断路器具有较高的开断速度，能够迅速切断电路，在故障情况下可以及时切断电流，确保电力系统的正常运行。
4.高可靠性和稳定性：SF6断路器采用先进的灭弧技术，具有良好的绝缘性能和抗电弧能力，能够在恶劣的电力环境中稳定运行。
5.长寿命和低维护成本：SF6断路器的设计寿命较长，通常可达30年以上，且维护成本较低，减少了运维成本。
SF6高压断路器结构及工作原理
电弧的产生与熄灭
1、电弧的概念 当开关电器开断电路时，电压和电流达到一 定值时，触头刚刚分离后，触头之间就会产生强 烈的瞬间火花，我们称之为电弧。电弧的实质是 一种气体放电现象。 2、电弧的形成 当开关设备的触头分断有载电路时，电子在 强电场的作用下高速冲向阳极，碰撞触头间隙中 的中性质点，发生链式反应。在电场的作用下带 电离子定向移动，使触头间隙由绝缘状态变成导 电状态。触头间隙被击穿通过电流形成电弧。
碟簧
控制模块
主要由电磁阀、换 向阀组成，通过主控室 给出的电信号命令使相 应电磁阀打开阀口，使 换向阀换向从而达到分 闸或合闸的目的。
监测模块
主要由行程开关、安 全阀组成，通过对碟簧的 压缩量的监测带动行程开 关凸轮旋转来断开或闭合 微动开关触点达到为主控 室报警及自动闭锁的目的 。当压力高于规定值时泄 压阀自动开启达到保护机 构的目的。
基本结构: 五大模块
工作模块
主要由工作缸和 活塞杆组成，采用常 充压差动式结构，高 压油恒作用于活塞杆 上端。分合闸运动主 要通过活塞杆下端高 低压油的转换实现。
充能模块
主要由电机、 油泵和一对锥齿轮 组成，通过电机带 动油泵把液压油注 入储能器，将电能 转化成为液压能。
储能模块
主要由储能活塞缸、储能 活塞、碟型弹簧组成.在液压 油的作用下通过储能器活塞压 缩碟形弹簧并将液压能长期存 储在储能活塞缸内，为断路器 分、合闸操作做好必要的能量 储备。
四、液压操动机构
1、液压操动机构是用液压油作为能源来进行
操作的机构。其输出力特件与断路器的负载特性 配合较为理想，有自行制动的作用，操作平稳， 冲击震动小，操作力大，需要控制的能量小，较 小的尺寸就对获得几吨或几十吨的操作力。
SF6讲义_断路器基本结构
SF6讲义_断路器基本结构SF6（六氟化硫）断路器是一种高压开关设备，常用于电力系统中的变电站和输电线路中。
它的主要功能是在系统中断开或接通电路，并保护电力设备免受故障或过载的损害。
下面是关于SF6断路器的基本结构的详细讲义。
一、SF6断路器的基本构造SF6断路器由以下主要部分组成：1、绝缘体罩：绝缘体罩是将断路器内部与外界环境隔离的部分，通常由瓷质或绝缘弧罩组成。
2、断路器主体：断路器主体是SF6断路器的核心部分，包括固定触头、活动触头、熔断器、弹簧机构等。
断路器主体通常由金属材料制成，以确保其良好的导电性能和机械强度。
3、电磁铁：电磁铁是用来关闭或分离断路器触头的部分，通常由磁铁线圈和可移动铁芯组成。
当线圈通电时，磁场将铁芯吸引向触头，使其接通或断开电路。
4、操作机构：操作机构是控制和操作断路器的部分，通常由手动或电动机构组成，可以实现断路器的开关操作和状态监测。
5、SF6气体系统：SF6气体系统是为绝缘和灭弧提供气体的部分，通常包括SF6气体压力容器、过滤器、干燥器等。
气体系统能够维持合适的SF6气体压力和纯度，以确保断路器的正常运行。
二、SF6断路器的工作原理SF6断路器的工作原理主要有以下几个步骤：1、合闸：当断路器关闭时，电磁铁线圈通电，磁场将可移动铁芯吸引向触头，使其接触，电路闭合。
同时，SF6气体在触头之间形成绝缘层，以防止电流过载和火花放电。
2、分闸：当断路器断开时，电磁铁线圈断电，磁场消失，可移动铁芯受到弹簧机构的作用逐渐离开触头，电路打开。
此时，SF6气体将扩散和灭弧，避免产生电弧或火花。
3、灭弧：当断路器打开时，可能会产生电弧或火花。
SF6气体在电弧发生时会立即吸收电弧的能量，同时生成高热和化学火焰来灭弧。
这种灭弧能力使得SF6断路器能够处理高电流和高电压的电路。
三、SF6断路器的优势SF6断路器相比其他类型的断路器具有以下优点：1、高绝缘性能：SF6气体具有良好的绝缘性能，可以防止电弧和火花的产生，从而提供可靠的绝缘保护，尤其适用于高压系统。
sf6断路器
1.SF6断路器的特点1.1 SF6气体特性简介：SF6是无色、无味、无毒，不可燃的惰性气体，具有优异的冷却电弧特性，介电强度远远超过传统的绝缘气体。
在均匀电场下，SF6的介质强度为同一气压下空气的2.5—3倍，在4个大气压下，其介质电强度与变压器油相当。
由于SF6的介质强度高，对相同电压级和开断电流相近的断路器，SF6的串联断口要少。
例如：220kV少油断路器要4个断口，500kV少油开关要6-8个断口，而220kVSF6断路只要1个断口，500kVSF6断路器只要3-4个断口。
