断路器与隔离开关

断路器隔离开关主讲人：张世杰目录1断路器与隔离开关的概述2断路器与隔离开关的作用3断路器与隔离开关的分类4断路器与隔离开关的结构5断路器与隔离开关的主要性能与参数含义6断路器与隔离开关的区别7断路器与隔离开关的异常及事故处理1断路器与隔离开关的概述断路器：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下的电流的开关装置。隔离开关：在分闸位置能够按照规定的要求提供电气隔离断口的机械开关装置2.1断路器与隔离开关的作用断路器：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，以防止扩大事故范围。2.2断路器与隔离开关的作用隔离开关：1.隔离电压：在检修电气设备时，用隔离开关将被检修的设备与电源电压隔离，以确保检修的安全。2.倒闸操作：投入备用或旁路母线以及改变运行方式时，常用隔离开关配合断路器，协同操作来完成。3.分、合小电流：–分、合避雷器、电压互感器和空载母线；–分、合励磁电流不超过2A的空载变压器；–关合电容电流不超过5A的空载线路。3.1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、三极等。按安装方式分：有插入式、固定式和抽屉式等。按使用范围分为：高压断路器和低压断路器3.1断路器的分类（结构）万能式断路器塑壳式断路器3.1断路器的分类（灭弧介质）油浸式断路器真空式断路器空气式断路器3.1断路器的分类（安装方式）插入式断路器固定式断路器抽屉式断路器3.1断路器的分类（使用范围）高压断路器低压断路器3.2隔离开关的分类按装设地点分：户内式和户外式；按极数分：单极和三极；按绝缘支柱数目分：单柱式、双柱式和三柱式；按隔离开关的动作方式分：闸刀式、旋转式、插入式；按有无接地刀闸分：带接地刀闸和不带接地刀闸；按所配操动机构：手动式、电动式、液压式等；3.2隔离开关的分类（装设地点）户内式隔离开关户外式隔离开关3.2隔离开关的分类（极数）单极隔离开关三极隔离开关3.2隔离开关的分类（绝缘支柱数）单柱式隔离开关双柱式隔离开关三柱式隔离开关3.2隔离开关的分类（动作方式）闸刀式隔离开关旋转式隔离开关插入式隔离开关4.1断路器的基本结构1通断元件：是断路器的核心部分，由触头、导电部分、灭弧介质、灭弧室组成；2操动机构：是使断路器分闸、合闸并将断路器保持在合闸位置的设备3绝缘部分：实现带电部分和接地部分的绝缘。包括支持绝缘子和操作绝缘子。4传动机构：接受操动机构的力矩，将运动传动给触头，以完成断路器的动作。通断元件中间传动机构绝缘支撑件操动机构基座合闸弹簧分闸弹簧电动机储能指示分闸指示合闸指示4.2隔离开关的基本结构•1导电部分：传导电路中的电流，关合和开断电路。包括触头、闸刀、接线座。•2绝缘部分：实现带电部分和接地部分的绝缘。包括支持绝缘子和操作绝缘子。•3操动机构：通过传动装置，控制刀闸分合，并供给操动力。•4支持底座：将导电部分、绝缘子、传动机构、操动机构等固定为一体，并使其固定在基础上。5.1断路器的参数及主要性能•由字母和数字两部分组成的：123456额定电流，A派生代号：C—手车式；G—改进式等。额定电压，kV设计序号使用环境：N—户内式；W—户外式。例如：SN10-10/3000-750型78额定开断能力，kA或MVA特殊环境代号产品名称：D—多油断路器；S—少油断路器；K—空气断路器；L—SF6断路器；Z—真空断路器；Q—产气断路器；C—磁吹断路器等。1．额定电压及额定电流（1）额定电压:正常工作的线电压。电力系统在运行中允许有±5％的波动，断路器必须适应在电压变化范围内能长期工作，为此断路器出厂时都以最高工作电压进行鉴定。如：对3～220kV范围内，其最高工作电压较额定电压约高15％左右；对330kV以上，规定最高工作电压较额定电压高10%。