煤礦供電高壓設(shè)備課件

第三章 地面供電設(shè)備1第二節(jié) 高壓設(shè)備第二節(jié) 高壓設(shè)備2一、隔離開關(guān)高壓隔離開關(guān)—文字符號QS1.隔離開關(guān)的作用隔離高壓電源，以保證對其他電器設(shè)備及線路的安全檢修及人身安全。因此其結(jié)構(gòu)特點是斷開后具有明顯可見的斷開間隙，且斷開間隙的絕緣及相間絕緣都是足夠可靠的。隔離開關(guān)沒有滅弧裝置，所以不容許帶負荷操作。但可容許通斷一定的小電流，如勵磁電流不超過2A的35KV、1000KV·A及以下的空載變壓器電路、電容電流不超過5A的10KV及以下、長5Km的空載輸電線路以及電壓互感器和避雷器回路等。隔離開關(guān)的分類及型號按安裝地點分戶內(nèi)式和戶外式；按有無接地開關(guān)分不接地、單接地、雙接地；隔離開關(guān)的型號含義：3戶內(nèi)式高壓隔離開關(guān)型號較多，常用的有GN8、GNl9、GN24、GN28、4GN30等戶內(nèi)式系列，圖4-32所示為GN8-10高壓隔離開關(guān)的外形結(jié)構(gòu)圖。它的三相閘刀安裝在同一底座上，閘刀均采用垂直回轉(zhuǎn)運動方式。GN型高壓隔離開關(guān)一般采用手動操動機構(gòu)進行操作。3.戶內(nèi)式高壓隔離開關(guān)圖3-5

戶內(nèi)型隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)圖

1－上接線端子2－靜觸頭3－閘刀4－套管絕緣子5－下接線端子6－框架7－轉(zhuǎn)軸8－拐臂9－升降絕緣子10－支柱絕緣子54.戶外高壓隔離開關(guān)戶外高壓隔離開關(guān)常用的有GW4、GW5、和GW1等系列。GW4-35型的戶外高壓隔離開關(guān)的外形如圖4-33所示。為了熄滅小電流電弧，該隔離開關(guān)安裝有滅弧角條。采用的是三柱式結(jié)構(gòu)。圖3-6

戶外隔離開關(guān)

1－角鋼架2－支柱瓷瓶3－旋轉(zhuǎn)瓷瓶4－曲柄5－軸套6－傳動裝置7－管形閘刀8－工作動觸頭9、10－滅弧角條11－插座

12、13－接線端

14－曲柄傳動機構(gòu)6二、負荷開關(guān)（一）負荷開關(guān)的作用和型號7高壓負荷開關(guān)—文字符號QL1.作用：能通斷一定的負荷電流和過負荷電流，但是不能用它來斷開短路電流；高壓負荷開關(guān)大多還具有隔離高壓電源，保證其后的電氣設(shè)備和線路安全檢修的功能，這種負荷開關(guān)又稱“功率隔離開關(guān)”或“負荷隔離開關(guān)”。2.特點：只具有簡單的滅弧裝置，必須借助熔斷器來切斷短路電流，故負荷開關(guān)常與熔斷器一起使用。負荷隔離開關(guān)斷開后通常有明顯的斷開間隙，與高壓隔離開關(guān)一樣。3.高壓負荷開關(guān)的類型：根據(jù)所采用的滅弧介質(zhì)不同分 固體產(chǎn)氣式、壓氣式、油浸式、真空式和六氟化硫（SF6）等按安裝場所分戶內(nèi)式和戶外式兩種4.高壓負荷開關(guān)全型號的表示和含義如下：（二）戶內(nèi)型負荷開關(guān)結(jié)構(gòu)國內(nèi)目前多采用FN2-10RT及FN3-10RT型的壓氣式負荷開關(guān)。圖4-36為FN3-10RT戶內(nèi)壓氣式負荷開關(guān)外形結(jié)構(gòu)圖。8圖4-36

FN3-10RT戶內(nèi)壓氣式負荷開關(guān)外形1－主軸2－上絕緣子兼氣缸3－連桿4－下絕緣子5－框架6－RNI型熔斷器7－下觸座8－閘刀9－弧動觸頭10－絕緣噴嘴(內(nèi)有弧靜觸頭)11－主靜觸頭

