發(fā)電廠及變電站電氣設(shè)備第4章.doc

第4章 電氣設(shè)備及載流導(dǎo)體教學(xué)要求：掌握高、低壓開關(guān)電器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理、電氣參數(shù)及其應(yīng)用，重點(diǎn)掌握斷路器的工作原理；掌握互感器的作用、結(jié)構(gòu)、接線方式及準(zhǔn)確度等級(jí)；掌握母線、電纜、絕緣子、限流電器的工作原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用。4.1高壓開關(guān)電器4.1.1 概述在電力系統(tǒng)的各類電力裝置中，主要電力元件如發(fā)電機(jī)、變壓器、線路、母線等，在改變運(yùn)行方式或停電檢修時(shí)，需要進(jìn)行正常的投入與切出；在出現(xiàn)故障時(shí)則須迅速分?jǐn)喽搪冯娏鳎谐收想娐?，以保證系統(tǒng)或裝置的其他部分的正常工作。這種直接用于正常投切和故障切除電路的電氣一次設(shè)備稱為開關(guān)電器。開關(guān)電器的分類有以下三種方式：1按電壓高低分類開關(guān)電器按使用電壓的高低分為高壓開關(guān)電器和低壓開關(guān)電器兩類，后者用于1kV及以下電力網(wǎng)絡(luò)中。2按安裝場(chǎng)所分類 開關(guān)電器按安裝場(chǎng)所分為戶內(nèi)式和戶外式兩類，其中低壓開關(guān)電器除少數(shù)例外，多為戶內(nèi)式；110kV及以上的開關(guān)電器主要是戶外式。3按功能分類 根據(jù)開關(guān)電器在開斷和關(guān)合電路中所擔(dān)負(fù)的任務(wù)的不同，分為以下幾類：斷路器、隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)、熔斷器。將高壓負(fù)荷開關(guān)和熔斷器裝配在一起的組合式開關(guān)電器，具有類似高壓斷路器的功能，在某些電路中可代替斷路器使用。4.1.2 高壓斷路器4.1.2.1 高壓斷路器的用途高壓斷路器是高壓電器中最重要的部分，是電力系統(tǒng)一次設(shè)備中控制和保護(hù)的關(guān)鍵電器，受它控制和保護(hù)的電路，無論在空載、負(fù)載或短路故障狀態(tài)，都應(yīng)可靠地動(dòng)作?？偟膩碇v，高壓斷路器在電網(wǎng)中起兩方面的作用：一是控制作用，即根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行的需要，將部分電氣設(shè)備或線路投入或退出運(yùn)行；二是保護(hù)作用，即在電氣設(shè)備或電力線路發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)自動(dòng)裝置發(fā)出跳閘信號(hào)，啟動(dòng)斷路器，將故障部分設(shè)備或線路從電網(wǎng)中迅速切除，確保電網(wǎng)中無故障部分的正常運(yùn)行。4.1.2.2 高壓斷路器的基本要求由于斷路器在電路中擔(dān)負(fù)特別重要的任務(wù)，必須滿足以下基本要求：1工作可靠。斷路器應(yīng)能在規(guī)定的運(yùn)行條件下長(zhǎng)期可靠地工作，并能在正常和故障情況下準(zhǔn)確無誤地完成關(guān)合和開斷電路和的指令，其拒動(dòng)或誤動(dòng)都將造成嚴(yán)重的后果。2具有足夠的開斷能力。斷路器的開斷能力是指能夠安全切斷最大短路電流的能力，它主要決定于斷路器的滅弧性能，并保證具有足夠的熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定。開斷能力的不足可能發(fā)生觸頭跳開后電弧長(zhǎng)時(shí)續(xù)燃，導(dǎo)致斷路器本身爆炸飛弧，引起事故擴(kuò)大的嚴(yán)重后果。3動(dòng)作快速。在電路發(fā)生故障時(shí)，快速地切除故障電路，不僅能縮短電力網(wǎng)的故障時(shí)間和減輕巨大短路電流對(duì)電氣設(shè)備的損害，而且能增加電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高整個(gè)系統(tǒng)的供電可靠性。4具有自動(dòng)重合閘性能。輸電線路的短路故障大多數(shù)是臨時(shí)性的。為了提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和供電可靠性，線路保護(hù)多采用自動(dòng)重合閘方式，即在發(fā)生短路故障時(shí)，繼電保護(hù)動(dòng)作使斷路器跳閘，切斷故障點(diǎn)的短路電流，經(jīng)很短時(shí)間后斷路器又自動(dòng)重合閘，恢復(fù)正常供電。若故障仍然存在，則斷路器必須立即跳閘，再次切斷短路電流，這要求斷路器在第一次大電流滅弧后很快恢復(fù)滅弧能力，完成后續(xù)次的滅弧。5結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)合理。在滿足安全、可靠的同時(shí)，還應(yīng)考慮到經(jīng)濟(jì)性。故要求斷路器的結(jié)構(gòu)力求簡(jiǎn)單、尺寸小、重量輕、價(jià)格合理。4.1.2.3斷路器的基本參數(shù)斷路器的特性和工作性能可用以下基本參數(shù)來表征：1額定電壓。指斷路器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行能承受的正常工作電壓。它不僅決定了斷路器的絕緣水平，而且在相當(dāng)程度上決定了斷路器的總體尺寸和滅弧條件。 由于輸電線路有電壓降，電網(wǎng)不同地點(diǎn)的電壓可能高出額定電壓10%左右,使斷路器可能在高于額定電壓下長(zhǎng)期工作，故制造廠規(guī)定斷路器的最高電壓對(duì)于10220kV的為1.15倍額定電壓，對(duì)于330kV及以上為1.1倍額定電壓。2額定電流。它是斷路器的觸頭結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電部分在規(guī)定環(huán)境溫度下允許通過的長(zhǎng)期工作電流，其相應(yīng)的發(fā)熱溫度不會(huì)超過國家標(biāo)準(zhǔn)。它決定了斷路器觸頭及導(dǎo)電部分的截面，并且在某種程度上也決定了它的結(jié)構(gòu)。3額定開斷電流。指斷路器在額定電壓下能可靠開斷的最大短路電流的有效值。它表征斷路器的開斷能力。由于開斷電流與電壓有關(guān)，當(dāng)斷路器降低電壓級(jí)使用（例如10kV斷路器用于36kV電網(wǎng)）時(shí)，具有相應(yīng)增大的開斷電流，但有一最大值，稱為極限開斷電流。4額定開斷容量。斷路器的開斷能力也可間接用開斷容量Skd來表示，在三相電路中其大小等于額定電壓與額定開斷電流的倍。 5動(dòng)穩(wěn)定電流。表明斷路器在沖擊短路電流作用下，承受電動(dòng)力的能力。其值由導(dǎo)電和絕緣等部件的機(jī)械強(qiáng)度決定。6熱穩(wěn)定電流。表明斷路器承受短路電流熱效應(yīng)的能力。用通電時(shí)間（一般取4S）和最大電流有效值來綜合表示。7開斷時(shí)間。從操作機(jī)構(gòu)跳閘線圈接通跳閘脈沖起，到三相電弧完全熄滅時(shí)止的一段時(shí)間稱為斷路器的開斷時(shí)間，它等于斷路器的固有分閘時(shí)間tg和熄弧時(shí)間txh之和，即 tkd= tg+txh其中固有分閘時(shí)間tg是從跳閘線圈接通跳閘脈沖到動(dòng)、靜觸頭剛分離的一段時(shí)間；熄弧時(shí)間txh是從觸頭剛分離到各相電弧熄滅的時(shí)間。