高低压电器及配电柜教案Word格式.docx

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吹动方向与电弧轴线相垂直时，称为横吹；

吹动方向与电弧轴线一致时，称为纵吹。

横吹更易于把电弧拉长，增大电弧表面积，对电弧的冷却效果好；

纵吹可以使新鲜介质更好地与炽热的电弧相接触，并把电弧吹成若干细条，易于熄灭。

横吹灭弧室尺寸可以小些，多适用于较低电压的断路器；

纵吹灭弧室常常用于110kV及以上的断路器。

用变压器油作灭弧介质时，触头周围被油浸没，在触头分离产生电弧后，电弧的高温把油加热，分解出大量气体（其中有热传导性能好的氢气），在灭弧室内造成高气压，高速气流以一定方式吹向电弧。

2．采用多断口

电压高、电流大的断路器多采用每相两个或多个开断口的方式。

多断口使电弧的总长度加长，从而导致弧隙电导下降；

使每个断口的行程缩短，可以加快触头的分离速度，促使弧隙电导迅速下降；

减少了能量的输入，所以弧隙绝缘强度恢复得快。

另一方面，加在每一断口上的电压减小数倍，有利于弧隙绝缘的恢复。

3．近阴极效应的应用

在阴极附近很薄的一层空间，一定的介质强度突然形成的效应，称为近阴极效应。

当电流接近零值时，电弧温度下降，热游离强度降低，但弧隙空间仍有较多的电子和正离子存在。

在电流过零后，触头的电极极性已经改变，如图4-3（a）所示，在电场的作用下，自由电子快速地向新阳极运动，而为电子质量1000多倍的正离子则基本未动，于是在阴极附近形成了正空间电荷层，同阴极之间形成一个绝缘层，它能耐受150～250V的电压，称为起始介质强度。

此介质强度的大小与电极状态和材料有关，在冷阴极情况下可达到250V。

弧隙中近阴极层以外的空间仍被正负离子所充满，电位变化不大，故有图4-3（b）所示的电压分布。

低压开关中广泛采用灭弧栅装置，由铁磁材料制成的金属片组成短弧栅格，如图4-4所示，触头间产生电弧后，铁磁材料的栅片在电弧电流产生的磁场中产生电磁力，把电弧吸引到栅片之中，将长弧分割成一串短弧，使之熄灭。

实际中栅片作成缺口形状，是为了减少电弧进入栅片的阻力，缩短燃弧时间。

4．利用固体介质的狭缝灭弧

低压开关也广泛采用狭缝灭弧装置，它由石棉水泥或陶土材料压制成的灭弧罩和磁吹装置构成，如图4-5所示，触头间产生电弧以后，在磁吹装置产生的磁场作用下，对电弧产生电磁力，将其拉入由灭弧片构成的狭缝中，起到拉长电弧的作用，并促使电弧与灭弧片冷壁紧密接触，加强冷却作用；

