接时要有严格的操作工艺外小值不锈钢波纹管的作用不仅能犢真空灭弧室内部的真空状态与外部的大气状态隔 离开来,而且能使动触头连同动导电杆在规定的范围内运动,以完成真空开关的闭合真空断路器结构:主要由气密绝缘外壳、导电回路、屏蔽系统、触头、波纹管等部分组成陶瓷外 壳真空灭弧室,气密绝缘外壳包括玻璃和陶瓷两种气密绝缘系统:由玻璃或陶瓷制成的气密绝缘外壳、动端盖板、定端盖板,不锈钢波 纹管组成了气密绝缘系统为了保证玻璃、陶瓷与金属之间有良好的气密性,除了封 ,还要求材料本身的透气性尽量小和内部放气量限制到极与分断操作导电系统:定导电杆、定跑弧面、定触头、动触头、动跑弧面、动导电杆构成了灭弧 室的导电系统其中定导电杆、定跑弧面、定触头合称定电极,动触头、动跑弧面、 动导电杆合称动电极,由真空灭弧室组装成的真空断路器,真空负荷开关和真空接触 器合闸时,操动机构通过动导电杆的运动,使两触头闭合,完成了电路的接通为了 使两触头间的接触电阻尽可能减小且保持稳定和灭弧室承受动稳定电流时有良好的机 械强度,真空开关在动导电杆一端设置有导向套,并使用一组压缩弹簧,使两触头间 保持有一个额定压力当真空开关分断电流时,灭弧室两触头分离并在其间产生电 弧,直至电流自然过零时电弧熄灭,便完成了电路的开断。
屏蔽系统:真空灭弧室的屏蔽系统主要由屏蔽筒,屏蔽罩和其他零件组成屏蔽系统的主要作用是: 1.防止触头在燃弧过程中产生大量的金属蒸汽和液滴喷溅, 污染绝缘外壳的内壁,避免造成真空灭弧室外壳的绝缘强度下降或产生闪络 2.改善 真空灭弧室内部的电场分布,有利于真空灭弧室绝缘外壳的小型化,尤其是对于高电 压的真空灭弧室小型化有显著效果 3.吸收一部分电弧能量,冷凝电弧生成物特别 是真空灭弧室在开断短路电流时,电弧所产生的热能大部分被屏蔽系统所吸收,有利 于提高触头间的介质恢复强度屏蔽系统吸收电弧生成物的量越大,说明他吸收的能 量也越大,这对增加真空灭弧室的开断容量起良好作用触头系统:触头是产生电弧、熄灭电弧的部位,对材料和结构的要求都比较高对触头材料有以下要求:1.高开断能力要求材料本身的导电率大,热传导系数小, 热容量大,热电子发射能力低2.高击穿电压击穿电压高,介质恢复强度就高,对 灭弧有利3.高的抗电腐蚀性即经得起电弧的烧蚀,金属蒸发量少4.抗熔焊能力 5.低截流电流值,希望在 2.5A 以下6.低含气量其中低含气量是对所有真空灭弧室 内部所使用材料的要求特别是铜材,必须要求低含气量的特殊工艺处理的无氧铜。
而焊料等则采用白银、铜的合金断路器用真空灭弧室的触头材料大都采用铜铬合 金,铜与铬各占 50%在上、下触头的对接面上各焊上一块铜铬合金片,一般厚度各 为 3mm 其余部分称为触头座,用无氧铜制造即可触头结构对灭孤室的开断能力有 很大影响采用不同结构触头产生的灭弧效果有所不同的,早期采用简单的圆柱形触 头,结构虽简单,但开断能力不能满足断路器的要求,仅能开断10kA以下电流,并且 仅有真空负荷开关、高压真空接触器等用真空开关管才采用常采用的有螺旋糟型结 构触头、带斜槽杯状结构触头和纵磁场杯状结构触头三种,其中以采用纵磁场杯状结 构触头为主波纹管:真空灭弧室的波纹管主要担负保证动电极在一定范围内运动和长期保持高真 空的功能,并保证真空灭弧室具有很高的机械寿命真空灭弧室的波纹管是由厚度为 0.1~0.2mm 的不锈钢制成的薄壁元件真空开关在分合过程中,灭弧室波纹管受伸缩 作用,波纹管截面上受变应力作用,所以波纹管的寿命应根据反复伸缩量和使用压力 来确定波纹管的疲劳寿命和工作条件的受热温度有关,真空灭弧室在分断大的短路 电流后,导电杆的余热传递到波纹管上,使波纹管的温度升高,当温升达到一定程度 时,这就会影响波纹管的疲劳强度。