4.1.2.4 斷路器的操動(dòng)機(jī)構(gòu)斷路器在工作過程中的合、分閘動(dòng)作是由操動(dòng)系統(tǒng)來完成的。操動(dòng)系統(tǒng)由相互聯(lián)系的操動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，后者常歸入斷路器的組成部分。操動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作性能和質(zhì)量對(duì)斷路器的工作性能和工作可靠性起著重要的作用。1、 操動(dòng)機(jī)構(gòu)的組成斷路器的操動(dòng)機(jī)構(gòu)由圖4-1所示的各個(gè)部分組成：圖4-1 操動(dòng)機(jī)構(gòu)部分組成（1） 操動(dòng)機(jī)構(gòu)：由動(dòng)力機(jī)構(gòu)、扣住機(jī)構(gòu)、脫扣機(jī)構(gòu)等組成。動(dòng)力機(jī)構(gòu)：為原動(dòng)力機(jī)構(gòu)，其操動(dòng)能源由氣壓能、彈簧能、電磁能或液壓能形成?？圩C(jī)構(gòu)：當(dāng)斷路器合閘到終了位置時(shí)，將機(jī)構(gòu)固定在合閘位置。脫扣機(jī)構(gòu)：當(dāng)斷路器分閘時(shí)，能將死點(diǎn)機(jī)構(gòu)脫開，實(shí)現(xiàn)分閘。自由脫扣機(jī)構(gòu)：由合閘電磁鐵動(dòng)作，頂起機(jī)構(gòu)到合閘終點(diǎn)位置不落下，分閘電磁鐵脫扣動(dòng)作，機(jī)構(gòu)能自由分閘。（2） 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：由拉桿、提升機(jī)構(gòu)、緩沖機(jī)構(gòu)等組成。拉桿：是操動(dòng)機(jī)構(gòu)過渡到提升機(jī)構(gòu)的一種連接傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。提升機(jī)構(gòu)：用來提升觸頭進(jìn)行分、合閘。緩沖機(jī)構(gòu)：用來在分、合閘終了位置吸收剩余動(dòng)作，使操動(dòng)平穩(wěn)。 操動(dòng)機(jī)構(gòu)按照分、合閘信號(hào)進(jìn)行操動(dòng)，除此之外，根據(jù)運(yùn)行和維護(hù)要求，還應(yīng)有分、合閘位置的機(jī)械指示器。2、操動(dòng)機(jī)構(gòu)的分類操動(dòng)機(jī)構(gòu)按操動(dòng)能源來進(jìn)行分類，可分為手動(dòng)型、電磁型、液壓型、氣壓型和彈簧型等多種類型。手動(dòng)型操動(dòng)機(jī)構(gòu)是指靠人力合閘，靠彈簧力分閘的操動(dòng)機(jī)構(gòu)；電磁型操動(dòng)機(jī)構(gòu)是直接依靠電磁力來合閘的操動(dòng)機(jī)構(gòu)；液壓型操動(dòng)機(jī)構(gòu)是用高壓油推動(dòng)活塞實(shí)現(xiàn)合閘與分閘的操動(dòng)機(jī)構(gòu)。氣壓型操動(dòng)機(jī)構(gòu)是以壓縮空氣推動(dòng)活塞實(shí)現(xiàn)合閘與分閘的操動(dòng)機(jī)構(gòu)。彈簧型操動(dòng)機(jī)構(gòu)是用小功率電動(dòng)機(jī)將彈簧拉伸儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)合閘與分閘的操動(dòng)機(jī)構(gòu)。除手動(dòng)型外，其他均為自動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)。其中，電磁型需直接依靠合閘電源提供操動(dòng)功率；液壓型、氣壓型和彈簧型則只需間接利用電能，并經(jīng)轉(zhuǎn)換設(shè)備和儲(chǔ)能裝置用非電能形式操動(dòng)合閘，故短時(shí)失去電源后可由儲(chǔ)能裝置提供操動(dòng)功率，因而減少了對(duì)電源的依賴程度。圖4-2給出的是由電磁型操動(dòng)機(jī)構(gòu)操動(dòng)的斷路器動(dòng)作原理示意圖。圖4-2 斷路器動(dòng)作原理示意圖其合閘過程如下：當(dāng)合閘線圈1接通時(shí)，合閘鐵芯2被吸向上，推動(dòng)合閘機(jī)構(gòu)3繞O1軸作反時(shí)針旋轉(zhuǎn)，同時(shí)通過絕緣連桿12和固定在斷路器軸上的拐臂11帶動(dòng)斷路器軸9轉(zhuǎn)動(dòng)，使動(dòng)觸頭系統(tǒng)8向上運(yùn)動(dòng)，并把裝在動(dòng)觸頭系統(tǒng)上的分閘彈簧5壓緊。合閘完成后，分閘機(jī)構(gòu)的搭鉤4將合閘機(jī)構(gòu)3扣住，使斷路器保持在合閘位置。合閘所需的能量是由合閘電磁鐵提供的。其分閘過程如下：當(dāng)分閘線圈7接通時(shí)，分閘鐵芯6被吸向上，推動(dòng)搭構(gòu)4繞O2軸作反時(shí)針旋轉(zhuǎn)，釋放合閘機(jī)構(gòu)3。此時(shí)，在分閘彈簧的作用下動(dòng)觸頭系統(tǒng)向下運(yùn)動(dòng)而完成分閘。斷路器的分閘是靠分閘彈簧實(shí)現(xiàn)的，分閘所需的能量是操動(dòng)機(jī)構(gòu)在合閘過程中儲(chǔ)藏在分閘彈簧的。3、操動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本要求斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的類型和產(chǎn)品型式多種多樣，但其基本要求是一致的，主要有以下幾個(gè)方面。（1）具有足夠的合閘功率，保證所需的合閘速度，并使斷路器在關(guān)合短路的情況下關(guān)合到底。（2）能維持?jǐn)嗦菲魈幵诤祥l位置，不因外界震動(dòng)和其他原因產(chǎn)生誤分閘功率。（3）有可靠的分閘裝置和足夠的分閘速度，為了設(shè)備和系統(tǒng)的安全，分閘裝置務(wù)必工作可靠、靈敏快速，在任何情況下不允許誤動(dòng)或拒動(dòng)。斷路器分閘后，操動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)自動(dòng)回復(fù)到準(zhǔn)備合閘位置。（4）具有自由脫扣裝置。在斷路器進(jìn)行合閘的過程中又接到分閘命令時(shí)，操動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)立即終止合閘過程，迅速進(jìn)行分閘。這種在合閘過程中的分閘叫做自由脫扣?？梢娮杂擅摽垩b置是分閘裝置的重要補(bǔ)充，二者常結(jié)合在一起。無論對(duì)自動(dòng)或手動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)，該裝置都是不可缺少的。（5）在控制回路中，要保證分、合動(dòng)作準(zhǔn)確、連續(xù)，即分后準(zhǔn)備合、合后準(zhǔn)備分。（6）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低廉。4.1.2.5高壓斷路器的分類高壓斷路器一般按滅弧介質(zhì)的不同進(jìn)行分類。1油斷路器。指采用變壓器油作為滅弧介質(zhì)的斷路器。它又可分為多油斷路器和少油斷路器。多油斷路器的油除了作滅弧介質(zhì)和觸頭開斷后絕緣外，還作為帶電部分對(duì)地的絕緣。