12－上觸座13－斷路彈簧

14－絕緣拉桿

15－熱脫扣器9三、斷路器10是高壓輸配電線路中最為重要的電氣設(shè)備，它的選用和性能直接關(guān)系到線路運行的安全性和可靠性。1．作用通斷正常的負荷電流和過負荷電流；通斷一定的短路電流；在保護裝置作用下，自動跳閘，切斷短路電流。2．類型（1）高壓斷路器按采用的滅弧介質(zhì)分1）油斷路器 按油量大小分為少油和多油兩類。多油斷路器的油量多，兼有滅弧和絕緣的雙重功能；少油斷路器的油量少，只作滅弧介質(zhì)用。

2）六氟化硫(SF6)斷路器3）真空斷路器(一)

油斷路器以密封的絕緣油作為開斷故障的滅弧介質(zhì)的一種開關(guān)設(shè)備，有多油斷路器和少油斷路器兩種形式；它較早應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，技術(shù)已經(jīng)十分成熟，價格比較便宜，廣泛應(yīng)用于各個電壓等級的電網(wǎng)中。結(jié)構(gòu)特點：多油斷路器：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，便于在套管上加裝電流互感器，配套性強。其絕緣油既是滅弧介質(zhì)，又是主要的絕緣介質(zhì)。技術(shù)性能特點多油斷路器：額定電流不易做得很大；開斷小電流時，燃弧時間較長；開斷速度較慢；運行維護特點多油斷路器：運行維護簡單；噪聲低；檢修周期短；需配備一套油處理裝置。111.多油斷路器：

型斷路器為典型代表。DW8-35型多油斷路器12除了35k

V的多油斷路器仍然在少量生產(chǎn)和使用外，其余電壓等級的多油斷路器已停止生產(chǎn)。一般用于偏遠的、經(jīng)濟落后的地區(qū)。以DW8-35斷路器采用三相分箱式結(jié)構(gòu)，三相及操動機構(gòu)裝在一個公共支架上。每相由高壓電容套管、套管式電流互感器、靜觸頭、滅弧室、導(dǎo)電橫梁、提升桿、傳動機構(gòu)、油箱、框架和操動機構(gòu)組成。各相分別裝在單獨的油箱蓋上，每相兩個斷口，每個斷口由一個電容套管和滅弧室組裝而成。采用縱橫吹滅弧。電流互感器在電容套管芯外并固定于油箱蓋上，每臺斷路器可附裝6～12個套管式電流互感器。三相的觸頭傳動系統(tǒng)用拉桿連在一起，由一個操動機構(gòu)進行聯(lián)動操作。操動機構(gòu)利用直流電磁鐵進行合、分閘操作，也可手動分閘。操動機構(gòu)箱采用三開門結(jié)構(gòu)，箱內(nèi)裝有電磁操動機構(gòu)、直流接觸器、保護合閘線圈的熔斷器、接線端子、電纜出線盒等。箱外裝有緊急手動分閘手柄。高壓斷路器的結(jié)構(gòu)DW8-35型多油斷路器接地金屬箱型結(jié)構(gòu)示意圖斷口接地金屬箱型絕緣子支持型絕緣套管金屬箱操動機構(gòu)132.少油斷路器：

少油斷路器以變壓器油作為滅弧介質(zhì)及動、靜觸頭之間的絕緣。而用空氣、陶瓷或有機絕緣材料作為相與相之間或相與地之間的絕緣。因此，少油斷路器油量少、體積小、耗用鋼材，價格便宜。目前在我國10～220KV電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 其滅弧原理是少油斷路器在油中開斷電流時，觸頭間將產(chǎn)生電弧。高溫電弧使油急速蒸發(fā)和分解。于是電弧便在油蒸汽和油分解的氣體氣泡中燃燒。油分解的氣體中氫氣約占70～80%，而且氫氣的熱導(dǎo)率非常高，并有很強的擴散作用。氫氣和其他冷熱氣體對弧道產(chǎn)生強烈的冷卻和去游離作用，特別是當(dāng)電流經(jīng)過零值瞬間，這種作用更加強烈，有利于熄滅電弧。斷路器通常采用絕緣材料制成滅弧室，電弧在滅弧室中燃燒，利用滅弧室內(nèi)升高的壓力（可達幾十兆帕）使油一方面流動，一方面與電弧接觸，則滅弧效果更好。14油斷路器—結(jié)構(gòu)類型：少油斷路器戶內(nèi)式少油斷路器一般在110kV及220kV電壓等級中少量使用。按安裝地點分為戶內(nèi)式和戶外式兩種。戶內(nèi)式少油斷路器由框架、傳動系統(tǒng)和箱體三部分組成框架上裝：分閘彈簧31、支持絕緣子30、分閘限位器28和合閘緩沖器25。傳動系統(tǒng)：包括轉(zhuǎn)軸27和絕緣拉桿29。箱體中部裝：滅弧室，采用縱橫吹和機械油吹聯(lián)

