4.4.3高压开关电气设备4.4.3高压开关电气设备1．高压断路器高压断路器是高压配电装置中的重要电器，其用途是用来使高压电路在正常情况下接通或断开，以及在事故情况下自动切断故障电路，回到正常状态运行。高压断路器按灭弧介质的不同主要有真空断路器、六氟化硫（SF）断路器和少油断路器。4.4.3高压开关电气设备4.4.3高压开关电气设备（1）真空断路器：以真空作为灭弧和弧绝缘介质的断路称为真空断路器。所谓真空是相对而言的，是指气体压力在1.310-2Pa以下的空间。由于真空中基本上没有气体分子可供游离导电，且弧隙中少量导电粒子很容易向同围真空扩散，所以真空的绝缘强度比变压器油及1大气压下的SF或空气的绝缘强度高得多。真空断路器的结构主要由真空灭弧室和触头构成，真空断路器的类型有户内型（ZN型）和户外型（ZW型）。图4—4为户内型分离式线高压开关电气设备线kA，开断后断口间介质恢复速度快，介质不要换掉。2）触头开距小，10kV级真空断路器的触头开距只有10mm左右，所需的操作功率小，动作快，操作机构可以简化，寿命延长，一般可达20年左右不需检修。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）开关操作时，动作噪音小，适用于城区使用。4.4.3高压开关电气设备4.4.3高压开关电气设备6）灭弧介质或绝缘介质不用油，没有火灾和爆炸的危险。7）触头部分为完全密封结构，不会因潮汽、灰尘、有害化学气体等影响而降低其性能。工作可靠，通断稳定性很高。灭弧室作为独立的元件，安装调试简单方便。8）在真空断路器的使用的时间内，触头部分不需要维修、检查，即使维修检查，所需时间也很短。9）在密封的容器中熄弧，电弧和炽热气体不外露。10）具有多次重合闸功能，适合配电网中应用要求。所以，真空断路器适用于频繁操作和要求高速开断的场4.4.3高压开关电气设备4.4.3高压开关电气设备（2）SF断路器：以SF的特性是能在电弧间隙的游离气体中强烈地吸附自由电子，在分子直径很大的SF气体中，电子运动的自由行程不大，在同样的电场强度下产生碰撞游离的机会减少，这就使得SF有极好的绝缘和灭弧能力，与空气相比较，SF路器，可采用简单的灭弧结构以缩小继路器的外观尺寸，却具有较强的开断能力。此外，电弧在SF气体中燃烧时电弧电压特别低，燃弧时间短，所以断路器开断后触头烧损很轻微，不但可以频繁操作，同时也延长了检修周期。4.4.3高压开关电气设备4.4.3高压开关电气设备SF气体是目前知道的最理想的绝缘和灭弧介质。它比现在使用的变压器油、压缩空气乃至真空都具有无可比拟的优良特性。正因为如此，使其应用越来越广，发展相当迅速，不仅在中压、高压领域中应用，特别在高压、超高压领域里更显示出其不可取代的地位。SF断路器根据其灭弧原理可分为双压式、单压式、旋弧式结构。图4—5所示为LW8—35型SF断路器外形图。4.4.3高压开关电气设备4.4.3高压开关电气设备SF断路器设计的更加精巧、可靠、使用起来更便捷，其主要优点为：1）绝缘性能好，使断路器结构设计更为紧凑，节约空间，而且操作功小，噪音小。2）由于带电及断口均被密封在金属容器内，金属外部接地，更好地防止意外接触带电部位和防止外部物体侵入设备内部，设备可靠。3）无可燃性物质，避免了爆炸和燃烧，使变配电所的安全可靠性提高。4）SF气体在低气压下使用，能确保电流在过零附近切断，电流截断趋势减至最小，避免截流而产生的操作过电压，降低了设备绝缘水平的要求，并在开断电容电流时不产生重燃。