第六章高压断路器精品版文档格式.docx

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国产短路器的型号是由字母和数字两部分组成的，表示如下：

1—产品名称：

D：

多油断路器S：

少油断路器K：

空气断路器L：

SF6断路器Z：

真空断路器C：

磁吹断路器

2—使用环境：

N：

户内式W：

户外式

3—设计序号

4—额定电压：

KV

5—补充说名：

G：

改进型C：

手车式W：

防污型Q：

防震型F：

分项操作

6—额定电流：

A

7—额定开断电流：

KA

三．高压断路器的技术参数

a）额定电压（UN）

额定电压是指断路器长期工作的标准电压。

产品铭牌上标明的额定电压是指正常工作的线电压，我国采用的额定电压等级有：

3、6、10、35、110、220、330、500KV等。

b）额定电流（IN）

额定电流是指断路器长期允许通过的最大工作电流。

我国标准规定的高压电器的额定电流是按所谓“R10系列”选取的，所谓R10系列即是按比值为101/10递增的级数，我国采用的额定电流的等级有：

200、400、630、1000、1250、1600、2000、3150、4000、5000A等，但实际上也有的高压电器并不遵从R10系列数字。

c）额定短路开断电流（Ibrn）

断路器在进行操作时,首先起弧的某相电流称为开断电流，在额定电压下能保证正常开断的最大短路电流称为额定断路开断电流，它是标志断路器开断能力的一个重要参数。

开断电流与电压有关，在低于额定电压时，开断电流可以提高，但由于灭弧装置机械强度的限制，故开断电流仍有一极限值，该极限值称为极限开断电流。

d）额定断流容量（Sbrn）

由于断路器的开断能力不仅与其开断电流有关，而且与开断电流的电压有关，因此，一般用额定短路开断电流Ibrn和额定电压UN的乘积表示断路器的额定断流容量。

即：

Sbrn=31/2UNIbrn

当运行电压U低于额定电压UN时,其额定开断电流不变，因而断流容量（Sbr）就要相应降低，其计算值为：

Sbr=Sbrn*U/UN

e）动稳定电流（额定峰值耐受电流）Iem

动稳定电流是指高压断路器在闭合位置时所能通过的最大短路电流，又称极限通过电流。

这一电流一般是指短路电流第一个周波的峰值电流。

在高压断路器铭牌上动稳定电流有额定峰值耐受电流和额定有效值耐受电流两种表示法。

f）热稳定电流（额定短时耐受电流）Ith

t秒热稳定电流是指在t秒内，通过断路器使其各部分发热不超过短时发热允许温度的最大短路电流。

一般断路器规定时间为2秒，需大于2秒时可用4秒。

g）额定短路关合电流（Icln）

当线路上存在短路故障时，断路器一合闸就会有短路电流通过，这种故障称为“预伏故障”。

在这种情况下，断路器动、静触头在未接触前几毫米就发生预击穿，随之流过短路电流，给断路器关合造成阻力，影响触头合闸速度和触头的接触压力，甚至出现触头弹跳、熔化、焊接以致损坏断路器等事故，这比在合闸状态下经极限通过电流更为严重。

