開關(guān)設(shè)備應(yīng)用教程

1、開關(guān)設(shè)備應(yīng)用教程 一.概述1. 開關(guān)電器簡(jiǎn)介 在發(fā)電廠和變電站必不可少地需要使用大量的開關(guān)設(shè)備，以完成對(duì)發(fā)電廠和變電站大量電氣設(shè)備、機(jī)械設(shè)備以及電路的控制和保護(hù)作用。通?？砂匆韵聝煞N方式對(duì)開關(guān)裝置進(jìn)行分類：1.1 按電壓等級(jí)分： （1）額定電壓大于或等于1kV 的開關(guān)設(shè)備 稱為高壓開關(guān)。如：斷路器、負(fù)荷開關(guān)、隔離開關(guān)、高壓熔斷器 （2）額定電壓低于1kV的開關(guān)設(shè)備稱為低壓開關(guān)。如：自動(dòng)空氣開關(guān)、接觸器、磁力起動(dòng)器、閘刀開關(guān)、低壓熔斷器1.2 按作用分： （1）只用于接通和斷開電路正常負(fù)荷電流的開關(guān)設(shè)備。如：負(fù)荷開關(guān)、接觸器 （2）只能用于斷開不正常狀態(tài)和故障電流的開關(guān)設(shè)備。如：熔斷器 （3）既

2、能接通和斷開正常負(fù)荷電流又能接通和斷開不正常狀態(tài)和故障電流的開關(guān)設(shè)備。如：斷路器、自動(dòng)空氣開關(guān) （4）不能用于斷開負(fù)荷電流，也不能用于斷開不正常及故障電流的開關(guān)設(shè)備。如：隔離開關(guān)、閘刀開關(guān)2. 電弧的形成和熄滅 開關(guān)電器在切斷電壓大于1020V、電流大于80100mA的電路時(shí)，在觸頭剛分離的瞬間，觸頭間產(chǎn)生電弧。這時(shí)雖然電路觸頭分離，但電弧繼續(xù)燃燒，電流仍在觸頭間通過(guò)，直到觸頭分開至足夠長(zhǎng)的距離時(shí)，電弧熄滅，電路才算真正的切斷。 電弧的溫度很高，表面溫度可達(dá)300040000C，電弧中心溫度可高達(dá)100000C以上。這種高溫，即使作用的時(shí)間很短，觸頭表面也會(huì)因劇烈熔化和蒸發(fā)而損壞，觸頭附近的絕

3、緣材料（包括絕緣油、電工瓷、有機(jī)絕緣材料）被嚴(yán)重?zé)龘p，以致設(shè)備損壞。所以，在切斷電路時(shí)，必須采取措施盡快地熄滅電弧。2.1 電弧的形成 電弧的形成是觸頭間中性質(zhì)點(diǎn)（分子和原子）被游離的過(guò)程，這一過(guò)程很復(fù)雜，產(chǎn)生電弧放電和維持電弧的主要原因和過(guò)程如下 (1) 高電場(chǎng)發(fā)射 當(dāng)通過(guò)電流的開關(guān)觸頭剛分離時(shí)，觸頭間距離很小，由于外加電壓的作用，在這很小的間隙中，形成很高的電場(chǎng)強(qiáng)度（可超過(guò)100010000kV/cm），足以從陰極表面拉出電子，這就是高電場(chǎng)發(fā)射。隨著觸頭間的距離增大，電場(chǎng)強(qiáng)度減小，高電場(chǎng)發(fā)射的作用將減弱。(2) 熱電子發(fā)射 當(dāng)觸頭剛分離時(shí)，由于觸頭間的壓力和接觸點(diǎn)減少，使觸頭接觸電阻迅速增

4、大，在電極表面出現(xiàn)局部集中的電流，使電極上出現(xiàn)熾熱點(diǎn)，陰極中的電子因此獲得足夠的動(dòng)能逸出到空間。這種因熾熱使電極表面向周圍空間發(fā)射電子現(xiàn)象，稱為熱電子發(fā)射。(3) 碰撞游離 從陰極表面發(fā)射出來(lái)的自由電子，在電場(chǎng)的作用下，向陽(yáng)極做加速運(yùn)動(dòng)，并不斷地與觸頭間介質(zhì)的中性質(zhì)點(diǎn)碰撞。當(dāng)自由電子在加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所積累起來(lái)的動(dòng)能大于中性質(zhì)點(diǎn)的游離能（使電子釋放出來(lái)的能量）時(shí)，中性質(zhì)點(diǎn)被碰撞分離為電子和正離子，稱為碰撞游離。新產(chǎn)生的電子和原來(lái)的電子一起向陽(yáng)極做加速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)他們和其他中性質(zhì)點(diǎn)碰撞時(shí)又再一次發(fā)生碰撞游離，碰撞游離連續(xù)進(jìn)行的結(jié)果，將在觸頭間產(chǎn)生了大量的電子和正離子，使介質(zhì)擊穿，引起電弧。 使觸頭間介

5、質(zhì)被擊穿的電壓稱為擊穿電壓。(4) 熱游離 介質(zhì)在高溫作用下產(chǎn)生游離稱為熱游離。在電弧產(chǎn)生后，弧隙溫度很高，此時(shí)在高溫下的介質(zhì)分子和原子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)將更嚴(yán)重加劇，中性質(zhì)點(diǎn)間也會(huì)因此碰撞而發(fā)生碰撞游離，游離出電子和正離子。 電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)，弧柱溫度很高，電弧電壓和弧柱的電場(chǎng)強(qiáng)度很低，碰撞游離作用減弱，此時(shí)弧柱的游離作用由熱游離維持。當(dāng)電弧溫度很高時(shí)，一方面陰極表面發(fā)射電子，另一方面會(huì)引起金屬觸頭熔化、蒸發(fā)，以致介質(zhì)中混有金屬蒸氣，使弧隙電導(dǎo)增加，電弧將繼續(xù)熾熱燃燒。 從以上可見，陰極表面在高電場(chǎng)作用下發(fā)射電子，這些電子在觸頭間電壓作用下產(chǎn)生碰撞游離，形成電弧。在電弧高溫下陰極表面熱發(fā)射及介質(zhì)中

6、的熱游離，使電弧得以維持和發(fā)展。這就是電弧的形成過(guò)程。2.2電弧的熄滅 游離是在外加電壓和電弧電流作用下，電子和離子不斷產(chǎn)生的過(guò)程，也就是電弧的產(chǎn)生和維持的過(guò)程。與此同時(shí)，在弧柱中還存在著電子和離子消失（減少）的過(guò)程，使電弧電流減少，以致使電弧熄滅，稱為去游離。在穩(wěn)定燃燒的電弧中，這兩個(gè)過(guò)程處于動(dòng)態(tài)平衡。如果游離現(xiàn)象大于去游離現(xiàn)象，電弧將繼續(xù)熾熱燃燒；如果去游離大于游離，電弧越來(lái)越弱，最后熄滅。因此使去游離大于游離就是電弧熄滅的基本原理。去游離的方式主要是復(fù)合與擴(kuò)散：(1)復(fù)合 弧隙中帶正電或帶負(fù)電的質(zhì)點(diǎn)，在運(yùn)動(dòng)中彼此結(jié)合形成中性質(zhì)點(diǎn)的過(guò)程，稱為復(fù)合。電子的運(yùn)動(dòng)速度約為離子運(yùn)行速度的1000倍

