常用高壓開關設備簡介

1、常用高壓開關設備簡介 12021/3/17 內容簡介 1 了解常用開關設備的作用、功能、分類 2 了解常用開關設備主要性能與參數(shù)的含義 3 了解常用開關設備的工作原理第一節(jié) 高壓斷路器1 用途和結構 斷路器在電力系統(tǒng)中起著兩方面的作用:一是控制作用,即根據(jù)電力系統(tǒng)運行需要,將一部分電力設備或線路投入或退出運行;二是保護作用,即在電力設備或線路發(fā)生故障時,通過繼電保護裝置作用于斷路器,將故障部分從電力系統(tǒng)中迅速切除,保證電力系統(tǒng)無故障部分的正常運行。 高壓斷路器的類型很多,但就其結構來講,都是由開斷元件、支撐絕緣件、傳動元件、基座及操動機構五個基本部分組成,如圖1 所示。開斷元件是斷路器的核心元

2、件,控制、保護等方面的任務都需由它來完成。其他組成部分都是配合開斷元件,為完成上述任務而設置的。 第一節(jié) 高壓斷路器 2 類型和適用場所 斷路器按其所采用的滅弧介質,可分為下列幾種類型:（1）油斷路器:采用變壓器油作滅弧介質的斷路器,稱 為油斷路器,如斷路器的油還兼作開斷后的絕緣和帶電部分與接地外殼之間的絕緣介質,稱為多油斷路器;油僅作為滅弧介質和觸頭開斷后的絕緣介質,而帶電部分對地之間的絕緣介質采用瓷或其他介質的,稱為少油斷路器。主要用在不需頻繁操作及不要求高速開斷的各級電壓電網(wǎng)中。第一節(jié) 高壓斷路器 2 類型和適用場所（2）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

3、體作為滅弧介質的斷路器,稱為SF6斷路器,在電力系統(tǒng)中廣泛應用。適用于頻繁操作及要求高速開斷的場合,在我國推薦在7.240.5選用SF6斷路器,特別是126KV以上幾乎全部選用SF6斷路器。但不適用于高海拔地區(qū)。（3）真空斷路器:利用真空的高介質強度來滅弧的斷路器,稱為真空斷路器,現(xiàn)已大量應用在7.240.5KV電壓等級的供（配）電網(wǎng)絡上也主要用于頻繁操作及要求高速開斷的場合,但在海邊地區(qū)使用時,應注意防凝露,因為會使斷路器滅弧室滅弧能力下降。 目前,在電力系統(tǒng)中主要使用以上三種形式的斷路器,而一些舊式斷路器,如空氣斷路器等,已逐步被淘汰。第一節(jié) 高壓斷路器 3 型號表示方法（GB標準）高壓斷

4、路器的型號是由字母和數(shù)字組成,表示如下:第一節(jié) 高壓斷路器 4 主要技術參數(shù)（1）額定電壓額定電壓。額定電壓是指斷路器能承受的正常工作線電壓。目前,我國電力系統(tǒng)中斷路器采用的額定電壓等級為（10KV、35KV、66KV、110KV、220KV、330KV、500KV)。（2）額定電流。額定電流是指斷路器可以長期通過的工作電流。斷路器長期通過額定電流時,其各部分的發(fā)熱溫度不超過允許值。我國規(guī)定額定電流為:200、400、630、（1000）、1250、1600、（1500）、2000、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000A（3）額定開斷

5、電流。在額定電壓下,規(guī)定的時間內斷路器能可靠切斷的最大電流的有效值,稱為額定開斷電流Ik,它表示斷路器的斷路能力。我國規(guī)定額定開斷電流為:1.6、3.15、6.3、8、10、12.5、16、20、25、31.5、40、50、63、80、100kA等第一節(jié) 高壓斷路器 5 主要技術參數(shù)（4）動穩(wěn)定電流。斷路器在閉合位置時,所能通過的最大短路電流,稱為動穩(wěn)定電流,亦稱額定峰值耐受電流,它表明斷路器在沖擊短路電流作用下,承受電動力的能力。這個值的大小由導電及絕緣等部分的機械強度所決定（5）熱穩(wěn)定電流。熱穩(wěn)定電流是斷路器在規(guī)定時間內,允許通過的最大電流,它表示斷路器承受短路電流熱效應的 能力。以短路電

