高压电气设备.ppt

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1、高压电气设备第一节 电弧理论（1h）第二节 高压断路器及其操动机构（6h）第三节 高压隔离开关及高压负荷开关（2h）第四节 熔断器（1h）第五节 互感器（2h）第六节 封闭母线（1h）第七节 发电厂防雷及过电压保护设备（2h）第八节 中、低压开关柜（1h）第九节 低压开关电器（2h）,第一节 电弧理论（1h）,一、概述1、电弧当拉开电路中有电流通过的开关时，在开关的触头之间可以看到强烈而刺眼的亮光，这是由于在触头之间发生了放电，这种放电称为电弧，电弧是一种气体放电现象。,2、电弧的危害（1）电弧导致触头虽然已经分开，但是电流通过触头间的电弧仍继续流通，也就是说电路并未真正断开。（2）由于电弧的

2、温度很高，弧柱中心温度最高可达10000K以上，如果电弧燃烧时间过长，不仅会将触头烧坏，严重时会使电器烧毁，危害电力系统的安全运行。所以，在切断电路时，应保证迅速而又可靠地熄灭电弧是一切开关的核心问题。,二、电弧的形成1、电弧的产生 高压断路器触头刚分离时，由于触头间的间隙很小，触头间会出现很高的电场强度，当电场强度达到一定程度时，阴极触头的表面在强电场的作用下将发生高电场发射。 从阴极表面发射出来的自由电子，在电场力的作用下向阳极作加速运动，它们在奔向阳极的途中碰撞介质的中性质点（原子或分子），便产生碰撞游离，原中性质点则游离为正离子和自由电子。新产生的电子将和原有的电子一起以极高的速度向阳

3、极运动，当它们和其他中性质点相碰撞时又再一次发生碰撞游离，依此连续发生,图4-2 碰撞游离过程示意图,碰撞游离连续进行的结果是触头间隙充满了电子和正离子，介质中带电质点大量剧增，使触头间隙具有很大的电导，在外加电压的作用下，大量的电子向阳极运动，形成电流，这是由于介质被击穿而产生的电弧。,2、电弧的维持电弧产生后，弧柱的温度很高，这时处于高温下的介质分子和原子产生剧烈运动，使它们之间不断发生碰撞，其结果又游离出大量新的电子和正离子，这便是热游离过程。电弧燃烧主要靠热游离来维持，维持电弧燃烧只要有一定的电流即可。众所周知，高压断路器所要开断的电流为几百安、几千安，电压为几万伏、几十万伏，所以开断

4、过程中必然会形成电弧。可见，电弧形成的过程是：高压断路器阴极触头在强电场作用下发射电子，所发射出的电子在触头间电压作用下产生碰撞游离，形成了电弧。在高温的作用下，在介质中发生热游离，使电弧维持和发展。,3、去游离在电弧中，发生游离过程的同时还进行着带电质点减少的去游离过程。去游离过程是指自由电子和正离子相互吸引发生中和的现象。在稳定燃烧的电弧中，游离和去游离处于动态平衡，如果游离过程大于去游离过程，电弧将继续炽热燃烧；反之，如果去游离过程大于游离过程，电弧将愈来愈小，最后变为熄灭。,去游离的主要方式是复合和扩散：（1）复合是带异号电荷的质点的电荷彼此中和，主要是指正、负离子间的复合。若利用液体

5、或气体吹弧，或将电弧挤入绝缘冷壁做成的窄缝中，迅速冷却电弧，减小离子的运动速度，可加强复合过程。此外，增加气体压力，使离子间自由行程缩短，气体分子密度加大，使复合的几率增加，也是加强复合过程的措施。,去游离的主要方式是复合和扩散：（2）扩散是指弧柱内自由电子与正离子逸出弧柱以外，到周围介质中去的过程。扩散是指电弧中的高温离子由密集的空间向密度小、温度低的介质周围方向扩散。电弧和周围介质的温度差以及离子浓度差愈大，扩散作用就愈强。例如，在断路器中采用高速气体吹拂电弧，带走弧柱中的大量电子和正离子，以加强扩散作用，扩散出来的离子，因冷却而互相结合，成为中性质点。,二、电弧的熄灭方法（一）直流电弧的

6、熄灭发电机的励磁回路为直流电路。用直流灭磁开关切断直流电路时所产生的电弧叫直流电弧。,1、直流电弧的特性,图4-3 直流电弧的电压分布,对于长度为几毫米的电弧，通常称为短弧。在短弧中，电弧电压主要由阴极区、阳极区电压降组成，所以阴极区、阳极区的特性对整个电弧的特性起着决定性的作用。它的特性表现在电弧电压约为20V左右，与电极材料和弧隙介质有关，而与电流、外界条件无关。如果施加在电极的电压小于电弧电压降，则电弧就不会维持，以致熄灭。对于长度为几厘米及以上的电弧，称为长弧。在长弧中，电弧电压主要由弧柱电压组成，弧柱特性起主要作用。电弧电压正比于电弧长度。在低压开关中，常常采用把长弧分割成许多短弧的

