1、教学目标教学目标基本掌握断路器和隔离开关的结构和工作原理，基本掌握断路器和隔离开关的结构和工作原理，识记断路器的型式和参数等，识记断路器的型式和参数等，对风电场的断路器和隔离开关的功能、结构、外对风电场的断路器和隔离开关的功能、结构、外观有具体认知观有具体认知第第3 3章章 风电场主要一次设备风电场主要一次设备2关注的问题关注的问题关于电弧的基本知识有哪些？关于电弧的基本知识有哪些？各种开关设备的结构是怎样的？其作用又是什么？各种开关设备的结构是怎样的？其作用又是什么？3.3 开关设备开关设备在电力系统生产运行中，电气设备的相互联系及生产方式的转在电力系统生产运行中，电气设备的相互联系及生产方
2、式的转换，由换，由开关电器的分合开关电器的分合来实现。开关电器的分合实现了来实现。开关电器的分合实现了电路的电路的有选择接通和断开有选择接通和断开。闸刀开关的原理闸刀开关的原理非常简单：当闸刀落非常简单：当闸刀落下时，将两侧导体连接为一个导体，接下时，将两侧导体连接为一个导体，接通电路；当闸刀打开后，两侧导体不再通电路；当闸刀打开后，两侧导体不再有电路联系，相互绝缘。有电路联系，相互绝缘。闸刀开关所要闸刀开关所要达成的目的即通过其自身达成的目的即通过其自身“导体导体绝缘绝缘体体”的转换来分合电路。的转换来分合电路。电池电灯闸刀开关电力系统中的高压开关电器要复杂的多常。用的开关电器电力系统中的高
3、压开关电器要复杂的多常。用的开关电器有有断路器、隔离开关、熔断器和接触器断路器、隔离开关、熔断器和接触器，它们的功能各不，它们的功能各不相同。相同。3.3.1 电弧的基本知识电弧的基本知识 3.3.1.1电弧的本质和特性电弧的本质和特性 开关电器开断电流时候，只要电路中的电流达到几百毫安，开关电器开断电流时候，只要电路中的电流达到几百毫安，电压有几十伏，开关的触头间就会出现电压有几十伏，开关的触头间就会出现电弧电弧 电弧是电弧是导电体导电体，只有电弧熄灭才能实现电路的开断。，只有电弧熄灭才能实现电路的开断。气体金属类似复合电离电子正离子中性原子弱等离子体强等离子体电弧是一种电弧是一种气体放电现
4、象气体放电现象，是一，是一种种等离子体状态等离子体状态，即带正电荷和，即带正电荷和负电荷的粒子数量相等的离子集负电荷的粒子数量相等的离子集团状态。随着温度的升高能量的团状态。随着温度的升高能量的输入，输入，物质可以实现由固态、液物质可以实现由固态、液态、气态和等离子状态的顺序转态、气态和等离子状态的顺序转换换。可见，金属与等离子体有相似之处。可见，金属与等离子体有相似之处。3.3.1.1电弧的本质和特性电弧的本质和特性 开关分合过程中所产生的电弧，开关分合过程中所产生的电弧，对于开关电器以及整个系统对于开关电器以及整个系统的安全运行都具有重要影响的安全运行都具有重要影响。这主要是因为：。这主要
5、是因为：1 1、电弧是强功率放电电弧是强功率放电，在电弧区的任何固体、液体或气体在，在电弧区的任何固体、液体或气体在电弧作用下都会产生强烈的物理及化学变化。电弧作用下都会产生强烈的物理及化学变化。2 2、电弧是一种自持放电电弧是一种自持放电，很低的电压就能维持相当长的电弧，很低的电压就能维持相当长的电弧稳定燃烧。稳定燃烧。3 3、电弧是等离子体电弧是等离子体，质量很轻，极容易变形。，质量很轻，极容易变形。3.3.1.2电弧的物理过程电弧的物理过程 在电弧的形成与维持过程中，在电弧的形成与维持过程中，游离游离起了很重要的作用。起了很重要的作用。所谓所谓游离，即中性质点到带电质点的转化。游离，即中
