SF高压断路器结构及工作原理教案.pptx
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1、会计学1SF高压断路器结构及工作原理高压断路器结构及工作原理一、断路器的作用:高压断路器在正常运行时用它接通或切断负荷电流;在电气设备或线路发生短路故障或严重过负荷时,由继电保护装置控制其自动迅速地切断故障电流,切断发生短路故障的设备或线路,以防止扩大事故范围。二、断路器的功能 (1)控制作用。根据电力系统运行的需要,将部分或全部电气设备,以及部分或全部线路投人或退出运行。第1页/共61页 (2)保护作用。当电力系统某一部分发生故障时,它和保护装置、自动装置相配合,将该故障部分从系统中迅速切除,减少停电范围,防止事故扩大,保护系统中各类电气设备不受损坏,保证系统无故障部分安全运行。(3)灭弧作
2、用。高压断路器不仅能可靠的开断空载电流和负荷电流,而且能可靠的开断短路电流。第2页/共61页电弧的产生与熄灭电弧的产生与熄灭1 1、电弧的概念、电弧的概念 当开关电器开断电路时,电压和电流达到当开关电器开断电路时,电压和电流达到一定值时,触头刚刚分离后,触头之间就会产生一定值时,触头刚刚分离后,触头之间就会产生强烈的瞬间火花,我们称之为电弧。电弧的实质强烈的瞬间火花,我们称之为电弧。电弧的实质是一种气体放电现象。是一种气体放电现象。2 2、电弧的形成、电弧的形成 当开关设备的触头分断有载电路时,电子当开关设备的触头分断有载电路时,电子在强电场的作用下高速冲向阳极,碰撞触头间隙在强电场的作用下高
3、速冲向阳极,碰撞触头间隙中的中性质点,发生链式反应。在电场的作用下中的中性质点,发生链式反应。在电场的作用下带电离子定向移动,使触头间隙由绝缘状态变成带电离子定向移动,使触头间隙由绝缘状态变成导电状态。触头间隙被击穿通过电流形成电弧。导电状态。触头间隙被击穿通过电流形成电弧。第3页/共61页3、电弧的危害 (1)电弧的存在延长了开关电器开断故障电路的时间,加重了电力系统短路故障的危害。(2)电弧产生的高温,将使触头表面熔化,烧坏绝缘材料,对充油电气设备还可能引起着火爆炸等危险。(3)由于电弧在电动力或热动力的作用下能移动,很容易造成飞弧短路和伤人,或引起事故的扩大。第4页/共61页4、电弧的熄
4、灭 一般吹弧的主要措施是用气体或油流吹弧,其中包括横吹或纵吹。用两个或两个以上的断口熄弧,比单口拉弧更长,速度更快。第5页/共61页SFSF6 6气体的基本特性气体的基本特性 纯净的SF6是一种无色、无嗅、无毒、不可燃的卤素化合物。SF6气体的化学性质非常稳定,在空气中不燃烧,不助燃,与水、强碱、氨、盐酸、硫酸等不反应,在低于150时,SF6气体呈化学惰性,极少溶于水,微溶于醇。与传统绝缘油相比,其绝缘性能和灭弧性能都较为突出。第6页/共61页1 1 1 1、SFSFSFSF6 6 6 6气体性能:气体性能:气体性能:气体性能:热化学性:热化学性:热化学性:热化学性:a a a a 分解温度低
5、,分解能量高,导热率好,分解温度低,分解能量高,导热率好,分解温度低,分解能量高,导热率好,分解温度低,分解能量高,导热率好,有利于熄弧;有利于熄弧;有利于熄弧;有利于熄弧;b b b b 温度相同时,温度相同时,温度相同时,温度相同时,SFSFSFSF6 6 6 6游离度大,电弧电压游离度大,电弧电压游离度大,电弧电压游离度大,电弧电压小;小;小;小;强负电性:能吸附电子或负离子,然后强负电性:能吸附电子或负离子,然后强负电性:能吸附电子或负离子,然后强负电性:能吸附电子或负离子,然后与正离子复合,与正离子复合,与正离子复合,与正离子复合,去游离作用强,不易重燃。去游离作用强,不易重燃。去游