少油斷路器的油只作為滅弧介質(zhì)和觸頭開斷后絕緣外，而帶電部分對(duì)地絕緣采用瓷件或其他介質(zhì)，和多油斷路器相比，具有用油量少，體積小，重量輕，運(yùn)輸安裝方便，有利于防火等優(yōu)點(diǎn)。2壓縮空氣斷路器指采用壓縮空氣作為滅弧介質(zhì)和弧隙絕緣介質(zhì)的斷路器。壓縮空氣斷路器的特點(diǎn)是滅弧能力強(qiáng)，動(dòng)作迅速，能快速自動(dòng)重合閘。此外，其體積小，防火防爆，在低溫下能可靠的工作，維護(hù)檢修方便。其缺點(diǎn)是工藝要求高，消耗有色金屬多，操作時(shí)噪聲大，并需一套專供操作用的壓縮空氣設(shè)備等。3真空斷路器。指采用真空的高絕緣強(qiáng)度來滅弧的斷路器。這種斷路器的動(dòng)靜觸頭密封在真空泡內(nèi)，利用真空作為滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)。它的特點(diǎn)是：體積小，能頻繁操作，維修工作量小。4六氟化硫（SF6）斷路器。指利用具有優(yōu)異的絕緣性能和滅弧性能的SF6氣體作為滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)的斷路器。由于SF6氣體的電氣性能好，所以SF6斷路器的斷口電壓較高，在電壓等級(jí)相同、開斷電流和其他性能相近的情況下，SF6斷路氣比少油斷路器串聯(lián)斷口要少，可使制造、安裝、調(diào)試和運(yùn)行比較方便和經(jīng)濟(jì)。它的特點(diǎn)是：滅弧能力強(qiáng)，絕緣強(qiáng)度高，開斷電流大，燃弧時(shí)間短；開斷電容電流或電感電流時(shí)，無重燃，過電壓低；電氣壽命長(zhǎng)，檢修周期長(zhǎng)，適于頻繁操作；操作功小，機(jī)械特性穩(wěn)定，操作噪音小。4.1.2.6 高壓斷路器的基本結(jié)構(gòu)和滅弧過程1 少油斷路器少油斷路器分為戶內(nèi)式和戶外式。低于35kV的少油式斷路器只有戶內(nèi)式，高于35kV的只有戶外式，35kV的少油式則兼有戶內(nèi)式和戶外式。目前我國生產(chǎn)的少油斷路器有多種系列，下面主要介紹SN10和SW6兩種。（1）SN10系列戶內(nèi)式少油斷路器SN10系列少油斷路器的結(jié)構(gòu)基本相似，圖4-3所示為SN10-10型少油斷路器的結(jié)構(gòu)圖。它由箱體、框架和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成。箱體下部用兩個(gè)支持絕緣子垂直壁掛于框架上，并經(jīng)一絕緣連桿與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連。斷路器分合時(shí)，操作機(jī)構(gòu)通過主軸27、絕緣拉桿29和基座內(nèi)的變直機(jī)構(gòu)，使導(dǎo)電桿上下動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)斷路器的分合。圖4-3 SN10-10型少油斷路器結(jié)構(gòu)少油斷路器的導(dǎo)電回路從上到下由上接線座5、靜觸座7、靜觸頭13、弧觸指14、導(dǎo)電桿20、滾動(dòng)觸頭19和下接線座18等組成。 導(dǎo)電桿的端部和靜觸頭的弧觸指上均裝有耐弧銅鎢合金，以增強(qiáng)觸頭的抗弧能力和短路開斷能力，延長(zhǎng)其使用壽命。箱體中間部位是滅弧室，采用縱橫吹和機(jī)械油吹聯(lián)合作用的滅弧原理。圖4-4是SN10-10型斷路器滅弧室結(jié)構(gòu)原理圖，圖4-4（a）中，絕緣筒11由高強(qiáng)度的玻璃鋼制成，其內(nèi)疊裝用耐弧耐熱的三聚氰胺玻璃纖維熱壓而成的隔弧板15（共5片），內(nèi)襯筒7和8（兩個(gè)），絕緣墊圈6和10（兩個(gè)）；上面用螺紋壓圈9旋緊。第2、3、4片隔弧板帶有橫吹噴口，第5片隔弧板具有縱吹油囊，形成三級(jí)橫吹和一級(jí)縱吹。此外還具有因?qū)щ姉U分閘運(yùn)動(dòng)引起的機(jī)械油吹作用。圖4-4 SN10-10型少油斷路器滅弧室結(jié)構(gòu)原理圖在滅弧室的上部空間放置靜觸頭，如圖4-3所示。靜觸頭座上套有一絕緣罩筒17，把滅弧室上部空間分為內(nèi)、外兩個(gè)部分。內(nèi)空間向下可通過隔弧片中心孔和橫吹孔與外空間相通；向上通過靜觸頭座回油孔道中的逆止閥與外空間相通。當(dāng)斷路器處于合閘位置時(shí)，下通道被導(dǎo)電桿塞閉，上通道因逆止閥鋼球下落而開啟，以接受回油。在分閘過程中，動(dòng)靜觸頭一分離便于工作產(chǎn)生電弧，分解變壓器油，首先將逆止閥鋼球上推堵住回油孔，造成密閉燃弧，使內(nèi)腔壓力迅速升高。隨著導(dǎo)電桿向下運(yùn)動(dòng)，順序打開第1、2、3橫吹孔和下部油囊的縱吹孔，造成壓力油氣流的縱橫吹。此外，在導(dǎo)電桿快速向下運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，總的過程如圖4-4（b）所示。圖中在開斷小電流時(shí)，由于橫吹缺乏足夠的壓力，電弧被拉至縱吹油囊后，在油氣縱橫吹及機(jī)械壓油吹弧的聯(lián)合作用下熄滅。當(dāng)開斷大電流時(shí)，由于電弧的能量大，油氣壓力高，一般在開啟第1或第2橫吹孔時(shí)即能熄滅，燃弧時(shí)間很短，約為816ms。 （2）SW系列戶外式少油斷路器戶外式少油斷路器采用串聯(lián)滅弧室、多斷口積木式結(jié)構(gòu)形式，其結(jié)構(gòu)外型如圖4-3所示。斷路器每相由兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的滅弧室1串聯(lián)，對(duì)稱地布置成V形，固定在中間機(jī)構(gòu)箱2上，與支柱絕緣子3一起組成一個(gè)Y形落地式結(jié)構(gòu)，每相有一單獨(dú)的底座4,三相共用一套操動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)三相聯(lián)動(dòng)。110KV少油斷路器采用單柱雙斷口結(jié)構(gòu)，按照積木式組裝方式，用于220KV、330KV的少油斷路器可分別采用雙柱四斷口和三柱六斷口的結(jié)構(gòu)，如圖4-4所示。圖4-5 戶外式少油斷路器的結(jié)構(gòu)外型圖4-6 斷路器的積木組合這種每相導(dǎo)電回路采用多斷口的方式可以增強(qiáng)滅弧能力、縮短分合閘時(shí)間和降低滅弧室的高度。滅弧室里的結(jié)構(gòu)大體與戶內(nèi)式少油斷路器相似，也采用縱橫吹和機(jī)械油吹聯(lián)合作用的滅弧原理。油斷路器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，但油在滅弧過程中容易被碳化，所以檢修周期短，維護(hù)工作量大，再加油既會(huì)對(duì)造成對(duì)環(huán)境的污染又容易引發(fā)火災(zāi)，所以在110KV及以上的電力系統(tǒng)中已有被六氟化硫斷路器取代的趨勢(shì)，而且在10KV電力系統(tǒng)中也有被真空斷路器取代的趨勢(shì)。2.SF6斷路器（1）SF6斷路器的發(fā)展SF6氣體出現(xiàn)于1900年，直至1940年才被用來作為電器設(shè)備的絕緣介質(zhì)，以此為起點(diǎn)，使SF6氣體在高壓開關(guān)，變壓器、電纜和其他電氣設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。