工作原理:真空泡内的真空灭弧室是利用高真空工作绝缘灭弧介质,靠密封在真空中的 一对触头来实现电力电路的通断功能的一种电真空器件当其断开一定数值的电流时, 动静触头在分离的瞬间,电流收缩到触头刚分离的 一点上,出现电极间电阻剧烈增大和 温度迅速提高,直至发生电极金属的蒸发,同时形成极高的电场强度,导致极强烈的发射 和间隙击穿,产生真空电弧,当工频电流接近零时,同时也是触头开距的增大,真空电弧的 等离子体很快向四周扩散,电弧电流过零后,触头间隙的介质迅速由导电体变为绝缘体, 于是电流被分断由于触头的特殊构造,燃弧期间触头间隙会产适当的纵向磁场,这个 磁场可使电弧均匀分布在触头表面,维持低的电弧电压,从而使真空灭弧室具有较高弧 后介质强度恢复速度,小的电弧能量和小的腐蚀速率这样,就提高了真空灭弧室开断 电流的能力和使用寿命SF6 断路器结构:①瓷柱式结构:取积木式,系列性强,可用多个相同的单元灭弧室和支柱瓷套 组成不同电压等级的断路器中国FA4 - 550型SF6断路器为瓷柱式结构,其额定电压 为 500 千伏,最高工作电压为 550 千伏断路器由三个独立的单相和一个液压、电气 控制柜组成每相由两个支柱瓷套的四个灭弧室(断口)串联而成。
在每个支柱瓷套 顶部装着两个单元灭弧室,为120夹角V形布置,两个均压并联电容器为水平布置这 种结构布置既考虑到结构的机械应力状态,又照顾到绝缘的要求灭弧室和支柱瓷套 内均充有额定压力的SF6气体瓷柱式断路器使用液压操作机构液压机构的控制和 操作元件以及线路均设于控制柜内每相断路器的下部装有一套液压机构的动力元 件,如液压工作缸等灭弧室由液压工作缸直接操动支柱瓷套内装有绝缘操作杆, 操作杆与液压工作缸相连接②罐式结构:采用了箱式多油断路器的优点,将断路器 与互感器装在一起,结构紧凑,抗地震和防污能力强/旦系列性较差中国LW-220型 罐式SF6断路器单相结构如图li1|屯操作能式单相由 有液压机构和、纟绝缘瓷套管、电流 控制柜,可以单独此种断路器为三相分装 装有单断口灭弧室的壳体组成每相配 通过电气控制进行三相操作断路器 采用双向纵吹武灭弧室,分闸时,通过拐臂箱传动机构,带动气缸及动触头运动灭弧室 充有额定气压为6 表压(20乜的SF6气体1接践端子2上均压环3出线瓷套管4下均压性能:1・阻塞效应 充分发挥气流的吹弧效果,灭弧室体积小、结构简单、开断电流 大、燃弧时间短,开断电容或电感电流无重燃或无复燃,过电压低。
2•电气寿命长50kA满容量连续开断可达19次,累计开断电流可达4200kA,检修周期长,适于频繁 操作3•绝缘水平高 六氟化硫气体在0.3MPa气压时,通过了各种绝缘试验并有较大 裕度累计开断电流3000kA以后,在0.3MPa气压下每个断口还可耐受工频电压250kV达1 min,将六氟化硫气体减至零表压仍可耐受工频电压166.4kV5 min4■密 封性能好 六氟化硫气体含水量低;灭弧室、电阻和支柱分成独立气隔,现场安装时 不用打开,安装好后用自动接头连通;安装检修方便,并可防止脏物和水分进入断路 器内部自我保护和监视系统完备 液压机构内的信号缸可实现对断路器的自我保护:有密度 继电器监视六氟化硫气体泄漏;有压力开关和安全阀监视液压机构压力,保护液压系 统安全液压机构采用了可防止 "失压慢分"的阀系统,本体上就可进行机构闭锁,保 证运行安全控制回路中采用了两套分闸电磁铁和防跳保护,保证操作准确无误5. 操作功率小,缓冲平稳 机构工作缸与灭弧动触头的传动比为 1:1,机构特性稳定 机构特性稳定性可达 3000次,机构寿命研究试验做到10000次,操作噪声小于 90dBSF6电气特性:SF6是一种具有高介电强度的介质。
