三、高壓斷路器的結(jié)構(gòu)與原理

1、三、高壓斷路器的結(jié)構(gòu)與原理一、簡答題1高壓電器的作用如何？高壓電器是指在高電壓的電路中用來實現(xiàn)電路的關(guān)合、開斷、控制、保護、調(diào)節(jié)和量測 作用的電器。2高壓電器是如何分類的？按照高壓電器的功能不同，可以分為三大類， 即開關(guān)電器、量測電器和限流、限壓電器。 3什么是高壓電器中的開關(guān)電器？它是如何分類的？主要用來關(guān)合與分斷正常電路與故障電路，或用來隔離高壓電源。根據(jù)其功能的不同又 可分為：（ 1）高壓斷路器 它能關(guān)合與分斷正常情況下的各種負載電路， 又能在故障情況下關(guān)合 與開斷短路電流， 而且還能實現(xiàn)自動重合閘的要求。 它是高壓電器中一種功能最為全面的電 器。（2）高壓熔斷器俗稱保險。 當線路中電流

2、超過一定的限度或出現(xiàn)短路故障時能夠自動開斷電路。 電路開 斷后，熔斷器必須人工更換部件后才能再次使用。（3）高壓負荷開關(guān) 只能在正常工作情況下關(guān)合與開斷各種負載電路，但不能開斷短路電流。（4）高壓隔離開關(guān) 用來隔離電源或電路。隔離開關(guān)只能開斷很小的電流，例如長度很短的母線空載電流， 容量不大的變壓器空載電流等。（5）接地開關(guān)高壓與超高壓線路檢修電氣設備時， 為確保人身安全， 可用接地開關(guān)進行接地。 接地開 關(guān)可用來人為造成電力系統(tǒng)的接地短路，以達到控制和保護的目的。 4什么是高壓電器中的量測電器？它是如何分類的？主要包括電流互感器和電壓互感器。（1）電流互感器 用來配合測量高壓線路中的電流，供

3、計量和繼電保護用。（2）電壓互感器 用來配合測量主高壓線路中的電壓，供計量和繼電保護用。5什么是高壓電器中的限流、限壓電器？它是如何分類的？ 主要包括避雷器和電抗器。（ 1）避雷器用來限制過電壓，使電力系統(tǒng)中相關(guān)的各電氣設備免受大氣過電壓和內(nèi)部過電壓的危 害。（ 2）電抗器實質(zhì)上就是一個電感線圈，用來限制故障時的短路電流。不難看出上述高壓電器都是保證電力系統(tǒng)安全可靠運行必不可少的電氣設備。6對高壓電器的基本要求是什么？其性能參數(shù)有哪些？對高壓電器的主要要求包括一般電氣性能方面的要求自然環(huán)境方面的要求和其它方面 的要求等。一般電氣性能方面的要求電力系統(tǒng)中的高壓電器，應能夠長期承受各種電壓、電流的

4、作用而不致?lián)p壞。（ 1）電壓方面額定電壓一定的高壓電器， 其絕緣部分能長期承受的最大工作電壓， 而且還應能承受相 應程度的大氣過電壓和內(nèi)部過電壓的作用。 標志這方面性能的參數(shù)是： 最大工作電壓、 工頻 試驗電壓、全波和載波沖擊試驗電壓、操作波試驗電壓。（ 2）電流方面高壓電器的導電部分長期通過工作電流時， 各部分的溫升不超過允許值。 通過短路電流 時，不應因電動力作用而受到損壞， 各部分溫升不應超過短路時的溫升允許值， 觸頭不應發(fā) 生熔焊或損壞。 這些性能都與電流大小有關(guān)， 標志這方面的性能參數(shù)是：額定電流、動穩(wěn)定 電流、熱穩(wěn)定電流等。自然環(huán)境方面的要求高壓電器應在周圍各種環(huán)境下可靠地工作。（

5、1）環(huán)境溫度高壓電器有關(guān)標準規(guī)定，產(chǎn)品的使用環(huán)境溫度為- 40C至+ 40C。溫度過低會使變壓器油、液壓油及潤滑油的黏度增加，影響開關(guān)的分合閘速度，使六氟化硫氣體液化，密封材料性能劣化造成漏油、 漏氣，以至電氣設備不能正常工作； 溫度過高，可能造成導氣部分過熱 及電容套管的密封膠滲出等， 特別是戶外型產(chǎn)品在陽光直射下極易過熱。 標準建議， 周圍的 環(huán)境溫度每增加1C,額定電流應相應減小 1.8% ;而溫度每降低 1C,用于高溫地區(qū)的高 壓電器在常溫下進行耐壓實驗時，實驗電壓應相應的提高，從40C開始，每超過3C,實驗電壓應提高 1%。（2）海拔 海拔高度對高壓電器的影響有：對絕緣的影響和對電氣