6、性质点到带电质点的转化。电弧通常可以分为三个区域：电弧通常可以分为三个区域：阴极区、弧柱区和阳极区阴极区、弧柱区和阳极区在阴极区、弧柱区及阳极区游离过程在阴极区、弧柱区及阳极区游离过程中产生了中产生了带电质点带电质点，并使其，并使其产生定向产生定向移动移动。电弧的电位和电位梯度分布电弧的电位和电位梯度分布，如下图如下图 3.3.1.2电弧的物理过程电弧的物理过程 电弧中的电流从微观上看是电弧中的电流从微观上看是电子及正离子在电场下移动的结电子及正离子在电场下移动的结果果，其中电子的移动构成电流的主要部分。，其中电子的移动构成电流的主要部分。从电弧半径方向看，从电弧半径方向看，电弧中心温度最高电
7、弧中心温度最高，弧柱周围发光较暗，弧柱周围发光较暗的区域称为的区域称为弧焰弧焰，其中，其中电流密度很小电流密度很小。3.3.1.2电弧的物理过程电弧的物理过程 （1 1）阴极区）阴极区：阴极的作用是阴极的作用是发射大量电子发射大量电子，在，在电场作用下趋向阳极方向从电场作用下趋向阳极方向从而构成阴极区的电流而构成阴极区的电流。3.3.1.2电弧的物理过程电弧的物理过程 （2 2）弧柱区）弧柱区：弧柱部分导电需要在弧柱区域也能出现大量自由电子，这就弧柱部分导电需要在弧柱区域也能出现大量自由电子，这就要使弧柱区的要使弧柱区的气体原子游离气体原子游离。气体原子游离的方式通常有。气体原子游离的方式通常
8、有电电场游离和热游离场游离和热游离两种。两种。弧柱中的电子在电场作用下运动，不断与气体原子等粒子碰弧柱中的电子在电场作用下运动，不断与气体原子等粒子碰撞。当电子的动能超过原子的游离能撞。当电子的动能超过原子的游离能 ，则可以使束缚在原子，则可以使束缚在原子周围的电子释放出来，形成自由电子和正离子。这种现象称周围的电子释放出来，形成自由电子和正离子。这种现象称为为电场游离电场游离。在弧柱中温度很高，粒子动能很大，其互相之间不断碰撞即在弧柱中温度很高，粒子动能很大，其互相之间不断碰撞即可使原子游离，从而产生大量的自由电子。电弧导电的主要可使原子游离，从而产生大量的自由电子。电弧导电的主要原因就在于
9、原因就在于热游离热游离。去游离包括去游离包括复合和扩散复合和扩散两种方式。两种方式。3.3.1.2电弧的物理过程电弧的物理过程 （3 3）阳极区）阳极区：阳极的作用通常不像阴极那样重要。根据阳极作用的不同，阳极的作用通常不像阴极那样重要。根据阳极作用的不同，可把阳极分为可把阳极分为被动型和主动型被动型和主动型两种。两种。在被动型中，在被动型中，阳极只起收集电子的作用阳极只起收集电子的作用。在主动型中，在主动型中，阳极不但收集电子而且产生金属蒸汽阳极不但收集电子而且产生金属蒸汽，因而也，因而也可以向弧柱提供带电粒子可以向弧柱提供带电粒子。对于长度只有几个毫米的电弧，电弧电压主要由阴极区压降对于长
10、度只有几个毫米的电弧，电弧电压主要由阴极区压降和阳极区压降组成，其中的物理过程对电弧起主要作用，这和阳极区压降组成，其中的物理过程对电弧起主要作用，这种电弧称为种电弧称为短弧短弧。真空电弧一般属于短弧。真空电弧一般属于短弧。而对于长度较大的电弧，弧柱则起主要作用，这种电弧称为而对于长度较大的电弧，弧柱则起主要作用，这种电弧称为长弧长弧。3.3.1.3交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭 交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭主要有以下三种情况：主要有以下三种情况：强迫熄弧强迫熄弧 因电弧电压很高，电源电压不能维持，电弧电流很快被减小因电弧电压很高，电源电压不能维持，电弧电流很快被减小到零而熄灭。到零而熄灭。截流
11、开断截流开断 在此情况下，电弧因不稳定而熄灭。在此情况下，电弧因不稳定而熄灭。过零熄弧过零熄弧 在这种情况下，电弧是在电流零点时熄灭的。这种熄弧过程在这种情况下，电弧是在电流零点时熄灭的。这种熄弧过程称为过零熄弧。称为过零熄弧。3.3.1.3交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭 如电流过零后，如电流过零后，弧隙未复燃，电弧就最后熄灭弧隙未复燃，电弧就最后熄灭；反之，如；反之，如发发生复燃，则电弧在电流此次过零时不能熄灭生复燃，则电弧在电流此次过零时不能熄灭，至少需燃烧至，至少需燃烧至电弧电流下次过零时再熄灭。电弧电流下次过零时再熄灭。弧隙是否复燃决定于两方面：弧隙是否复燃决定于两方面：一是弧隙的介质强
