三、高压断路器的结构与原理

三、高压断路器的结构与原理
一、简答题
1．高压电器的作用如何？
高压电器是指在高电压的电路中用来实现电路的关合、开断、控制、保护、调节和量测作用的电器。

2．高压电器是如何分类的？
按照高压电器的功能不同，可以分为三大类，即开关电器、量测电器和限流、限压电器。

3．什么是高压电器中的开关电器？它是如何分类的？
主要用来关合与分断正常电路与故障电路，或用来隔离高压电源。

根据其功能的不同又可分为：
（1）高压断路器它能关合与分断正常情况下的各种负载电路，又能在故障情况下关合与开断短路电流，而且还能实现自动重合闸的要求。

它是高压电器中一种功能最为全面的电器。

（2）高压熔断器
俗称保险。

当线路中电流超过一定的限度或出现短路故障时能够自动开断电路。

电路开断后，熔断器必须人工更换部件后才能再次使用。

（3）高压负荷开关
只能在正常工作情况下关合与开断各种负载电路，但不能开断短路电流。

（4）高压隔离开关
用来隔离电源或电路。

隔离开关只能开断很小的电流，例如长度很短的母线空载电流，容量不大的变压器空载电流等。

（5）接地开关
高压与超高压线路检修电气设备时，为确保人身安全，可用接地开关进行接地。

接地开关可用来人为造成电力系统的接地短路，以达到控制和保护的目的。

4．什么是高压电器中的量测电器？它是如何分类的？
主要包括电流互感器和电压互感器。

（1）电流互感器
用来配合测量高压线路中的电流，供计量和继电保护用。

（2）电压互感器
用来配合测量主高压线路中的电压，供计量和继电保护用。

5．什么是高压电器中的限流、限压电器？它是如何分类的？
主要包括避雷器和电抗器。

（1）避雷器
用来限制过电压，使电力系统中相关的各电气设备免受大气过电压和内部过电压的危害。

（2）电抗器
实质上就是一个电感线圈，用来限制故障时的短路电流。

不难看出上述高压电器都是保证电力系统安全可靠运行必不可少的电气设备。

6．对高压电器的基本要求是什么？其性能参数有哪些？
对高压电器的主要要求包括一般电气性能方面的要求自然环境方面的要求和其它方面的要求等。

一般电气性能方面的要求
电力系统中的高压电器，应能够长期承受各种电压、电流的作用而不致损坏。

（1）电压方面
额定电压一定的高压电器，其绝缘部分能长期承受的最大工作电压，而且还应能承受相应程度的大气过电压和内部过电压的作用。

标志这方面性能的参数是：最大工作电压、工频试验电压、全波和载波冲击试验电压、操作波试验电压。

（2）电流方面
高压电器的导电部分长期通过工作电流时，各部分的温升不超过允许值。

通过短路电流时，不应因电动力作用而受到损坏，各部分温升不应超过短路时的温升允许值，触头不应发生熔焊或损坏。

这些性能都与电流大小有关，标志这方面的性能参数是：额定电流、动稳定电流、热稳定电流等。

自然环境方面的要求
高压电器应在周围各种环境下可靠地工作。

（1）环境温度
高压电器有关标准规定，产品的使用环境温度为－40℃至＋40℃。

温度过低会使变压器油、液压油及润滑油的黏度增加，影响开关的分合闸速度，使六氟化硫气体液化，密封材料性能劣化造成漏油、漏气，以至电气设备不能正常工作；温度过高，可能造成导气部分过热及电容套管的密封胶渗出等，特别是户外型产品在阳光直射下极易过热。

标准建议，周围的环境温度每增加1℃，额定电流应相应减小1.8% ；而温度每降低1℃，用于高温地区的高压电器在常温下进行耐压实验时，实验电压应相应的提高，从40℃开始，每超过3℃，实验电压应提高1%。

（2）海拔
海拔高度对高压电器的影响有：对绝缘的影响和对电气发热温度的影响。

①对绝缘的影响
高海拔（1000-3500m）地区的大气压力低，耐压水平会随之降低，
如海拔1000m 以下能承受工频42kV1min 的高压电器，在海拔3000m 的地区仅能耐压38kV ；而适用于高海拔地区的产品在低海拔地区实验时，试实验电压应提高。

