1、一、熔断器一、熔断器1.1.概论概论 熔断器是一种开断电器，由单个或多个专门设计的熔体熔断器是一种开断电器，由单个或多个专门设计的熔体的协调的零部件组成，当电流超过给定值到足够时间，就断的协调的零部件组成，当电流超过给定值到足够时间，就断开它所插入的电路而分断电流。熔断器承担着保护电气设备开它所插入的电路而分断电流。熔断器承担着保护电气设备和电网的重要任务，并且限制了不可避免的事故发生和确保和电网的重要任务，并且限制了不可避免的事故发生和确保了用户供电。了用户供电。按照保护对象的不同，分为三种：电力熔断器，电压互感器按照保护对象的不同，分为三种：电力熔断器，电压互感器保护用熔断器，电容器保护用
2、熔断器保护用熔断器，电容器保护用熔断器 (1)(1)熔断器发展史简介熔断器发展史简介 18791879年，最早的熔断器如下图所示，是由两根铁丝年，最早的熔断器如下图所示，是由两根铁丝连接到一个金属球上，金属球用铅锡合金或其它低熔点连接到一个金属球上，金属球用铅锡合金或其它低熔点导电材料制成，当有足够大的电流在足够长的时间内通导电材料制成，当有足够大的电流在足够长的时间内通过熔断器时，金属球会熔化而坠落，使得电路分断。过熔断器时，金属球会熔化而坠落，使得电路分断。为了用于高压线路的开断，英国人制造了造价很高的油为了用于高压线路的开断，英国人制造了造价很高的油浸式熔断器。美国也在较高电压下推广应用
3、油浸式熔断器。浸式熔断器。美国也在较高电压下推广应用油浸式熔断器。高压喷射跌落式熔断器，开断能力在数百高压喷射跌落式熔断器，开断能力在数百几千安培，几千安培，已经有一百多年的历史。有单端、双端和逐级排气三种。灭已经有一百多年的历史。有单端、双端和逐级排气三种。灭弧原理是利用熔体自身熔断，形成电弧，然后在电弧高温作弧原理是利用熔体自身熔断，形成电弧，然后在电弧高温作用下，将灭弧管内的产气材料气化产生大量气体，再依靠此用下，将灭弧管内的产气材料气化产生大量气体，再依靠此气体在电流过零时将电弧吹灭。气体在电流过零时将电弧吹灭。高压限流式熔断器，主要用于高压限流式熔断器，主要用于3 335kV35kV
4、系统。它的基本系统。它的基本结构都是由瓷管或环氧玻璃纤维管、绕于柱式骨架上的熔丝、结构都是由瓷管或环氧玻璃纤维管、绕于柱式骨架上的熔丝、灭弧介质和指示触发器等组成。并在两端密封。它的触发器灭弧介质和指示触发器等组成。并在两端密封。它的触发器目前有三种：弹簧式、炸药式、鼓膜式。灭弧原理是靠石英目前有三种：弹簧式、炸药式、鼓膜式。灭弧原理是靠石英砂的强烈冷却作用，使得短路电流在达到最大值之前就被切砂的强烈冷却作用，使得短路电流在达到最大值之前就被切断。因此，它的开断能力较大，开断时间也特别短。断。因此，它的开断能力较大，开断时间也特别短。真空熔断器，体积小，额定电流数百安培，开断电流可真空熔断器，
5、体积小，额定电流数百安培，开断电流可达达30kA30kA以上。以上。不同熔断器组合组成全范围熔断器。不同熔断器组合组成全范围熔断器。(1)(1)由限流式和喷射式组成的高压全范围熔断器。限流式熔断器因由限流式和喷射式组成的高压全范围熔断器。限流式熔断器因石英砂具有限流作用，开断大故障电流能力很强，而开断低过载电流比石英砂具有限流作用，开断大故障电流能力很强，而开断低过载电流比较困难，喷射式熔断器对低过载电流的开断能力较强，而大电流故障的较困难，喷射式熔断器对低过载电流的开断能力较强，而大电流故障的开断较为困难。将两者优点结合起来就可以组成全范围熔断器。开断较为困难。将两者优点结合起来就可以组成全
6、范围熔断器。(2)(2)由限流式和真空式组成的全范围熔断器。真空熔断器的特点是对由限流式和真空式组成的全范围熔断器。真空熔断器的特点是对大电流大电流(50kA(50kA以上以上)不能起限流作用，而对小电流易于开断。因此它与限不能起限流作用，而对小电流易于开断。因此它与限流式组合起来可以达到全范围保护的目的。流式组合起来可以达到全范围保护的目的。(3)(3)熔体由两种不同熔点的金属串联构成的全范围熔断器。这种熔断熔体由两种不同熔点的金属串联构成的全范围熔断器。这种熔断器的熔体是由在带状银熔体中间串入一种熔点较低的金属器的熔体是由在带状银熔体中间串入一种熔点较低的金属(如金硅合金如金硅合金)构成，