12、度，另一是一是弧隙的介质强度，另一是加在弧隙上的电压加在弧隙上的电压，通常称为，通常称为恢复电压恢复电压。介质强度和恢复电压都是介质强度和恢复电压都是时间时间t的函数的函数，通常称为，通常称为介质强度恢介质强度恢复过程复过程和和电压恢复过程电压恢复过程。介质恢复过程取决于电流及断路性能，电压恢复过程主要决介质恢复过程取决于电流及断路性能，电压恢复过程主要决定于电网的结构和参数定于电网的结构和参数 3.3.1.3交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭 显然，在电弧电流过零后电弧是最终熄灭还是复燃决定于显然，在电弧电流过零后电弧是最终熄灭还是复燃决定于介介质强度质强度ud和恢复电压和恢复电压utr 交流电弧
13、过零熄灭的条件如下：交流电弧过零熄灭的条件如下：0utt0u(a)复燃(b)熄灭()()dtrutut 3.3.1.3交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭 一般把介质恢复过程分为一般把介质恢复过程分为热击穿阶段和电击穿阶段热击穿阶段和电击穿阶段 热击穿阶段热击穿阶段 在开断大电流时，电弧电流过零后，弧隙的介质温度仍很高，在开断大电流时，电弧电流过零后，弧隙的介质温度仍很高，弧隙仍有一定的电导率。当恢复电压加在弧隙上时，弧隙中弧隙仍有一定的电导率。当恢复电压加在弧隙上时，弧隙中即有一小电流流过。此时在弧隙中同时进行着两个过程：即有一小电流流过。此时在弧隙中同时进行着两个过程：一一方面电源供给弧隙以能量；
14、另一方面弧隙又将能量传给周围方面电源供给弧隙以能量；另一方面弧隙又将能量传给周围介质。介质。如果电源供给弧隙的能量超出传出的能量，弧隙温度如果电源供给弧隙的能量超出传出的能量，弧隙温度将不断上升，最后导致击穿，这称为将不断上升，最后导致击穿，这称为热击穿热击穿 电击穿阶段电击穿阶段 当弧隙温度降低热游离基本停止时，弧隙转变为介质。在此当弧隙温度降低热游离基本停止时，弧隙转变为介质。在此阶段中，如发生复燃，则与气体介质击穿过程相似。阶段中，如发生复燃，则与气体介质击穿过程相似。3.3.2 断路器断路器 断路器是电力系统不可缺少的主要断路器是电力系统不可缺少的主要控制、保护设备控制、保护设备，是电
15、力系，是电力系统中最重要的开关电器，其作用为统中最重要的开关电器，其作用为切断电路切断电路。为了可以熄灭电路分合时所产生的电弧，断路器都装设有为了可以熄灭电路分合时所产生的电弧，断路器都装设有灭弧灭弧装置装置 常用的断路器类型有：常用的断路器类型有：油断路器、真空断路器和油断路器、真空断路器和SF6断路器断路器等等 3.3.2.1油断路器油断路器 油断路器油断路器的触头浸在油中，触头分合时电弧能量中除一小部的触头浸在油中，触头分合时电弧能量中除一小部分通过分通过传导、辐射传导、辐射等方式向四周散出外，大部分能量使四周等方式向四周散出外，大部分能量使四周的油的油蒸发和分解蒸发和分解，在电弧周围形
16、成，在电弧周围形成气泡气泡。气泡体积受到周围油的惯性力和油箱壁的限制，气泡压力是气泡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，因此电弧是处在压力较高、导热性很好的气体包比较高的，因此电弧是处在压力较高、导热性很好的气体包围之中，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。灭。利用电弧自身能量熄灭电弧的方法称为利用电弧自身能量熄灭电弧的方法称为自能式灭弧自能式灭弧。利用其。利用其它能量熄灭电弧的方法称为它能量熄灭电弧的方法称为外能式灭弧外能式灭弧。绝大多数油断路器绝大多数油断路器都采用自能式灭弧，如多油断路器都采用自能式灭弧