SF6在斷路器中的應(yīng)用是在60年代中期，由于基礎(chǔ)工業(yè)的發(fā)展，材料和操動(dòng)機(jī)構(gòu)有了新的突破，找到了適應(yīng)SF6特點(diǎn)的氣壓式滅弧室結(jié)構(gòu)，才使SF6斷路器走上了電力工業(yè)實(shí)踐的舞臺(tái)，獲得了飛躍的發(fā)展。在60年代以前，35kV以上的電網(wǎng)主要使用油斷路器和空氣斷路器，至70年代，SF6斷路器逐漸排擠了這兩種斷路器，而且顯現(xiàn)出其有力的競(jìng)爭(zhēng)鋒芒?，F(xiàn)在，世界上生產(chǎn)35kV以上電壓等級(jí)SF6斷路器的國家有美國、日本、英國、瑞士、法國、意大利等17個(gè)國家，這些國家可生產(chǎn)10800kV的SF6斷路器，正在研究和制造1000kV的SF6斷路器。從今日的用戶需求和制造廠家的產(chǎn)品上來看，盡管少油斷路器目前還占有相當(dāng)大的市場(chǎng)，但總的說來，是處于被淘汰的趨勢(shì)。SF6斷路器已逐漸雄踞高壓開關(guān)的主導(dǎo)地位，這已成為國內(nèi)外公認(rèn)的發(fā)展方向。我國對(duì)SF6斷路器的研制是從研制全封閉組合電器GIS開始的，目前220kV的SF6斷路器已投入運(yùn)行，現(xiàn)已能生產(chǎn)10550kV的SF6斷路器，10kV、35kV的SF6斷路器正在迅速地被推廣使用。我國生產(chǎn)的10kVSF6斷路器的代表型號(hào)為L(zhǎng)W310型和LW310型（如圖4-5所示）。這兩種類型的斷路器采用先進(jìn)自能旋弧式原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作能量小、機(jī)電磨損小等優(yōu)點(diǎn)，基本做到在運(yùn)行期內(nèi)“無維修”。與真空和油開關(guān)滅弧室相比，在結(jié)構(gòu)、安全性、耐過電壓、使用壽命和價(jià)格方面都優(yōu)越得多。LW3101型斷路器配手動(dòng)彈簧儲(chǔ)能操動(dòng)機(jī)構(gòu)具有手動(dòng)儲(chǔ)能、手動(dòng)開斷和過電流自動(dòng)脫扣開斷四種功能，其主要用于10kV分支線路，完全可以取代現(xiàn)有的柱上油斷路器。LW310型斷路器配有交直流220V電動(dòng)儲(chǔ)能彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有電動(dòng)關(guān)合、電動(dòng)開斷、手動(dòng)關(guān)合、手動(dòng)開斷以及過電流自動(dòng)脫扣開斷功能。圖4-7 LW310、型SF6斷路器外形圖（2）SF6氣體的特點(diǎn)SF6氣體是一種無色、無嗅、無毒和不可燃的惰性氣體，是目前在高壓電器中使用的最優(yōu)良的滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)。在均勻電場(chǎng)下SF6氣體的絕緣性能大約是空氣的3倍，在0.4MPa（約4個(gè)大氣壓）的壓力下，SF6氣體的絕緣性能則與變壓器油相當(dāng)。SF6氣體是電負(fù)性氣體，即其分子和原子具有很強(qiáng)的吸附自由電子的能力，可以大量吸附弧隙中參與導(dǎo)電的自由電子，生成負(fù)離子。由于負(fù)離子的運(yùn)動(dòng)要比自由電子慢得多，因此很容易和正離子復(fù)合成中性的分子和原子，大大加快了電流過零時(shí)的弧隙介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)。（3）SF6斷路器的滅弧裝置現(xiàn)在世界各國生產(chǎn)的SF6斷路器，采用三種滅弧室結(jié)構(gòu)，這三種滅弧室結(jié)構(gòu)是：其一是壓氣式；其二是旋弧式；其三是自能式。壓氣式滅弧裝置（見圖4-8）中只有一種壓力的SF6氣體，開斷過程中，壓氣缸與動(dòng)觸頭同時(shí)運(yùn)動(dòng)，將壓氣缸內(nèi)的SF6氣體壓縮而使壓力升高。觸頭分離后，即噴口被打開，高壓力的氣體由噴口處向外排出，實(shí)現(xiàn)縱吹而將電弧熄滅。目前在110KV及以上的電力系統(tǒng)中廣泛使用這種滅弧裝置。圖4-8 壓氣式滅弧裝置的工作原理旋弧式滅弧裝置（見圖4-9）多用于1035KVSF6斷路器中。其中磁場(chǎng)由線圈2形成，線圈的一端和靜觸頭相連，另一端和圓筒電極相連，圓筒電極內(nèi)部設(shè)置一個(gè)向靜觸頭凸出的圓環(huán)。當(dāng)導(dǎo)電桿4和靜觸頭1分開產(chǎn)生電弧后，電弧會(huì)很快轉(zhuǎn)移到動(dòng)觸頭和圓筒電極間，把線圈2接入電路，使被斷開的電流流經(jīng)線圈。由于電弧電流是沿半徑方向流動(dòng)的，而線圈生成的磁場(chǎng)是軸線方向的，所以電弧會(huì)沿圓周旋轉(zhuǎn)而與SF6氣體介質(zhì)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)吹弧。圖4-9旋弧式滅弧裝置的工作原理自能式滅弧裝置（見圖4-10）是正在發(fā)展中的新一代的滅弧裝置，目前在110220KV電力系統(tǒng)中使用。其滅弧室由主氣室3、輔助氣室6、氣孔4、氣缸5和噴口1組成。當(dāng)動(dòng)靜觸頭分開產(chǎn)生電弧后，被電弧加熱的氣體可通過氣孔進(jìn)入主氣室，使主氣室的壓力升高，高壓氣體對(duì)噴口吹弧使電弧熄滅。如果開斷的電流較小，電弧產(chǎn)生的熱量小使主氣室的壓力不夠時(shí)，輔助氣室中的氣體將通過上部開啟的閥門進(jìn)入到主氣室內(nèi)起助吹作用，從而增強(qiáng)了開斷小電流的吹弧能力。 圖4-10 自能式滅弧裝置的工作原理4.1.3隔離開關(guān)隔離開關(guān)是高壓電氣裝置中保證工作安全的開關(guān)電器,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。隔離開關(guān)在分閘狀態(tài)下,動(dòng)靜觸頭間應(yīng)有明顯可見的斷口,絕緣可靠；在關(guān)合狀態(tài)下，其導(dǎo)電系統(tǒng)中可以通過正常的工作電流和故障下的短路電流。隔離開關(guān)沒有滅弧裝置，除了能開斷很小的電流外，不能用來開斷負(fù)荷電流，更不能用來開斷短路電流，但隔離開關(guān)必須具備一定的動(dòng)、熱穩(wěn)定。4.1.3.1隔離開關(guān)的作用和分類1.隔離開關(guān)的作用隔離開關(guān)的作用主要有以下三種：（1）隔離電源，保證安全。利用隔離開關(guān)將高壓電氣裝置中需要檢修的部分與其他帶電部分可靠地隔離，這樣，工作人員可以安全地進(jìn)行作業(yè)，不影響其余部分的正常工作。（2）倒閘操作。隔離開關(guān)經(jīng)常用來進(jìn)行電力系統(tǒng)運(yùn)行方式改變時(shí)的倒閘操作。例如，當(dāng)主接線為雙母線時(shí)，利用隔離開關(guān)將設(shè)備或線路從一組母線切換到另一組母線。（3）接通或切斷小電流電路?？梢岳酶綦x開關(guān)接通或切斷下列電路：電壓互感器、避雷器、長(zhǎng)度不超過10km的35KV空載線路或長(zhǎng)度不超過5km的10kV空載線路、35kV100 kVA及以下和110 kV3200 kVA及以下的空載變壓器等。特別強(qiáng)調(diào)，隔離開關(guān)在任何情況下，均不能接通或切斷負(fù)荷電流和短路電流，并應(yīng)設(shè)法避免可能發(fā)生的誤操作。2. 隔離開關(guān)的分類隔離開關(guān)可按以下不同方法進(jìn)行分類：（1）按裝設(shè)地點(diǎn)的不同，分為戶內(nèi)式和戶外式兩種。（2）按絕緣支柱數(shù)目分為單柱式、雙柱式和三柱式三種。