中職教育二年級(jí)全學(xué)期交通運(yùn)輸大類(lèi)《六氟化硫斷路器》微課教學(xué)設(shè)計(jì)

微課教學(xué)設(shè)計(jì)課題SF6斷路器目標(biāo)1.了解高壓斷路器的基礎(chǔ)知識(shí)；2.掌握SF6氣體的性能及滅弧原理；3.掌握SF6斷路器的結(jié)構(gòu)。難點(diǎn)SF6斷路器的結(jié)構(gòu)微課說(shuō)明總時(shí)間：15:17，幻燈片總數(shù)：28頁(yè)；呈現(xiàn)形式：PPT配畫(huà)外音解說(shuō)，PPT制作盡可能圖像化，適當(dāng)使用動(dòng)畫(huà)表現(xiàn)。鏡頭編號(hào)視頻內(nèi)容解說(shuō)詞效果說(shuō)明1課前導(dǎo)入同學(xué)們，大家好！在日常生活中，你們有沒(méi)有注意到家中有這樣一個(gè)配電箱，里面安裝有很多小開(kāi)關(guān)，請(qǐng)問(wèn)這是什么開(kāi)關(guān)呢？這是空氣開(kāi)關(guān)，又名空氣斷路器，是低壓斷路器的一種。它的作用是接通和斷開(kāi)電路，當(dāng)電流超過(guò)額定電流時(shí)，就會(huì)跳閘，對(duì)電路起到保護(hù)作用。同理，在高壓電氣中，也有高壓斷路器，發(fā)揮著相同作用。這節(jié)課，我們來(lái)共同學(xué)習(xí)SF6斷路器的知識(shí)吧。圖片2標(biāo)題——SF6斷路器3學(xué)習(xí)目標(biāo)在本節(jié)課的學(xué)習(xí)中，我們要了解高壓斷路器的基礎(chǔ)知識(shí)，掌握SF6氣體的性能及滅弧原理，掌握SF6斷路器的結(jié)構(gòu)。4一、高壓斷路器的基礎(chǔ)知識(shí)5高壓斷路器的用途首先我們來(lái)認(rèn)識(shí)一下高壓斷路器。高壓斷路器是高壓電氣設(shè)備中最重要的設(shè)備，是一次系統(tǒng)中控制和保護(hù)電路的關(guān)鍵設(shè)備。首先是控制作用，斷路器在正常運(yùn)行時(shí)，用來(lái)接通或斷開(kāi)電路的負(fù)荷電流。其次是保護(hù)作用，當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)，在繼電保護(hù)裝置的作用下，用來(lái)迅速斷開(kāi)短路電流，切除故障電路，以保障系統(tǒng)中非故障部分的正常運(yùn)行。6高壓斷路器的分類(lèi)高壓斷路器根據(jù)裝設(shè)地點(diǎn)的不同，可分為戶(hù)內(nèi)和戶(hù)外用兩種。而根據(jù)使用的滅弧介質(zhì)不同，可以分為：油斷路器；SF6斷路器；真空斷路器；壓縮空氣斷路器。圖片7高壓斷路器的基本結(jié)構(gòu)而后我們來(lái)學(xué)習(xí)高壓斷路器的基本結(jié)構(gòu)。高壓斷路器是由開(kāi)斷元件、支持絕緣件、傳動(dòng)元件、操動(dòng)機(jī)構(gòu)和基座等幾部分組成。8高壓斷路器的基本結(jié)構(gòu)開(kāi)斷元件主要包括：主滅弧室、主觸頭系統(tǒng)、主導(dǎo)電回路輔助滅弧室、輔助觸頭系統(tǒng)、并聯(lián)電阻等，其作用是開(kāi)、斷及關(guān)、合電力線(xiàn)路，安全隔離電源。支持絕緣件主要包括：瓷柱、瓷套管、絕緣管等構(gòu)成的支柱本體、拉緊絕緣子等，其作用是保證開(kāi)斷元件可靠的對(duì)地絕緣，承受開(kāi)斷元件的操作力及各種外力。傳動(dòng)元件主要包括：各種連桿、齒輪、拐臂、液壓管道、壓縮空氣管道等，其作用是將操作命令及操作功傳遞給開(kāi)斷元件的觸頭和其他部件。基座主要包括：開(kāi)關(guān)本體的底架、底座，它是整臺(tái)產(chǎn)品的基礎(chǔ)，用于支撐、固定和安裝開(kāi)關(guān)電器的各結(jié)構(gòu)部分，使之成為一個(gè)整體。