開關(guān)電器原理與應(yīng)用 20040605

開關(guān)電器總體介紹

概述開關(guān)電器主要用來閉合與開斷正常電路和故障電路或用來隔離高壓電源的。根據(jù)開關(guān)電器在電路中擔(dān)負(fù)的任務(wù)，可以分為下列幾類:

僅用來在正常工作情況下，斷開或閉合正常工作電流的開關(guān)電器，如高壓負(fù)荷開關(guān)、低壓閘刀開關(guān)、接觸器、磁力啟動器等。僅用來斷開故障情況下的過負(fù)荷電流或短路電流的開關(guān)電器，如高、低壓熔斷器。既用來斷開或閉合正常工作，也用來斷開或閉合過負(fù)荷電流或短路電流的開關(guān)電器，如高壓斷路器、低壓自動空氣斷路器等。不要求斷開或閉合電流，只用來在檢修時隔離電壓的開關(guān)電器，如隔離開關(guān)等。高壓斷路器是電力系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)任務(wù)最繁重、地位最重要、結(jié)構(gòu)也最復(fù)雜的開關(guān)電器。對斷路器的基本要求是：在各種情況下應(yīng)具有足夠的開斷能力、盡可能短的動作時間和高度的工作的可靠性。斷路器最重要的任務(wù)就是熄滅電弧，所以，各種斷路器都有不同結(jié)構(gòu)的滅弧裝置，它在很大程度上影響斷路器的性能。根據(jù)斷路器所采用的滅弧介質(zhì)及作用原理，斷路器可分為下列幾種類型：油斷路器：采用油作為滅弧介質(zhì)的斷路器，現(xiàn)以很少采用。壓縮空氣斷路器：采用壓縮空氣作為滅弧介質(zhì)的斷路器。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氣體作滅弧介質(zhì)的斷路器。真空斷路器：利用真空的高介質(zhì)強度來滅弧的斷路器，稱真空斷路器。高壓斷路器的分類高壓斷路器的基本參數(shù)

額定電壓：是指斷路器長期工作的標(biāo)準(zhǔn)線電壓。最高工作電壓為1.1~1.15UN額定電流：是指額定頻率下長期通過斷路器且使斷路器無損傷、各部部分發(fā)熱不超過長期工作的最高允許發(fā)熱溫度的電流。其大小決定觸頭的尺寸結(jié)構(gòu).額定開斷電流：在額定電壓下，能保證正常開斷的最大短路電流稱為額定開斷電流。額定開斷容量SbrN＝1.732UNIbrN關(guān)合能力：衡量斷路器關(guān)合短路故障能力的參數(shù)為額定關(guān)合短路電流。其數(shù)值以關(guān)合操作時，瞬態(tài)電流第一個大半波峰值來表示，一般制造部門對關(guān)合短路電流取額定開斷電流的2.55倍。短時熱電流(也稱熱穩(wěn)定電流)：指斷路器在合閘位置，在規(guī)定的時間內(nèi)(標(biāo)準(zhǔn)時間為2S，需要大于2S時推薦為4S)能夠承受而不發(fā)生損壞的電流的有效值。是衡量斷路器承受電流熱效應(yīng)能力的參數(shù)。峰值耐受電流(也稱動穩(wěn)定電流)：指在規(guī)定的使用條件和性能下，斷路合閘位置時所能承受而不發(fā)生損壞的電流峰值。數(shù)值上和額定短路關(guān)合電流相等，它反映在了斷路器承受由于短路電流產(chǎn)生的電動力的耐受性能。斷路器的操作機(jī)構(gòu)