（3）按動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)方式，可分為水平旋轉(zhuǎn)式、垂直旋轉(zhuǎn)式、擺動(dòng)式和插入式等。（4）按有無接地閘刀，可分為無接地閘刀、一側(cè)有接地閘刀、兩側(cè)有接地閘刀三種。（5）按操動(dòng)機(jī)構(gòu)的不同，分為手動(dòng)式，電動(dòng)式、氣動(dòng)式和液動(dòng)式等。（6）按極數(shù)分為單極、雙極、三極三種。4.1.3.2隔離開關(guān)的操作原則隔離開關(guān)都配有手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，操作時(shí)要先拔出定位銷，分、合閘動(dòng)作要果斷、迅速，終了時(shí)注意不要用力過猛，操作完畢一定要用定位銷銷住，并目測(cè)其動(dòng)觸頭位置是否符合要求。不管合閘還是分閘操作，都應(yīng)在不帶負(fù)荷或負(fù)荷在隔離開關(guān)允許的操作范圍之內(nèi)時(shí)才進(jìn)行。為此，操作隔離開關(guān)之前，必須先檢查與之串聯(lián)的斷路器，應(yīng)確實(shí)處于斷開位置。如果發(fā)生了帶負(fù)荷切投隔離開關(guān)的誤操作，則應(yīng)冷靜地避免可能發(fā)生的另一種反方向的誤操作，就是：當(dāng)發(fā)現(xiàn)帶負(fù)荷誤合閘后，不得再立即拉開；當(dāng)發(fā)現(xiàn)帶負(fù)荷誤分閘后，不得再合上。除非剛拉開一點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)有火花產(chǎn)生時(shí)，可立即合上。4.1.3.3隔離開關(guān)的結(jié)構(gòu)1 戶內(nèi)式隔離開關(guān)戶內(nèi)式隔離開關(guān)（型號(hào)為GN）其額定電壓一般在35KV以下，圖4-11為戶內(nèi)配電用隔離開關(guān)的結(jié)構(gòu)圖。隔離開關(guān)的三相共裝在同一個(gè)底座上，操作機(jī)構(gòu)通過連桿操動(dòng)轉(zhuǎn)軸完成分合閘操作。導(dǎo)電回路主要由閘刀（動(dòng)觸頭）、靜觸頭及接線端組成。靜觸頭固定在支柱絕緣子上；閘刀由兩片刀片做成，一端通過銷軸固定在另一組支柱絕緣子的觸頭座上。合閘時(shí)兩片刀片夾緊靜觸頭。為了保證動(dòng)、靜觸頭間的接觸壓力和壓縮行程，在閘刀與靜頭接觸處裝有彈簧。對(duì)額定電流較大的還普遍采用磁鎖裝置來加強(qiáng)動(dòng)、靜觸頭間通過短路電流時(shí)的接觸壓力。圖4-11 戶內(nèi)配電用隔離開關(guān)的原理圖磁鎖裝置的作用原理如圖4-12所示，當(dāng)短路電流沿并行的兩片閘刀流向靜觸頭時(shí)，刀閘外側(cè)的兩片鋼片受磁力作用互相吸引，增加了刀閘對(duì)靜觸頭的接觸壓力，從而保證觸頭對(duì)短路電流的穩(wěn)定性。圖4-12 磁鎖裝置的作用原理隔離開關(guān)利用操動(dòng)機(jī)構(gòu)通過傳動(dòng)連桿使三相連動(dòng)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過每相的拐臂連桿（即拉桿瓷瓶）驅(qū)動(dòng)各相閘刀作垂直旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到合分閘操動(dòng)的目的。2戶外隔離開關(guān)戶外隔離開關(guān)（型號(hào)為GW）由于觸頭直接暴露于大氣中，其工作條件比較復(fù)雜，應(yīng)能抵抗冰、雪、雨、風(fēng)、暴曬、酷熱等惡劣氣候的長(zhǎng)期反復(fù)地作用，一般要求有較高的絕緣和機(jī)械強(qiáng)度。戶外隔離開關(guān)按絕緣支柱結(jié)構(gòu)的不同，可分為單柱式、雙柱式和三柱式，有的還帶有接地閘刀。（1） 單柱式隔離開關(guān)圖4-13為單柱式隔離開關(guān)，這種隔離開關(guān)的靜觸頭被獨(dú)立地安裝在架空母線上，可動(dòng)閘刀安裝在瓷柱頂部，由操動(dòng)機(jī)構(gòu)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，象剪刀一樣向上運(yùn)動(dòng)，夾住裝在母線上的靜觸頭以實(shí)現(xiàn)合閘；或向下運(yùn)動(dòng)，釋放裝在母線上的靜觸頭以實(shí)現(xiàn)分閘。使用單柱式隔離開關(guān)可以顯著地節(jié)省變電站的占地面積，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般只在220KV及以上的電力系統(tǒng)中用。圖4-13 單柱式隔離開關(guān)的原理圖（2） 雙柱式隔離開關(guān)圖4-14所示是GW4-35G（D）型雙柱式隔離開關(guān)的結(jié)構(gòu)圖。它由底座1，絕緣支柱2，導(dǎo)電回路3、4、5、6，接地閘刀7，操動(dòng)機(jī)構(gòu)14及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)9、10、11、12、13等組成。兩個(gè)絕緣支柱2分別裝在底座1的軸承座上，用交叉連桿9連接兩絕緣支柱主軸8和8的拐臂，可使兩主軸同步反向轉(zhuǎn)動(dòng)90導(dǎo)電桿分成3和5兩段，分別固定在兩個(gè)絕緣支柱頂部，其觸頭為指形結(jié)構(gòu)。接地閘刀取垂直轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過單獨(dú)的一套操動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)作三相連動(dòng)操作。圖4-14 GW4-35G（D）型隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)圖GW4-110D型隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)上與GW4-35G（D）型相同，但絕緣距離及相關(guān)尺寸增大。雙柱式隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，重量輕，破冰雪能力強(qiáng)，動(dòng)穩(wěn)定性好。但閘刀在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，要求相間距離較大。為滿足特殊方式安裝的需要，也可將兩個(gè)絕緣支柱按V型布置，稱為V型雙柱式隔離開關(guān)，如GW5-35D型隔離開關(guān)（如圖4-15所示）。圖4-15 GW5-35D型隔離開關(guān)外形圖GW5-35D型隔離開關(guān)與GW4-35G（D）型基本相同，它也是雙柱式結(jié)構(gòu)，制成單極型式，借助連桿構(gòu)成三極聯(lián)動(dòng)。其主要不同之外是每極的兩個(gè)支柱瓷瓶組成V形裝在同一個(gè)底座內(nèi)的兩個(gè)軸承座上。閘刀也做成兩段式，各固定在支柱瓷瓶的頂端。操作動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過底座內(nèi)的傘形齒嚙合，帶動(dòng)兩個(gè)支柱瓷瓶同速反向旋轉(zhuǎn)90，達(dá)到分合閘的目的。 GW5-110D型隔離開關(guān)與GW5-35D型的結(jié)構(gòu)相同，只是絕緣距離和相關(guān)尺寸增加。