5.1断路器的参数及主要性能（2）额定电流指在额定频率下长期通过此电流时，断路器无损伤，且各部分发热不超过长期工作时最高允许发热温度。我国规定额定电流为：200、400、630、（1000）、1250、1600、（1500）、2000、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000A。5.1断路器的参数及主要性能2．额定开断电流和额定断流容量（1）额定电压下能断开的最大电流。其值应大于设备安装地点的最大短路电流。它是标志断路器开断能力的一个重要参数。我国规定额定开断电流为：1.6、3.15、6.3、8、10、12.5、16、20、25、31.5、40、50、63、80、100kA等。5.1断路器的参数及主要性能（2）额定断流容量:把额定条件下的开断能力称为额定断流容量。我国根据国际电工委员会（IEC）的规定，现只把额定开断电流作为表征开断能力的唯一参数，而断流容量仅作为描述断路器特性的一个数值。5.1断路器的参数及主要性能3．关合能力说明断路器关合短路故障能力的参数为额定关合电流。其数值以关合操作时，瞬态电流第一个大半波峰值来表示。断路器关合短路电流的能力除与灭弧装置性能有关外，还与断路器操动机构的合闸功率的大小有关。5.1断路器的参数及主要性能4．耐受性能断路器应具有足够的耐受短时短路电流作用的能力。（1）短时热电流（热稳定电流）在规定的时间内（规定标准时间为2s，需要大于2s时推荐4s）断路器在合闸位置，可能经受的短时热电流有效值（kA），称为短时热电流（或短时耐受电流）短时热电流通过断路器时，各零部件的温度不应超过短时发热最高允许温度，且不致出现触头熔接或软化变形，以及其它妨碍正常运行的异常现象。5.1断路器的参数及主要性能（2）峰值耐受电流（动稳定电流），即在规定的使用条件和性能下，断路器在合闸位置时所能经受的电流峰值。它与关合电流不同的是，峰值耐受电流是断路器处于合闸位置时通过的短路电流，而关合电流则是由于断路器关合短路故障所产生的短路电流。峰值耐受电流反映了断路器承受由于短路电流产生电动力的耐受性能，它决定断路器的导电部分和绝缘支撑件的机械强度以及触头的结构形式。5.1断路器的参数及主要性能5．操作性能（1）全开断时间：指断路器接到分闸命令瞬间起到电弧熄灭为止的时间间隔。分闸时间与燃弧时间之和。分闸时间：从断路器接到分闸命令瞬间到所有相的触头都分离的时间间隔；燃弧时间：是指某一相首先起弧瞬间到所有相电弧全部熄灭的时间间隔。5.1断路器的参数及主要性能全开断时间是反应断路器开断过程快慢的主要参数，它直接影响故障对设备的损坏程度、故障范围、传输容量和系统的稳定性。（2）合闸时间处于分闸位置的断路器，从接到合闸命令瞬间起到所有相的触头均接触为止的时间称为合闸时间。5.1断路器的参数及主要性能6．自动重合闸性能自动重合闸的操作循环：分—0.3s—合分—180s—合分。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，一般为0.3s或0.5s；断路器开断时间与无电流间隔时间之和称为自动重合闸时间。5.1断路器的参数及主要性能•油断路器—概述•以密封的绝缘油作为开断故障的灭弧介质的一种开关设备，有多油断路器和少油断路器两种形式；它较早应用于电力系统中，技术已经十分成熟，价格比较便宜，广泛应用于各个电压等级的电网中。•结构特点：•多油断路器：结构简单，制造方便，便于在套管上加装电流互感器，配套性强。其绝缘油既是灭弧介质，又是主要的绝缘介质。•少油断路器：结构简单，制造方便，可配用各种操动机构。其绝缘油主要作为灭弧介质•技术性能特点•多油断路器：额定电流不易做得很大；开断小电流时，燃弧时间较长；开断速度较慢；•少油断路器：开断电流大，全开断时间较短。