高壓斷路器都是帶觸頭的電器，通過觸頭在分、合動作達(dá)到開斷與關(guān)合電路的目的，因此必須依靠一定的機(jī)械操作系統(tǒng)才能完成。在斷路器本體以處的機(jī)械操作裝置稱為操作機(jī)構(gòu)，而操動機(jī)構(gòu)與斷路器動觸頭之間連接的部分稱為傳動機(jī)構(gòu)和提升機(jī)構(gòu)。根據(jù)能量形式的不同，操作機(jī)構(gòu)可分為手動操作機(jī)構(gòu)(CS)、電磁操作機(jī)構(gòu)(CD)、彈簧操作機(jī)構(gòu)(CT)、電動機(jī)操作機(jī)構(gòu)(CJ)、氣動操作機(jī)構(gòu)(CQ)、液壓操作機(jī)構(gòu)(CY)等。彈簧操作機(jī)構(gòu)：利用已儲能的彈簧為動力使斷路器動作的操動機(jī)構(gòu)稱彈簧操動機(jī)構(gòu)，彈簧儲能通常由電動機(jī)通過減速裝置來完成。液壓操作機(jī)構(gòu)：液壓操作機(jī)構(gòu)是以壓縮氮氣為能源，利用液壓傳動系統(tǒng)工作原理，來使斷路器動作的操作機(jī)構(gòu)。因為液壓油的性能受溫度的影響很大，在操作機(jī)構(gòu)箱殼內(nèi)有的裝有電加熱器，以保證液壓油的工作溫度不低于規(guī)定的數(shù)值。六氟化硫(SF6)斷路器

SF6氣體的性能和滅弧性能：SF6氣體是一無色、無味、無毒、非燃燒性、亦不助燃的非金屬化合物，在常溫常壓下，其密度是空氣的五倍。SF6氣體雖本身無毒，但在電弧作用下，少量分解物(如SF4)對人體有害，一般需設(shè)置吸附劑來吸收，運行中要求對水分和氣體進(jìn)行嚴(yán)格檢測，而且要求在通風(fēng)良好的條件下進(jìn)行操作。SF6氣體的絕緣性能：SF6氣體分子量強烈的電負(fù)性，很容易捕獲電子而形成質(zhì)量較大、活動性低的負(fù)離子，這種負(fù)離子在電場中的行程很短，很難積累能量來產(chǎn)生碰撞游離，同時正負(fù)離子復(fù)合的幾率大為增加，因此，在一個大氣壓下，SF6的絕緣能力超過空氣的2倍，3個大氣壓下其絕緣能力就和變壓器油相當(dāng)。SF6氣體的滅弧性能：SF6在電弧作用下接受電能而分解成低氟化合物，但電弧電流過零時，低氟化合物則急速再結(jié)合成SF6，故弧隙介質(zhì)強度恢復(fù)過程極快。所以，SF6氣體的滅弧能力相當(dāng)于同等條件下空氣的100倍；此外，電弧弧柱的電導(dǎo)率高、燃弧電壓低、弧柱能量小。斷路器實物滅弧室支持瓷柱均壓環(huán)硬引接線采用由阿爾斯通公司生產(chǎn)的GL317500KV斷路器電暈環(huán)柱型絕緣子操作機(jī)構(gòu)箱滅弧室底座控制箱500KV斷路器發(fā)電機(jī)出口斷路器采用由ABB公司生產(chǎn)的戶內(nèi)型、金屬封閉、自冷、水平布置、SF6氣體絕緣HEC7型發(fā)電機(jī)出口斷路器。額定工作電壓（kV）:22最高工作電壓（kV）:24額定電流（A）:22000額定頻率（Hz）:50500KV隔離開關(guān)GW10-550DW/3150A：單柱垂直伸縮式隔離開關(guān),防污型，單接地，主刀、地刀均采用電動機(jī)構(gòu)（可手動操作）。采用由西電高壓開關(guān)有限公司生產(chǎn)的隔離開關(guān)。500KV隔離開關(guān)單柱式隔離開關(guān)雙柱式隔離開關(guān)三柱式隔離開關(guān)隔離開關(guān)的作用分閘后，建立可靠的絕緣間隙，將需要檢修的線路或電氣設(shè)備與電源隔開，以保證檢修人員及設(shè)備的安全根據(jù)運行需要，換接線路分合線路中的小電流，如套管、母線、短電纜的充電電流分合一定容量空載變壓器的勵磁電流隔離開關(guān)不能拉、合正常運行以及故障時的負(fù)荷電流。否則將造成重大事故?。?！真空斷路器德國ABB的VD4真空斷路器