另外，在灭弧罩上，自由电子更易于附着在中性质点上形成负离子，加速了离子的复合，因而有较好的灭弧效果。

二、高压断路器的作用和种类

高压断路器是电力系统中非常重要的工作和保护设备，它对维持电力系统的安全、经济和可靠运行起着非常重要的作用。

在负荷投入或转移时，它应该准确地开、合。

在设备（如发电机、变压器、电动机……等）出现故障或母线、输配电线路出现故障时它能自动地将故障切除，保证非故障部分的安全连续运行。

1．高压断路器的作用

高压断路器是高压电器中最重要的部分，是一次电力系统设备中控制和保护的关键电器。

受它控制和保护的电路，无论在空载、负载或短路故障状态，都应可靠地动作。

总的来讲，高压断路器在电网中起两方面的作用：

一是控制作用，即根据电网运行的需要，将部分电气设备或线路投入或退出运行；

二是保护作用，即在电气设备或电力线路发生故障时，继电保护自动装置发出跳闸信号，启动断路器，将故障部分设备或线路从电网中迅速切除，确保电网中无故障部分的正常运行。

2．高压断路器的基本要求

断路器在正常工作时接通和切断负荷电流，短路时切断短路电流，并受装设地点环境变化的影响。

它应满足以下要求。

（1）工作可靠性。

高压断路器在厂家给定的技术条件下工作时，应能够可靠地长期正常工作。

（2）应具有足够的断路能力。

由于电网发生短路时产生很大的短路电流，所以当断路器在断开电路时，要有很强的灭弧能力才能可靠断开电路，并保证具有足够的热稳定和动稳定。

（3）具有尽可能短的切断时间。

当电网发生短路故障时，要求断路器迅速切断故障电路，这样可以缩短电力网的故障时间和减轻短路电流对电气设备的损害。

在超高压电网中，可以提高电力系统的稳定性。

（4）实现自动重合闸。

架空输电线路的短路故障，大多数是临时性的。

为了提高供电可靠性并增强电力系统的稳定性，线路保护多采用自动重合闸方式。

当发生瞬时性短路故障时，继电保护使断路器跳闸，经很短时间后断路器又自动重合。

（5）结构简单、价格低廉。

在满足安全、可靠的同时，还应考虑到经济性。

故要求断路器结构简单、尺寸小、重量轻、价格低廉。

3．高压断路器的分类

高压断路器一般按灭弧介质的不同进行分类。

（1）油断路器。

指采用变压器油作灭弧介质的断路器。

它又可分为多油断路器和少油断路器。

多油断路器的油除了作灭弧介质和触头开断后绝缘外，还作为带电部分对地绝缘使用。

少油断路器的油只作为灭弧介质和触头开断后的绝缘，而带电部分对地绝缘采用瓷件或其他介质。

（2）压缩空气断路器（简称空气断路器）。

指利用压缩空气作为灭弧介质的断路器。

压缩空气除了作灭弧介质外，还作为触头开断后的绝缘介质。

（3）真空断路器。

指利用真空的高介质强度来灭弧的断路器。

（4）六氟化硫（SF6）断路器。

指利用具有优异的绝缘性能和灭弧性能的六氟化硫气体作为灭弧介质和绝缘介质。

可发展成六氟化硫组合电器。