一是因为SF6的分子量大，比热大，其对流的传热能力优于空气，二是SF6在高温下的分解特性，在分解反应过程中吸收能量。
SF6这种优良导热性能，是形成SF6灭弧性能的原因之一；另外，SF6吸附自由电子而形成负离子的现象也是其成为优良灭弧介质的原因。
1.2 SF6断路器具有下列优点：六氟化硫断路器具有断口电压高、开断能力强、允许连续开断次数多，噪声低和无火花危险，而且断路器尺寸小、重量轻、容量大、维修量少、检修周期长等优点。
这些优点使传统的油断路器和压缩空气断路器无法与其相比，在超高压领域中几乎全部取代了其他类型断路器；另外在中压配电方面，六氟化硫断路器具有在开断容性电流时不重燃，以及开断感性电流时不产生过电压等优点，正逐步取代其他类型的断路器。
六氟化硫断路器的优良性能得益于SF6气体良好的灭弧特性。
1.3检修维护方面，SF6断路器比油断路器省时省力。
规程规定高压油断路器每3~5年需要大修一次，一台断路器需要12人次/天；一台DW2 -35需要6人次/天，并且需要更换大量的绝缘油，还需要吊车等大型作业工具。
而SF6断路器的检修周期为10年，仅需3人次/天的检查任务，即可检查所有项目。
1.4 SF6断路器所配用机构为弹簧储能型，优于油断路器所用电磁或液压机构。
油断路器配用的电磁机构需要大功率的合闸电源，给运行维护带来一定的不便，所用的液压机构，每到高温天气容易发生泄压、渗漏油等问题。
SF6高压断路器结构及工作原理
SF6高压断路器结构及工作原理
一、SF6高压断路器结构
1、高压开关柜
高压开关柜中包含表示指示装置、保护装置、操作装置、告示装置以及防雷接地装置等，表示指示装置主要用于表示断路的指示，安装在高压开关柜的前壁上；保护装置是用来保护断路器的；操作装置是断路器的操作装置，主要由电动机、操扳机构等构成；告示装置是用来告示断路器的操作状态的，主要由接触器、主路跳闸状态指示器等组成；防雷接地装置是用来把遭受雷击的断路器向地磁耦合掉的装置。
2、负荷开关
负荷开关是断路器的最关键的组成部分，在它的内部防止过载和短路保护，负荷开关由接触器、断路器本身以及真空接触罐等组成。
a.接触器是断路器的打开和关闭的重要组成部分，它由多个接触点组成，当电动机带动接触器转动时，接触器的多个接触点会形成一个电路，从而使断路器的主路跳闸或合闸。
b.断路器本身主要由绝缘材料和接触接点组成，它是由多个绝缘体、熔断器、接线头等组成；
c.真空接触罐是负荷开关的一种附件。
sf6断路器的工作原理
sf6断路器的工作原理
SF6断路器是一种高压开关设备，主要用于控制和保护电力系
统中的高压电路。
其工作原理如下：
1. 气体绝缘：SF6断路器采用六氟化硫（SF6）作为绝缘介质，因为SF6具有良好的电气绝缘性能，能够有效隔离高压电路。
2. 弧光灭弧：当断路器中的电流超过额定值时，产生电弧。
SF6断路器利用其特殊的绝缘性和高热传导性，能够迅速抑制
电弧的发生和发展。
3. 液压操作：SF6断路器使用液压机构来控制断路器的开合操作。
当需要打开或关闭断路器时，液压机构会通过控制油液的流动，推动断路器的运动。
4. 电流传感器：SF6断路器内部配备了电流传感器，用于监测
电路中的电流变化。
一旦电流超过额定值，断路器会迅速动作，以保护电力系统。
5. 高压触头：SF6断路器内部的触头能够承受高压电流，并保
持可靠的电接触。
触头的设计和材料选择是确保断路器正常工作的重要因素。
总之，SF6断路器通过使用SF6绝缘介质、控制电弧灭弧、液
压操作、电流传感器和高压触头等技术，实现了对电力系统的控制和保护。
六氟化硫断路器工作原理
六氟化硫断路器工作原理
六氟化硫断路器是一种常用的高压断路器，其工作原理如下：
1. 高压缺陷产生：当高压电力系统中出现故障或短路时，会产生大量的电弧和电流，可能导致设备损坏或火灾事故。
2. 电弧灭弧室：六氟化硫断路器中的电弧灭弧室是关键部件。
当电流超过设定值时，断路器会迅速分离触头，形成一个间隙。
此时，电流产生的电弧会在室内形成。
3. 电弧灭弧过程：六氟化硫断路器中的电弧灭弧室内注入一定量的六氟化硫气体，使电弧得以扩散和灭弧。
六氟化硫气体具有良好的电弧灭弧性能，能够将电弧温度迅速降低到不足以维持电弧的温度。
4. 电弧灭弧后处理：一旦电弧被扩散和灭弧，断路器会通过电磁力将触头重新闭合，恢复电路的正常工作状态。
同时，六氟化硫气体会吸收电弧能量，使其温度降低到安全范围内。
5. 继续供电：在电弧灭弧之后，六氟化硫断路器能够继续为电路提供正常的电力供应。
如有必要，断路器可以通过控制系统进行再次断开。
总结起来，六氟化硫断路器的工作原理是通过电弧灭弧室内的六氟化硫气体注入，迅速降低和灭除电弧温度，以保护高压电力系统设备和确保电力供应的连续性。
六氟化硫断路器结构及其作用原理
六氟化硫断路器结构及其作用原理六氟化硫（SF6）是一种高热稳定性，无色无味的气体，是目前应用最广泛的绝缘介质之一、六氟化硫断路器是利用六氟化硫的优良绝缘性能和高的电弧灭弧能力来实现断开和合闸电路的一种设备。