1－上連接端子2－真空滅弧室3－絕緣套筒4－下連接端子5－滾動觸頭6－觸頭彈簧7－絕緣連桿8－分閘彈簧9－雙臂連桿10－驅(qū)動軸11－脫扣機(jī)構(gòu)12－操動機(jī)構(gòu)盒真空滅弧室為什么采用真空斷路器真空斷路器是在真空容器中利用真空的絕緣和滅弧性能關(guān)合和開斷電流的設(shè)備，因其具有開斷能力強、開斷時間短、體積小、重量輕、壽命長、適宜頻繁操作、不需要經(jīng)常檢修等優(yōu)點，在配電系統(tǒng)中得到了普遍應(yīng)用。真空斷路器真空的絕緣性能和滅弧性能：在高度真空(1.35×10-2Pa)下，空間氣體分子數(shù)目很少，發(fā)生碰撞的幾率很少，很難發(fā)生碰撞游離。在這種氣體稀薄的空間，絕緣強度很高，比變壓器油和一個大氣壓下的SF6氣體絕緣強度都高得多。真空中的電弧是在觸頭電極蒸發(fā)出來的金屬蒸汽中形成的，電弧特性主要取決于觸頭材料的性質(zhì)及其表面狀況。產(chǎn)生電弧時，帶電粒子大量向周圍空間擴(kuò)散，在電弧電流快過零時，其擴(kuò)散速度大于產(chǎn)生速度而使電弧熄滅。真空開關(guān)具有一定的截流性質(zhì)，有可能產(chǎn)生較高的開斷過電壓。F-C開關(guān)真空泡開關(guān)本體高壓限流熔斷器低壓熔斷器：瓷插式熔斷器，常用的有RC1和RC1A系列。額定電流可在200A以內(nèi)選擇，主要用于500V以下的電路中。螺旋式熔斷器，常用的有RL1系列和RLS系列。屬于有填充料式RL1系列，額定電流可至200A；RLS系列為快速熔斷器，額定電流可至50A，因有填充料，故滅弧性能較強，用于500V以下的低壓設(shè)備。無填料封管式熔斷器，常用的有RT0，NT00、RS0、RS3、NT1、NT2系列。用于短路電流較大的網(wǎng)絡(luò)和配電裝置中，最大電流可至1000A。高壓熔斷器：戶內(nèi)高壓熔斷器，常用型號有RN1，RN2兩種，均為石英填料封閉管式。RN1型用來保護(hù)配電線路和變壓器，RN2型用來保護(hù)電壓互感器。戶外高壓熔斷器，型號常見的為RW9，屬半封閉管式，它具有滅弧性能好，斷流量大，限流能力強，維護(hù)方便，熔體可更換的物點。載熔件(保險扣)高低壓熔斷器M-PACT型框架斷路器1－馬達(dá)儲能單元2－M-PRO保護(hù)器3－二次接線端子4－分勵脫扣器5－合閘線圈6－欠壓脫扣器7－儲能手柄10－合分指示11－儲能指示12－固定式安裝支架8－合/分按鈕9－可鎖的按鈕蓋低壓開關(guān)設(shè)備接觸器：接觸器是用來遠(yuǎn)距離接通或開斷負(fù)荷電流，并適用于頻繁起動及控制電動機(jī)的低壓開關(guān)，按控制電源不同，可分交流接觸器和直流接觸器。接觸器是根據(jù)狹縫熄弧原理(電弧在滅弧片中被拉長和冷卻)使電弧熄滅。為了自動控制的需要，接觸器除主觸頭外，還有為實現(xiàn)自動控制而接在控制回路中的輔助觸點。低壓自動空氣開關(guān)(簡稱空氣開關(guān))：性能較完善，可以接通和斷開負(fù)荷電流和短路電流，但不適于頻繁操作。