合作用的滅弧裝置，通常為三級橫吹，一級縱吹。箱體的下部：球墨鑄鐵制成的基座22，基座內(nèi)裝

有轉(zhuǎn)軸、拐臂和連板組成的變直機構(gòu)，變直機構(gòu)

連接導(dǎo)電桿。基座下部：裝有分閘油緩沖器23和放油螺栓24，分閘油緩沖器在分閘時起緩沖作用，吸收分閘終了時的剩余能量。導(dǎo)電回路：電流由上接線座5引入，經(jīng)過靜觸頭7、導(dǎo)電桿20和滾動觸頭19，從下接線座18引出。當(dāng)斷路器分、合閘時，操動機構(gòu)通過主軸、絕緣拉桿和基座內(nèi)的變直機構(gòu)，使導(dǎo)電桿上下運動，實現(xiàn)斷路器的分、合閘。戶內(nèi)式SN10-10斷路器15絕緣子支持型結(jié)構(gòu)示意圖SW2-63型少油斷路器開斷元件支持瓷瓶操動機構(gòu)油斷路器—結(jié)構(gòu)類型：少油斷路器戶外式16斷路器的積木組合方式斷路器的積木組合方式示意圖SW2-110型少油斷路器每相單柱雙斷口油斷路器—結(jié)構(gòu)類型：少油斷路器戶外式17SW2-220型少油斷路器每相雙柱四斷口油斷路器—結(jié)構(gòu)類型：少油斷路器戶外式18(二)真空斷路器真空間隙的氣體稀薄，分子的自由行程較大，發(fā)生碰撞游離的幾率很小。真空間隙具有很高的絕緣強度。真空間隙在某一電壓下?lián)舸状魏?，由于觸頭表面的毛刺被沖擊掉，觸頭表面光潔度提高，真空間隙在該電壓下就不再擊穿了，擊穿電壓將會升高，這種象叫真空間隙的老化。這是真空間隙獨具的特點。真空間隙的絕緣強度與很多因素有關(guān)，主要與真空間隙的長度、真空度、電極材料、電極表面狀態(tài)、形狀和大小、施加電壓的波形和頻率等因素有關(guān)。19真空電弧理論運動中帶電的金屬團粒與電極間形成強電場，此電場可使團粒1.真空電?。?）真空電弧的形成

結(jié)論第一階段：觸頭蒸發(fā)形成金屬蒸汽其一，金屬橋被拉長；其二，觸頭表面結(jié)合不牢固的金屬團真空電弧的形成是一粒；其三，觸頭表面尖端突起部分的電場極強，發(fā)射自由電子轟擊陽極。第個二階電段極：自過由電程子穿。過高陰溫極金屬斑蒸汽點是真20和電極空表電面發(fā)弧射大的量自生由電命子線。當(dāng)。高速真運動空的電云時弧，使金屬原子電離產(chǎn)生帶是電離電子離。離狀子的態(tài)定向的移金動形屬成傳蒸導(dǎo)電汽流。電弧。第三階段：形成陰極斑點溫度極高，不斷蒸發(fā)金屬蒸汽，補充金屬蒸汽的損失，陰極斑點發(fā)射的電子又電離金屬蒸汽，補充離子的損失，觸頭間的預(yù)放電電流就轉(zhuǎn)變成自持的真空電弧。集聚型型電弧▉真空電弧理論（2）真空電弧的形態(tài)與熄滅當(dāng)電極上電弧電流大于10kA時，擴陰散極型斑電弧點受電磁力的作用相互吸引，使所有的陰極間斑點只個弧柱陰，坑，點電集弧聚電成一流個小運于動速度100A緩時慢，的觸陰頭極團(其直徑可達在一束電弧，觸1～2cm)頭，形上成只單有束一大電極強烈發(fā)光，觸頭表面將出現(xiàn)熔斑點，并在觸弧以許多完全這極種形態(tài)的電弧稱為集聚型電弧，這分種電離弧的將并難聯(lián)以電熄滅弧。的形頭表面做不規(guī)則的運動。當(dāng)電弧電流大于100A、小于