操動(dòng)機(jī)構(gòu)主要包括：彈簧、液壓、電磁、氣動(dòng)及手動(dòng)機(jī)構(gòu)的本體及其配件，為開(kāi)斷元件分合閘操作提供能量，并實(shí)現(xiàn)各種規(guī)定的操作。9高壓斷路器的型號(hào)高壓斷路器的型號(hào)一般由8位字符組成。第1位是產(chǎn)品字母代號(hào)，用下列字母表示：S表示少油斷路器；D表示多油斷路器；K表示空氣斷路器；L表示六氟化硫斷路器；Z表示真空斷路器；Q表示產(chǎn)氣斷路器；C表示磁吹斷路器。第2位是裝置地點(diǎn)代號(hào)；N表示戶(hù)內(nèi)，W表示戶(hù)外。第3位是設(shè)計(jì)系列順序號(hào)；以數(shù)字1、2、3……表示。第4位是額定電壓，單位是kV。第5位是其它補(bǔ)充工作特性標(biāo)志，G表示改進(jìn)型，F(xiàn)表示分相操作。第6位是額定電流，單位是A。第7位是額定開(kāi)斷電流，單位是kA。第8位是其特殊環(huán)境代號(hào)。10高壓斷路器的基本技術(shù)參數(shù)高壓斷路器有4個(gè)基本技術(shù)參數(shù)。高壓斷路器在規(guī)定的正常使用和性能條件下，能夠連續(xù)運(yùn)行的最高電壓稱(chēng)為斷路器的額定電壓。根據(jù)我國(guó)交流高壓斷路器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，高壓斷路器的額定電壓分為3.6、7.2、12、40.5、72.5、126、252、363、550、800kV等。額定電流指在規(guī)定的正常使用和性能條件下，斷路器主回路能夠連續(xù)承載的電流有效值。11高壓斷路器的基本技術(shù)參數(shù)額定開(kāi)斷電流是表征斷路器開(kāi)斷能力的參數(shù)。在額定電壓下，斷路器能保證可靠開(kāi)斷的最大電流，稱(chēng)為額定開(kāi)斷電流，其單位用斷路器觸頭分離瞬間短路電流周期分量有效值的千安數(shù)表示。當(dāng)斷路器在低于其額定電壓的電網(wǎng)中工作時(shí)，其開(kāi)斷電流可以增大。但受滅弧室機(jī)械強(qiáng)度的限制，開(kāi)斷電流有一最大值，稱(chēng)為極限開(kāi)斷電流。12高壓斷路器的基本技術(shù)參數(shù)合閘時(shí)間與分閘時(shí)間是表征斷路器操作性能的參數(shù)。各種不同類(lèi)型的斷路器的分、合閘時(shí)間不同，但都要求動(dòng)作迅速。合閘時(shí)間是指從斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)合閘線(xiàn)圈接通到主觸頭接觸這段時(shí)間，斷路器的分閘時(shí)間包括固有分閘時(shí)間和熄弧時(shí)間兩部分。固有分閘時(shí)間是指從操動(dòng)機(jī)構(gòu)分閘線(xiàn)圈接通到觸頭分離這段時(shí)間。熄弧時(shí)間是指從觸頭分離到各相電弧熄滅為止這段時(shí)間。13二、SF6氣體的性能及滅弧原理14SF6斷路器簡(jiǎn)介SF6斷路器是以SF6氣體作為滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)。SF6氣體具有良好的絕緣性能和滅弧能力，因此在斷路器中的應(yīng)用得到迅速發(fā)展。圖片15SF6氣體的性能SF6氣體是無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)毒、不燃的惰性氣體，容易液化。其化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，在允許運(yùn)行溫度范圍內(nèi)，SF6氣體對(duì)設(shè)備中常用的銅、鋼、鋁等金屬材料不起化學(xué)作用。