6、發(fā)熱溫度的影響。對絕緣的影響高海拔（1000-3500m）地區(qū)的大氣壓力低，耐壓水平會隨之降低，如海拔1000m以下能承受工頻 42kV1min的高壓電器，在海拔 3000m的地區(qū)僅能耐壓 38kV;而適用于高海拔地區(qū)的產(chǎn)品在低海拔地區(qū)實驗時，試實驗電壓應提高。 其實驗電壓為x 標準規(guī)定值乘以修正系數(shù) x（x>1），即 H1.1 10000式中 H 高壓電器安裝地點的海拔（m），1000<H<3500.對電器發(fā)熱溫度的影響高海拔地區(qū)空氣稀薄， 散熱效果差，允許通過電流應適當減小一些。在我國有關(guān)標準中規(guī)定，一般使用環(huán)境按海拔低于1000m及2500m兩擋考慮。（3）濕度我國南方

7、地區(qū)相對濕度長期在90%以上。濕度大極易引起金屬零部件的銹蝕、 絕緣受潮、出現(xiàn)凝露使油漆層脫落，甚至影響運動部件的動作。（4）風速戶外型高壓電器在過大的風速下，有可能出現(xiàn)變形甚至斷裂。（5）污穢沿海及重工業(yè)集中地區(qū)，空氣污染嚴重，常發(fā)生高壓電器的絕緣表面污閃事故。（6）大雨戶外型高壓電器在大雨中若進水，會使絕緣強度下降，金屬件銹蝕等。（7）地震我國處于地震多發(fā)區(qū)，高壓電器抗震性能差會造成斷裂損壞等。（8）濕熱地區(qū)這類地區(qū)的特點是：濕度高，相對濕度高達95%左右；雨量大，最大降雨強度可達10min50mm氣溫高，最高可達+40C以上，陽光直射下可達+80C ;此外還有霉菌、昆蟲等造成的生物損害。

8、這些對高壓電器的運行均為不利。因此我國除生產(chǎn)一般電器設備以外， 還專門生產(chǎn)一種三防產(chǎn)品（防濕熱、防霉、防鹽霧），以滿足濕熱地區(qū)的要求。（9）干熱地區(qū)這類地區(qū)的特點是： 環(huán)境溫度為5C至+50C,陽光直射下黑色物體表面溫度可達+90C；有昆蟲、砂塵。高壓電器在這種條件下工作將更難以保持其性能。其它方面的要求高壓電器的種類繁多， 應滿足要求不盡相同。 如電壓互感器和電流互感器就有誤差方面 的要求。而斷路器結(jié)構(gòu)復雜、 功能多，對于它的要求也更多， 這些要求主要為開斷短路故障、 關(guān)合短路故障、快速分斷和自動重合閘等方面。詳細的闡述見另題。7 高壓斷路器的技術(shù)參數(shù)有哪些？為了對高壓斷路器的工作性能有所了

9、解，很有必要明確其主要的技術(shù)參數(shù)：（1）額定電壓是指斷路器所能承受的正常工作電壓。額定電壓指的是線電壓，并在銘牌上予以標明。 按照國家標準的規(guī)定，其電壓等級有：10kV； 35Kv；60kV； 110kV； 220kV； 330kV； 500kV各級。斷路器的額定電壓不僅決定了斷路器的絕緣距離， 而且在相當程度上決定了斷路器的外 形尺寸。（ 2）最高工作電壓因為在輸電線路上有電壓損耗， 那么在線路供電端的額定電壓就會高于線路受電端的額 定電壓， 這樣斷路器就可能在高于額定電壓的情況下長期工作， 因此規(guī)定了斷路器的最高工 作電壓這一指標。 按照國家標準規(guī)定， 對于額定電壓在 220kV 以下的斷

10、路器其最高工作電壓 為額定電壓的 l l l 15 倍；對于 330kV 的斷路器規(guī)定為額定電壓的 1 1 倍。（3）額定電流 是指銘牌上所標明的斷路器在規(guī)定環(huán)境溫度下可以長期通過的最大工作電流。 斷路器長期通過額定電流時， 斷路器導電回路各部件的溫升均不得超過允許值。 額定電 流等級有： 200A、400A、600A、1000A、1500A、2000A、3000A、4000A、5000A、6000A、8000A、 10000A、15000A 等。額定電流的大小決定了斷路器的發(fā)熱程度，因而決定了斷路器觸頭及導電部分的截面， 并在一定程度上決定了它的結(jié)構(gòu)。（4）額定開斷電流 它是斷路器在額定電壓