7、方法来熄灭电弧。,直流电弧的熄灭的方法：（1）采取冷却电弧或拉长电弧的方法，以增大电弧电阻和电弧电压。拉长电弧除了增大高压断路器触头之间的距离外，还可以利用外力（如电动力）横吹电孤。在拉长电弧的同时，还加强了电弧表面的冷却。（2）增加电路电阻。如果在熄弧过程中串入电阻，同样可以熄灭电孤。（3）将长弧分割成许多串联的短弧，利用短弧的特性，使得电弧电压大于触头间外施电压，则电弧可自行熄灭。在大型发电机的励磁电路中，既采用冷却电弧和短弧原理，又采用逐渐增大串联电阻的方法来熄弧。这样，一方面可增加熄弧能力，另一方面可限制电流变化的速度，以免产生过电压。,（二）交流电弧的熄灭1、交流电弧的电压、电流波形

8、在交流电路中，电流的大小和相位不断地随时间变化而变化，并且从一个半周过渡到下一个半周时，电流要过零一次。如果电流按正弦波形变化，电弧电压波形图如下图所示。图中的A点是电弧产生的电压，称为燃弧电压，而B点是电弧熄灭的电压，称为熄弧电压。由此可见，在交流电弧中，熄弧电压总低于燃弧电压。,交流电弧的燃烧过程与直流电弧的基本区别是，交流电弧电流每半周要过零一次，这时电弧自然暂时熄灭。如果在电流过零时，采取有效措施加强弧隙的冷却，使弧隙介质的绝缘能力达到不会被弧隙外施电压击穿的程度，则在下半周，电弧就不会重燃而最终熄灭。2、交流电弧的熄灭条件（1）介质强度的恢复介质强度的回复过程是指电流过零后，弧隙的绝

9、缘能力在经过一定的时间恢复到正常状态的过程。根据实验知道，当电流过0后，弧隙靠近阴极在0.11s的短暂时间内，介质强度能达到150250V，称为近阴极效应。之后介质强度的增长速度就变得较慢，而且它主要取决于冷却电弧的条件。介质强度的恢复不仅与弧隙的冷却条件有关，同时与电弧电流大小、介质特性、触头分断速度等有关。,1-介质强度恢复过程；2-弧隙电压恢复过程；3-电弧电压,A、在常用的交流低压开关电器中，常利用近阴极效应现象将电弧引入栅片中，把电弧分割成许多串联的短弧，每个短弧的阴极区在电流过0后，都立即出现150250V的介质强度。如果这些串联短弧介质强度的总和大于线路电压，则电流过0后，电弧就

10、自行熄灭。B、在高压长弧中，近阴极效应起不了多大的作用，而起决定作用的是介质强度恢复过程。在高压断路器中，普遍利用气体或液体吹动电弧来加强弧柱的冷却，加速介质强度的恢复，以达到熄灭电弧之目的。,2、交流电弧的熄灭条件（2）弧隙电压的恢复过程弧隙电压的恢复过程是指电流过零后，电源施加于弧隙的电压将从不大的熄弧电压逐渐恢复到电源电压的过程。,例如：对于220kV高压断路器，系统短路时，三相断路器断开往往有先后。首先开断的一相触头两端的恢复电压可能出现的最高电压为：,2、交流电弧的熄灭条件（3）交流电弧的熄灭条件在交流电流过零，电弧自然熄灭后，若加强弧隙的冷却，不发生热击穿；同时加强去游离作用，使弧

11、隙的介质强度恢复数值始终大于加在弧隙两端的恢复电压，弧隙不会发生电击穿，则电弧不会重燃。,3、高压断路器熄灭电弧的方法（1）采用高电气绝缘强度的气体作介质，例如压缩空气、高度真空、六氟化硫气体等作介质。（2）采用热容量大、热传导性能好、并能耐高温、不易发射电子、不易熔化而能产生金属蒸气的金属材料制作触头。例如，目前广泛采用铜钨合金和铜头镀银等材料制作触头。（3）利用气体或液体介质吹动电弧，使电弧在介质中移动，以加强扩散，既能强烈冷却弧隙，也有部分取代原弧隙中游离气体或高温气体的作用。在高压断路器中，采用各种形式的灭弧室，使气体或液体产生较高的压力，有力地吹向弧隙。吹动电弧的方式有纵吹、横吹和纵

12、横混合吹弧。,油断路器灭弧方式 （a）纵吹；（b）横吹1-静触头；2-动触头；3-灭弧室；4-油；5-电弧；6-气泡；7-空气垫,横吹灭弧室内设有空气垫，它起着调节弧室的压力和贮存压力的作用。当电流为峰值时，压力大，原贮存在空气垫内的空气受压缩，使压力提高，即起贮存作用。当电流过0时，弧隙的压力下降，此时利用贮存在空气垫内的高压力气体，将油和气泡吹向电弧，进行横吹熄弧。采用这种灭弧方式可以提高高压断路器熄弧能力。,（4）采用多断口熄弧高压断路器常制成每相有两个或两个以上串联的断口，以利灭弧。采用多断口是将电弧分割成多个小电弧段，在相等的触头行程下，多断口比单断口的电弧拉长了，从而增大弧隙电阻，