7、，因此，電子和離子的直接復(fù)合可能性很小。但是，電子在碰撞時(shí)先附著在中性質(zhì)點(diǎn)上形成負(fù)離子，然后與運(yùn)動(dòng)速度大致相等的正離子相互吸引、接觸而形成中性質(zhì)點(diǎn)（中性分子）。 復(fù)合過(guò)程的快慢，主要決定于離子運(yùn)動(dòng)的速度。使弧柱場(chǎng)強(qiáng)減小，降低電弧溫度，增大氣體壓力，升高氣體密度等，均可減小離子運(yùn)動(dòng)速度，增加離子間接觸機(jī)會(huì)，加強(qiáng)復(fù)合。(2) 擴(kuò)散擴(kuò)散是弧柱中的自由電子及正離子由于熱運(yùn)動(dòng)從弧柱內(nèi)逸出進(jìn)入周圍介質(zhì)的一種現(xiàn)象。電弧中的高溫自由電子和正離子由密集的空間向周圍密度小、溫度低的介質(zhì)擴(kuò)散，并與介質(zhì)中帶異性電的質(zhì)點(diǎn)結(jié)合，形成中性分子。電弧與周圍介質(zhì)溫度差以及離子濃度差愈大，擴(kuò)散作用愈強(qiáng)。采用冷的、新鮮的、未游離的

8、氣體吹動(dòng)電弧，可使電弧在周圍介質(zhì)中移動(dòng)，加強(qiáng)與新鮮介質(zhì)接觸，一方面帶走電弧的熱量，另一方面增大電弧與周圍介質(zhì)的溫差，加強(qiáng)擴(kuò)散，有利于滅弧。 電弧熄滅與否，取決于游離與去游離兩個(gè)因素作用的結(jié)果。當(dāng)弧柱中去游離大于游離時(shí)，電弧中離子減小，電弧電阻增加，電流減小，最后電弧趨于熄滅。 直流電弧的熄滅 在開斷直流電路時(shí)，若滅弧能力過(guò)強(qiáng)，滅弧速度過(guò)快，將會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓。因?yàn)殡娐分杏须姼写嬖?，在電流變化時(shí)，在電路中產(chǎn)生自感電勢(shì)，這電勢(shì)疊加在電源電壓上，在線路上產(chǎn)生操作過(guò)電壓，危及線路中的電器絕緣，并會(huì)使電弧重燃。過(guò)電壓的數(shù)值與線路電感和電流變化速度有關(guān)。線路電感一定，熄弧時(shí)電流下降的速度愈快，過(guò)電壓愈高。 在

9、高電壓大容量的直流電路（如大容量發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁回路），多采用冷卻電弧原理等方法來(lái)熄??；也可采用逐漸增大串聯(lián)電阻的方法來(lái)滅弧。這樣就增大了滅弧能力，又限制了電流下降的速度，避免產(chǎn)生過(guò)高電壓。交流電流每半個(gè)周期經(jīng)過(guò)一次零值。此時(shí)，電源停止向弧隙輸入能量，而弧隙由于不斷散出熱量，溫度下降，熱游離作用迅速減弱，電弧暫時(shí)熄滅。但是由于弧隙的溫度很高，熱游離尚在繼續(xù)，在弧隙電壓的作用下，弧隙仍有電流通過(guò)，電源仍向弧隙輸入能量，使弧隙溫度升高，熱游離加強(qiáng)。若輸入能量大于散出能量，即弧隙中游離過(guò)程大于去游離過(guò)程，電弧將重燃。這種由于熱游離而引起電弧的重燃稱熱擊穿。反之，如果電流過(guò)零后，輸入能量小于散出能量，弧隙

10、溫度將繼續(xù)下降，熱游離基本停止，弧隙由導(dǎo)電狀態(tài)向介質(zhì)狀態(tài)轉(zhuǎn)變，電弧即熄滅。電流過(guò)零時(shí)，電弧暫時(shí)熄滅，但弧隙介質(zhì)絕緣能力要恢復(fù)到正常情況需要一定時(shí)間，稱為介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過(guò)程。在此過(guò)程中，弧隙所承受而不致使弧隙擊穿重燃的臨界電壓稱為介質(zhì)的擊穿電壓uj（t）。與此同時(shí)，弧隙電壓由熄弧電壓，經(jīng)一定時(shí)間，逐漸恢復(fù)到電源電壓，這是弧隙電壓的恢復(fù)過(guò)程。隨著電壓的升高，游離因素加強(qiáng)，可能引起間隙再擊穿，稱為電擊穿，電弧重燃。交流電弧的熄滅 交流電流過(guò)零后，電弧熄滅是否會(huì)重熄，取決于介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過(guò)程與弧隙電壓恢復(fù)過(guò)程相互作用的結(jié)果。只要電流過(guò)零后，弧隙的介質(zhì)擊穿電壓uj永遠(yuǎn)大于弧隙恢復(fù)電壓uhf，弧隙不被擊穿，電

11、弧即熄滅。否則，電弧將重燃，如圖6.1-1。因此交流電弧的熄滅條件是：電流自然過(guò)零后，弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)曲線高于電壓恢復(fù)曲線，uj（t）uhf（t）。交流電弧的熄滅3.3 熄滅電弧的方法 加強(qiáng)弧隙的去游離，或減小弧隙電壓的恢復(fù)速度，都可以促進(jìn)電弧熄滅。廣泛采用的滅弧方法，有以下幾種。(1)吹弧溫度對(duì)熄弧影響很大，溫度愈低，熱游離愈不易發(fā)生，能加快去游離，而且介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度隨溫度的降低而增加。介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)的快慢，在很大程度上決定于弧隙溫度降低的速度。因此，冷卻電弧是熄弧的重要方法之一。用氣體或液體介質(zhì)吹弧，既能起到對(duì)流換熱、強(qiáng)烈冷卻弧隙的作用，也可以部分取代原弧隙中游離氣體或高溫氣體。氣體流速大，

12、對(duì)流換熱的能力強(qiáng)，能使電弧散熱加劇，對(duì)弧隙的冷卻作用更大。在斷路器中，常制成各種形式的吹弧室，使氣體或液體產(chǎn)生較高的壓力，有力地吹向弧隙。吹動(dòng)電弧的方法有縱吹和橫吹，如圖6.1-2。吹動(dòng)方向與弧柱軸線平行的叫縱吹；吹動(dòng)方向與軸線垂直的叫橫吹?？v吹主要是使電弧冷卻變細(xì)，最后熄滅；而橫吹則將電弧拉長(zhǎng)，表面積增大并加強(qiáng)冷卻，熄弧效果較好。采用縱橫混合吹弧方法，熄弧效果更好。油斷路器是利用電弧本身的能量，將油加熱，形成油蒸汽和大量氣體所組成的高壓力氣泡實(shí)現(xiàn)吹弧。這種靠電弧本身的能量熄弧方法，稱為自動(dòng)式滅弧。自動(dòng)式滅弧的優(yōu)點(diǎn)是，不需要外加很大能量。但其滅弧能力與電弧電流有關(guān)，電弧電流愈大，滅弧能力愈強(qiáng)；

13、電弧電流很小時(shí)，由于電弧能量也小，產(chǎn)生油蒸汽和氣體就少，弧隙壓力減少，吹動(dòng)能力小，熄弧能力就減弱。利用其他能量熄弧的方法，稱為外能式滅弧。如空氣斷路器、SF6斷路器，都是利用機(jī)械能將氣體壓縮，并用高壓力的壓縮氣體吹弧。吹弧的能力與電弧電流無(wú)關(guān)，故外能式滅弧的開斷特性穩(wěn)定。采用多斷口滅弧如圖6.1-3為雙斷口的滅弧方式。雙斷口將電弧分段在相等的觸頭行程下，雙斷口比單斷口的電弧拉長(zhǎng)了，從而增大弧隙電阻，而且電弧被拉長(zhǎng)的速度（觸頭分離速度）也增加，加速了弧隙電阻的增大，同時(shí)也增大介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)速度。由于加在每個(gè)斷口的電壓降低，弧隙的恢復(fù)電壓降低，滅弧性能更好。（3）利用將長(zhǎng)電弧分成多個(gè)短電弧滅弧短電

