sf6断路器概要

1、,SF6 断 路 器,东北电网有限公司大连培训中心,一、概况,二、LW6 220H断路器的技术参数,九、 SF6断路器的运行维护,三、SF6气体的特性,四、 SF6断路器灭弧室结构,五、 SF6断路器整体结构,六、均压电容器,七、 SF6气体压力的监控,八、 SF6断路器投入前的技术要求,内容提要,一、概况,（一）SF6断路器的主要优点：,1、性能稳定，开断电流大。根据导国外有的产品220KV时甚至能切断80KA大电流，与同等额定电压级的空气断路器比较，其断流容量大得多；,2、适用于超高压大容量的电力系统中；也适用于电压较低的装置中，不过用于电压低的装置中目前还不太多。,3、灭弧室介质强度恢复的很快，开断近区故障显得非常有利。SF6断路器触头不必并联电阻就能开断各种故障；,4、因为SF6绝缘强度高，介质强度恢复的很快，于是每个灭弧室的工作电压可以提高很多。这样，在超高压系统中断路器每相串联的灭弧室数目少，导致断路器结构简单，尺寸减小，安装时减少了变电所场地面积。,5、SF6断路器漏气极少，每次开断触头烧损极微小，所以允许连续开断次数多，检修周期长，运行维护很方便。,6、制作工艺要求高，

2、特别是密封工艺和零件光洁度要求高，所以目前SF6断路器价格比较贵。,（二）SF6断路器的型号：,例如：LW6 220H,二、LW6 220H断路器的技术参数,型 号,LW6 220H,气体压力（MPa）,最高工作电压(KV),额定电压(KV),额定电流(A),额定开断电流(KA),近区故障开断电流(KA),动稳定电流（峰值）(KA),热稳定电流（峰值）(3S/KA),额定关合开断电流（峰值）(KA),失步开断电流（KA）,0.6,0.4,220,252,3150,50,40,45,36,125,100,50,40,125,100,12.5,10,空载开断电流（A）,154,续表：LW6 220H断路器的技术参数,固有分闸时间(ms),全开断时间(周波),金属接触时间(ms),操作同期(ms),相间,同相,分闸,合闸,合闸,分闸,每台重量 (kg),每台气体重量 (kg),合闸时间(ms),30,90,2.5,705,3,10,2,3,6300,31,22,LW6系列SF6断路器有500、500H、220、220H，其共同特点是都采用LW6型灭弧室，220H与220的区别只是液压操动机构

3、采用了箱体发泡（冰箱）结构，可防止因温差太大造成气体压力的波动，保证低温条件下的动作特性。,0.6 Mpa适用于-30-40度的地区；,0.4 Mpa适用于-40-40度的地区；,三、通用技术参数,1、年漏气率：1%；气体含水率150ppm,2、首相开断系数：1.5；,3、满容量连续开断次数：50KA19次；,4、累计开断电流（电气寿命）：4200KA；机械寿命： 3000次。,三、SF6气体的特性,（一）、SF6气体的物理化学特性,1、无色、无味、无毒、不燃烧。,是一种惰性气体，化学性质非常稳定。加热到 500-6000C也不会分解，把SF6气体充入电气设备中，不会作用于导电材料、导磁材料和绝缘材料。在干燥情况下，即使加热到1000C，也不会与铜、铝和钢等材料发生化学作用，2000C以上才与铜、铝发生轻微化学反应。,2、 SF6是一种重分子，分子量较大（146），分子体积也较大。,3、导热系数比较大（比空气略小）。能把其中的热量较快地传导出去。,4、绝热系数不大（为1.07，空气为1.4）。,5、比热很大，在250C一个大气压时定压比热为23.22，空气为6.85，这是由于其分子量大

4、的缘故。,6、 SF6气体在低温条件下容易液化。,常温下， SF6气体是不容易液化的，在200C时即使压力达到21个大气压，仍为气态。,但在压力较高时， SF6遇到低温就出现液化现象。例如，在8个大气压下，液化温度为-220C。,液化的SF6绝缘和灭弧性能大大降低，所以低温地区应断路器的低温液化问题，必要时投入电加热装置。,7、纯净的SF6气体是无毒的。但在下列情况下可能存在少量剧毒物质：,SF6气体制造过程中残留的少量的S2F10及SF4等其他具有剧毒的杂质。,在SF6气体中产生的电弧或电晕放电时，一小部分分解为低氟化合物（ S2F10 、 SF4 、 SOF4 、 SOF2 、 SO2F2 ）。,化学反应过程： 受电能作用分解为硫原子和氟原子，在电极附近由于金属蒸汽参与反应，生成金属化合物和低氟化物：,4 SF6 +Cu +W=4 SF4 + CuF2 +W F6,2 SF6 +Cu +W=2 SF2 + CuF2 +W F6,如气体中含有水蒸汽时，还会生成腐蚀性较大的氢氟酸：,SF4 +H2O= SOF4 + 2H F,SOF2 +H2O= SO2 + 2H F,在水份较多的条件