13、而且电弧被拉长的速度也增加，加速了弧隙电阻的增大，同时也增大介质强度的恢复速度。由于加在每个断口的电压降低（仅一半），使弧隙的恢复电压降低，因此灭弧性能更好。,采用多断口的结构后，每一个断口在开断位置的电压和开断过程中的恢复电压分布不均匀，原因是断口电容和对地电容的影响，从而导致第一个断口的工作条件比第二个断口要严重。为了充分发挥每个灭弧室的作用，应使两个断口的工作条件基本相同，通常在每个断口并联一个比和大很多的电容，即均压电容。,（5）断路器主触头并联电阻,主触头并联电阻的作用：（1）分闸时，主触头K1先断开，辅助触头K2后断开，使主触头的电弧电流被分流，使之容易熄灭；而且使恢复电压的数值及

14、上升速度都降低，使可能的振荡过程变成非振荡过程，从而抑制过电压的产生，防止电弧重燃。（2）在合闸时，辅助触头K2先合上，电源经并联电阻接通线路。由于合闸并联电阻R的阻尼作用，限制了合闸过电压。随后主触头K1才合上。,（6）提高触头的运动速度，以迅速拉长电弧，使散热和扩散的表面迅速增加。提高高压断路器触头开断速度，快速拉长电弧，减小燃弧时间，使电弧能量下降，对熄灭电弧有利，故常采用快速分闸机构的断路器。,第二节 高压断路器及其操动机构（4h）,一、高压断路器的作用和基本原理1、作用由于高压断路器有专门的熄灭电弧的装置，所以它可以开断有电流的电路：（1）在正常情况下，接通和断开电路。（2）在系统故

15、障时，保护装置动作，断路器自动地切除电力系统故障电流。2、原理：,3、高压断路器的组成：,二、高压断路器的类型现代高压断路器按照灭弧介质及作用原理常用以下四种：（1）六氟化硫（SF6）断路器。采用具有优良灭弧性能和绝缘性能的SF6气体作为灭弧介质的断路器称为SF6断路器。这种断路器具有开断能力强、体积小等特点，但结构较复杂，金属消耗量大，价格较贵。（2）真空断路器。利用真空的高介质强度来灭弧的断路器，称为真空断路器。这种断路器具有灭弧速度快、触头材料不易氧化、寿命长、体积小等特点，但电压等级不高，一般用于35kV以下电路。（3）油断路器。采用变压器油作为灭弧介质的断路器称为油断路器。油断路器分

16、多油断路器和少油断路器两种。我国目前生产的高压油断路器主要是少油断路器。,（4）空气断路器。采用压缩空气作为灭弧介质的断路器称为空气断路器。压缩空气除了作灭弧介质外，还作为触头开断后的弧隙绝缘介质。空气断路器具有灭弧能力强、动作迅速等特点，但其结构较复杂，有色金属消耗量较大，因此它一般用于220kV及以上电压的电力系统中。,三、高压断路器的技术参数1额定电压UN 额定电压（用UN表示）是指高压电器（包括高压断路器）设计时所采用的标称电压。对于三极电器是指其极间电压（线电压）。我国高压电器采用的额定电压等级有：3、6、10、15、20、35、63、110、154、220、330、500kV等。

17、对于额定电压在35kV及以下的高压电器，为了减轻其工作条件从而降低其造价，多制成户内式并且是三极式的；对于额定电压在110kV及以上的高压电器，由于其外形尺寸和相间距离较大，多制成户外式并且是单极式的。,三、高压断路器的技术参数2额定电流IN额定电流（用IN表示）是高压电器（包括高压断路器）在额定频率下能长期通过，而各金属部件和绝缘部分的温升不超过长期工作时最大容许温升的最大标称电流。我国采用的额定电流的等级为：200、400、630、1000、1250、1600、2000、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000A。额定电流的大小决定了

18、高压断路器导体、触头的尺寸和结构。额定电流愈大，它们的尺寸愈大。,三、高压断路器的技术参数3额定短路开断电流Ibrn 高压断路器在进行开断操作时，在额定电压下能保证正常开断的最大短路电流称为额定短路开断电流，用Ibrn表示。额定短路开断电流表征高压断路器的开断能力。我国规定高压断路器额定短路开断电流为：1.6、3.15、6.3、8、10、12.5、16、20、25、31.5、40、50、63、80、100kA等。 在低于额定电压下，开断电流可以提高，但由于灭弧装置机械强度的限制，故开断电流仍有一极限值，该极限值称为极限开断电流，即高压断路器开断电流不能超过极限开断电流。,三、高压断路器的技术参

