电动力计算

高压断路器 第一章 概述

（2006-11-24）

第一节 ：高压断路器的用途和基本结构

高压断路器是电力系统最重要的控制和保护设备。

根据控制和保护的对象不同，它大致可以分为以下几种类型： （1）：发动机断路器—控制、保护发动机用的断路器； （2）：输电断路器—用于35kv 及以上输电系统中的断路器； （3）：配电断路器—用于35kv 及以下的配电系统中的断路器； （4）：控制断路器—用于控制、保护经常启动的电力设备，如高压电动机、电弧炉等的断路器。

还有按使用的电压等级来划分，有： （1）：中压断路器—在35kv 及以下电压等级使用的断路器； （2）：高压断路器—110、220kv 电压等级使用的断路器； （3）：超高压断路器—330kv 及以上电压等级使用的断路器。

按断路器灭弧原理来划分，有油断路器、气吹断路器（如空气断路器、六氟化硫断路器）、真空断路器和磁吹断路器等。

高压断路器的典型结构简图如下：

有开断和关合电路的执行元件，它包括触头、导电部分和灭弧室等；操动机构用以操动触头的分合动作；还有绝缘支柱和安装基座。

第二节：对断路器的主要要求

对其要求大致分成以下三个方面： 一：开断、关合电路方面 1：开断负载电路和短路故障

断路器开断电路时，主要的困难是熄灭电弧。由于电力网电压高、电流大电弧熄灭更加困难。在电力网发生故障时，短路电流比正常负荷电流大的多，这时电路最难开断。因此，可靠地开断短路故障是高压断路器的主要的，也是最困难的任务 。

标志高压断路器开断短路故障能力的参数是：

额定电压e U ，单位kv ； 额定开断电流ke I ，单位kA ;

习惯上，经常使用的另一个参数是额定断流容量de P ，单位兆伏安。对于三相电路，de

P 的计算公式是

de e ke P I （1－1）

2：快速开断

电力网发生短路故障后，要求继电保护系统动作要快。更重要的是，在超高压电力网中，缩短断路器开断时间可以增加电力系统的稳定性。参看图1－3。

开断时间是高压断路器的一个重要参数。全开断时间为固有分闸时间和燃弧时间之和。

断路器全开断时间：k t ＝1t ＋2t 短路故障时间＝0t ＋k t

其中，0t －继电保护动作时间；1t —断路器固有分闸时间；2t —燃弧时间；

k t —断路器全开断时间。

3：关合短路故障

电力网中的电力设备或输电线路有可能在未投入运行之前，就已存在绝缘故障，甚至处于短路状态。这种故障称为 “预伏故障”。这样就会出现短路故障电流，短路电流产生的电动力，使断路器的关合造成很大阻力。甚至使触头不能关合，此时在触头间形成持续电弧，造成断路器损坏或爆炸。为了避免上述情况，断路器应具有足够的关合短路故障的能力。标志此能力的参数是断路器的额定短路关合电流ge i （峰值）。

4：自动重合闸

输电线路的短路故障大多数是雷害、鸟害等临时性故障。因此，为了提高用电可靠并增加电力系统的稳定性，线路保护多采用自动重合闸方式。

采用最大重合闸方式的断路器，应在短时间内连续合分几次短路故障。对于断路器来说，负担要沉重的多。

5：分合各种空载、负载电路

在电网运行过程中，有时需要关合、开断空载长输电线、空载变压器、电容器组、高压电动机等电路。合分这些电路的主要问题是可能产生过电压。此时要求断路器在分合过程中，不应产生危及绝缘的过电压。

6允许合分次数

在规定的年限内，断路器应有一定的允许合分次数。根据标准，一般断路器影响空载合分次数应达到1000～2000次。此外，还应有足够的电寿命（允许连续分合短路电流或负载电流的次数）。

7：对周围环境的影响

断路器在动作时往往会出现排气、喷烟或喷高温气体等现象，不应过分强烈，以免危及周围设备的正常工作。

二：一般电气性能方面

高压断路器长期工作在高电压电网上，应能承受所在电网各种电压、电流的作用下不致损坏。

1：电压方面

其绝缘应能长期承受相应的最大工作电压，而且能承受相应的大气过电压、内部过电压的作用。可参考有关标准。

2：电流方面

在长期通过工作电流时，各部分的温度不应超过允许值。可参考有关标准规定。 断路器通过短路电流时，不应因电动力受到损坏，触头不应发生焊接和损坏。

标志其性能的参数是：额定电流e I 、额定动稳定电流de i （峰值）、额定热稳定电流re

I

和额定热稳定时间re t （2秒或3秒）。还有额定短路关合电流ge i （峰值）。

各种额定值之间的关系可写出下面的式子：

额定短路关合电流ge i ＝de i （额定动稳定电流） （1－2） 额定热稳定电流re I ＝ke I （额定开断电流） （1－3）

额定短路关合电流ge i ＝1.8ke I （额定开断电流） （）

＝2.55ke I （1-4）

三：自然环境方面

在周围环境各种条件作用下，断路器都应可靠工作： 1：海拔高度

海拔高度对断路器主要有两方面影响： （1）：对外部绝缘的影响。由于高海拔地区，大气压力低，大气耐压水平降低。 （2）：对电器发热温度的影响。高海拔地区，空气稀薄，散热差。 我国海拔低于1000m 的地区仅占全国面积的35‰。 2：环境温度

高压断路器标准规定，产品使用的环境温度为－30℃ 至＋40℃。温度过低，会使断路器内部变压器油、液压油及润滑油的粘度增加、使断路器分闸、合闸速度降低。另一个问题是温度过低使密封材料的性能降低，造成漏气漏油。温度过高，可能造成导电部分过热及电容套管的密封胶渗出等。特别是装在户外的产品，在阳光照射下很容易过热，按标准规定，周围环境温度每增加1℃，工作电流应降低1.8‰；如果环境温度每降低1℃，可提高工作电流0.5‰，但不得超过20‰。

3：湿度

我国长江以南地区，长年湿度在90‰以上。这样容易引起断路器金属锈蚀，绝缘件受潮，油漆层脱落，甚至影响机构的可靠动作。

4：风力

过大的风力可能引起细长结构的断路器变形甚至断裂。设计时应考虑风力的负荷影响。

5：大雨 6：污秽 7：地震

8：湿热地区：应考虑断路器的三防（防湿热、防霉、防盐雾）。 9：干热地区

第三节：高压断路器的特点

高压断路器其特点： （1）：结构的多样性：各类产品在原理、结构上差别很大。即使同一类型的断路器，由于厂家、生产年代、参数的不同，在结构上常有很大差别。