开关设备

开关设备第一节高压断路器（QF）一、高压断路器的作用和特点作用：控制和保护电器：1、将一部分电力设备或线路投入或退出运行。2、当电力设备或线路发生故障时，将故障切除。特点：1、断开和接通电路时，触头间会产生电弧；2、过电压，故要求具有完善的灭弧装置和高速的传动机构。二、高压断路器分类1、按安装地点可分为户内式和户外式；2、按分断速度可分为高速、中速、低速；3、按灭弧介质可分为油断路器（多油和少油）、空气断路器、六氟化硫断路器、真空断路器三、高压断路器的基本结构1、电路通断元件：即导电、熄弧系统。由接线端子、导电杆、触头、灭弧室等组成，承担着接通和断开电路以及熄灭电弧的任务。2、操作机构：为通断元件提供能量，根据能量形式的不同非为：电磁、弹簧、液压、气动及手动等。3、中间传动机构：为通断元件传递操作命令和操作力，由连杆、齿轮、拐臂、液压系统等组成。4、绝缘支撑元件：支撑和固定通断元件，并确保其对地绝缘。5、基座：整台开关的支撑和安装基础。四、SF6断路器（一）SF6气体的主要性质六氟化硫是一种无色、无嗅、无毒、不可燃的惰性气体，化学性能稳定，有优良的灭弧和绝缘性。1、SF6状态参数是一种分子量很大的重气体，容易液化。2、SF6的绝缘特性SF6具有优良的绝缘性能，例如0.3MPa压力的SF6气体的绝缘强度就可达到变压器油的水平，而压缩空气达到同样的绝缘强度要在0.6~0.7MPa压力下。SF6气体的高绝缘强度是由卤族化合物的电负性即对电子的吸附能力造成的。卤族元素中又以F元素的电负性最强，它的化合物SF6仍有强电负性，在温度不太高（103K以下）的情况下，产生SF6＋e的反应，生成负离子，使空间的自由电子减少，而负离子的活泼性差，抑制了空间游离过程的发展，击穿不易形成，因此绝缘强度大大提高。SF6气体的绝缘强度在不均匀电场中要降低，随着不均匀程度的增大，击穿场强下降。SF6气体绝缘特性受杂质和电极表面状况影响很大。电极表面如粗糙不平，局部电场增强，对绝缘强度下降的影响也很大，加工光洁度高的表面要比粗糙表面绝缘强度高。3、SF6的导热特性作为电气设备的绝缘介质，导热性要好，以避免温升过高。SF6气体的热导率是不高的，比空气低1/3，对流传热能力要优于空气，在高温条件下工作，SF6有更为优越的特性。4、SF6的化学特性SF6是一种常温下十分稳定的化合物，不易分解、变质。在大气压力下，至少在500℃以下保持高度的化学稳定性，与金属材料绝缘材料反应极微，只是在600℃以上才有较强烈的分解产生低氟化合物，有强烈的腐蚀性。从电工设备方面应用来说，至少在E级绝缘水平下是可以安全使用的。HF、SO2、SF2、SF4等对绝缘、材料金属材料都有很大腐蚀作用。由分解反应可见，水分起了很坏的作用，是产生腐蚀性、毒性的主要促成剂。控制SF6气体中的含水量是气体质量控制的主要指标，有关的标准都作了规定，如国际电工协会（IEC)规定，SF6新气中的水分含量不得高于15×10-6（质量比）。5、SF6的灭弧特性SF6的导热能力随温度的变化特性是它具有优异熄弧特性的重要原因。此外，SF6气体的电负性也是形成优异灭弧性能的另一因素。（二）断路器的灭弧原理1、SF6断路器的分闸灭弧原理分闸时的灭弧原理：动弧触头及导电杆7带动与之相连的气缸5一起向下运动，使压气缸与活塞之间的SF6气体迅速压缩。随着动触头系统继续向下运动。动主触头与静主触头分离，电流被转移至动静弧触头上；继续运动，动静弧触头开始分离，产生电弧。此时电弧处于喷嘴喉道内，少量的SF6气体沿动静弧触头内喷出。动触头继续向下运动，SF6气体以音速从喉道喷出，产生强烈的吹喷作用。电流在过零的瞬间使电弧熄灭。2．合闸灭弧动作原理合闸时，动触头系统与气压缸一起向上运动，压气缸内产生负压，SF6气体迅速进人压气缸内，直到合闸完成，为第二次分闸做好准备。（三）SF6气体的管理1、SF6气体的理化特性SF6气体无毒、无色、无味，从分子结构看它比空气重的多。