高压断路器基本知识

SF6断路器
2.2 SF6断路器灭弧基本原理 （3）混合式 混合式是具有压气和自能两种灭弧原理构成的断
路器。在小电流开断时，由于电弧能量较小，此
时靠压气方式灭弧；在大电流开断时，电弧能量 较大，此时开断靠自能方式。混合式在满足开断 能力的条件下，可大幅度减少机构的操作功，降 低对操动机构的要求。
SF6断路器
2）主回路电阻测量 3）短时耐受电流和峰值耐受电流试验 4）密封试验 5）EMC试验（电磁兼容性试验） 6）常温下机械操作试验 7）短路电流关合和开断试验 8）容性电流开合试验（线路、电缆） 9）温升试验 10）无线电干扰试验 11)SF6气体微量水份测试 以上为强制的型式试验项目，此外还有适用时的试验项目，详 见标准。
大的一种设备，使用电压等级为6kV～1000kV。目
前使用较为普遍的是SF6断路器和真空断路器。
概 述
1 高压断路器的额定特性：
1)额定电压；（10kV-1100kV)
2)额定绝缘水平；
3)额定频率；(50Hz)
4)额定电流；(630A-6300A) 5)额定短时耐受电流（热稳定电流,数值与额定短路开断电流 相同）； 6)额定峰值耐受电流；（一般为2.5倍的短路电流值);
面状况不佳。
真空压 力与介 质强度 图
1 空气
2 SF6 3 真空
真空断路器
1.2 真空断路器结构
真空断路器基本结构分为分体式、整体式和全绝缘
型（固封极柱）。
分体式（ZN28A）
整体式（ZN12）
真空断路器
1.2 真空断路器结构
配真空断路器机构为弹簧和永磁两种操动机构。目
前应用广泛的是弹簧操动机构。
2）使用寿命长
满容量开断一般为20次。
3）开断性能好
开断大电流、容性和感性负载、近区故障特性好。
气体绝缘金属封闭开关设备
3 气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）
GIS是将断路器、隔离开关、电压互感器、电流互
感器、避雷器、母线等设备封闭在金属容器中，
并充以绝缘气体组成的一种组合电器。
气体绝缘金属封闭开关设备
1）系统短路的90%发生在架空线上； 2）架空线平均每年短路1.7次；
3）所有短路70%为单相故障；
4）97%的断路器覆冰小于10mm； 5）98%的断路器承受的风速小于34m/s； 6）断路器期望寿命为25年、40年； 7）SF6断路器大修周期 12年；
8）断路器故障的70%是操动机构故障。
真空断路器
；
概 述
1 高压断路器的额定特性：
7)额定短路持续时间（1-4s）
8)额定短路开断电流（31.5-63kA） 9)额定短路关合电流（一般为2.5倍的短路电流值） 10)额定操作顺序（0-180s-CO-0.3s-CO,CO-15s-CO) 11)额定时间参量（时间特性）
此外对有特殊要求：
近区开断电流，线路充电开断电流，电缆开断电流，失步开断与关合电 流，电容器组开断电流。
对超出正常使用条件，优选
1）对严寒气候，-50℃和+40℃； 2）对酷热气候，-5℃和50℃ （3）震动。可能发生在地震区，应按GB/T13540来规定设备的抗震性能 。
概 述
3 高压断路器的运行经验 运行基础数据是国际大电网会议（CIGRE）的调研的结果。统计数据为
13个国家、4大洲、断路器总数70000台、架空线90000km。
SF6断路器
2.1 SF6气体基本性质 （7） SF6是一种温室效应气体，1997年防止全球变暖 的京都议定书将SF6列为6种温室效应气体之一。 对SF6要减少使用。
SF6断路器
2.2 SF6断路器灭弧基本原理 （1）单压式 单压式也称压气式，其灭弧过程是用一个压气缸
压缩SF6气体并将压缩的气体吹向电弧，使电弧
1.3.1 真空度检测
真空度的保证是真空断路器安全运行的必备条件之
一，采用各种技术手段检测真空度数值，以确保安
全运行，目前常用真空度检测仪监测真空度，用施
加工频电压的方法检测真空度，其检测的灵敏度较
低，不推荐使用。
真空断路器
1.3 真空断路器运行维护
1.3.2 操动机构
定期检测断路器的机械特性，以判断操动机构的运
断路器试验
1 试验分类 1）型式试验
2）出厂试验
3）交接试验
4）预防性试验（状态检修试验）
断路器试验