6、流的有效值表示。斷路器的銘牌規(guī)定一定 時間（1、2、4秒）的熱穩(wěn)定電流。第一節(jié) 高壓斷路器 6 滅弧原理 (1)、油斷路器的滅弧 這類斷路器用油作滅弧介質,電弧在油中燃燒時,油受電弧的高溫作用而迅速分解、蒸發(fā),并在電弧周圍形成氣泡。能有效地冷卻電弧,降低弧隙電導率,促使電弧熄滅。在油斷路器中設置了滅弧裝置（室）,使油和電弧的接觸緊密,氣泡壓力得到提高。當滅弧室噴口打開后,氣體、油和油蒸氣本身形成一股氣流和液流,按照具體的滅弧裝置結構,可垂直于電弧橫向吹弧,平行于電弧縱向吹弧或縱橫結合等方式吹向電弧,對電弧實行強力有效的吹弧,這樣,就加速去游離過程,縮短燃弧時間,從而提高了斷路器的開斷能力,電流

7、過零時滅弧。第一節(jié) 高壓斷路器(2)(2)、SF6SF6斷路器的滅弧原理斷路器的滅弧原理 SF6斷路器用SF6氣體作為滅弧介質。SF6氣體是理想的滅弧介質,它具有良好的熱化學性與強負電性。（a）熱化學性,即SF6氣體有良好的熱傳導特性 由于SF6氣體有較高的導熱率,電弧燃燒時,弧心表面具有很高的溫度梯度,冷卻效果顯著,所以電弧直徑比較小,有利于滅弧。同時SF6在電弧中熱游離作用強烈,熱分解充分,弧心存在著大量單體的S、F及其離子等,電弧燃燒過程中,電網(wǎng)注入弧隙的能量比空氣和油等作滅弧介質的斷路器低得多。因此,觸頭材料燒損較少,電弧也就比較容易熄滅。第一節(jié) 高壓斷路器（b） SF6氣體的強負電性

8、 就是這種氣體分子或原子生成負離子的傾向性強。由電弧電離所產(chǎn)生的電子,被SF6氣體和由它分解產(chǎn)生的鹵族分子和原子強烈的吸附,因而帶電粒子的移動性顯著降低,并由于負離子與正離子極易復合還原為中性分子和原子。因此,弧隙空間導電性的消失過程非常迅速?；∠峨妼屎芸旖档?從而促使電弧熄滅。第一節(jié) 高壓斷路器 (3) 真空斷路器的滅弧原理 真空斷路器應用真空作為絕緣和滅弧介質。斷路器開斷時,電弧在真空滅弧室觸頭材料所產(chǎn)生的金屬蒸氣中燃燒,簡稱為真空電弧。當開斷真空電弧時,由于弧柱內外的壓力與密度差別都很大,所以弧柱內的金屬蒸氣與帶電質點會不斷向外擴散?；≈鶅炔刻幵谝幻嫦蛲鈹U散,一面處于電極不斷蒸發(fā)出新質

9、點的動態(tài)平衡中。隨著電流減小,金屬蒸氣密度與帶電質點的密度都下降,最后在電流接近零點時消失,電弧隨之熄滅。此時,弧柱殘余的質點繼續(xù)向外擴散,斷口間的介質絕緣強度迅速恢復,只要介質絕緣強度的恢復速度大于電壓恢復上升速度,電弧最終熄滅。第一節(jié) 高壓斷路器 7 國內外知名斷路器簡介 目前世界上斷路器的生產(chǎn)主要集中在歐洲的幾大生產(chǎn)廠家如Siemens、ABB、Alstom 、Schneider和日本的幾大公司如三菱、東芝、日立。上述幾家大公司產(chǎn)品集全、幾乎都能生產(chǎn)各個電壓等級的產(chǎn)品,基本上代表了世界上最先進技術水平。我國的斷路器生產(chǎn)廠家通過技術引進和與外國著名廠商的合作,其中的5大著名開關生產(chǎn)廠商（西

10、安開關廠、沈陽高壓開關有限責任公司、平頂山天鷹集團有限公司、上海華通開關廠、北京開關廠）已經(jīng)有生產(chǎn)126550KV斷路器和GIS封閉式組合電器的能力。我公司用量比較大的是戶內中壓斷路器（7.240.5KV）目前國內用得比較多的是ABB公司的HD4、VD4系列, Siemens公司的3AH系列,國產(chǎn)的ZN12、ZN18、VS1等系列。第一節(jié) 高壓斷路器 7 國內外知名斷路器簡介 （1） ABB公司的VD4系列戶內真空斷路器VD4系列戶內真空斷路器為ABB廈門開關有限公司生產(chǎn),該系列斷路器被廣泛應用于國內各種品牌的開關柜中,主要分為固定式和手車式兩類。適用于以下狀況的開合電流: 短路電流; 負載或