5、下，200以上也会发生分解反应：,2SF6 +H2O= 2SO2 + 12H F +O2,反应的生成物，对于绝缘材料，金属材料都有严重的腐蚀作用，有很大的危害。,为防止毒气对电气运行和检修人员的危害，采取的措施：,1、充入SF6断路器中的新鲜气体，其SF6质量应符合国家规定，杂质含量要求如下：,水份（H2O） ： 8PPM（W/W）,空气（O2 +N2 ） ： O2 0.05%（W/W） N2 0.25%（V/V）,CF4 ： 0.05 （W/W）,游离酸（ 以H F计 ）： 1.0 PPM（W/W）,矿物油：10 PPM（W/W）,2、在SF6断路器的气体管路上装设净化系统，用以水份和有毒分解物。净化用的吸附剂为活性氧化铝（ AL2O3 ）或合成沸石（分子筛为4或5 ）等。,3、SF6气体制造厂提供的是经质量检查合格的无毒气体，但遭受电弧放电的气体是可能有毒的，在断路器上进行作业应注意：,(1)穿专用的帽子和衣服，以避免和SF6气体接触。,(2)戴上有粉尘过滤器和吸附剂的防毒面具，以保护呼吸系统。,(3)检修时发现瓷套内壁等处有粉末状物质，切不可用手直接接触，也不允许将它扬起，要用专

6、用的真空吸尘器吸除。因SF6气体分解物呈气态或固态出现。,(7)工作后要洗手。,(5)不使脸部，特别是眼睛接触SF6分解物。,(6)在无毒的SF6上工作，也要站在通风良好的地方。,(4)严禁在工作现场吸烟。,4、分解气体等对含硅材料如玻璃、电瓷等有极强的的腐蚀性。因此，凡与SF6气体接触的零件应避免使用含硅材料。可用高分子材料如四氟乙烯、环氧树脂等耐分解的材料代替。,（二） SF6气体的绝缘特性,1、在均匀电场条件下， SF6气体有很强的绝缘能力。,P（atm）,由图可以看出，在1 atm下， SF6的绝缘强度比空气大2.53倍；在3 atm下， SF6的绝缘强度就达到或超过变压器油的绝缘强度。所以SF6不容易被击穿，用它作为断口绝缘、相间绝缘和对地绝缘都很适宜。其高绝缘强度是由于SF6气体分子体积大，使气体中电子自由行程减小所致。,2、SF6的绝缘能力与电场的均匀程度关系很大，在不均匀电场中SF6击穿电压大大降低。 SF6断路器或充气的电气设备中，应尽可能地避免不均匀电场。,绝缘结构要避免因电场不均匀而出现电晕现象，以防止SF6气体分解产生腐蚀性物质，而且在中的电晕容易发展成间隙闪络

7、放电，使绝缘损坏。导电的金属零件要有良好的光洁度，结构上尽量保证不出现不均匀电场。,3、 SF6间隙的击穿电压饱和现象。,在短间隙时， SF6气体击穿电压与间隙的距离成正比增大，继续增大间隙击穿电压趋于饱和。,（三） SF6气体的灭弧特性,SF6有极强的灭弧能力，原因在于：,1、 SF6气体的导热性能好。,2、具有强烈的“负电性”。,使电弧沿半径方向温度急剧下降，电弧直径变得很细，电流集中在电弧中心，即使电流接近零值时也不会出现截流现象。,所谓“负电性”，就是中性分子具有吸附自由电子形成负离子能力。,其反应过程方程式：,由于SF6-同SF6一样重量大、体积大，SF6-负离子在电场中的活动性很差，很容易与弧隙内已经电离的正离子SF6+产生复合作用：,SF6分子以及由它分解的氟原子或其他氟化合物都具有“负电性”。,由于吸附和复合作用，使弧隙中的带电粒子很快减少，弧隙电导率很快降低，电弧电流过零后介质恢复过程大大加快，这便是SF6时间常数很小的主要原因。,5、气体的绝缘强度很高，当介质强度恢复后，再击穿困难。,4、电弧电流过零后，介质强度恢复很快。 SF6电弧时间常数只有空气的1/100，因