6kA時，陰極斑點會從一個分裂為若干個，并在陰極表面不斷向四周擴散，電態(tài)存在。擴散性電弧可以在交流電流過零時自動熄滅斑當(dāng)真空電弧的熄滅，主要取決于觸存頭的陰極現(xiàn)象、電極發(fā)熱程度及且離子向弧柱外迅速擴散的作用。21真空斷路器的分類一、按真空滅弧室的布置方式分1、落地式2、懸掛式3、綜合式和接地箱式二、按真空滅弧室的外殼分1、玻璃外殼式2、陶瓷外殼式三、按觸頭形狀分1、橫磁吹式2、縱磁吹式22真空斷路器的基本結(jié)構(gòu)23基本結(jié)構(gòu)24高壓真空斷路器的滅弧室真空滅弧室的外殼是由絕緣筒、兩端的金屬蓋板和波紋管所組成的密封容器。滅弧室內(nèi)有一對觸頭，分別焊接在各自的導(dǎo)電桿上，波紋管可以在軸向上自由伸縮。25滅弧室26高壓真空斷路器的滅弧室外殼。外殼是真空滅弧室的密封容器，它不僅要容納和支持滅弧室內(nèi)的各種部件，而且當(dāng)動、靜觸頭在斷開位置時起絕緣作用。因此，整個外殼通常由絕緣材料和金屬組成。對外殼的要求首先是氣密封要好；其次是要有一定的機械強度；再是有良好的絕緣性能。波紋管。波紋管既要保證滅弧室完全密封，又要在滅弧室外部操動時使觸頭作分合運動。常用的波紋管有液壓成形和膜片焊接兩種形式。所用材料以不銹鋼為最好。波紋管的側(cè)壁可在軸向上伸縮，其允許伸縮量決定了滅弧室所能獲得的觸頭最大開距。一般情況下，波紋管的疲勞壽命也決定了滅弧室的機械壽命。27高壓真空斷路器的滅弧室（3）屏蔽罩。觸頭周圍的屏蔽罩主要是用來吸附燃弧時觸頭上蒸發(fā)的金屬蒸氣，防止絕緣外殼因金屬蒸氣的污染而引起絕緣強度降低和絕緣破壞，同時，也有利于熄弧后弧隙介質(zhì)強度的迅速恢復(fù)。屏蔽罩還能起到使滅弧室內(nèi)部電壓均勻分布的作用。在波紋管外面用屏蔽罩，可使波紋管免遭金屬蒸氣的燒損。屏蔽罩的導(dǎo)熱性能越好，其表面冷卻電弧的能力也就越好。因此，制造屏蔽罩常用材料為無氧銅、不銹鋼和玻璃，銅是最常用的。28高壓真空斷路器的滅弧室（4）觸頭。觸頭是真空滅弧室內(nèi)最為重要的元件，滅弧室的開斷能力和電氣壽命主要由觸頭狀況來決定。目前真空滅弧室的觸頭系統(tǒng)，就接觸方式而言，都是對接式的。29▉真空斷路器優(yōu)缺點；；(1)動觸頭開距小,動作快；

(2)燃弧時間短，觸頭燒損輕

(3)壽命長，適于頻繁操作；

(4)適用于頻繁操作的場合，特別適用于開斷容性負載電流操作功率小，動作快，噪聲小，運行維護簡單；滅弧室不用維修，無爆炸和發(fā)生火災(zāi)的危險。30(三)六氟化硫斷路器（1）雙壓力式SF6斷路器最 的SF6斷路器是根據(jù)壓縮空氣斷路器的氣吹滅弧原理設(shè)計的。通常設(shè)計采用全密封結(jié)構(gòu)，0.3MPa（表壓力）的低壓氣體作為斷路器內(nèi)部的絕緣介質(zhì)，