油断路器•优点:结构简单，价格便宜•缺点：检修周期短维护工作量大潜在火灾危险•被SF6断路器取代的趋势（110kV及以上系统）•被真空断路器取代的趋势（10kV电力系统）油断路器小结电弧形成：用开关电器切断通有电流的电路时，只要电源电压大于10~20V，电流大于80~100mA，在开关电器的动、静触头分离瞬间，触头间就会出现电弧。熄灭：此时，触头虽已分开，但电路中的电流还在继续流通。只有电弧熄灭，电路才被真正断开。电弧特性电弧温度随时间变化电弧电流数值随时间变动，电弧的功率也随电弧电流变动电弧功率增大时，电弧的温度增加；反过来，当电弧功率减小时，电弧的温度降低。电弧有热惯性电弧的温度跟不上电流的变化，存在一个滞后过程。交流电弧每半周自动熄灭一次随着交流电流周期性变化，电弧电流每隔半周过零一次。在电弧电流自然过零前后，电源向弧隙输送的能量较少，电弧温度和热游离下降，而去游离作用继续进行，电弧将自然熄灭。1)利用灭弧介质不同灭弧介质具有不同的传热能力、介电能力、热游离温度和热容量。这些参数数值越大，去游离作用就越强，电弧就越容易熄灭。2)采用特殊金属材料作灭弧触头采用熔点高、导热系数和热容量大的耐高温金属作触头材料。如采用铜、钨合金和银、钨合金等。3)利用气体或油吹动电弧吹弧利于冷却而使复合加强、带电离子的扩散。4)采用多断口熄弧电弧被拉长，触头分离速度加快，断口电压降低。5)提高触头分离速度迅速拉长电弧，可使弧隙的电场强度骤降；使电弧的表面突然增大，有利于电弧的冷却和带电粒子的扩散。高压断路器熄灭交流电弧的基本方法以开断电路为例，过程可分为：（1）动、静触头分离的瞬间在触头之间产生电弧。（2）绝缘油在电弧的高温作用下，被迅速蒸发和分解成油蒸汽和其他气体，在电弧周围形成混合气泡。（3）气体被密封在灭弧室内，使灭弧室内压力不断增高，电弧中游离质点的浓度增加，增强了复合，加强了去游离作用。由于温度和压力差，气泡内产生剧烈的扰动，加强了对弧柱的冷却作用。灭弧（4）随着触头间距的增大，电弧被拉长，在电弧电流过零时，断口间的介质强度很快恢复，使电弧熄灭。结论：油断路器是一种自能式断路器，即是利用电弧本身的能量来熄灭电弧。灭弧SF6断路器•SF6开关利用压缩的SF6气体为灭弧和绝缘介质，利用电弧的能量，产生SF6压缩气体，熄灭电弧。用以切断额定电流和故障电流、转换线路、实现对高压输变电线路和电气设备的控制和保护，并配以操作机构进行分、合闸及自动重合闸•SF6断路器采用具有优良灭弧能力和绝缘能力的SF6气体作为灭弧介质，具有开断能力强、动作快、体积小等优点，但金属消耗多，价格较贵。近年来SF6断路器发展很快，在高压和超高压系统中得到广泛应用。尤其以SF6断路器为主体的封闭式组合电器，是高压和超高压电器的重要发展方向。•SF6气体第一次被用于断路器是在五十年代初。由于SF6气体同空气和变压器油相比有许多优异的电气绝缘和灭弧性能，近年来，SF6在电气设备上的应用有了很大的发展，尤其是在高压和超高压断路器上，还有全封闭组合电器。现在，新安装的110kV及以上电压等级的断路器，包括大部分的35kV断路器已经全部是SF6断路器了。•SF6分子由一个硫原子和六个氟原子构成，它的密度也大约是空气的五倍。在常温下，SF6气体是无色、无味、无毒并且透明的惰性气体，它非常稳定，通常情况下很难分解；它既不溶于变压器油也不溶于水。SF6断路器一个操作机构:单相操作或三相电气联动1个操作机构三相机械联动SF6断路器SF6断路器剖面图1高压接线端2灭弧室瓷套3支柱瓷套4分子筛5横梁6传动箱7支架8连杆9操动机构箱10断路器位置指示器11合闸弹簧位置指示器12密度计13分闸弹簧14绝缘拉杆SF6断路器VtVc合闸位置压气过程热能效应分闸位置Vt:热能室Vc:压气室SF6断路器动触头SF6断路器开断单元SF6断路静触头弹簧机构拐臂合闸凸轮惯性飞轮合闸弹簧分闸弹簧指示器（合闸弹簧位置：储能或释能）凸轮分闸系统合闸系统合闸凸轮弹簧机构弹簧结构（