表征高压断路器关合短路故障能力的参数为额定短路关合电流，其数值一般为额定短路开断电流的2.55倍。

即

Icln=2.55Ibrn

h）全开断（分闸）时间（tt）

全开断时间是指短路器从接到分闸命令起到各相电弧完全熄灭为止的时间。

其值等于断路器固有分闸时间和燃弧时间之和。

i）合闸时间（thz）

断路器从接到合闸命令到主触头刚接触为止的时间为合闸时间。

j）自动重合闸性能

由于线路上常出现瞬时故障，为了提高供电的可靠性，输电线路的断路器多装有自动重合闸装置，要求断路器跳闸后再重合一次。

对于瞬时故障，重合成功；

对于永久故障，重合不成功，断路器将再次跳闸。

这种过程称为自动重合闸操作循环，记为：

分—θ—合分—t—合分

分：

表示断路器分闸

合：

表示断路器合闸

合分：

表示断路器自开断位置关合电路后，无人为延时立即开断。

θ：

表示断路器开断故障电路从电弧熄灭到电路重新接通的时间，称无电流间隔时间。

一般为0.3—0.5秒左右。

t：

表示强送电时间，一般为180秒。

四．对高压断路器的基本要求

⑴断路器在额定参数下应能长期可靠地工作。

在合闸状态时有良好的导电性能，而在分闸状态时又能保证断口间的绝缘。

⑵应具有足够的断流能力。

断路器在断开电路时，触头间会产生电弧，只有将电弧熄灭，才能断开电路。

因此，要求断路器有足够的断流能力，尤其在短路故障时，能迅速地切断短路电流，并保证有足够的热稳定。

⑶具有尽可能短的开断时间。

当系统发生故障时，要求断路器迅速切断故障电路，这样可以缩短故障时间和减轻短路电流对设备的损坏，并且还可以提高系统的稳定性。

⑷能实现自动重合闸。

架空线路的短路故障大多是瞬时性的，为了提高供电可靠性，系统中加装自动重合闸装置，这就要求断路器能在很断的时间内完成其重合闸动作，并且其断流能力应相对稳定。

⑸应具有足够的机械强度。

正常运行时，断路器应能承受自身重力、风载、雪载和各种操作力的作用，系统发生断路故障时，应能承受电动力的作用，以保证其有足够的动稳定。

⑹应具有良好的稳定性能。

应能适应各种环境条件对其带来的影响，以保证在各种恶劣气象条件下能正常工作，不误动，不拒动。

⑺应具有结构简单、价格低廉、体积小、重量轻的特点。

第二节电弧的产生与熄灭

当拉开电路中有电流通过的断路器时，在断路器触头间可以看见强烈而刺眼的亮光，这是由于在触头之间发生了放电，这种放电称为电弧（如图6—1）。

此时断路器动、静触头虽然分开，但电流仍通过电弧继续流通，也就是说电路未真正断开，直至电弧熄灭为止。

由于电弧的温度很高，如果燃烧时间长，不仅会将触头烧坏，严重时会使电气烧毁。

所以，如何保证断路器迅速而有可靠地熄灭电弧，是断路其最关键的问题。

所以，我们首先应对电弧的产生和熄灭进行了解。

一．电弧的产生

断路器触头刚分开时，由于触头间的间隙很小，触头间会产生很高的电场强度，当电场强度超过3×

106V/m时，阴极触头的表面在强电场的作用下，将发生高电场发射，即自由电子在电场力的作用下高速奔向阳极，在途中电子将碰撞到介质的中性质点（原子或分子），只要电子的运动速度足够高，其动能大于中性质点的游离能（能使电子释放出来的能量）时，便产生碰撞游离，中性质点即游离为正离子和自由电子。

被碰撞游离出的自由电子又于原电子一起高速运动，再发生碰撞，再游离出电子。

如此循环使触头间有很大的电导，在外加电压的作用下，大量的电子向阳极运动，形成电流。

这就是由于介质被击穿而产生的电弧。

由于电弧的温度相当高，可达5000—10000K以上，这时，在高温作用下，介质中的分子和原子产生剧烈运动相互发生碰撞，其结果是又游离出电子和正离子，这便是热游离过程。

