第6章传统断路器.ppt

第第6 6章章 传统断路器传统断路器第一节 油断路器一、简单开断的油断路器油断路器：利用变压器油作为灭弧和绝缘介质的断路器在各种高压断路器中，油断路器是最早出现的、历史最悠久的断路器最早的油断路器是在油中简单开断的多油断路1895年瓷套管油箱空气垫变压器油静触头电弧气泡横梁(动触头)p构造特点：断路器的触头浸在变压器油中，没有专设的灭弧装置p开断时，横梁(动触头)向下运动,动、静触头间产生电弧p电弧温度很高，功率很大电弧能量中除一小部分通过传导、辐射等方式向四周散出外，大部分能量使四周的变压器油蒸发和分解，在电弧周围形成气泡p 气泡中的主要成分是油的蒸气和由油蒸气分解的其它气体油蒸气占整个气泡体积的40%，其它气体中，氢气(H2)占70%80%，乙炔(C2H2)占15%25%，甲烷(CH4 )等占5%10%p 电弧使油蒸发和分解的热气体的体积大致与电弧能量A成正比电弧电流I愈大，燃弧时间t愈长,电弧能量A就愈大，产生的气体也愈多p 气泡的体积受到周围油的惯性力和油箱壁的限制，气泡压力是比较高的(几个大气压到十几个大气压)，因此电弧是处在压力较高、导热性很好(主要是氢气的导热特别好)的气体包围之中，使电流过零后弧隙介质强度恢复很快，电弧容易熄灭。

瓷套管油箱空气垫变压器油静触头电弧气泡横梁(动触头)p小电流4kA：虽然电流大，弧柱温度高，能量大，不利于灭弧，但由于回路电动力F的作用，电弧向外侧运动，使弧柱拉长得到更好的冷却;同时，开断电流增大时，电弧使油蒸发和分解的气体也多，气泡压力也高，这些都对熄灭电弧有利p中电流：电弧能量及温度较高，产气有限，燃弧时间长燃弧时间最长时的电流称为临界开断电流开断特性：p简单开断的多油断路器的开断特性是:开断很小和很大电流时的燃弧时间都较短，而在开断2kA-4kA的电流，燃弧时间较长p 利用电弧自身能量熄灭电弧的方法称为自能式灭弧利用其它能量熄灭电弧的方法称为外能式灭弧显然，简单开断的多油断路器属于自能式灭弧为使构造简单，绝大多数油断路器都采用自能式灭弧p 自能式灭弧的油断路器，开断电流愈大，燃弧时间愈短，但这并不意味着开断电流可以无限增大例如对于简单开断的油断路器，开断电流增大时，电弧能量增加，使油蒸发和分解的气体愈多，气泡的压力也愈高，结果使油箱受到很大的压力由于油箱机械强度的限制，开断电流就不能太大此外，开断电流太大，还会出现大量喷油、触头严重烧伤、变压器油严重碳化等现象，这也是不允许的p电弧根本上是处在静止的气泡中，电弧与气泡间没有相对运动，氢气良好的冷却性能不能得到很好的发挥。

要进步冷却效果，就要设法使气体或油对电弧实行强力有效的吹拂作用p简单开断的多油断路器中，气泡压力根本上与油箱压力一样随着开断电流的增大，气泡压力和油箱压力也增大直径很大的薄壁油箱难以承受很高的压力因此，断路器的开断电流也很难进步缺点：采用灭弧室可以较好地解决上述两个问题，既能造成强有力的吹弧，又能把高压力局限在灭弧室内，强度问题容易解决因此，近代的油断路器几乎毫无例外地都装有各种类型的灭弧室，用以增大开断短路电流的才能改进：p为进一步进步油断路器的开断性能，更好地满足电力系统对断路器提出的要求，从1930年起几十年间先后出现了几百种灭弧室构造根据不同观点、不同原理研制出来的二、油吹灭弧室p纵吹：吹弧的介质气流或油流沿电弧方向的吹拂称为纵吹，纵吹能增强弧柱中的带电质点向外扩散，使新颖介质更好地与炽热电弧接触，加强电弧的冷却，有利于迅速灭弧p横吹：横吹时气流或油流的方向与触头运动方向是垂直的，或者说与电弧轴线方向垂直横吹不但能加强冷却和增强扩散，还能将电弧迅速吹弯吹长有介质灭弧栅的横吹灭弧室，栅片能更充分地冷却和吸附电弧，加强去游离在一样的工作条件下，横吹比纵吹效果要好p纵横吹：横吹灭弧室在开断小电流时因室内压力太小，开断性能较差。

