1、电力工程河海大学第1篇 电力设备Part I Electric Apparatus输电设备电力负荷 同步发电机组 开关类设备高压绝缘与保护控制第5章 开关类设备目的：了解除输电线、发电机、变压器以 外的电力设备（一次设备，二次设备）电力工程河海大学 一、一次设备一、一次设备用于直接生产、输送、变换电能的设备，用于直接生产、输送、变换电能的设备，包括：包括：生产变换电能的设备：生产变换电能的设备：发电机、变压器、电动机发电机、变压器、电动机 通断电路的开关设备：通断电路的开关设备：断路器、隔离开关、接触断路器、隔离开关、接触 器、负荷开关等器、负荷开关等限制短路电流或过电压：限制短路电流或过电压
2、：限流电抗器、熔断器限流电抗器、熔断器、避雷器等避雷器等载流导体及绝缘设备：载流导体及绝缘设备：软、硬母线，电缆，穿墙软、硬母线，电缆，穿墙套管等套管等互感器类设备：互感器类设备：电流互感器、电压互感器电流互感器、电压互感器接地装置接地装置 电力工程河海大学某热电厂的电气主接线示意图某热电厂的电气主接线示意图电力工程河海大学电气主接线设计图电气主接线设计图电力工程河海大学某热电厂的电气主接线设计图某热电厂的电气主接线设计图电力工程河海大学二、二次设备二、二次设备对一次设备和系统的运行状况进行测量、控制、保护和监对一次设备和系统的运行状况进行测量、控制、保护和监察、调节的设备。察、调节的设备。包
3、括：包括：1 1）测量表计：电压表、电流表、功率表、电度表等）测量表计：电压表、电流表、功率表、电度表等 2 2）继电保护和自动装置：继电装置、自动装置等）继电保护和自动装置：继电装置、自动装置等 3 3）操作电器：控制开关、按钮等）操作电器：控制开关、按钮等 4 4）直流电源设备：蓄电池、硅整流装置等）直流电源设备：蓄电池、硅整流装置等相关知识在继电保护、电力系统自动装置等课程中学习。相关知识在继电保护、电力系统自动装置等课程中学习。电力工程河海大学互感器二次绕组互感器二次绕组接线端接线端电力工程河海大学 某发电厂中控室某发电厂中控室1、2、3屏机组LCU屏；4屏同期屏；5屏公用屏；6屏直流
4、屏电力工程河海大学电力工程河海大学110KV变电站二次设备典型配置变电站二次设备典型配置电力工程河海大学本课程主要介绍一次设备本课程主要介绍一次设备用于直接生产、输送、变换电能的设备，用于直接生产、输送、变换电能的设备，包括：包括：生产变换电能的设备：生产变换电能的设备：发电机、变压器、电动机发电机、变压器、电动机 通断电路的开关设备：通断电路的开关设备：断路器、隔离开关、接触断路器、隔离开关、接触 器、负荷开关等器、负荷开关等限制短路电流或过电压：限制短路电流或过电压：限流电抗器、熔断器限流电抗器、熔断器、避雷器等避雷器等载流导体及绝缘设备：载流导体及绝缘设备：软、硬母线，电缆，穿墙软、硬母
5、线，电缆，穿墙套管等套管等互感器类设备：互感器类设备：电流互感器、电压互感器电流互感器、电压互感器接地装置接地装置 电力工程河海大学 高压断路器高压断路器 隔离开关隔离开关 高压熔断器高压熔断器 高压负荷开关高压负荷开关 接地开关接地开关高压开关电器：高压开关电器：通断电路的开关设备。通断电路的开关设备。据统计，在发电厂和变电所中，每据统计，在发电厂和变电所中，每1 1万万KwKw发电设备需要发电设备需要100100120120台高压断路器，台高压断路器，400400500500台隔离开关。台隔离开关。电力工程河海大学l开关电弧的产生和熄灭 电弧如何产生？电弧如何产生？触点电压大于触点电压大于
6、20V20V，电流大于，电流大于100mA,100mA,开断时有电弧产生。开断时有电弧产生。51 电弧与灭弧电力工程河海大学 强电埸发射强电埸发射 、热发射下发射出自由电子，自由电子在强、热发射下发射出自由电子，自由电子在强电埸作用下加速向阳极运动，并不断地碰撞游离，产生更多电埸作用下加速向阳极运动，并不断地碰撞游离，产生更多的带电质点，大量的带电质点在电场力作用下定向运动就形的带电质点，大量的带电质点在电场力作用下定向运动就形成了电弧。热游离是维持电弧稳定燃烧的主要因素。成了电弧。热游离是维持电弧稳定燃烧的主要因素。3.(开关电弧的形成开关电弧的形成 电弧的实质是一种气体游离放电现象。电弧的