7、其外面套有产气的辅助灭弧管。构成，其外面套有产气的辅助灭弧管。(4)(4)采用冶金效应达到全范围保护的限流熔断器。它是在一般限流式采用冶金效应达到全范围保护的限流熔断器。它是在一般限流式熔断器的带状银熔体的表面敷置低熔点金属小球熔断器的带状银熔体的表面敷置低熔点金属小球(如锡珠如锡珠)以构成冶金效以构成冶金效应点，这样可利用冶金效应使熔体在较小电流时熔断以开断低过载电流，应点，这样可利用冶金效应使熔体在较小电流时熔断以开断低过载电流，而利用一般限流式熔断器在大电流的限流作用开断大的短路电流。而利用一般限流式熔断器在大电流的限流作用开断大的短路电流。(2)(2)技术参数技术参数 时间电流特性：分
8、为弧前时间电流特性和熔断时时间电流特性：分为弧前时间电流特性和熔断时间电流特性。下图所示为熔断器的时间电流特性曲线：间电流特性。下图所示为熔断器的时间电流特性曲线：1弧前时间电流特性弧前时间电流特性2熔断时间电流特性熔断时间电流特性 额定电压：熔断器长期工作时和分断后能承受的额定电压：熔断器长期工作时和分断后能承受的电压；电压；额定电流：允许长期通过的电流。额定电流：允许长期通过的电流。额定分断能力：指在规定使用条件（线路电压、额定分断能力：指在规定使用条件（线路电压、功率因素或时间常数）下，熔断器所能分断的预期电功率因素或时间常数）下，熔断器所能分断的预期电流（交流为有效值）。流（交流为有效
9、值）。截断电流特性：指在规定的使用条件下，表示截断电流特性：指在规定的使用条件下，表示截断电流与预期电流的关系特性，截断电流是任何非截断电流与预期电流的关系特性，截断电流是任何非对称情况下所能达到的最大值。对称情况下所能达到的最大值。I I2 2t t：表示被熔断器所保护的电路中：表示被熔断器所保护的电路中11电阻所电阻所释放的焦耳能。释放的焦耳能。2.2.高压交流熔断器的基础知识高压交流熔断器的基础知识 （1 1）熔体狭颈的形状对时间）熔体狭颈的形状对时间-电流特性的影响电流特性的影响（2 2）熔体材料和熔体厚度的应用范围熔体材料和熔体厚度的应用范围 在高压限流熔断器中，通常采用纯银作为熔体
10、材料。熔在高压限流熔断器中，通常采用纯银作为熔体材料。熔体厚度的选择要从各方面来考虑，如熔体的结构强度、正常体厚度的选择要从各方面来考虑，如熔体的结构强度、正常工作下的散热状况和开断短路电流时的突然发热等，但主要工作下的散热状况和开断短路电流时的突然发热等，但主要考虑正常工作下的散热。经常用考虑正常工作下的散热。经常用2 2片熔体并联来替代相同电片熔体并联来替代相同电流密度的熔体，这样，正常工作下的温升有显著降低。流密度的熔体，这样，正常工作下的温升有显著降低。（3 3）冶金效应的应用）冶金效应的应用 为了缩短熔断器在过载电流时的为了缩短熔断器在过载电流时的熔化时间，常在熔体上设置软锡焊点熔化
11、时间，常在熔体上设置软锡焊点。当熔断器一旦发生过载现象，则在。当熔断器一旦发生过载现象，则在熔体的软锡点上发生扩散过程，即软熔体的软锡点上发生扩散过程，即软锡焊点处的锡会渗透到纯银熔体材料锡焊点处的锡会渗透到纯银熔体材料中，这种现象称为金属的扩散作用，中，这种现象称为金属的扩散作用，也称冶金效应。利用软锡焊点可以降也称冶金效应。利用软锡焊点可以降低纯金属的熔化温度。举例来说，纯低纯金属的熔化温度。举例来说，纯银的熔点为银的熔点为960960度，而加入软锡后，度，而加入软锡后，软锡焊点处的熔点可降低到软锡焊点处的熔点可降低到220220度左度左右，右，可以大大缩短过载电流的熔化可以大大缩短过载电
12、流的熔化时间。时间。（4 4）外壳）外壳 外壳是用来安放熔体和石英砂外壳是用来安放熔体和石英砂(灭弧介质灭弧介质)的容器。它应的容器。它应具有良好的电气绝缘性能和能承受熔断器开断短路电流过程具有良好的电气绝缘性能和能承受熔断器开断短路电流过程中产生的冲击压力中产生的冲击压力(最高可达最高可达100MPa)100MPa)。同时能承受短路电流。同时能承受短路电流产生的暂时的高温，可能达到产生的暂时的高温，可能达到300300度。目前一些高压熔断器制度。目前一些高压熔断器制造厂采用高强度陶瓷或高氧化铝陶瓷作为熔断器的外壳，根造厂采用高强度陶瓷或高氧化铝陶瓷作为熔断器的外壳，根据发展趋势，部分厂家已开
13、始采用耐高温的高强度玻璃纤维据发展趋势，部分厂家已开始采用耐高温的高强度玻璃纤维管做外壳。管做外壳。熔断器的外壳两端连接向外导电的铜导体，根据国际标熔断器的外壳两端连接向外导电的铜导体，根据国际标准规定有两种型式：圆筒形状准规定有两种型式：圆筒形状(插入式插入式)和平板形状和平板形状(母线式母线式)。外壳的一端还装有指示器或撞击器，指示器用来判断熔断。外壳的一端还装有指示器或撞击器，指示器用来判断熔断器是否熔断，撞击器除用来指示熔断器是否熔断外，还同时器是否熔断，撞击器除用来指示熔断器是否熔断外，还同时用来在熔断器动作时推动相应的开关机构。用来在熔断器动作时推动相应的开关机构。（5 5）熔断器