此外，高压断路器按其安装地点的不同，分为户内式和户外式两种。

三、高压断路器的技术参数和型号含义

1．高压断路器的技术参数

（1）额定电压。

指断路器长时间运行能承受的正常工作电压。

它不仅决定了断路器的绝缘水平，而且在相当程度上决定了断路器的总体尺寸和灭弧条件。

（2）最高工作电压。

考虑输电线路有电压降，线路供电端母线电压高于受电端母线电压，使断路器可能在高于额定电压下长期工作，因此，规定了断路器有一最高工作电压。

按国标，220kV及以下设备，其最高工作电压为额定电压的1.15倍；

对于330kV的设备，规定为1.1倍。

（3）额定电流。

指断路器在额定容量下允许长期通过的工作电流。

它决定了断路器触头及导电部分的截面，并且在某种程度上也决定了它的结构。

（4）额定开断电流。

指在额定电压下，断路器能可靠切断的最大电流。

它表明断路器的断路能力。

当电压不等于额定电压时，断路器能可靠切断的最大电流，称为该电压下的开断电流。

当电压低于额定电压时，开断电流比额定开断电流有所增大，但有一最大值，并称其为极限开断电流。

（5）额定断流容量。

表明断路器的切断能力。

在三相电路中，其大小等于额定电压与额定开断电流乘积的

倍。

（6）动稳定电流。

表明断路器在冲击短路电流的作用下，承受电动力的能力。

其值由导电和绝缘等部件的机械强度决定。

（7）热稳定电流。

指断路器在某一规定时间范围内允许通过的最大电流。

它表明断路器承受短路电流热效应的能力。

（8）合闸时间。

从发出合闸命令（合闸线圈通电）起至断路器接通时为止所经过的时间，称为断路器的合闸时间。

（9）分闸时间。

从发出分闸命令（分闸线圈通电）起至断路器开断至三相电弧完全熄灭时所经过的时间。

它为断路器固有分闸时间和电弧熄灭时间之和。

一般为0.06～0.12s。

分闸时间小于0.06s的断路器，称为快速断路器。

固有分闸时间是指发出分闸命令起到灭弧触头刚刚分离时所经过的时间。

灭弧时间指触头分离到各相电弧完全熄灭所经过的时间。

2．高压断路器型号的含义

断路器型号主要有以下七个单元组成。

第一单元产品名称有：

S一少油断路器；

D一多油断路器；

K一空气断路器；

L—六氟化硫断路器；

Z一真空断路器；

Q一产气断路器；

C一磁吹断路器。

例如：

型号为SN4—20G／8000—3000的断路器，其含义表示为：

少油断路器、户内式、设计序号4，额定电压20kV、改进型，额定电流为8000A，额定断流容量3000MVA。

小结：

1.电弧的产生和熄灭

2.高压断路器的作用和种类

3.高压断路器的技术参数

课题二柱上断路器

架空配电线路用柱上断路器又称为柱上开关，它是一种可以在正常情况下切断或接通线路，并在线路发生短路故障时，通过操作或继电保护装置的作用，将故障线路手动或自动切断，它是一种担负控制和保护双重任务的开关设备，通常它没有明显的开断点。