7、实质是一种气体游离放电现象。电力工程河海大学电弧的危害电弧的危害 （1 1）电弧的存在延长了开关电器开断故障电路的时间，加）电弧的存在延长了开关电器开断故障电路的时间，加重了电力系统短路故障的危害。重了电力系统短路故障的危害。（2 2）电弧产生的高温，将使触头表面熔化和蒸化，烧坏绝）电弧产生的高温，将使触头表面熔化和蒸化，烧坏绝缘材料。对充油电气设备还可能引起着火、爆炸等危险。缘材料。对充油电气设备还可能引起着火、爆炸等危险。（3 3）由于电弧在电动力、热力作用下能移动，很容易造成）由于电弧在电动力、热力作用下能移动，很容易造成飞弧短路和伤人，或引起事故的扩大。飞弧短路和伤人，或引起事故的扩大
8、。电力工程河海大学严格按照安规操作，安全第一！电力工程河海大学l如何熄灭电弧？如何熄灭电弧？去游离去游离游离游离 去游离：弧隙中带电粒子减少的过程。电弧的去游离去游离：弧隙中带电粒子减少的过程。电弧的去游离过程包括过程包括复合复合和和扩散扩散两种形式。两种形式。1.1.复合复合 复合是正、负带电质点相互结合变成不带电质点的现象复合是正、负带电质点相互结合变成不带电质点的现象。由于弧柱中电子的运动速度很快，约为正离子的由于弧柱中电子的运动速度很快，约为正离子的10001000倍，所倍，所以电子直接与正离子复合的几率很小。一般情况下，先是电以电子直接与正离子复合的几率很小。一般情况下，先是电子碰撞
9、中性质点时，被中性质点捕获变成负离子，然后再与子碰撞中性质点时，被中性质点捕获变成负离子，然后再与质量和运动速度相当的正离子互相吸引而接近，交换电荷后质量和运动速度相当的正离子互相吸引而接近，交换电荷后成为中性质点。还有一种情况就是电子先被固体介质表面吸成为中性质点。还有一种情况就是电子先被固体介质表面吸附后，再被正离子捕获成为中性质点。附后，再被正离子捕获成为中性质点。电力工程河海大学2.2.扩散扩散 扩散是弧柱中的带电质点逸出弧柱以外，进入周围介扩散是弧柱中的带电质点逸出弧柱以外，进入周围介质的现象。质的现象。扩散有三种形式：扩散有三种形式：（1 1）温度扩散温度扩散，由于电弧和周围介质间
10、存在很大温，由于电弧和周围介质间存在很大温差，使得电弧中的高温带电质点向温度低的周围介质中扩散，差，使得电弧中的高温带电质点向温度低的周围介质中扩散，减少了电弧中的带电质点；减少了电弧中的带电质点；（2 2）浓度扩散浓度扩散，这是因为电弧和周围介质存在浓度差，这是因为电弧和周围介质存在浓度差，带电质点就从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，使电弧中带电质点就从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，使电弧中的带电质点减少；的带电质点减少；（3 3）利用吹弧扩散利用吹弧扩散，在断路器中采用高速气体吹弧，在断路器中采用高速气体吹弧，带走电弧中的大量带电质点，以加强扩散作用。带走电弧中的大量带电质点，以加强扩散
11、作用。l如何熄灭电弧？如何熄灭电弧？去游离去游离游离游离电力工程河海大学 1.1.电弧温度电弧温度 电弧是由热游离维持的，电弧是由热游离维持的，降低电弧温度就可以降低电弧温度就可以减弱热游离减弱热游离，减少新的带电质点的的产生。同时，减少新的带电质点的的产生。同时，也减小了带电质点的运动速度，加强了复合作用。也减小了带电质点的运动速度，加强了复合作用。通过通过快速拉长电弧快速拉长电弧，用气体或油吹动电弧，或使电，用气体或油吹动电弧，或使电弧与固体介质表面接触等，都可以降低电弧的温度。弧与固体介质表面接触等，都可以降低电弧的温度。2.2.介质的特性介质的特性 电弧燃烧时所在介质的特性在很大程度上
12、决定电弧燃烧时所在介质的特性在很大程度上决定了电弧中去游离的强度了电弧中去游离的强度，这些特性包括：导热系数、，这些特性包括：导热系数、热容量、热游离温度、介电强度等。若这些参数值热容量、热游离温度、介电强度等。若这些参数值大，则去游离过程就越强，电弧就越容易熄灭。大，则去游离过程就越强，电弧就越容易熄灭。影响去游离的因素影响去游离的因素电力工程河海大学 影响去游离的因素影响去游离的因素 3.3.气体介质的压力气体介质的压力 气体介质的压力对电弧去游离的影响很大。因为，气体介质的压力对电弧去游离的影响很大。因为，气体的气体的压力越大，电弧中质点的浓度就越大，质点间的距离就越小，压力越大，电弧中