19、数4额定断流容量Sbrn 一般用额定短路开断电流Ibrn和额定电压UN的乘积表示高压断路器的额定断流容量（用Sbrn表示），即我国采用的高压断路器额定断流容量为：15、30、50、100、150、200、250、300、350、400、500、750、1000、1500、2000、2500、3000、3500、4000、5000、6000、7000、8000、10000，12000、15000、20000、25000MVA。额定断流容量的大小决定了高压断路器灭弧装置的结构和尺寸。,三、高压断路器的技术参数5动稳定电流（额定峰值耐受电流）iem 动稳定电流是指高压断路器在闭合位置时所能通过的最大

20、短路电流，又称极限通过电流。高压断路器通过这一电流时，不会因为电动力的作用而发生任何机械上的损坏。这一电流一般是指短路电流第一个周波的峰值电流。6、热稳定电流（额定短时耐受电流）Ith和热稳定电流的持续时间 t热稳定电流是指断路器处于合闸状态下，在一定的持续时间内，允许通过电流的最大周期分量有效值，此时断路器不应因电流短时发热而损坏。一般额定热稳定电流的持续时间为2s，需要大于2s时，推荐4s。,三、高压断路器的技术参数8分闸时间高压断路器从得到分闸命令起到触头分开直至电弧熄灭为止的时间称为全分闸时间（全开断时间），用tt表示。全分闸时间等于固有分闸时间tl和燃弧时间t2之和。固有分闸时间为高

21、压断路器接到分闸命令到触头分离这一段的时间。燃弧时间是从触头分离到各相电弧熄灭的时间。,图4-27 高压断路器开断电路时的有关时间t0-继电保护动作时间；t1-高压断路器固有分闸时间；t2-燃弧时间；tt-高压断路器全分闸时间,三、高压断路器的技术参数9合闸时间高压断路器从接收到合闸命令起到主触头刚接触为止的时间称为合闸时间。 10、自动重合闸性能 （自动重合闸操作循环）架空输电线路的短路故障大多数暂时性故障。因此，为了提高供电可靠性和保持电力系统的稳定性，输电线路多装有自动重合闸装置。在短路故障发生时，继电保护将高压断路器开断，然后，经过很短时间又自动重合。高压断路器重合后，如果故障并未消除

22、，高压断路器必须再次分闸，断开短路故障，这种情况称为“不成功自动重合闸”。此后，有些情况下，当高压断路器断开一定时间后，由运行人员再行合闸，叫做强送电。强送电后，如果故障仍未消除，高压断路器立即再分闸一次。,要求自动重合闸的断路器的自动重合闸操作循环为： 分 合分 t 合分不要求自动重合闸的高压断路器的操作循环为： 分 t 合分 t 合分“分”表示高压断路器分闸；“合”表示高压断路器合闸；“”表示高压断路器开断故障电路从电弧熄灭起到电路重新接通的时间，称为无电流间隔时间，一般在0.30.5s左右；“合分”表示高压断路器自开断位置关合电路后，没有人为延时地立即开断；t表示强送电时间，一般为180

23、s。,四、高压断路器的型号,LW6220315050为防污6型户外式六氟化硫高压断路器，其额定电压为220kV，额定电流为3150A，额定短路开断电流为50kA。ZN510100020为5型户内式真空高压断路器，其额定电压为10kV，额定电流为1000A，额定短路开断电流为20kA。,五、高压断路器的结构原理（一）SF6高压断路器1、SF6气体的特性SF6气体是无色、无味、无毒、不易燃的惰性气体，具有优良的绝缘性能，且不会老化变质，比重约为空气的5.1倍，在标准大气压下，-62时液化；在12个大气压下，0时液化。SF6气体具有优良的绝缘性能（相当于空气的3倍），良好的灭弧性能（相当于空气的10

24、0倍）；SF6气体不溶于水和变压器油，在电弧高温作用下与空气中的氧、潮气、水分能很快分解产生低氟化硫等有毒物质，对人体和设备金属均有害，并会引起绝缘材料的损坏。,2、SF6断路器本体结构及原理,LW10B-252型SF6断路器为瓷柱式结构，每台断路器由三个独立的单极组成，其结构主要有灭弧室、支柱、液压机构及密度继电器等零部件组成。,1. 上接线板 2. 灭弧室瓷套 3. 静触头 4. 动触头 5. 下接线板 6. 绝缘拉杆 7. 机构箱 8. 密度控制器,该断路器特点：1、灭弧室结构设计合理、开断能力强、触头电寿命长(额定短路开断达26次)、检修间隔期长；2、产品的机械可靠性好，保证机械寿命3

25、000次；3、每极断路器均装有指针式密度控制器，用于监视SF6气体的泄漏，其指示值不受环境温度的影响；4、液压机构操作油压由压力开关自动控制，可恒定保持在额定油压而不受环境温度的影响，同时，机构内的安全阀可免除过压的危险；5、 当SF6气压降为零表压时，断路器仍能承受1.5倍最高相电压；6、 液压机构具有失压后重建压力时不慢分的功能；,7、液压机构装有两套彼此独立的分闸控制线路，可以应用两套继电保护以提高运行的可靠性；8、断路器的灭弧室和支柱整体包装运输，并充以0.03MPa的SF6气体，现场安装时可直接充SF6气体，无需抽真空。断路器的调整环节少，现场安装方便；9、断路器可带电补充SF6气体