所以SF6气体如果发生泄漏，都沉到地沟里。另外，SF6气体可以像液体一样用一容器（器皿）倒来倒去，鉴于上述特性。SF6气体的抽风机应安装在较低的位置。2、SF6气体的杂质管理分解后的杂质有CF4、HF、SOF2、S2F10O等，均无毒，但水解后具有很强的酸性，腐蚀性很强。S2F10是剧毒气体，3、SF6气体的水分管理存在水1)断路器的绝缘性能下降2)介质强度的恢复起阻碍作用。要求指标≤15×10-6（质量比）4、SF6气体的密封管理检漏仪定期测量，规定在泄漏率为2%（四）SF6断路器的特点和用途1）额定电流和开断电流大，断口耐压高，灭弧时间短，允许开断次数多。2）使用安全可靠，无火灾和爆炸危险，不必担心材料的氧化和腐蚀。3）减小了电器的体积和重量，便于在工厂中装配，运输方便。4）设备的操作、维护和检修都很方便，全封闭电器只需监视SF6气压，电气触头检修周期长，载流部分不受大气影响。可减少维护工作量。5）无噪声和无线电干扰。6）冷却特性好。7）有利于电气设备的紧凑布置。缺点：对工艺及密封要求严格，对材料要求高、价格高电压等级相同，开断电流和其他性能接近的情况下，SF6断路器串联的端口数较少，如：220KV空气和少油断路器端口为2~4个，SF6断路器只有1个（五）SF6断路检修工艺1、检修周期1）大修新装断路器投运两年后进行一次检修（检修项目根据情况而定）。如果SF6断路器本体（包括灭弧室、支柱瓷套和拐臂箱）发生明显漏气，应退出运行。属于密封面泄露，先检查是否因螺丝松动所致，否则，应按大修处理，属于焊缝或瓷套法兰部位泄露，必须进行大修。2）小修每年至少进行一次小修。3）临时性检查存在严重缺陷，影响安全运行时，应进行临时性检修。断路器在满容量（额定开断电流为50kA）开断10次或开断20kA以下电流累计1000kA，或累计操作（包括开断一般负荷电流）2000次后进行解体检修。2、检修项目1．断路器本体(l）导电系统及灭弧装置检修。(2）支持绝缘子及绝缘拉杆检查。(3）三联箱的检修。(4)SF6气体的充放。(5）密封面的检修。(6）整体清扫、除锈、刷漆。2．液压机构(l）主阀的检修。(2）储能筒的检修。(3）信号缸的检修。(4）工作缸的检修。(5）油泵检修。3．调整及试验(l）行程与其他距离尺寸的调整与测量。(2）工作缸活塞的调整与测量。(3）分、合闸速度的调整与测量。(4）分、合闸时间及同期的调整与测量。(5）主回路电阻测量。(6）液压机构慢分合试验。(7）绝缘3、检修前准备、检查、测试及其他事项1．准备工作(l）根据运行、试验发现的缺陷，确定检修内容和重点项目，(2）组织人力、安排进度、讨论落实任务。(3）准备记录表格和检修报告等有关资料。(4）准备检修工具、材料、仪表、备品备件和SF6气体、氮气(5）按安全工作规程要求办理工作票，完成检修开工手续。编制技术措施。（瓶）等，并运到现场。2．停电后的外部检查、试验及其他事项(l）根据存在的问题对有关部位进行检查，并根据需要和可能测出如下数据。l）测量断路器行程，分、合闸时间及分、合闸速度。2）测量主回路电阻。3）测量液压机构的预充压力。4）测量直流泄漏电流，判断绝缘状况。(2）检查各部位密封及气体、液压油、氮气的渗漏情况，并做好记录。(3）进行手动和电动分、合闸操作检查各运行部分的动作是否正确。(4）备有专用检修台及起吊车辆及工器具，拆除引线。五、真空断路器以真空作为灭弧和绝缘介质，目前，在我国10~35kV中压配电系统中，真空断路器得到了广泛应用。1、真空中的电弧真空：是相对而言的，是指绝对压力低于一个大气压的气体稀薄的空气。几乎没有气体分子不可供游离导电弧隙中少量导电粒子很容易向周围真空扩散真空中的绝缘强度高得多真空中的电弧是在触头分离时，触头电极蒸发出来的金属蒸汽中形成的，故真空中金属蒸汽电弧的特性，主要取决于触头材料的性质及其表面情况。真空断路器弧隙绝缘恢复极快，它取决于粒子的扩散速度，但是他受开断电流、磁场、触头面积及触头材料等的影响极大。