14、弧中，當(dāng)電流過(guò)零時(shí)，陰極附近的介質(zhì)強(qiáng)度迅速恢復(fù)。因此，把電弧分成多個(gè)串聯(lián)的短電弧，可使陰極介質(zhì)強(qiáng)度總和大于加在觸頭上的電壓時(shí)，電弧將被熄滅。如圖6-6為低壓電器中廣泛采用的滅弧柵裝置。柵片由鐵磁物質(zhì)制成。觸頭間發(fā)生電弧后，利用電弧電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與鐵磁物質(zhì)間產(chǎn)生的相互作用力，把電弧引入柵片，分成一串短弧。柵片制有缺口，以減小電弧進(jìn)入柵片的阻力。這種滅弧方法主要用于低壓電器。（4）利用固體介質(zhì)的狹縫滅弧如圖6-7為用于低壓開關(guān)電器中的狹縫滅弧裝置，滅弧片是由石棉水泥或陶土材料制成的。當(dāng)觸頭間產(chǎn)生電弧后，在磁吹線圈的磁場(chǎng)的作用下，對(duì)電弧產(chǎn)生電動(dòng)力，將電弧拉入滅弧片的狹縫中，一方面將電弧拉長(zhǎng)，同時(shí)將電

15、弧直接與滅弧片冷壁緊密接觸，加強(qiáng)冷卻，促使電弧熄滅。1.2 低壓開關(guān)電器1.2.1 接觸器 接觸器是用來(lái)遠(yuǎn)距離接通或斷開低壓電路中負(fù)荷電流的開關(guān)，廣泛地使用在頻繁起動(dòng)及控制電動(dòng)機(jī)的回路中，但不宜用于具有導(dǎo)電性灰塵多，腐蝕性強(qiáng)或有爆炸性氣體的環(huán)境中。1. 原理接線接觸器的原理結(jié)構(gòu)和原理接線如圖6.9-1。當(dāng)操作開關(guān)10接通電磁鐵吸持線圈7的電源時(shí)，電磁鐵產(chǎn)生電磁力吸引銜鐵6使動(dòng)觸點(diǎn)2動(dòng)作，使動(dòng)、靜觸點(diǎn)閉合。打開操作開關(guān)10之后，電磁鐵吸持線圈斷電銜鐵在返回彈簧15的作用力下返回，使動(dòng)、靜觸點(diǎn)斷開。接觸器的滅弧罩是用陶土材料作外罩的金屬滅弧柵，利用將電弧分為多個(gè)串聯(lián)的短電弧原理實(shí)現(xiàn)滅弧。接觸器輔助

16、觸點(diǎn)4是為滿足自動(dòng)控制與信號(hào)回路的需要而設(shè)置的。2. 結(jié)構(gòu)原理如圖6.9-2。交流接觸器的鐵芯和銜鐵一般采用“E”型鐵芯。交流電磁鐵的吸持力與其磁通的平方成正比，為保持交流接觸器吸持力的均衡，通常在鐵芯部分裝有短路環(huán)，如圖所示，接觸器鐵芯部分的短路環(huán)是用紫銅材料制成電阻很小的銅環(huán)。當(dāng)交變磁通穿過(guò)短路環(huán)時(shí)，短路環(huán)內(nèi)將會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁通阻止原交變磁通通過(guò)，使穿過(guò)短路環(huán)部分磁通的相位滯后于未穿過(guò)短路環(huán)磁通的相位。因此，接觸器電磁鐵的 吸持力，是由不穿過(guò)短路環(huán)的磁通和穿過(guò)短路環(huán)的磁通兩部分磁通所決定。這樣，保持交流電磁鐵吸持力的均衡，使得動(dòng)、靜觸點(diǎn)接觸穩(wěn)定。運(yùn)行中，如果接觸器的短路

17、環(huán)損壞或斷裂，將會(huì)由于電磁鐵吸持力不均衡，使接觸器產(chǎn)生振動(dòng)，發(fā)出較大的聲音。這時(shí)應(yīng)及時(shí)查找原因，進(jìn)行處理以防燒壞接觸器。1.2.3 熱繼電器 熱繼電器是一種過(guò)負(fù)荷保護(hù)用的繼電器。雙金屬片熱繼電器的基本原理是：繼電器的雙金屬片由線膨脹系數(shù)小的被動(dòng)層和線膨脹系數(shù)大的主動(dòng)層兩種金屬合金材料結(jié)合而成。當(dāng)雙金屬片受熱后，由于兩層材料的線膨脹系數(shù)不同，因而產(chǎn)生定向彎曲變形而帶動(dòng)熱繼電器觸點(diǎn)斷開。如圖6.9-3。熱元件1串聯(lián)接入電動(dòng)機(jī)主電路中，雙金屬片2不通過(guò)電動(dòng)機(jī)主電路的電流，它被熱元件間接加熱。電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)熱元件溫度不高，雙金屬片不會(huì)使熱繼電器動(dòng)作。電動(dòng)機(jī)發(fā)生過(guò)負(fù)荷后，熱元件溫度升高，并使雙金屬

18、片因過(guò)熱膨脹而產(chǎn)生向上的彎曲變形，扣板3因失去雙金屬片的支撐，在彈簧4的作用下沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，扣板的下端經(jīng)絕緣拉板5帶動(dòng)熱繼電器觸點(diǎn)6斷開。1.2.4 磁力起動(dòng)器 磁力起動(dòng)器是由三極交流接觸器、熱繼電器和按鈕開關(guān)等組合而成的電器，又稱為低壓電磁開關(guān)。磁力起動(dòng)器主要用于遠(yuǎn)距離控制三相異步電動(dòng)機(jī)，并具有過(guò)負(fù)荷和低電壓保護(hù)功能，但不能起短路保護(hù)作用，應(yīng)與熔斷器配合使用。 可逆式磁力起動(dòng)器用于控制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停機(jī)和正反轉(zhuǎn)。其原理如圖。 1KM為控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)用接觸器，2KM為控制電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)用接觸器。S2為停止按鈕。S3為正轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕，S4為反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕，KB1、KB2為熱繼電器。需要正轉(zhuǎn)時(shí)，接

19、通電源開關(guān)Q1，按下正轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕觸點(diǎn)S3，使正轉(zhuǎn)用接觸器1KM吸持線圈電源接通，接觸器1KM的主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)閉合。接觸器1KM的主觸點(diǎn)接通電動(dòng)機(jī)電源，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)，其輔助觸點(diǎn)1KM1實(shí)現(xiàn)自保持。接觸器1KM的另一對(duì)輔助觸點(diǎn)1KM2串入反轉(zhuǎn)用接觸器2KM的控制電路，使接觸器2KM不能再起動(dòng)。需要電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，按下停止按鈕觸點(diǎn)S2，切斷接觸器1KM的吸持線圈電路，接觸器1KM斷開切斷電動(dòng)機(jī)電源。S2為1KM、2KM公用的停止按鈕。用磁力起動(dòng)器控制電動(dòng)機(jī)單向轉(zhuǎn)動(dòng)的原理接線如圖6.9-5。在電動(dòng)機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下，需要反轉(zhuǎn)時(shí)，按下反轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕S4，使接觸器2KM閉合接通電源，因接入電動(dòng)機(jī)定子繞組的電源相序