17、，如多油断路器 按照绝缘结构的不同，油断路器可分为按照绝缘结构的不同，油断路器可分为多油断路器和少油断多油断路器和少油断路器两种路器两种 3.3.2.1油断路器油断路器 多油断路器多油断路器 多油断路器的触头系统放置在装有变压器油的由钢板焊成的多油断路器的触头系统放置在装有变压器油的由钢板焊成的油中，油箱是接地的。油中，油箱是接地的。多油断路器的导电部分多做成多油断路器的导电部分多做成“U”形，每相至少有两个断口。形，每相至少有两个断口。23754611绝缘套管；2电流互感器；3变压器油；4静触头和灭弧室；5油箱；6横梁（动触头）；7箱盖；电压等级的多油断路电压等级的多油断路器，每相各有一个油
18、器，每相各有一个油箱，称为箱，称为分箱式结构分箱式结构有些电压等级较低的有些电压等级较低的多油断路器，三相共多油断路器，三相共用一个油箱，称为用一个油箱，称为共共箱式结构箱式结构。3.3.2.1油断路器油断路器 多油断路器多油断路器内部带有电流互感器，配套性强内部带有电流互感器，配套性强；在户外使用时，；在户外使用时，不易受大气条件的影响。不易受大气条件的影响。多油断路器的缺点是多油断路器的缺点是油量多，钢材消耗也油量多，钢材消耗也多多。油量太多不仅油量太多不仅给给检修断路器带来困难，检修断路器带来困难，而且增加了爆炸和火而且增加了爆炸和火灾的危险性灾的危险性。3.3.2.1油断路器油断路器
19、少油断路器少油断路器 少油断路器中，变压器油用来少油断路器中，变压器油用来熄灭电弧和作为触头间的绝缘熄灭电弧和作为触头间的绝缘介质介质，但不作为对地绝缘。，但不作为对地绝缘。按按使用地点的不同使用地点的不同，少油断路器可分为，少油断路器可分为户内式与户外式户内式与户外式两种。两种。户外式少油断路器如图：户外式少油断路器如图：绝缘筒绝缘筒1通过支持瓷瓶通过支持瓷瓶3安装于基座安装于基座4上，上，5为接线端子，为接线端子，2为断路器操作机构。为断路器操作机构。大部分大部分110kV少油断路器都采用这种少油断路器都采用这种结构，灭弧室装在绝缘筒内。结构，灭弧室装在绝缘筒内。一般高电压等级的少油断路器
20、的结构一般高电压等级的少油断路器的结构是是细而高细而高，结构稳定性较差结构稳定性较差，不宜在，不宜在强烈地震地区使用。强烈地震地区使用。123455 3.3.2.2真空断路器真空断路器 利用利用真空作为触头间的绝缘与灭弧介质真空作为触头间的绝缘与灭弧介质的断路器称为的断路器称为真空断真空断路器路器，真空断路器中的电弧和气体电弧有明显的不同。，真空断路器中的电弧和气体电弧有明显的不同。（1）真空的概念）真空的概念 真空真空一般指的是气体稀薄的空间。一般指的是气体稀薄的空间。真空的程度以气体的绝对真空的程度以气体的绝对压力值来表示，压力越低称之真空度越高。压力值来表示，压力越低称之真空度越高。凡是
21、绝对压力低凡是绝对压力低于正常大气压力的状态都可称为真空状态。于正常大气压力的状态都可称为真空状态。绝对压力等于零绝对压力等于零的空间称为的空间称为绝对真空绝对真空，才是真正的真空或理想真空。才是真正的真空或理想真空。真空的程度以气体的真空的程度以气体的绝对压力值绝对压力值来表示，来表示，压力越低称之真空压力越低称之真空度越高。度越高。3.3.2.2真空断路器真空断路器 真空包括的范围很广，为方便起见常将它划分为几个区域。真空包括的范围很广，为方便起见常将它划分为几个区域。我国划分的区域为如下表所示。我国划分的区域为如下表所示。划分区域划分区域压力范围（压力范围（Pa）粗真空1.011051.