13、质点的浓度就越大，质点间的距离就越小，复合作用越强，电弧就越容易熄灭。复合作用越强，电弧就越容易熄灭。在高度的真空中，由于发在高度的真空中，由于发生碰撞的几率减小，抑制了碰撞游离，而扩散作用却很强。因生碰撞的几率减小，抑制了碰撞游离，而扩散作用却很强。因此，真空是很好的灭弧介质。此，真空是很好的灭弧介质。4.4.触头材料触头材料 触头材料也影响去游离的过程。当触头采用熔点高、导热能触头材料也影响去游离的过程。当触头采用熔点高、导热能力强和热容量大的耐高温金属时，减少了热电子发射和电弧中力强和热容量大的耐高温金属时，减少了热电子发射和电弧中的金属蒸汽，有利于电弧熄灭。的金属蒸汽，有利于电弧熄灭。
14、除了上述因素以外，去游离还与电场电压、交流直流等因素除了上述因素以外，去游离还与电场电压、交流直流等因素的影响。的影响。电力工程河海大学 v 常用熄弧措施加强去游离过程降低温度，降低热油离！降低温度，降低热油离！电力工程河海大学v 常用熄弧措施加强去游离过程在触头行程、分闸速度相同的情况下，电弧被拉长的在触头行程、分闸速度相同的情况下，电弧被拉长的速度成倍增加速度成倍增加,拉长电弧，增强复合和扩散！拉长电弧，增强复合和扩散！电力工程河海大学 采用多断口采用多断口 每一相有两个或多个断口相串联。在熄弧时，多断口把每一相有两个或多个断口相串联。在熄弧时，多断口把电弧分割成多个相串联的小电弧段。多断
15、口使电弧的总长度加电弧分割成多个相串联的小电弧段。多断口使电弧的总长度加长，导致弧隙的电阻增加；长，导致弧隙的电阻增加；在触头行程、分闸速度相同的情况在触头行程、分闸速度相同的情况下，电弧被拉长的速度成倍增加下，电弧被拉长的速度成倍增加，使弧隙电阻加速增大，提高，使弧隙电阻加速增大，提高了介质强度的恢复速度，缩短了灭弧时间。了介质强度的恢复速度，缩短了灭弧时间。采用多断口时，加在每一断口上的电压成倍减少，降低采用多断口时，加在每一断口上的电压成倍减少，降低了弧隙的恢复电压，亦有利于熄灭电弧。在要求将电弧拉到同了弧隙的恢复电压，亦有利于熄灭电弧。在要求将电弧拉到同样的长度时，采用多断口结构成倍减
16、小了触头行程，也就减小样的长度时，采用多断口结构成倍减小了触头行程，也就减小了开关电器的尺寸。了开关电器的尺寸。电力工程河海大学（2 2）断路器的积木组合方式断路器的积木组合方式断路器的积木组合方式示意图SW2-110型少油断路器 每相单柱双断口电力工程河海大学v 采用均压电容CC电力工程河海大学并联均压电容并联电容电力工程河海大学采用多断口拉长电弧采用多断口拉长电弧吹弧降低弧隙温度吹弧降低弧隙温度提高触头的分闸速度提高触头的分闸速度迅速拉长电弧迅速拉长电弧（16m/s16m/s）短弧原理灭弧短弧原理灭弧利用固体介质的狭缝狭沟灭弧利用固体介质的狭缝狭沟灭弧采用耐高温金属材料制作触头采用耐高温金
17、属材料制作触头采用绝缘性高介质采用绝缘性高介质v 常用熄弧措施加强去游离过程电力工程河海大学电弧的利用1515千瓦千瓦 氙气灯氙气灯 电弧炉炼钢电弧炉炼钢利用电弧的光和热！利用电弧的光和热！电力工程河海大学某热电厂的电气主接线示意图某热电厂的电气主接线示意图断路器符号断路器符号QF52 高压断路器电力工程河海大学 高压开关电器高压开关电器高压断路器的用途高压断路器的用途 高压断路器是高压电器中最重要的设备，是高压断路器是高压电器中最重要的设备，是一次电力系统中控制和保护电路的关键设备。它在一次电力系统中控制和保护电路的关键设备。它在电网中的作用有两方面：电网中的作用有两方面：，即根据电力系统的
18、运行要求，即根据电力系统的运行要求，接通或断开工作电路；接通或断开工作电路；，当系统中发生故障时，在继，当系统中发生故障时，在继电保护装置的作用下，断路器自动断开故障部分，电保护装置的作用下，断路器自动断开故障部分，以保证系统中无故障部分的正常运行。以保证系统中无故障部分的正常运行。电力工程河海大学 高压断路器的基本要求高压断路器的基本要求 断路器在电力系统中承担着非常重要的任务，不仅能断路器在电力系统中承担着非常重要的任务，不仅能接通或断开负荷电流，而且还能断开短路电流。因此，断路器接通或断开负荷电流，而且还能断开短路电流。因此，断路器必须满足以下基本要求。必须满足以下基本要求。（1 1）工
19、作可靠；）工作可靠；（2 2）具有足够的开断短路电流能力灭弧能力；）具有足够的开断短路电流能力灭弧能力；（3 3）具有尽可能短的切断时间提高系统的稳定性；）具有尽可能短的切断时间提高系统的稳定性；（4 4）具有自动重合闸性能；）具有自动重合闸性能；（5 5）具有足够的机械强度和良好的稳定性能）具有足够的机械强度和良好的稳定性能 （6 6）结构简单、价格低廉）结构简单、价格低廉电力工程河海大学补充：自动重合闸在电力系统中的作用补充：自动重合闸在电力系统中的作用 架空线路架空线路故障大都是故障大都是“瞬时性瞬时性”的故障的故障 ，在线路被继电，在线路被继电保护迅速动作控制断路器断开后保护迅速动作控