其实验电压为标准规定值乘以修正系数x （x>1），即 100001.11
H
x -=
式中 H ——高压电器安装地点的海拔（m ），1000<H<3500.
②对电器发热温度的影响
高海拔地区空气稀薄，散热效果差，允许通过电流应适当减小一些。

在我国有关标准中规定，一般使用环境按海拔低于1000m 及2500m 两挡考虑。

（3）湿度
我国南方地区相对湿度长期在90%以上。

湿度大极易引起金属零部件的锈蚀、绝缘受潮、出现凝露使油漆层脱落，甚至影响运动部件的动作。

（4）风速
户外型高压电器在过大的风速下，有可能出现变形甚至断裂。

（5）污秽
沿海及重工业集中地区，空气污染严重，常发生高压电器的绝缘表面污闪事故。

（6）大雨
户外型高压电器在大雨中若进水，会使绝缘强度下降，金属件锈蚀等。

（7）地震
我国处于地震多发区，高压电器抗震性能差会造成断裂损坏等。

（8）湿热地区
这类地区的特点是：湿度高，相对湿度高达95%左右；雨量大，最大降雨强度可达10min50mm ；气温高，最高可达＋40℃以上，阳光直射下可达＋80℃；此外还有霉菌、昆虫等造成的生物损害。

这些对高压电器的运行均为不利。

因此我国除生产一般电器设备以外，还专门生产一种三防产品（防湿热、防霉、防盐雾），以满足湿热地区的要求。

（9）干热地区
这类地区的特点是：环境温度为－５℃至＋50℃，阳光直射下黑色物体表面温度可达＋90℃；有昆虫、砂尘。

高压电器在这种条件下工作将更难以保持其性能。

其它方面的要求
高压电器的种类繁多，应满足要求不尽相同。

如电压互感器和电流互感器就有误差方面的要求。

而断路器结构复杂、功能多，对于它的要求也更多，这些要求主要为开断短路故障、关合短路故障、快速分断和自动重合闸等方面。

详细的阐述见另题。

7．高压断路器的技术参数有哪些？
为了对高压断路器的工作性能有所了解，很有必要明确其主要的技术参数：
（1）额定电压
是指断路器所能承受的正常工作电压。

额定电压指的是线电压，并在铭牌上予以标明。

按照国家标准的规定，其电压等级有：10kV；35Kv；60kV；110kV；220kV；330kV；500kV 各级。

断路器的额定电压不仅决定了断路器的绝缘距离，而且在相当程度上决定了断路器的外形尺寸。

（2）最高工作电压
因为在输电线路上有电压损耗，那么在线路供电端的额定电压就会高于线路受电端的额定电压，这样断路器就可能在高于额定电压的情况下长期工作，因此规定了断路器的最高工作电压这一指标。

按照国家标准规定，对于额定电压在220kV以下的断路器其最高工作电压为额定电压的l．l~ l．15倍；对于330kV的断路器规定为额定电压的1．1倍。

（3）额定电流
是指铭牌上所标明的断路器在规定环境温度下可以长期通过的最大工作电流。

断路器长期通过额定电流时，断路器导电回路各部件的温升均不得超过允许值。

额定电流等级有：200A、400A、600A、1000A、1500A、2000A、3000A、4000A、5000A、6000A、8000A、10000A、15000A等。