自動空氣斷路器原理鎧裝式金屬封閉開關(guān)柜ZS1型鎧裝中置式開關(guān)柜廈門ABB公司生產(chǎn)的真空開關(guān)柜開關(guān)柜剖面圖開關(guān)柜整體上分為四個隔室：A–母線室B–斷路器室C–電纜室D–低壓室各部件：2–分支母線3–主母線6–接地開關(guān)7–CT8–PT10--二次插頭11—壓力釋放板12—活門13—VD4斷路器小車14—地刀操作機(jī)構(gòu)16—小車操作絲杠17—主接地母線雙D型母線1-母線室隔板2-母線套管3-母線支撐墊4-絕緣罩5-螺母6-墊片7-內(nèi)六角螺栓8-墊塊9-D型主母線10-柜體分支母線D型母線實物圖壓力釋放板柜內(nèi)出現(xiàn)故障電弧時，小室內(nèi)壓力氣壓升高，由于柜門可靠密封，高壓氣體將沖開壓力釋放板。母線室、斷路器室、電纜室頂部裝有。這是裝在PT二次開口三角的消諧電阻！壓力釋放板電壓互感器型號：JDZXR-6C額定電壓比：最高工作電壓：7.2KV額定容量:0.5級，50VA6p級，100VA電流互感器型號：LZZBJ9額定電流比電源進(jìn)線柜：4000/5輸煤段電源：1500/5電機(jī)vd4差動柜：1500/5400/5300/5電機(jī)vd4綜合柜：400/5300/5200/5廠變vd4差動柜：300/5廠變vd4綜合柜：200/5電機(jī)FC柜：100/5廠變FC柜：200/5150/5100/5準(zhǔn)確度級:0.5級，5p20級零序電流互感器型號：LMZC-0.5額定電流比：50/1A額定容量：1VA準(zhǔn)確度級:10p10開關(guān)柜的柜面指示帶電指示器斷路器狀態(tài)小車開關(guān)位置地刀狀態(tài)狀態(tài)燈：綠：允許合紅：允許分白：未儲能開關(guān)柜的操作按鈕分閘/合閘機(jī)械分閘按鈕傳動桿旋鈕操作絲杠孔遠(yuǎn)方/就地切換電壓表切相開關(guān)北京四方的保護(hù)裝置機(jī)械分閘的傳動機(jī)構(gòu)地刀的三個位置指示地刀操作孔地刀指示冷卻風(fēng)扇（僅進(jìn)線開關(guān)）地刀機(jī)械指示低壓室斷路器室只有手車處于“隔離/試驗”位，二次插頭才能插上和拔下。手車處于“工作”位，由于機(jī)械聯(lián)鎖作用，二次插頭被鎖定。二次插頭未接通之前，斷路器僅能進(jìn)行手動分閘，無法手動合閘（因為合閘閉鎖電磁鐵未通電）。斷路器室只有手車處于“隔離/試驗”位，二次插頭才能插上和拔下。手車處于“工作”位，由于機(jī)械聯(lián)鎖作用，二次插頭被鎖定。二次插頭未接通之前，斷路器僅能進(jìn)行手動分閘，無法手動合閘（因為合閘閉鎖電磁鐵未通電）。這是二次插頭鎖定裝置電纜室MWD型避雷器的特點：(1)優(yōu)異的非線性伏安特性；(2)無間隙、無續(xù)流；(3)電氣設(shè)備所受過電壓可以降低；(4)通流容量大手車的進(jìn)退操作對開關(guān)手車的操作前，必須檢查開關(guān)在分閘狀態(tài)，開關(guān)柜門已關(guān)好，二次插頭插入并卡緊（二次插頭有自鎖功能）。將手柄插入絲杠機(jī)構(gòu)的插口，順時針方向轉(zhuǎn)動曲柄，直到轉(zhuǎn)不動為止，這時手車處于工作位反之，處于“試驗/隔離”位注意：拔出手柄其間不應(yīng)轉(zhuǎn)動，以免開關(guān)不到位，影響指示與控制活門與手車的連鎖斷路器手車在向隔離位置搖出時，活門自動關(guān)閉，蓋住裝在母線室和電纜室內(nèi)靜觸頭，保證操作人員不會觸及帶電體斷路器手車在向工作位置推進(jìn)中，活門自動打開將手車從隔離位移到維修小車上的操作—打開斷路器室的門—拔下二次插頭—將維修小車推到開關(guān)柜正面，調(diào)節(jié)工作臺的高度，讓其定位銷對準(zhǔn)柜前的定位孔，將維修小車往前一推使定位銷順利插入定位孔，這樣維修小車通過鎖鍵與開關(guān)柜鎖定?！