在电弧稳定燃烧的情况下，弧柱的温度虽然很高，但电弧电压和弧柱的电场强度却很低，因此，弧柱的游离作用是依靠热游离维持和发展的。

由于电弧放电主要是靠热游离，因此维持电弧燃烧只有一定的电流（80—100mA）和不很强的电场（10—50V/cm）即可。

高压断路器正常开断的电流和电压远远高于电弧产生电流和电压，所以，高压断路器在开断过程中必然会产生电弧。

从以上分析可知，电弧形成的过程是：

高压断路器阴极触头在强电场作用下发射电子，射出的电子在触头间电压作用下产生碰撞游离，形成电弧；

电弧在高温作用下，依靠介质中的热游离，维持燃烧。

二．电弧的熄灭

通过对电弧的产生的分析，我们知道电弧的产生是由碰撞游离产生的。

在发生游离的过程中，同时还进行着带电质点减少的去游离过程，去游离过程是指自由电子和正离子相互吸引发生中和的现象。

在稳定燃烧的电弧中，这两个过程处于动态平衡，如果游离过程大于去游离过程，电弧将继续炽热燃烧；

反之，如果去游离过程大于游离过程，电弧将愈来愈小，最后熄灭。

在正弦交流电中，电流的大小和方向随时间按正弦规律变化，每半周电流过零一次。

由于交流电流变化很快，弧柱的热惯性起很大作用，所以，根据正弦交流电的伏安特性可得出如图6—2所示的电弧电压波形图。

图中的A点是电弧产生的电压，称为然弧电压，而B点是电弧熄灭的电压。

从图中可看出，熄弧电压低于燃弧电压，而电弧电流每经半个周期过一次0，这时电弧自然暂时熄灭。

过后，在弧隙中就发生着两个对电弧起作用的过程，一个是电压恢复过程；

另一个是介质强度恢复过程。

在这两个过程中，如果电压恢复过程强于介质强度恢复过程，弧隙将被击穿，电弧重燃；

反之，介质强度恢复过程强于电压恢复过程，则电弧不再重燃。

所以，电弧熄灭的关键就在于电流过0时，能否采取有效的措施加强介质强度恢复，使弧隙介质的绝缘能力达到不再被弧隙外施电压击穿，同时加强弧隙的冷却，使其去游离加强，不致发生热击穿，电弧就不会重燃而最终被熄灭。

三．断路器常用的灭弧方法

1．用介质灭弧。

电弧中的去游离强度，在很大程度上取决于电弧周围介质的特性。

如介质的传热能力、介电强度、热游离温度和热容量，这些参数越大，则去游离作用越强，电弧就越容易熄灭。

如常用的绝缘油、SF6、真空等介质作灭弧介质。

2．用特殊金属材料做触头。

采用熔点高、导热系数和热容量大的高温金属作触头材料，可减少热电子发射和电弧中的金属蒸汽，抑制游离作用，同时，触头材料还要求有较高的抗电弧、抗熔焊能力。

如常用的触头材料有铜钨合金和银钨合金等。

3．用气体或油吹动电弧。

弧吹有利于带电粒子的扩散，电弧在气流或油流中被强烈的冷却而使复合加强，气体或流的流速越大，起作用越强。

高压断路器中的灭弧室，就是使气体或油产生巨大的压力并吹向弧隙使电弧熄灭。

吹动的方式有纵吹和横吹如图6—3所示。

吹动方向与弧柱轴线平行的叫纵吹，纵吹能使电弧冷却变细；

吹动方向与弧柱轴线垂直的叫横吹，横吹则把电弧拉长，表面积增大并加强冷却。

另外，还有的采用纵、横混合吹的方式，则效果更好。

4．用多口断路器。

短路器中，每项采用两个或更多的断口串联，在熄弧时，断口把电弧分割成多个小电弧段，在相等的触头行程下，多断口比单断口的电弧拉长了，从而增大了弧隙电阻，同时，也增大了介质强度的恢复速度，另外，由于加在每个断口的电压降低，使弧隙恢复电压降低，提高了熄灭电弧的能力。

5．提高断路器的分合闸速度。

提高触头的开断速度，快速拉长电弧，减小燃弧时间，使电弧能量下降，对电弧的熄灭有力。

第三节六氟化硫（SF6）断路器

SF6气体是1955年开始用作断路器灭弧介质的，但广泛应用于断路器还是在60年代，我国于1967年开始研制SF6断路器，现生产的63KV、110KV、220KV和500KV的SF6断路器已得到广泛使用，其主要技术参数已达到国际水平。

一．SF6气体的性质

⑴SF6气体为无色、无味、无毒、非燃烧性、也不助燃的非金属化合物。

在常温常压下，SF6气体密度约为空气的5倍，由于其分子量大、热容量大，考虑到自然对流效应，其导热能力远比空气好。

⑵SF6气体的绝缘性能。

由于SF6呈强烈的电负性，而且体积大，对电子捕获较易，并能吸收其能量生成低活动性的稳定负离子，其自由行程短，使间隙中难以再发生碰撞游离，大大减少了间隙中的带电粒子。

因此，再一个大气压下，SF6绝缘能力超过空气的两倍，当为三个大气压时，其绝缘能力和变压器油相当。

⑶SF