斷路器原理及應(yīng)用課程課件

斷路器原理及應(yīng)用課程課件第一頁，共二十一頁，2022年，8月28日斷路器介紹高壓斷路器是電力系統(tǒng)重要設(shè)備之一，其最大特點(diǎn)就是開斷負(fù)荷電流和短路電流。它的主要功能是：正常運(yùn)行時(shí)，斷開和閉合正常工作電流，改變電力系統(tǒng)運(yùn)行方式，起控制作用；當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，快速切除故障回路，以保證非故障部分正常運(yùn)行，起保護(hù)作用高壓斷路器由五個(gè)部分組成：通斷元件，中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，操動(dòng)機(jī)構(gòu)，絕緣支撐件以及基座。斷路器的分類目前我國(guó)斷路器型號(hào)根據(jù)國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，一般由文字符號(hào)和數(shù)字按以下方式組成：

其代表意義為：

①—產(chǎn)品字母代號(hào)，用下列字母表示：S—少油斷路器；D—多油斷路器；K—空氣斷路器；L—六氟化硫斷路器；Z—真空斷路器；Q—產(chǎn)氣斷路器；C—磁吹斷路器。

②—裝置地點(diǎn)代號(hào)；N—戶內(nèi)，W—戶外。

③—設(shè)計(jì)系列順序號(hào)；以數(shù)字1、2、3……表示。

④—額定電壓，KV。

⑤—其它補(bǔ)充工作特性標(biāo)志，G—改進(jìn)型，F(xiàn)—分相操作。

⑥—額定電流，A。

⑦—額定開斷電流，KA。

⑧—特殊環(huán)境代號(hào)。第二頁，共二十一頁，2022年，8月28日斷路器的分類

油斷路器多油式斷路器多油式斷路器是以絕緣油為滅孤介質(zhì)及主要絕緣介質(zhì)的高壓斷路器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝要求低、但體積大、用鋼材和絕緣油都比較多，在電壓較高時(shí)尤其如此，所以已經(jīng)逐漸被少油式斷路器或空氣斷路器所代替。第三頁，共二十一頁，2022年，8月28日少油式斷路器1-油氣分離器2-上出線座

3-滅弧室

4-絕緣筒

5-動(dòng)觸頭桿

6-紫銅滾輪7-下出線座

8-塞桿9-基座10-主軸

11-絕緣拉桿12-分閘彈簧

13-瓣形靜觸頭第四頁，共二十一頁，2022年，8月28日SF6斷路器

SF6斷路器采用具有優(yōu)良滅弧能力和絕緣能力的SF6氣體作為滅弧介質(zhì)，具有開斷能力強(qiáng)、動(dòng)作快、體積小等優(yōu)點(diǎn)，但金屬消耗多，價(jià)格較貴。近年來SF6斷路器發(fā)展很快，在高壓和超高壓系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。尤其以SF6斷路器為主體的封閉式組合電器，是高壓和超高壓電器的重要發(fā)展方向。第五頁，共二十一頁，2022年，8月28日真空斷路器

真空斷路器是在高度真空中滅弧。真空中的電弧是在觸頭分離時(shí)電極蒸發(fā)出來的金屬蒸汽中形成的。電弧中的離子和電子迅速向周圍空間擴(kuò)散。當(dāng)電弧電流到達(dá)零值時(shí)，觸頭間的粒子因擴(kuò)散而消失的數(shù)量超過產(chǎn)生的數(shù)量時(shí)，電弧即不能維持而熄滅。真空斷路器開斷能力強(qiáng)，開斷時(shí)間短、體積小、占用面積小、無噪聲、無污染、壽命長(zhǎng)，可以頻繁操作，檢修周期長(zhǎng)。真空斷路器目前在我國(guó)的配電系統(tǒng)中已逐漸得到廣泛應(yīng)用。第六頁，共二十一頁，2022年，8月28日真空斷路器真空間隙的絕緣強(qiáng)度與滅弧性性能非常優(yōu)越,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、維修量小和適用于頻繁操作等特點(diǎn)。第七頁，共二十一頁，2022年，8月28日真空斷路器真空斷路器的主要部件的工作原理真空斷路器的機(jī)械參量開距觸頭接觸壓力接觸行程平均合閘速度平均分閘速度合閘彈跳時(shí)間合、分閘不同期性合、分閘時(shí)間回路電阻真空斷路器主要包含三大部分：真空滅弧室、電磁或彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)、支架及其他部件。真空滅開弧室氣密絕緣系統(tǒng)導(dǎo)電系統(tǒng)屏蔽系統(tǒng)觸頭波紋管第八頁，共二十一頁，2022年，8月28日與小油斷路器的優(yōu)缺點(diǎn)比較（1．滅弧室開斷后介質(zhì)恢復(fù)快，介質(zhì)不需要冷卻和更換，電弧能量低，無損耗，觸頭壓力小。