下面将详细介绍六氟化硫断路器的结构及其作用原理。
一、六氟化硫断路器的结构1.外壳：六氟化硫断路器通常由一个外壳来封装所有内部组件，保护它们免受外部环境的影响。
2.真空断路器：真空断路器是六氟化硫断路器的主要组成部分之一，用于切断电路中的电流。
真空断路器基本上是一个密封的容器，容器内的真空度非常高，这样可以有效防止电弧的产生和维持，从而实现电流的断开。
3.六氟化硫柜：六氟化硫柜是一个由环氧树脂浇注而成的特殊箱体，用于固定和隔离真空断路器、冷却装置和其他设备。
4.冷却装置：在六氟化硫断路器中，由于电流的变化会产生热量，因此需要冷却装置来冷却设备，以保持正常的工作温度。
5.操作机构：操作机构是六氟化硫断路器的另一个重要组成部分，用于控制断路器的开启和关闭。
一般来说，操作机构包括手动操作机构和电动操作机构。
6.防爆装置：为了防止发生严重的事故，六氟化硫断路器通常配备有防爆装置，一旦发生异常情况，防爆装置会迅速切断电流，避免进一步的事故。
二、六氟化硫断路器的作用原理1.绝缘性能：六氟化硫气体具有很高的电绝缘性能，可以有效地阻止电流通过。
2.电弧灭弧能力：当电流中断时，可能会产生电火花或电弧，这可能导致严重的事故。
六氟化硫气体具有良好的电弧灭弧能力，可以迅速将电弧灭掉，并实现电流的安全断开。
当六氟化硫断路器处于正常工作状态时，电流会通过真空断路器和六氟化硫柜，这时六氟化硫气体保持正常的绝缘状态。
当需要断开电路时，操作机构会触发六氟化硫断路器的断开动作，使真空断路器中断开电流。
在电流中断的同时，电弧由于六氟化硫气体的高弧光容量而迅速灭掉，从而实现安全的电流断开。
总之，六氟化硫断路器通过六氟化硫气体的绝缘性能和高的电弧灭弧能力，实现了对电流的安全断开，保护了电力设备和人员的安全。
sf6断路器工作原理
sf6断路器工作原理
SF6断路器是一种使用稀释的硫化气体（SF6）来灭弧的高压
开关设备。
它通过在电路中加入SF6气体来阻止电流的流动。
当电流达到一定水平时，断路器会自动触发操作，将SF6气
体注入到电弧形成的区域，并迅速将电弧灭掉。
SF6断路器的工作原理主要分为两个步骤。
首先是电弧形成的
过程。
当电流在断路器内部通过时，如果出现故障或有异常情况，电弧会在故障点形成。
这个电弧可导致设备和电路的短路，损坏电力系统。
第二个步骤是灭弧的过程。
当电弧形成时，断路器会侦测到电弧的存在，并迅速将SF6气体注入到电弧区域。
SF6气体具有
良好的绝缘性和灭弧性能，可以有效地阻止电弧的继续扩散和持续。
注入SF6气体后，它会与电弧中的氧气发生化学反应，生成
一种稳定的化合物，从而将电弧彻底灭掉。
灭弧过程非常迅速，在几毫秒甚至更短的时间内完成，这样可以避免电弧对设备和电路的进一步损坏。
SF6断路器的工作原理使得它在高压电力系统中有着广泛的应用。
它可以承受高电压和大电流的负载，同时具有优异的灭弧性能，保证了电力系统的安全运行。
此外，SF6气体具有稳定
性和可靠性，可以长期使用而不需要频繁的维护和更换。
SF6断路器基本结构
SF6断路器基本结构
1.外壳结构：
2.主触头和固定触头：
固定触头通常由铜制成，负责固定主触头和焊接器，以确保电流的正常流动。
3.辅助触头：
4.弹簧机构：
5.隔离开关和接地开关：
SF6断路器的隔离开关和接地开关用于控制电流回路的断开和接通，以及与其他设备的连接。
隔离开关通常采用双列多点触摸式设计，确保在操作期间安全可靠。
接地开关通常归类为电动操作和手动操作两种类型，用于确保断路器的安全操作和维护。
6.灭弧室和灭弧系统：
SF6断路器的灭弧室是整个断路器中最重要的部分，用于控制和灭弧电弧。
灭弧室通常由固定和活动的电极组成，固定电极用于支撑灭弧气体并传导电流，活动电极用于与固定电极之间形成弧道。
灭弧系统主要包括灭弧室内的气体压力和流动控制系统。
总之，SF6断路器的基本结构包括外壳、主触头和固定触头、辅助触头、弹簧机构、隔离开关和接地开关、灭弧室和灭弧系统。
这些组件相互配合，确保断路器的正常断开和闭合操作，以保护电力系统的正常运行。
SF6断路器以其高灭弧效果和可靠性被广泛应用于电力系统中。
SF6断路器原理结构及性能特征
SF6断路器原理结构及性能特征
1.断开过程：当开关操作机构触发时，弹簧机构迅速储能并将动触头和静触头分离。
此时，在断开间隙内产生高频电弧，接着灭弧室内的SF6气体被喷出，高能离子在电场作用下迅速加速，与喷出的SF6气体发生碰撞反应，从而灭弧。
2.合闸过程：当开关操作机构触发时，触头系统通过驱动机构将动触头和静触头接近并最终接触。
此时，触头接触面会发生金属接触，并通过电弧能量的吸收将电弧快速熄灭。
1.高绝缘强度：SF6气体具有很好的绝缘性能，能够承受高压，有效防止电弧产生和电流泄漏。