20、改變，所以電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。在正轉(zhuǎn)接觸器1KM吸持線圈的回路中，串入反轉(zhuǎn)接觸器2KM的動(dòng)斷觸點(diǎn)和反轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕S4的動(dòng)斷觸點(diǎn)；同樣，在反轉(zhuǎn)接觸器2KM吸持線圈的回路中，串入正轉(zhuǎn)接觸器1KM的動(dòng)斷觸點(diǎn)和正轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕S3的動(dòng)斷觸點(diǎn)，這種連接稱為閉鎖接線。作用是：使接觸器1KM、2KM不能同時(shí)接通，避免兩個(gè)接觸器同時(shí)閉合造成接觸器電動(dòng)機(jī)側(cè)兩相短路。1.3隔離開關(guān)隔離開關(guān) 隔離開關(guān)是一種簡(jiǎn)單的高壓開關(guān)設(shè)備，由于沒有設(shè)置專門的滅弧裝置，因此不能斷開負(fù)荷電流和短路電流。1.3.1 隔離開關(guān)的作用 隔離開關(guān)的主要用途有：1 隔離電源，保證檢修安全。 在停電檢修時(shí)，用隔離開關(guān)將需要檢修的部分，與其他帶電部分可靠地?cái)嚅_

21、隔離，即形成明顯可見的空氣絕緣斷開間隔。從而做到既不影響其他非檢修部分的正常工作，又保證檢修人員的安全。2. 切換電路的倒閘操作。 在雙母線或帶旁路母線的主接線中，可利用隔離開關(guān)作為操作電器，進(jìn)行母線切換或代替出線操作，但此時(shí)必須遵守“等電位原則”3. 接通和切斷小電流電路。 由于隔離開關(guān)可以通過(guò)拉長(zhǎng)電弧的方法熄滅小電流電弧，具有切斷小電流的能力，所以，隔離開關(guān)可以用于以下操作：（1）斷開和接通電壓互感器和避雷器（2）斷開和接通母線或直接連接在母線上的電容電 流（3）斷開和連接勵(lì)磁電流不超過(guò)2A的空載變壓器或 電容電流不超過(guò)5A的空載線路（4）斷開和接通變壓器中性點(diǎn)的接地線（系統(tǒng)沒有接地故障時(shí)

22、才能進(jìn)行）。1.2.2 隔離開關(guān)應(yīng)滿足的基本要求 隔離開關(guān)的斷開點(diǎn)應(yīng)具有可靠的絕緣，保證在過(guò)電壓的情況下，不致?lián)舸┒＜肮ぷ魅藛T的安全。 隔離開關(guān)應(yīng)具有足夠的短路穩(wěn)定，保證能承受短路電流的熱效應(yīng)與電動(dòng)力效應(yīng)。尤其不能因電動(dòng)力的作用而自動(dòng)斷開，這樣會(huì)因誤動(dòng)作而造成嚴(yán)重事故。 隔離開關(guān)應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作可靠。 帶有接地刀閘的隔離開關(guān)，必須裝設(shè)聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)以保證先斷開隔離開關(guān)，后閉合接地刀閘；先斷開接地刀閘，后閉合隔離開關(guān)的操作順序。 在相關(guān)的斷路器未斷開前，不得操作隔離開關(guān)。即在操作過(guò)程中不得帶電分、合隔離開關(guān)。操作順序?yàn)椋簲嚅_電路時(shí)，先斷開斷路器，后斷開兩端的隔離開關(guān)；在接通電路時(shí)，先接兩端的隔離開關(guān)

23、，后接通斷路器。1.4熔斷器熔斷器 熔斷器通常俗稱“保險(xiǎn)”，它是最簡(jiǎn)單的一種保護(hù)電器。當(dāng)熔斷器接入被保護(hù)電路之后，如果被保護(hù)電路中發(fā)生過(guò)載或短路故障時(shí)，熔斷器會(huì)自動(dòng)地切斷該電路的電源，起到保護(hù)作用。1. 基本構(gòu)成 熔斷器主要由熔管、支持熔管的載流部分、絕緣底座等組成2. 保護(hù)原理 熔斷器的基本工作原理是：熔斷器串聯(lián)接入被保護(hù)電路之中，在該電路中的電流增大到一定數(shù)值后，熔管中的熔件（或熔絲）熔斷形成電弧，電弧熄滅后 則電源被切斷。3. 保護(hù)特性熔斷器的斷路時(shí)間與通過(guò)熔斷器的電流之間的關(guān)系稱為熔斷器的保護(hù)特性曲線，如圖6.3-1。圖中的保護(hù)特性曲線1和2分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)熔件，兩個(gè)熔件的額定電流分別為I

24、N1、IN2，且IN1IN2；當(dāng)兩個(gè)熔件通過(guò)電流為I1時(shí)，它們的斷路時(shí)間分別為t1、t2，顯然t1t2。如果適當(dāng)?shù)剡x擇熔件額定電流，將它們串聯(lián)使用，使額定電流小的熔件安裝在接近負(fù)荷處。這樣，當(dāng)被保護(hù)電路中發(fā)生過(guò)載或短路故障時(shí)，熔斷器則會(huì)有選擇地熔斷。從熔斷器的保護(hù)特性曲線中還可看到：同一熔件（或熔絲）的斷路時(shí)間與其通過(guò)的電流有關(guān)，當(dāng)熔件所通過(guò)電流越大時(shí)，其熔斷時(shí)間越短；但通過(guò)電流大到某個(gè)數(shù)值后，其熔斷時(shí)間則維持不變 4 低壓熔斷器 低壓熔斷器的種類繁多，目前常用的熔斷器有：無(wú)填料封閉纖維管式熔斷器和具有填料的封閉式熔斷器兩種。1. 無(wú)填料封閉纖維管式熔斷器無(wú)填料封閉纖維管式熔斷器結(jié)構(gòu)原理如圖6

25、.3-2。它主要由銅帽1、纖維絕緣管2、熔件3、特種墊片4等部分組成。當(dāng)熔斷器的額定電流為60A及以下時(shí)，沒有觸刀5時(shí)銅帽1同樣起到觸頭的作用。熔件一般由鋅板沖壓成截面形狀，通過(guò)正常工作時(shí)，鋅板發(fā)熱但不熔斷，當(dāng)通過(guò)過(guò)負(fù)荷或短路電流時(shí)，發(fā)熱量增大，使鋅板以不同的形式熔斷，但過(guò)負(fù)荷時(shí)比短路時(shí)熔斷得慢，這是因?yàn)檫^(guò)負(fù)荷電流小于短路電流。纖維絕緣管2是由鋼紙加工而成的，它能耐受高溫，并具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，在高溫作用下可分解出氣體。運(yùn)行中，當(dāng)熔件熔斷后，纖維絕緣管內(nèi)壁材料在電弧作用下氣化分解為氫、二氧化碳、水汽等氣體。由于絕緣纖維管端部被銅帽和特種墊片封閉，而纖維絕緣管內(nèi)壁材料又被氣化分解，所以纖維絕緣管