（3） 三柱式隔離開關(guān) 圖4-16為三柱式隔離開關(guān)，這種隔離開關(guān)與雙柱式隔離開關(guān)相比相間距離要求小，兩邊的絕緣支柱固定在支架上，中間的絕緣支柱安裝在軸上。分閘時(shí)中間的絕緣支柱帶動(dòng)轉(zhuǎn)臂刀閘60，使閘刀在水平面上轉(zhuǎn)動(dòng)而分閘。三柱式隔離開關(guān)與雙柱式的基本元件相同，動(dòng)作原理相似，只是刀閘轉(zhuǎn)動(dòng)的方向不同。圖4-16 三柱式隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)圖4.1.4高壓熔斷器熔斷器是最簡(jiǎn)單和最早使用的一種保護(hù)電器，它串聯(lián)在電路中，當(dāng)電路發(fā)生短路或過載時(shí)，熔斷器自動(dòng)斷開電路，使其他電氣設(shè)備得到保護(hù)。與現(xiàn)代受電保護(hù)控制的斷路器相比較，熔斷器保護(hù)顯得較為原始和簡(jiǎn)陋，如每次熔斷后須停電更換熔件才能再次使用；且其保護(hù)特性不夠穩(wěn)定，常使動(dòng)作的選擇性配梧發(fā)生困難。但它直接動(dòng)作，無需斷電保護(hù)和二次回路相配合；本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、布置緊湊、使用維護(hù)簡(jiǎn)便。4.1.4.1基本知識(shí)1.基本構(gòu)成和工作原理熔斷器主要由金屬熔件（又稱熔體）、支持熔件的觸頭、滅弧裝置和絕緣底座等四部分構(gòu)成。其中決定其工作特性的主要是熔體和滅弧裝置。熔斷器串聯(lián)在電路中，正常工作時(shí)，熔件載流不大于其額定電流，熔斷器應(yīng)長(zhǎng)期安全地工作而不發(fā)生誤熔斷現(xiàn)象。當(dāng)電路發(fā)生短路或過載時(shí)，熔件被加熱，在被保護(hù)設(shè)備的溫度未達(dá)到破壞其絕緣之前熔斷，使電路斷開，設(shè)備得到保護(hù)。熔斷器的工作過程由以下四個(gè)階段組成： （1）熔斷器的熔件因過載和短路而加熱到熔化溫度； （2）熔件的熔化和氣化； （3）觸頭之間的間隙擊穿，產(chǎn)生電??；（4）電弧熄滅，電路被斷開。 根據(jù)以上工作過程，熔件應(yīng)滿足以下幾方面的要求： （1）有良好和穩(wěn)定的導(dǎo)電性能，能長(zhǎng)期安全地通過允許電流而不發(fā)生誤熔斷。 （2）有較低的熔點(diǎn)。熔點(diǎn)高不僅使正常工作溫度偏高，對(duì)觸頭、金屬材料和絕緣材料均不利，而且延長(zhǎng)了加熱熔化的時(shí)間，不利于熔斷器的快速動(dòng)作。（3）有利于滅弧。熔體截面越大，熔點(diǎn)越低和電弧越強(qiáng)烈，產(chǎn)生的金屬蒸氣就越多，滅弧就越困難。 2熔件材料 常用的熔件材料有鉛錫合金、鉛、鋅、銅和銀等。 鉛錫合金、鉛和鋅的熔點(diǎn)較低，分別為200C、327C和420C，但電阻率都較大，故熔件的截面較大（尤其是額定電流大時(shí)），產(chǎn)生的金屬蒸氣多，不利于滅弧。故這類材料的熔體只用于500V及以下的低壓熔斷器。鋅與其他兩種相比較雖熔點(diǎn)較高，但它在空氣中不易氧化，因而保護(hù)特性較穩(wěn)定。熔件的氧化將使有效截面逐漸減小，電阻增大，以改變?nèi)垠w的保護(hù)特性。 銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能良好，用它作成的熔體截面小，在電弧作用下的金屬蒸氣小，有利于提高熔斷器的切斷能力。但銅的熔點(diǎn)高達(dá)1080C而未熔化，這對(duì)觸頭系統(tǒng)和其他部件都非常不利，可利用“治金效應(yīng)”加以解決，即在熔體某點(diǎn)（通常在熔體中段）的表面上焊上小錫（或鉛）球，當(dāng)銅熔體溫度升高時(shí)，小球中的錫（鉛）熔化而滲入固體銅內(nèi)部，形成銅錫（鉛）合金。其內(nèi)阻增大，發(fā)熱加劇，而熔點(diǎn)降低，使錫球處在較低的溫度下熔斷，繼而產(chǎn)生電弧使銅熔體在電弧的高溫下熔化和氣化。此外，銅在空氣中特別在高溫下較易氧化，可采用鍍銀的辦法解決。經(jīng)過以上處理，銅便成為較理想的熔體材料，廣泛地應(yīng)用于高壓和低壓熔斷器。 如果熔斷器中只有熔體的熔斷而無可靠的滅弧，則不僅不能切斷故障電流，而且勢(shì)必引起事故的擴(kuò)大，熔斷器的滅弧是由專門的滅弧裝置裝有熔體的熔管來完成的。但各類熔斷器的滅弧方法大不相同，這是構(gòu)成不同類型熔斷器的主要因素。3熔斷器的分類按熔斷器的安裝地點(diǎn)可分為戶內(nèi)式和戶外式；按使用電壓的高低熔斷和低壓熔斷器；按滅弧方法及主要由其所決定的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的不同分為瓷插式、封閉產(chǎn)氣式、封閉填料式和產(chǎn)氣縱吹式等；按限流特性分為限流式和非限流式。若故障電路中的熔斷器在開斷過程中通過的最大短路電流值比無熔斷器時(shí)有明顯的減小，則為限流熔斷器。反之，如果熔斷器在開斷過程中對(duì)通過的電流值無明顯的影響，則為非限流式。任何熔斷器在熔體熔斷以前包括加熱到液化過程都不能限流，但從熔體熔斷并發(fā)弧時(shí)起，限流熔斷器由于弧隙中強(qiáng)烈的去游離，因而抑制了短路電流中的非周期性分量，使短路電流明顯減小。此外，強(qiáng)烈的去游離可使電弧電流迅速降低至很小數(shù)值，形成明顯的截波現(xiàn)象，如圖4-17所示。如果短路電流值較大，使熔斷點(diǎn)發(fā)生在電流第一次過頂值以前，則顯然對(duì)周期性分量也起限制作用。圖中從電壓曲線可見限流熔斷器在熔斷時(shí)刻，伴隨電流截波的同時(shí)將出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象。圖4-17 限流熔斷器開斷短路電流時(shí)的波形圖非限流熔斷器弧隙不呈現(xiàn)大電阻性，不影響短路電學(xué)期工作總結(jié)充中的直流分量的出現(xiàn)；其交流分量電弧要等到第一次或第幾次過零時(shí)才熄滅。幾乎不發(fā)生過電壓現(xiàn)象。4熔斷器的技術(shù)參數(shù) （1）熔斷器的額定電壓。它既是絕緣所允許的電壓等級(jí)，又是熔斷器允許的滅弧電壓等級(jí)。對(duì)于限流式熔斷器，不允許降低電壓等級(jí)使用，以免出現(xiàn)過大的過電壓。（2）熔斷器的額定電流。它指一般環(huán)境溫度（不超過40C）下熔斷器殼體的載流部分和接觸部分允許通過的最大持續(xù)電流有效值。（3）熔體額定電流。它允許長(zhǎng)期通過熔體不致發(fā)生熔斷的最大有效值電流。該電流可小于或等于熔斷器的額定電流，但不能超過。（4）熔斷器的開斷電流。熔斷器允許切斷的最大有效值電流，由熔斷器的滅弧能力決定。5熔斷器的保護(hù)特性熔斷器的熔斷時(shí)間t由t1、t2、t3三個(gè)時(shí)段組成，即t= t1+ t2 + t3 ，如圖4-17所示，t1為熔體升溫、液化直至氣化開始的時(shí)間，稱為熔化時(shí)間，t1可長(zhǎng)可短，長(zhǎng)至無窮大，短至幾個(gè)ms,主要決于熔體額定電流及通過電流的大小。t2是從熔體氣化至產(chǎn)生電弧所需的時(shí)間，t2很短,一般在1ms以下，且與電流的大小關(guān)系不大。t3是燃弧時(shí)間，它與滅弧裝置及電流大小有關(guān)，對(duì)限流熔斷器為幾個(gè)ms，對(duì)非限流熔斷器可能延續(xù)幾十個(gè)ms。對(duì)于一定的熔斷器和熔體，t主要決定于通過電流的大小，即t=f（I）稱為熔斷器的安秒特性，也即熔斷器的保護(hù)特性。熔斷時(shí)間t與通過熔斷器使熔體熔化的電流之間的關(guān)系曲線稱為熔斷器的保護(hù)特性曲線，也稱為安秒特性曲線，如圖4-18所示。