因此斷路器的檢修周期長(zhǎng)，檢修工作量少。另外，SF6氣體具有很強(qiáng)的絕緣性，其絕緣性能超過(guò)空氣的兩倍。在三個(gè)大氣壓下其絕緣性能相當(dāng)于變壓器油在一個(gè)大氣壓時(shí)。故SF6斷路器占地面積少，外形尺寸小。圖片16SF6氣體的滅弧原理SF6是一種化學(xué)性能非常穩(wěn)定的惰性氣體，呈現(xiàn)很強(qiáng)的電負(fù)性，其分子對(duì)電子有親和力，具有捕獲電子的能力，很容易吸附自由電子形成活動(dòng)性較低的負(fù)離子，是個(gè)典型的三體復(fù)合材料。并且易與正離子復(fù)合，使電流過(guò)零時(shí)去游離過(guò)程大大加快。加之熱容量大等因素，它的滅弧性能相當(dāng)于同等條件下空氣的100倍。動(dòng)畫(huà)17SF6氣體的滅弧原理在高溫的作用下，少量的SF6氣體會(huì)分解成SOF2（亞硫酰氟），SO2F2（硫酰氟）、SF4（四氟化硫）、SOF4（四氟一氧化硫），但在電弧過(guò)零后，它們又會(huì)結(jié)合生成SF6。故SF6斷路器可允許動(dòng)作多次而不需檢修，其檢修周期至少在20年以上。圖片18三、SF6斷路器的結(jié)構(gòu)19SF6斷路器滅弧室的結(jié)構(gòu)現(xiàn)在我們來(lái)學(xué)習(xí)重點(diǎn)內(nèi)容——SF6斷路器的結(jié)構(gòu)。SF6斷路器滅弧室有雙壓式和單壓式兩種結(jié)構(gòu)。雙壓式滅弧室設(shè)有高壓和低壓兩個(gè)氣壓系統(tǒng)。低壓系統(tǒng)主要用作滅弧室的絕緣介質(zhì)，高壓系統(tǒng)只在滅弧過(guò)程中才起作用。單壓式滅弧室是根據(jù)活塞壓氣原理工作的，又稱(chēng)壓氣式滅弧室。平時(shí)滅弧室中只有一種壓力的SF6氣體，起絕緣作用。開(kāi)斷過(guò)程中，滅弧室所需的吹壓力由動(dòng)觸頭系統(tǒng)帶動(dòng)壓氣缸對(duì)固定活塞做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生短時(shí)高壓氣體，從而吹弧并熄弧。20SF6斷路器滅弧室的結(jié)構(gòu)我國(guó)研制的SF6斷路器均采用單壓式滅弧室，按電弧是否被拉長(zhǎng)可分為定開(kāi)距和變開(kāi)距兩種。定開(kāi)距是指開(kāi)關(guān)在滅弧過(guò)程中弧觸指位置始終不變，而變開(kāi)距的弧觸指是移動(dòng)的，電弧隨觸指的運(yùn)動(dòng)改變長(zhǎng)度。兩者共同的特點(diǎn)是都要通過(guò)壓氣缸預(yù)壓縮，在電弧形成后對(duì)電弧進(jìn)行吹弧。21變開(kāi)距滅弧室結(jié)構(gòu)我們來(lái)認(rèn)識(shí)一下變開(kāi)距滅弧室的結(jié)構(gòu)，分別是：1—主靜觸頭，2—弧靜觸頭，3—噴嘴，4—弧動(dòng)觸頭，5—主動(dòng)觸頭，6—壓氣缸，7—逆止閥，8—壓氣室，9—固定活塞，10—中間觸頭。其觸頭系統(tǒng)包括主靜觸頭1、弧靜觸頭2、主動(dòng)觸頭5、弧動(dòng)觸頭4及中間觸頭10。主觸頭（即工作觸頭）和中間觸頭裝在外側(cè)，以改善散熱條件，提高斷路器的熱穩(wěn)定性。噴嘴3由耐高溫的絕緣材料制成，并與弧動(dòng)觸頭4、主動(dòng)觸頭5及壓氣缸6連成一體，構(gòu)成滅弧室的可動(dòng)部分。壓氣室8有通道通向噴嘴3，在固定活塞9上有逆止閥7。