20、制断路器断开后 ，故障点的绝缘水平可自行，故障点的绝缘水平可自行恢复，故障随即消失。此时，如果把断开的线路断路器重新恢复，故障随即消失。此时，如果把断开的线路断路器重新合上，就能够恢复正常的供电。合上，就能够恢复正常的供电。此外，也有此外，也有“永久性故障永久性故障”，“永久性故障永久性故障”在线路被在线路被断开之后，它们仍然是存在的，即使合上电源，也不能恢复断开之后，它们仍然是存在的，即使合上电源，也不能恢复正常供电。正常供电。因此，在电力系统中采用了自动重合闸装置，即是当断因此，在电力系统中采用了自动重合闸装置，即是当断路器由继电保护动作或其它非人工操作而跳闸后，能够自动路器由继电保护动作
21、或其它非人工操作而跳闸后，能够自动控制断路器重新合上的一种装置。控制断路器重新合上的一种装置。电力工程河海大学二、重合闸在电力系统中的作用二、重合闸在电力系统中的作用 大大提高供电的可靠性，减少线路停电的次数。大大提高供电的可靠性，减少线路停电的次数。在高压输电线路上采用重合闸，可以提高电力系统并列运行在高压输电线路上采用重合闸，可以提高电力系统并列运行的稳定性。的稳定性。对断路器本身由于机构不良或继电保护误动作而引起的误跳对断路器本身由于机构不良或继电保护误动作而引起的误跳闸，也能起纠正的作用。闸，也能起纠正的作用。在电力系统中设置自动重合闸装置有什么好处？在电力系统中设置自动重合闸装置有什
22、么好处？电力工程河海大学1.1.三种运行情况下的功率特性三种运行情况下的功率特性正常运行时正常运行时故障时故障时故障切除后故障切除后电力工程河海大学三种运行情况下的功率特性三种运行情况下的功率特性2121TLTdIXXXXXsinsinmII00IPXVEPXXXXXXXTLTdIII2121sinsin00mIIIIIIPXVEP21TLTdIIIXXXXXsinsin00mIIIIIIIIIPXVEP一般一般:X:XI IXXIIIIIIXXIIII电力工程河海大学 （1 1）使电力系统又一次受到故障的冲击；）使电力系统又一次受到故障的冲击；（2 2）由于断路器在很短的时间内，连续切断两次
23、短路电）由于断路器在很短的时间内，连续切断两次短路电流，而使其工作条件变得更加恶劣。流，而使其工作条件变得更加恶劣。但是，当重合于永久性故障上时，自动重但是，当重合于永久性故障上时，自动重合闸将带来哪些不利的影响？合闸将带来哪些不利的影响？电力工程河海大学二、对自动重合闸装置的基本要求二、对自动重合闸装置的基本要求 正常运行时，当断路器由继电保护动作或其它原因而跳正常运行时，当断路器由继电保护动作或其它原因而跳闸后，自动重合闸装置均应动作闸后，自动重合闸装置均应动作 。由运行人员手动操作或通过遥控装置将断路器断开时，由运行人员手动操作或通过遥控装置将断路器断开时，自动重合闸不应起动。自动重合闸
24、不应起动。继电保护动作切除故障后，自动重合闸装置应尽快发出继电保护动作切除故障后，自动重合闸装置应尽快发出重合闸脉冲。重合闸脉冲。自动重合闸装置动作次数应符合预先的规定，自动重合闸装置动作次数应符合预先的规定，1 12 2次次。自动重合闸装置应有可能在重合闸以前或重合闸以后加自动重合闸装置应有可能在重合闸以前或重合闸以后加速继电保护的动作速继电保护的动作 ，以便加速故障的切除，以便加速故障的切除 。在双侧电源的线路上实现重合闸时，重合闸应满足同期在双侧电源的线路上实现重合闸时，重合闸应满足同期合闸条件。合闸条件。当断路器处于不正常状态而不允许实现重合闸时，应将当断路器处于不正常状态而不允许实现
25、重合闸时，应将自动重合闸装置闭锁。自动重合闸装置闭锁。电力工程河海大学高压断路器分类压缩空气断路器压缩空气断路器 SFSF6 6断路器断路器 真空断路器真空断路器油断路器油断路器少油断路器少油断路器多油断路器多油断路器分分类类 高压断路器按安装地点可分为高压断路器按安装地点可分为屋内式和屋外式屋内式和屋外式两种两种 。电力工程河海大学 在此期间，西欧国家为了节约用油和材料，研制了少油断路器。在多油在此期间，西欧国家为了节约用油和材料，研制了少油断路器。在多油式过渡到少油式的过程中，压缩空气式断路器也得到发展。随着科技进步式过渡到少油式的过程中，压缩空气式断路器也得到发展。随着科技进步的发展，断