14、在三种不同工作状态下的分析）熔断器在三种不同工作状态下的分析 1)1)正常电流下的工作状态是指通过的电流始终保持在等正常电流下的工作状态是指通过的电流始终保持在等于或小于额定电流下的工作状态。温度分布图如下图所示。于或小于额定电流下的工作状态。温度分布图如下图所示。2)2)过载电流下的工作状态过载电流下的工作状态 当熔断器超过一定数值的额定电流后，经一定时间，熔体当熔断器超过一定数值的额定电流后，经一定时间，熔体的温升将达到熔化的温度。这时的功率损耗为的温升将达到熔化的温度。这时的功率损耗为W=IW=I2 2R Rt t。随着熔。随着熔体温度的升高，熔体的电阻也将增大：体温度的升高，熔体的电阻
15、也将增大：R Rt t=R=R0 0(1+t)(1+t)。熔体温。熔体温度上升的物理过程如下图所示。度上升的物理过程如下图所示。熔体在熔化点时，由于热量突然增加使狭颈处电阻迅速熔体在熔化点时，由于热量突然增加使狭颈处电阻迅速上升。对于大多数的金属熔体的电阻都存在一种熔化的不稳上升。对于大多数的金属熔体的电阻都存在一种熔化的不稳定现象，同时达到熔化点时狭颈处界面产生恶化也会引起大定现象，同时达到熔化点时狭颈处界面产生恶化也会引起大量的热量，结果熔体和电弧发生断裂。此时电流迅速下降，量的热量，结果熔体和电弧发生断裂。此时电流迅速下降，同时电压迅速上升。同时电压迅速上升。熔化时间是过载电流的函数，当
16、电流越大熔化时间越短。熔化时间是过载电流的函数，当电流越大熔化时间越短。3)3)短路电流下的工作状态短路电流下的工作状态 在短路电流时，由于极陡的电流上升率和极高的电在短路电流时，由于极陡的电流上升率和极高的电流密度使熔体在几毫秒内所有狭颈熔化和汽化。熔化和流密度使熔体在几毫秒内所有狭颈熔化和汽化。熔化和汽化的瞬间使所有狭颈处像爆炸般的产生电弧，这时几汽化的瞬间使所有狭颈处像爆炸般的产生电弧，这时几乎无热量传输，通常称这个状态为绝热状态。乎无热量传输，通常称这个状态为绝热状态。在短路电流期间所产生的电弧能量，熔断器应能可在短路电流期间所产生的电弧能量，熔断器应能可靠地承受，并且持续到所谓允通电
17、流的数值。熔断器的靠地承受，并且持续到所谓允通电流的数值。熔断器的开断时间由熔化时间和燃弧之间两部分组成。开断时间由熔化时间和燃弧之间两部分组成。(6)(6)限压措施限压措施3.3.高压交流非限流熔断器高压交流非限流熔断器 非限流熔断器是一种电流过零的开断装置，非限流熔断器是一种电流过零的开断装置，这类熔断器的熔体较短，因此要求能使最初建立这类熔断器的熔体较短，因此要求能使最初建立的短电弧尽快拉长。非限流熔断器的结构主要有的短电弧尽快拉长。非限流熔断器的结构主要有三种：羊角开弧式、液体式和喷射式，目前最常三种：羊角开弧式、液体式和喷射式，目前最常用的为喷射式。用的为喷射式。熔体装在由有机材料管
18、做成的熔断件中，用脆的隔膜封熔体装在由有机材料管做成的熔断件中，用脆的隔膜封住顶部，管内衬有纤维之类的产气材料。开断故障电流范围住顶部，管内衬有纤维之类的产气材料。开断故障电流范围较广。这些熔断器适用于额定电流到较广。这些熔断器适用于额定电流到100A100A和额定电压和额定电压72.5kV72.5kV的三相电网，最大分断能力一般限制在的三相电网，最大分断能力一般限制在150MVA150MVA。喷射式熔断。喷射式熔断器仅供户外使用，可以从地面上用杆子替换载熔体。器仅供户外使用，可以从地面上用杆子替换载熔体。在正常工作时，熔断体的熔管和下动触头间是用活在正常工作时，熔断体的熔管和下动触头间是用活
19、动关节锁紧，使动触头在静触头背面的弹簧的压力抵住动关节锁紧，使动触头在静触头背面的弹簧的压力抵住保持合闸位置。当电力系统发生短路电流或过载电流时，保持合闸位置。当电力系统发生短路电流或过载电流时，熔断件迅速熔断，在熔断管内产生电弧，熔管内衬的产熔断件迅速熔断，在熔断管内产生电弧，熔管内衬的产气材料在电弧作用下产生大量气体，使熔管内形成很高气材料在电弧作用下产生大量气体，使熔管内形成很高的压力，沿管内通道形成强烈的电弧纵吹，迅速从管内的压力，沿管内通道形成强烈的电弧纵吹，迅速从管内喷出，在电流过零点时将电弧熄灭。熔断件熔断后，活喷出，在电流过零点时将电弧熄灭。熔断件熔断后，活动关节释放，载熔件的