圖中所示為額定電流不同的兩個(gè)熔體1、2的保護(hù)特性曲線，IK1、IK2是熔體的最小熔化電流，其對(duì)應(yīng)的熔斷時(shí)間為無限長(zhǎng)，若流過熔體的電流稍小于IK1、IK2時(shí)，熔體不會(huì)熔斷，但熔體的溫度將接近于其熔化溫度。熔體1的額定電流小于熔體2的額定電流，熔體1的截面也小于熔體2的。同一電流通過不同額定電流的熔體時(shí)，額定電流小的熔體先熔斷。圖4-18 熔斷器的保護(hù)特性曲線熔斷器的保護(hù)特性曲線是選擇熔斷器的重要依據(jù)。例如，當(dāng)電網(wǎng)中有幾級(jí)熔斷器串聯(lián)，分別保護(hù)各電路中元件，當(dāng)某元件發(fā)生短路或過載時(shí)，保護(hù)該元件的熔斷器應(yīng)該熔斷，即為選擇性熔斷；如果保護(hù)該元件的熔斷器不熔斷，而上一級(jí)熔斷器熔斷，即為非選擇性熔斷。當(dāng)發(fā)生非選擇性熔斷時(shí)，將擴(kuò)大停電范圍，造成不應(yīng)有的損失熔斷器的保護(hù)特性曲線還與一些其他因素有關(guān)，諸如：熔體的氧化、熔體兩端的接觸聯(lián)接狀況、散熱條件、制造偏差（熔體的材料成份和尺寸偏差）等。這些因素造成保護(hù)特的不穩(wěn)定，即對(duì)一定的短路電流，可能造成熔體的過早或過遲熔斷，從而使熔斷器保護(hù)的選擇性動(dòng)作發(fā)生困難。 4.1.4.2高壓熔斷器的結(jié)構(gòu)1戶內(nèi)高壓熔斷器目前常見的戶內(nèi)高壓熔斷器有RN1、RN2、RN3、RN5、和RN6等型，用于635kV的戶內(nèi)配電裝置中.它們均為填充石英砂的限流型熔斷器.其中RN1、RN3和RN5型用于交流電力線路及配電變壓器的過載及短路保護(hù)；RN2與RN6型只用于電壓互感器的保護(hù)，其額定電流只有0.5A一種。RN1型熔斷器由熔管、接觸座、支柱絕緣子和底座組成，如圖4-19所示。其主要部件熔件管的結(jié)構(gòu)如圖4-20所示，它由熔管、端蓋、頂蓋、熔體和石英砂等組成，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性能。熔管是滅弧裝置的主要組成部分，又起支持和保護(hù)熔體的作用。端蓋由銅制成，熔體通過端蓋與接觸座接觸組成導(dǎo)電回路。頂蓋由黃銅制成，用以封閉瓷管。熔管內(nèi)部的石英砂形成大量細(xì)小的固有體介質(zhì)狹縫狹溝，對(duì)電弧起分割、冷卻和表面吸附（帶電粒子）的作用，同時(shí)縫隙內(nèi)驟增的氣體壓力也對(duì)電弧起強(qiáng)烈的去游離作用，致使電弧呈截波式地迅速熄滅（見圖4-17）。圖4-19 RN1型熔斷器的外形圖圖4-20 熔件管的結(jié)構(gòu)示意圖額定電流為7.5A及以下的熔體，由于熔絲很細(xì)且長(zhǎng)，額定電流10A及以上的熔體較粗些，由1、2或4根鍍銀熔絲并聯(lián)。為了限制熔斷時(shí)的過電壓值，連接處焊有小錫球，當(dāng)流過過電流時(shí)，小錫球處和直徑小的熔絲先熔斷，較粗段后熔，因每段熔絲不長(zhǎng)，使擊穿電壓受到限制，過電壓倍數(shù)一般不超過（22.5）Ue。熔體熔斷后由指示熔件彈出，顯示出該熔斷器已動(dòng)作。RN3型熔斷器采用有多個(gè)缺口的薄銅片作為熔體，通過電流時(shí)熔體各部的溫度不同，可保證在正常工作時(shí)的觸頭和其他部件不過熱；在過電流時(shí)則缺口處先行熔斷，從而限制過電壓倍數(shù)在2.5倍以下。該型熔斷器的其他構(gòu)造和性能則與RN1型基本相同。RN5型的熔管與RN1型通用，故它們的保護(hù)特性相同。但RN5型采用多棱支柱絕緣子，并在外形上作了一些改進(jìn)，使之體積更小，重量更輕，泄漏距離防污性能也有所改善。RN2和RN6型熔斷器的結(jié)構(gòu)原理分別與RN1和RN5型相同，但熔體只有0.5A一個(gè)規(guī)格，系專用于電壓互感器保護(hù)。該熔斷器無指示裝置，動(dòng)作后可由電壓互感器二次側(cè)的電壓表判斷。 2戶外高壓熔斷器戶外高壓熔斷器分為跌落式和限流式兩類，前者用于輸配電線路和電力變壓器的過載和短路保護(hù)，后類主要用作電壓互感器及其他用電設(shè)備的過載和短路保護(hù)。（1）RW系列跌落式熔斷器跌落式熔斷器在610kV配電變壓器上用得很普遍.它們的結(jié)構(gòu)基本相同,由熔管和上、下動(dòng)靜觸頭及絕緣子等組成。圖4-21所示為RW3型跌落式熔斷器的結(jié)構(gòu)。上靜觸頭1和下靜觸頭9分別用螺栓固定在瓷絕緣子11的上下端。鴨嘴罩3可繞銷軸O1轉(zhuǎn)動(dòng)，在彈性金屬片的作用下被壓向下限位置，它里面有一抵舌（搭鉤）3，在閉合時(shí)用它來卡住上動(dòng)觸頭2并施加接觸壓力，上動(dòng)觸頭2裝在熔管5的上端，可繞銷軸O2轉(zhuǎn)動(dòng)，它在銷軸彈簧的作用下力圖示的上限位置。一旦熔件熔斷，脫開鴨嘴罩內(nèi)的抵舌3，熔管在自身重力的作用下繞O3轉(zhuǎn)動(dòng)而跌落。圖4-21 RW3型跌落式熔斷器結(jié)構(gòu)原理圖 熔管5由層卷紙板或環(huán)氧玻璃鋼制成，兩端開口，內(nèi)壁襯以石棉套防止電弧燒傷熔管，同時(shí)石棉具有吸濕性，在電弧高溫下蒸發(fā)并分解出的氫氣、二氧化碳等向管兩端噴出，對(duì)電弧產(chǎn)生縱吹作用，使其在過零時(shí)熄滅。熔絲6由熔體18、套圈和銅絞線15等組成，如圖（b）所示。有帶鈕扣如圖（b）和不帶鈕扣之分，熔體由特種合金材料制成，具有良好的熔化穩(wěn)定性，有的確良中部焊有小錫球以降低熔化溫度。熔絲的尾線采用鍍錫的多股紫銅絞線，接線方便，性能可靠，由紫銅套16與熔體聯(lián)接。該熔斷器由固定板12安裝在支架上，可以分?jǐn)嗪完P(guān)合空載架空線路、空載變壓器和小負(fù)荷電流，嚴(yán)禁帶負(fù)荷分合閘。分?jǐn)嗪缶哂忻黠@的斷開點(diǎn)，故具有隔離開關(guān)的作用。這種熔斷器的斷流容量小，熔斷時(shí)還會(huì)從熔管兩端噴出火焰及金屬殘?jiān)?，發(fā)生響聲，但它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低。 RW4、RW7和RW11等型在結(jié)構(gòu)和性能上均與RW3型相似。但RW11是防污型，適應(yīng)于工業(yè)污穢和沿海、鹽湖地區(qū)。（2）RW型限流熔斷器圖4-22所示為RW10-35型限流熔斷器，它是用相應(yīng)的35kVRN系列熔管1裝入戶外式瓷套管2中，再用戶外棒式支柱絕緣子4在中部作T形支持而成。其運(yùn)行保護(hù)特性與相應(yīng)RN系列相同。額定電流為0.5A的用于電壓互感器保護(hù)；額定電流為210A的用于線路或電力變壓器的過載與短路保護(hù)。與跌落式熔斷器相比較，該型具有分?jǐn)嗄芰Υ蟆⑾蘖髂芰?qiáng)、運(yùn)行可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。布置上取水平或垂直安裝均宜。圖4-22 RW10-35型限流熔斷器結(jié)構(gòu)原理圖4.1.5高壓負(fù)荷開關(guān)4.1.5.1高壓負(fù)荷開關(guān)的用途及類型1高壓負(fù)荷開關(guān)的用途高壓負(fù)荷開關(guān)是一種結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，具有一定開斷和關(guān)合能力的開關(guān)電器。它具有滅弧裝置和一定的分合閘速度，能開斷正常負(fù)荷電流和過負(fù)荷電流，但不能開斷短路電流。