26、而无需退出运行；10、 断路器操作噪音低；11、管阀结构的液压机构管路很少，减少了漏油环节。,（1）灭弧室结构及工作过程 ：灭弧室可分为压气式和自能式两种。压气式是指在分闸过程中利用压缩气室气体吹弧的方法进行灭弧，其中LW10B开关采用压气式灭弧原理。自能式灭弧原理是指利用电弧的阻塞效应和热膨胀提高气室压力来吹弧；,A、压气式灭弧原理LW10B开关灭弧室主要由三部分组成：a. 动触头装配： 由喷管(10)、压环(11)、动触头(19)、动弧触头(12)、护套(13)、滑动触指(15)、触指弹簧(16)、缸体(21)、触座(17)、逆止阀(14)、压气缸(18)、接头(20)和拉杆(22)组成；

27、b. 静触头装配： 由静触头接线座(1)、触头支座(2)、弧触头座(4)、静弧触头(5)、触指(7)、触指弹簧(8)、触座(6)、均压罩(9)组成；c. 鼓形瓷套装配： 由鼓形瓷套及铝合金法兰组成。断路器的灭弧室为单压力压气式结构，即断路器内充有0.3-0.6MPa的SF6气体，它是依靠压气作用实现气吹来灭弧的。,1静触头接线座2触头支座3分子筛4弧触头座5静弧触头6触座7触指8触指弹簧9均压罩10喷管11压环12动弧触头,13护套14逆止阀15滑动触指16触指弹簧17触座18压气缸19动触头20接头21缸体22拉杆23导向板24瓷套装配,动触头装配,静触头装配,灭弧室动作原理（压气式灭弧）

28、：（1）合闸A、动作动作当断路器合闸时，工作缸活塞杆向上运动，通过绝缘支柱的拉杆和绝缘拉杆带动灭弧室拉杆(22)向上移动，使接头(20)、动触头(19)、压气缸(18)、动弧触头(12)、 喷管(10)同时向上移动，运动到一定位置时，静弧触头首先插入动弧触头中，即弧触头首先合闸，紧接着动触头的前端即主触头插入主触指中，直到行进200mm1mm 完成合闸动作，在压气缸快速向上移动的同时阀片打开（逆止阀），使灭弧室内SF6气体迅速进入压气缸内。,B、合闸后的电流路径当接线方式为高进低出时，电流由端子(1)进入，经触头支座(2)、 触座(6)、触指(7)、动触头(19)、 滑动触指(15)、触座(1

29、7)、缸体(21)及缸体上的下接线端子引出。当接线方式为低进高出时，电流方向与此相反。,（2）分闸分闸时与合闸动作相反，工作缸活塞杆向下运动，通过绝缘拉杆、拉杆(22)带动动触头系统迅速向下移动，首先主触指和动触头脱离接触，然后弧触头(5)和(12)分离。在动触头向下运动过程中，阀片关闭，压气缸内腔的SF6气体被压缩后适时向电弧区域喷吹，使电弧冷却和去游离而熄灭，并使断口间的介质强度迅速恢复，以达到开断额定电流及各种故障电流的目的。动触头总行程200mm1mm。主触头开距：150mm4mm。弧触头超程：40mm4mm。,B、自能式灭弧原理自能式原理指的是利用电弧本身的能量对气缸内的六氟化硫气体

30、加热，使其体积膨胀压力增高，提高断路器在电弧过零时的吹弧压力，在保证开断能力的同时，尽可能的降低产品所需要的操作功，减轻操作机构的负担 。如220kV的断路器，可用弹簧操动机构。,开断大电流 主触头分开后，弧动、静触头随后分开产生电弧。 电弧能量加热贮气室中的气体使压力升高，建立灭弧所需的压力。 贮气室中的高压力气体经绝缘喷口吹向电弧，使电弧在电流过零时熄灭。 随后阀门打开，排出多余气体。,开断小电流 (如电抗器和空载线路) 由于电弧能量小，依靠电弧能量难以建立灭弧所需的压力，因而必须设法提供附加的吹气作用。 附加气吹作用是由贮气室向下运动产生的。 在图中，依靠固定活塞的压气作用使辅助气室中的

31、压力升高，打开上阀门，让气体通过贮室经绝缘喷口吹向电弧，,（2）支柱的结构 支柱主要由两节支柱瓷套(1)、(7)、绝缘拉杆(3)、隔环(4)、导向盘(5)、导向套(6)、支柱下法兰(8)、密封座(9)、拉杆(10)及充气接头(11)组成。支柱装配不仅是断路器对地绝缘的支撑件，同时也起着支撑灭弧室的作用。上、下两节支柱瓷套的尺寸相同，但机械强度不同，下节瓷套破坏弯矩5600kg.m，上节瓷套为3500kg.m。两瓷套连接处装有隔环及导向盘，导向盘上压有导向套，隔环上有检漏孔。如果断路器采用单节支柱瓷套，则没有项4、5、6。,1上节支柱瓷套 2分子筛筐 3绝缘拉杆 4隔环 5导向盘 6导向套 7下