26、路器出现了两大类型：真空断路器和的发展，断路器出现了两大类型：真空断路器和SF6SF6断路器。断路器。电力工程河海大学高压断路器的特点高压断路器的特点 （1）多油断路器。结构简单，制造方便，便于在套管上加装电流互感器，配套性强；耗钢、耗油量大、体积大、重量重。（2）少油断路器。结构简单，制造方便，可配用各种操动机构；比多油断路器油量少、重量轻；采用积木式结构，便于制成各种电压等级产品。（3）压缩空气断路器。结构比较复杂，工艺和材料要求高；有色金属消耗量大、价格高；需要装设专用的空气压缩系统；操动机构与断路器合为一体；开断时噪声很大，体积和重量比较轻。电力工程河海大学 高压断路器应用趋势：高压断
27、路器应用趋势：中压方面运行断路器的格局正在从以少油、多油中压方面运行断路器的格局正在从以少油、多油断路器为主向断路器为主向真空和真空和SF6SF6断路器断路器转化转化 ，高压、超高压方面正由高压、超高压方面正由空气、少油断路器空气、少油断路器为主转为主转向向SF6SF6断路器。断路器。电力工程河海大学某热电厂的电气主接线设计图某热电厂的电气主接线设计图电力工程河海大学SN10-10 /3000 43.3v 高压断路器的型号说明电力工程河海大学v 高压断路器的型号说明SN10-10 /3000 43.3产品名称代号安装场所代号设计序号额定电压（kV)其他标志代号额定电流(A)额定开断电流（kA）
28、电力工程河海大学断路器技术参数电力工程河海大学SF6 SF6 断路器技术参数断路器技术参数 额定电压（额定电压（U UN N）额定电压是指断路器长时间运行时能承受的正常工作电压。它不仅决定了断路器的绝缘水平，而且在相当程度上决定了断路器的总体尺寸。电力工程河海大学 额定电流（额定电流（N N）额定电流是指铭牌上标明的断路器可长期通过的工作电额定电流是指铭牌上标明的断路器可长期通过的工作电流。流。断路器长期通过额定电流时，各部分的发热温度不会超断路器长期通过额定电流时，各部分的发热温度不会超过允许值。额定电流也决定断路器触头及导电部分的截面。过允许值。额定电流也决定断路器触头及导电部分的截面。额
29、定开断电流（额定开断电流（N brN br）它表征断路器的开断能力，是标志断它表征断路器的开断能力，是标志断路器灭弧能力的主要参数，以短路电流周期分量有效值表示。路器灭弧能力的主要参数，以短路电流周期分量有效值表示。开断电流与电压有关。开断电流与电压有关。电力工程河海大学电流流过单相导体会产生什么现象？发热！发热！电力工程河海大学电流同时流过三相导电流同时流过三相导体会产生什么现象？体会产生什么现象？发热，同时产生相互力的作用！发热，同时产生相互力的作用！电力工程河海大学 动稳定电流（动稳定电流（i ieses）也称极限通过电流（不被电动力破坏）也称极限通过电流（不被电动力破坏）动稳定电流是指
30、断路器在合闸位置时，允许通过的短路电动稳定电流是指断路器在合闸位置时，允许通过的短路电流最大峰值。它是断路器的极限通过电流，其大小由导电和绝流最大峰值。它是断路器的极限通过电流，其大小由导电和绝缘等部分的机械强度所决定，也受触头的结构形式的影响。缘等部分的机械强度所决定，也受触头的结构形式的影响。热稳定电流（热稳定电流（i it t）（不至于融化）（不至于融化）热稳定电流是指在规定的某一段时间内，允许通过断路器热稳定电流是指在规定的某一段时间内，允许通过断路器的最大短路电流。热稳定电流表明了断路器承受短路电流热效的最大短路电流。热稳定电流表明了断路器承受短路电流热效应的能力。应的能力。电力工程
31、河海大学固有分闸时间固有分闸时间 固有分闸时间是指断路器接到分闸命令瞬间到各相触头固有分闸时间是指断路器接到分闸命令瞬间到各相触头刚刚分离的时间刚刚分离的时间；熄弧时间是指断路器触头分离瞬间到各相；熄弧时间是指断路器触头分离瞬间到各相电弧完全熄灭的时间。电弧完全熄灭的时间。合闸时间合闸时间 合闸时间是指从操动机构接到合闸命令瞬间起到断路器合闸时间是指从操动机构接到合闸命令瞬间起到断路器接通为止所需的时间接通为止所需的时间。合闸时间决定于断路器的操动机构及。合闸时间决定于断路器的操动机构及中间传动机构。一般合闸时间大于分闸时间中间传动机构。一般合闸时间大于分闸时间。电力工程河海大学开 断 部 分