2.优异的灭弧能力：由于SF6气体的良好灭弧性能，断开电路时可以迅速灭弧，保证设备安全可靠。
3.高可靠性：SF6断路器结构简单紧凑，使用寿命长，可靠性高，能够适应各种恶劣的工作环境。
4.快速动作：SF6断路器的弹簧机构和驱动机构能够实现快速断开和合上电路，提高设备的操作效率和工作效果。
5.低维护成本：SF6断路器的设备维护成本较低，无需经常检修和更换零部件，降低了设备的使用成本。
6.环保性能:相对于空气断路器来说,SF6断路器在绝缘介质和灭弧过程中没有致命的损害以及没有环境风险,可以有效防止空气中可能存在的电弧危险。
总之，SF6断路器以其卓越的性能特点在高压开关设备中得到了广泛的应用。
它不仅能够实现电路的可靠断开和合闸，还能够有效地防止电弧产生，将对设备和人身的伤害降到最低，成为电力系统中不可或缺的重要设备。
SF6高压断路器结构及工作原理参考文档
SF6高压断路器结构及工作原理参考文档一、SF6高压断路器的结构1.断路器本体断路器本体是SF6高压断路器的核心组成部分，主要由固定触头、可移动触头和电气隔离器构成。
(1)固定触头固定触头一般由铜制成，用于接入电流。
它需要具备良好的导电性能和热稳定性。
(2)可移动触头可移动触头一般由电动机驱动，通过操作机构的升降运动来实现与固定触头的接触和分离。
在触头分离时，断路器可以实现电流的截断。
(3)电气隔离器电气隔离器用于隔离断路器的固定触头和可移动触头，以防止由于电弧引起的触头烧损和短路。
2.操作机构操作机构是用来控制断路器升降运动的设备，一般由电动机、齿轮传动装置和传动杆等组成。
操作机构可以实现断路器的开断和合闸，并确保可移动触头与固定触头的良好接触。
3.连接器连接器用于将断路器与电力系统的导线连接起来，一般由导电材料制成，具有良好的导电性能和机械强度。
二、SF6高压断路器的工作原理SF6高压断路器的工作原理是基于机械运动和气体绝缘特性的。
当断路器处于合闸状态时，固定触头和可移动触头通过连接器形成一条导电通路。
断路器工作时所承受的电流流经触头，此时断路器处于封闭状态，电流顺利通过。
当需要开断电路时，操作机构先将可移动触头升起，使其与固定触头分离。
分离之后，在触电断开距离内就会形成电弧。
为了保护触头，防止由于电弧引起的触头烧损和短路，SF6气体会被注入触电断开距离内，形成强大的绝缘和灭弧介质。
SF6气体具有较好的绝缘性能和灭弧能力，可以使电弧迅速断开，并隔离电弧与触头。
当电弧断开后，通过惰性气体的作用，电弧会迅速冷却，并逐渐熄灭。
断路器重新合闸时，操作机构将可移动触头降下，与固定触头再次接触，恢复导电状态，电流再次顺利通过。
总结：SF6高压断路器是一种常见的高压开关设备，主要由断路器本体、操作机构和连接器组成。
断路器本体包括固定触头、可移动触头和电气隔离器。
操作机构通过机械运动控制断路器的开断和合闸操作，而连接器用于将断路器与电力系统的导线连接起来。
SF6断路器构造及其工作原理
合闸弹簧 储能传动装置
分闸闭锁 分闸系统
合闸闭锁
合闸系统 分闸弹簧
分合闸命令 (机械/ 电气)
辅助单元
FK-4弹簧机构动作模型
此图单击可播放 合闸凸轮
合闸系 统 分闸 系统
指示器 （合闸弹 簧位置： 储能或释 能） 指示器 （断路 器位置： 合闸或 分闸）
凸轮
FK-4弹簧机动作过程（合闸）
合闸线圈 通电动作
SF6断路器简介
1个操作机构: 三相机械联动
3个操作机构 : 单相操作或三相电气联动
GL314型断路器主要部件组成
• 断路器由三个级组成， 每个级都是由弹簧操 作机构驱动的。
• A—断路器的极 • B—支架 • C—操作机构
级
支 架
操 作 机 构
GL314型断路器主要部件组成
• 断路器的极由三部分 组成。 • 灭弧室（1） • 支柱（2） • 传动箱（3）
静触 静 头座 弧 触 头 开 断 单 元 热 膨 胀 室 喷 气 室 带 门 双 阀 的 活 塞 动触头座
GL314型断路器灭弧室的工作原理
上接线板 静触头座 主触头 动触头 动触头座 动触头 下接线板 动触头座 上接线板
主触头
下接线板
GL314型断路器灭弧室的工作原理
Vt
Vc
合闸位置
Vt : 热能室
压气过程
热能效应
Vc : 压气室
分闸位置
此 图 单 击 可 播 放
灭弧过程动态演示
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GL314型断路器开断原理
• 分闸全过程
• 开始分闸 • 热效应开断
反向 定触 头 上部动触 头系统 静弧触头 主触头 弧触头 动触头
六氟化硫断路器结构及其作用原理
六氟化硫断路器结构及其作用原理SF6断路器的基本结构包括固定触头、活动触头、断路器弧室、充气机构和操作机构。
固定触头和活动触头由铜制成，它们用于分隔断路器闭合时的电流和断开时的电弧。