4.4.3高压开关电气设备4.4.3高压开关电气设备5）SF气体密封条件好，能够保持装置内部干燥，不受外界潮汽的影响。6）SF气体良好的灭弧特性，使得燃弧时间短，电流开断能力大，触头的烧损腐蚀小。触头可以在较高的温度下运行而不损坏。7）燃弧后，装置内没有碳的沉淀物，所以能消除电磁痕，不发生绝缘的击穿。8）由于SF气体拥有非常良好的绝缘性能，故可以大幅度减少装置的电气距离。9）由于SF开关装置是全封闭的，可以适用于户内、居民区、煤矿或其它有爆炸危险的场所。4.4.3高压开关电气设备4.4.3高压开关电气设备（3）少油断路器：少油断路器是在多油断路器的基础上发展起来的。少油断路器的用油量很少（一般只几千克），其油主要起灭弧作用，不承担触头与油箱间的绝缘，因此相对多油断路器而言，其结构相对比较简单，节省材料，使用维护方便并得到普遍应用。但相对真空断路器及SF断路器而言，少油断路器将会逐渐被取代。4.4.3高压开关电气设备4.4.3高压开关电气设备2．高压隔离开关．高压隔离开关也称刀闸，是建筑供配电系统中使用最多的一种高压开关电器。隔离开关是一种没有灭弧装置的控制电器，因此严禁带负荷进行分、合闸操作。由于它在分闸后有着非常明显的断开点，因此在操作断路器停电后，将它拉开能够保证被检修的设备与带电部分可靠隔离，产生一个显而易见的断开点，借以缩小停电范围，又可保证人身安全。4.4.3高压开关电气设备4.4.3高压开关电气设备（1）隔离开关的功能1）隔离电源将需要检修的线路或电气设备与电源隔离，以保证检修人员的安全。隔离开关的断口在任何状态下都不能发生火花放电，因此它的断口耐压一般比其对地绝缘的耐压高出10%～15%。必要时应在隔离开关上附设接地刀闸，供检修时接地用。2）倒闸操作根据运行需要换接线路，在断口两端有并联支路的情况下，可进行分、合闸操作，变换母线）投、切小电流电路可用隔离开关开断和关合某些小电流电路。例如电压互感器、避雷器回路；励磁电流不超过2A的空载变压器和电容电流不超过5A的空载线路；变压器中性点的接地线（当中性点上接有消弧消圈时，只有在系统没接地故障时才可进行）等。4.4.3高压开关电气设备4.4.3高压开关电气设备（2）隔离开关的种类与结构：隔离开关种类很多，根据开关闸刀的运动方式可分为水平旋转式、垂直旋转式、摆动式和插入式等。高压隔离开关是由一动触头（活动刀片）和一静触头（固定触头或刀嘴）所组成，动静触头均由高压支撑绝缘子固定于底板上，底板用螺丝固定在构架或墙体上。三相隔离开关是三相连动操作的，拉杆绝缘子的底部与传动杆相连，其上部与动触头相连。由传动机构带动拉杆绝缘子，再由拉杆绝缘子推动动触头的开、合动作。图4—6示出了建筑供配电系统中常见的隔离开关结构及外形图。下一页4.4.3高压开关电气设备4.4.3高压开关电气设备3．高压负荷开关高压负荷开关大多数都用在配电系统中关合、承载、开断正常条件下（也包括规定的过载系数）的电流，并能通过规定的异常（如短路）电流的关合。也就是说负荷开关可以合、分正常的负荷电流以及关合短路电流（但不能开断短路电流）。因此负荷开关受到使用条件的限制，不能作为 电路中的保护开关，通常负荷开关必须与具有开断短路电 流能力的开关设备相配合使用，最常用的方式是负荷开关 与高压熔断器相配合，正常的合、分负荷电流由负荷开关 完成，故障电流由熔断器来完成开断。 4.4.3 高压开关电气设备 4.4.3 高压开关电气设备 由于负荷 开关的特点，一般不作为直接的保护开关， 大多数都用在较为频繁操作的场所，非重要的场合，尤其在小容 量变压器保护中，采用高压熔断器与负荷开关相配合，能体 现出较为明显的优点。