柱上断路器按不同的灭弧介质，通常可分为油式、六氟化硫（SF6）、真空式三种形式。

由于断路器经多次操作，有的介质强度将降低，常会发生因灭弧不良而造成断路器喷油、燃油而酿成设备及人身事故。

目前，世界各国都在逐步淘汰柱上油断路器，并趋向于柱上断路器设备无油化，代之以新的六氟化硫（SF6）、真空式断路器。

一、多油式柱上断路器

配电线路用柱上多油式断路器一般都是三相共箱的油浸式断路器，它的手动操作机构装在油箱的侧面，与断路器连成一体。

多油式断路器一般采用对接式触头，引出线穿过瓷套管固定在箱盖顶部两侧。

它多装有一次过电流瞬时脱扣装置，有的断路器还装有自动重合闸装置。

柱上多油式断路器的操作，一般多采用通过操作绳或操作连杆等手动装置对操作把加力，利用机械传动机构将动触头断开或合上的方式。

柱上多油式断路器的型号意义如下：

额定电压，kV

设计序号

户外

多油式断路器

DW

柱上多油式断路器的特点是：

触头系统和灭弧用油装置在接地的油箱中，以油作为绝缘介质；

它的结构简单，制造方便，运行经验丰富，易于维护，噪声小等。

但由于它采用油作为绝缘和灭弧介质，质量和体积都比较大，所以额定电流也不易做大，在开断小电流时燃弧时间长，动作速度慢，并且它的灭弧室油易劣化，需有一套油处理装置。

二、柱上真空式断路器

（一）真空及真空度

真空是指在给定的空间内压力低于一个大气压的气体状态，绝对压力等于零的空间称为绝对真空。

真空度是表示或度量真空的程度的，用气体的绝对压力值表示，绝对压力值越低表明真空度越高。

一个工程大气压约等于0.1MPa，运行和储存的真空断路器的真空压力应低于6.6×

10-2Pa，工厂出厂的新真空灭弧室要求达到1.32×

10-5Pa。

我国通常将真空度划分为以下几个区域：

1．粗真空：

真空压力在1.0l×

l05～1.33×

102Pa；

（不绝缘）

2．低真空：

真空压力在1.33×

102～1.33×

10-1Pa；

（不绝缘）

3．高真空；

10-1～1.33×

10-6Pa；

4．超高真空：

10-6～1.33×

10-10Pa；

（我国现在没有）

5．极高真空：

真空压力小于1.33×

（我国现在没有）

（二）真空断路器的截流过电压

1．截流现象

真空断路器在开断交流小电流时，当电流从峰值下降但尚未到达自然零点时，电弧熄灭，电流突然被中断，这就是平时说的截流现象。

2．截流过电压

由于电流突然被中断，电感负载上剩余的电磁能量就会产生过电压，这种由截流现象产生的过电压称为截流过电压。

（三）柱上真空断路器特点

真空断路器是指触头在真空中开断电路的断路器，它以真空（0.0133～0.000133Pa）作为灭弧的绝缘介质。

由于真空具有很高的绝缘强度，这对熄灭电弧相当有利。

1.真空断路器的优点

（1）在密封的容器中熄弧，电弧和炽热气体不外漏。

灭弧室作为独立的元件，安装调试简单、方便。

（2）触头间隙很小，一般在10mm左右，合闸功率小，机构简单，使用寿命长。

（3）熄弧时间短，弧压低，电弧能量小，触头损耗小，开断次数多。

（4）动导杆的惯性小，适用于频繁操作。

（5）操作机构小，整机体积小，重量轻。

（6）控制功率小，开关操作时动作噪音小。

（7）灭弧介质或绝缘介质不用油，没有火灾和爆炸的危险，安全。

（8）触头部分为完全密封结构，不会因潮气、灰尘、有害气体等影响而降低其性能。

工作可靠，通断性能稳定。

（9）真空断路器开断后断口间介质恢复快，介质不需要更换。

（10）在真空断路器的使用年限内，触头部分不需要维修、检查，一般可达20年左右不需检修。

维护工作量小，维护成本低，仅为少油断路器的1／20左右。

（11）具有多次重合闸功能，适合配电网中应用要求。

2.真空断路器的缺点

（l）对开断感性小电流时，断路器灭弧能力较强的触头材料容易产生截流，引起过电压，应采取相应的过电压保护。

（2）价格较高，主要决定于真空灭弧室的专业生产及机构可靠性的要求，如果综合考虑运行维护费用，价格并不高。

（四）真空灭弧室的基本结构

真空开关灭弧室的基本结构见图3-1所示。

其结构形式均由气密绝缘外壳、导电回路、屏蔽系统、波纹管等部分组成。

（五）真空灭弧室的工作原理

当其断开一定数值的电流时，动、定触头在分离的瞬间，电流收缩到触头刚分离的某一点或某几点上，表现电极间的电阻剧烈增大和温度迅速提高，直至发生电极金属的蒸发，同时形成极高的电场强度，导致剧烈的场强发射和间隙的击穿，产生了真空电弧，当工作电流接近零时，同时触头间距的增大，真空电弧的等离子体很快向四周扩散，电弧电流过零后，触头间隙的介质迅速由导电体变为绝缘体，于是电流被分断，开断结束。