26、內(nèi)壓力迅速升高，隨著壓力的增加使電弧受到強(qiáng)烈的壓縮，加速了游離氣體的復(fù)合，并增加導(dǎo)熱性，從而促進(jìn)電弧的熄滅。具有填料的封閉式熔斷器具有填料的封閉式熔斷器結(jié)構(gòu)如圖6.3-3。 它的熔管1采用滑石陶瓷或高頻陶瓷制作，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性能，管內(nèi)充滿石英砂（一種固體絕緣滅弧介質(zhì)）。熔件6是用薄紫銅板沖成篩孔狀，形成多根并聯(lián)狀柵片，柵片中間窄部焊有降低熔點(diǎn)的錫橋。熔件在熔管內(nèi)圍成籠形，熔件兩端點(diǎn)焊在金屬底板上以保證良好的接觸。指示器4是一個(gè)機(jī)械信號(hào)裝置，在正常工作情況下指示器由康銅絲（它與熔件并聯(lián)）拉緊；熔件熔斷后，康銅絲也隨即熔斷，紅色指示器在彈簧的作用下彈出，指示熔件已熔斷。運(yùn)行中，被熔斷器

27、保護(hù)的電路若發(fā)生過(guò)負(fù)荷，熔件溫度隨之升高，當(dāng)溫度升高到錫的熔點(diǎn)時(shí)，熔件錫橋部分的錫首先熔化。被錫包圍的紫銅部分會(huì)逐漸溶化在錫滴中（通常稱為冶金效應(yīng)），隨后熔件熔斷，產(chǎn)生電弧，電弧使熔件整體熔化，而形成多個(gè)并聯(lián)的細(xì)電弧。電弧全部被細(xì)顆粒狀的石英砂包圍，在石英砂的強(qiáng)烈復(fù)合和降溫作用下電弧迅速熄滅。這是利用了與固體截止接觸的狹縫滅弧的方法。運(yùn)行中，被熔斷器保護(hù)的電路中發(fā)生短路時(shí)，熔件幾乎同時(shí)熔斷，形成許多并聯(lián)的細(xì)電弧。由于原熔件的狹縫壓力突然增加，使得金屬蒸汽向周圍石英砂的縫隙噴射，金屬蒸汽遇到石英砂在其表面凝結(jié)為固體。因此，造成每條細(xì)電弧弧道中殘存的金屬蒸汽較少，使電弧更容易熄滅。1.5 負(fù)荷開關(guān)

28、 負(fù)荷開關(guān)用來(lái)開斷正常工作電流（包括規(guī)定的過(guò)負(fù)荷電流），并具有一定的關(guān)合短路電流的能力和動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定能力。在發(fā)電廠和變電站負(fù)荷開關(guān)常與熔斷器或斷路器一起配合使用，由負(fù)荷開關(guān)起控制電路通、斷，由斷路器或熔斷器起電路短路保護(hù)的作用。 由于負(fù)荷開關(guān)只需斷開并不很大的負(fù)荷電流，因此它的滅弧裝置比斷路器簡(jiǎn)單得多1.5.1 分類及原理 按滅弧原理不同，通常負(fù)荷開關(guān)可分為： （1）固體產(chǎn)氣式利用電弧能量使固體產(chǎn)氣材料產(chǎn)生氣體，氣體吹動(dòng)電弧使電弧熄滅。 （2）壓氣式利用活塞壓氣產(chǎn)生氣吹使電弧熄滅，氣體可以是空氣或SF6氣體。 （3）油浸式在絕緣油中利用電弧能量將絕緣油蒸發(fā)和分解產(chǎn)生氣體，氣體吹動(dòng)并冷卻電弧使

29、之熄滅。其結(jié)構(gòu)類似多油斷路器。 （4）利用真空滅弧的真空負(fù)荷開關(guān)其結(jié)構(gòu)與真空斷路器相似，但采用截流值較小的觸頭材料。 （5）在SF6氣體中滅弧的SF6負(fù)荷開關(guān)。1.5.2 壓氣式負(fù)荷開關(guān)的原理 壓氣式負(fù)荷開關(guān)的結(jié)構(gòu)如圖6.4-1。 分閘時(shí)，在分閘彈簧的作用下，主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，一方面通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)使活塞向上運(yùn)動(dòng)，使氣缸中的氣體壓縮，另一方面通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)使主刀閘打開，然后再接著打開輔助刀閘，在動(dòng)弧觸頭和靜弧觸頭之間，產(chǎn)生電弧。氣缸中的壓縮空氣經(jīng)管道通過(guò)噴口吹動(dòng)電弧并使之熄滅。合閘時(shí)，動(dòng)弧觸頭和靜弧觸頭首先關(guān)合電路，然后主刀閘隨后合入，與此同時(shí)，分閘彈簧儲(chǔ)能，以供下一次操作使用。其中動(dòng)弧觸頭和靜弧觸頭是燃弧

30、觸頭，起到在產(chǎn)生電弧時(shí)保護(hù)主觸頭的作用。1.6高壓斷路器高壓斷路器 高壓斷路器是發(fā)電廠和變電站中最重要的電氣設(shè)備之一，主要用于在正常和故障情況下接通或斷開電路。因?yàn)樗哂型晟频臏缁⊙b置，所以既能接通和斷開正常工作電流，又能接通或斷開短路電流和過(guò)負(fù)荷電流。1.6.1 類型 按斷路器的滅弧原理，可分為：油斷路器、壓縮空氣斷路器、六氟化硫（SF6）斷路器、真空斷路器、磁吹斷路器等 1. 油斷路器采用絕緣油作為滅弧介質(zhì)的斷路器。又分為多油斷路器和少油斷路器。多油斷路器中的油除作為滅弧介質(zhì)使用以外，還作為觸頭斷開后的弧隙絕緣以及帶電部分與接地外殼之間的主絕緣使用。少油斷路器中的油主要用作滅弧介質(zhì)，而帶電

31、部分與地的絕緣主要采用瓷介質(zhì)或其他有機(jī)絕緣材料。油斷路器的滅弧原理是：滅弧的主要元件是滅弧室，靜觸頭、動(dòng)觸頭和導(dǎo)電桿均設(shè)置在滅弧室，滅弧室內(nèi)充有絕緣油。動(dòng)觸頭與靜觸頭閉合或分開時(shí)，電弧產(chǎn)生于觸頭之間，在電弧的高溫下，滅弧室內(nèi)的絕緣油將蒸發(fā)和汽化，并吹動(dòng)電弧，從而熄滅電弧。目前，少油斷路器在我國(guó)得到廣泛的應(yīng)用，具有用油量小、體積小、耗材量少等優(yōu)點(diǎn)。 2. 壓縮空氣斷路器 壓縮空氣斷路器又稱空氣斷路器它采用壓縮空氣作為滅弧介質(zhì)滅弧。當(dāng)斷路器的觸頭斷開之后，利用壓力較高的壓縮空氣吹動(dòng)電弧，致使觸頭間電弧迅速熄滅。壓縮空氣斷路器中的壓縮空氣除作為滅弧介質(zhì)外，還作為斷路器內(nèi)部的絕緣介質(zhì)與斷路器的合閘操作

32、能源，即利用氣動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)。 壓縮空氣斷路器具有滅弧能力強(qiáng)，動(dòng)作迅速等優(yōu)點(diǎn)。但是，由于壓縮空氣斷路器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求制造時(shí)的加工工藝水平很高，而且有色金屬消耗量較大，因此，壓縮空氣斷路器一般應(yīng)用于220kV及以上電壓、短路功率較大的電力系統(tǒng)之中。 3. 六氟化硫（SF6）斷路器 采用具有優(yōu)良滅弧性能和絕緣性能的SF6氣體作為滅弧介質(zhì)的斷路器。斷路器觸頭分開時(shí)，利用具有一定壓力的SF6氣體吹動(dòng)電弧，致使其電弧迅速熄滅。SF6斷路器是近年來(lái)出現(xiàn)的一種新型斷路器，它具有開斷容量大，體積小等優(yōu)點(diǎn)。但是，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，金屬消耗量大，價(jià)格昂貴。SF6斷路器主要用于220kV及以上電壓、短路功率較大的配電裝置中。