20、动触头在静触头背面的弹簧压力动关节释放，载熔件的动触头在静触头背面的弹簧压力和载熔件自身的重量而迅速跌落，形成隔离间隙。和载熔件自身的重量而迅速跌落，形成隔离间隙。4.4.高压交流限流熔断器高压交流限流熔断器 高压交流限流式熔断器具有下列两个特点：开断短路电流能高压交流限流式熔断器具有下列两个特点：开断短路电流能力大；具有显著的限流效应，在短路电流还未达到最大值前，电力大；具有显著的限流效应，在短路电流还未达到最大值前，电流即被截断。流即被截断。高压交流限流式熔断器的基本结构如下图所示。高压交流限流式熔断器的基本结构如下图所示。(1)(1)熔体、内帽和外帽熔体、内帽和外帽 大多数高压交流限流式
21、熔断器的熔体是绕在陶瓷七星柱骨大多数高压交流限流式熔断器的熔体是绕在陶瓷七星柱骨架上来支撑的，这样可以缩短绝缘外壳的长度。绕在陶瓷七星架上来支撑的，这样可以缩短绝缘外壳的长度。绕在陶瓷七星柱骨架上的熔体长度大约为绝缘外壳长度的柱骨架上的熔体长度大约为绝缘外壳长度的2.52.5倍。例如倍。例如12kV12kV的高压交流限流熔断器的熔体长度为的高压交流限流熔断器的熔体长度为610610 620mm620mm，绝缘外壳长，绝缘外壳长度为度为292mm292mm。熔体的两端焊在端盖上，然后装入绝缘外壳内与。熔体的两端焊在端盖上，然后装入绝缘外壳内与内帽焊接，外帽是通过挤压与内帽紧密配合。外帽的外表面均
22、内帽焊接，外帽是通过挤压与内帽紧密配合。外帽的外表面均镀银或锡，以防止大气腐蚀。镀银或锡，以防止大气腐蚀。(2)(2)绝缘外壳绝缘外壳 绝缘外壳的要求是应能承受高压熔断器在过载时的高温和在短路电流绝缘外壳的要求是应能承受高压熔断器在过载时的高温和在短路电流开断过程中产生的高压力。高压熔断器在开断短路电流时，绝缘外壳内可开断过程中产生的高压力。高压熔断器在开断短路电流时，绝缘外壳内可能产生大于能产生大于100MPa100MPa的压力，所以常采用的压力，所以常采用95%95%的高氧化铝陶瓷材料制造。近年的高氧化铝陶瓷材料制造。近年来，开始推广应用各种复合材料作为熔断器的绝缘外壳，这种外壳具有良来，
23、开始推广应用各种复合材料作为熔断器的绝缘外壳，这种外壳具有良好的绝缘性能和机械强度。好的绝缘性能和机械强度。(3)(3)熔体熔体 高压熔断器的熔体断口数多，高压熔断器的熔体断口数多，熔体长。熔体的串联断口数是用来分熔体长。熔体的串联断口数是用来分配在开断过程中的电弧电压，以便在配在开断过程中的电弧电压，以便在电流开断后能承受电源的恢复电压。电流开断后能承受电源的恢复电压。它是决定熔断器开断能力的重要因素。它是决定熔断器开断能力的重要因素。一般熔体的长度约为每一般熔体的长度约为每kVkV电压电压505060mm60mm，每，每kVkV电压取电压取4 48 8个断口。个断口。(4)(4)撞击器撞击
24、器(指示器指示器)高压熔断器一般都装有一个撞击器高压熔断器一般都装有一个撞击器(指示器指示器),),它用来显示它用来显示熔断器是否已动作。熔断器是否已动作。a.a.弹簧式撞击器；弹簧式撞击器；b.b.爆炸式撞击器爆炸式撞击器(5)(5)结构设计结构设计 欧洲主要有三种高压熔断器的标准结构设计：欧洲主要有三种高压熔断器的标准结构设计：a.DIN43625a.DIN43625型式高压熔断器的结构设计；型式高压熔断器的结构设计；b.BS2692b.BS2692型式高压熔断器的结构设计：油密封、空气中用；型式高压熔断器的结构设计：油密封、空气中用；c.NFC64210c.NFC64210型式高压熔断器
25、的机构设计。型式高压熔断器的机构设计。国产的高压熔断器的结构设计是参照国产的高压熔断器的结构设计是参照IECIEC标准的机构设计，标准的机构设计，相当于相当于DIN43625DIN43625和和BS2692BS2692两种型式的标准结构设计。两种型式的标准结构设计。4.4.真空熔断器真空熔断器 我国真空熔断器的研究开始于我国真空熔断器的研究开始于19861986年，西安交大王季梅年，西安交大王季梅教授与教授与44014401厂联合组成试验小组进行研究，开发出了厂联合组成试验小组进行研究，开发出了10kV10kV真真空熔断器。真空熔断器具有体积小，性能高的优点。空熔断器。真空熔断器具有体积小，性