2．?dāng)嗫陂_距小，一般為9～12mm，合閘所需能量小，使用壽命長(zhǎng)，一般可達(dá)20年左右。

3．開斷電流大，觸頭電損耗小，主回路接觸電阻小。具有足夠的重合閘操作次數(shù)。

4．可靠性高，能適用于各種場(chǎng)合；維護(hù)量小，維護(hù)成本低，僅為少油斷路器的1／20左右。（1）容易產(chǎn)生操作過電壓,在開斷感性電流時(shí),會(huì)出現(xiàn)電流截?cái)喱F(xiàn)象造成較高的過電壓,因此要加裝過電壓吸收裝置,這樣設(shè)備量增加,維護(hù)量增加,費(fèi)用也上升；（2）運(yùn)行中不易監(jiān)測(cè)真空度；（3）國(guó)內(nèi)產(chǎn)品體系不多；（4）配用的合成絕緣子在火電廠運(yùn)行易積灰塵,因此,要求廠用電室的環(huán)境要相對(duì)干凈。第九頁，共二十一頁，2022年，8月28日真空斷路器的檢查真空斷路器運(yùn)行檢查內(nèi)容（1）每次將開關(guān)小車推入(或拉出)工作位置及班中檢查時(shí),對(duì)于采用玻璃包的要詳細(xì)檢查真空包內(nèi)銅片是否有氧化變色、殼體有無裂紋,如有氧化變色現(xiàn)象或裂紋,則應(yīng)更換真空包；若采陶瓷包，主要檢查其表面是否有裂紋，有細(xì)微的裂紋也應(yīng)將其更換。（2）檢查真空包外殼應(yīng)無變形。（3）支持絕緣子應(yīng)無裂痕及放電異聲。（4）運(yùn)行中的真空包應(yīng)無放電聲。一旦出現(xiàn)放電異聲,應(yīng)匯報(bào)上級(jí),停止該斷路器的運(yùn)行操作,進(jìn)行檢修。（5）引線接觸部分無過熱,引線馳度適中。（6）檢查各部位螺釘有無松動(dòng),彈簧有無損壞。（7）記錄(抄錄)開斷短路電流,通斷負(fù)荷電流,小電流和空載電流時(shí),斷路器的動(dòng)作次數(shù)。第十頁，共二十一頁，2022年，8月28日空氣斷路器

空氣斷路器是以壓縮空氣作為滅弧介質(zhì)，此種介質(zhì)防火、防爆、無毒、無腐蝕性，取用方便。空氣斷路器屬于他能式斷路器，靠壓縮空氣吹動(dòng)電弧使之冷卻，在電弧達(dá)到零值時(shí)，迅速將弧道中的離子吹走或使之復(fù)合而實(shí)現(xiàn)滅弧?？諝鈹嗦菲鏖_斷能力強(qiáng)，開斷時(shí)間短，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝要求高，有色金屬消耗多。第十一頁，共二十一頁，2022年，8月28日空氣斷路器

1-導(dǎo)電桿2-靜觸頭座

3-靜觸頭4-動(dòng)觸頭

5-導(dǎo)電板6-拉桿

7-靜觸頭8-噴口

9-定弧觸頭10-排氣閥

11-排氣孔第十二頁，共二十一頁，2022年，8月28日高壓斷路器主要參數(shù)

