高压电气设备

4.4.3 高压开关电气设备
六氟化硫断路器（按灭
弧方式分单压式和双压式； 按总体结构分为落地箱式和 支柱瓷瓶式）
用SF6气体作绝缘和灭 弧介质，具良好绝缘 和电气性能，属免维 护产品。但SF6气体一 旦泄漏，与周围介质 生成氟化物有剧毒， 故须进行漏气监视和 报警。
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GN6型和GN8型隔离开关 （a）GN6型 （b）GN8型 1—底座 2—支柱绝缘子 3—静触头 4—闸刀 5—拉杆瓷瓶 6—转轴 7—套管绝缘子 8—拐臂
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图4—4 户内型分离式 真空断路器
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真空断路器
用真空作绝缘和灭弧介 质，动、静触头间的开 距小，熄弧时间很短， 介质绝 缘强度恢复快 ，触头磨损小，基本免 维护，适合于频繁操作 的埸所，体积小，重量 轻，无火灾和爆炸危险 且噪声低。但容易因截 流而引起过电压。
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真空断路器的特点有： 1）开断能力强，可达50kA，开断后断口间介质恢复速 度快，介质不需要更换。 2）触头开距小，10kV级真空断路器的触头开距只有 10mm左右，所需的操作功率小，动作快，操作机构可以简 化，寿命延长，一般可达20年左右不需检修。 3）熄弧时间短，弧压低，电弧能量小，触头损耗小， 开断次数多。 4）动导杆的惯性小，适用于频繁操作。 5）开关操作时，动作噪音小，适用于城区使用。
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5）SF6气体密封条件好，能够保持装置内部干燥，不受外 界潮汽的影响。 6）SF6气体良好的灭弧特性，使得燃弧时间短，电流开断 能力大，触头的烧损腐蚀小。触头可以在较高的温度下运行而不 损坏。 7）燃弧后，装置内没有碳的沉淀物，所以可以消除电磁 痕，不发生绝缘的击穿。 8）由于SF6气体具有良好的绝缘性能，故可以大大减少装 置的电气距离。 9）由于SF6开关装置是全封闭的，可以适用于户内、居民 区、煤矿或其它有爆炸危险的场所。
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（2）SF6断路器：
以SF6气体作为灭弧和绝缘介质的断路器称为SF6断路器。SF6是一 种惰性气体，无色、无味、无毒、不燃烧，比重是空气的5.1倍。SF6 的特性是能在电弧间隙的游离气体中强烈地吸附自由电子，在分子直 径很大的SF6气体中，电子运动的自由行程不大，在同样的电场强度下 产生碰撞游离的机会减少，这就使得SF6有极好的绝缘和灭弧能力，与 空气相比较，SF6的绝缘能力约高3倍，灭弧能力约高百倍。因此SF6断 路器，可采用简单的灭弧结构以缩小继路器的外形尺寸，却具有较强 的开断能力。此外，电弧在SF6气体中燃烧时电弧电压特别低，燃弧时 间短，所以断路器开断后触头烧损很轻微，不仅可以频繁操作，同时 也延长了检修周期。
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2．高压隔离开关． 高压隔离开关也称刀闸，是建筑供配电系统中使用最 多的一种高压开关电器。隔离开关是一种没有灭弧装置 的控制电器，因此严禁带负荷进行分、合闸操作。由于 它在分闸后具有明显的断开点，因此在操作断路器停电 后，将它拉开可以保证被检修的设备与带电部分可靠隔 离，产生一个明显可见的断开点，借以缩小停电范围， 又可保证人身安全。
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（3）少油断路器： 少油断路器是在多油断路器的基础上发展起来的。 少油断路器的用油量很少（一般只几千克），其油主 要起灭弧作用，不承担触头与油箱间的绝缘，因此相 对多油断路器而言，其结构简单，节省材料，使用维 护方便并得到广泛应用。但相对真空断路器及SF6断路 器而言，少油断路器将会逐渐被取代。
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熔体熔断的物体过程中下：当短路电流或过负荷电流通过熔 体时，熔体发热熔化，并进而气化。金属蒸汽的电导率远比固态 与液态金属的电导率低，使熔体的电阻突然增大，电路中的电流 突然减小，将在熔体两端产生很高的电压，导致间隙击穿，出现 电弧。在电弧的作用下产生大量的气体促成强烈的去游离作用而 使电弧熄灭或电弧或电弧与周围有利于灭弧的固体介质紧密接触 强行冷却而熄灭。 高压熔断器的种类很多，按安装地点可分为户内式和户外式， 按是否有限流作用又可分为限流式和非流式等。如图4-8示出RW— 10型跌开式熔断器外形图。
