斷路器的介紹
閱讀：54發(fā)布時間：2024-6-7
< >斷路器是發(fā)電廠及變電站重要的控制和保護設(shè)備, 它不僅可以切斷與閉合高壓電 路的空載電流和負載電流, 而且當系統(tǒng)發(fā)生故障時, 能和保護裝置、 自動裝置相配合, 迅速地切斷故障電流, 以減少停電范圍, 防止事故擴大, 保證系統(tǒng)的安全運行。 自 20世紀 90 年代初開始, 我國 35kV 以上電力系統(tǒng)中油斷路器逐漸被 SF6斷路器取代,。## 一、 斷路器的基本原理斷路器是變電站中能夠開合、 承載和開斷正常回路條件下的負荷電流, 同時能夠在規(guī)定時間內(nèi)承載和開斷異常回路條件下故障電流的機械開關(guān)裝置。 滅弧室是斷路器最主要部分之一, 能夠熄滅電力設(shè)備通斷過程所產(chǎn)生的電弧, 保證電力系統(tǒng)的安全運行。 高壓交流斷路器的滅弧原理是根據(jù)所使用的絕緣介質(zhì)而決定的, 不同的絕緣介質(zhì)會采用不同的滅弧原理, 相同的滅弧原理可以有各種不同的滅弧結(jié)構(gòu)。SF6斷路器的滅弧室主要有壓氣式和自能式兩種。 壓氣式滅弧室內(nèi)充有 0. 45MPa(20℃表壓) 的 SF6氣體, 分閘過程中, 壓氣室對靜止的活塞作相對運動, 壓氣室內(nèi)的氣體被壓縮, 與氣缸外的氣體形成壓力差, 高壓力的 SF6氣體通過噴口強烈吹拂電弧,迫使電弧在電流過零時熄滅。 一旦分閘完畢, 此壓力差很快就消失, 壓氣室內(nèi)外壓力恢復(fù)平衡。 由于靜止的活塞上裝有逆止閥, 合閘時的壓力差非常小。自能式滅弧室的基本結(jié)構(gòu)由主觸頭、 靜弧觸頭、 噴口、 壓氣室、 動弧觸頭、 氣缸、熱脹氣室、 單向閥、 輔助壓氣室、 減壓閥和減壓彈簧等組成。 分閘操作時, 操動機構(gòu)帶動支座中的傳動軸及其內(nèi)拐臂, 從而拉動絕緣拉桿、 活塞桿、 壓氣室、 動弧觸頭、主觸頭、 噴口向下運動, 當靜觸指和主觸頭分離后, 電流仍沿著未脫開的靜弧觸頭和動弧觸頭流動, 當動、 靜弧觸頭分離時其間產(chǎn)生電弧, 在靜弧觸頭未脫離噴口喉部之前,電弧燃燒產(chǎn)生的高溫、 高壓氣體流入壓氣室, 與其中的冷態(tài)氣體混合, 從而使壓氣室中的壓力提升, 在靜弧觸頭脫離噴口喉部之后, 壓氣室中的高壓氣體從噴口喉部和動弧觸頭喉部雙向噴出, 將電弧熄滅。 合閘操作時, 操動機構(gòu)帶動動觸頭、 噴口和活塞向靜觸頭方向運動, 靜觸頭插入動觸頭座內(nèi), 使動、 靜觸頭有良好的電接觸, 達到合閘的目的, 如圖所示。 ## 二、 斷路器的分類(1) 按滅弧介質(zhì)分為油斷路器、 壓縮空氣斷路器、 真空斷路器、 SF6 斷路器; 雖然每種斷路器滅弧介質(zhì)不同, 但是它們的工作實質(zhì)是相同的, 都是為了熄滅斷路器在分閘過程中產(chǎn)生的電弧, 從而保證電氣設(shè)備的安全運行。1) 油斷路器: 用油作滅弧介質(zhì)。 電弧在油中燃燒時, 油受電弧的高溫作用而迅速分解、 蒸發(fā), 并在電弧周圍形成氣泡, 能有效地冷卻電弧, 降低弧隙電導(dǎo)率, 促使電弧熄滅。 在油斷路器中設(shè)置了滅弧裝置 (室), 使油和電弧的接觸緊密, 氣泡壓力得到提高。 當滅弧室噴口打開后, 氣體、 油和油蒸氣形成一股氣流和液流, 并根據(jù)具體的滅弧裝置結(jié)構(gòu), 可垂直于電弧橫向吹弧、 平行于電弧縱向吹弧或縱橫結(jié)合等方式吹向電弧, 對電弧實行強力有效的吹弧, 這樣就加速去游離過程, 縮短燃弧時間, 從而提高了斷路器的開斷能力。