额定电流的大小决定了断路器的发热程度，因而决定了断路器触头及导电部分的截面，并在一定程度上决定了它的结构。

（4）额定开断电流
它是断路器在额定电压下能可靠切断的最大电流，称为额定开断电流。

当断路器在不等于额定电压的情况下工作时，断路器能可靠切断的最大电流，称为该电压下的开断电流。

当断路器工作在低于额定电压时，其开断电流将较额定开断电流有所增大，但有一个极限值，并称其为极限开断电流。

断路器的额定开断电流标明了它的断流能力。

它是由断路器的灭弧能力和承受内部气体压力的机械强度所决定的。

（5）额定断流容量
又称额定遮断容量或开断能力。

一个断路器额定断流容量与额定开断电流、额定线电压有关，即用额定开断电流与额定线电压的乘积的√3倍来表示。

即：
S KN=√3U IN I KN
式中
S KN——额定断流容量（ MVA）；
U IN——额定线电压（kV）；
I KN——额定开断电流（A）。

原国家标准中规定的额定断流容量 I型有： 300MVA、500MVA、750MVA。

IEC和现行国标已不再采用这个参数。

这是因为这个参数概念不确切，计算也不方便。

（6）动稳定电流
它是指断路器在合闸位置时所允许通过的最大短路电流，又称极限通过电流。

断路器在通过这一短路电流时，不会因电动力的作用而发生任何的机械损坏。

动稳定电流表明了断路器承受电动力的能力。

此电流的大小由导电部分和绝缘部分的机械强度来决定。

（7）热稳定电流
当短路电流通过断路器时会使导电部分发热，其热量与电流的平方成正比。

所以当断路器通过短路电流时，有可能使触头熔焊直至损坏断路器。

因此断路器规定了在一定的时间内（1、4、5、10s）的热稳定电流。

热稳定电流是断路器在规定时间内允许通过的短路电流值，一般用有效值来表示。

热稳定电流标明了断路器承受短路电流热效应的能力。

（8）合闸时间
自发出合闸信号起，到断路器的主触头刚刚接通为止的一段时间，称为断路器的合闸时间。

对断路器合闸时间的要求不高，但应尽可能的稳定。

我国生产的断路器合闸时间一般均小于或等于0．2s。

（9）分闸时间
是指从分闸线圈接通起，到断路器三相电弧完全熄灭为止的一段时间。

分闸时间包括断路器的固有分闸时间和电弧存在的时间。

其中，固有的分闸时间是指从分闸线圈通电，到触头刚刚分离的这段时间；而电弧存在的时间是指从触头分离，到三相电弧完全熄灭的这段时间。

从切断短路电流的要求出发，分闸时间愈短愈好，一般分闸时间为0．2s。

通常，合闸时间大于分闸时间。

（10）触头行程
断路器触头行程系指断路器在操作过程中，触头从起始位置到终止位置所经过的距离。

（11）触头超程
断路器触头超程系指断路器在合闸操作中，动、静触头接触后，动触头继续前行的距离。

它等于行程与开距之差。

（12）刚分速度
指断路器分闸过程中，动触头刚刚分离时的速度。

（13）刚合速度
指断路器合闸过程中，触头刚刚接触时，动触头的移动速度。

另外，还有三相同期、油重、总重、无电流间隔时间等技术参数。

8．运行中的高压断路器一般应满足哪些基本要求？
为了确保断路器的正常运行，一般应满足以下基本要求。

（1）安全可靠高压断路器在正常运行中，不应误动，以免使系统的正常工作遭到破坏；当系统出现故障时，不应拒动（拒绝动作），以免扩大事故范围。

同时，高压断路器在各种工作状态下，均不应出现危及人身和其它设备安全的现象。

（2）断流容量高系统中一旦出现故障，其电流很大，往往是其额定电流的几倍、几十倍甚至更高，而持续时间仅几秒钟。

高压断路器应能承受开断和关合故障电流的能力。

（3）动作迅速高压断路器开断故障电流的快慢将直接影响系统输送功率的大小以及系统的稳定性。

因此，高压断路器在接到继电保护装置发来的信号后，应在百分之几秒的时间内断开故障电路。

不难看出，为了使断路器很好地满足上述要求，高压断路器必须具有可靠完善的灭弧装置和尽量简单可靠的二次回路。

9．高压断路器是如何分类的？
高压断路器的类型很多，并有多种不同的分类方法：
（1）按安装地点的不同可分为：户内式和户外式。

（2）按灭弧介质的不同可分为：
l）油断路器它的灭弧介质是变压器油。

油断路器又分为少油断路器和多油断路器两种。

2）真空断路器它是将动、静触头密封于一个真空灭弧室（俗称真空包）内，以高度真空的密封空间作为灭弧介质的一种新型断路器。

3）六氟化硫断路器它是以六氟化硫气体作为灭弧介质的一种新型断路器。

4）压缩空气断路器它是以高速流动的压缩空气作为灭弧介质的一种断路器。

