第二章-高压断路器的构造及工作原理

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功能: 开断及关合电力线路,安全隔离电源
支持绝缘件: 主要零部件:
瓷柱 瓷套管 绝缘管等构成的支柱本体 拉紧绝缘子等 功能: 保证开断元件有可靠的对地绝缘,承受开断元件的操 作力及各种外力
传动元件: 主要零部件:
各种连杆 齿轮 拐臂 液压管道 压缩空气管道等
功能: 将操作命令及操作功传递给开断元件的触头和其它部
1)合闸 对于合闸操作,希望开关能迅速动作把电路接通,避免电弧对
触头的烧伤,因此,对操作机构要求有足够的合闸能量,具体到不 同的操作机构有不同的要求,如液压操作机构的液压要保持在适当 的范围,气动操作机构的气压要保持在适当的范围,弹簧储能机构 在合闸前要预先完成储能工作等,如果液压、气压等不符合要求, 将自动启动油泵、风机等机械加压。
灭弧室由几种不同形状 的灭弧片叠装而成
灭弧过程:从动、静触头分开产生电弧到第一吹弧道打开,称为封 闭气泡阶段。在此阶段电弧处在静止的气泡中,冷却作用差,电弧 难以熄灭。动触头继续向下运动,第一、第二、三吹弧道相继打开, 灭弧室内的高压气体经吹弧道向外排图出2,.1对3 电SN弧10横-1向0少吹油拂断,路使器电弧 强力冷却与去游离。
§2.4高压断路器
高压断路器是一种专用于断开或接通电路的开关设备,
它有完善的灭弧装置,因此,不仅能在正常时通断负荷电
流,而且能在出现短路故障时在保护装置作用下切断短路 电流。 按其采用的灭弧介质划分:
油断路器
多油:油量多一些,其油作为灭弧介质,又作 为绝缘介质。
因油量多、体积大,断流容量小、运行维护较 困难,现已淘汰。
几个电流之间的关系为: ieg idw
I ek I re
idw 1.8 2Iek 2.55Iek 2.55Ire 1.8为冲击系数
(三)自然环境方面 1.海拔高度
海拔高度对高压电器主要有两方面的影响: (1)对外部绝缘的影响。 (2)对电器发热温度的影响 2.环境温度 3.湿度 4.地震 5.污秽 6.风力 7.覆冰
合闸时间
电流流过 合闸操作 预击穿时间
时间
所有相中触头接触
第一相中开始流过电流 合闸回路带电
4.自动重合闸
在线路保护中,通常都安装有自动重合闸装置,在输电线路发生 故障后,首先由继电保护装置动作驱动断路器跳开输电线路,然后经 过延时,由自动重合闸装置驱动断路器把输电线路合上,如果线路中 已经不存在故障,则开关不在动作,输电线路正常输电,如果线路中 故障仍然存在,则继电保护装置再次动作驱动断路器跳开输电线路。
2.电流
(1)额定电流 I e (A,有效值):
断路器在闭合状态下导电系统能长期通过的电流。在额 定频率下通过这一电流时,各个金属部位和绝缘的温升不 能超过国家标准中规定的数值。额定电流在某种程度上决 定了导体及触头的尺寸。
(2)额定峰值耐受电流或动稳定电流 idw (kA,峰值)
(Peak Withstand Current) 是断路器在闭合位置所能允许通过的最大电流峰值。表征 开关导电部分及支持绝缘部分的机械强度,在通过这一电 流后开关不应损坏且能继续正常工作。
Sed 3Ue Iek
新的国家标准已取消这一术语,目前直接用额定开断电 流表示。
选择断路器时,首先要校核的参数就是断路器开断短路 故障电路的能力。
2.快速开断 标志断路器开断过程快慢的参数是:
开断时间 t g (s): 从断路器接到开断信号到短路电流终止 (电弧熄灭)的全部时间。 固有分闸时间 t gf :断路器接到分闸命令(分闸线圈通电)开
5)防止跳跃 6)复位
在完成开关操作后,操作机构能进入相应状态预备进行下一次操 作。 7)连锁
开关位置连锁:利用开关之间的位置信号实现; 操作机构状态闭琐:在开关和操作机构出现异常状态时,对开关 操作命令进行闭琐。
2.SW-110型断路器 SW-110型断路器由三个独立的Y形单元组成,每个Y形
单元构成一相的断路单元。
因此,断路器应具有足够的关合短路电流的能力。
标志关合短路电流能力的参数是:
额定短路关合电流 ieg (kA,峰值) 断路器在额定电压以及规定的使用和性能条件下,能保证 正常关合的最大短路峰值电流。
合闸时间:在额定操作电压下,从断路器合闸线圈通电开
始至主触头刚接触为止。
触头运动
合闸位置
分闸位置 关合时间
四、少油断路器 1.SN10-10少油断路器
Hale Waihona Puke Baidu
1-铝帽 2-上接线端子 3-油标 4-绝缘筒 5-下接线端子 6-基座 7-主轴 8-框架 9-断路弹簧
外形结构图
DL在合闸位置时, 形成的导电回为: 上接线端子—静触头—导电杆 —中间触头—下接端子 分闸时,导电杆与静触头分开, 导电回路即被切断而产生电弧, 油在高温下蒸发分解成大量气体, 油压增高。随着动触头继续下移, 在灭弧室内油气混合物对电弧进行 横吹和附加纵吹,使电弧熄灭。
2)保持合闸 开关的合闸和分闸,可以有以下几种操作方式:由操作人员通
过控制屏(一般设在主控制室)或开关跟前的端子箱通过操作把 手或按钮完成,也可以由操作人员通过远动系统的调度端下达操 作命令,通过远动系统的信道把命令传送到设在变电所的执行端, 执行端对命令进行处理后发出分闸或合闸脉冲。无论是何种操作 方式,都应该有相应的电路对分闸或合闸脉冲进行保持,同时, 在操作完毕且相应的操作信号撤消后,开关触头仍应该保持在操 作后位置,以上两个功能的实现全赖操作机构的保持功能完成。
例如:S N 10 – 10 I 少油、户内、设计序号:10、额定电压10kV、I型
二、高压断路器的基本结构:
开断元件