6、离作用强,不易重燃。去游离作用强,不易重燃。第7页/共61页2 2 2 2、优点:优点:优点:优点:(1 1 1 1)灭弧能力强,介质强度高。单断口的)灭弧能力强,介质强度高。单断口的)灭弧能力强,介质强度高。单断口的)灭弧能力强,介质强度高。单断口的电压可以做得很高,因此,与少油和空气断电压可以做得很高,因此,与少油和空气断电压可以做得很高,因此,与少油和空气断电压可以做得很高,因此,与少油和空气断路器相比,同一额定电压等级下,路器相比,同一额定电压等级下,路器相比,同一额定电压等级下,路器相比,同一额定电压等级下,SFSFSFSF6 6 6 6断路器断路器断路器断路器所用的串联单元数较少。
7、所用的串联单元数较少。所用的串联单元数较少。所用的串联单元数较少。(2 2 2 2)介质恢复速度特别快,开断近区故障)介质恢复速度特别快,开断近区故障)介质恢复速度特别快,开断近区故障)介质恢复速度特别快,开断近区故障性能特别好。性能特别好。性能特别好。性能特别好。(3 3 3 3)由于)由于)由于)由于SFSFSFSF6 6 6 6气体的电弧分解物中不含有碳气体的电弧分解物中不含有碳气体的电弧分解物中不含有碳气体的电弧分解物中不含有碳等影响绝缘能力的物质,在严格控制水分的等影响绝缘能力的物质,在严格控制水分的等影响绝缘能力的物质,在严格控制水分的等影响绝缘能力的物质,在严格控制水分的情况下分
8、解物又没有腐蚀性,再加触头在情况下分解物又没有腐蚀性,再加触头在情况下分解物又没有腐蚀性,再加触头在情况下分解物又没有腐蚀性,再加触头在SFSFSFSF6 6 6 6中的烧损极轻微,因此中的烧损极轻微,因此中的烧损极轻微,因此中的烧损极轻微,因此SFSFSFSF6 6 6 6断路器允许开断的断路器允许开断的断路器允许开断的断路器允许开断的次数多,检修周期长。次数多,检修周期长。次数多,检修周期长。次数多,检修周期长。第8页/共61页SF6气体缺点:含有水分的SF6气体在电弧的高温下,会分解出一些硫的低氟化合物,这些低氟化合物有较强的毒性和刺激性,对人体有危害,对许多绝缘材料、导电材料也有腐蚀作
9、用。当SF6气体中水分含量大得足以引起在绝缘表面结露时,击穿电压会显著下降,尤其在温度较低时更易造成水分的凝结。第9页/共61页SFSF6 6断路器的灭弧装置断路器的灭弧装置 按熄弧能量分为自能式、外能式和混合式。其按熄弧能量分为自能式、外能式和混合式。其中自能式是熄灭大电流,而外能式是熄灭小电流。中自能式是熄灭大电流,而外能式是熄灭小电流。自能式:是利用电弧本身能量使自能式:是利用电弧本身能量使SF6SF6气体膨胀、气体膨胀、压力升高,产生压力差,或利用磁场使电弧运动。压力升高,产生压力差,或利用磁场使电弧运动。外能式:是利用外储外能式:是利用外储SF6SF6或操作力,使或操作力,使SF6S
10、F6气体运气体运动,将电弧熄灭。动,将电弧熄灭。混合式。混合式。第10页/共61页 按灭弧装置不同,分为双压式和单压式。早期的SF6断路器都用双压式灭弧装置,由于其结构复杂,所需辅助设备多,维护不便,已逐渐为单压式灭弧装置所取代。(灭弧室有活塞,原理类似于打气筒)第11页/共61页单压式灭弧装置单压式灭弧装置1、只有一种压力(一般为304-808kPa)。在开断过程中,灭弧室所需的吹弧压力吹弧压力由动触头系统运动时的压气活塞产生;2、图11-2为单压式单向灭弧室的原理图。图中,喷嘴2、压气罩3及动触头(导电杆)4机械上为一体。第12页/共61页虚线部分为合闸后的喷嘴位置压气活塞单压式单向灭弧室
