六氟化硫断路器结构及其作用原理

SF6断路器的结构及其作用原理16010426李蕴力断路器断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流，并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件（包括短路条件）下的电流的开关装置。断路器的分类•按操作方式分：有电动操作、储能操作和手动操作；•按结构分：有万能式和塑壳式；•按使用类别分：有选择型和非选择型；•按灭弧介质分：有油浸式、真空式和空气式；•按动作速度分：有快速型和普通型；•按极数分：有单极、二极、三极和四极等；•按安装方式分：有插入式、固定式和抽屉式等。六氟化硫•SF6气体比空气重5.135倍,一个大气压时，其沸点为-60℃。在150℃以下时,SF6有良好的化学惰性，不与断路器中常用的金属、塑料及其他材料发生化学作用。在大功率电弧引起的高温下分解成各种不同成分时，电弧熄灭后的极短时间内又会重新合成。SF6的介电强度很高,且随压力的增高而增长。SF6灭弧性能好，在一个简单开断的灭弧室中，其灭弧能力比空气大100倍。SF6断路器•六氟化硫断路器是利用SF6气体为绝缘介质和灭弧介质的无油化开关设备，其绝缘性能和灭弧特性都大大高于油断路器。•SF6断路器的结构有瓷瓶支柱式和落地罐式两大类。SF6气体特性SF6气体的物理及化学性质有哪些？•一、物理性质：•①在常温常压下，SF6是一种无色、无味、无嗅、•无毒的不可燃气体；•②分子结构稳定，分子直径大；•③分子量大，密度大•二、化学性质：•①一般情况下，不与其他物质发生化学反应，腐蚀•性小；•②具有较强的电负性（电负性是指分子或原子吸收•自由电子而形成负离子的特性）。•SF6气体稳定的惰性气体，在接触电弧情况下，SF6气体发生分解，分解后的气体，在灭弧后迅速结合，大部分还原为稳定的SF6气体；SF6气体水分含量不仅影响绝缘性能，也关系到SF6断路器开断后电弧分解物组成与含量。SF6气体分解物为粉末状绝缘物，具有强烈吸湿性，附在绝缘物表面，使沿面闪落电压下降；分解物有强腐蚀性物质，对有机材料与金属腐蚀，不有一些分解物是毒物质，随含水量增加而增加；在SF6断路器内放置既能吸附水分又能吸附低氟化合物的吸附剂。（使用后不可烘潮再生处理）•SF6气体击穿电压高于空气的原因；是因为SF6气体具有负电特性，即当周围有电子存在时，能为SF6气体捕获而成负离子，由于SF6是重气体，在电场作用下流动迟缓，不象电子那样容易加速而使气体在电场作用下击穿。SF6气体化学性质：•水分引起设备化学腐蚀：•（1）在常温下，SF6气体化学性能很稳定。当温度低于•500℃时，一般不会自行分解。在常温下湿度为•50﹪时闪络电压下降5﹪-17﹪，而在-2--29℃时水已变•为冰闪络电压并不改变多少。•（2）SF6气体水分含量超标时，但温度在200℃以上就开始•分解，其反应式为2SF6+6H20→2SO2+12HF+O2HF（氢氟酸）:其毒性,腐蚀性是最强的,对人的皮肤有强烈•的腐蚀作用。SO2：遇水化合变为氩硫酸H2SO3,也有强烈的腐蚀性.•SF6气体在电弧高温的作用下，与水发生的化学反应从中还会分解出SOF2、SO2F2、SOF4、HF等既有害又有毒杂质。•（1）SOF4对动物的肺有伤害作用，其毒性会影响呼吸系统：（2）SO2F2称为“氟化氩硫酸”，它是无色有窒息性臭味的剧毒气体，能造成动物的严重肺水仲，使肺部产生大量的渗出物并阻止气体在肺部的上交换。使动物窒息致死。（3）SO2F2是无色无臭的气体。动物吸入后会组织上起全身性痉挛麻痹，使呼吸器官肌肉失去正常功能时而造成窒息。注：（其危险性在于无刺激性味，待发现中毒往往迅速造成死亡）。•(4)HF又称氢氟酸:其毒性,腐蚀性是最强的,对人的皮肤有强烈的腐蚀作用.为什么SF6气体绝缘强度高？1、其负电性强，很容易吸收电子，能阻遏“电子崩”的形成。2、SF6分子直径大，能减弱与电子或SF6带电质点的碰撞游离。