11、空載線路電流; 電容器組,電動機 負載或空載的發(fā)電機和變 壓器。 第一節(jié) 高壓斷路器 7 國內外知名斷路器簡介 （2） ABB公司的HD4系列戶內SF6斷路器 HD4斷路器可用于三相交流40.5KV配電系統(tǒng)中控制和保護線路,變壓器、電機、電纜和電容器組等。由于采用SF6自能開斷技術,操作過程中不會產(chǎn)生過電壓,因此特別適合于絕緣薄弱的場合,同時電路器主要金屬部件都進行了電鍍處理,可用于濕熱及鹽霧較重的地區(qū)。第一節(jié) 高壓斷路器 7 國內外知名斷路器簡介 （2） ABB公司的HD4系列戶內SF6斷路器 HD4斷路器可用于三相交流40.5KV配電系統(tǒng)中控制和保護線路,變壓器、電機、電纜和電容器組等。由

12、于采用SF6自能開斷技術,操作過程中不會產(chǎn)生過電壓,因此特別適合于絕緣薄弱的場合,同時電路器主要金屬部件都進行了電鍍處理,可用于濕熱及鹽霧較重的地區(qū)。第一節(jié) 高壓斷路器 7 國內外知名斷路器簡介 （3） 國產(chǎn)ZN12系列戶內真空斷路器 第一節(jié) 高壓斷路器 7 國內外知名斷路器簡介 （4） 國產(chǎn)ZN28,ZN28A系列戶內真空斷路器 第一節(jié) 高壓斷路器 （5）瓷柱式與落地罐式第二節(jié) 隔離開關1 用途和結構 高壓隔離開關主要是用來隔離高壓電源、以保證安全檢修,因此其結構特點是斷開后具有明顯可見的斷開間隙。它的另一結構特點是沒有專門的滅弧裝置,因此它不能帶負荷操作。但它允許通斷一定的小電流,如勵磁電

13、流不大于2A 的空載變壓器,充電電容電流不大于5A 的空載線路以及電壓互感器回路等。開關柜用的戶內隔離開關主要有GN19系列、GN6、GN9系列。 隔離開關主要由導電部分、絕緣部分、傳動部分和底座部分組成。 一 隔離開關第二節(jié) 隔離開關 2 型號（GB標準）第二節(jié) 隔離開關 3 主要技術參數(shù)（1）額定電壓額定電壓。額定電壓是指隔離開關能承受的正常工作線電壓。目前,我國電力系統(tǒng)中隔離開關采用的額定電壓等級為（10KV、35KV、66KV、110KV、220KV、330KV、500KV)。（2）額定電流。額定電流是指隔離開關可以長期通過的工作電流。隔離開關長期通過額定電流時,其各部分的發(fā)熱溫度不超

14、過允許值。我國規(guī)定額定電流為:200、400、630、（1000）、1250、1600、（1500）、2000、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000A第二節(jié) 隔離開關 3 主要技術參數(shù)（3）動穩(wěn)定電流。隔離開關在閉合位置時,所能通過的最大短路電流,稱為動穩(wěn)定電流,亦稱額定峰值耐受電流,它表明隔離開關在沖擊短路電流作用下,承受電動力的能力。這個值的大小由導電及絕緣等部分的機械強度所決定（4）熱穩(wěn)定電流。熱穩(wěn)定電流是隔離開關在規(guī)定時間內,允許通過的最大電流,它表示隔離開關承受短路電流熱效應的 能力。以短路電流的有效值表示。隔離開關的銘牌規(guī)

15、定一定 時間（1、2、4秒）的熱穩(wěn)定電流。第二節(jié) 隔離開關 4 常用隔離開關簡介 (1) GW412252系列隔離開關第二節(jié) 隔離開關 4 常用隔離開關簡介 (1) GW412252系列隔離開關第二節(jié) 隔離開關 技術參數(shù)第二節(jié) 隔離開關 4 常用隔離開關簡介 (1) GN19系列隔離開關第二節(jié) 隔離開關 GN19系列技術參數(shù)第二節(jié) 隔離開關 應用圖例 第三節(jié) 高壓負荷開關 內容簡介1 了解負荷開關的作用、功能、分類2了解負荷開關的主要性能與參數(shù)的含義 第三節(jié) 高壓負荷開關 1 用途和結構 負荷開關的用途與它的結構特點是相對應的,從結構上看,負荷開關主要有兩種類型,一種是獨立安裝在墻上、架構上的