11、的原理图第13页/共61页3、断口形式:a、变开距形式(与少油断路器类似与少油断路器类似)b、定开距形式(与压缩空气断路器与压缩空气断路器类似类似)4、吹弧方式:a、单向吹弧方式 b、双向吹弧方式,和单向吹弧方式相比双向吹弧方式能提高开断电流20以上。第14页/共61页单压式双向灭弧室的原理图单压式双向灭弧室的原理图单压式双向灭弧室的原理图单压式双向灭弧室的原理图第15页/共61页 5 5、喷嘴材料:、喷嘴材料:喷嘴材料不能采用金属材料,而要用聚四氟乙喷嘴材料不能采用金属材料,而要用聚四氟乙烯塑料树脂。烯塑料树脂。聚四氟乙烯,一般称作聚四氟乙烯,一般称作“不粘涂层不粘涂层”;是一种使用氟取代聚
12、乙烯中所有氢原子的人工合;是一种使用氟取代聚乙烯中所有氢原子的人工合成高分子材料。这种材料有抗酸抗碱、抗各种有机成高分子材料。这种材料有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点,几乎不溶于所有的溶剂。同时,聚四溶剂的特点,几乎不溶于所有的溶剂。同时,聚四氟乙烯具有耐高温的特点,它的摩擦系数极低,可氟乙烯具有耐高温的特点,它的摩擦系数极低,可作润滑,亦成为水管内层的理想涂料。作润滑,亦成为水管内层的理想涂料。因为压缩空气断路因为压缩空气断路器中压缩空气吹弧速度很高,可保护喷嘴免受电弧侵袭;而器中压缩空气吹弧速度很高,可保护喷嘴免受电弧侵袭;而SFSF6 6断路器的吹弧速断路器的吹弧速度低,无法保护喷嘴免受
13、电弧侵袭。度低,无法保护喷嘴免受电弧侵袭。聚四氟乙烯塑料树脂的特点聚四氟乙烯塑料树脂的特点:能抵抗高温,在能抵抗高温,在电弧直接作用下不会碳化,且其机械性能高、易加电弧直接作用下不会碳化,且其机械性能高、易加工,是制造喷嘴的好材料。工,是制造喷嘴的好材料。第16页/共61页 单压式SF6断路器具有气压低,液化温度也低,在低温地区使用时不需装加热器,加之可省去压气泵等装置,因此其结构简单,造价便宜,维护也较方便。6、优点:第17页/共61页7 7 7 7、缺点:、缺点:、缺点:、缺点:a a、为使触头分开、电弧刚产生时就有较好的气吹条件,单压式、为使触头分开、电弧刚产生时就有较好的气吹条件,单压
14、式灭弧室的压气腔应该有一段预压缩过程,使压气腔中的气压提高后,灭弧室的压气腔应该有一段预压缩过程,使压气腔中的气压提高后,再打开喷口进行吹弧。预压缩行程的存在会增大断路器分闸时间。分再打开喷口进行吹弧。预压缩行程的存在会增大断路器分闸时间。分断过程中,当操动机构带动动触头系统向下运动时,压气腔内气体的断过程中,当操动机构带动动触头系统向下运动时,压气腔内气体的压力将增高、并从喷口处向外排出,产生和双压式灭弧装置类似的吹压力将增高、并从喷口处向外排出,产生和双压式灭弧装置类似的吹弧效应。弧效应。b b、为满足压气的要求,需配置大功率的操动机构。、为满足压气的要求,需配置大功率的操动机构。第18页
