3-2 高压断路器和隔离开关

第三章电气设备原理3.1发电厂电气设备简述3.2开关电器中的电弧3.3高压断路器、隔离开关和高压负荷开关3.4互感器3.5母线电缆绝缘子3.6避雷器3.2高压断路器、隔离开关和高压负荷开关一、高压断路器（一）作用在正常情况下，控制各种电力线路和设备的开断和关合。在电力系统发生故障时，自动地切除电力系统的短路电流，以保证电力系统的正常运行。这主要是因为高压断路器具有完善的灭弧装置和高速的传动机构。一、高压断路器（二）类型一、高压断路器（三）基本结构一、高压断路器（四）SF6断路器1、SF6气体的性质A、物理性质常态下纯净气体为五色、无味、无毒、不燃密度密度大，在空气中扩散慢，不能维持生命液化易液化，压力升高液化温度也增高在常压(0.1MPa)下，液化温度为零下63.8C；在1.2MPa压力下，0℃时液化。B、电气性质很强的灭弧性能SF6气体具有很强的负电性，其分子很容易吸附自由电子成为负离子，正、负离子很容易复合成中性质点或原子。很强的绝缘性能SF6气体在0．294MPa压力下，其绝缘强度与普通变压器油的绝缘强度相当，其灭弧能力为空气的100倍。C、化学性质通常，SF6的化学性质非常稳定在电气设备的允许运行温度范围内，SF6气体对电气设备中的铜、钢、铝等金属材料不起化学作用。在电弧高温作用下，很少量的SF6气体会分解▲分解物在电弧过零值后，很快又再结合为SF6长期密封使用SF6气体做灭弧介质的断路器，虽经多次开断灭弧，SF6气体也不会减少或变质。▲电弧的分解物的多少与气体中所含水分有关▲分解物具有一定的毒性（有刺激及嗅味）一、高压断路器（四）SF6断路器2、SF6断路器的类型一、高压断路器（四）SF6断路器3、SF6断路器的结构特点（1）落地罐式（2）支柱式（3）户内式一、高压断路器（四）SF6断路器4、SF6断路器的开断过程（1）压气式SF6断路器开断过程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。（2）自能吹弧式SF6断路器的开断过程特点：它利用电弧能量建立灭弧所需的压力差活塞是固定的，且截面积比压气式小得多因此，不仅使断路器的结构简化而且相应的操动机构的操作功也可减小，使较高等级的断路器，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，一、高压断路器（四）SF6断路器5、SF6全封闭组合电器SF6断路器的优点1)使用安全可靠无火灾、爆炸的危险，不担心材料氧化和腐蚀蚀。2)减小了电器的体积和质量便于在工厂中装配，运输方便。3)设备的操作、维护和检修都很方便全封闭电器只须监视SF6气压，电气触头检修周期长，载流部分不受大气的影响，可减少维护工作量。4)无噪音和无线电干扰5)冷却特性好6)有利于电器设备的紧凑布置一、高压断路器（五）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10～35kV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。一、高压断路器（五）真空断路器2、真空断路器结构特点真空断路器的特点A、真空断路器具有体积小、无噪声、无污染、寿命长、可以频繁操作、不需要经常检修等优点，因此特别适合配电系统使用。B、真空断路器灭弧介质或绝缘介质不用油，没有火灾和爆炸的危险。C、触头部分为完全密封结构，不会因潮气、灰尘、有害气体等影响而降低其性能，工作可靠，通断性能稳定。D、灭弧室作为独立的元件，安装调试简单方便。由于它开断能力强、开断时间短，还可以用作其他特殊用途的断路器。一、高压断路器（六）断路器操动机构作用：操动断路器的合、分闸动作。分类：电磁型、弹簧型、液压型、电动型、气动型电磁型、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）。一、高压断路器（七）断路器型号和参数1、型号（P141)SW2-110/2000-40SN10-10/1250-40LW6-500/2500-40ZN-10/1250-16ZW-35/630-20一、高压断路器（七）断路器型号和参数2、参数（P141)1）额定电压:是断路器长期工作的标准电压2）额定电流：允许连续长期通过的最大电流3）额定开断电流：在额定电压下，断路器能保证可靠开断的最大短路电流4）额定关合电流：断路器能够可靠关合的电流最大峰值5）动稳定电流：在电网短路时，允许通过的电流最大峰值。断路器通过动稳定电流时，不能因电动力作用而被破坏。6）热稳定电流和热稳定电流的持续时间：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。