16、,其結構類似于隔離開關;另一種是安裝在高壓開關柜中,特別是采用真空或SF6氣體的,則更接近于斷路器。負荷開關的用途是包含了這兩種類型的負荷開關的綜合用途。 1）負荷開關在斷開位置時,像隔離開關一樣有明顯的斷開點,因此可起電氣 隔離作用。對于停電的設備或線路提供可靠停電的必要條件。 第三節(jié) 高壓負荷開關 1 用途和結構 2）負荷開關具有簡易的滅弧裝置,因而可分、合負荷開關本身額定電流 之內的負荷電流。它可用來分、合一定容量的變壓器、電容器組,一定容量的配電線路。有的車間變壓器距高壓配電室的斷路器較遠,停電時在車間變壓器室中看不到明顯的斷開點,往往在變壓器室的墻上加裝一臺高壓負荷開關,既可以就近操

17、作變壓器的空載電流,又可以提供明顯的斷開點,確保停電的安全可靠。3）配有高壓熔斷器的負荷開關,可作為斷流能力有限的斷路器使用。這時負荷開關本身用于分、合正常情況下的負荷電流,高壓熔斷器則用來切斷短路故障電流。但這里的負荷開關多為真空式或六氟化硫式,整個環(huán)網(wǎng)柜體積不大,最大可帶容量為1250KVA的變壓器。 第三節(jié) 高壓負荷開關 2 分類 負荷開關種類較多,從使用環(huán)境上分,有戶內式、戶外式;從滅弧形式和滅弧介質上分,有壓氣式、產(chǎn)氣式、真空式、六氟化硫式等。對于10KV 高壓用戶來說,老用戶用的多為戶內型壓氣式或產(chǎn)氣式的;新用戶采用環(huán)網(wǎng)柜,用的多為六氟化硫式的。而10KV 架空線路上用的則為戶外式

18、的。 第三節(jié) 高壓負荷開關 3 型號 負荷開關的型號,如FN210RS/400,由七個部分組成。從左至右:第一位,是該設備的名稱,F 代表負荷開關。第二位,表示該設備的使用環(huán)境,W 代表戶外,N代表戶內。第三位,設計序號。橫線后的第四位代表該設備的額定工作電壓,以KV為單位。第五位表示是否帶高壓熔斷器,用R表示帶有熔斷器,不帶熔斷器的就不注。第六位是進一步表明帶熔斷器的負荷開關其熔斷器是裝在負荷開關的上面還是下面,S表示裝在上面,如裝在下面就不注。第七位,表示其規(guī)格,即額定電流,以A為單位。 第三節(jié) 高壓負荷開關 4 主要技術參數(shù) 第三節(jié) 高壓負荷開關 5 部分常用負荷開關技術數(shù)據(jù) 第四節(jié) 高

19、壓熔斷器 1 用途和型號 高壓熔斷器是一種保護電器,當系統(tǒng)或電氣設備發(fā)生短路故障或過負荷時,故障電流或過負荷電流使熔體發(fā)熱熔斷、切斷電源起到保護作用。高壓熔斷器分為限流和不限流兩類。戶內高壓熔斷器為限流式熔斷器。 高壓熔斷器的型號由六部分組成,從左起第一位表示設備名稱,R代表熔斷器;第二位,使用環(huán)境,N代表戶內型;第三位,設計序號,以數(shù)字表示;第四位（橫線后面）,額定電壓,用數(shù)字表示,單位KV,第五位（空格后,斜線前）,熔斷器的額定電流。以數(shù)字表示,單位A;第六位（斜線后）,熔體的額定電流,用數(shù)字表示,單位以A 表示。例如:RN110 20/10代表:熔斷器戶內型;設計序號為1,額定電壓10K