断路器弧室包括电弧排气室和电弧控制室，用于稳定和控制电弧。
SF6断路器的作用原理是利用六氟化硫（SF6）气体的特殊性质。
SF6气体具有优异的电绝缘性能、热稳定性和化学稳定性。
当断路器闭合时，固定触头和活动触头之间形成一个闭合的回路，电流可以顺利通过。
当断路器需要断开电路时，电弧被形成，并且被引导到电弧排气室中。
在电弧排气室中，SF6气体会被强力的电磁场作用下进行充分激发，形成一个高能自由电子云。
当电子以极高的速度撞击SF6气体分子时，会发生电离现象，生成大量正、负离子对。
这些离子对会形成一个高浓度的等离子体电弧，而等离子体电弧可以有效地限制电流和分离触头。
在电弧控制室中，等离子体电弧会被强制冷却和控制。
这是通过将SF6气体喷射到电弧上方形成一个冷却柱来实现的。
冷却柱将控制电弧的温度和长度，使电弧达到可控的状态，并尽快熄灭。
除了六氟化硫（SF6）气体的电绝缘性能和热稳定性，SF6断路器还具有许多其他优点。
它具有高的电击穿电压和强大的灭弧性能，能够在高电流和高电压下工作。
此外，SF6断路器还具有较小的体积和重量，灵活的操作和可靠的运行。
总而言之，六氟化硫断路器结构复杂，但工作原理简单明了。
通过利用SF6气体的优良性能，SF6断路器可以高效地断开电路，保护电力系统。
它在电力行业中具有广泛应用，对于确保电力系统的安全和可靠运行起到了重要作用。
高铁变电所高压断路器的运行与维护—SF6断路器的特性和原理
二、SF6断路器结构类型
SF6断路器结构按照对地绝缘方式不同分两种类型：
（1）落地罐式
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二、SF6断路器结构类型
（2）瓷柱式
瓷柱式断路器灭弧室可 布置成“T”形或“Y” 形，220kVSF6断路器随 开断电流增大，制成单 断口断路器，布置成单 柱式，如图所示。灭弧 室位于高电位，靠支柱 绝缘瓷套对地绝缘。
② 排出的 SF6废气通过滤罐过滤有毒粉尘后放到大 气中。
③ 断路器部件的拆装、检修一般应在干燥、清洁的 室内进行，现场检修时天气应稳定无雨且空气湿度 不得大于80％。
④ 为防止断路器内部进入潮气和灰尘，拆卸处理过 的部件应马上用塑料布（袋）包好并系紧。
SF6断路器灭弧室结构基本上可为单压式和双压式两种
（1）单压式（压气式）灭弧室 （2）双压式灭弧室
• 又分为变开距和定开距两种 • 它有高压和低压两个气压
• 单压式灭弧室 又称压气式灭弧 系统。灭弧时，高压室控
室。只有一个气压系统，即常 制阀打开，高压SF6气体经
态时只有单一的 SF6气体。灭 弧室的可动部分带有压气装置
过喷嘴吹向低压系统，再 吹向电弧使其熄灭。灭弧
，分闸过程中，压气缸与触头 同时运动，将压气室内的气体
室内正常时充有高压气体 的称为常充高压式；仅在
压缩。触头分离后，电弧即受 灭弧过程中才充有高压气
到高速气流纵吹而将电弧熄灭 体的称为瞬时充高压式。
三、SF6断路器的灭弧室基本结构与灭弧
单压式结构简单，但开断电流小、行 程大，固有分闸时间长，而且操动机构 的功率大。近年来，单压式SF6断路器采 用了大功率液压机构和双向吹弧，以被 广泛采用，并逐渐取代双压式。
• 当电极上电弧电流大于 10kA时，阴极斑点受电磁 力的作用相互吸引，使所 有的阴极斑点集聚成一个 运动速度缓慢的阴极斑点 团(其直径可达1～2cm)， 形成单束大弧柱，且电极 强烈发光，触头表面将出 现熔坑，这种形态的电弧 称为集聚型电弧，这种电 弧将难以熄灭。
六氟化硫断路器结构及其作用原理
按灭弧介质分：有油浸式、真空式和空气式；
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按动作速度分：有快速型和普通型；
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按极数分：有单极、二极、三极和四极等；
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按安装方式分：有插入式、固定式和抽屉式等。
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断路器的分类
六氟化硫
SF6气体比空气重5.135倍,一个大气压时，其沸点为-60℃。在150℃以下时,SF6有良好的化学惰性，不与断路器中常用的金属、塑料及其他材料发生化学作用。在大功率电弧引起的高温下分解成各种不同成分时，电弧熄灭后的极短时间内又会重新合成。 SF6的介电强度很高,且随压力的增高而增长。SF6 灭弧性能好，在一个简单开断的灭弧室中，其灭弧能力比空气大100倍。
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无毒的不可燃气体；
04
分子结构稳定，分子直径大；