高壓負(fù)荷開關(guān)在分閘狀態(tài)有明顯可見的斷口，可起到隔離開關(guān)的作用，但性能又優(yōu)于隔離開關(guān)，是介于隔離開關(guān)與斷路器之間的一種開關(guān)電器。高壓負(fù)荷開關(guān)常常與高壓熔斷器串聯(lián)合用，前者作為操作電器投切電路的正常負(fù)荷電流，而由后者作為保護(hù)電器開斷電路的短路電流及過載電流。在功率不大或不甚主要的配電回路中代替斷路器，可以簡(jiǎn)化配電裝置及繼電保護(hù)，降低設(shè)備費(fèi)用。2.高壓負(fù)荷開關(guān)的類型高壓負(fù)荷開關(guān)按裝地點(diǎn)的不同分為戶內(nèi)式和戶外式。按滅弧方法的不同分為固體產(chǎn)氣式、壓氣式、油浸式、真空式和SF6式等。但實(shí)際上在35kV以上的高壓電路中，高壓負(fù)荷開關(guān)應(yīng)用很少。目前主要用于10kV及以下配電網(wǎng)絡(luò)中，常用產(chǎn)品型號(hào)是戶內(nèi)壓氣式的FN2-10、FN3-10和戶外產(chǎn)氣式的FW5-10等。4.1.5.2高壓負(fù)荷開關(guān)的結(jié)構(gòu)1戶內(nèi)式負(fù)荷開關(guān)圖4-23所示是FN2-10型負(fù)荷開關(guān)結(jié)構(gòu)原理圖。該項(xiàng)開關(guān)采用活塞壓氣滅弧裝置，在外形上與一般戶內(nèi)隔離開關(guān)相似，主要由框架、絕緣支柱、刀型觸頭、滅弧裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。框架1由鋼板焊制成。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及分閘彈簧16固定在框架內(nèi)。框架上每相固定2件瓷瓶，瓷瓶4僅起支持作用；氣缸瓷瓶13為特制件，兼作支持和缸用，與其中的活塞14構(gòu)成壓氣裝置。弧閘刀8和主閘刀7固定在支柱瓷瓶4上，兩者在電路上是并聯(lián)的，其間的彈簧6用于提高弧閘刀的分閘速度。主靜觸頭9和弧靜觸頭10固定在氣缸瓷瓶13上?；钊芍鬏S15通過曲柄滑塊機(jī)構(gòu)推動(dòng)。圖4-23 FN2-10型負(fù)荷開關(guān)結(jié)構(gòu)圖 圖4-23中開關(guān)處于合閘狀態(tài)。分閘時(shí)，操動(dòng)機(jī)構(gòu)（未畫出）脫扣，在分閘彈簧16的作用下，主軸15迅速按順時(shí)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過曲柄滑塊機(jī)構(gòu)使活塞14向上運(yùn)動(dòng)壓縮氣體，同時(shí)又通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使主閘刀7先于弧閘刀8分閘。在弧觸頭分閘拉出電弧的同時(shí)，氣缸中的壓縮空氣經(jīng)噴嘴11噴出吹滅電弧。合閘過程中各部運(yùn)動(dòng)方向與上述相反，其弧觸頭先于主觸頭閉合承受關(guān)合電流的作用。分閘彈簧被拉伸儲(chǔ)能，開關(guān)重新回到圖示位置。圖4-24所示為FN2-10（R）型負(fù)荷開關(guān)結(jié)構(gòu)圖。它是在FN2-10型的基礎(chǔ)上加裝RN1型高壓熔斷器而成，除用來投、切負(fù)荷電流之外，不可以開斷短路電流。但與繼電保護(hù)的配合應(yīng)滿足如下要求：為了能使負(fù)荷開關(guān)在分閘時(shí)動(dòng)、靜觸頭之間有明顯的斷口而起到隔離開關(guān)的作用，負(fù)荷開關(guān)應(yīng)垂直安裝。該型負(fù)荷開關(guān)配用CS4或CS4-T型手動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)。后者帶有遙控脫扣器。圖4-24 FN2-10（R）型負(fù)荷開關(guān)結(jié)構(gòu)圖2戶外式負(fù)荷開關(guān)圖4-25所示為FW5-10型戶外式負(fù)荷開關(guān)。在結(jié)構(gòu)原理和使用性能上與不帶熔斷器的戶內(nèi)式負(fù)荷開關(guān)相似，但有以下一些特點(diǎn)：該型開關(guān)的弧觸頭固定于主閘刀的端部，也同樣保證與主觸頭之間先合后分的聯(lián)動(dòng)關(guān)系。開關(guān)可與操動(dòng)機(jī)構(gòu)組成一體安裝在戶外桿上如圖所示，用絕緣棒或絕緣繩拉動(dòng)操作，亦可配用桿下操動(dòng)機(jī)構(gòu)；采用固體產(chǎn)氣材料管滅弧，即在管內(nèi)電弧的高溫作用下，部分內(nèi)壁物質(zhì)分解成氫、水蒸汽、二氧化碳等氣體，使管內(nèi)壓力大增，并向管端部噴出，形成縱向吹弧使電弧熄滅。該型負(fù)荷開關(guān)既可開斷和關(guān)合負(fù)荷電流，又可作業(yè)隔離開關(guān)使用，因采用產(chǎn)氣管滅弧，在開斷負(fù)荷電流時(shí)噪音較大，電壽命也較短，但它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、使用維護(hù)方便，在農(nóng)村電網(wǎng)和小型戶外變電所使用較為可取。圖4-25 FW5-10戶外式負(fù)荷開關(guān)外形圖4.2互感器互感器包括電壓互感器和電流互感器，是一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)間的聯(lián)絡(luò)元件，用以分別向測(cè)量?jī)x表、繼電器的電壓線圈和電流線圈供電，正確反映電氣設(shè)備的正常運(yùn)行和故障情況。其一、二次繞組與系統(tǒng)的連接方式如圖4-26所示。圖4-26 互感器與系統(tǒng)連接圖互感器的作用是：（1）將一次回路的高電壓和大電流變?yōu)槎位芈窐?biāo)準(zhǔn)的低電壓和小電流，使測(cè)量?jī)x表和保護(hù)裝置標(biāo)準(zhǔn)化、小型化，并使其結(jié)構(gòu)輕巧、價(jià)格便宜，并便于屏內(nèi)安裝。（2）使二次設(shè)備與高電壓部分隔離，且互感器二次側(cè)均接地，從而保證了設(shè)備和人身的安全。4.2.1電流互感器4.2.1.1電流互感器的工作特點(diǎn)目前電力系統(tǒng)中廣泛采用的是電磁式電流互感器，它的工作原理和變壓器相似，是按電磁感應(yīng)原理工作的。電流互感器一、二次電流之比稱為電流互感器的額定變比，近似等于匝數(shù)的反比。與普通變壓器相比，電流互感器有如下特點(diǎn)：1）一次繞組串聯(lián)在電路中，并且匝數(shù)很少；故一次繞組中的電流完全取決于被測(cè)電路的負(fù)荷電流，而與二次電流大小無關(guān)；2）電流互感器二次繞組所接儀表的電流線圈阻抗很小，所以正常情況下，電流互感器在近于短路的狀態(tài)下運(yùn)行。3）運(yùn)行中的電流互感器二次回路不允許開路 ，否則會(huì)在開路的兩端產(chǎn)生高電壓危及人身安全或使 電流互感器發(fā)熱損壞。當(dāng)二次回路開路時(shí)，電流互感器由正常短路工作狀態(tài)變?yōu)殚_路工作狀態(tài)，=，=0，勵(lì)磁磁勢(shì)由正常為數(shù)甚小的驟增為。由于二次繞組感應(yīng)電勢(shì)是與磁通的變化率成正比的，因此二次繞組將在磁通過零時(shí)，感應(yīng)產(chǎn)生很高的尖頂波電勢(shì)，其值可達(dá)數(shù)千甚至上萬伏，危及工作人員安全和儀表、繼電器絕緣。由于磁感應(yīng)強(qiáng)度驟增，會(huì)引起鐵芯和繞組過熱。此外，在鐵芯中還會(huì)產(chǎn)生剩磁，使互感器特性