32、操动和传动部分 绝 缘 部 分 组 成高压断路器的组成高压断路器的组成接地金属箱型结构示意图断口绝缘套管操动机构电力工程河海大学压缩空气断路器压缩空气断路器 SFSF6 6断路器断路器 真空断路器真空断路器油断路器油断路器少油断路器少油断路器多油断路器多油断路器分分类类电力工程河海大学电力工程河海大学 SF6气体的气体的介电特性介电特性 SFSF6 6气体是一种气体是一种无色、无臭、无毒和不可燃的惰性气体，无色、无臭、无毒和不可燃的惰性气体，化学性能稳定，具有优良的灭弧和绝缘性能，同等条件下灭化学性能稳定，具有优良的灭弧和绝缘性能，同等条件下灭弧能力为空气的弧能力为空气的100100倍倍。SF
33、SF6 6气体灭弧性能特别强的原因主要气体灭弧性能特别强的原因主要是：（是：（1 1）SFSF6 6气体的分子在分解时吸收的能量多，对弧柱的气体的分子在分解时吸收的能量多，对弧柱的冷却作用强。冷却作用强。（2 2）SFSF6 6气体在高温时分解出的硫、氟原子和正负离子，气体在高温时分解出的硫、氟原子和正负离子，与其他灭弧介质相比，在同样的弧温时有较大的游离度。在与其他灭弧介质相比，在同样的弧温时有较大的游离度。在维持相同游离度时，弧柱温度较低。因此，维持相同游离度时，弧柱温度较低。因此，SFSF6 6气体中电弧电气体中电弧电压较低，燃弧时的电弧能量小，对灭弧有利。压较低，燃弧时的电弧能量小，对
34、灭弧有利。电力工程河海大学 SF6气体的介电特性气体的介电特性 （3）SF6 6气体分子的负电性强。所谓负电性所谓负电性，是指SF6 6气体吸附自由电子形成负离子的特性。SF6 6气体负电性强，加强了去游离，降低导电率。在电弧电流过零后，弧柱温度将急剧下降，分解物急速复合。因此，SF6 6气体弧隙的介质性能恢复速度很高，能耐受很高恢复电压，电弧在电流过零后难重燃。在SF6 6断路器中，在水分参与下将产生强腐蚀性的分解产物HF。这种物质对绝缘材料、金属材料、玻璃、电瓷等含硅材料有很强的腐蚀性。因此，必须严格控制SF6 6气体中的水分。电力工程河海大学 SF6断路器的结构类型断路器的结构类型 SF
35、6 6断路器结构按照对地绝缘方式不同分两种类型：（1 1）落地罐式）落地罐式它把触头和灭弧室装在充有SF6 6气体并接地的金属罐中，触头与罐壁间绝缘采用环氧支持绝缘子，引出线靠绝缘瓷套管出。该结构便于安装电流互感器，抗震性能好。电力工程河海大学金属罐支持绝缘子电力工程河海大学（2 2）瓷柱式）瓷柱式 靠支柱绝缘瓷套对地绝缘。电力工程河海大学电压比较高时，瓷柱式断路器灭弧室可布置成“T”形或“Y”形。(多断口)电力工程河海大学(1)SF6断路器灭弧装置双压式单压式热膨胀式旋弧式 SF SF6 6断路器断路器 电力工程河海大学 它有高压和低压两个气压它有高压和低压两个气压系统。双压式系统。双压式S
36、F6SF6断路器内部断路器内部有高压区和低压区。有高压区和低压区。低压区低压区0.30.30.6MPa0.6MPa的的SF6SF6气体作为气体作为断路器的主绝缘。断路器的主绝缘。灭弧时，灭弧时，高压室控制阀打开，高压高压室控制阀打开，高压SF6SF6气体经过喷嘴吹向低压系统，气体经过喷嘴吹向低压系统，吹 向 电 弧 使 其 熄 灭。吹 向 电 弧 使 其 熄 灭。分闸完毕，高压区喷向低压分闸完毕，高压区喷向低压区的气体，再经气体循环系区的气体，再经气体循环系统和压缩气体打回高压区。统和压缩气体打回高压区。双压式灭弧室双压式灭弧室 电力工程河海大学 单压式灭弧室又称压气式灭弧室。只有一个气压系统
37、，即常态时只有单压式灭弧室又称压气式灭弧室。只有一个气压系统，即常态时只有单一的单一的SF6SF6气体。灭弧室的可动部分带有压气装置，分闸过程中，气体。灭弧室的可动部分带有压气装置，分闸过程中，在断路在断路器开断过程中，由动触头带动压气活塞或压气罩器开断过程中，由动触头带动压气活塞或压气罩，将压气室内的气体压缩，将压气室内的气体压缩，利用压缩气流吹熄电弧。分闸完毕，压气作用停止。利用压缩气流吹熄电弧。分闸完毕，压气作用停止。单压式灭弧室又分为单压式灭弧室又分为变开距和定开距两种。变开距和定开距两种。电力工程河海大学其他灭弧装置工作原理 近近2020多年来多年来SF6SF6断路器灭弧方断路器灭弧