真空中的电弧一方面依靠高真空的绝缘能力，另一方面还利用磁吹触头产生的电弧扩散作用使电弧快速熄灭。2、真空灭弧室是真空断路器的核心部分，其外壳大多采用玻璃和陶瓷两种。波纹管：动触杆和动触头的密封，一般由不锈钢制成电弧屏蔽罩：可防止因燃弧产生的金属蒸汽附着绝缘外壳的内壁而使其绝缘强度降低，同事，它又是金属蒸汽的有效凝聚面，能够提高开断性能，使用材料有Ni、Cu、Fe、不锈钢真空：抽泣方式，其真空度达到1.33×10-3~1.33×10-7Pa触头：开距较小，10kV时只有（12±1）mm材料：铜基粉末或粉末烧结的铜烙合金结构：螺旋叶片出头或枕状触头3、真空断路器结构导电部分、真空灭弧室、绝缘部分、传动部分、框架和操动机构例：ZN-28、ZN12-124、真空断路器的特点优点：结构简单，维护、检修工作量小；使用寿命长，运行可靠；能频繁操作，噪声小；真空熄弧效果好，电弧不外露；无爆炸危险。缺点：灭弧室工艺及材料要求高；开断电流及断口电压不能做得很高，目前我国真空断路器电压等级为6~36kV适合：特别频繁操作的场合，在无油化发展趋势下，真空断路器越来越多取代了油断路器。第二节.隔离开关(QS)一、隔离开关（刀闸）的特点和用途动、静触头能形成明显的断开点，但它没有灭弧装置，不能用来断开负荷电流和短路电流。与断路器配合使用，由断路器完成带负荷线路的关合、开断任务，隔离开关只能在电路已经断开的情况下进行分、合闸操作或接通及断开符合规定的小电流电路。在配电装置中，隔离开关的主要用途如下：1、隔离电压2、切换电路3、切合小电流（通过拉长电弧的方法灭弧)1）断开和接通电压互感器和避雷器2）断开和接通母线或直接连接在母线上设备的电容电流3）断开和接通励磁电流不超过2A的空载变压器或电容电流不超过5A的空载线路。4）断开和接通电力变压器中性点的接地线（系统中没有接地故障时才能进行）5）用屋外三联隔离开关，可以拉合电压在10kV以下，电流在15A以下的负荷。隔离开关和断路器在一条回路中配合使用时，两者之间要加闭锁装置，送电时，先合隔离开关，后合断路器；断电时，先断断路器，后断隔离开关。二、对隔离开关的特殊要求在结构上应满足：1、隔离开关在分闸状态下应有明显可见的断口，使运行人员能明显区分是否与电网断开，但在全封闭式配电装置中除外。2、隔离开关的断点之间应有足够的绝缘距离。3、具有足够的短路稳定性，包括动稳定性和热稳定。4、隔离开关应结构简单、动作可靠。5、带有接地开关的隔离开关应有保证操作顺序的闭锁装置，以供安全检修和检修完成后恢复正常运行之用。三、隔离开关的基本结构1、绝缘结构部分对地绝缘：有支柱绝缘子和操作绝缘子构成（实心棒型瓷质、环氧树脂或环氧玻璃布板）断口绝缘：具有明显可见的间隙断口，以空气作为绝缘介质，绝缘水平较前者高10%~15%，保证断口不发生闪络或击穿。2、导电系统部分1）触头：要有足够的压力和自清扫能力2）导电杆：由两条或多条平行的铜板或铜管组成。3）接线座：板形或管形4）接地开关四、隔离开关的分类1、按安装地点可分为户内和户外；2、按绝缘支柱数目可分为单柱式、双柱式、三柱式；3、按运行方式可分为水平旋转式、垂直旋转式、摆动式、插入式；4、按有无接地可分为带接地开关和不带接地开关五、接地隔离开关接地刀闸：用于检修电气设备时，将10~500kV电气线路进行接地，以确保人生安全。组成：接地开关、静触头、支柱绝缘子、底座装设：通常在每段母线上装设1~2组接地开关（或接地器），63kV及以上断路器两侧的隔离开关和线路侧隔离开关的线路侧也应装设接地开关（首选带接地开关的隔离开关）分类：户内和户外第三节高压熔断器(FU)一、熔断器的作用最早被采用、最简单的一种保护电器。具有灭弧能力，串联在电路中使用，当发生过负荷或短路时，利用熔体产生的热量使它自身熔断，从而切断电路，使其它电气设备得到保护。低压熔断器高压熔断器在输配电系统中，对于容量小且不太重要的