为了改善开断小电流时的灭弧性能，可将纵吹和横吹结合起来F开断大电流时，电弧一般在第一、第二吹弧道翻开时依靠横吹就能熄灭假如开断电流较小，第一与第二吹弧道翻开后电弧还不能熄灭，动触头继续向下运动，待纵向喷口翻开后，依靠纵横吹作用才能使电弧熄灭p封闭泡阶段：从动静触头别离起到动触头运动到第一吹弧道即将翻开时止(“即将翻开指动触头自身马上不再堵住吹弧道口)这一段燃弧间隔 通常又称作“引弧距，这期间电弧气泡的压力增长很快三、灭弧室的压力过程p灭弧室的压力过程大致可分为封闭泡、气吹和回油三个阶段F在此阶段，电弧处在静止的气泡中，冷却作用差，电弧难以熄灭p油、气混合的气流吹弧阶段：动触头使吹弧口翻开后，气泡中的气体吹拂电弧并通过吹弧道向灭弧室外排出，同时气泡内继续有油气化分解，直到电弧过零熄灭p熄弧后的回油阶段：电弧熄灭后，灭弧室中的压力因气体的继续排出和温度的很快降低而迅速下降到达一定值后，外部新颖油开始进入灭弧室，恢复正常介质状态，为下一次开断做准备p 回油的快慢决定于灭弧过程中向外排出的油量、电弧熄灭后灭弧室内压力下降的速度以及回油途径的长短等而灭弧室向外排出的油量那么与流油缝隙的面积、开断电流的大小以及燃弧时间等因素有关。

假如燃弧过程中灭弧室向外排出的油量太大，排出的油不能很快地回到灭弧室内，将给断路器快速自动重合闸中的第二次开断带来不利的影响F应尽量增大电流过零时的压力px而减小可能出现的最大压力pmax油自能吹弧灭弧室的压力变化曲线pmaxpx 空气室体积：设置目的在于开断大电流时减小灭弧室压力缺点是对开断小电流不利空气室体积的选择要同时满足开断大电流和小电流的要求是很困难的油断路器灭弧室中要不要有空气室，意见还不一致四、灭弧室构造参数对灭弧性能的影响 引弧距： 引弧距长，封闭泡阶段也长，燃弧时间长，灭弧室压力高，开断大电流就会出现压力过高的危险反之，引弧距太短，灭弧室压力低，开断小电流就会困难些 油层高度: 从灭弧室第一个吹弧道出口处到油面的间隔 称为油层高度油层高度太小，由吹弧道排出的热气体来不及充分冷却就进入上部的缓冲空间容易引起喷火甚至爆炸;油层太高会使断路器的轴向尺寸增大油层高度1-帽盖；2-注油螺钉；3-活门；4-上帽；5-上出线座；6-油标；7-静触座；8-逆止阀；9-弹簧片；10-绝缘套筒；11、16-压圈；12-绝缘环；13-静触指；14-弧触指；15-灭弧室；17-绝缘筒；18-下出线座；19-滚动触头；20-导电杆；21-螺栓；22-基座；23-油阻尼器；24-放油螺钉；25-合闸缓冲器；26-轴承座；27-转轴；28-分闸限位器；29-绝缘拉杆；30-绝缘子；31-分闸弹簧；32-框架SN10-10I型断路器的外形安装图及其构造原理图 触头运动方向： 老式中压级少油断路器的静触头安装在油筒的底部，开断时动触头是向上运动的;但新设计的少油断路器如SN10-12等，它们的静触头放在断路器的上部，开断时动触头向下运动，这样的布置有两个优点:1)动触头向下运动时能把灭弧室下部新颖的油挤上来，喷向电弧，即所谓的压油作用。

对加强电弧冷却，特别对改善小电流的灭弧性能很有好处这一作用又称体积补偿，即动触头向下运动时让出的空间，将由同样体积的油量予以补充2)开断时电弧形成的气泡，受热的作用总是向上运动的，假设动触头向下运动将使动触头端部的弧根总是与下面冷态的新颖油接触，加强了弧根的冷却，有利于介质强度的恢复这一作用称为逆流原理，对小电流电弧的熄灭很有好处压油作用逆流原理 触头材料的影响：旧型断路器的触头材料大多采用黄铜与铜，其熔点低，在电弧作用下不仅触头烧损严重，而且产生大量的金属蒸气，不利于灭弧新型油断路器的触头端部电弧燃烧处都焊有钨铜合金对于减轻触头烧损，减少金属蒸气，改善灭弧性能都有好处1.材料方面 灭弧片材料的影响：灭弧片材料应满足以下要求:1)耐高温在几千度的高温和高速热气流的作用下，要求材料烧损小、不软化、不起层、不掉块、不开裂2)绝缘性能好在电弧高温作用下，灭弧片材料的炭化要小或不炭化，外表电阻要高3)机械性能好4)易于加工，最好能压制成形5)价格低廉五、影响油断路器灭弧性能的其它方面F常用材料：酚醛纸板、电工纸板、三聚氰胺玻璃纤维等 当熄弧间隔 确定后，进步刚分速度可以缩短燃弧时间，减少电弧能量。

