高压断路器原理及应用

高压断路器原理及应用

[摘要]高压断路器是变电所主要的电力控制设备，具有灭弧性。当系统正常运行时，它能够切断和接通电路和各种电气设备的空载和负载电流；当系统发生故障时，它能够配合继电保护系统，及时迅速的切断故障电流，可以防止事故范围的扩散。目前，高压断路器主要应用在电力系统，并且随着技术理论的提高，也在扩大其应用范围。

【关键词】断电器;高压断电器

断路器的基本理论和工作原理牵涉面较广，内容庞杂，既有电磁学理论，也有热学和力学理论。在电磁学和热学方面既有场又有路，既有稳态过程也有暂态过程；在力学方面则涉及到静力学、动力学、流体力学和空气动力学方面的内容。此外还涉及到电工材料、绝缘、放电、试验等多项技术，并随着时代的发展内容不断扩充和更新，如计算机技术的应用等。有关内容不只用于高压断路器，还可用于包括高压电器、低压电器等各种电气设备。

一、断路器的分类

断路器按其适用范围分为高压断路器低压断路器，高低压界线划分比较模糊，一般将3kV以上的称为高压电器。低压断路器又称自动开关，俗称空气开关，也是指低压断路器，它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件，已获得了广泛应用。本文主要讲解高压断路器的基本原理及应用。

二、高压断路器的原理

断路器的作用是切断和接通负荷电路，以及切断故障电路，防止事故扩大，保证安全运行。而高压断路器要开断1500V，电流为1500-2000A的电弧，这些电弧可拉长至2m仍然继续燃烧不熄灭。故灭弧是高压断路器必须解决的问题。

吹弧熄弧的原理主要是冷却电弧减弱热游离，另一方面通过吹弧拉长电弧加强带电粒子的复合和扩散，同时把弧隙中的带电粒子吹散，迅速恢复介质的绝缘强度。

（一）高压断路器的种类

高压断路器(或称高压开关)是发电厂、变电所主要的电力控制设备，具有

灭弧特性,当系统正常运行时，它能切断和接通线路以及各种电气设备的空载和负载电流;当系统发生故障时,它和继电保护配合，能迅速切断故障电流,以防止扩大事故范围。因此，高压断路器工作的好坏,直接影响到电力系统的安全运行；高压断路器种类很多，按其灭弧的不同，可分为：油断路器（多油断路器、少油断路器）、六氟化硫断路器（SF6断路器）、真空断路器、压缩空气断路器等。

1．采用变压器油作为灭弧介质和触头开断后的弧隙绝缘介质以及带电部分与接地外壳之间绝缘介质的断路器称为多油式断路器；采用变压器油作为灭弧介质和触头开断后的弧隙绝缘介质的断路器称为少油式断路器。

2．采用具有优良灭弧和绝缘性能的SF6气体作为灭弧介质的断路器称为六氟化硫断路器。其开断能力强，体积小；但结构复杂，耗材多。

3．利用真空的高介质强度来灭弧的断路器，其灭弧速度快，寿命长，体积小。

4．采用压缩空气作为灭弧介质和触头开断后的弧隙绝缘介质的断路器称为压缩空气断路器。其灭弧能力强，压缩迅速，但结构复杂，耗材多。

（二）高压断路器的组成结构

高压断路器主要有五部分组成，也是靠着五部分完成工作的。包括通断元件、中间传动机构、操动机构、绝缘支撑件和基座。

通断元件是断路器的核心部分，主电路的接通和断开由他来完成。主电路的通断由操作机构接到操作指令后，经中间传动机构传送到通断元件，通断元件执行命令，使主电路接通或断开。通断元件包括有触头、导电部分、灭弧介质和灭弧室等。一般安放在绝缘支撑件上，使带电部分与地绝缘，而绝缘支撑件则安装在基座上

三、高压断路器的应用及选择

（一）高压断路器的应用

高压断路器是电力系统中最重要、最复杂的电器设备。高压断路器在高压电路中起控制作用，是高压电路中的重要电器元件之一。断路器用于在正常运行时接通或断开电路，故障情况在继电保护装置的作用下迅速断开电路，特殊情况（如自动重合到故障线路上时)下可靠地接通短路电流。高压断路器是在正常或故障情况下接通或断开高压电路的专用电器。断路器的工作状态（断开或者闭合）是由他的操动机构控制的。

高压负荷开关、高压隔离开关和高压断路器的区别：1、高压负荷开关是可以带负荷分断的，有自灭弧功能，但它的开断容量很小很有限。2、高压隔离开关一般是不能能带负荷分断的，结构上没有灭弧罩，也有能分断负荷的高压隔离

开关，只是结构上与负荷开关不同，相对来说简单一些。3、高压负荷开关和高压隔离开关，都可以形成明显断开点，大部分高压断路器不具隔离功能，也有少数高压断路器具隔离功能。4、高压隔离开关不具备保护功能，高压负荷开关的保护一般是加熔断器保护，只有速断和过流。5、高压断路器的开断容量可以在制造过程中做的很高。主要是依靠加电流互感器配合二次设备来保护。可具有短路保护、过载保护、漏电保护等功能。

（二）高压断路器的选择

对高压断路器有以下几个方面的要求，这些要求在断路器的基本技术参数上得到体现。

1.断路器在额定条件下（额定电压、额定电流）可以长期工作。

2.应有足够的开断能力，并保证有足够的热稳定和动稳定（开断电流、额定关合电流、极限通过电流、热稳定电流）。

3.具有尽可能短的开断时间，这对减少电网的故障时间，减轻故障设备的损害，提高系统稳定性都是有利的。

4.结构简单、价格低廉、体积小、重量轻、便于安装。

（三）高压断路器的技术发展

目前，高压断电器广泛应用在电力系统。由于电力系统对高压断路器的要求相对较高，因此，高压断电器的技术也在得到长足发展。主要体现在：新介质的应用，新型触头材料的开发和研制、制造工艺水平的提高，以及理论研究的发展。目前，高压断电器正在向着电压大容量、小型化、智能化的方向发展。

参考文献

[1]高压断路器智能系统研究,霍梦友,张光远,电加工与磨具,2005年第3期

[2]户外高压断路器的灭弧方式,苏斌,重庆工学院学报,2008年第5期

[3]高压断路器的研究与开发,魏俊梅,沈阳工业大学，2008年

[4]智能型相控开关技术的研究与实现,白申义,清华大学出版社，2009年