額定電壓(標(biāo)稱電壓)額定電流額定開斷電流動(dòng)穩(wěn)定電流關(guān)合電流熱穩(wěn)定電流和熱穩(wěn)定電流的持續(xù)時(shí)間合閘時(shí)間與分閘時(shí)間操作循環(huán)第十三頁，共二十一頁，2022年，8月28日電弧與熄弧原理

高壓斷路器基本工作原理就是滅弧原理。我們知道，當(dāng)用開關(guān)電器斷開電路時(shí)，只要電路電壓不低于10～20V，電流不小于80～100mA，開關(guān)觸頭間就會(huì)產(chǎn)生電弧。電弧是高溫高導(dǎo)電率的游離氣體，它不僅對(duì)為路器觸頭損壞嚴(yán)重，而且使電路斷開時(shí)間延長(zhǎng)。第十四頁，共二十一頁，2022年，8月28日電弧產(chǎn)生與熄滅

電弧的產(chǎn)生和維持是觸頭間中性質(zhì)點(diǎn)(分子和原子)被游離的結(jié)果。當(dāng)觸頭分離之初，觸頭間距離很小，電場(chǎng)強(qiáng)度很高(電場(chǎng)強(qiáng)度=電壓/距離)，當(dāng)超過3×106V/m時(shí)，陰極表面的電子就會(huì)被拉出，形成觸頭間的自由電子。從陰極表面發(fā)射出來的自由電子，在電場(chǎng)力的作用下，向陽極方向作加速運(yùn)動(dòng)，不斷與其他粒子發(fā)生碰撞。當(dāng)自由電子的動(dòng)能大于其他粒子的游離能時(shí)，就可使其他粒子游形成自由電子正離子。碰撞游離連續(xù)進(jìn)行的結(jié)果，導(dǎo)致觸頭間充滿了電子和離子，它具有很大的電導(dǎo)，在外加電壓作用下，觸頭中介質(zhì)被擊穿形成電弧。此時(shí)，弧隙的溫度很高可達(dá)10000℃，在高溫的作用下，氣體中中性質(zhì)點(diǎn)不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)加速，具有足夠功能的中性質(zhì)點(diǎn)相互碰撞，游離出電子和離子，這種現(xiàn)象稱為熱游離。熱游離維持電弧的燃燒。第十五頁，共二十一頁，2022年，8月28日電弧產(chǎn)生與熄滅

由于觸頭金屬表面存在大量自由電子，隨著溫度的上升，使陰極表面不斷發(fā)射電子，在電場(chǎng)力的作用下，向陽極作加速運(yùn)動(dòng)，形成熱電子發(fā)射。電弧發(fā)生游離的同時(shí)，還進(jìn)行著使帶電質(zhì)點(diǎn)減少的去游離過程。其主要發(fā)生為復(fù)合去游離和擴(kuò)散去游離。復(fù)合就是正、負(fù)電荷相互中和的過程。由于電子質(zhì)量小，易于加速，其運(yùn)動(dòng)速度約為離子的1000倍，二者相對(duì)速度愈大，復(fù)合可能性愈小，因此電子與正離子復(fù)合幾率很小。通常電子在碰撞時(shí)先附著在中性質(zhì)點(diǎn)上形成負(fù)離子，然后再與正離子復(fù)合。擴(kuò)散是指帶電質(zhì)點(diǎn)從電弧內(nèi)部逸出而進(jìn)入周圍介質(zhì)中的現(xiàn)象。由于帶電質(zhì)點(diǎn)的不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，電弧和周圍介質(zhì)的溫度差以及濃度差的存在，形成擴(kuò)散去游離。

通過上述分析，可見游離和去游離是電弧燃燒中兩個(gè)相反過程，游離有助于電弧燃燒，去游離有利于電弧熄滅。高壓斷路器就是根據(jù)電弧的這一特性，采用各種措施減弱游離過程，加強(qiáng)去游離來達(dá)到滅弧的目的。第十六頁，共二十一頁，2022年，8月28日交流電弧特性