22、33102低真空1.331021.3310-1高真空1.3310-11.3310-6超高真空1.3310-61.3310-10极高真空1.3310-10真空灭弧室的真空度为真空灭弧室的真空度为1.3310-2Pa1.3310-5Pa，属于，属于高真空范畴。高真空范畴。3.3.2.2真空断路器真空断路器 （2 2）真空间隙击穿与真空电弧）真空间隙击穿与真空电弧 真空间隙的击穿不是由于间隙中气体分子的碰撞游离所引起，真空间隙的击穿不是由于间隙中气体分子的碰撞游离所引起，而而主要由电极现象决定主要由电极现象决定。电极表面在强电场作用下会产生电子发射。随着电极表面温电极表面在强电场作用下会产生电子发射
23、。随着电极表面温度和外加电场强度的增大，电极表面电子发射的电流密度也度和外加电场强度的增大，电极表面电子发射的电流密度也增大。当电流密度达到某一临界值时，真空间隙就被击穿了，增大。当电流密度达到某一临界值时，真空间隙就被击穿了，这被称为这被称为场致发射击穿机理场致发射击穿机理。电极表面不可避免地总会粘有一些微粒质点，它们在电场作电极表面不可避免地总会粘有一些微粒质点，它们在电场作用下会附着电荷运动，具有动能。在与另一电极碰撞时，动用下会附着电荷运动，具有动能。在与另一电极碰撞时，动能转变为热能，使微粒本身熔化和蒸发，蒸发产生的金属蒸能转变为热能，使微粒本身熔化和蒸发，蒸发产生的金属蒸汽又会与场
24、致发射的电子产生碰撞游离，最终导致间隙的击汽又会与场致发射的电子产生碰撞游离，最终导致间隙的击穿穿,这被称为这被称为微粒击穿机理微粒击穿机理。3.3.2.2真空断路器真空断路器 维持真空电弧的是金属蒸汽而不是气体分子，维持真空电弧的是金属蒸汽而不是气体分子，真空电弧实为真空电弧实为金属蒸汽电弧金属蒸汽电弧。真空电弧的电弧电压也由真空电弧的电弧电压也由阴极压降、弧柱（等离子区）压降阴极压降、弧柱（等离子区）压降和阳极压降和阳极压降三部分组成。三部分组成。真空电弧的长度很短，真空电弧的长度很短，对电弧电压起主要作用的是阴极和阳对电弧电压起主要作用的是阴极和阳极压降。极压降。电弧电压随电流增大而增加
25、，具有电弧电压随电流增大而增加，具有正的伏安特性。正的伏安特性。3.3.2.2真空断路器真空断路器 （3）真空断路器的基本结构）真空断路器的基本结构 真空断路器的结构与其它断路器大致相同，主要由真空断路器的结构与其它断路器大致相同，主要由操动机构、操动机构、支撑用的绝缘子和真空灭弧室支撑用的绝缘子和真空灭弧室组成。组成。绝缘子真空灭弧室操作机构定导电杆静法兰盘磁管屏蔽罩触头磁管波纹管导向套动导电杆动法兰盘(a)真空断路器结构原理图(b)真空灭弧室剖面图真空灭弧室的外真空灭弧室的外壳由玻璃或陶瓷壳由玻璃或陶瓷制成，动触头运制成，动触头运动时的密封靠波动时的密封靠波纹管。纹管。动、静触头的外动、静
26、触头的外周装有屏蔽罩周装有屏蔽罩 3.3.2.2真空断路器真空断路器 （4）真空断路器的特点）真空断路器的特点 真空断路器的特点：真空断路器的特点：真空断路器的真空断路器的机械寿命和电气寿命都很高机械寿命和电气寿命都很高。通常机械寿命和。通常机械寿命和开合负载电流的寿命都可达到一万次以上。开合负载电流的寿命都可达到一万次以上。真空灭弧室密封问题特别重要真空灭弧室密封问题特别重要，否则就会导致开断失败，造，否则就会导致开断失败，造成事故成事故 真空灭弧室工作状态与外界大气条件无关，不会在开断短路真空灭弧室工作状态与外界大气条件无关，不会在开断短路电流时产生喷油、排气给外界带来污染，无须检修；开断