33、 目前生產(chǎn)以SF6為絕緣介質(zhì)的封閉式組合電器較多，由于它體積小可節(jié)省占地面積，降低了配電裝置的總造價(jià)，使得它在城市高壓配電裝置中使用較多。 4. 真空斷路器 利用真空的高介質(zhì)強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)滅弧的斷路器，稱為真空斷路器。真空斷路器具有滅弧速度快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耗材少，開斷能力強(qiáng)，維護(hù)簡(jiǎn)便，使用壽命長(zhǎng)，體積小等優(yōu)點(diǎn)。但是，它的造價(jià)較高，制造工藝復(fù)雜。真空斷路器是近些年來(lái)研制、生產(chǎn)的新型斷路器，在額定電壓較低的系統(tǒng)中有著很廣泛的使用場(chǎng)所。隨著大機(jī)組對(duì)廠用電可靠性的提高，真空斷路器在大機(jī)組廠用電的使用日益增多。 5. 磁吹斷路器 依靠電磁力吹動(dòng)電弧，將電弧吹入固體滅弧介質(zhì)的狹縫中，利用固體介質(zhì)滅弧的斷路器稱為

34、磁吹斷路器。它具有頻繁開斷性能好，不需要油或壓縮空氣等滅弧介質(zhì)，維護(hù)工作量少等優(yōu)點(diǎn)。但是，它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工工藝要求嚴(yán)格，成本較高。磁吹斷路器一般用于額定電壓不超過(guò)10kV、需要頻繁操作的回路中，如高壓廠用電動(dòng)機(jī)回路等等。 1.6.2 主要技術(shù)參數(shù) 1. 額定電壓斷路器的額定電壓是指斷路器的線電壓。它是保證斷路器正常長(zhǎng)期工作的電壓。由于輸電線路首、末端運(yùn)行電壓的不同，所以要求斷路器所能承受的電壓高于額定電壓10%15%。通常，國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，斷路器的額定電壓等級(jí)有3kV、6kV、10kV、35kV、63kV、110kV、220kV、330kV、500kV等各級(jí)。核電站斷路器的額定電壓等級(jí)有：3

35、80V、6.6kV、220kV、400kV、500kV等。 斷路器的額定電壓反映斷路器的絕緣能力，額定電壓的不同將影響斷路器絕緣部分的設(shè)計(jì)和選擇，影響斷路器的使用場(chǎng)所和繼電保護(hù)的配置，還會(huì)影響斷路器的整體尺寸和一些構(gòu)成部件的尺寸，也決定斷路器的滅弧條件等。 2. 額定電流 斷路器的額定電流是指在規(guī)定的環(huán)境溫度下，當(dāng)斷路器的絕緣和載流部分不超過(guò)其長(zhǎng)期工作的最該允許溫度時(shí)，斷路器允許通過(guò)的最大電流值。按國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，斷路器的額定電流有200A、400A、630A、1000A、1600A、2000A、2500A、4000A、5000A、6300A、8000A、10000A、12500A、1600

36、0A、20000A等各級(jí)。 斷路器的額定電流反映斷路器的通流能力，額定電流的不同將影響斷路器觸頭的截面的大小和形狀等。 3. 額定開斷電流 額定開斷電流是指斷路器在額定頻率為50Hz時(shí)的瞬態(tài)恢復(fù)電壓下，能夠開斷的最大短路電流的有效值，有時(shí)也用額定開斷容量來(lái)表示。短路電流由周期分量和非周期分量?jī)刹糠纸M成。 額定開斷電流反映斷路器的滅弧能力，它與斷路器滅弧介質(zhì)的選擇和滅弧方法的選擇等因素有關(guān)。 4. 額定峰值耐受電流（動(dòng)穩(wěn)定電流） 額定峰值耐受電流是表明斷路器能承受短路電流電動(dòng)力作用的能力，即斷路器在閉合狀態(tài)時(shí)能通過(guò)的不妨礙其正常工作的最大短路電流（峰值）。斷路器額定峰值耐受電流約等于斷路器額定開

37、斷電流周期分量有效值的2.55倍 5. 額定短時(shí)耐受電流（熱穩(wěn)定電流） 額定短時(shí)耐受電流是表明斷路器能承受短路電流熱效應(yīng)的能力。額定短時(shí)耐受電流等于額定開斷電流。 6. 額定短路持續(xù)時(shí)間（額定熱穩(wěn)定時(shí)間） 當(dāng)額定短時(shí)耐受電流通過(guò)斷路器的時(shí)間為額定短路持續(xù)時(shí)間實(shí)施，斷路器的各部分溫度不超過(guò)其短時(shí)所允許發(fā)熱的最高溫度，并且不發(fā)生觸頭熔接或其他妨礙正常工作的異?，F(xiàn)象。額定短路持續(xù)時(shí)間通?？梢允?s、2s、3s、4s。 7. 額定短路關(guān)合電流 當(dāng)斷路器進(jìn)行重合閘操作時(shí)，保證斷路器能關(guān)合短路電流而又不致于發(fā)生觸頭熔焊或其他損傷，所允許接通的最大短路電流。 8. 動(dòng)作時(shí)間分閘時(shí)間 處于合閘狀態(tài)的斷路器，從

38、分閘回路接到分閘命令瞬間起，直到所有弧觸頭均分離的瞬間為止的時(shí)間間隔。此時(shí)，雖然所有的弧觸頭均已分開，但電弧仍然維持燃燒，因此電路實(shí)際上并沒有斷開，即電路仍有短路電路流過(guò)。燃弧時(shí)間 從首先分離的主回路觸頭剛脫離電接觸起，到斷路器各極中觸頭間的電弧最終熄滅瞬間為止的時(shí)間間隔。全開斷時(shí)間 從斷路器接到分閘命令瞬時(shí)起，到斷路器各極觸頭間的電弧最終熄滅瞬間位置的時(shí)間間隔。 通常近似認(rèn)為：全開斷時(shí)間等于分閘時(shí)間與燃弧時(shí)間的和。合閘時(shí)間 斷路器從接通到合閘命令瞬時(shí)起，到各極主觸頭剛接觸瞬時(shí)為止的時(shí)間間隔。要求合閘時(shí)間穩(wěn)定。 9. 自動(dòng)重合閘性能 架空輸電線路的短路故障，大多數(shù)是暫時(shí)性故障，為了提高供電可靠

39、性和提高電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，輸電線路都裝有自動(dòng)重合閘裝置。當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置動(dòng)作，通過(guò)斷路器將故障切除。然后，斷路器自動(dòng)快速重合上，如故障是暫時(shí)性故障則重合閘成功，繼續(xù)供電；如故障為永久性故障，斷路器將再次跳閘，切斷故障電流。此后，在有些情況下，在斷路器開斷一定時(shí)間后，有運(yùn)行人員再次將斷路器合上，一般稱為強(qiáng)送電。強(qiáng)送電后，故障如仍未消除，斷路器即再分?jǐn)嘁淮?。斷路器的上述?dòng)作過(guò)程稱為自動(dòng)重合閘操作循環(huán) 1.6.3 SF6（六氟化硫）斷路器 1. SF6氣體 六氟化硫（SF6）是一種無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)毒、不可燃的惰性氣體，化學(xué)性能穩(wěn)定，有優(yōu)良的滅弧和絕緣性，它的許多物理性質(zhì)與二氧化碳（CO

