斷路器的介紹
閱讀：59發(fā)布時(shí)間：2024-6-7
< >斷路器是發(fā)電廠及變電站重要的控制和保護(hù)設(shè)備, 它不僅可以切斷與閉合高壓電 路的空載電流和負(fù)載電流, 而且當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí), 能和保護(hù)裝置、 自動(dòng)裝置相配合, 迅速地切斷故障電流, 以減少停電范圍, 防止事故擴(kuò)大, 保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。 自 20世紀(jì) 90 年代初開(kāi)始, 我國(guó) 35kV 以上電力系統(tǒng)中油斷路器逐漸被 SF6斷路器取代,。## 一、 斷路器的基本原理斷路器是變電站中能夠開(kāi)合、 承載和開(kāi)斷正常回路條件下的負(fù)荷電流, 同時(shí)能夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)承載和開(kāi)斷異常回路條件下故障電流的機(jī)械開(kāi)關(guān)裝置。 滅弧室是斷路器最主要部分之一, 能夠熄滅電力設(shè)備通斷過(guò)程所產(chǎn)生的電弧, 保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。 高壓交流斷路器的滅弧原理是根據(jù)所使用的絕緣介質(zhì)而決定的, 不同的絕緣介質(zhì)會(huì)采用不同的滅弧原理, 相同的滅弧原理可以有各種不同的滅弧結(jié)構(gòu)。SF6斷路器的滅弧室主要有壓氣式和自能式兩種。 壓氣式滅弧室內(nèi)充有 0. 45MPa(20℃表壓) 的 SF6氣體, 分閘過(guò)程中, 壓氣室對(duì)靜止的活塞作相對(duì)運(yùn)動(dòng), 壓氣室內(nèi)的氣體被壓縮, 與氣缸外的氣體形成壓力差, 高壓力的 SF6氣體通過(guò)噴口強(qiáng)烈吹拂電弧,迫使電弧在電流過(guò)零時(shí)熄滅。 一旦分閘完畢, 此壓力差很快就消失, 壓氣室內(nèi)外壓力恢復(fù)平衡。 由于靜止的活塞上裝有逆止閥, 合閘時(shí)的壓力差非常小。自能式滅弧室的基本結(jié)構(gòu)由主觸頭、 靜弧觸頭、 噴口、 壓氣室、 動(dòng)弧觸頭、 氣缸、熱脹氣室、 單向閥、 輔助壓氣室、 減壓閥和減壓彈簧等組成。 分閘操作時(shí), 操動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)支座中的傳動(dòng)軸及其內(nèi)拐臂, 從而拉動(dòng)絕緣拉桿、 活塞桿、 壓氣室、 動(dòng)弧觸頭、主觸頭、 噴口向下運(yùn)動(dòng), 當(dāng)靜觸指和主觸頭分離后, 電流仍沿著未脫開(kāi)的靜弧觸頭和動(dòng)弧觸頭流動(dòng), 當(dāng)動(dòng)、 靜弧觸頭分離時(shí)其間產(chǎn)生電弧, 在靜弧觸頭未脫離噴口喉部之前,電弧燃燒產(chǎn)生的高溫、 高壓氣體流入壓氣室, 與其中的冷態(tài)氣體混合, 從而使壓氣室中的壓力提升, 在靜弧觸頭脫離噴口喉部之后, 壓氣室中的高壓氣體從噴口喉部和動(dòng)弧觸頭喉部雙向噴出, 將電弧熄滅。 合閘操作時(shí), 操動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)動(dòng)觸頭、 噴口和活塞向靜觸頭方向運(yùn)動(dòng), 靜觸頭插入動(dòng)觸頭座內(nèi), 使動(dòng)、 靜觸頭有良好的電接觸, 達(dá)到合閘的目的, 如圖所示。 ## 二、 斷路器的分類(1) 按滅弧介質(zhì)分為油斷路器、 壓縮空氣斷路器、 真空斷路器、 SF6 斷路器; 雖然每種斷路器滅弧介質(zhì)不同, 但是它們的工作實(shí)質(zhì)是相同的, 都是為了熄滅斷路器在分閘過(guò)程中產(chǎn)生的電弧, 從而保證電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。1) 油斷路器: 用油作滅弧介質(zhì)。 電弧在油中燃燒時(shí), 油受電弧的高溫作用而迅速分解、 蒸發(fā), 并在電弧周圍形成氣泡, 能有效地冷卻電弧, 降低弧隙電導(dǎo)率, 促使電弧熄滅。 在油斷路器中設(shè)置了滅弧裝置 (室), 使油和電弧的接觸緊密, 氣泡壓力得到提高。 當(dāng)滅弧室噴口打開(kāi)后, 氣體、 油和油蒸氣形成一股氣流和液流, 并根據(jù)具體的滅弧裝置結(jié)構(gòu), 可垂直于電弧橫向吹弧、 平行于電弧縱向吹弧或縱橫結(jié)合等方式吹向電弧, 對(duì)電弧實(shí)行強(qiáng)力有效的吹弧, 這樣就加速去游離過(guò)程, 縮短燃弧時(shí)間, 從而提高了斷路器的開(kāi)斷能力。