27、过电流时产生喷油、排气给外界带来污染，无须检修；开断过程中不会产生很高的压力，爆炸危险性小；开断短路电流时程中不会产生很高的压力，爆炸危险性小；开断短路电流时也没有很大的噪声也没有很大的噪声 3.3.2.3 SF6断路器断路器 （1）SF6气体简介气体简介 六氟化硫（六氟化硫（SF6）是目前高压电器中使用的是目前高压电器中使用的性能最优良的灭弧性能最优良的灭弧和绝缘介质和绝缘介质。SF6常以常以液态液态保存于钢瓶中，保存于钢瓶中，使用时减压放出呈气态冲入电气使用时减压放出呈气态冲入电气设备内设备内。无色、无味、无毒，不会燃烧，化学性能稳定，常温下和其无色、无味、无毒，不会燃烧，化学性能稳定，常
28、温下和其他材料不会发生化学反应。但在电弧的高温作用下，他材料不会发生化学反应。但在电弧的高温作用下，SF6的分的分解物解物SF4、S2F2、SF2、SOF2、SO2F2、SOF4、HF等都具有等都具有强烈的腐蚀性和毒性。安装有强烈的腐蚀性和毒性。安装有SF6电器的场所应装设合适的电器的场所应装设合适的通风设备。通风设备。3.3.2.3 SF6断路器断路器 SF6气体中的气体中的水分必须控制在一定的限度内水分必须控制在一定的限度内，否则对设备运行，否则对设备运行带来危害。带来危害。SF6具有优良的灭弧性能，主要是由于：具有优良的灭弧性能，主要是由于：SF6电弧具有高温弧电弧具有高温弧芯和低温弧焰
29、，其电弧电压梯度小，功率低，对于熄灭电弧芯和低温弧焰，其电弧电压梯度小，功率低，对于熄灭电弧有利。电弧即使在电流很小时依然可以维持弧芯的导电状态，有利。电弧即使在电流很小时依然可以维持弧芯的导电状态，电流过零时弧柱残余体积小，能量小，有利于弧隙绝缘强度电流过零时弧柱残余体积小，能量小，有利于弧隙绝缘强度的恢复。的恢复。由于由于SF6气体绝缘性能好，气体绝缘性能好，SF6断路器中断路器中动静触头间的距离不动静触头间的距离不必很大必很大，降低了上游部分电弧长度和电弧能，降低了上游部分电弧长度和电弧能 3.3.2.3 SF6断路器断路器 （2）SF6断路器基本类型断路器基本类型 按照结构不同，按照结
30、构不同，SF6断路器可分为断路器可分为瓷柱式与罐式瓷柱式与罐式两种。两种。罐式断路器的罐式断路器的灭弧室安装在与地灭弧室安装在与地电位相连的金属罐体内电位相连的金属罐体内。高电压。高电压下，每相需要将多个灭弧室串联下，每相需要将多个灭弧室串联装在同一罐体内。装在同一罐体内。瓷柱式断路器的瓷柱式断路器的灭弧室装在绝缘灭弧室装在绝缘支柱上支柱上，通过串联灭弧室，并将，通过串联灭弧室，并将它们安装在适当高度的绝缘支柱它们安装在适当高度的绝缘支柱上，便可获得任意的电压额定值。上，便可获得任意的电压额定值。3.3.2.3 SF6断路器断路器 按照灭弧方式的不同，按照灭弧方式的不同，SF6断路器又分为：断
31、路器又分为：双压式双压式SF6断路器、断路器、压气式压气式SF6断路器、自能式自吹断路器、自能式自吹SF6断路器和旋弧式断路器和旋弧式SF6断路断路器器等。等。3.3.2.3 SF6断路器断路器 压气式断路器压气式断路器 正常状态下，正常状态下，所有触头都是所有触头都是闭合的，电流闭合的，电流通过主触头和通过主触头和压气缸从上载压气缸从上载流部分向下载流部分向下载流部分传导。流部分传导。1-上载流部分，2-静弧触头，3-动弧触头，4-压气室，5-下载流部分，6-喷嘴，7-静主触头，8-.动主触头，9-压气缸，10-充气阀，11-静活塞闭合状态闭合状态触头分离触头分离形成电弧形成电弧电弧熄灭电弧
32、熄灭断开状态断开状态闭合状态闭合状态在断开过程中，在断开过程中，主管道的活动部分、形成电弧的静触头、压气缸和喷嘴都被拉向主管道的活动部分、形成电弧的静触头、压气缸和喷嘴都被拉向断开状态。断开状态。在闭合过程中，在闭合过程中，充气阀会打开使得充气阀会打开使得SF6气体能注入吹气室。气体能注入吹气室。3.3.2.3 SF6断路器断路器 自能自吹式自能自吹式SF6断路器断路器1-上载流部分，2-静弧触头，3-动弧触头，4-自能压气室，5-压气室，6-充气阀，7-静活塞，8-喷嘴，9-主静触头，10-主动触头，11-自能压气阀，12-压气缸，13-过压泄气阀，14-下载流部分基本结构基本结构触头分离触