05
分子量大，密度大
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化学性质：
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一般情况下，不与其他物质发生化学反应，腐蚀
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性小；
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具有较强的电负性（电负性是指分子或原子吸收
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自由电子而形成负离子的特性）。
SF6气体的物理及化学性质有哪些？
SF6气体无色、无毒、无味，分子量为146，空气为28，相同条件比较，SF6气体比空气重；氮气（N2）在 -146.8℃以下可能被液化（O2在-118.8液化），而SF6气体在45.6℃以上才恒为气态，所以在通常使用条件SF6气体有液化的可能，因此SF6气体不能在过低温度和过高压力下使用。
SF6气体在电弧高温的作用下，与水发生的化学反应从中还会分解出SOF2、SO2F2、SOF4、HF等既有害又有毒杂质。
SOF4对动物的肺有伤害作用，其毒性会影响呼吸系统：
SO2F2称为“氟化氩硫酸”，它是无色有窒息性臭味的剧毒气体，能造成动物的严重肺水仲，使肺部产生大量的渗出物并阻止气体在肺部的上交换。使动物窒息致死。
SF6断路器工作原理
SF6断路器工作原理SF6 断路器优点以SF6 气体作为开关的绝缘和灭弧介质，SF6 气体是一种性能非常稳定的惰性气体，它无毒、无火焰，具有很强的灭弧能力，而且还具有很强的吸附自由电子的能力，使之成为带负电荷的离子，从而提高了开关的绝缘水平，使开关触头的绝缘强度能够尽快地恢复。
SF6 断路器的特点（1）适用于高电压电网，断开故障线路，容易排除短路故障，电弧不经重燃，就可以切断负荷电流，而且由于灭弧介质与第一次断开时的情况相同，第二次断开时仍能快速切断。
（2）独立性：采用单压密闭系统，不需任何辅助设备。
（3）可靠性：结构简单、操作安全，可在-40℃- +40℃之间使用。
（4）安全性：SF6 无毒、无火焰，由于在密闭装置内使用不会有气体排向大气，并且 SF6具有吸音作用，操作时几乎没有声音。
（5）几乎不需要检查和保养。
（6）检修周期长，一般为 15 年以上。
SF6 断路器部件说明（1）灭弧室：双吹型、包括密封瓷套、静触头、动触头。
（2）接线端子，装在外边灭弧室下部。
（3）支持瓷套：由三个瓷质绝缘套构成，作为断路器的对地绝缘。
（4）底部箱：作为断口底座，可靠地置于支架上。
（5）充气与监测装置：给开关补充SF6 气体及监视SF6 气体压力，由气体密度继电器进行监视。
SF6 断路器工作原理断路器的分合是通过控制装置内的专用线圈带电使导电杆动作来实现的。
断路器合闸后由操作机构里的脱扣掣子装置使断路器保持在合闸状态，断路器合闸过程中分闸弹簧和合36 闸弹簧机构均自动储能，为断路器分闸和下一次断路器合闸作好准备，当断路器得到分闸指令时，分闸电磁铁得电带动脱扣掣子装置使断路器分闸。
（1）合闸过程：1）先将开关顶部的并联电阻接入。
2）再接入灭弧触头。
3）最后接入主触头。
（2）分闸过程：1）主触头与静触头分离。
2）灭弧触头分开。
3）并联电阻脱离。
（3）SF6 断路器灭弧原理如图所示为SF6 断路器的灭弧室结构。
正常运行时，断路器动、静触头处于紧密接触状态。
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SF6断路器原理、结构及性能特征青海电力科学试验研究院2009年7月1、SF6气体1.1 SF6气体的基本特性纯净的SF6是一种无色、无嗅、无毒、不可燃的卤素化合物。
SF6气体的化学性质非常稳定，在空气中不燃烧，不助燃，与水、强碱、氨、盐酸、硫酸等不反应，在低于150℃时，SF6气体呈化学惰性，极少溶于水，微溶于醇。
与传统绝缘油相比，其绝缘性能和灭弧性能都较为突出。
SF6气体是由最活泼的氟原子和硫原子结合而成，分子结构是个全对称的八角体。
其分子量较大，为146；SF6气体难溶于水，在常温甚至较高温度下都不会发生化学反应；SF6气体的热传导性能差，仅为空气的2/3，但是其散热性能比空气要好。
图1 SF6分子结构1.2 SF6气体的绝缘性能断路器开断后，触头间间隙绝缘能力的恢复是电弧熄灭的重要因素，间隙中带电粒子的多少决定了绝缘能力的大小。
当触头分开产生电弧后，带电粒子主要是热游离和碰撞游离产生的，由于SF6气体是负电性的气体，而且体积比较大，对电子捕获较易，并能吸收其能量生成低活动性的稳定负离子，其自由行程短，使间隙间难以再产生碰撞游离，大大减少了间隙中的带电粒子。