（六）真空断路器的型号

柱上真空式断路器的型号意义如下：

真空式断路器

ZW

三、柱上SF6断路器

（一）SF6气体的性能

1.SF6气体的物理性能

SF6气体（纯净的）是无色、无嗅、无毒和不可燃的惰性气体，临界温度是45.6℃，临界压力3.85MPa。

（1）临界温度

临界温度：

是指表示气体可以被液化的最高温度。

（2）临界压力

在临界温度下出现液化所需的气体压力，也就是该温度下的饱和蒸汽压力。

2．SF6气体的传热性能

SF6气体的热传导性能较差，其导热系数只有空气的2／3。

但SF6气体的比热是氮气的3.4倍，因此其对流散热能力比空气大得多，因此SF6断路器的温升不会比空气断路器严重。

3．SF6气体的绝缘性能

SF6气体具有优良的绝缘性能，在比较均匀的气体中．其绝缘强度约为空气的2～3倍，在3个大气压下绝缘强度可达绝缘油的水平。

4．SF6气体的灭弧性能

SF6气体具有优良的灭弧功能，其灭弧能力比空气的大得多。

灭弧过程中，电弧电流过零后的介质恢复特性好。

SF6分子捕捉自由电子形成负离子后再与正离子结合造成空间带电离子的迅速减少。

5．SF6气体的水分与分解气体

水分对SF6断路器的正常运行具有决定性的影响，一旦含水量较高，很容易在绝缘材料结露，造成绝缘下降，严重时产生闪络击穿。

6．SF6气体的毒性

SF6气体在合成过程中，会有硫的低氟化物产生，它们中的某些物质是有毒或剧毒的。

在生产过程中，务必将有毒副产物除去。

在电气设备中的电晕、火花、电弧作用下，会产生多种有毒、腐蚀性气体及固体分解物。

7．对水分和低氟化合物的控制措施

在高压电器内放置即能吸附水分，又能吸附低氟化合物的吸附剂，一般吸附剂的质量是气体充入质量的1／10。

特别注意使用过的吸附剂不可再进行烘燥再生处理。

（二）结构

柱上SF6断路器一般为三相共箱结构，箱筒底部一般是吸附剂罩，内装吸附剂和冲放气阀，瓷套管为动静触头的固定支撑、对地绝缘和外部接线端子。

SF6断路器的静触头一般采用梅花触头，动触头端部焊有铜钨触头，可延长断路器的使用寿命和改善断路器的开断性能。

SF6断路器的特点是：

体积小、重量轻、寿命长、能进行频繁操作、可连续多次重合闸、开断能力强、燃弧时间短、运行中无爆炸和燃烧的可能、噪声小等，并且它运行、维护简单，但SF6断路器价格较高。

柱上SF6断路器的型号意义如下：

SF6断路器

LW

四、柱上自动分段断路器

柱上自动断路器一般是由柱上断路器、电源降压变压器和自动控制设备三部分组成，其正常操作、故障跳闸和重合、闭锁装置的动作都受自动箱的控制，是实现配电网自动化的重要设备之一。

柱上自动分段断路器的控制方式一般有电流式、电压式和远方遥控三种方式。

所谓的“电流式”就是指在每个分段断路器上均装有反时限过流保护，各分段断路器间的配合是利用时限差（一般为2s）实现的分段断路器。

但当分段断路器较多时，它的时间配合较困难。

所谓的“电压式”就是指总断路器和各分段断路器均装有瞬时过流保护和有电检出装置。

所谓“远方遥控”方式就是指利用遥测、遥控装置控制各分段断路器。

五、柱上开关运行要求

1.六氟化硫断路器

（1）断路器外观整洁，无污垢；

（2）压力表指示值正确，分合闸指示正确；

（3）支架良好，无锈蚀、损坏；

（4）套管清洁，无裂纹，无放电痕迹；

（5）引线垂度及间距适当、完好、接头不发热；

（6）试验项目全部合格；

（7）操作机械灵活、无卡滞现象。

2.真空开关

（1）外观整洁无锈蚀；

（2）分合闸指示位置正确；

（3）瓷件无裂纹，无放电痕迹；

（4）引线垂度及间距适当、完好，接头不发热；

（5）操作机械灵活、无卡滞现象；

（6）试验项目全部合格。

六、柱上开关的缺陷

1.危急缺陷

（1）绝缘电阻值接近零值。

（2）套管放电击穿。

（3）严重漏油、漏气。

2.严重缺陷

（1）绝缘电阻低于允许值。

（2）套管裂纹、破损面积超过5平方厘米。

（3）定期试验不合格。

（4）触头严重烧伤。

（5）SF6开关压力不足。

（6）操作机构失灵。

（7）跌落式开关相间、对地距离不足。

3.一般缺陷

（1）分合指示失灵。

（2）外壳未接地。

（3）固定不牢。

（4）跌落式开关、刀闸切合不灵活，触头烧损较重。

（5）超过规定检修周期。

1.真空断路器的结构和特点

2.六氟化硫断路器的结构和特点

3.柱上开关巡视检查

课题三高压负荷闸刀和高压柱上闸刀

一、高压负荷闸刀

架空配电线路用柱上高压负荷闸刀又称柱上高压负荷开关，它是一种主要用于承载、关合、开断正常条件下（包括规定的过负荷条件）的电流，并能通过规定的异常电流（如短路）的开关设备，有的负荷闸刀也能关合较小的短路电流。