38、方式式得到了快速发展和应用，式式得到了快速发展和应用，其中包括包括其中包括包括旋弧式、热膨胀旋弧式、热膨胀式和混合式。式和混合式。旋弧式利用电弧电流通过线旋弧式利用电弧电流通过线圈产生磁场，在磁场的驱动下圈产生磁场，在磁场的驱动下电弧高速旋转，拉长电弧，在电弧高速旋转，拉长电弧，在旋转过程中不断接触新鲜旋转过程中不断接触新鲜SF6SF6气气体，使电弧冷却而熄灭。体，使电弧冷却而熄灭。热膨胀式则用电弧本身能量，热膨胀式则用电弧本身能量，加热加热SF6SF6气体，产生高压力，形气体，产生高压力，形成压差，通过高压力的成压差，通过高压力的SF6SF6气体气体在喷口形成高速气流来熄灭电在喷口形成高速气
39、流来熄灭电弧这样不需要操动机构提供弧这样不需要操动机构提供很大的压缩功，大大减小机构很大的压缩功，大大减小机构的负担。的负担。电力工程河海大学绝缘性能和灭弧性能优良绝缘性能和灭弧性能优良开断容量大。开断容量大。SF6SF6断路器的开断电流目前已达断路器的开断电流目前已达40406363千安，最大电流达到千安，最大电流达到8080千安。千安。检修周期长（检修周期长（10102020年左右），无爆炸的危险年左右），无爆炸的危险 断路器的结构简单、紧凑、占地面积小，噪音小。断路器的结构简单、紧凑、占地面积小，噪音小。在在110kV110kV及以上系统取代油断路器及以上系统取代油断路器六氟化硫断路器的
40、主要优点：电力工程河海大学 高压真空断路器概述高压真空断路器概述 真空断路器利用真空度约为真空断路器利用真空度约为1010-4-4PaPa（在运行过程中不低于（在运行过程中不低于1010-2-2PaPa）的高真空作为内绝缘和灭弧介质）的高真空作为内绝缘和灭弧介质。真空间隙的气体稀。真空间隙的气体稀薄，绝缘强度高，电弧容易熄灭。同时，分子的自由行程较薄，绝缘强度高，电弧容易熄灭。同时，分子的自由行程较大，发生碰撞游离的几率很小。所以，真空击穿产生电弧，大，发生碰撞游离的几率很小。所以，真空击穿产生电弧，是由触头蒸发出来的金属蒸气形成的。因此电弧的特性主要是由触头蒸发出来的金属蒸气形成的。因此电弧
41、的特性主要取决于触头材料以及表面状况。取决于触头材料以及表面状况。随着冶金等技术的不断进步，真空断路器的制造水平不随着冶金等技术的不断进步，真空断路器的制造水平不断提高，在断提高，在6060年代制成能开断年代制成能开断20kA20kA的真空断路器，的真空断路器，7070年代制年代制造出开断能力达造出开断能力达606080kA80kA，电压等级为，电压等级为101035kV35kV的真空断路的真空断路器，使真空断路器器，使真空断路器35kV35kV及以下电压等级中处于优势地位。及以下电压等级中处于优势地位。电力工程河海大学真空灭弧室操动机构 真空断路器结构真空断路器结构 传动机构绝缘子电力工程河
42、海大学电力工程河海大学 外壳是真空灭弧室的密外壳是真空灭弧室的密封容器，它不仅要容纳和封容器，它不仅要容纳和支持灭弧室内的各种部件，支持灭弧室内的各种部件，而且当动、静触头在断开而且当动、静触头在断开位置时起绝缘作用。对外位置时起绝缘作用。对外壳的要求首先是气密封要壳的要求首先是气密封要好；其次是要有一定的机好；其次是要有一定的机械强度；再是有良好的绝械强度；再是有良好的绝缘性能。有玻璃和陶瓷缘性能。有玻璃和陶瓷2 2种。种。真空灭弧室外壳真空灭弧室外壳电力工程河海大学 波纹管既要保证灭弧室完全密封，又要波纹管既要保证灭弧室完全密封，又要在灭弧室外部操动时使触头作分合运动。在灭弧室外部操动时使
43、触头作分合运动。常用的波纹管有液压成形和膜片焊接两种常用的波纹管有液压成形和膜片焊接两种形式。所用材料以不锈钢为最好。波纹管形式。所用材料以不锈钢为最好。波纹管的侧壁可在轴向上伸缩，其允许伸缩量决的侧壁可在轴向上伸缩，其允许伸缩量决定了灭弧室所能获得的触头最大开距。一定了灭弧室所能获得的触头最大开距。一般情况下，波纹管的疲劳寿命也决定了灭般情况下，波纹管的疲劳寿命也决定了灭弧室的机械寿命。弧室的机械寿命。真空灭弧室波纹管真空灭弧室波纹管电力工程河海大学 触头周围的屏蔽罩主要是用来吸附燃弧时触头上蒸发的金触头周围的屏蔽罩主要是用来吸附燃弧时触头上蒸发的金属蒸气，防止绝缘外壳因金属蒸气的污染而引起
44、绝缘强度降低属蒸气，防止绝缘外壳因金属蒸气的污染而引起绝缘强度降低和绝缘破坏，同时，也有利于熄弧后弧隙介质强度的迅速恢复。和绝缘破坏，同时，也有利于熄弧后弧隙介质强度的迅速恢复。屏蔽罩还能起到使灭弧室内部电压均匀分布的作用。屏蔽罩的屏蔽罩还能起到使灭弧室内部电压均匀分布的作用。屏蔽罩的导热性能越好，其表面冷却电弧的能力也就越好。因此，制造导热性能越好，其表面冷却电弧的能力也就越好。因此，制造屏蔽罩常用材料为无氧铜、不锈钢和玻璃，屏蔽罩常用材料为无氧铜、不锈钢和玻璃，铜是最常用的。铜是最常用的。真空灭弧室真空灭弧室屏蔽罩屏蔽罩 电力工程河海大学 高压真空断路器高压真空断路器触头触头 真空间隙的气