因此，在一个大气压下，SF6气体的绝缘能力超过空气的两倍，在三个大气压下，其绝缘能力和变压器油相当。
1.3 SF6气体优良的灭弧性能SF6气体在电弧的作用下，接受电能而生成低氟化合物，但电弧电流过零时，低氟化合物能迅速再合成SF6气体。
故弧隙介质强度恢复较快，所以SF6气体的灭弧能力相当于同等条件下空气的100倍。
1.4 影响SF6气体击穿电压的部分因素SF6气体的自屏蔽效应：在极不均匀电场下，当棒电极发生电晕放电后，放电所产生的空间电荷，因热运动向周围扩大，从而形成较为均匀的电晕层，它改善了棒极周围的电场分布，相当于扩大了棒极的半径一样，这种作用叫做电极的自屏蔽效应。
由于SF6气体的分子直径大，分子量大，故与空气相比，它的空间电荷热运动低，使棒极周围的空间电荷密集，而不易向外扩散，因此SF6气体的自屏蔽效应不如空气好。
从而使得SF6气体的击穿电压和起晕电压比较接近。
不象空气那样，击穿电压和起晕电压相差较大。
由于当电场强度不断增大时，SF6气体中的带电质子的增长速度较空气大的多，而电晕的自屏蔽效应又不如空气，所以SF6气体在不均匀电场中的击穿电压，要比均匀场低很多。
因此电场是否均匀，对SF6气体的击穿电压影响很大。
在高压开关设备尤其是GIS设备的设计和制造中要求所有转角之处都要呈圆弧形，不能有棱角。
电极周围要用均压罩屏蔽。
安装中不能有划痕和凹凸不平之处存在。
采用这些措施的所有目的就是为了保证电场均匀。
1.5 低温环境和含水量对SF6气体的影响从机理上讲，SF6气体属卤族化合物，具有强负电性，对电子有较强的吸附能力。
在一定条件下，SF6气体发生SF6+e=SF6-的反应，生成负离子，使绝缘空间的电子数减少，而且负离子的体积大，活泼性差，可抑制绝缘空间的电子游离过程，从而提高了绝缘强度。
SF6气体有如下特点：与空气、水分作用会产生较强的绝缘效果。
在一定体积的空气中，渗入少量的SF6气体，可显著提高空气的绝缘强度。
但在SF6气体中加入少量的空气，则SF6气体的绝缘强度会明显下降，这叫做空气对SF6气体绝缘强度的负作用，因而控制空气的渗入是一个重要问题。
为此，在电气设备充入SF6气体前，必须对设备内部先进行真空处理和密封性试验。
此外，电弧在SF6气体中燃烧时，电弧电压较低，燃弧时间也短。
因此，触头断开后触头烧损很轻微，不仅适用于频繁操作，也延长了检修周期。
SF6气体也有如下缺点：含有水分的SF6气体在电弧的高温下，会分解出一些硫的低氟化合物，这些低氟化合物有较强的毒性和刺激性，对人体有危害,，对许多绝缘材料、导电材料也有腐蚀作用。
当SF6气体中水分含量大得足以引起在绝缘表面结露时，击穿电压会显著下降，尤其在温度较低时更易造成水分的凝结。
由此我们可以得出以下结论，SF6气体为了适应在高海拔低温地区运行，必须要解决一下几个问题：首先，控制SF6气体中水分含量是一个重要问题。
控制水分含量的方法是：严格控制所使用的SF6气体的含水量，防止水分进入开关设备本体。
同时在充气的过程中，也有可能从充气管道和阀门带入水分，或者开关内部的其它固体部件吸附的水分也有可能在运行中释放出来。
这些环节如果任何一个出现疏忽，都有可能把水分带入气体中。
还有进行SF6微水测量时，由于气体温度的影响也有可能给测量结果引入误差，这些在现场安装和试验过程中都要引起充分的重视。
其次是SF6气体的低温液化问题。
SF6气体在一个大气压时的临界液化温度约为－45.6℃，而当断路器内的工作压力约为0.6Mpa，此时它的临界液化温度约为－28.5℃如图2。
对于户外罐式断路器，目前国内部分设备在低温运行中采取了一些措施如使用SF6-N2、SF6-CF4混合气体。
这些混合气体断路器可用于-45℃的高寒地区，但由于混合气体吸收电子的性能比SF6差，造成混合气体灭弧能力下降，故混合气体目前仅在部分电压等级较低的断路器中有过实际的应用，还没有在超高压和特高压等级的开关设备中使用。
图2 SF6气体压力与环境温度关系曲线解决低温地区高压SF6断路器可靠运行的另一种经济实用和行之有效的方法就是直接对高压sF6断路器内的气体进行加热。
通过加热装置向断路器输入热量，使设备在-30℃～-45℃的低温环境下仍能保持在闭锁气压之上，以保持绝缘水平和额定开断能力。
在环境温度高于产品允许的最低温度时，不必投入加热装置。
目前这种设计已被国内外的部分开关制造厂家所采用,并取得了一些运行经验。
俄联邦核中心高压电器研究所研制的126kV罐式SF6断路器，额定断路开断电流40kA，SF6气体的额定电压为0．55MPa(20℃)，该产品可以在一5O℃的低温环境下正常工作，其技术关键就是在罐体外侧加装了两个300W 的电加热带。
国内新东北电气沈阳开关有限公司生产的550kV GIS设备采用2组4500W的罐体加热装置，工作方式为“一工作一备用”，目前该型号GIS设备已在极限温度为-48℃的伊敏变电站挂网运行。