3、SF6的正、负离子极易重新组合合成SF6分子。•以上特点是说明SF6气体的绝缘强度高。为什么SF6气体可用作断路器的灭弧介质？•SF6是一种无色、无嗅、和不可燃的惰性气体，化学性质非常稳定，它之所以被用作断路器的灭弧介质，是因为它具有以下特性：•1、绝缘性能好。由试验得知，在相同气压下，•SF6气体的击穿强度为空气的2.5~3倍；当•压力为0.26MPa（2.65ata）时，其击穿强•度已于与变压器油相当。因此，采用SF6气•体为绝缘介质可使断路器的外形尺寸大大缩•小。2、灭弧性能好。SF6气体分子及其在高温时分解成的氟和氟化物，具有吸附自由电子而构成负离子的特性，使得SF6气体中燃烧的电弧弧压较低，弧径较细，弧的热惯性较小，这样，在交流电流过零以后，弧道中的气体很容易由等离子体恢复为绝缘介质，因而在相同条件下，采用SF6气体要比采用其他气体（例如压缩空气）能熄灭更大电流的电弧，亦能断开更大电流的电路。SF6气体中混有水分有何危害？•SF6气体中混有水分，造成的危害主要有以下两个：1、水分引起化学腐蚀。干燥的SF6气体是非常稳定的，在温度低于500℃时一般不会自行分解。但在水分较多时，200℃以上就可能产生水解，生成物中的HF具有很强的腐蚀性，对生物肌体有强烈的腐蚀作用；另一生成物SO2遇水生成硫酸，也有腐蚀性。水分的危害，更重要的是在电弧作用下SF6分解过程中的反应，这一反应的最后生成有SOF2、SO2F4、SOF4、SF4和HF,都是有毒气体。2、水分对绝缘的直接危害。通常，气体中混杂的水分是以水蒸气形式存在，在温度较低时可能因饱和凝结成露水附着在零件表面，在绝缘件表面上可能引起局部放电，甚至发展到沿面放电（闪络）。断路器中的SF6气体严重受潮还可能导致开断失调的严重后果。水分对电器设备绝缘的危害•(1)水分在电器设备中，除了对绝缘件和金属部件产生腐蚀作用之外，还在它的表面产生凝结水，附在绝缘件的表面，而造成沿面闪络。•(2)当水分由液态变为固态后，从物理学上知道，对电器绝缘材料的危害性可以大大减少，即水变为冰之后，它对电器设备的危害减少。•(3)要使SF6气体中的水蒸汽将凝结水或变为冰其条件主要决定于水蒸汽的压力和密度，在什么温度下会达到饱和。人们知道SF6断路器和GIS电器设备内，SF6气体的体积是不会变的，水蒸汽的饱和只和压力、温度有关。•(4)当SF6断路器和GIS电器设备的水蒸汽及温度达到某一值时，其压力和密度达到饱和后，水蒸汽就不会凝结为露水，而直接变为冰了。这时对绝缘材料的危害就降低许多.•（5）HF（氢氟酸）有腐蚀性、对瓷套内壁釉面涂层有破坏作用。SF6气体中水分的来源有哪些？1、原来新气中可能带来的水分；2、设备中原来残存的水分；3、充气过程中可能侵入的水分；4、设备中使用的固体绝缘材料分解出的水分；5、设备密封不良而渗入的水分。含水量超标原因•1、厂家组装断路器时，瓷套、灭弧室元件、拉杆等部件干燥不彻底；•2、断路器密封不严，运行中水分进入。3、设备现场组装时进入水分，或是充、补气SF6气体的含水量高和充气管路吸附有水分。水分的控制•1、确保电器所有密封部件都具有良好的密封性能;2、应严格控制新的SF6气体的含水量（8ppmw);3、抽真空度的要达到规定值。真空度达到133.3Pa并至少维持2h以上。抽真空时间越长，真空度越高，则对降低气体水分的含量越有利;4、充气设备必须良好;5、充气工艺必须规范;6、提高检修安装的质量。含水量超标处理•1、利用气体回收装置将已充SF6气体回收；2、对断路器抽真空，当真空度达133.32Pa以下计时；3、维持真空度至少30分钟；4、停泵并与泵隔离，静止30分钟读取真空度A值；5、再静止5小时，读取真空度B值；要求（B-A≤66.66Pa，极限允许133.32Pa）；否则重复3、4、5步骤；6、对断路器充SF6气体至0.05-0.1MPa，静止12小时测量含水量应小于450ppm（V/V），否则，应重新抽真空，并用高纯度N2气（99.99%）充至额定值，进行内部冲洗；7、若含水量应小于450ppm（V/V），可将SF6气体充至额定值，静止12小时以上，测量含水量应小于150ppm（V/V）。