2 型式试验 型式试验是在产品完成设计、制造 后，为产品定型所进行的试验，断路 器的型式试验依据的标准GB19842003 《 高压交流断路器》。
试 验
2 .1 断路器型式试验项目
1）绝缘试验（工频、雷电、操作冲击）
2.2 SF6断路器灭弧基本原理 （4）触头双动结构 断路器的触头一般是有一个动触头和一个静触头
，在合分操作时，只有动触头移动，静触头位置
不变。双动结构是：触头两端都是动触头，合分 过程是两个触头都在移动。其优点是：在保证触 头运动速度的同时，降低机构的的运动速度，有 利于提高机构的可靠性。
SF6断路器
材料无腐蚀和氧化，冷却特性好。
（2）绝缘性能好。相同条件下绝缘强度是空气的2.5～3倍，在0.3MPa 下与变压器油绝缘强度相同。 （3）灭弧性能良好。其灭弧能力是空气的100倍。 （4）易液化，不宜使用于寒冷地区（-30℃)
SF6断路器
2.1 SF6气体基本性质 （5）SF6是它受电弧作用后，不会引起起SF6气体的 变质。 SF6受电孤作用将分解，少量分解为SF4和 SF2，但它们很不稳定，在0.1ms的级短时间内迅 速合成SF6 。断路器在多次强电流断开试验后, SF6气体基本上不劣化。 (6) 当SF6气体中有水分存在，此时在电弧的作用下将 产生有害和有毒物质，主要是低氟化物、氢氟酸 等。 ．
SF6断路器单压式 灭弧原理图
SF6断路器
2.3 SF6断路器当前达到的水平 （1）单断口电压 550kV （2）额定开断电流 80kA
（3）全开断时间 2周波
（4）满容量开断次数 50次
（5）额定电流开断次数 6000次
（6）机械可靠性试验 10000次
（7）金属短接时间 40ms
SF6断路器
1.4.3 同步断路器
同步断路器又叫选相断路器，其基本原理是在电压
或电流最有利的时刻关合或开断。其作用是：降低
瞬态过电压；改善电网供电质量；提高断路器寿命
和性能；简化电网设计，降低整个系统费用。
真空断路器
1.4 真空断路器的发展
1.4.4 智能断路器
在断路器上装有集成保护及监测装置，实现各种保
护功能，电压、电流和功率测量，断路器机械特性
3.1 全封闭组合电器的特点
1）具有体积小，使用可靠性高的优点。
2）使用寿命长，一般为30年。 3）维护工作量小。 4）内部设备不受海拔、污秽、盐物等外界条件影响。 5）SF6气体为惰性气体，无火灾危险。 6）因带电部分全封闭在金属壳体内，对电磁和电场实现 屏蔽，不会产生电磁及无线电干扰等问题。
紧凑型组合式高压开关设备器
行状态。
1.3.3 载流部件
采用红外、色温块及带电检测设备，监测隔离触头（
开关柜）及其它载流部件的温升发热，防止载流发
热事故发生。
真空断路器
1.3 真空断路器运行维护
1.3.4 绝缘
采用局部放电检测仪（超声、无线电波原理）、定
期绝缘试验等方法，检测断路器的绝缘性能，防止
绝缘事故的发生。
真空断路器
真空断路器
1.2 真空断路器的特点
a、结构简单，使用寿命长，满容量开断可达50～100
次，机械寿命可达1 ～3万次；
b、使用维护工作量小；
c、无环境污染，有利于环境保护；
d、用于开合感性负载，易产生截流过电压；
e、目前使用电压范围6～35kV，110kV用量较少。
真空断路器
1.3 真空断路器运行维护
；
概 述
2 高压开关设备使用条件：
GB/T11022-1999标准规定，
一、正常使用条件 1）户内开关设备
（1）周围空气温度不超过40℃，且在24小时内测得的平均温度不超过35℃。
最低周围空气温度分-5℃、15℃和-25℃。 （2）阳光辐射影响可以忽略。
（3）海拔不超过1000m。
（4）周围空气没有明显的受到尘埃、烟、腐蚀性和/或可燃性气体、蒸汽或盐 雾的污染。
1.4 真空断路器的发展
1.4.1 开发专用断路器
a、发电机专用断路器
Leabharlann Baidu
开断短路电流达63kA以上。
b、用于投切电感性负载的低过电压断路器
c、用于投切电容器的无复燃断路器
d、用于开断电炉频繁使用断路器
真空断路器
1.4 真空断路器的发展
1.4.2 多功能断路器
多功能即实现合-分-隔离-接地及连锁为一体。
4 紧凑型组合式高压开关设备器（COMPASS、PASS）
紧凑型开关设备综合了敞开式和封闭式开关设备的优
势，将高压元件高度集成，与敞开式相比节省占地