2) 壓縮空氣斷路器: 其滅弧過程是在特定的噴口中完成的, 利用噴口產(chǎn)生高速氣流, 進行吹弧從而使電弧熄滅。 斷路器開斷電路時, 壓縮空氣產(chǎn)生的高速氣流不僅帶走了弧隙中大量的熱量, 從而降低弧隙溫度, 抑制熱游離的發(fā)展, 而且直接帶走了弧隙中的大量正負離子, 以新鮮的高壓空氣充于觸頭間隙, 從而使間隙介質(zhì)強度很快得到恢復(fù), 所以, 壓縮空氣斷路器相比于油斷路器, 其開斷能力強、 動作迅速、 開斷時間較短, 而且在自動重合閘中不會降低開斷能力。3) 真空斷路器: 用真空作為絕緣和滅弧介質(zhì)。 斷路器開斷時, 電弧在真空滅弧室觸頭材料所產(chǎn)生的金屬蒸氣中燃燒, 簡稱為真空電弧。 當開斷真空電弧時, 由于弧柱內(nèi)外的壓力與密度差別都很大, 所以弧柱內(nèi)的金屬蒸氣與帶電質(zhì)點會不斷向外擴散。弧柱內(nèi)部處在帶電質(zhì)點不斷向外擴散和電極不斷蒸發(fā)出新質(zhì)點的動態(tài)平衡中。 隨著電流減小, 金屬蒸氣密度與帶電質(zhì)點的密度都下降, 最后在電流接近零點時消失, 電弧隨之熄滅。 此時, 弧柱殘余的質(zhì)點繼續(xù)向外擴散, 斷口間的介質(zhì)絕緣強度迅速恢復(fù),只要介質(zhì)絕緣強度的恢復(fù)速度大于電壓恢復(fù)上升速度, 電弧就會熄滅。4) SF6斷路器: 用 SF6氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)。 SF6氣體是理想的滅弧介質(zhì), 它具有良好的熱化學(xué)性與強負電性。a. 熱化學(xué)性即 SF6氣體有良好的熱傳導(dǎo)特性。 由于 SF6氣體有較高的導(dǎo)熱率, 電弧燃燒時, 弧心表面具有很高的溫度梯度, 冷卻, 所以電弧直徑比較小, 有利于滅弧。 同時, SF6在電弧中熱游離作用強烈, 熱分解充分, 弧心存在著大量單體的 S、F 及其離子等, 電弧燃燒過程中, 電網(wǎng)注入弧隙的能量比空氣和油等作滅弧介質(zhì)的斷路器低得多。 因此, 觸頭材料燒損較少, 電弧也就比較容易熄滅。b. SF6氣體的強負電性就是這種氣體分子或原子生成負離子的傾向性強。 由電弧電離所產(chǎn)生的電子被 SF6氣體和由它分解產(chǎn)生的鹵族分子、 原子強烈的吸附, 因而帶電粒子的移動性顯著降低, 并由于負離子與正離子極易復(fù)合還原為中性分子和原子。 因此,弧隙空間導(dǎo)電性的消失過程非常迅速。 弧隙電導(dǎo)率很快降低, 從而促使電弧熄滅。(2) 按結(jié)構(gòu)型式分為瓷瓶支柱式斷路器和罐式斷路器。(3) 按操動機構(gòu)性質(zhì)分為電磁操動機構(gòu)斷路器、 液壓操動機構(gòu)斷路器、 氣動操動機構(gòu)斷路器、 彈簧操動機構(gòu)斷路器、 永磁操動機構(gòu)斷路器。(4) 按斷口數(shù)量分為單斷口斷路器和多斷口斷路器; 其中多斷口斷路器又分為帶均壓電容和不帶均壓電容斷路器。三、 斷路器的基本結(jié)構(gòu)斷路器的基本結(jié)構(gòu)主要包含基座、 操動機構(gòu)、 傳動元件、 絕緣支撐元件、 開斷元件等部分, 典型斷路器基本結(jié)構(gòu)如圖 所示。開斷元件: 接通和斷開電路, 是斷路器的核心部分。傳動元件: 將操作命令和操作動能傳遞給動觸頭。絕緣支撐元件: 支撐斷路器器身, 承受開斷元件的操動力和各種外力, 保證開斷元件的對地絕緣。操動機構(gòu): 用來提供分、 合操作能量。基座: 用來支撐和固定斷路器。