26、能高的优点。真空熔断器的熔体处于真空熔断器的熔体处于1010-3-31010-4-4PaPa气压下工作，没有氧化问题，使用气压下工作，没有氧化问题，使用性能稳定，寿命长。电弧电压很低性能稳定，寿命长。电弧电压很低(数十数十V)V)。由于当发生短路故障时，熔体。由于当发生短路故障时，熔体温度变化基本上为绝热过程，导电杆温度虽较低，熔体温度则很快上升到温度变化基本上为绝热过程，导电杆温度虽较低，熔体温度则很快上升到达熔点而熔化直至产生电弧。因此，随着预期电流的减小，熔化时间迅速达熔点而熔化直至产生电弧。因此，随着预期电流的减小，熔化时间迅速增加，这样，真空熔断器具有很陡的弧前特性增加，这样，真空熔
27、断器具有很陡的弧前特性(下图所示下图所示)。5.5.智能式熔断器智能式熔断器 智能化高压限流熔断器在大电流下的开断是靠沿着熔体的智能化高压限流熔断器在大电流下的开断是靠沿着熔体的每个狭颈部分熔化和燃弧直到电弧熄灭来完成，而在低过载电每个狭颈部分熔化和燃弧直到电弧熄灭来完成，而在低过载电流的开断是按熔断器的额定电压值的大小和设计要求使得熔体流的开断是按熔断器的额定电压值的大小和设计要求使得熔体的最小狭颈串联部分燃弧和熄弧来开断电流。在过载电流下，的最小狭颈串联部分燃弧和熄弧来开断电流。在过载电流下，沿着熔体长度方向的多处布置有化学炸药包，利用它们的爆炸沿着熔体长度方向的多处布置有化学炸药包，利用
28、它们的爆炸产生许多燃弧断点来熄灭电弧。产生许多燃弧断点来熄灭电弧。智能熔断器点火装置智能熔断器点火装置二、隔离开关二、隔离开关1.1.概述概述 隔离开关是指没有灭弧装置，在大气中进行开断和关合隔离开关是指没有灭弧装置，在大气中进行开断和关合高压交流电路的开关电器。一般只能在无电流或接近无电流高压交流电路的开关电器。一般只能在无电流或接近无电流的情况下开断和关合电路。的情况下开断和关合电路。在电力系统中，隔离开关起下列作用：在电力系统中，隔离开关起下列作用：1.1.将电气设备与电网隔离以保证检修人员的安全。将电气设备与电网隔离以保证检修人员的安全。如上图如上图所示，当断路器所示，当断路器Q QD
29、 D需进行检修时，可先将它开断，然后将隔离需进行检修时，可先将它开断，然后将隔离开关开关Q QG1G1和和Q QG5G5分开，这样，断路器分开，这样，断路器Q QD D就与电网隔离，可以进行检就与电网隔离，可以进行检修。有时为了更加安全，隔离开关上还可附装一接地装置修。有时为了更加安全，隔离开关上还可附装一接地装置Q QJ J（上图中虚线所示）。在隔离开关开断以后，接地装置（上图中虚线所示）。在隔离开关开断以后，接地装置Q QJ J立即立即将和被检修设备连接的一个触头接地。将和被检修设备连接的一个触头接地。2.2.用以换接线路。用以换接线路。如上图所示线路，当需要将负荷由由母如上图所示线路，当
30、需要将负荷由由母线线1 1转移到母线转移到母线2 2上时，可不用开断断路器上时，可不用开断断路器Q QD D，只需先将隔离开，只需先将隔离开关关Q QG2G2和和Q QG3G3闭合，再将隔离开关闭合，再将隔离开关Q QG1G1和和Q QG4G4分开即可。当需要检修断分开即可。当需要检修断路器路器Q QD D时，可先将隔离开关时，可先将隔离开关Q QG6G6闭合，然后分开隔离开关闭合，然后分开隔离开关Q QG1G1和和Q QG5G5。这样，就可无需中断供电而将电网隔离。同样，在断路器这样，就可无需中断供电而将电网隔离。同样，在断路器Q QD D检检修后，也可无需停电而将它投入电网运行。修后，也可
31、无需停电而将它投入电网运行。3.3.用以关合和开断空载电力设备、电压互感器、避雷用以关合和开断空载电力设备、电压互感器、避雷器等。器等。隔离开关虽然没有灭弧装置，但如在操作时快速的隔离开关虽然没有灭弧装置，但如在操作时快速的将它关合和分开，也可以关合和开断某些空载的电力设备将它关合和分开，也可以关合和开断某些空载的电力设备（例如变压器和输电线）和电压互感器而不致引起事故。（例如变压器和输电线）和电压互感器而不致引起事故。例如，按照我国电业规程规定，例如，按照我国电业规程规定，10kV10kV的隔离开关，容许关的隔离开关，容许关合和断开合和断开5km5km以下的空载架空线；以下的空载架空线；35