33、头分离形成电弧形成电弧电弧熄灭电弧熄灭断开状态断开状态闭合过闭合过程程在断开过程中在断开过程中，自能压气式断路器，自能压气式断路器的大电流下的操作和压气式断路器的大电流下的操作和压气式断路器以同样的方式开始。以同样的方式开始。当形成电弧触点分离后，当形成电弧触点分离后，由于温度的升高及吹气柱由于温度的升高及吹气柱体和静活塞之间的气体被体和静活塞之间的气体被压缩，自能压气室和压气压缩，自能压气室和压气室里的压力不断升高。直室里的压力不断升高。直到气压足够将自动吹气阀到气压足够将自动吹气阀推向闭合位置。当电流波推向闭合位置。当电流波形过零时，电弧变的相对形过零时，电弧变的相对微弱。被压缩的微弱。被
34、压缩的SF6气体气体通过喷嘴从自能压气室注通过喷嘴从自能压气室注入，从而熄灭了电弧。入，从而熄灭了电弧。在闭合过程中在闭合过程中，充气阀，充气阀会打开使得气体能被充会打开使得气体能被充入压气室和自能压气室。入压气室和自能压气室。3.3.2.3 SF6断路器断路器 （3）断路器操作机构）断路器操作机构 在断路器本体以外的机械操动装置称为在断路器本体以外的机械操动装置称为操动机构操动机构，而操动机，而操动机构与断路器动触头之间连接的部分称为构与断路器动触头之间连接的部分称为传动机构和提升机构传动机构和提升机构。操动机构的操动机构的合闸能源从根本上讲是来自人力或电力合闸能源从根本上讲是来自人力或电力
35、。还可转。还可转变为其它能量形式，如电磁能、弹簧位能、重力位能、气体变为其它能量形式，如电磁能、弹簧位能、重力位能、气体或液体的压缩能等。或液体的压缩能等。根据能量形式的不同，操动机构可分为根据能量形式的不同，操动机构可分为手动操动机构、电磁手动操动机构、电磁操动机构、弹簧操动机构、电动机操动机构、气动操动机构操动机构、弹簧操动机构、电动机操动机构、气动操动机构和液压操动机构和液压操动机构等。等。3.3.2.3 SF6断路器断路器 手动操作机构（手动操作机构（CS）靠手力直接合闸的操动机构。靠手力直接合闸的操动机构。电磁操动机构（电磁操动机构（CD）靠电磁力合闸的操动机构靠电磁力合闸的操动机构
36、 电动机操动机构（电动机操动机构（CJ）利用电动机减速装置带动断路器利用电动机减速装置带动断路器合闸的操动机构合闸的操动机构 弹簧操动机构（弹簧操动机构（CT）利用已储能的弹簧为动力使断路器利用已储能的弹簧为动力使断路器动作的操动机构动作的操动机构 液压操动机构（液压操动机构（CY）利用液压油作为动力传递介质。操利用液压油作为动力传递介质。操动方式有两种：直接驱动式和储能式动方式有两种：直接驱动式和储能式 气动操动机构（气动操动机构（CQ）利用压缩空气作为能源产生推力的利用压缩空气作为能源产生推力的操动机构操动机构3.3.2.3 SF6断路器断路器（4）风电场中的断路器及其操作机构举例）风电场
37、中的断路器及其操作机构举例图为图为风电场中常用的风电场中常用的35kV35kV真空断路器及其机构箱内部结构的真空断路器及其机构箱内部结构的 实物图实物图。操作机构为弹簧机构，可以看到分合位置指示，弹簧压力表操作机构为弹簧机构，可以看到分合位置指示，弹簧压力表及手动分合按钮及接线端子排等基本元件。及手动分合按钮及接线端子排等基本元件。3.3.2.3 SF6断路器断路器为为风电场升压变电站中风电场升压变电站中220kV220kV的的SFSF6 6断路器及其操作箱内部结构断路器及其操作箱内部结构。220kV220kV以上需要分相操作，因此每相断路器都有操作箱及操作机以上需要分相操作，因此每相断路器都