面积；与GIS相比，大大的节省了费用。
紧凑型组合式高压开关设备器有两种结构：一种为空
气绝缘；另一种为空气+SF6气体绝缘。
概述
4 紧凑型组合式高压开关设备器（COMPASS、PASS）
概 述
一、正常使用条件
1）户外开关设备 （7）应当考虑凝露和降水.。 （8）来自开关设备外部的震动或地动是可以忽略。 （9）在二次系统中感应的电磁干扰幅值不超过1.6kV。
；
概 述
二、特殊使用条件 （1）安装在海拔高于1000m处的设备，其设备外绝缘需按GB16935.1要 求进行修正。 （2）对安装在污秽空气中的设备，污秽等级应规定为GB/T5582中的Ⅲ 级重污秽，或Ⅳ级严重污秽。 （3）温度和湿度
2.4 SF6断路器的结构类型 1） 绝缘外壳式 瓷套支柱式和绝缘筒式。
2） 金属外壳式
罐式断路器
SF6断路器
2.5 SF6断路器的机构类型 1） 液压机构（气体储压） 2）液压弹簧（碟形弹簧储能）
3）气动机构
4）弹簧机构
SF6断路器
2.6 SF6断路器的特点 1）断口电压高 高电压等级的断路器的结构简单。
1、真空断路器
真空断路器在6-35kV电压等级已广泛使用，在110kV有少量 使用。目前额定电流达到4000A，额定短路开断电流6380kA。 1.1 基本原理
真空断路器采用真空作为灭弧和绝缘的介质，当真空度高
于10-1Pa时，1mm的间隙的介质强度高达106V/cm。实际使
用时，其真空介质强度常会远低于此值，其原因是触头表
概 述
一、正常使用条件
1）户外开关设备 （1）周围空气温度不超过40℃，且在24小时内测得的平均温度不超过
35℃。最低周围空气温度分-10℃、-25℃和-40℃。应考虑温度的急剧
变化。 （2）应考虑1000W/m2的阳光辐射 （3）海拔不超过1000m。 （4）周围空气可以受到尘埃、烟、腐蚀性气体、蒸汽或盐雾的污染。 污秽等级不得超过GB/T 5582中的Ⅱ级。 （5）覆冰对1级不超过1mm，对10级不超过10mm，对20级不超过20mm 。
试 验
2 .2 GIS型式试验项目
单元试验 a 、断路器 b 、隔离开关 c、电流互感器 d、电压互感器 e、避雷器 f、套管
试 验
3 交接试验项目
开关设备在运行现场安装后进行的试验称交 接试验，交接试验的项目和内容参见 《GB50150-2006电气装置安装工程电气设备交 接试验标准》，具体试验项目是部分型式试验项 目。 补充项目：断路器机械老练试验（磨合试验）。 现场运行中，出现因设备内部存在杂质引起的绝 缘故障，分析原因，由于制造选用的材料、制造 工艺、零部件公差等因素，在断路器操作运行初 期，不可避免产生一些杂质，为此应降低此杂质 生成。西北电网公司已把此项目列为出厂必做项 目。
测量，自诊断及数据远传通信等。
SF6断路器
2 SF6断路器 SF6断路器在110kV及以上电压等级广泛使用，目前没有其它可替代 的产品。
2.1 SF6气体基本性质
(1）是无色、无味、无毒、不燃的惰性气体，密度为6.14kg/m3,是空气 的5.1倍。分解温度为500℃， 无火灾和爆炸的危险，对金属和绝缘
熄灭，完成电流开断。单压式有定开距和变开距 两种结构。目前普遍使用的变开距结构。
SF6断路器
2.2 SF6断路器灭弧基本原理 （2）自能式 自能式灭弧原理是：在开断过程，利用电弧产生
的热能，将SF6气体加热产生有压力的气体，将
该气体吹向电弧使电弧熄灭。自能式有热膨胀和 旋弧两种原理。目前使用较为普遍的是热膨胀原 理。
；
概 述
（5）湿度条件
A、在24h测得的相对湿度不超过95%；
B、在24h测得的水蒸汽压力的平均值不超过2.2kPa； C、月相对湿度不超过90%； D、月水蒸汽压力的平均值不超过1.8kPa； （6）来自开关设备外部的震动或地动是可以忽略； （7）在二次系统中感应的电磁干扰幅值不超过1.6kV。
高压断路器、GIS基本知识讲座
陕西电力科学研究院
目
1. 概述
录
2.
3.
真空断路器
SF6断路器
4. 金属全封闭组合电器（GIS） 3. 开关设备运行维护 4. 快速暂态过电压（VFTO)
概述
高压断路器是电力系统中的重要设备之一，其主 要功能是控制输送电力负荷、投切电力设备和电力 系统故障保护。高压断路器在电力系统使用数量较