8、而介质强度的恢复速率比空气快100倍，灭弧能力高于空气100倍。,3、电弧电阻小，弧柱导电率高，燃弧期间电弧电压低，因而弧柱能量较小。,四、 SF6断路器灭弧室结构,SF6断路器的灭弧原理是利用高压的SF6气体，当高压区SF6气体流向低压区时，在喷口处形成强力气流，把触头间的电弧吹熄。,SF6断路器灭弧室有两种：单压式和双压式。,单压式：只有一个气压系统，灭弧室的可动部分带有压气装置，靠分闸过程中活塞气缸的相对运动，造成短时间的SF6气压升高，产生吹弧作用来熄灭电弧，我国研制的均采用单压式灭弧室 。单压式灭弧室又有定开距和变开距两种结构。,双压式：有高、低压两个气压系统，灭弧时喷嘴打开，高压SF6气体吹向低压系统，使电弧熄灭。,1、定开距灭弧室,断路器的触头由两个带喷嘴的空心静触头3、5和动触头2组成。断路器的弧隙由两个静触头保持固定的开距。,在合闸位置时，动触头跨接于两个静触头之间，构成电流通路。,由绝缘材料构成的固定活塞6和与动触头连成整体的压气罩1之间构成压气室4。操作机构通过连杆7带动动触头和压气罩所组成的可动部分。,（1）组成：,（2）动作过程：分闸操作时，压气罩同动触头向右

9、运动，使压气室内气体压缩，当喷口被打开时形成气流吹弧。,（3）特点：利用了气体介质强度大的优点，触头开距小，110KV的开距仅有30mm,触头的行程很短，熄弧时间短，但压气室的体积比较大。,2、变开距灭弧室,（1）组成：变开距灭弧室的结构形式是少油断路器设计体系发展起来的，其灭弧室的结构与少油断路器相似。,触头系统有工作触头、弧触头和中间触头。工作触头和中间触头放在外侧，可以改善散热条件，提高热稳定性。,可动部分由动触头、喷嘴和压气缸组成。设置逆止阀是为了使分闸过程中压气室的气体集中喷向喷嘴吹弧，而在合闸过程中又不在压气室形成真空。合闸时打开分闸时关闭。,（2）动作过程：分闸时，可动部分向右移动，此时压气室的压力增加，吹弧过程开始时工作触头首先分离，然后弧触头分离产生电弧，同时也产生气流向弧嘴吹弧。,（3）特点：触头在分闸过程中不断增大，最终开距比较大，起始介质强度恢复速度较快。喷嘴的形状不受限制，有利于提高开断能力，但容易被烧坏。,3、定开距与变开距灭弧室的比较：,（1）定开距灭弧室开距短，断口电场分布较均匀，绝缘性能稳定；变开距灭弧室开距大，断口电场分布较差，绝缘喷嘴置于断口之间，多次灼伤之后，可能影响断口的绝缘能力。,（2）定开距灭弧室在熄弧瞬间，开距一定，电弧长度一定，电弧能量较小，对熄弧有利；变开距灭弧室在熄弧时，开距较大，电弧拉的较长，电弧电压高，电弧能量较大，对熄弧不利。,（3）定开距灭弧室吹弧时间短，压气室的气体利用较差；变开距灭弧室吹弧时间长，压气室的气体利用充分。,（4）定开距灭弧室动触头行程较长，金属接触时间较长；变开距可动部分行程较短，金属接触时间也较短，对缩短断路器的动作时间，有利于提高系统的稳定性。,目前，国产的LW6-220和LW6-500均采用变开距灭弧室。,五、整体结构,LW6-220断路器主要由灭弧室、三联箱、支柱、联结座、密度继电器和动力单元（主储压器、工作缸、供排油阀）等组成。,1、 组成：,2、动作过程：,工作缸内的活塞受到来自供排油阀的和、分命令后，驱动支柱内的绝缘拉杆做上、下运动，经过三联箱内的连杆机构变换后，使灭弧室中的压气缸、主动触头和弧触随之运动，实现分合闸。,断路器分闸时，压

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