15、/共61页六氟化硫断路器的总体结构六氟化硫断路器的总体结构六氟化硫断路器的总体结构六氟化硫断路器的总体结构1.SF1.SF6 6断路器的结构有瓷瓶支柱式和落断路器的结构有瓷瓶支柱式和落地罐式两大类。地罐式两大类。(1 1)瓷瓶支柱式的总体结构和常规的瓷)瓷瓶支柱式的总体结构和常规的瓷瓶支柱式空气断路器与少油断路器相同,属瓶支柱式空气断路器与少油断路器相同,属积木式结构。现代灭弧室容器多用电工陶瓷,积木式结构。现代灭弧室容器多用电工陶瓷,布置成布置成“T”T”型、型、“Y”Y”型、型、“I I”型。型。第19页/共61页优点:耐压水平高,结构简单,运动部件少,系列性好。缺点:重心高,抗震能力较差
16、,使用场合受到一定限制。电流互感器要单独装在自己的绝缘支柱上,通过空气绝缘的连接线连于断路器上。第20页/共61页“I”型磁柱式断路器“T T T T”型断路器型断路器型断路器型断路器第21页/共61页(2 2)落地罐式落地罐式SFSF6 6断断路器:也叫接地金属路器:也叫接地金属箱型。它是全封闭组箱型。它是全封闭组合电器和复合电器的合电器和复合电器的基础。基础。结构特点结构特点:触头和灭:触头和灭弧室装于接地的金属弧室装于接地的金属箱中,导电回路靠绝箱中,导电回路靠绝缘套管引入,高压带缘套管引入,高压带电部分与外壳之间的电部分与外壳之间的绝缘主要由绝缘主要由SFSF6 6气体和气体和环氧树脂
17、浇注绝缘子环氧树脂浇注绝缘子承担。承担。第22页/共61页500kV500kV500kV500kV落地罐式断路器落地罐式断路器落地罐式断路器落地罐式断路器第23页/共61页优点优点:可在进出线套管上装设电流互感器,可提可在进出线套管上装设电流互感器,可提供电流信号;利用出线套管的电容制成电容式分压供电流信号;利用出线套管的电容制成电容式分压器,以提供电压信号,还能与隔离开关、接地开关、器,以提供电压信号,还能与隔离开关、接地开关、避雷器等熔为一体,组成复合式开关设备。避雷器等熔为一体,组成复合式开关设备。重心低,抗震能力好,结构稳固,外绝缘重心低,抗震能力好,结构稳固,外绝缘部件少,可用于多地
18、震和高原及污秽地区。部件少,可用于多地震和高原及污秽地区。缺点缺点:制造难度大,壳体与环氧树脂浇注件都需大型制造难度大,壳体与环氧树脂浇注件都需大型成套加工设备,灭弧室中所用的搪瓷电容及合闸电成套加工设备,灭弧室中所用的搪瓷电容及合闸电阻等配套件的性能要求很高,高电压部位的电极形阻等配套件的性能要求很高,高电压部位的电极形状要求较严格,气体容积大,气量多,金属材料消状要求较严格,气体容积大,气量多,金属材料消耗多等,价格稍贵。耗多等,价格稍贵。第24页/共61页高压高压SFSF6 6断路器的操动机构断路器的操动机构 开关电器的触头分合必须靠机械操动系统才能完成。操动机构开关电器的触头分合必须靠
19、机械操动系统才能完成。操动机构作为高压作为高压SFSF6 6断路器的重要组成部分,型式多样。操动机构分别由断路器的重要组成部分,型式多样。操动机构分别由储能单元、控制单元和力传递单元组成。储能单元、控制单元和力传递单元组成。弹簧操动机构 储能单元 气动机构 控制单元 液压机构 力传递单元 液压弹簧机构第25页/共61页一、对操动机构的基本要求一、对操动机构的基本要求1 1合闸时,关合电路电流可达几万安培,断路器合闸时,关合电路电流可达几万安培,断路器导电回路受到电动力可达几千牛顿以上,而导电回导电回路受到电动力可达几千牛顿以上,而导电回路的布置以及触头结构使得电动力的方向又常常是路的布置以及触
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