由于交流電弧的瞬時(shí)值隨時(shí)是不斷變化，電弧的溫度、直徑及電弧電壓也隨時(shí)間變化，弧柱的熱慣性起了很大作用。所謂熱慣性是指弧柱受熱溫升和散熱降溫跟不上快速變化的電流，因而交流電弧的伏安特性為動(dòng)態(tài)特性。隨著正弦交流的周期性變化，交流電弧也將隨之每半周過一次零。在電流過零瞬間，電源不供給電弧能量，而電弧卻繼續(xù)在散失能量，弧隙間去游離增強(qiáng)，加強(qiáng)弧隙冷卻，使弧隙介質(zhì)恢復(fù)絕緣能力，達(dá)到不會(huì)被弧隙外加電壓擊穿程度，則電流過零后，電弧不會(huì)重燃。高壓斷路器中的滅弧裝置的滅弧原理就是利用交流電弧過零時(shí)自然熄滅這一特性，加強(qiáng)去游離，使電弧不再重燃，從而斷開電路。第十七頁，共二十一頁，2022年，8月28日滅弧的基本方法

電弧的能否熄滅取決于弧隙內(nèi)部的介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)和外部電路加于弧隙上的恢復(fù)電壓這兩個(gè)因素。而介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)取決于游離和去游離作用，增加弧隙去游離速度和減小弧隙電壓恢復(fù)速度，都可促使電弧熄滅。因此，高壓斷路器目前廣泛采用以下幾種滅弧方法斷開電路。

(1)采用氣體或油吹滅電弧

(2)采用多斷口滅弧

(3)采用并聯(lián)電阻/并聯(lián)電容

(4)采用滅弧介質(zhì)滅弧第十八頁，共二十一頁，2022年，8月28日斷路器出現(xiàn)的常見故障

1、絕緣事故2、拒動(dòng)、誤動(dòng)事故3、開斷與關(guān)合事故4、截流事故5、外力及其它事故6、真空斷路器的事故7、SF6高壓斷路器的事故8、隔離開關(guān)的事故第十九頁，共二十一頁，2022年，8月28日SF6氣壓降應(yīng)采取的措施

1、檢查壓力表指示，檢查是否漏氣，確定信號(hào)報(bào)出是否正確。SF6氣體嚴(yán)重漏泄時(shí)，如感覺有刺激氣味，自感不適，應(yīng)采取防止中毒的措施2、如果檢查沒有漏氣，而屬于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中的氣壓下降，應(yīng)由專業(yè)人員帶電補(bǔ)氣。如果檢查有漏氣現(xiàn)象，且SF6氣體壓力下降至第二報(bào)警值時(shí)，密度繼電器動(dòng)作，報(bào)出“合跳閘閉鎖”或“合閘閉鎖”、“分閘閉鎖”信號(hào)時(shí)，斷路器不能跳合閘，應(yīng)向調(diào)度員申請(qǐng)將斷路器停止運(yùn)行，并采取下列措施：

①取下操作保險(xiǎn)，掛“禁止分閘”警告牌。

②將故障斷路器倒換到備用母線上或旁路母線上，經(jīng)母聯(lián)斷路器或旁路斷路器供電。

③設(shè)法帶電補(bǔ)氣，不能帶電補(bǔ)氣者，負(fù)荷轉(zhuǎn)移后停電補(bǔ)氣。

④嚴(yán)重缺氣的斷路器只能作隔離開關(guān)用。如不能由母聯(lián)斷路器或旁路斷路器代替缺氣斷路器工作，應(yīng)轉(zhuǎn)移負(fù)荷，把缺氣斷路器的電流降為零后，再斷開斷路器。第二十頁，共二十一頁，2022年，8月28日交流斷路器用于直流電路

交流斷路器可以派生為直流電路的保護(hù)，但必須注意三點(diǎn)改變：1、過載和短路保護(hù)