20、V,熔斷器額定電流20A,熔體額定電流10A。第四節(jié) 高壓熔斷器 2 工作原理 熔斷器主要元件是一種易于熔斷的熔斷體,簡稱熔體,熔體或熔絲由熔點較低的金屬制成,具有較小截面或其他結構的形式,當通過的電流達到或超過一定值時,由于熔體本身產(chǎn)生的熱量,使其溫度升高,達到金屬的熔點時,熔斷切斷電源,因而完成過載電流或短路電流的保護。為了得到大的切斷能力和各種需要的保護特性,熔體的設計是一個重要問題。 熔斷器工作包括以下四個物理過程:（1）流過過載或短路電流時,熔體發(fā)熱以至熔化;（2）熔斷體氣化,電路開斷;（3）電路開后的間隙又被擊穿,產(chǎn)生電弧;（4）電弧熄滅,熔斷器的切斷能力決定于最后一個過程。 熔斷

21、器的動作時間為上述四個過程的時間總和。第四節(jié) 高壓熔斷器 3 特性 （1） 安秒特性 熔體熔化時間與通過電流值的關系稱為安秒特性。按照安秒特性進行熔斷的選擇,就可以獲得熔斷器的動作選擇。 (2)最小熔化電流在通過最小熔化電流值時,熔體必須熔化,但熔化時間長（接近于無窮大）。當電流大于熔化電流值時,熔化時迅速降低,熔斷系數(shù)要大于1,其值一般在2.5 以下,不同種類用途的熔斷器可以規(guī)定不同的熔斷系數(shù)。第四節(jié) 高壓熔斷器 3 特性 (3) 在熔斷器中,熔斷器的溫度與熔體的溫度不一樣。在最小熔斷電流時,由于發(fā)熱時間長,熔斷器管的發(fā)熱最為嚴重。(4)在不同電流值時,國家標準對于熔體的熔斷時間有規(guī)定,例如

22、,當電流為熔體額定電流130%時,熔化時間大于1 小時;當電流為額定電流的200%時,熔化時間應小于1小時。(5) 過電壓。熔斷器工作的物理過程是:間隙氣化后,線路開斷,斷點間電壓升高,使間隙擊穿,產(chǎn)生電弧。因此在熔斷器切斷過程中,有過電壓問題。這種過電壓決定于線路電流被切斷的情況以及被打穿間隙的長度。第四節(jié) 高壓熔斷器 4 常用高壓熔斷器介紹 （1） 常用的高壓戶內管形限流熔斷器 國產(chǎn)高壓管形熔斷器有RN1和RN2兩種,都是戶內式充有石英砂填料的密封管熔斷器,兩者結構基本相同,工作熔體采用焊有小錫球的銅熔絲。利用“冶金效應”（錫是低熔點金屬,過電流時,錫受熱首先熔化,熔液包圍銅,銅錫互相滲透

23、,形成熔點比較低的銅錫合金,使銅絲能在較低的溫度下熔化）第四節(jié) 高壓熔斷器 4 常用高壓熔斷器介紹斷器 使熔斷器能在較小的故障或過負荷電流時動作。同時熔絲采用幾根熔絲并聯(lián),使它們在熔斷時產(chǎn)生幾條并行電弧,使電弧與填料的接觸面增大,去游離加強,加速電弧的熄滅。工作熔體熔斷后,指示熔體接著熔斷,紅色指示器彈出。管形熔斷器熔管剖面圖第四節(jié) 高壓熔斷器 RN1和RN2型熔斷器規(guī)格表 第四節(jié) 高壓熔斷器 4 常用高壓熔斷器介紹斷器 （2）戶外型高壓熔斷器的結構及工作原理 戶外型高壓熔斷器又稱為跌開式熔斷器,俗稱跌落保險。正常情況下,熔管上部的動觸頭借助熔絲張力拉緊后,推上靜觸頭內鎖緊閉合保持閉合狀態(tài)。當被保護的變壓器或線路發(fā)生故障時,故障電流使熔絲熔斷,在熔管內產(chǎn)生電弧,消弧管在電弧高溫作用下分解出大量氣體,使熔管內壓力急劇增大,氣體向外噴出,形成對電弧有力的縱吹,使電弧迅速拉長去游離,在電流交流過零時電弧熄滅,同時由于熔絲管拉力消失,使鎖緊機構釋放,在靜觸頭的彈力和自重的作用下,使熔管跌落下來,電弧被迅速拉長,即有利于滅弧,又形成明顯的斷開距離。第四節(jié) 高壓熔斷器 部分RW型熔斷器規(guī)格表 第四