高压断路器的基本类型及操作机构_中国电工网

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断路器 2016-12-28 15:31
中国电工网讯:
    一、高压断路器的基本类型
 
    按照灭弧介质的灭弧方式,高压断路器一般可分为:油断路器、压缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器等。
 
    (1)油断路器
 
    少油式断路器中的油作为灭弧介质和触头开断后的弧隙绝缘介质,带电部分对地的绝缘主要采用瓷介质。按装设地点的不同,少油断路器分为户内和户外两种。户内式主要用于6~35KV配电装置,户外式则用于35kV以上的配电装置。
 
    (2)压缩空气断路器
 
    利用压缩空气作为灭弧、绝缘和传动介质。为了保证有足够压力的空气,在断路器下装有储气筒,与压缩空气装置连接。空气的压力通常为800~2000kPa,压力愈高,灭弧性能愈好,绝缘性能也愈好。
 
    与油断路器比较,空气断路器开断能力强,开断时间短,而且在自动重合闸中可以不降低开断能力,不易爆炸和着火。缺点是结构较复杂,需要装设较复杂的压缩空气装置,价格较高;同时,压缩空气断路器在开断小电感电流(如切断空载变压器、励磁电流、并联电抗器及空载高压电动机等电路)时,容易产生截流现象,因而导致过电压,在断路器的断口并联电阻可以防止产生过电压。
 
    近年来,由于SF6断路器的发展很快,新建电厂和变电站已很少选用压缩空气断路器。
 
    (3)真空断路器
 
    真空断路器利用真空的高介质强度来熄灭电弧和作为绝缘。所谓真空是相对而言的,这里指的是气体压力在133.322*10^-4Pa以下的空间。在这样稀薄的气体中,即使电子从阴极飞向阳极时,也很少有机会与气体分子相碰撞而引起游离,因此碰撞游离不是真空间隙击穿产生电弧的主要因素。真空中电弧是在触头电极蒸发出来的金属蒸气中形成的,而电极表面如有微小的突起部分时,将会引起电场能量集中,使这部分发热而产生金属蒸气。因此电弧特性主要取决于触头材料的性质及其表面状况。
 
    真空断路器的特点有:在133.322*10^-4Pa的高真空中,1mm的间隙能承受45KV工频电压,所以触头开距可以很短,真空灭弧室能做得小巧,动作快;燃弧时间短,且与开断电流大小无关,一般只有半周波,故有半周波断路器之称;熄弧后触头间隙恢复速度快,对开断近区故障性能较好;由于灭弧速度快,触头材料不易氧化、寿命长;体积小、检修维护方便,适用于有频繁操作的场所。
 
    近年来真空断路器已在35kV及以下的配电装置中得到广泛应用。在高压和超高压输电系统中,由于真空断路器灭弧过快,使系统因截流而出现危险的操作过高压,同时一般主系统操作不频繁,不能充分发挥真空断路器寿命长、适于频繁操作的优点,其竞争力还有待于真空灭弧室的进一步发展。
 
    (4)六氟化硫(SF6)断路器
 
    SF6为无色、无味、无毒、非燃烧性的非金属化合物。SF6具有很高的绝缘性能和灭弧性能。当气体压力为3kPa时,SF6的绝缘能力超过空气的2倍;当压力为300kPa时,其绝缘能力和变压器油相当。SF6在电弧作用下接受电能而分解成低氟化合物,但电弧电流过零时,低氟化合物则急速再结合成SF6,故弧隙介质强度恢复过程极快。SF6的灭弧能力相当于同等条件空气的100倍。
 
    由于SF6的电气性能好,其断口电压较高。在电压等级相同、开断电流和其他性能相近的情况下,SF6断路器串联断口数较少。如500kV电压级的空气和少油断路器为6~8个新口,而SF6断路器只有3~4个断口;对于750kV级的空气断路器至少为8个断口,而SF6新断路器仅为6个断口。串联断口数少,可使制造、安装、调试和运行经济方便。
 
    与其他绝缘介质相比,采用SF6的优点是:使用安全可靠、无火灾,一般不会发生爆炸事故,冷却特性好,适用的温度和压力范围大,因此六氟化硫断路器具有灭弧速度快,开断能力强,体积小,维护方便等优点。但是,六氟化硫断路器对加工精度和装配工艺要求较高,密封性能要好,因此造价较高。
 
    由于SF6在电弧作用下分解出的气体都是有害的,所以必须注意气体的纯度和采取正确的处理方法,以保证使用SF6的安全性。
 
    在电力系统中,SF6断路器已得到愈来愈广泛的应用,尤其在全封闭组合电器中,多采用该型断路器。
 
    二、断路器的操作机构
 
    断路器进行分闸、合闸操作,并保持在合闸状态是由操作机构来实现的。由于操作机构在合闸时所做的功较大,因此根据合闸能源的种类,操作机构可分为下列几种类型。
 
    (1)手动机构。靠人力作为合闸动力,这种机构的结构简单,但合闸时随操作人员的体力不同而不同,且不能实现重合闸功能。这种机构只适用于小容量的断路器。
 
    (2)电磁机构。用电磁铁将电能变为机械能作为合闸动力,用来远距离控制断路器。这种机构简单,运行可靠,缺点是需要很大的直流电流(几十到几百安),必须具备足够容量的直流电源。
 
    (3)启动机构。利用压缩空气储能和传递能量。其优点是功率大、动作迅速、合闸没有强烈冲击,但结构较复杂,需要空气压缩设备,所以,只应用于空气断路器上。
 
    (4)液压机构。利用高压压缩气体(氮气)作为能源,液压油作为床底能量的媒介,注入带有活塞的工作缸中,推动活塞做工,使断路器进行合闸或分闸操作。
 
    (5)弹簧机构。利用弹簧储存的能量进行合闸,此种机构成套性强,不需要配备附加设备,但结构较复杂,施工工艺要求较高。
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