32、kV35kV的隔离开关，容许关的隔离开关，容许关合和开断合和开断10km10km以下的空载架空线和以下的空载架空线和1000kVA1000kVA以下的空载变压以下的空载变压器；器；110kV110kV的隔离开关，容许关合和断开的隔离开关，容许关合和断开320kVA320kVA以下的空载以下的空载变压器。变压器。鉴于隔离开关的工作特点，它在结构上必须满足下列要求：鉴于隔离开关的工作特点，它在结构上必须满足下列要求：1.1.在分开状态下，应具有明显的间隙，以便清楚地鉴别被检修的设备是在分开状态下，应具有明显的间隙，以便清楚地鉴别被检修的设备是否与电网隔离，从而更好地保证检修工作人员的安全。否与电网
33、隔离，从而更好地保证检修工作人员的安全。2.2.同极触头间的间隙耐受电压应比每相导体对地绝缘的耐受电压大同极触头间的间隙耐受电压应比每相导体对地绝缘的耐受电压大10101515。这样，当电源侧出现危险的过电压时，首先是相对地或相间发生放。这样，当电源侧出现危险的过电压时，首先是相对地或相间发生放电，而不致由于触头间隙击穿使过电压危害检修人员。电，而不致由于触头间隙击穿使过电压危害检修人员。3.3.由于第由于第1 1点要求，隔离开关的触头必须敞露在大气中（对某些封闭式点要求，隔离开关的触头必须敞露在大气中（对某些封闭式的组合电器是例外），因此，对户外式隔离开关，要求在分开时能破碎覆的组合电器是例
34、外），因此，对户外式隔离开关，要求在分开时能破碎覆盖在触头上的一定厚度的冰层（例如盖在触头上的一定厚度的冰层（例如10cm10cm）。）。4.4.在隔离开关本身或其操动机构上应有锁扣装置，以防其在通过短路电在隔离开关本身或其操动机构上应有锁扣装置，以防其在通过短路电流时由于电动力作用而自动分开。流时由于电动力作用而自动分开。5.5.带有接地装备的隔离开关，在其本身或操动机构上，应采取措施保证带有接地装备的隔离开关，在其本身或操动机构上，应采取措施保证只在隔离开关触头分开后，接地装备的触头才能闭合，以及只有接地的触只在隔离开关触头分开后，接地装备的触头才能闭合，以及只有接地的触头分开后，隔离开关
35、的触头才能闭合。头分开后，隔离开关的触头才能闭合。隔离开关在关合和开断时，通常不要求保证一定的速度，所以大多是隔离开关在关合和开断时，通常不要求保证一定的速度，所以大多是简单的手动操动机构进行操作。简单的手动操动机构进行操作。2.2.隔离开关的结构隔离开关的结构 a.a.户内隔离开关户内隔离开关 户内隔离开关的特点是额定电压在户内隔离开关的特点是额定电压在35kV35kV及以下，额定电流自及以下，额定电流自200A200A直直到万安以上、额定短时耐受电流和额定冲击耐受电流要求较高以及无需到万安以上、额定短时耐受电流和额定冲击耐受电流要求较高以及无需破冰措施。破冰措施。右图表示一种户内式三极隔离
36、开右图表示一种户内式三极隔离开关的结构。其额定电压为关的结构。其额定电压为10kV10kV，额定电，额定电流为流为600A600A。隔离开关的三极装在共同的。隔离开关的三极装在共同的底架底架1 1上，每极有两个支持瓷瓶上，每极有两个支持瓷瓶2 2和一个和一个磁棒磁棒5 5，L L形静触头形静触头3 3固定在支持瓷瓶固定在支持瓷瓶2 2上，上，闸刀闸刀4 4是两片平行的铜板。是两片平行的铜板。在有些情况下，当隔离开关的一在有些情况下，当隔离开关的一端接线需要穿过金属隔板时端接线需要穿过金属隔板时(例如在开例如在开关柜中关柜中)，则此端的支持瓷瓶以套管瓷，则此端的支持瓷瓶以套管瓷瓶代替。瓶代替。b
37、.b.户外隔离开关户外隔离开关 下图表示额定电压下图表示额定电压35kV35kV，额定电流，额定电流6006002000A2000A的隔离开关一极的结构。的隔离开关一极的结构。两个支持瓷瓶两个支持瓷瓶1 1成成V V形装在机构箱形装在机构箱2 2上，它们可以绕自己的轴转动。支持瓷瓶上，它们可以绕自己的轴转动。支持瓷瓶的轴穿入机构箱那并通过装在轴上的伞形齿轮互相啮合，以保证两支持瓷的轴穿入机构箱那并通过装在轴上的伞形齿轮互相啮合，以保证两支持瓷瓶的同步转动。整个触头瓶的同步转动。整个触头5 5外面罩以防雨罩，防止触头闭合后被冻住不易打外面罩以防雨罩，防止触头闭合后被冻住不易打开。在机构箱的左侧还
38、装有一接地闸刀开。在机构箱的左侧还装有一接地闸刀1111，它在电气上和处于地电位的机，它在电气上和处于地电位的机构箱连接，其静触头构箱连接，其静触头1010装在支持瓷瓶的顶部。关合电路时，先分开接地闸装在支持瓷瓶的顶部。关合电路时，先分开接地闸刀，再接通电路；开断时，先断开隔离开关，再闭合接地闸刀。刀，再接通电路；开断时，先断开隔离开关，再闭合接地闸刀。b.b.户外隔离开关户外隔离开关 右图表示额定电压右图表示额定电压220kV220kV，额定电流额定电流6006002000A2000A的隔离的隔离开关的结构。支持瓷瓶开关的结构。支持瓷瓶1 1由由两根棒形瓷瓶叠成，两根支两根棒形瓷瓶叠成，两根