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由于负荷 开关的特点，一般不作为直接的保护开关， 主要用于较为频繁操作的场所，非重要的场合，尤其在小容 量变压器保护中，采用高压熔断器与负荷开关相配合，能体 现出较为显著的优点。当变压器发生大电流故障时，由熔断 器动作，切断电流，其动作时间在20ms左右，这远比采用断 路器保护要快的多，正常操作由负荷开关完成，提高了灵活 性。在10kV线路中采用负荷开关，以三相联动为主，当熔断 器发生故障时，无论是三相或是单相故障，当有一相熔丝熔 断后。能迅速脱扣三相联动机构，使三相负荷开关快速分断， 避免造成三相不平衡和非全相运行。
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SF6气体是目前知道的最理想的绝缘和灭弧介质。 它比现在使用的变压器油、压缩空气乃至真空都具有无 可比拟的优良特性。正因为如此，使其应用越来越广， 发展相当迅速，不仅在中压、高压领域中应用，特别在 高压、超高压领域里更显示出其不可取代的地位。 SF6断路器根据其灭弧原理可分为双压式、单压式、 旋弧式结构。图4—5所示为LW8—35型SF6断路器外形图。
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高压负荷开关在配电网的应用已经得到了供电部门 的认可，据有关资料介绍，高压负荷开关在国外使用数 量已达到断路器5倍，并有继续增长趋势。这几年来随 着城市电网的改造，负荷开关的使用量起来越多，如环 网开关柜，负荷开关配用熔断器，作为高压设备保护已 经起来越受到重视，并且结构简单，制造容易，且价格 比较便宜，受到用户的认可。
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6）灭弧介质或绝缘介质不用油，没有火灾和爆炸 的危险。 7）触头部分为完全密封结构，不会因潮汽、灰尘、 有害气体等影响而降低其性能。工作可靠，通断性能稳定。 灭弧室作为独立的元件，安装调试简单方便。 8）在真空断路器的使用年限内，触头部分不需要 维修、检查，即使维修检查，所需时间也很短。 9）在密封的容器中熄弧，电弧和炽热气体不外露。 10）具有多次重合闸功能，适合配电网中应用要求。 所以，真空断路器适用于频繁操作和要求高速开断的场 合。
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SF6气体所具有的多方面的优点使得SF6断路器设计的更加精 巧、可靠、使用方便，其主要优点为： 1）绝缘性能好，使断路器结构设计更为紧凑，节省空间，而 且操作功小，噪音小。 2）由于带电及断口均被密封在金属容器内，金属外部接地， 更好地防止意外接触带电部位和防止外部物体侵入设备内部，设备 可靠。 3）无可燃性物质，避免了爆炸和燃烧，使变配电所的安全可 靠性提高。 4）SF6气体在低气压下使用，能够保证电流在过零附近切断， 电流截断趋势减至最小，避免截流而产生的操作过电压，降低了设 备绝缘水平的要求，并在开断电容电流时不产生重燃。
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（1）隔离开关的功能
1）隔离电源 将需要检修的线路或电气设备与电源隔离，以 保证检修人员的安全。隔离开关的断口在任何状态下都不能发生火花 放电，因此它的断口耐压一般比其对地绝缘的耐压高出10%～15%。必 要时应在隔离开关上附设接地刀闸，供检修时接地用。 2）倒闸操作 根据运行需要换接线路，在断口两端有并联支 路的情况下，可进行分、合闸操作，变换母线接线方式等。 3）投、切小电流电路 可用隔离开关开断和关合某些小电流 电路。例如电压互感器、避雷器回路；励磁电流不超过2A的空载变压 器和电容电流不超过5A的空载线路；变压器中性点的接地线（当中性 点上接有消弧消圈时，只有在系统没有接地故障时才可进行）等。
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1．高压断路器 高压断路器是高压配电装置中的重要电器，其用途 是用来使高压电路在正常情况下接通或断开，以及在 事故情况下自动切断故障电路，恢复正常运行。 高压断路器按灭弧介质的不同主要有真空断路器、 六氟化硫（SF6）断路器和少油断路器。