40、2）相似。 （1）SF6的狀態(tài)參數(shù) SF6是一種分子量很大的重氣體，容易液化，因此與理想氣體模型差異較大，用理想氣體的狀態(tài)方程來(lái)計(jì)算，在高氣壓、低溫度下會(huì)產(chǎn)生很大差異。這是由于SF6分子的體積大，當(dāng)容積縮小時(shí)分子間距減小，吸力增大，使分子與容器器壁間的作用力減弱，即氣體壓力值降低。 （2）SF6的絕緣特性 SF6具有優(yōu)良的絕緣性能，如0.3MPa 壓力的SF6氣體的絕緣強(qiáng)度就可達(dá)到變壓器油的水平，而壓縮空氣要達(dá)到此絕緣水平需要0.60.7MPa。SF6氣體的高絕緣強(qiáng)度是由鹵族化合物的電負(fù)性（即對(duì)電子的吸附能力）造成的。在溫度不太高的情況下（103K以下），易吸附自由電子，形成負(fù)離子，使空間的自

41、由電子減少，抑制了空間游離過(guò)程的發(fā)展，不易形成擊穿，因此大大提高絕緣強(qiáng)度。 SF6氣體的絕緣強(qiáng)度受電場(chǎng)均勻程度、氣體含雜質(zhì)量、電極表面形狀等因素的影響。SF6氣體的絕緣強(qiáng)度在不均勻電場(chǎng)中要下降；SF6氣體中如混雜了金屬細(xì)屑等雜質(zhì)，絕緣擊穿電壓將降低；電極表面如粗糙不平，局部電場(chǎng)增強(qiáng)，極間SF6氣體間隙的絕緣強(qiáng)度將下降。 （3）SF6的導(dǎo)熱特性 作為電器的絕緣介質(zhì)，導(dǎo)熱性要好，以避免溫度升高。SF6氣體的導(dǎo)熱率雖然不比空氣高，但由于分子質(zhì)量大，比熱也大，對(duì)流能力（即由于分子的流動(dòng)而攜帶能量轉(zhuǎn)移）強(qiáng)，作為滅弧介質(zhì)，在高溫條件下，實(shí)際傳熱過(guò)程主要是對(duì)流傳熱，因此SF6氣體具有優(yōu)越的特性。 （4）SF

42、6的化學(xué)特性 SF6氣體在常溫下化學(xué)性能十分穩(wěn)定，不易分解、變質(zhì)。在大氣壓力下，在5000C以下可保持高度的化學(xué)穩(wěn)定性，與金屬材料、絕緣材料的反應(yīng)極微。從電工設(shè)備方面應(yīng)用來(lái)講，至少在E級(jí)的絕緣水平下是可以安全使用的。 但如果SF6氣體中含水量較大，在高溫下（如電弧或電暈放電作用下），將產(chǎn)生金屬氟化物和硫的低氟化物，對(duì)絕緣材料、金屬材料都有很大腐蝕作用。 （5）SF6的滅弧特性 氣體中的電弧是通過(guò)分子（或原子）的游離而形成的導(dǎo)電現(xiàn)象，電弧放電通道中主要是熱游離方式，氣體溫度在40006000K以上時(shí)就開始出現(xiàn)熱游離導(dǎo)電現(xiàn)象；但在電弧的電極金屬蒸汽參與下，實(shí)際的熱游離起始溫度將降低到3000K左右

43、。SF6氣體的導(dǎo)熱能力隨溫度的變化特性是它具有優(yōu)異的滅弧特性的重要原因，當(dāng)整個(gè)弧柱溫度降低到3000K以下時(shí)，由于SF6氣體的導(dǎo)熱高峰，使溫度迅速下降，介質(zhì)絕緣強(qiáng)度迅速恢復(fù)；另外，SF6氣體的電負(fù)性也是形成優(yōu)異滅弧性能的一個(gè)因素，在弧焰區(qū)和電弧電流過(guò)零后的恢復(fù)階段，電負(fù)性起重要作用，它使弧隙自由電子減少，電導(dǎo)率下降，介質(zhì)絕緣強(qiáng)度提高。 2. SF6斷路器的基本使用性能 （1）開斷性能 由于采用SF6氣體，與具有相同氣壓和大致相同尺寸的開斷部件的空氣斷路器比較，具有特別優(yōu)越的開斷特性。特別是對(duì)短路故障開斷來(lái)講，即使暫態(tài)恢復(fù)電壓上升率很高，其開斷性能仍然很好，同時(shí)對(duì)于較高工頻恢復(fù)電壓的特性也很優(yōu)越

44、。因此，對(duì)于高電壓可用較少的斷口制成大容量的開斷性能優(yōu)越的斷路器。并且對(duì)于近距故障開斷、失步開斷、一相接地故障等特別苛刻的開斷條件，也能充分發(fā)揮其性能。 （2）操作過(guò)電壓由于SF6斷路器的極間絕緣強(qiáng)度的恢復(fù)和耐壓強(qiáng)度特性優(yōu)越，因此，對(duì)于電流的開斷不發(fā)生再起弧的安全系數(shù)較大。另一方面SF6氣體的固有特性還具有不易產(chǎn)生小電流截?cái)啵词拱l(fā)生截?cái)嗥浣財(cái)嚯娏髦狄卜浅５?，因此，幾乎不?huì)發(fā)生截?cái)嘧儔浩鲃?lì)磁電流等小電流而引起過(guò)電壓。 （3）絕緣配合由于開斷電流后的絕緣強(qiáng)度恢復(fù)特性高，因此，對(duì)于開斷電極間絕緣問(wèn)題，特別是多重雷擊引起的開斷后對(duì)雷擊的極間絕緣的可靠性大大提高了。 （4）電流容量由于分子量大的SF6

45、氣體的導(dǎo)熱率大，因而對(duì)于放在SF6氣體中的觸頭和導(dǎo)體的冷卻效果也大，因此，在允許的溫升限度內(nèi)，可能通過(guò)較大電流。同時(shí)還由于SF6氣體是不含有氧的穩(wěn)定氣體，不會(huì)發(fā)生象在空氣中或油中使用的導(dǎo)體那樣，在高溫下發(fā)生氧化或產(chǎn)生油垢，故與普通斷路器比較，可允許相當(dāng)高的溫升。亦即比較容易設(shè)計(jì)在電流通過(guò)能力上有裕度的大額定電流斷路器。 （5）噪音低SF6斷路器性能的特點(diǎn)，可以認(rèn)為是集中在能夠制成全封閉式這一特點(diǎn)上。由于優(yōu)越的滅弧能力、纖細(xì)的電弧、較低的電弧能量以及分解氣體的顯著的復(fù)合特性等，因此，才可能在密閉的氣體中開斷大電流。其結(jié)果是當(dāng)斷路器開斷或操作時(shí)，不產(chǎn)生排氣噪音是很大的優(yōu)點(diǎn)。 （6）觸頭的消耗SF6

46、電弧造成的觸頭消耗很小，也是這種斷路器的特點(diǎn)之一。這可能是由于很低的電弧能量和特別低的電極電壓降的緣故。在頻繁產(chǎn)生電弧或產(chǎn)生大電流電弧的情況下，其觸頭和觸頭噴嘴的消耗非常小，這就意味著解決了觸頭檢查和更換等維護(hù)上的問(wèn)題。這對(duì)SF6斷路器這種密閉結(jié)構(gòu)的設(shè)備來(lái)講，是非常重要的特點(diǎn)。 3. SF6斷路器的結(jié)構(gòu)和滅弧原理 （1）斷路器的基本結(jié)構(gòu)高壓斷路器的種類很多，具體結(jié)構(gòu)也各不相同，但基本結(jié)構(gòu)都包括操動(dòng)機(jī)構(gòu)、中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、電路通斷元件、絕緣支撐元件、斷路器基座幾部分，如圖6.5-1。 電路的通斷元件是斷路器的關(guān)鍵部件，它承擔(dān)著接通或斷開電路的任務(wù)。斷路器的接通或斷開由操動(dòng)機(jī)構(gòu)控制，進(jìn)行分合閘操作時(shí)，