合閘時(shí)操動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)拉桿使可動(dòng)部分向左運(yùn)動(dòng)，壓氣室壓力降低，逆止閥打開(kāi)，SF6氣體從活塞上的小孔經(jīng)逆止閥沖入壓氣室，不致使壓氣室內(nèi)形成負(fù)壓，影響合閘速度。動(dòng)畫(huà)22變開(kāi)距滅弧室動(dòng)作過(guò)程變開(kāi)距滅弧室動(dòng)作過(guò)程如動(dòng)畫(huà)所示，現(xiàn)在斷路器處于合閘位置，這時(shí)由主靜觸頭、主動(dòng)觸頭、壓氣缸、中間觸頭構(gòu)成電流通路；分閘時(shí)，操動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)拉桿帶著可動(dòng)部分向右運(yùn)動(dòng)，使壓氣室內(nèi)的SF6氣體被壓縮，逆止閥關(guān)閉，壓氣室壓力增加，主動(dòng)、靜觸頭首先分離；當(dāng)弧動(dòng)、靜觸頭分離時(shí)，產(chǎn)生電弧，同時(shí)壓氣室高壓氣流向弧動(dòng)、靜觸頭內(nèi)腔噴射，對(duì)電弧進(jìn)行強(qiáng)烈的雙向縱吹；當(dāng)電弧過(guò)零時(shí)熄滅，觸頭處在分閘位置，弧柱的熱能被排入滅弧室鋼筒外殼，新鮮冷態(tài)的SF6氣體重新充入弧隙，保證斷口的絕緣。動(dòng)畫(huà)23高壓開(kāi)關(guān)柜中斷路器的結(jié)構(gòu)高壓開(kāi)關(guān)柜中斷路器的結(jié)構(gòu)氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備（GIS）是采用絕緣性能和滅弧性能優(yōu)異的SF6氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)，并將所有的元件密封在接地金屬筒中。圖片24高壓開(kāi)關(guān)柜中斷路器的結(jié)構(gòu)現(xiàn)代重工電氣有限公司110kVGIS，其外形如圖3.2.4所示。圖片25高壓開(kāi)關(guān)柜中斷路器的結(jié)構(gòu)圖3.2.5為110kVGIS結(jié)構(gòu)示意圖。1—主母線(xiàn)，2—三工位開(kāi)關(guān)，3—斷路器，4—電流互感器，5—線(xiàn)路三工位開(kāi)關(guān)，6—線(xiàn)路接地開(kāi)關(guān)，7—電壓互感器，8—電纜終端箱。圖片26高壓開(kāi)關(guān)柜中斷路器的結(jié)構(gòu)如圖3.2.6所示，為110kVGIS中的斷路器，即SF6斷路器，采用垂直（立式）布置結(jié)構(gòu)，配用模塊化設(shè)計(jì)的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)。該斷路器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，操作可靠，機(jī)械壽命可達(dá)到10000次以上。圖片27高壓開(kāi)關(guān)柜中斷路器的結(jié)構(gòu)1—彈簧機(jī)構(gòu)，2—支持件，3—連動(dòng)桿，4—支持絕緣件，5—導(dǎo)體，6—滅弧室，7—盆式絕緣子，8—吸附劑，9—?dú)んw。斷路器由裝于上部的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)1和下部的斷路器本體兩大部分組成。斷路器本體由支持件2、連動(dòng)桿3、支持絕緣件4、導(dǎo)體5、滅弧室6等組成，主導(dǎo)電回路通過(guò)盆式絕緣子7引入（引出）并固定在殼體9上。彈簧機(jī)構(gòu)的操作能通過(guò)連動(dòng)件轉(zhuǎn)化為三個(gè)滅弧室的操作能,滅弧室與殼體之間通過(guò)支持絕緣件絕緣，斷路器的殼體在工作狀態(tài)始終處于地電位，殼體內(nèi)部充額定