主要零部件:开关本体 绝
的底架、底座

功能:整台产品的基础 件







基座

开断元件:
主要零部件: 主灭弧室 主触头系统 主导电回路 辅助灭弧室 辅助触头系统 并联电阻
3)分闸 断路器在合闸过程中,需要在外力的作用下,把四边形连杆机
构推动到一个位置,在这个位置上,四边形连杆机构达到一个平衡, 因此进行开关的合闸操作所需要的力是比较大的(与分闸相比), 与合闸过程不同,分闸则是需要一个外力打破四边形连杆机构的平 衡,因此,所需外力要小一些。一般来说,断路器的合闸和分闸操 作都要经外力实现。
始至触头刚刚分离这段时间。 是操动机构动作时间 燃弧时间 trh:从触头刚分离开始至三相电弧完全熄灭为止。 表明断路器灭弧能力的大小。
低速动作断路器 ﹥0.12s 中速动作断路器 t g = 0.08~0.12s 高速动作断路器 t g ﹤0.08s
tg
合闸位置
触头运动 分闸位置
电流流过 分闸时间
操动机构接到分、
合闸信号后,在
外界能源作用下, 使主轴2转动,再 通过连杆5带动断 路器主轴1和导电 杆完成断路器的 分、合闸操作。
高压断路器的可以进行手动操作和电动操作,无论何种操
作方式,都要通过操作机构完成开关的分合闸操作。操作机构
一般地由以下几个部分组成: 1)能量转换机构
高压开关的分、合闸的最后完成都要依靠机械能来实现,因此 存在着把电能转换为机械能的转换机构,这种把电能转化为机械 能的机构有电磁铁(早期断路器多采用这种操作机构,特点是分、 合闸电流很大,特别是合闸电流,可达70~90安培)、电动机(多 应用于隔离开关)、液压传动机构和压缩空气工作缸(目前断路 器采用比较多的操作机构)。
空输电线路和电缆的长度(km)以及变压器、电容器组的容量等。
6.允许分合次数
Ue
一般断路器允许空载分合次数(也称机械寿命)为2000次。
(二)一般电气性能方面
1.电压
高压断路器除了要能长期承受相应的最大工作电压外, 还应耐受高于额定电压的各种过电压作用,而不会导致绝 缘的损坏。
标志这方面性能的参数是:工频试验电压、全波和截波 冲击试验电压、操作波试验电压。
分闸操作
燃弧时间
时间
开断时间
所有相中电弧最终熄灭
所有相中触头分离 分闸脱扣器带电
3.关合短路故障
预伏故障:电力系统中的电器设备或输电线路有可能在未 投入运行前就已存在绝缘故障,甚至处于短路状态。
在这种预伏故障状态下关合电路,将发生断路器关合短 路的严重情况。出现关合短路电流时在断路器的动静触头 还没有接触闭合下,触头间隙即可被击穿而形成电弧。由 于短路电流强大的电动力,可使动触头因受阻力作用而不 能与静触头吻合,造成持续燃烧着的电弧。
少油:油量较少,仅作为灭弧介质
SF6断路器
真空断路器
一、高压断路器的型号表示和含义:
S-少油 D-多油 Z-真空
L-SF6 N-户内 W-户外
安装地点 设计序号
额定开断电流(kA) 额定电流(A)
其他标志
G-改进型 I、II、III-断流能力代号
额定电压(kV)
I型:断流容量300MVA II型:500MVA III型:750MVA
从这一过程来看,断路器的动作情况可能是以下两种情况之一:
a. 断路器跳闸(输电线路出现故障)→断路器合闸(自动重合闸装置 驱动)
b. 断路器跳闸(输电线路出现故障)→断路器合闸(自动重合闸装置 驱动)→断路器跳闸(线路还存在故障)
显然,对于以上两种情况,断路器都面临着在短时间内进行多次 操作,特别是后一种情况,断路器更是在短时间内多次分断故障电流。
额定开断电流 I ek (kA,有效值):
在额定电压下,断路器能够可靠开断的最大电流为额定开断 电流。它主要表征断路器熄灭大电流电弧的能力。
额定断流容量 Sed (MVA):
由于开断能力和额定电压、开断电流有关,因此,通常 采用一个综合参数,即以额定断流容量来表示断路器的开 断能力。对于三相电路有:
4)自由脱扣 自由脱扣指的是在断路器合闸过程中接收到分闸命令时,机构
终止执行合闸命令而改为执行分闸命令。 如果没有自由脱扣功能,则断路器在把设备合闸到故障上时,
继电保护将无法快速跳开断路器,同样地断路器在把设备合闸到故 障上而合闸命令尚未解除(保持),则会出现断路器重复进行合闸 ---分闸的动作(跳跃现象)。
1---底架 2---提升杆 3---支持套管 5---中间机构箱 6---灭弧室
3.六氟化硫(SF6)断路器 一、气体特性:
SF6由F原子与S原子结合而成,分子结构是个完全对称的八 面体,S原子居中,六个角上是F原子,F与S原子间以共价 键联结。