5）固体产气断路器它是利用固体介质受电弧作用分解气体来实现灭弧的一种断路器。

6）磁吹断路器它是利用电磁力驱使电弧进入绝缘狭缝中，将电弧拉长并冷却，以实现熄灭电弧的一种断路器。

二、填空题
1．高压断路器按介质不同的可分为（油断路器）、（六氟化硫断路器）、（真空断路器）、（压缩空气断路器）、（磁吹断路器）、（固体自产气断路器）六类。

2．采用（变压器油）作为灭弧介质和绝缘介质的断路器叫油断路器。

3．油断路器按其用油量可分为（少油断路器）和（多油断路器）两类。

4．采用（六氟化硫气体）作为灭弧介质和绝缘介质的断路器叫六氟化硫气体断路器。

5．采用（真空）作为灭弧介质和绝缘介质的断路器叫真空断路器。

6．高压断路器可按照工作环境的不同分为（户内式）和（户外式）两类。

7．高压断路器按其基本结构可分为（触头）、（灭弧室）、（绝缘介质）、（壳体结构）和（运动机构）五部分组成。

8．高压断路器中触头是实现电路（接通）和（关断）重要部件。

9．高压断路器中触头主要可分为（静触头）和（动触头）两种。

10．高压断路器中运动机构是使（动触头）在规定范围内动作的联动机构。

11．断路器中，低速动作的断路器的分闸时间为（大于0.12s）。

12．断路器中，中速动作的断路器的分闸时间为（在0.12s至0.08s之间）。

13．断路器中，高速动作的断路器的分闸时间为（小于0.08s）。

14．海拔高度对高压电器主要的两方面的影响为（海拔高度对外部绝缘的影响）和（海拔高度对电器发热温度的影响）。

15．选择高压断路器时，应坚持（“质量第一、比质比价、择优选厂”）的原则。

16．选择产品时，应首先看三证是否齐全。

这三证是（产品型式试验报告、鉴定书和型号使用证）。

三、判断题
1．绝缘介质可以分为灭弧用绝缘介质及支持用绝缘介质两类。

（ +）2．绝缘介质在断路器中只作为灭弧用。

（）3．额定电压是指断路器正常、长期工作的电压。

额定电压一般指线电压。

（ +）4．额定电压是指断路器正常、长期工作的电压。

额定电压一般指相电压。

（）5．额定电流是指断路器在标准环境温度下，电器设备长期通过的、发热不超过允许值的最大负荷电流称为额定电流。

（ +）
6．额定电流是指断路器在标准环境温度下，电器设备瞬间通过的、发热不超过允许值的最大负荷电流称为额定电流。

（）
7．额定开断电流是指在额定电压下，断路器能够可靠开断的最大电流为额定开断电流。

（ +）8．额定开断电流是指在最大电压下，断路器能够可靠开断的最大电流为额定开断电流。

（）9．热稳定电流指：断路器在规定时间内（国标为4秒）所允许通过的最大电流称为热稳定电流。

（ +）
10．热稳定电流指：断路器在规定时间内（国标为4秒）所允许通过的最小电流称为热稳定电流。

（）
11．极限通过电流指：断路器在闭合状态时允许通过的短路电流的最大瞬时值称为极限通过电流或动稳定电流。

（ +）
12．极限通过电流指：断路器在闭合状态时允许通过的额定电流的最大瞬时值称为极限通过电流或动稳定电流。

（）
13．分闸时间指：在额定操作电压或压力下，从断路器分闸线圈带电开始至三相电弧完全熄灭为止，这段时间称为分闸时间。

（ +）
14．分闸时间指：在额定操作电压或压力下，从断路器分闸线圈带电开始至动静触头完全分离为止，这段时间称为分闸时间。

（）
15．合闸时间指：在额定操作电压或压力下，从断路器合闸线圈通电开始至主触头刚接触为止，这段时间称合闸时间。

（ +）
16．合闸时间指：在额定操作电压或压力下，从断路器合闸线圈通电开始至主触头刚开始运动为止，这段时间称合闸时间。

（）
17．自动重合闸时间指：分闸时间加上重合闸无电流间隔时间即为自动重合闸时间。

（ +）18．自动重合闸时间指：分闸时间加上合闸时间即为自动重合闸时间。

（）
四、选择题
1．高压断路器的额定电压，一般是指
A、断路器正常、长期工作的峰值电压
B、断路器正常、长期工作的相电压
C、断路器正常、长期工作的线电压 *
D、断路器正常、长期工作的平均电压
2．高压电器有关标准规定，产品的使用环境温度为
A、－40℃至＋40℃ *
B、高于－40℃
C、不高于＋40℃
D、在零摄氏度左右
3．海拔高度对高压电器的影响
A、高海拔高的地区的大气压力低，电器的耐压水平会随之降低 *
B、高海拔高的地区的大气压力低，电器的耐压水平会随之升高
C、高海拔高的地区的大气压力高，电器的耐压水平会随之升低
D、高海拔高的地区的大气压力高，电器的耐压水平会随之升高。