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（1）真空断路器： 以真空作为灭弧和弧绝缘介质的断路称为真空断路器。 所谓真空是相对而言的，是指气体压力在1.3×10-2Pa以下 的空间。由于真空中几乎没有气体分子可供游离导电，且 弧隙中少量导电粒子很容易向同围真空扩散，所以真空的 绝缘强度比变压器油及1大气压下的SF6或空气的绝缘强度 高得多。真空断路器的结构主要由真空灭弧室和触头构成， 真空断路器的类型有户内型（ ZN型 ）和户外型（ZW型）。 图4—4为户内型分离式真空断路器。
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负荷开关的各类较多，按结构可分为油、真空、SF6产气、 压气型；按操作方式分为手动和电动型负荷开关等。目前负荷 开关的应用主要以产气式负荷及压气式负荷开关居多，这些产 品以户内型为主，且使用范围广泛，集中在配电网中。随着真 空开关技术及SF6应用技术的发展，近几年真空、SF6型负荷开 关也得到了一定的应用。产气式和压气式负荷开关与真空、 SF6负荷开关相比较，主要特征是采用了相应的产气型绝缘材 料，在电路分断电弧的作用下，产气材料产生气压，气压按一 定方向吹动改变电弧方向，使电弧拉长而熄灭，起到灭弧开断 电流的作用。图4—7为 压气式SF6负荷开关示意图。
图4—6
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GN19-12（ C）系列户内式高 压隔离开关 （在刀闸接触处 装有磁锁压板， 触头动、热稳定 性好 ）
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图4—7 压 气式SF6负 荷开关示意 图 1—负荷开 关套管 2—静触头 3—压气式 活塞
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图4—8 RW—10 型跌开式熔断器外形图 1-熔管 2—熔丝 元件 3—上触头 4— 绝缘瓷套管 5—下触头 6—端部螺栓 7背 面
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图4—5 LW8—35型SF6断路器外形图 1—出线帽 2—瓷套 3—电流互感器 4—互感器连线护管 5—吸附 器 6—外壳 7—底架 8—气体管道 9—分合指示 10—铭牌 11—传动 箱 12—分闸弹簧 13—螺套 14—起吊环 15—弹簧操作机构
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4．高压熔断器 高压熔断器是最早被采用的，也是最简单的一种保护电器。 它串联在电路中使用。当电路中通过过负荷电流或短路电流时， 利用熔体产生的热量使它自身熔断，切断电路，以达到保护的 目的。 熔断器主要由金属熔体、连接熔体的触头装置和外壳组成。 金属熔体是熔断器的主要元件，熔体的材料一般有铜、银、锌、 铅和铅锡合金等。熔体在正常工作时，仅通过不大于熔体额定 电流值的负载电流，其正常发热温度不会使熔体熔断。当过载 电流或短路电流通过熔体时，熔体便熔化断开。
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3．高压负荷开关 高压负荷开关主要用于配电系统中关合、承载、开断正 常条件下（也包括规定的过载系数）的电流，并能通过规 定的异常（如短路）电流的关合。也就是说负荷开关可以 合、分正常的负荷电流以及关合短路电流（但不能开断短 路电流）。因此负荷开关受到使用条件的限制，不能作为 电路中的保护开关，通常负荷开关必须与具有开断短路电 流能力的开关设备相配合使用，最常用的方式是负荷开关 与高压熔断器相配合，正常的合、分负荷电流由负荷开关 完成，故障电流由熔断器来完成开断。
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（2）隔离开关的种类与结构：
隔离开关种类很多，根据开关闸刀的运动方式可分为 水平旋转式、垂直旋转式、摆动式和插入式等。 高压隔离开关是由一动触头（活动刀片）和一静触头 （固定触头或刀嘴）所组成，动静触头均由高压支撑绝缘子 固定于底板上，底板用螺丝固定在构架或墙体上。 三相隔离开关是三相连动操作的，拉杆绝缘子的底部 与传动杆相连，其上部与动触头相连。由传动机构带动拉杆 绝缘子，再由拉杆绝缘子推动动触头的开、合动作。图4—6 示出了建筑供配电系统中常见的隔离开关结构及外形图。