在均匀电场下,SF6的介电强度约 为同一气压下空气的 2、5~3倍,在3个大气压下其介电强度与变压器油相当实践 证明:在空气掺入少量六氟化硫气体,空气的绝缘强度显著提高;相反,在六氟化硫 气体中加入少量的空气则六氟化硫气体的绝缘强度也会明显下降由于SF6的介电强 度高,因此,在对相同电压等级和和开断电流相近的断路器,SF6的串联断口数要 少,例如我国研制的LR - 220型SF6断路器,单断口电压为220KV ;又如500KV的少 油断路器为6~8个断口,而SF6断路器只有3~4个断口SF6的电晕起始电压比空气 高得多,介电强度与所加电压的频率无关,但是应该引起注意的是电场均匀性、杂 质、电极的形状和不规则性等,对SF6的介电强度均有一定强度SF6气体中的水分 对绝缘将发生影响SF6中所含水分超过一定浓度时使SF6在温度达200弋以上就可 能产生分解,分解的生成物中有氢氟酸,这是一种有强腐蚀性和剧毒的酸类此外, 水分的凝结对沿边绝缘也有害的因此,在SF6的电气设备中,应严格控制水分的含 量压缩空气断路器结构:压缩空气断路器的主要构成部分是灭弧室按压缩空气吹弧方式,断路器灭弧 室分为横吹和纵吹两种。
在实际应用中,通常是两种吹弧方式同时存在,但以一种吹弧方式为主灭弧室的几种基本形式见图a 構吹 或:心肚头旳毕冋裁A叹 u 由金恥哂 口的单向纵吹 d ch绝散•贵口的斗■向纵吠(白由喷射〉 己取向对林纵吹 £ 衣的非对竹纵吹图a是具有绝缘隔板的横'吹灭弧室气流方向与电弧轴向垂直压缩空气气流将电弧 吹入隔板,因此电弧有曲折的形状,长度增加,同时与隔板紧密接触,使去除电离过程加 速横向吹弧方式虽然熄弧效果较好,但灭弧室结构复杂,体积较大,一般只用于电压等 级较低的断路器中(例如发电机保护断路器),而不适用于高电压,大容量的场合图b~f是几种纵吹形式气流方向与电弧轴平行纵吹可分为单向吹弧(b,c,d)和双 向吹弧(e,f)在单向吹弧中,两个触头可均为实心(棒),或者一个是空心而另一个是 实心在双向吹弧中,两个触头均为空心图 b 是实心触头单向纵吹的灭弧室压缩空气沿电弧轴向高速运动而强烈吹弧,从而 使电弧直径缩小、表面冷却,并从弧隙去除电离粒子这种结构的缺点是,触头顶端 附近未能受到气吹而易受电弧烧损,弧隙中易有金属蒸气而降低弧隙介质强度,电弧 易重燃图 c 是具有一个空心和一个实心触头的单向纵吹灭弧室。
压缩空气从弧隙带走电离粒 子,经过空心静触头迅速排到大气中气吹使电弧从静触头喷口的工作面移动到其内 表面实心触头端部采用圆锥形图 d 是自由喷射式在开断时,实心动触头离开静触头,在灭弧室外部发生电弧当 动触头进入灭弧室体内而完全开放喷口时,压缩空气冲入大气中,使电弧受到强烈的 横吹和纵吹图 e 是具有两个空心触头的双向吹弧灭弧室压缩空气开始时对电弧径向吹弧,然后 分成两个气流纵向吹弧对于双喷口,两个弧根都在触头的内表面双向吹弧比单向 吹弧能更迅速地从弧隙去除电离粒子但弧隙气压较低为了提高弧隙气压,可以将 其中一个空心触头做成收缩截面,成为双向非对称纵吹,如图f所示特点::①动作快,开断时间短,70年代已使用一周波断路器这在很大程度上提高 了电力系统的稳定性②具有较高的开断能力,可以满足电力系统所提出的较高额定 参数和性能要求③可以采用积木式结构,系列性强油断路器多油和少油断路器:多油断路器 其灭弧室装在一个接地金属箱中,通常用油量较多, 油既用作灭弧介质又用作对地绝缘多油断路器结构简单,性能可靠,可以制成超高压等 级(如362kV),并可方便地带电流互感器,配套性强,户外使用时受大气条件的影响 小。