39、支持瓷柱分别装在底座持瓷柱分别装在底座2 2的两的两端，它们之间用一曲柄连杆端，它们之间用一曲柄连杆机构机构3 3进行联动。进行联动。三、负荷开关三、负荷开关1.1.概述概述 负荷开关是带有简单的灭弧装置、预定用来关合和开断额负荷开关是带有简单的灭弧装置、预定用来关合和开断额定电流或小于一定倍数定电流或小于一定倍数(通常为通常为3 34 4倍倍)过载电流的开关电器。过载电流的开关电器。负荷开关主要可以用来完成下列任务：负荷开关主要可以用来完成下列任务：1.1.由于它有一定的灭弧能力，因此可用来关合和开断比隔由于它有一定的灭弧能力，因此可用来关合和开断比隔离开关更大容量的空载变压器和更长的空载输
40、电线。有时也用离开关更大容量的空载变压器和更长的空载输电线。有时也用来关合和开断大容量的电容器组。来关合和开断大容量的电容器组。2.2.和熔断器串联构成组合电器以代替断路器。由负荷开关和熔断器串联构成组合电器以代替断路器。由负荷开关担任关合和开断小于一定倍数的过载电流，由熔断器担任开断担任关合和开断小于一定倍数的过载电流，由熔断器担任开断更大的过载电流和短路电流。更大的过载电流和短路电流。(后述后述)现代负荷开关具有两个明显的特点：一是具有三工位，即现代负荷开关具有两个明显的特点：一是具有三工位，即合合-分分-接地；二是灭弧与载流分开，灭弧系统不承受动热稳定接地；二是灭弧与载流分开，灭弧系统不
41、承受动热稳定电流，而载流系统不参与灭弧。电流，而载流系统不参与灭弧。负荷开关在结构上希望满足下列要求：负荷开关在结构上希望满足下列要求：1.1.在分开位置要有明显可见的间隙。这样，负荷开关在分开位置要有明显可见的间隙。这样，负荷开关前面就无需串联隔离开关，在检修电力设备时只要开断负前面就无需串联隔离开关，在检修电力设备时只要开断负荷开关即可。荷开关即可。2.2.要能经受尽可能多的开断次数而无需检修触头和换要能经受尽可能多的开断次数而无需检修触头和换掉灭弧装置的组成元件。掉灭弧装置的组成元件。3.3.负荷开关虽不要求开断短路电流，但要能关合短路负荷开关虽不要求开断短路电流，但要能关合短路电流，并
42、承受短路电流的热和电动力的作用电流，并承受短路电流的热和电动力的作用(对带石英砂对带石英砂熔断器的负荷开关则不要求这一点熔断器的负荷开关则不要求这一点)。2.2.负荷开关的结构负荷开关的结构 负荷开关主要有以下四种：负荷开关主要有以下四种：(1)(1)产气式负荷开关产气式负荷开关 属于自能灭弧方式。开断时，产气材料在电弧的作用下产生特属于自能灭弧方式。开断时，产气材料在电弧的作用下产生特种气体而强烈吹弧，使电弧熄灭。在小电流时，电弧能量不足以产种气体而强烈吹弧，使电弧熄灭。在小电流时，电弧能量不足以产生灭弧气体，这时主要靠产气壁冷却效应或电动力驱使电弧运动，生灭弧气体，这时主要靠产气壁冷却效应
43、或电动力驱使电弧运动，拉长以至熄灭电弧。拉长以至熄灭电弧。a.a.管式灭弧室结构管式灭弧室结构 下图示出一种管式灭弧室。在这种灭弧室中，仅隔离闸刀和弧下图示出一种管式灭弧室。在这种灭弧室中，仅隔离闸刀和弧刀运动，而灭弧室本身不动。首先在开关主轴刀运动，而灭弧室本身不动。首先在开关主轴1 1和绝缘拉杆和绝缘拉杆2 2的驱动的驱动下，打开隔离闸刀下，打开隔离闸刀3 3，即打开主触头，此时电流转移到保持触头，即打开主触头，此时电流转移到保持触头4 4和和随动弧刀随动弧刀5 5构成的随动系统。当主触头达到规定的开距后，保持触头构成的随动系统。当主触头达到规定的开距后，保持触头处的随动弧刀脱扣，通过此间
44、储能的弹簧就可以快速地加速运动到处的随动弧刀脱扣，通过此间储能的弹簧就可以快速地加速运动到分闸位置；紧接着，在保持触头和随动弧刀尖端产生的电弧在灭弧分闸位置；紧接着，在保持触头和随动弧刀尖端产生的电弧在灭弧室室8 8中熄灭。中熄灭。当开断大电流时，采用气吹方法及通过对流原理，耗散电当开断大电流时，采用气吹方法及通过对流原理，耗散电弧能量；而当开断小电流时，利用大面积的塑料壁冷却效应及弧能量；而当开断小电流时，利用大面积的塑料壁冷却效应及电弧能量变成塑料最外层的分解热或吸收热。电弧能量变成塑料最外层的分解热或吸收热。b.b.板式灭弧室结构板式灭弧室结构 板式灭弧室结构如下图板式灭弧室结构如下图所