7）合闸时间与分闸时间：合闸时间指从断路器合闸线圈接通电流到主触头刚接触这段时间。分闸时间包括固有分闸时间和熄弧时间两部分。A、固有分闸时间指断路器分闸线圈接通到触头分离这段时间。B、熄弧时间指从触头分离到各相电弧熄灭为止这段时间。8）操作循环在自动重合闸过程中，断路器有可能在短时间里数次开断短路电流和合上“预伏故障”。自动重合闸操作循环：O—Q—CO一t一CO非自动重合闸操作循环：O一t一CO一t一COO——分闸动作Q——无电流间隙时间，取0.3s，即断路器开断故障电路，从电弧熄灭起至电路重新自动接通时间；CO——合分，表示合闸后立即分闸动作；t——为运行人员“强送电”时间，取180s。二、高压隔离开关（一）隔离开关的作用隔离开关由于没有专门的灭弧装置，所以不能断开数值较大的正常工作电流和故障时的短路电流，但隔离开关断开后有明显的断开点。其主要作用如下：(1)隔离电压，保证检修工作的安全;(2)配合断路器，在电路中进行倒闸操作;(3)用来切合小电流电路;(4)在某些终端变电所中，快分隔离开关与接地开关相配合，代替断路器的工作。二、高压隔离开关（一）隔离开关的类型和型号A、按安装地点分户内（GN）：用于35kV电压等级及以下户外（GW）：触头直接暴露于大气中，要能适应各种恶劣的气候条件。B、按绝缘支柱的数目分单柱式、双柱式、三柱式C、投刀闸的运行方式不同分水平旋转式、垂直旋转式、摆动式和插入式D、按有无接地闸刀分带接地刀闸、不带接地刀闸。GN10—20／8000额定电流(A)额定电压(kV)设计系列号屋内型或屋外型(N一屋内；W一屋外)隔离开关GW6-110D/1250二、高压隔离开关（二）隔离开关的典型结构1、户内隔离开关⊙屋内式隔离开关有单极的和三极的，且都是闸刀式。屋内隔离开关的可动触头(闸刀)在关合时与支持绝缘子的轴垂直，并且大多数是线接触。⊙由底座、支持瓷瓶、静触头、闸刀、操作瓷瓶和转轴等构成。⊙三相隔离开关装在同一底架上。操动机构通过连杆带动转轴完成分、合闸操作。⊙闸刀采用断面为矩形的铜条，并在闸刀上设有“磁锁”，用来防止外部短路时，闸刀受短路电动力的作用从静触头上脱离。GNl9-12(c)系列户内高压隔离开关GN22-12型隔离开关二、高压隔离开关（二）隔离开关的典型结构2、户外隔离开关GW5系列双柱水平开启式隔离开关由三个单极组成，每个单极主要由底座、支持绝缘子、接线座、右触头、左触头、接地静触头、接地闸刀和接线夹几部分组成。两个棒式支柱绝缘子固定在一个底座上，交角为50度，呈V型结构。闸刀做成两半，可动触头成楔形连接。操动机构动作时，两个棒式绝缘子各作顺时针和反时针转动，两个闸刀同时在与绝缘子轴线成垂直的平面内转动，使隔离开关断开或接通。闸刀转至900角时终止。GW5系列双柱水平开启式隔离开关现场运行示意图GW4-35/110/220VI型隔离开关GW4-220VI型隔离开关现场运行示意图GW6系列单（双）柱隔离开关由底座、绝缘支柱、操作瓷柱、开关头部和静触头等构成。静触头由静触杆、屏蔽环和导电连接件所构成。开关头部由动触头、导电闸刀和传动机构等部分构成。带接地开关的隔离开关，其接地开关就固定在隔离开关底座上，接地开关和隔离开关之间的连锁装置也设在底座上面。GW6-330GD型隔离开关GW6-330GD型隔离开关在运行二、高压隔离开关（三）隔离开关的操动机构1.手动杠杆操动机构2.手动蜗轮操动机构3.电动机操动机构4.气动操动机构三、高压负荷开关高压负荷开关的作用主要用于配电网或常用变压器中切断与关合负荷电流以及关合短路电流。不能作为电路中的保护开关断开短路电流。必须与具有开断短路电流能力的开关设备配合使用，最常用的是高压负荷开关与熔断器配合，正常的负荷电流操作由负荷开关来完成，故障电流由熔断器来实现分断。高压负荷开关的分类真空负荷开关SF6负荷开关产气式负荷开关压气式负荷开关FZN—12系列真空负荷开关负荷开关是由隔离刀闸和真空灭弧室两大组件组成，它们的工作是联动方式。在分闸过程中，真空灭弧室先断开，熄灭电弧，然后隔离刀打开，形成明显的断口。在合闸过程中，灭弧室先合，然后隔离刀合闸，灭弧室不承载主回路电流。FZN—12系列真空负荷开关隔离开关起到明显断开点的作用，隔离开关的动触头(闸刀)同时具有接地开关闸刀的作用。隔离开关的分开状态即同时将闸刀合在接地母线上，形成联锁式接地。FZN—12系列真空负荷开关的基本结构图1—操作手柄；2—支持绝缘子；3—隔离开关；4—接地端子及接地母线；5—真空灭弧室；6—电动操动电机；7—熔断器；8—母线FN25一12D型户内交流高压真空负荷开关FN25—12D．R型户内交流高压真空负荷开关一熔断器组合电器