騼?nèi)側(cè)壓滑動把手，解除手車與開關(guān)柜的聯(lián)鎖，將手車?yán)骄S修小車上。松開滑動把手，將手車鎖定在工作臺上?！僮麈i鍵釋放杠桿，將維修小車從開關(guān)柜前移開。接地開關(guān)的操作向下壓舌片，露出接地開關(guān)驅(qū)動軸的端部。將曲柄插入六角形轉(zhuǎn)軸，順時針方向轉(zhuǎn)動曲柄，合接地開關(guān)；反時針方向轉(zhuǎn)動曲柄，斷接地開關(guān)。轉(zhuǎn)動角度約180°。轉(zhuǎn)動時動作要求連貫。觀察接地開關(guān)的機(jī)械/電氣位置指示。EK6接地開關(guān)分合彈簧接地軟銅線短接橋電纜室門的閉鎖電纜室門操作步驟：1、壓下電纜室門右上側(cè)操作舌片2、操作接地開關(guān)至合閘位置3、用專用鑰匙打開電纜室門鎖并開啟電纜室門4、完成工作后、關(guān)閉電纜室門5、操作接地開關(guān)至分閘位置接地開關(guān)在合閘位，電纜室門才能打開。進(jìn)線開關(guān)電纜室門裝有帶電強制閉鎖裝置。注意事項：1、如開關(guān)柜不設(shè)接地開關(guān)，用專用鑰匙松開電纜室門鎖后，只需壓下操作舌片，既可打開電纜室門2、如操作舌片不能壓下，說明電纜側(cè)帶電，請分析原因，不可強行敲打母線接地小車進(jìn)線開關(guān)的PT小車的操作電纜室手車操作注意事項：1、手車推入柜體時必須使用專用的斜坡導(dǎo)軌2、手動將手車推入到“工作”位置3、手車到位后，插入兩側(cè)定位銷，定位銷插入后應(yīng)旋轉(zhuǎn)180度，保證可靠定位。這是10針插頭！防止誤操作的機(jī)械閉鎖接地開關(guān)及斷路器均在分閘位置時，手車才能從試驗/隔離位置移至工作位置或反向移動。接地開關(guān)在合閘位置時，手車不能從試驗/隔離位置移至工作位置。只有手車處于試驗/隔離位置或移開時，接地開關(guān)才能操作。只有手車已正確處于試驗/隔離位置或工作位置時，斷路器才能進(jìn)行合閘操作。手車在試驗/隔離位置或工作位置而沒有控制電壓時，斷路器不能合閘，僅能手動分閘。手車在工作位置，二次插頭被鎖定，不能被拔出。VD4真空斷路器VD4真空斷路器外觀機(jī)械合閘機(jī)械分閘動作計數(shù)器分/合閘指示手動儲能儲能指示滑動把手VD4真空斷路器背視環(huán)氧樹脂材料，免受外界影響和機(jī)械的傷害。又叫極柱VD4真空斷路器的花瓣式觸指特點：接觸電阻小散熱性能好電場分布均衡斷路器的防塵蓋白色的防塵蓋通電前需取下來咖啡色的防塵蓋有散熱孔道，可以不取小電流斷路器沒有防塵蓋防塵蓋斷路器本體結(jié)構(gòu)波紋管1－上連接端子2－真空滅弧室3－絕緣套筒4－下連接端子5－滾動觸頭6－壓力彈簧7－絕緣連桿8－分閘彈簧9－雙臂連桿10－驅(qū)動軸11－脫扣機(jī)構(gòu)12－操動機(jī)構(gòu)合/分閘動作原理9–儲能手柄6–插孔35–棘輪34–傳動鏈33–蝸卷彈簧31–脫扣機(jī)構(gòu)21–凸輪盤20–雙臂連桿30–主軸真空滅弧室結(jié)構(gòu)絕緣外殼材料采用高強度的氧化鋁陶瓷.滅弧室的內(nèi)層為金屬屏蔽罩,在觸頭開合過程中電弧產(chǎn)生的金屬蒸汽在很短的時間內(nèi)就可以復(fù)合或凝聚在屏蔽罩上,使滅弧室內(nèi)的絕緣介質(zhì)強度快速恢復(fù),同時也保護(hù)了陶瓷外殼.