45、示。只有弧触刀与主触刀所示。只有弧触刀与主触刀运动，灭弧板则固定不动。运动，灭弧板则固定不动。关合时，主触刀与弧触刀并关合时，主触刀与弧触刀并列；主触刀先打开，随后弧列；主触刀先打开，随后弧触刀与弧触头迅速分离，并触刀与弧触头迅速分离，并在电弧的作用下，板式灭弧在电弧的作用下，板式灭弧壁产气而熄弧。壁产气而熄弧。在产气式灭弧室中，灭弧材料在电弧的高温作用下气化在产气式灭弧室中，灭弧材料在电弧的高温作用下气化并形成局部高压力，使电弧受到强烈冷却和去游离。分解出并形成局部高压力，使电弧受到强烈冷却和去游离。分解出的气体有的气体有H H2 2，O O2 2，COCO及其化合物，及其化合物，H H2
46、2,CO,CO具有较强的灭弧性能。具有较强的灭弧性能。为了增强开断小电流的灭弧效应，有的灭弧室在灭弧板上加为了增强开断小电流的灭弧效应，有的灭弧室在灭弧板上加磁板，形成了磁吹拉弧效应，以利于小电流的开断。磁板，形成了磁吹拉弧效应，以利于小电流的开断。(2)(2)压气式负荷开关压气式负荷开关 它是利用活塞和气缸在开断它是利用活塞和气缸在开断过程中相对运动压缩空气而熄弧。过程中相对运动压缩空气而熄弧。增大活塞和气缸容积，加大压气增大活塞和气缸容积，加大压气量，就可提高开断能力，但由此量，就可提高开断能力，但由此也带来结构复杂、操作功大等缺也带来结构复杂、操作功大等缺点。点。a.a.直动式结构直动式
47、结构 直动式结构如右图所示，靠直动式结构如右图所示，靠导电杆上下直动而压气熄弧。在导电杆上下直动而压气熄弧。在这种结构中，载流和灭弧仍然分这种结构中，载流和灭弧仍然分开。压缩空气要由操动机构提供开。压缩空气要由操动机构提供压缩力。压缩力。b.b.转动式结构转动式结构 转动式结构如右图所示。通过闸刀转动式结构如右图所示。通过闸刀摆动完成关合和隔离。关合时，弧刀摆摆动完成关合和隔离。关合时，弧刀摆动插入压气室中；开断时，靠压气而熄动插入压气室中；开断时，靠压气而熄弧。由于它的气缸出口为一狭缝，且动弧。由于它的气缸出口为一狭缝，且动触刀为一宽度仅为触刀为一宽度仅为20mm20mm左右的刀片，触左右的
48、刀片，触头分开后，电弧在一狭缝中燃烧，气压头分开后，电弧在一狭缝中燃烧，气压较集中，对熄弧有利，因而开断能力也较集中，对熄弧有利，因而开断能力也较强。较强。对压气式负荷开关来说，为了提对压气式负荷开关来说，为了提高灭弧效能，有的采用混合灭弧原理，高灭弧效能，有的采用混合灭弧原理，如压气如压气+产气。产气。(3)(3)真空负荷开关真空负荷开关 它以开断电流大和适于频繁操作而著称。由于真空负荷它以开断电流大和适于频繁操作而著称。由于真空负荷开关只开断负荷电流和转移电流，而这些电流远小于断路器开关只开断负荷电流和转移电流，而这些电流远小于断路器的额定值，因此真空灭弧室结构相对断路器简单，且管径小。的
49、额定值，因此真空灭弧室结构相对断路器简单，且管径小。真空负荷开关本身就能真空负荷开关本身就能完成切合，如要完成三工位，完成切合，如要完成三工位，结构上较复杂。下图所示为结构上较复杂。下图所示为一种三工位真空负荷隔离开一种三工位真空负荷隔离开关。开断时，真空灭弧室先关。开断时，真空灭弧室先开断，接着回转完成隔离和开断，接着回转完成隔离和接地；关合时，再从接地位接地；关合时，再从接地位置返回。置返回。(4)SF6(4)SF6负荷开关负荷开关 SF6SF6负荷开关在城网和农网已大量使用。从灭弧原理看，有灭弧栅式、负荷开关在城网和农网已大量使用。从灭弧原理看，有灭弧栅式、吸气去离子栅式、永磁旋弧式、压
50、气式。压气式用的比较多，又有上下吸气去离子栅式、永磁旋弧式、压气式。压气式用的比较多，又有上下直动式和回转式。目前以回转压气式居多，现对各种灭弧典型结构加以介直动式和回转式。目前以回转压气式居多，现对各种灭弧典型结构加以介绍。绍。a.a.灭弧栅式灭弧栅式 这种负荷开关以灭弧栅熄灭电弧，而以回转到达三工位（合、分、接这种负荷开关以灭弧栅熄灭电弧，而以回转到达三工位（合、分、接地）。回转式结构紧凑。地）。回转式结构紧凑。如德国如德国F&GF&G公司的公司的GAGA和和GEGE型环网供电单元即采用灭弧栅式负荷开关，下型环网供电单元即采用灭弧栅式负荷开关，下图示出这种开关的灭弧结构。主回路连至浇注树脂