但进步刚分速度需要加强分断弹簧、随之，断路器操动机构的负担也要加重了2.分闸速度对灭弧性能的影响 主要是炭化问题尤其少油断路器由于油量少，在额定开断电流下开断几次后，灭弧室中的油变为墨黑色，耐压值也明显下降因此，有些国家规定少油断路器开断三次额定开断电流后就应换油3.油质影响五、多油断路器多油断路的单相构造示意图1-导电杆;2-绝缘套管;3-油箱盖;4-传动机构;5-油标6-电流互感器;7-电容式套管;8-灭弧室;9-动触头及横担;10-油箱;11-电热器;12-放油阀p触头系统放置在装有变压器油的由钢板焊成的油箱中，油箱是接地的p多油断路器的导电部分多作成“U形，每相至少有两个断口由于导电部分必须穿过接地的箱盖，因此需要采用绝缘套管套管上还可装设几个电流互感器用以测量电流及供继电保护使用，有时还可利用电容套管测量对地电压p通常，40. 5kV及以上电压等级的多油断路器，每相各有一个油箱，称为分箱式构造为简化构造，有些电压等级较低的多油断路器，三相共用一个油箱，称为共箱式构造1.构造特点p油一方面用来熄灭电弧，另一方面又作为断路器导电部分之间以及导电部分与接地的油箱之间的绝缘介质由于用油量很多，所以称为多油断路器。

2.油的作用3.优点p构造简单；p每相两断口，可靠性较高；p气候适应性好；p配套性好，可加装CT多油断路的单相构造示意图1-导电杆;2-绝缘套管;3-油箱盖;4-传动机构;5-油标6-电流互感器;7-电容式套管;8-灭弧室;9-动触头及横担;10-油箱;11-电热器;12-放油阀4.缺点p用油量多例如252kVDW3-252多油断路器三相总重为90t，其中变压器油占48t增加了爆炸和火灾的危险性p消耗金属材料多p体积庞大，维修工作量大p分合闸速度低，动作时间长，开断电流较小5.应用p目前110kV及以上电压等级的多油断路器国内已停止生产，运行多年的也几乎全部淘汰更新p10kV等级多油断路器的品种和数量也很有限p只有35kV的多油断路器仍在批量生产和使用六、少油断路器p 按使用地点的不同，少油断路器可分为户内式与户外式两种户内式少油断路器主要供12kV-40.5kV户内配电装置使用；户外式少油断路器的电压等级较高(40. 5kV及以上)，作为输电断路器使用1.构造特点户内少油断路器1-上引出线；2-绝缘筒;3-下引出线；4-支持瓷瓶;5-绝缘拉杆；6-支架126kV户外少油断路器落地式构造)1-灭弧室；2-机构箱;3-支持瓷瓶；4-底座p 多断口积木式构造：126kV及以上的高压少油断路器几乎全部采用串联灭弧室、积木式的总体布置。

每个灭弧室相应的额定电压为63kV-126kV这种布置的主要优点：p 在一样触头行程下，多断口构造的电弧拉得更长，弧隙电阻高，从而加快了冷却效果和介质强度的恢复速度p 采用多断口后，加在每个断口上的工频和暂态恢复电压都降低了，从而对熄弧有利；p 零部件通用性强、消费维修比较方便，灭弧室研制工作量小，便于向更高电压等级开展p变压器油用来熄灭电弧和作为触头间的绝缘介质，但不作为对地绝缘对地绝缘主要采用固体绝缘件，如瓷件，环氧树脂浇铸件等因此，变压器油的用量比多油断路器少得多例如252kV的SW7-252少油断路器三相总重为3t油重只有0.8t，比多油断路器轻得多2.油的作用户内少油断路器1-上引出线；2-绝缘筒;3-下引出线；4-支持瓷瓶;5-绝缘拉杆；6-支架126kV户外少油断路器落地式构造)1-灭弧室；2-机构箱;3-支持瓷瓶；4-底座p用油量少同电压等级少油断路器的用油量只有多油断路器的10%左右；p体积小，重量轻。