多油断路器的使用历史悠久,使用和制造技术成熟,曾在电力系统中起过重要作 用但多油断路器也有很多的缺点,特别是在超高压等级时,体积庞大,消耗大量的 钢材和变压器油,运输和安装均有较大困难,引起爆炸和火灾的危险性大所以多油 断路器已趋于淘汰少油断路器 其灭弧室装在与大地绝缘的油箱中油箱既可用金属做成,也可以用绝 缘材料制成油仅作为灭弧介质和断口间绝缘用,而不作对地绝缘用,用油量少少 油断路器主要由底架、绝缘子、传动系统、导电系统、触头、灭弧室、油气分离器、 缓冲器及油面指示器等部分组成合闸时,操动机构通过传动拐臂连杆(见开关机构), 把力传到主轴,主轴带动3根绝缘拉杆使三极动触杆向上作直线运动,最后插入静触 头中,操动机构扣住触杆,使断路器保持在闭合位置在这一过程中,开断弹簧拉伸 贮能,为分闸作准备分闸是当操作机构脱扣时,由于开断弹簧力的作用,使主轴转 动带动拉杆,从而使动触杆向下运动最后因开断弹簧的预拉力作用,主轴拐臂紧靠 在分闸定位件上,从而使断路器保持在断开的位置上llOkV及以上电压等级的户外 式少油断路器多采用开断电弧的单元断口(或称开断单元)串联、积木式组合的落地 式总体结构标准开断单元的电压为55~110kV。
例如SW6型少油断路器,开断单元 为55kV,属于这一系列的220kV和330kV的少油断路器将取双柱四断口和三柱六断口 的结构,每极由四个和六个开断单元串联而成,各断口上均并联电容器以均匀开断时 断口的电压分布;每极各用一个单独的液压操动机构操作 SW7-220 型 220kV 少油断 路器,因开断单元为llOkV,所以每极取单柱双断口的结构少油断路器的突出特点是 结构简单,易于制造和维修、价格低、使用方便与多油断路器相比,少油断路器体 积小、重量轻、用油量少,能采用积木式组装成超高压少油断路器,并在电力系统中 被广泛应用其缺点是燃弧时间长,动作较慢,检修周期短,维修工作量大,受单元 断口的电压限制,发展特高压等级有困难等灭弧室:由绝缘材料制成并装设在触头周围,用以限制电弧、并产生高速气流对电弧 进行强烈气吹而使电弧熄灭按照产生气吹的能漏灭弧室可以分为3类①自能气吹 式灭弧室:利用电弧自身的能量使油分解出气体,提高灭弧室中的压力,当吹弧口打 开时,由于灭弧室内外的压力差而在吹弧口产生高速油气流,对电弧进行气吹而使之 熄灭②外能气吹式灭弧室:利用外界能量(通常是由油断路器合闸过程中被贮能的弹 簧提供)在分断过程中推动活塞,提高灭弧室的压力驱动油气吹弧而熄灭电弧。
也有称 此为强迫油吹式灭弧室③综合式灭弧室:它综合了自能吹弧和外能吹弧的优点,利 用电弧自身的能量来熄灭大电流电弧,利用外界能量来熄灭小电流电弧,并可改善分 断特性这种灭弧室结构稍复杂,但分断性能好超高压少油断路器中大多数采用这 种灭弧室油断路器灭弧室中吹弧形式主要有4种(见图)①纵吹:油气沿电弧轴线方向吹过电弧 表面②横吹:油气垂直于电弧轴线方向吹弧③纵横吹:既利用横吹又利用纵吹的 复合吹弧形式④环吹:油气从四周垂直于电弧轴线方向吹弧按照主要吹弧形式可将油断路器的灭弧室分别称为纵吹灭弧室、横吹灭弧室、纵横吹灭弧室和环吹灭弧。