32、节支柱瓷套 8支柱下法兰 9密封座 10拉杆 11充气接头,分子筛的作用是吸附六氟化硫气体中的水份及由于电弧作用而分解形成的低氟化物。,（二）真空断路器真空断路器是以真空作为灭弧和绝缘介质，常用于1035 kV中压配电系统中。1、真空绝缘强度由于：真空中几乎没有气体分子可供游离导电； 弧隙中少量导电粒子极易向周围真空扩散。 所以：真空的绝缘强度比变压器油及在大气压下的SF6或空气等绝缘强度高得多。,2、真空中的电弧碰撞游离不是产生电弧的主要因素 这是因为气体的分子数量非常少，发生碰撞的机会很小。金属蒸气是产生电弧的主要因素 当触头分离时，电极表面因有微小突起将会引起电场能量集中而发射电子，在极

33、小的面积上，电流密度很大，使金属发热、熔融，蒸发出来的金属蒸气发生电离而形成电弧。因此，真空中金属蒸气电弧的特性，主要决定于触头材料的性质及其表面情况。,3、真空断路器结构,20KV真空断路器,总体结构：（1）支架：安装各功能组件的架体。（2）真空灭弧室：实现电路的关合与开断功能的熄弧元件。（3）导电回路：与灭弧室的动端及静端连接构成电流通道。（4）传动机构：把操动机构的运动传输至灭弧室，实现灭弧室的合、分闸操作。（5）绝缘支撑：绝缘支持件将各功能元件，架接起来满足断路器的绝缘要求。（6）操动机构：断路器合、分间的动力驱动装置,真空灭弧室的结构,真空灭弧室是真空断路器中最重要的部件。真空灭弧室

34、的外壳是由绝缘筒、两端的金属盖板和波纹管所组成的密封容器。灭弧室内有一对触头，静触头焊接在静导电杆上，动触头焊接在动导电杆上，动导电杆在中部与波纹管的一个断口焊在一起，波纹管的另一端口与动端盖的中孔焊接，动导电杆从中孔穿出外壳。由于波纹管可以在轴向上自由伸缩，故这种结构即能实现在灭弧室外带动动触头作分合运动，又能保证真空外壳的密封性。,（1）外壳： 整个外壳通常由绝缘材料和金属组成。对外壳的要求首先是气密封要好；其次是要有一定的机械强度；再是有良好的绝缘性能。（2）波纹管： 波纹管既要保证灭弧室完全密封，又要在灭弧室外部操动时使触头作分合运动，允许伸缩量决定了灭弧室所能获得的触头最大开距（3）

35、屏蔽罩： 触头周围的屏蔽罩主要是用来吸附燃弧时触头上蒸发的金属蒸气，防止绝缘外壳因金属蒸气的污染而引起绝缘强度降低和绝缘破坏，同时，也有利于熄弧后弧隙介质强度的迅速恢复。在波纹管外面用屏蔽罩，可使波纹管免遭金属蒸气的烧损。,（4）导电系统： 定导电杆、定跑弧面、定触头、动触头、动跑弧面、动导电杆构成了灭弧室的导电系统。其中定导电杆、定跑弧面、定触头合称定电极，动触头、动跑弧面、动导电杆合称动电极，由真空灭弧室组装成的真空断路器合闸时，操动机构通过动导电杆的运动，使两触头闭合，完成了电路的接通。（5）触头：触头结构对灭孤室的开断能力有很大影响。采用不同结构触头产生的灭弧效果有所不同的，早期采用简

36、单的圆柱形触头，结构虽简单，但开断能力不能满足断路器的要求，仅能开断10kA以下电流。目前，常采用的有螺旋糟型结构触头、带斜槽杯状结构触头和纵磁场杯状结构触头三种，其中以采用纵磁场杯状结构触头为主。,真空灭弧室工作原理当其断开一定数值的电流时,动静触头在分离的瞬间，电流收缩到触头刚分离的一点上，出现电极间电阻剧烈增大和温度迅速提高，直至发生电极金属的蒸发,同时形成极高的电场强度，导致极强烈的发射和间隙击穿，产生真空电弧。当工频电流接近零时,同时也是触头开距的增大,真空电弧的等离子体很快向四周扩散，电弧电流过零后,，触头间隙的介质迅速由导电体变为绝缘体，于是电流被分断。由于触头的特殊构造，燃弧期

37、间触头间隙会产适当的纵向磁场，这个磁场可使电弧均匀分布在触头表面，维持低的电弧电压，从而使真空灭弧室具有较高弧后介质强度恢复速度，小的电弧能量和小的腐蚀速率。这样,就提高了真空灭弧室开断电流的能力和使用寿命。,六、高压断路器的操动机构（一）操动结构的作用、类型作用：操动断路器的合、分闸动作；维持断路器的合闸状态。类型：电磁型、弹簧型、液压型、电动型、气动型、液压弹簧机构 电磁型、电动型需直接依靠合闸电源提供操动功率； 液压型、弹簧型、气动型、液压弹簧型间接利用电能，并经转换设备和储能装置用非电能形式操动合闸（短时失去电源后可由储能装置提供操动功率，减少了对电源的依赖程度）。,1、电磁操动机构电