不銹鋼波紋管是滅弧室的關(guān)鍵部件,它使得動觸頭可以在完全密封的真空滅弧室內(nèi)運動.動靜觸頭是滅弧室的心臟,采用銅鉻合金材料.14真空滅弧原理滅弧室的靜態(tài)壓力極低，約10-3～10-5pa，其絕緣強度很高，電弧很容易熄滅。分閘過程中的高溫使觸頭電極上蒸發(fā)出金屬蒸汽，從而形成電弧。由于觸頭上開有螺旋槽，電流曲折路徑效應(yīng)形成的磁場使電弧產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，可避免觸頭表面的局部過熱，同時提高開斷能力。電弧在電流第一次自然過零時就熄滅，殘留的離子、電子和金屬蒸汽只需在幾分之一毫秒的時間內(nèi)就可復(fù)合或凝聚在觸頭外面四周的屏蔽罩上，這樣滅弧室斷口的電解質(zhì)強度恢復(fù)極快。VD4整體性能一覽分閘時間：33～45ms合閘時間：55～67ms額定電流：1250/4000A短路開斷電流：40KA正常開斷壽命：30000次短路開斷壽命：50次1min工頻耐壓：42kV雷電沖擊耐壓：75kV（峰值）VC真空接觸器真空接觸器外觀真空接觸器開斷原理接觸器的主觸頭在陶瓷的真空滅弧室中操作，滅弧室中的真空水平高達(dá)1.33×10-4Pa。接觸器分閘時，真空滅弧室的動、靜觸頭快速地開斷。分閘過程中在高溫觸頭之間產(chǎn)生的金屬蒸汽使電弧持續(xù)到電流第一過零點。在電流過零點時，殘留的離子、電子和金屬蒸汽迅速凝結(jié)使動靜觸頭之間重新建立起很高的電介質(zhì)強度，維持很高的瞬態(tài)恢復(fù)電壓值。熔斷器熔斷器電動機(jī)FC開關(guān)變壓器FC開關(guān)型號CMFCEF工作電壓(kV)7.27.2熔斷電流(A)160,250160,200,250VC整體性能一覽正常電壓：6kV最大電壓：7.2kV額定電流：400A熔斷器熔體額定電流：160A額定電流下操作次數(shù)：250000次接觸器保持方式：機(jī)械自保持二次部分開關(guān)柜的繼電器、小開關(guān)Q0---真空斷路器小車Q30---真空接觸器小車QTV---進(jìn)線PT小車S301---分閘/正常/合閘選擇開關(guān)（就地電氣）S302---遠(yuǎn)方/就地選擇開關(guān)S303---投入/退出選擇開關(guān)S601---電壓表切換開關(guān)AU---供電模塊QE---地刀F1---避雷器FUH---高壓熔斷器K101---進(jìn)線綜合保護(hù)裝置K102---電動機(jī)綜合保護(hù)裝置K105---電動機(jī)（變壓器）差動保護(hù)裝置K108---備自投裝置K901---同期裝置SM10---儲能電源小開關(guān)SM30---控制及保護(hù)電源小開關(guān)SM31---帶電閉鎖電源小開關(guān)SM60---進(jìn)線PT二次小開關(guān)SM61---母線PT二次小開關(guān)SM62---母線PT二次小開關(guān)SM63---母線PT二次小開關(guān)SM90---加熱器電源開關(guān)SM91---低壓室照明小開關(guān)SM92---散熱風(fēng)扇電源小開關(guān)SM93---加熱器電源小開關(guān)TA---電流互感器TAN---零序電流互感器UA---電流變送器HL---帶電顯示器EH1---斷路器室加熱器（50W）EH2---電纜室加熱器（100W）

HG---綠燈（允許合）HR---紅燈（允許分）HW---白燈（未儲能）HL1-