当变压器发生大电流故障时，由熔断 器动作，切断电流，其动作时间在20ms左右，这远比采用断 路器保护要快的多，正常操作由负荷开关完成，提高了灵活 性。在10kV线路中采用负荷开关，以三相联动为主，当熔断 器出现故障时，无论是三相或是单相故障，当有一相熔丝熔 断后。能迅速脱扣三相联动机构，使三相负荷开关快速分断， 避免造成三相不平衡和非全相运行。 4.4.3 高压开关电气设备 4.4.3 高压开关电气设备 高压负荷开关在配电网的应用已得到了供电部门 的认可，据有关联的资料介绍，高压负荷开关在国外使用数 量已达到断路器5倍，并有继续增长趋势。这几年来随 着城市电网的改造，负荷开关的使用量起来越多，如环 网开关柜，负荷开关配用熔断器，作为高压设备保护已 经起来越受到重视，并且结构相对比较简单，制造容易，且价格 比较便宜，受到用户的认可。 4.4.3 高压开关电气设备 4.4.3 高压开关电气设备 负荷开关的各类较多，按结构可分为油、真空、SF 压气型；按操作方式分为手动和电动型负荷开关等。目前负荷开关的应用主要以产气式负荷及压气式负荷开关居多，这些产 品以户内型为主，且使用范围广泛，集中在配电网中。随着真 空开关技术及SF 型负荷开关也得到了一定的应用。产气式和压气式负荷开关与真空、 SF 负荷开关相比较，主要特征是采用了相应的产气型在允许电压下不导电的材料，在电路分断电弧的作用下，产气材料产生气压，气压按一 定方向吹动改变电弧方向，使电弧拉长而熄灭，起到灭弧开断 电流的作用。图4—7为 压气式SF 负荷开关示意图。4.4.3 高压开关电气设备 4.4.3 高压开关电气设备 4．高压熔断器 高压熔断器是最早被采用的，也是最简单的一种保护电器。 它串联在电路中使用。当电路中通过过负荷电流或短路电流时， 利用熔体产生的热量使它自身熔断，切断电路，以达到保护的 目的。 熔断器主要由金属熔体、连接熔体的触头装置和外壳组成。 金属熔体是熔断器的主要元件，熔体的材料一般有铜、银、锌、 铅和铅锡合金等。熔体在正常工作时，仅通过不大于熔体额定 电流值的负载电流，其正常发热温度不会使熔体熔断。当过载 电流或短路电流通过熔体时，熔体便熔化断开。 4.4.3 高压开关电气设备 4.4.3 高压开关电气设备 熔体熔断的物体过程中下：当短路电流或过负荷电流通过熔 体时，熔体发热熔化，并进而气化。金属蒸汽的电导率远比固态 与液态金属的电导率低，使熔体的电阻突然增大，电路中的电流 突然减小，将在熔体两端产生很高的电压，导致间隙击穿，出现 电弧。在电弧的作用下产生大量的气体促成强烈的去游离作用而 使电弧熄灭或电弧或电弧与周围有利于灭弧的固体介质紧密接触 强行冷却而熄灭。 高压熔断器的种类很多，按安装地点可分为户内式和户外式， 按是否有限流作用又可分为限流式和非流式等。如图4-8示出RW— 10型跌开式熔断器外形图。 4.4.3 高压开关电气设备 4.4.3 高压开关电气设备 户内型分离式线 高压开关电气设备 真空断路器 用真空作绝缘和灭弧介 距小，熄弧时间很短，介质绝 缘强度恢复快 ，触头磨损小，基本免 维护，适合于频繁操作 的埸所，体积小，重量 轻，无火灾和爆炸危险 且噪声低。但容易因截 流而引起过电压。 4.4.3高压开关电气设备 4.4.3 高压开关电气设备 LW8—35型SF6断路器外形图1—出线—分合指示 10—铭牌 11—传动