1.5MPa

（表壓力）的高壓氣體用作滅弧。由于這種斷路器內(nèi)部有兩種不同的壓力，故稱為雙壓力式SF6斷路器，又稱為第一代SF6斷路器。在60年代，它被譽為開斷電流最大、工作性能最好的斷路器，大有取代當(dāng)時壓縮空氣斷路器的趨勢。3132（2）單壓力式SF6斷路器33雙壓力式SF6斷路器工作性能雖然良好．但必須配置一臺在密封循環(huán)中工作的氣體壓縮機，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、

價格昂貴。另外，1.5MPa（表壓力）高壓SF6氣體的液化溫度高，工作溫度必須保持在8°C以上，低溫環(huán)境下需要加熱才能工作，這也是一個致命的弱點。因此很快被第二代SF6斷路器，即單壓力（壓氣）式SF6斷路器所取代。單壓力（壓氣）式SF6斷路器，外形上與雙壓式無多大差別。斷路器內(nèi)部只有一種壓力，一般為0.6MPa(表壓力)，它是依靠壓氣作用實現(xiàn)氣吹來滅弧的。341、六氟化硫斷路器是通過吹出SF6氣體來完成吹弧，它的吹弧速度快、燃弧時間短、開斷電流大，能有效保護中、高壓電路的安全。六氟化硫斷路器在斷開電容或電感電流后，不存在重燃和復(fù)燃的危險。2、六氟化硫斷路器的使用壽命很長、檢修周期長，并能適應(yīng)短時間內(nèi)的頻繁操作，有良好的安全性和耐用性。六氟化硫斷路器在50kA滿容量的情況下能連續(xù)開斷19次，斷開的電流累計達到了4200kA。3、六氟化硫斷路器是使用六氟化硫氣體作為絕緣介質(zhì)，這種氣體的絕緣水平極高，在0.3MPa氣壓下，能輕松通過各種絕緣實驗，并有較大的裕度。4、六氟化硫斷路器的結(jié)構(gòu)簡單、密封性好，滅弧室、電阻和支柱成獨立氣隔，且六氟化硫本身的含水量較低。六氟化硫斷路器的安裝和檢修方便，不需打開斷路器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，能保持六氟化硫斷路器內(nèi)部良好的密閉性

六氟化硫斷路器與其他斷路器相比具有以下特點

35（四）斷路器的主要參數(shù)及型號1.技術(shù)參數(shù)額定電壓額定電壓是指斷路器長時間運行時能承受的正常工作電壓。

我國采用的額定電壓等級有：3、6、10、35、60、110、220、330、500、750、1000kV。額定電流額定電流是指銘牌上標(biāo)明的斷路器可長期通過的工作電流。斷路器長期通過額定電流時，各部分的發(fā)熱溫度不會超過允許值。額定電流也決定了斷路器觸頭及導(dǎo)電部分的截面。額定開斷電流（額定開斷電流是指斷路器在額定電壓下能正常開斷的最大短路電流的有效值。它表征斷路器的開斷能力。開斷電流與電壓有關(guān)。當(dāng)電壓不等于額定電壓時，斷路器能可靠切斷的最大短路電流有效值，稱為該電壓下的開斷電流。當(dāng)電壓低于額定電壓時，開斷電流比額定開斷電流有所增大。36（四）斷路器的主要參數(shù)及型號技術(shù)參數(shù)額定關(guān)合電流保證斷路器能關(guān)合短路而不致于發(fā)生觸頭熔焊或其它損傷，所允許接通的最大短路電流。熱穩(wěn)定電流熱穩(wěn)定電流是指在規(guī)定的某一段時間內(nèi)，允許通過斷路器的最大短路電流。熱穩(wěn)定電流表明了斷路器承受短路電流熱效應(yīng)的能力。動穩(wěn)定電流動穩(wěn)定電流是指斷路器在合閘位置時，允許通過的短路電流最大峰值。它是斷路器的極限通過