负荷闸刀一般由灭弧装置、闸刀、支持绝缘子、操作机构等部分构成。

通常它有一个明显的开断点，它的操作方式一般多采用操作绳或操作连杆对操作把加力，通过机械传动机构将动触头断开或合上的方式。

柱上负荷闸刀根据需要，可以装设电动、遥控装置进行遥控操作。

由于柱上负荷闸刀的灭弧室结构比较简单，甚至可不用灭弧室。

在特定的场合使用它比较经济、简便。

因此，它在架空配电线路中的应用非常广泛。

1．FW7-10/400G高压柱上负荷闸刀

FW7-10/400G高压柱上负荷闸刀，它是一种产气式、三相联动式附负荷闸刀，由底架、支持和拉杆绝缘子、闸刀、动静触头、消弧触头、灭弧片、传动机构、弹簧储能机构及手动操作机构等组成。

负荷闸刀分闸时由分闸弹簧释放能量，使主触头刀先断开，然后弧触刀瞬间分段电流。

在弧触刀断开瞬间会产生电弧，灭弧片采用特种塑料制造，在电弧作用下会产生气体使电弧熄灭。

合闸时负荷闸刀通过传动机构使合闸弹簧储能，当储能终止时，弹簧将释放能量，实现触刀高速闭合。

这类负荷闸刀分闸状态有明显断口，可起隔离闸刀的作用。

它一般采用操作绳或操作连杆手动操作。

2.FW10-10/630G高压柱上负荷闸刀

FW10-10/630G高压柱上负荷闸刀由隔离闸刀和灭弧室组成。

灭弧室用电性能优异，由耐电弧、耐高温、高强度的绝缘材料制成，内部装有直线型手动加速连杆驱动的消弧触头，可保证负荷电流开断不受操作快慢的影响。

灭弧室内的消弧触头和闸刀同步，以使室内部的动态绝缘强度与灭弧室外部冲程距离相配合，可消除任何闪络的可能性。

灭弧的去离子气体通过一个迷宫式消音器无声地排出。

灭弧室既没有油，又没有真空，它不需要维护。

3．FLA-L系列柱上负荷闸刀

FLA-L系列柱上负荷闸刀适用于12kV架空配电线路，作为开断和闭合负荷电流及开断和闭合空载线路、空载变压器，它主要由隔离闸刀和油灭弧室组成。

这类负荷闸刀的油灭弧室外客是采用性能优异，耐弧、耐油、憎水、高强度的绝缘材料压制而成的。

其内部的手动快速机构，可保证负荷电流的开断不受操作快慢影响。

该闸刀的安装类型有：

FLA-L15/60（水平型）、FLA-L15/6400（垂直型）、FLA-L15/6410（是与限流熔断器组合型闸刀，垂直型安装），均可用手动连杆操作机构操作，并可锁定在分、合闸位置，分闸后闸刀有可见开断点，起有隔离闸刀的作用。

二、高压柱上闸刀

高压柱上闸刀又称为高压柱上隔离开关或隔离闸刀。

（一）用途与作用

柱上隔离开关（又称刀开关）可用于线路设备的停电检修、故障查查找、电缆试验等，拉开柱上隔离开关可使需要检修的设备与其他正在运行的线路隔离，给予工作人员有可以看见的、明显的断路点，保证检修或试验工作的安全。

柱上隔离开关的优点是造价低、简单耐用。

一般作为架空线路与用户的产权分界开关，以及作为电缆线路与架空线路的分界开关，还可安装在线路联络负荷开关处的一侧或两侧，以方便故障查找、电缆试验和检修更换联络负荷开关等。

（二）结构、类型与型号

1．单极式柱上隔离开关，由底座、支持绝缘子、导电板、保险钩等部分组成，见图18—17中倒置安装。

支持绝缘子可采用双层针式绝缘子浇装而成，即使其中一层产生裂纹时，另一层仍然能保证绝缘；

也可采用柱式绝缘子，直裙多伞结构，具有较好的自洁、防污能力。

高压配电线路主要采用GW9—10G型户外高压刀闸。

它由底座1、闸刀2、静触头3、支柱绝缘子4、保险钩5等组成。

高压刀闸上装保险钩，合闸后即行自锁，不会因自身重量或电动力作用而自动掉闸。

图示为GW9—1