因此可根据断路器的结构特点，对其灭弧、SF6的加热。
由于在气室内部安装加热装置会对设备内部电场分布和绝缘介质造成负面影响，因此一般采用在断路器罐体外部安装加热装置的方式进行设计。
为提高加热效率，在外侧还应加装保温层和防护层。
同时在二次回路设计中需要解决运行时的温度监测和温度控制，实现加热装置的自动投切。
2 SF6高压断路器的发展SF6气体引起高压开关设备的最有深远影响的革新，它贯穿中压、高压、超高压及特高压。
国外从50年代开始研究高压断路器，断路器的发展经历了双压式—单压式—自能灭弧式三个阶段。
工业上首次将SF6用于开断电流始于1953年，当时只做出了15-161kV高压负荷开关，开断电流为600A。
美国开创了将SF6气体用于高压断路器的先河。
1956年，美国西屋公司首先开发出115kV（5kA）断路器。
该断路器每相由6个断口串联而成。
1959年，西屋公司又开发出138kV （41.8kA）和230kV（37.6kA）三相落地罐式断路器，每相由三个断口串联而成。
SF6气体绝缘压力为0.3MPa，吹弧压力为1.35MPa。
同时，美国GE公司于1959年开发了230kV三断口双压式SF6断路器，并于1965年开发出345～700kV四～八断口双压式SF6断路器。
当美国两家公司在大力发展SF6断路器时，欧洲的诸多公司还在竞先开发少油和空气断路器。
1969年美国西屋公司的SF6断路器基本专利失效，欧洲和日本诸多公司很快推出了他们的SF6断路器产品，而且直接或间接的转入单压式。
美国西屋公司和GE公司虽然最早开发了SF6断路器，但以后并没有再造辉煌，欧洲和日本后来居上，一直处于开发的领先地位。
2.1 双压式第一代双压式SF6断路器在原理上是由空气断路器派生而来的。
灭弧高压区压力为1.5MPa，低压区压力为0.3MPa。
开断时，随着气流从高压力区流向低压力区而熄弧，故称之为双压式。
此种断路器由于使用了高压力因而带来一系列弊病。
虽然开断能力强，开断时间短，但由于其结构复杂，容量低，使用麻烦，很快被单压式所取代。
特别是美国西屋公司的735kV双压式断路器于1966年底至1967年相继发生了5次爆炸，引起了美国政府的关注。
当时位于断路器底部的电热器未能对顶部的灭弧室奏效，造成了灭弧室因闪络放电而爆炸。
美国西屋公司从此一蹶不振，并于1986年关闭了设在曼彻斯特的高压开关厂。
2.2 单压式单压式设计原理首次出现在60年代，但它完全成熟则是在70年代。
许多公司竞相开展研究工作，原来搞双压式的公司也改为研究单压式，如ABB、西门子公司等。
也有的公司未搞双压式而直接进入单压式产品开发，如AEG和ALSTHOM公司等。
它的工作原理是灭弧期间机械压缩SF6气体，以提高到所需压力供灭弧之用。
断路器正常通电运行时保持一种较低压力（0.5MPa左右）的气体，分断过程中，利用触头及气缸的运动产生压气作用，压气室内的气体受压缩使压力增大，在喷口处形成气流向低压流出，产生了与双压式类似的气吹效果。
与双压式比较，没有高压气体的贮藏问题，气体回收程序也被省去。
2.3 自能灭弧式1984年以来，SF6断路器的模拟技术和计算技术得到了长足的发展，人们通过对断路器动态特性的模拟，对电弧的模型化，对气流场和电场的综合计算，使之对断路器的开断现象有了进一步的认识。
利用电弧本身的能量加热 SF6气体，建立高压力，形成压差，通过高压力 SF6气体膨胀，而达到熄灭电弧的目的。
这样做有两个好处：一是不用操动机构提供压缩功，故大大减轻了机构负担，可不用大容量液压机构而采用低操作功的弹簧机构。
二是简化了灭弧室的结构，缩小了尺寸。
新的自能灭弧室大多采用混合灭弧原理，即利用膨胀助吹的原理，有效地解决了开断大电流和小电流的矛盾。
3、SF6高压断路器分类和结构特点目前SF6断路器在高压以上等级居主导地位。
它从高压126kV和252kV到超高压550kV和800kV直到特高压1100kV。
双压式已被淘汰；单压式（压气式）目前已用到550kV及1100kV 级；热膨胀式原理方兴未艾，现做到110～245kV级，正向420kV努力。
断路器二次智能化集微电子技术、传感技术、计算机技术等于一体，实现开关智能控制和保护，断路器维护的发展趋势也将由“定期维护”到“状态维护”转变。
3.1 压气式SF6断路器的结构和工作原理压气式SF6断路器在结构上，有支柱式和罐式之分；在灭弧室结构上，有变开距和定开距之分；在灭弧原理上，以压气为主，也有的加进热膨胀为辅的混合灭弧。
3.1.1 变开距灭弧室结构原理如图3为压气式变开距灭弧室结构原理图3压气式变开距灭弧室的结构原理与动弧触头连成一体的压气筒，在机构的带动下压缩压气筒内的SF6气体，受压缩的高压SF6气体通过喷口对动、静触头间的电弧进行有效的吹弧，在电流过零时被熄灭。