47、操動(dòng)機(jī)構(gòu)經(jīng)中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)操縱動(dòng)觸頭來(lái)實(shí)現(xiàn)。電路的通斷元件主要包括接線端子、導(dǎo)電桿、觸頭、滅弧室等，這些元件均安裝在絕緣支撐元件上。絕緣支撐元件，起著固定通斷元件的作用，并使其帶電部分與地絕緣。絕緣支撐元件則安裝在斷路器的基座之上。（2）SF6斷路器的滅弧室及滅弧原理 SF6斷路器的滅弧室，按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以分為變開距和定開距兩種形式。但是，無(wú)論那種結(jié)構(gòu)，都必須保證在吹弧過(guò)程中，作為熄弧和絕緣介質(zhì)的SF6氣體，永遠(yuǎn)不能排向大氣，只在封閉系統(tǒng)中循環(huán)使用。 4. 操動(dòng)機(jī)構(gòu) 斷路器的操動(dòng)機(jī)構(gòu)，是用來(lái)使斷路器合閘和分閘、維持合閘和分閘的設(shè)備。操動(dòng)機(jī)構(gòu)性能的好壞，直接影響著斷路器的工作可靠性。因此，要求操動(dòng)

48、機(jī)構(gòu)具有動(dòng)作可靠、具有足夠的合閘功率、動(dòng)作速度快和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。 操動(dòng)機(jī)構(gòu)按合閘能源取得方式的不同，可分為：手力式、電磁式、彈簧儲(chǔ)能式、壓縮空氣式和液壓式等幾種。大亞灣核電站220kV的SF6斷路器的操動(dòng)機(jī)構(gòu)采用液壓式。 （1）液壓式操動(dòng)機(jī)構(gòu) 液壓式操動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由機(jī)構(gòu)箱、貯壓筒、工作缸、閥系統(tǒng)、油泵、電動(dòng)機(jī)和控制板等組成。是利用壓縮氣體為能源，以液壓油作為傳遞能量媒介，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)斷路器合閘或分閘。這種操動(dòng)機(jī)構(gòu)具有壓力高、出力大、體積小、速度快、沖擊力小、動(dòng)作平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，主要缺點(diǎn)是：工藝要求高、易漏油、速度特性受溫度影響大、成本高。目前，液壓式操動(dòng)機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于我國(guó)110kV及

49、以上少油斷路器和SF6斷路器。（2）電磁式操動(dòng)機(jī)構(gòu) 電磁式操動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由電磁鐵、脫扣機(jī)構(gòu)和輔助開關(guān)等部分組成。是利用電磁力合閘直接作用于機(jī)構(gòu)的操動(dòng)機(jī)構(gòu)，它合閘電流很大，需要足夠容量的直流電源，優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便。普遍應(yīng)用于大型發(fā)電廠和變電站的335kV斷路器中1.6.4真空斷路器 利用真空作為觸頭音質(zhì)絕緣滅弧介質(zhì)的斷路器稱為真空斷路器。 真空一般指的是氣體稀薄的空間。凡是絕對(duì)壓力低于正常大氣壓力的狀態(tài)都可稱為真空狀態(tài)。絕對(duì)壓力等于零的空間穩(wěn)定為絕對(duì)真空，這才是真正的真空或理想的真空。 真空的程度以氣體的絕對(duì)壓力值來(lái)表示，壓力越低稱之真空度越高。在國(guó)際單位制中，壓力以帕（Pa）

50、為單位，即1N/m2的作用力。一個(gè)工程大氣壓約為0.1Mpa(兆帕)。下圖（a）為12KV真空斷路器的結(jié)構(gòu)原理圖，圖（b）為真空滅弧室的剖面圖。 真空斷路器的結(jié)構(gòu)其它斷路器大致相同。主要由操動(dòng)機(jī)構(gòu)、支撐用的絕緣子和真空滅弧室組成。真空滅弧室的結(jié)構(gòu)很像一個(gè)大型的真空電子管。外殼由玻璃或陶瓷制成，動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)時(shí)的密封靠波紋管。波紋管在允許的彈性變形范圍內(nèi)伸縮，要求有足夠高的機(jī)械壽命（一萬(wàn)次以上）。動(dòng)、靜觸頭的外周裝有屏蔽罩，它起著吸收、冷凝金屬蒸汽，均勻電場(chǎng)分布的作用。對(duì)某些結(jié)構(gòu)的滅弧室，屏蔽罩還起到保護(hù)玻璃或陶瓷外殼的內(nèi)表面不受金屬蒸汽的噴濺，防止降低內(nèi)表面絕緣性能的作用。 真空滅弧室的絕緣性能好

51、，觸頭開距?。?2KV真空斷路器的開距約為10mm，40.5KV約為25mm），要求操動(dòng)機(jī)構(gòu)提供的能量也??；加上開距小，電弧電壓低，電弧能量小，開斷時(shí)觸頭表面燒損輕微。因此真空斷路器的機(jī)械壽命和電氣壽命都很高。通常機(jī)械壽命和開合負(fù)載電流的壽命都可達(dá)到一萬(wàn)次以上。允許開合額定開斷電流的次數(shù)，少則8次，多的可到50次或更多，特別適宜用于要求操作頻繁和場(chǎng)所。這是其它類型的斷路器無(wú)法與之比擬的。真空負(fù)荷開關(guān)與真空接觸器的機(jī)械壽命和電壽命比真空斷路器更高。 真空滅弧室出廠時(shí)的真空度應(yīng)保持在10-4Pa( 10-6Torr)以上，運(yùn)行中不應(yīng)低于10-2Pa( 10-4Torr)，因此密封問(wèn)題特別重要，否則

52、就會(huì)導(dǎo)致開斷失敗，造成事故。 真空開關(guān)包括真空斷路器、真空負(fù)荷開關(guān)和真空接觸器，使用安全、維護(hù)簡(jiǎn)單。真空滅弧室是密封的，工作狀態(tài)與外界大氣條件無(wú)關(guān)，真空滅弧室開斷性能既不受外部環(huán)境的影響，也不會(huì)像油斷路器那樣，在開斷短路電流時(shí)產(chǎn)生噴油、排氣給外界帶來(lái)污染，更不會(huì)像SF6斷路器那樣，在開斷短路電流時(shí)，電弧的高溫會(huì)使SF6氣體分解產(chǎn)生有毒物質(zhì)而需要妥善處理。真空開關(guān)使用中，滅弧室無(wú)須檢修；開斷過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生很高的壓力，爆炸危險(xiǎn)性?。婚_斷短路電流時(shí)也沒有很大的噪聲。 1、真空開關(guān)的觸頭、真空開關(guān)的觸頭 一般斷路器的觸頭只是用來(lái)承載和開、合電流，電弧的熄滅另由專門的滅弧裝置來(lái)完成。真空開關(guān)則不同，為了保持玻璃、陶瓷或微晶玻璃制成的絕緣外殼內(nèi)高的真空度，外殼內(nèi)除了有必要的動(dòng)、靜觸頭外，不可能再配置結(jié)構(gòu)復(fù)雜的滅弧裝置，因此觸頭設(shè)計(jì)顯得格外重要。除了考慮觸頭的截流值外，還得考慮觸頭的形狀以及觸頭材料的選用如何有利于開斷電流的提高?？v觀真空斷路器開斷電流的提高過(guò)程，實(shí)質(zhì)上就是觸頭材