水份对SF6气室内绝缘件表面闪络电压的影响•（1）当SF6气体中混入水分，其内在是以H20的气体份子形式混杂于SF6气体之中，则SF6气体与绝缘件固体的分界面的闪络特性几乎不受影响。（2）若水分含量较多时，在温度下降时能在固体表面结露，其绝缘性能就会下降，导致沿面闪络。一般以-10°C的露点来控制水分（3）水分对SF6气体电弧分解生成物的影响（4）由于上述危害，所以在运行中每年要监视复测，含水量超标要进行处理。SF6断路器SF6气体含水量在运行中升高原因：从试验和运行经验得知：一台密封性能十分良好的六氟化硫断路器及GIS电器运行或放置多年后，SF6气体从电器往外泄漏量是微小，而电器内部的水蒸汽密度却增大。在GIS设备中，用下面的办法来控制水分•（1）应严格控制新的SF6气体的含水量，不能超过国家标准。以美、德为标准。•（2）改善GIS设备密封材料的质量，严格遵守安装密封环的工艺规程。•（3）在GIS设备中放置吸附剂，并具备下列条件。•A吸附剂放在低温环境中，要以提高其吸水能力;•B吸附剂应有良好的吸附SF6分解的能力;•C吸附剂与SF6分解物反应时，不得产生二次有害物质;•D吸附剂在工作时，不粉化、不潮解。•GIS中水分的控制（2）•（4）GIS设备尽量使用室内式布置，可以控制室内的温度、湿度，减少产生水分的机会，避免灰尘和其他杂质侵入到设备里去。巡视检查•主要是对运行中的设备进行外观检查。目视其有无异常情况。一般每天或每周进行一次。一般巡视检查内容如下：•一、设备外部状况：•1、分合闸指示器、指示灯的指示情况。•2、有无异常声音或气味产生。•3、接线端子上有无过热变色现象。•4.瓷套有无开裂、脏污情况。•5.接地端子,外壳或支架锈蚀或损伤情况。•二、控制柜：SF压力表位置指示情况从（正面观察）。•三、电动弹簧操动机构：油缓冲器有无漏油。SF6断路器的主要优点有哪些？1、SF6断路器有极好的开断性能，不仅大电流开断性能较好，而且在小电流开断时产生的过电压也较低。2、结构简单，体积紧凑，占地少。3、维护检修简单，允许多次开断，如：SF6断路器一般允许100%额定开断电流下可开断20次，50%额定开断电流下可开断40次，在额定电流下可开断2000次不用检修，使检修周期大幅延长。由于灭弧室断口少，可使检修调试工作量也相应减少。4、安全性能高，纯SF6气体是稳定的化合物，对人体无害，也无火灾之虑。瓷瓶支柱式•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，属积木式结构。•现代灭弧室容器多用电工陶瓷，布置成“T”型或“Y”型。•图为我国生产的LW-220型SF6断路器的单相外形图。断路器每相有两个灭弧断口金属筒或绝缘筒支柱瓷瓶电工陶瓷“T”型操动机构瓷瓶支柱式拐臂：主用是由外界操作机构带动它的转动从而带动导电杆的伸缩，实现分合。吸附剂安装处阻断式盘式绝缘子：阻断两气室的SF6气体串通，致使一个气室的气压降低时其他气室不受影响。上娇装好的密封槽与密封圈。密封圈：主要是配合密封胶、密封槽起密封作用上胶后的密封槽绝缘杆：使带电部分与操作机构和外壳绝缘。导电杆（动触头）：通过操作机构使其伸缩实现隔离开关和接地刀闸的分和合。落地罐式•落地罐式SF6断路器：也叫接地金属箱型。它是全封闭组合电器和复合电器的基础。•结构特点：触头和灭弧室装于接地的金属箱中，导电回路靠绝缘套管引入，高压带电部分与外壳之间的绝缘主要由SF6气体和环氧树脂浇注绝缘子承担。落地罐式SF6断路器的其作用原理•①触头闭合，整个灭弧装置处于低气压的SF6气体中。•②断路器接分闸信号，灭弧室通向高气压系统的主阀打开，高压SF6气体自高压区顺着箭头所示方向进入触头区。触头分离，打开位于动触头上的通道，给高压气体提供了出路。因此，电弧一经形成就处于SF6气体的气流中，受到强烈冷却而熄灭。•③电弧熄灭后，主阀关闭，停止供气。