11、下能可靠切斷的最大電流，稱為額定開斷電流。當斷路器在不 等于額定電壓的情況下工作時，斷路器能可靠切斷的最大電流，稱為該電壓下的開斷電流。 當斷路器工作在低于額定電壓時， 其開斷電流將較額定開斷電流有所增大， 但有一個極限值， 并稱其為極限開斷電流。斷路器的額定開斷電流標明了它的斷流能力。 它是由斷路器的滅弧能力和承受內(nèi)部氣體 壓力的機械強度所決定的。（5）額定斷流容量 又稱額定遮斷容量或開斷能力。一個斷路器額定斷流容量與額定開斷電流、額定線電壓有關(guān)，即用額定開斷電流與額定線電壓的乘積的"3倍來表示。即：SKN=" 3UnI KN式中S KN額定斷流容量（MVA）;Uin 額

12、定線電壓（kV）;Ikn額定開斷電流（A）。原國家標準中規(guī)定的額定斷流容量 I 型有： 300MVA 、500MVA、750MVA。 IEC 和 現(xiàn)行國標已不再采用這個參數(shù)。這是因為這個參數(shù)概念不確切，計算也不方便。（ 6）動穩(wěn)定電流 它是指斷路器在合閘位置時所允許通過的最大短路電流， 又稱極限通過電流。 斷路器在通過 這一短路電流時，不會因電動力的作用而發(fā)生任何的機械損壞。動穩(wěn)定電流表明了斷路器承受電動力的能力。 此電流的大小由導電部分和絕緣部分的機 械強度來決定。（ 7）熱穩(wěn)定電流 當短路電流通過斷路器時會使導電部分發(fā)熱，其熱量與電流的平方成正比。所以當斷 路器通過短路電流時， 有可能使觸

13、頭熔焊直至損壞斷路器。 因此斷路器規(guī)定了在一定的時間 內(nèi)（1、4、5、10s）的熱穩(wěn)定電流。熱穩(wěn)定電流是斷路器在規(guī)定時間內(nèi)允許通過的短路電流 值，一般用有效值來表示。熱穩(wěn)定電流標明了斷路器承受短路電流熱效應的能力。（ 8）合閘時間 自發(fā)出合閘信號起，到斷路器的主觸頭剛剛接通為止的一段時間，稱為斷路器的合閘 時間。對斷路器合閘時間的要求不高， 但應盡可能的穩(wěn)定。 我國生產(chǎn)的斷路器合閘時間一般均 小于或等于 02s。（ 9）分閘時間 是指從分閘線圈接通起，到斷路器三相電弧完全熄滅為止的一段時間。分閘時間包括 斷路器的固有分閘時間和電弧存在的時間。 其中，固有的分閘時間是指從分閘線圈通電， 到 觸頭

14、剛剛分離的這段時間； 而電弧存在的時間是指從觸頭分離， 到三相電弧完全熄滅的這段 時間。從切斷短路電流的要求出發(fā)，分閘時間愈短愈好，一般分閘時間為0. 2s。通常，合閘時間大于分閘時間。（ 10 ）觸頭行程 斷路器觸頭行程系指斷路器在操作過程中，觸頭從起始位置到終止位置所經(jīng)過的距離。（ 11 ）觸頭超程 斷路器觸頭超程系指斷路器在合閘操作中，動、靜觸頭接觸后，動觸頭繼續(xù)前行的距 離。它等于行程與開距之差。（ 12 ）剛分速度 指斷路器分閘過程中，動觸頭剛剛分離時的速度。（ 13 ）剛合速度 指斷路器合閘過程中，觸頭剛剛接觸時，動觸頭的移動速度。另外，還有三相同期、油重、總重、無電流間隔時間等技

15、術(shù)參數(shù)。 8.運行中的高壓斷路器一般應滿足哪些基本要求？為了確保斷路器的正常運行，一般應滿足以下基本要求。（1）安全可靠 高壓斷路器在正常運行中，不應誤動，以免使系統(tǒng)的正常工作遭到破壞； 當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，不應拒動（拒絕動作） ，以免擴大事故范圍。同時，高壓斷路器在各種 工作狀態(tài)下，均不應出現(xiàn)危及人身和其它設備安全的現(xiàn)象。（2）斷流容量高系統(tǒng)中一旦出現(xiàn)故障，其電流很大， 往往是其額定電流的幾倍、幾十倍甚至更高，而持續(xù)時間僅幾秒鐘。高壓斷路器應能承受開斷和關(guān)合故障電流的能力。（3）動作迅速 高壓斷路器開斷故障電流的快慢將直接影響系統(tǒng)輸送功率的大小以及系統(tǒng) 的穩(wěn)定性。 因此， 高壓斷路器在接到繼電