45、体稀薄，所以，真空击穿产生电弧，是真空间隙的气体稀薄，所以，真空击穿产生电弧，是由触头蒸发出来的金属蒸气形成的。由触头蒸发出来的金属蒸气形成的。因此电弧的特性主因此电弧的特性主要取决于触头材料以及表面状况。要取决于触头材料以及表面状况。电力工程河海大学真空断路器操作机构带动高压断路器传动机构进行和的机构。电力工程河海大学安装形式安装形式电力工程河海大学具体应用具体应用电力工程河海大学真空断路器优点：真空断路器优点：绝缘性能好，触头的开距可以做得很小（10mm）,只需配置操作功小的操动机构燃弧时间短（半周波），灭弧能力强，适用于频繁操作的场合结构简单，维修工作量小，无火灾危险和无环境污染，噪音小
46、触头部分为完全密封结构,不容易因潮气、灰尘、有害气体等影响而降低它的性能,工作可靠性提高,开断与并合性能稳定且触头磨耗小,使用期较长，20年左右不需要检修在35kV以下电力系统中逐步取代少油断路器 电力工程河海大学某热电厂的电气主接线示意图某热电厂的电气主接线示意图隔离开关符号隔离开关符号QS该条已经配备有断路器，为何在其两端还要加装隔离开关？53 隔离开关、高压负荷开关、高压断路器电力工程河海大学断路器没有明显可见的断口！不安全！电力工程河海大学 隔离开关的作用隔离开关的作用 隔离开关又称隔离刀闸，是一种高压开关电隔离开关又称隔离刀闸，是一种高压开关电器。器。因为它没有专门的灭弧装置因为它没
47、有专门的灭弧装置，故不能用来切，故不能用来切断负荷电流和短路电流。断负荷电流和短路电流。隔离电源。倒闸操作。接通和断开小电流电路。电力工程河海大学 隔离开关的要求隔离开关的要求 （1 1）隔离开关应具有）隔离开关应具有明显可见的断开点明显可见的断开点。（2 2）隔离开关断开点之间应有可靠的绝缘。）隔离开关断开点之间应有可靠的绝缘。（3 3）隔离开关应具有足够的热稳定性和动稳定性。）隔离开关应具有足够的热稳定性和动稳定性。（4 4）隔离开关的结构要简单，动作要可靠。）隔离开关的结构要简单，动作要可靠。电力工程河海大学某热电厂的电气主接线设计图某热电厂的电气主接线设计图电力工程河海大学 GN2-1
48、0G /3150 G产品名称代号安装场所代号设计序号额定电压（kV)其他标志代号额定电流(A)极限通过峰值电流（kA）高原型电力工程河海大学电力工程河海大学 隔离开关的技术参数隔离开关的技术参数 （1 1）额定电压额定电压 指隔离开关长期运行时所能承受的工作电压。指隔离开关长期运行时所能承受的工作电压。（2 2）最高工作电压最高工作电压 指隔离开关能承受的超过额定电压的最高电压。指隔离开关能承受的超过额定电压的最高电压。（3 3）额定电流额定电流 指隔离开关可以长期通过的工作电流。指隔离开关可以长期通过的工作电流。（4 4）热稳定电流热稳定电流 指隔离开关在规定的时间内允许通过的最大电流。指隔
49、离开关在规定的时间内允许通过的最大电流。（5 5）极限通过电流峰值）极限通过电流峰值 指隔离开关所能承受的最大瞬时冲击短路电流。指隔离开关所能承受的最大瞬时冲击短路电流。电力工程河海大学 隔离开关的分类隔离开关的分类 （1 1）按装设地点的不同按装设地点的不同，可分为户内式和户外式两种。，可分为户内式和户外式两种。（2 2）按绝缘支柱数目按绝缘支柱数目，分为柱式、双柱式和三柱式三种。，分为柱式、双柱式和三柱式三种。（3 3）按动触头运动方式按动触头运动方式，可分为水平旋转式、垂直旋转，可分为水平旋转式、垂直旋转 式、摆动式和插入式等式、摆动式和插入式等 （4 4）按有无接地闸刀按有无接地闸刀，
50、可分为无接地闸刀、一侧有接地闸，可分为无接地闸刀、一侧有接地闸刀、两侧有接地闸刀三种。刀、两侧有接地闸刀三种。（5 5）按操动机构的不同按操动机构的不同，可分为手动式、电动式、气动式，可分为手动式、电动式、气动式和液压式等。和液压式等。（6 6）按极数按极数，可分为单极、双极、三极三种，以及按安装，可分为单极、双极、三极三种，以及按安装方式分为平装式和套管式等方式分为平装式和套管式等 电力工程河海大学安装位置安装位置户内户内户外户外剪刀型剪刀型双柱型双柱型三柱型三柱型 V型型电力工程河海大学GN19-12(C)系列高压隔离开关户内隔离开关的典型结构户内隔离开关的典型结构支柱绝缘子静触头操作绝缘