2) 壓縮空氣斷路器: 其滅弧過(guò)程是在特定的噴口中完成的, 利用噴口產(chǎn)生高速氣流, 進(jìn)行吹弧從而使電弧熄滅。 斷路器開(kāi)斷電路時(shí), 壓縮空氣產(chǎn)生的高速氣流不僅帶走了弧隙中大量的熱量, 從而降低弧隙溫度, 抑制熱游離的發(fā)展, 而且直接帶走了弧隙中的大量正負(fù)離子, 以新鮮的高壓空氣充于觸頭間隙, 從而使間隙介質(zhì)強(qiáng)度很快得到恢復(fù), 所以, 壓縮空氣斷路器相比于油斷路器, 其開(kāi)斷能力強(qiáng)、 動(dòng)作迅速、 開(kāi)斷時(shí)間較短, 而且在自動(dòng)重合閘中不會(huì)降低開(kāi)斷能力。3) 真空斷路器: 用真空作為絕緣和滅弧介質(zhì)。 斷路器開(kāi)斷時(shí), 電弧在真空滅弧室觸頭材料所產(chǎn)生的金屬蒸氣中燃燒, 簡(jiǎn)稱為真空電弧。 當(dāng)開(kāi)斷真空電弧時(shí), 由于弧柱內(nèi)外的壓力與密度差別都很大, 所以弧柱內(nèi)的金屬蒸氣與帶電質(zhì)點(diǎn)會(huì)不斷向外擴(kuò)散。弧柱內(nèi)部處在帶電質(zhì)點(diǎn)不斷向外擴(kuò)散和電極不斷蒸發(fā)出新質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)平衡中。 隨著電流減小, 金屬蒸氣密度與帶電質(zhì)點(diǎn)的密度都下降, 最后在電流接近零點(diǎn)時(shí)消失, 電弧隨之熄滅。 此時(shí), 弧柱殘余的質(zhì)點(diǎn)繼續(xù)向外擴(kuò)散, 斷口間的介質(zhì)絕緣強(qiáng)度迅速恢復(fù),只要介質(zhì)絕緣強(qiáng)度的恢復(fù)速度大于電壓恢復(fù)上升速度, 電弧就會(huì)熄滅。4) SF6斷路器: 用 SF6氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)。 SF6氣體是理想的滅弧介質(zhì), 它具有良好的熱化學(xué)性與強(qiáng)負(fù)電性。a. 熱化學(xué)性即 SF6氣體有良好的熱傳導(dǎo)特性。 由于 SF6氣體有較高的導(dǎo)熱率, 電弧燃燒時(shí), 弧心表面具有很高的溫度梯度, 冷卻, 所以電弧直徑比較小, 有利于滅弧。 同時(shí), SF6在電弧中熱游離作用強(qiáng)烈, 熱分解充分, 弧心存在著大量單體的 S、F 及其離子等, 電弧燃燒過(guò)程中, 電網(wǎng)注入弧隙的能量比空氣和油等作滅弧介質(zhì)的斷路器低得多。 因此, 觸頭材料燒損較少, 電弧也就比較容易熄滅。b. SF6氣體的強(qiáng)負(fù)電性就是這種氣體分子或原子生成負(fù)離子的傾向性強(qiáng)。 由電弧電離所產(chǎn)生的電子被 SF6氣體和由它分解產(chǎn)生的鹵族分子、 原子強(qiáng)烈的吸附, 因而帶電粒子的移動(dòng)性顯著降低, 并由于負(fù)離子與正離子極易復(fù)合還原為中性分子和原子。 因此,弧隙空間導(dǎo)電性的消失過(guò)程非常迅速。 弧隙電導(dǎo)率很快降低, 從而促使電弧熄滅。(2) 按結(jié)構(gòu)型式分為瓷瓶支柱式斷路器和罐式斷路器。(3) 按操動(dòng)機(jī)構(gòu)性質(zhì)分為電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)斷路器、 液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)斷路器、 氣動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)斷路器、 彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)斷路器、 永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)斷路器。(4) 按斷口數(shù)量分為單斷口斷路器和多斷口斷路器; 其中多斷口斷路器又分為帶均壓電容和不帶均壓電容斷路器。三、 斷路器的基本結(jié)構(gòu)斷路器的基本結(jié)構(gòu)主要包含基座、 操動(dòng)機(jī)構(gòu)、 傳動(dòng)元件、 絕緣支撐元件、 開(kāi)斷元件等部分, 典型斷路器基本結(jié)構(gòu)如圖 所示。開(kāi)斷元件: 接通和斷開(kāi)電路, 是斷路器的核心部分。傳動(dòng)元件: 將操作命令和操作動(dòng)能傳遞給動(dòng)觸頭。絕緣支撐元件: 支撐斷路器器身, 承受開(kāi)斷元件的操動(dòng)力和各種外力, 保證開(kāi)斷元件的對(duì)地絕緣。操動(dòng)機(jī)構(gòu): 用來(lái)提供分、 合操作能量。基座: 用來(lái)支撐和固定斷路器。
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