38、有操作箱及操作机构。构。该断路器采用弹簧操作机构，可以看到相关的分合位置指示、该断路器采用弹簧操作机构，可以看到相关的分合位置指示、SFSF6 6压力指示、分合开关，接线端子等等。压力指示、分合开关，接线端子等等。3.3.3隔离开关隔离开关 隔离开关在电力生产中常被称为隔离开关在电力生产中常被称为刀闸刀闸，是最常见的高压开关。，是最常见的高压开关。与断路器最根本的区别在于，它与断路器最根本的区别在于，它没有专用的灭弧装置没有专用的灭弧装置，结构，结构简单，因而简单，因而不能用来分合大电流电路不能用来分合大电流电路。当电气设备需要检修的时候，由断路器断开电路，安装在断当电气设备需要检修的时候，由
39、断路器断开电路，安装在断路器和电气设备之间的隔离开关再拉开，路器和电气设备之间的隔离开关再拉开，在电气设备和断路在电气设备和断路器之间形成明显的电压断开点器之间形成明显的电压断开点，从而保证了检修的安全。，从而保证了检修的安全。此外，隔离开关常用来进行电力系统运行方式改变时的此外，隔离开关常用来进行电力系统运行方式改变时的倒闸倒闸操作操作。例如，发电厂或变电所中常见的倒母操作和旁带操作。例如，发电厂或变电所中常见的倒母操作和旁带操作。3.3.3隔离开关隔离开关 隔离开关也可以隔离开关也可以接通或切断某些小电流电路接通或切断某些小电流电路，例如下列各，例如下列各种情况：种情况：电压互感器和避雷器
40、电路；电压互感器和避雷器电路；空载母线；空载母线；励磁电流不超过励磁电流不超过2A的空载变压器；的空载变压器；电容电流不超过电容电流不超过5A的空载线路。的空载线路。3.3.3隔离开关隔离开关 根据根据安装地点安装地点，隔离开关可以分为，隔离开关可以分为屋内式和屋外式屋内式和屋外式 根据其根据其绝缘支柱的数目绝缘支柱的数目可以分为可以分为 单柱单柱双柱式双柱式 V字型字型三柱式三柱式 3.3.4 熔断器熔断器 接于电路中，以接于电路中，以熔点较低的材料作为熔断器的熔体熔点较低的材料作为熔断器的熔体，熔体装，熔体装设于熔管中，当电路中流有故障电流的时候，由于熔体熔点设于熔管中，当电路中流有故障电
41、流的时候，由于熔体熔点较低将熔化断开电路，从而实现故障时对电路的保护功能。较低将熔化断开电路，从而实现故障时对电路的保护功能。熔断器分为熔断器分为低压熔断器和高压熔断器低压熔断器和高压熔断器 高压熔断器型式一般分为高压熔断器型式一般分为屋内式和屋外型屋内式和屋外型，用于户内或户外，用于户内或户外的又有不同型号。若按是否有限流作用又可分的又有不同型号。若按是否有限流作用又可分为限流式和非为限流式和非限流式限流式，限流式高压熔断器就在短路电流没有达到最大值之，限流式高压熔断器就在短路电流没有达到最大值之前就熔断。前就熔断。风电场集电变风电场集电变压器上方的户压器上方的户外跌落式熔断外跌落式熔断器器
42、 3.3.5各种开关设备的功能比较各种开关设备的功能比较 断路器断路器由于装设了专门的灭弧装置，可以熄灭分合电路时所由于装设了专门的灭弧装置，可以熄灭分合电路时所产生的电弧，因此它用来实现电路的最终分合。产生的电弧，因此它用来实现电路的最终分合。隔离开关隔离开关也是最常见的开关电器，一般是作为检修电器和断也是最常见的开关电器，一般是作为检修电器和断路器配合使用。路器配合使用。熔断器熔断器的作用是在电路中发生故障或过负荷的情况下自动断的作用是在电路中发生故障或过负荷的情况下自动断开电路，从而使得故障设备从整个电路中切除出去，以保证开电路，从而使得故障设备从整个电路中切除出去，以保证故障设备和系统的安全。故障设备和系统的安全。接触器接触器则实现电路正常工作时电路的分合，它只能分合正常则实现电路正常工作时电路的分合，它只能分合正常电流，无法断开故障电流，因此它常常和熔断器一起工作，电流，无法断开故障电流，因此它常常和熔断器一起工作，以取代较为昂贵的断路器。以取代较为昂贵的断路器。