16、保護裝置發(fā)來的信號后，應在百分之幾秒的時間內(nèi)斷開故障電路。不難看出，為了使斷路器很好地滿足上述要求，高壓斷路器必須具有可靠完善的滅弧 裝置和盡量簡單可靠的二次回路。9高壓斷路器是如何分類的？ 高壓斷路器的類型很多，并有多種不同的分類方法： （1）按安裝地點的不同可分為：戶內(nèi)式和戶外式。（ 2）按滅弧介質(zhì)的不同可分為：l ）油斷路器它的滅弧介質(zhì)是變壓器油。 油斷路器又分為少油斷路器和多油斷路器兩種。2）真空斷路器它是將動、靜觸頭密封于一個真空滅弧室（俗稱真空包）內(nèi)，以高度真空的密封空間作為滅弧介質(zhì)的一種新型斷路器。3）六氟化硫斷路器它是以六氟化硫氣體作為滅弧介質(zhì)的一種新型斷路器。4）壓縮空氣斷路

17、器它是以高速流動的壓縮空氣作為滅弧介質(zhì)的一種斷路器。5）固體產(chǎn)氣斷路器它是利用固體介質(zhì)受電弧作用分解氣體來實現(xiàn)滅弧的一種斷路器。6）磁吹斷路器它是利用電磁力驅(qū)使電弧進入絕緣狹縫中， 將電弧拉長并冷卻， 以實現(xiàn)熄滅電弧的一種斷路器。二、填空題1高壓斷路器按介質(zhì)不同的可分為（油斷路器）、（六氟化硫斷路器） 、（真空斷路器） 、（壓縮空氣斷路器） 、（磁吹斷路器） 、（固體自產(chǎn)氣斷路器）六類。2采用（變壓器油）作為滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)的斷路器叫油斷路器。 3油斷路器按其用油量可分為（少油斷路器）和（多油斷路器）兩類。 4采用（六氟化硫氣體）作為滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)的斷路器叫六氟化硫氣體斷路器。 5采用（

18、真空）作為滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)的斷路器叫真空斷路器。 6高壓斷路器可按照工作環(huán)境的不同分為（戶內(nèi)式）和（戶外式）兩類。7高壓斷路器按其基本結(jié)構(gòu)可分為（觸頭） 、（滅弧室）、（絕緣介質(zhì)） 、（殼體結(jié)構(gòu)）和（運動機構(gòu)）五部分組成。8高壓斷路器中觸頭是實現(xiàn)電路（接通）和（關(guān)斷）重要部件。9高壓斷路器中觸頭主要可分為（靜觸頭）和（動觸頭）兩種。 10高壓斷路器中運動機構(gòu)是使（動觸頭）在規(guī)定范圍內(nèi)動作的聯(lián)動機構(gòu)。 11斷路器中，低速動作的斷路器的分閘時間為（大于0.12s ）。12斷路器中，中速動作的斷路器的分閘時間為（在0.12s 至 0.08s 之間）。13斷路器中，高速動作的斷路器的分閘時間為（小于

19、0.08s ）。14海拔高度對高壓電器主要的兩方面的影響為（海拔高度對外部絕緣的影響）和（海拔高度對電器發(fā)熱溫度的影響） 。15選擇高壓斷路器時，應堅持（ “質(zhì)量第一、比質(zhì)比價、擇優(yōu)選廠” ）的原則。 16選擇產(chǎn)品時，應首先看三證是否齊全。這三證是（產(chǎn)品型式試驗報告、鑒定書和型號使 用證）。三、判斷題1絕緣介質(zhì)可以分為滅弧用絕緣介質(zhì)及支持用絕緣介質(zhì)兩類。（ + ）2絕緣介質(zhì)在斷路器中只作為滅弧用。（ ）3額定電壓是指斷路器正常、長期工作的電壓。額定電壓一般指線電壓。（ + ）4額定電壓是指斷路器正常、長期工作的電壓。額定電壓一般指相電壓。（ ）5額定電流是指斷路器在標準環(huán)境溫度下，電器設備長期

20、通過的、發(fā)熱不超過允許值的最 大負荷電流稱為額定電流。（ + ）6額定電流是指斷路器在標準環(huán)境溫度下，電器設備瞬間通過的、發(fā)熱不超過允許值的最 大負荷電流稱為額定電流。（ ）7額定開斷電流是指在額定電壓下，斷路器能夠可靠開斷的最大電流為額定開斷電流。（ +）8額定開斷電流是指在最大電壓下，斷路器能夠可靠開斷的最大電流為額定開斷電流。（） 9熱穩(wěn)定電流指：斷路器在規(guī)定時間內(nèi)（國標為4 秒）所允許通過的最大電流稱為熱穩(wěn)定電流。 （ + ） 10熱穩(wěn)定電流指： 斷路器在規(guī)定時間內(nèi) （國標為 4 秒）所允許通過的最小電流稱為熱穩(wěn)定 電流。（ ）11極限通過電流指： 斷路器在閉合狀態(tài)時允許通過的短路電流的最大瞬時值稱為極限通過 電流或動穩(wěn)定電流。（