38、磁操动机构是早期变电所断路器普遍使用的操动机构，它是靠合闸线圈通入大的合闸电流，产生大的电磁力，把断路器由分闸位置推向合闸位置，需要强大的操作电源，因而要求用户配备价格昂贵的蓄电池组。加上电磁机构的结构笨重，动作时间较长，合闸线圈的工作电流为90A左右，缺点是工作电流大，易烧坏合闸线圈，故障率比较高。,视频,2、弹簧操动机构弹簧操动机构是一种以弹簧作为储能元件的机械式操动机构。弹簧的储能借助电动机通过减速装置来完成，并经过锁扣系统保持在储能状态。开断时，锁扣借助磁力脱扣，弹簧释放能量，经过机械传递单元使触头运动。弹簧操动机构分合闸操作采用两个螺旋压缩弹簧实现。储能电机给合闸弹簧储能，合闸时合闸

39、弹簧的能量一部分用来合闸，另一部分用来给分闸弹簧储能。合闸后，储能电机立刻给其储能，储能时间不超过15s（储能电机可采用交直流两用电机）。运行时，分合闸弹簧均处于压缩状态，而分闸弹簧的释放有一独立的系统，与合闸弹簧没有关系。这样设计的弹簧操动机构具有高度的可靠性和稳定性，。,（1）合闸位置（分、合闸弹簧储能状态）,分闸动作过程,分闸演示,分闸过程：（1）分闸信号使分闸线圈带电并使分闸撞杆撞击分闸触发器（2）分闸触发器以顺时针方向旋转并释放分闸保持掣子（3）分闸保持掣子也以顺时针方向旋转释放主拐臂上的轴销A。（4）分闸弹簧力使主拐臂逆时针旋转，断路器分闸。,（2）分闸后位置（合闸弹簧保持储能状态

40、）,合闸动作过程,1,3,4,5,6,8,9,7,B,合闸演示,合闸过程：（1）合闸信号使合闸线圈带电，并使合闸撞杆撞击合闸触发器。（2）合闸触发器以顺时针方向旋转，并释放合闸弹簧储能保持掣子。（3）合闸弹簧储能保持掣子逆时针方向旋转，释放棘轮上的轴销B。（4）合闸弹簧力使棘轮带动凸轮轴以逆时针方向旋转，使主拐臂以顺时针旋转，断路器完成合闸。并同时压缩分闸弹簧，使分闸弹簧储能。（5）当主拐臂转到行程末端时，分闸触发器和合闸保持掣子将轴销A锁住，开关保持在合闸位置。,合闸后位置（分闸弹簧储能、合闸弹簧释放状态）,弹簧储能,17,16,B梢,6,7,弹簧,弹簧储能演示,弹簧储能：（1）断路器合闸操

41、作后，与棘轮相连的凸轮板使限位开关33HB闭合，磁力开关88M带电，接通电动机回路，使储能电机启动。（2）动力通过一对锥齿轮传动至与一对棘爪相连的偏心轮上偏心轮的转动.（3）偏心轮的转动使这一对棘爪交替蹬踏棘轮，使棘轮逆时针转动，带动合闸弹簧储能。（4）合闸弹簧储能到位后由合闸弹簧储能保持掣子将其锁定。（5）同时凸轮板使限位开关33HB切断电动机回路。合闸弹簧储能过程结束。,合闸位置（合闸弹簧储能后的状态）,断路器的防跳： 断路器防跳性能可以通过两个方面实现的：第一是操动机构本身实现机械防跳，第二是在操动机构的合闸回路中设置的“防跳”线路来实现。机械防跳装置的原理，其动作过程如下:,1）图a所

42、示状态为开关处于分闸位置，此时合闸弹簧未储能（分闸弹簧已释放）状态，凸轮通过凸轮轴与棘轮相连，棘轮受到已储能的合闸弹簧力的作用存在顺时针方向的力矩，但合闸触发器和合闸弹簧储能保持掣子的作用下使其锁住，开关保持在分闸位置。,2） 当合闸电磁铁被合闸信号励磁时，铁心杆带动合闸撞杆先压下防跳销钉后撞击合闸触发器。合闸触发器以顺时针方向旋转，并释放合闸弹簧储能保持掣子，合闸弹簧储能保持掣子逆时针方向旋转，释放棘轮上的轴销B。合闸弹簧力使棘轮带动凸轮轴以逆时针方向旋转，使主拐臂以顺时针旋转，断路器完成合闸。,3） 滚轮推动脱扣器的回转面，使其进一步逆时针转动。从而，脱扣器使脱扣杆顺时针转动(见图4b)，