操作机构: 主要零部件:
弹簧、液压、电磁、气动及手动机构的本体及 其配件 功能: 为开断元件分合闸操作提供能量,并实现各种规定的 操作
三、高压断路器的技术要求及其基本参数 (一)开断、关合电路方面 1.开断短路故障
标志高压断路器开断短路故障能力的主要参数是:
额定电压 U e(kV):
断路器铭牌上所标明的该断路器正常工作电压的有效值。 对于三相设备,一般指线电压。 最高工作电压: 其值高出额定电压约15%,如额定电压10kV的断路器,可以 长期工作在11.5kV的线电压下。
对于进行自动重合闸的开关,没有具体的指标描述,但在进行开关 选择时,多选择开断容量大或开断电流大的断路器。
5.分合各种空载、负载电路
断路器在分合各种空载线路、容性负载和感性负载时,在分合过
程中会遇到电压和电流的过渡过程,通常影响到开关的是分合过程中
的过电压。标志这方面分合能力的主要参数是额定电压 ,分合架
(3)额定短时耐受电流或热稳定电流I re (kA,有效值)
是在规定的短时间内,断路器在闭合位置所能耐受的电流。 流过这一电流期间,断路器的温升,不应超过标准规定的 短时发热允许温度。
额定电流 I e 额定短路开断电流 I ek 额定热稳定电流 I re 额定动稳定电流 idw 额定短路关合电流 ieg
除额定电流外,额定动稳电流、额定关合电流、额定开 断电流、额定热稳电流都是同一短路电流在不同工况下或 不同时刻出现的电流峰值或有效值,但各有其特指的表征 含义。
都以短路发生后约半个工频周期处出现的冲击电流峰值表示
i eg
I re
t gf trh
tg
断路器的额定电流参数及开断时间
t gf
t rh
tg
2)联动机构 用于把能量转换机构中的机械能转换为开关动作,一般由四边形连 杆机构、拐臂和拉杆组成。
3)保持机构 把操作过程保持在进行中的状态,防止命令消失引起的操作失败。
4)释放机构 在操作完成后实现对机构状态的返回。
在进行分、合闸操作时,操作机构可能出现的各种工作情 况都要综合考虑到,对开关操作机构提出以下要求:
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