43、从防跳销钉上滑脱，而防跳销钉使脱扣杆保持倾斜状态(见图4c).4）断路器合闸结束，合闸信号消失电磁铁复位(见图4d).,5）如果断路器此时得到了意外的分闸信号开始分闸， 在分闸在这一过程中，只要合闸信号一直保持，脱扣杆由于防跳销钉的作用始终是倾斜的，从而铁心杆便不能撞击脱扣器，因此，断路器不能重复合闸操作(见图4e)实现防跳功能。 当合闸信号解除时，合闸电磁铁失磁，铁心杆通过电磁铁内弹簧返回，则铁心杆和脱扣杆均处于图4a状态，为下次合闸操作作好了准备。,3、液压操动机构,液压机构由以下元件组成：低压油箱(1)、油泵电机(15)、油过滤器(17)、压力开关(11)、压力表(10)、合闸电磁铁(8

44、)、分闸电磁铁(5)、二级阀、分闸一级阀(2)、合闸一级阀(14)、辅助开关(7)、工作缸(6)、贮压器(12)及控制面板。,动作原理：a. 贮压：接通电源，电机(M)带动油泵转动，油箱(1)中的低压油经过滤器(17)、低压油管、油泵，进入贮压器(12)上部，压缩下部的氮气，形成高压油。由于贮存器的上部与工作缸活塞上部及二级阀相连通，因此，高压油同时进入图中所示的高压区域，当油压达到额定工作压力值时，压力开关11的相应接点断开，切断电机电源，完成贮压过程。在贮压过程中或贮压完成后，如果由于温度变化或其它意外原因使得油压升高达到安全阀开启压力时，压力开关11内的安全阀自动打开，把高压油放回到油箱

45、中，当油压降到额定压力时，安全阀关闭。,动作原理：b.合闸操作：合闸电磁铁8接受命令后，打开合闸一级阀14的阀口14.1，关闭阀口14.2，高压油经一级阀进入二级阀阀杆19的活塞下部，推动阀杆向上运动，从而带动管阀向上封住工作缸6下部的合闸阀口，打开管阀下部的分闸阀口，高压油经管阀内腔进入工作缸下端，由于工作缸活塞下部受力面积大于上部，便产生一个向上的力，推动活塞向上运动实现合闸。工作缸活塞向上运动的同时也带动辅助开关转换，主控室内的合闸指示信号接通，分闸回路接通 (即可以接受分闸命令)，带动辅助开关的滑环指向分、合闸指示牌的“合”。合闸电磁铁电源切断后，合闸一级阀在弹簧力及油压作用下阀口14

46、.1关闭，14.2打开，切断高压油路成为图示状态，二级阀阀杆活塞下部与油箱连通。,在合闸状态下，因意外因素使得液压系统失压，在重新建压过程中，由于管阀不会受到向下的力(重力远小于摩擦力)，反而一旦有油压就会受到一个向上的预封力，因此，管阀一直处于原位不动，封住合闸阀口，高压油便同时进入工作缸活塞的上、下部，使活塞始终受一个向上的力，而不会出现慢分现象，即这种管状二级阀结构的液压机构具有可靠的自动防慢分的功能。,动作原理：c.分闸操作：分闸电磁铁5接受命令后，打开分闸一级阀2的阀口2.1，关闭阀口2.2，高压油进入二级阀阀杆19的活塞上部，推动阀杆向下运动，从而带动管阀向下，使管阀与工作缸下部的

47、合闸阀口分开，管阀下部进入分闸阀口如图示状态，阻止高压油通过管阀内腔向上流动；同时，工作缸活塞下部与油箱连通成为低压状态，活塞在上部油压作用下向下运动，实现分闸。同时带动辅助开关转换，主控室内的分闸指示信号接通，合闸回路接通(即可以接受合闸命令)，带动辅助开关的滑环指向分、合闸指示牌的“分”。分闸电磁铁电源切断后，分闸一级阀在弹簧力及油压作用下阀口2.1关闭，2.2打开，切断高压油路成为图示状态，二级阀阀杆活塞上部与油箱连通。,动作原理：d、慢合：断路器必须在退出运行不承受高电压时，才允许进行慢合、慢分操作，此种操作只在调试时进行。断路器处于分闸位置，把液压系统的压力放至零表压，用手向上推动操

48、纵杆18至合闸位置，然后电机打压，断路器就慢合。e. 慢分：断路器处于合闸位置，把液压系统的压力放至零表压，用手向下拉操纵杆18至分闸位置，然后电机打压，断路器就慢分。,（4）分、合闸电磁铁,合闸电磁铁 分闸电磁铁 1按钮 2磁轭 3磁轭 4线圈 5铁芯 6螺母,（5）贮压器,1底座 2密封圈 3缸体 4活塞 5组合密封圈 6弹簧座 7弹簧 8导向板 9塞座 10帽 11密封螺堵 12钢球 13组合密封圈 14压环,LW10B-252断路器每相配两只相同的贮压器，容积为25.6升。贮压器储存了液压操作系统的能源，其下部预先充有高纯氮，工作时油泵将油箱中的油压入贮压器上部进一步压缩氮气，从而储存了能量供断路器分、合闸使用。,