第六章電氣設備的原理與選擇高壓斷路器開關電器是電力系統的重要設備之一，其中尤以斷路器的地位最重要，結構也最復雜。高壓斷路器是用來在正常情況下接通和斷開電路，在故障情況下能啟動迅速開斷故障電流的開關設備。對斷路器的基本要求是：在各種情況下應具有足夠的開斷能力，盡可能短的動作時間和高度的工作可靠性。斷路器最重要的任務就是熄滅電弧。所以，各種斷路器都有不同結構的滅弧裝置。高壓斷路器的作用和功能

1、高壓斷路器具有兩方面的作用：（1）控制作用（2）保護作用2、高壓斷路器具有以下功能（1）導電（2）絕緣（3）開斷（4）關合根據電網運行要求，將一部分電氣設備及線路投入或退出運行狀態、轉為備用或檢修狀態在電氣設備或線路發生故障時，通過繼電保護裝置及自動裝置使斷路器動作，將故障部分從電網中迅速切除，防止事故擴大，保證電網的無故障部分得以正常運行在正常的閉合狀態時應為良好的導體，不僅對正常的電流，而且對規定的短路電流也應能承受其發熱和電動力的作用，保持可靠地接通狀態相與相之間、相對地之間及斷口之間具有良好的絕緣性能，能長期耐受最高工作電壓，短時耐受大氣過電壓及操作過電壓在閉合狀態的任何時刻，應能在不發生危險過電壓的條件下，在盡可能短的時間內安全地開斷規定的短路電流在開斷狀態的任何時刻，應能在斷路器觸頭不發生熔焊的條件下，在短時間內安全地閉合規定的短路電流國產高壓斷路器的型號含義三、高壓斷路器的種類和基本參數高壓斷路器的型號含義（一）高壓斷路器的種類1．油斷路器：利用油作為滅弧介質

油斷路器按其油量多少和油的作用分為多油式和少油式兩大類。多油斷路器（DW-220型重48000kg）油量多，既作滅弧介質，又作絕緣介質。少油斷路器（SW6-220型重800kg）是在多油斷路器的基礎上發展起來的，它的用油量很少，油主要起滅弧作用，不承擔帶電導體與接地部件之間的絕緣（空氣、陶瓷和有機絕緣材料），相對多油斷路器而言，其結構簡單，節省材料，使用維護方便，因此得到廣泛應用。SN10系列SW2、3、4、6、7等系列分類35kV以下：戶內式是目前6-10kV使用最廣泛35kV以上（35-330kV）：戶外式少油高壓斷路器SN10-10Ⅰ型實例每相安裝一個儲油箱（三相聯動，箱中部是滅弧裝置）。對地絕緣采用兩個支持式絕緣子承擔。每相一個斷口可安裝于固定式開關柜內或手車式開關柜SN10-10Ⅰ型2．壓縮空氣斷路器(高氣壓的采用-減小自由行程)

“外能式”滅弧室。采用壓縮空氣（1-4MPa）作為絕緣介質和滅弧介質。絕緣介質具有不會老化、性能穩定的優點。觸頭間開距可做得比較小，電弧短，開斷能力強（排氣孔在開斷過程中打開，形成吹弧）。但在開斷小電流時，易形成過電壓。目前主要用于220kV及以上高壓系統中。采用積木式結構優點：額定電流、開斷電流大（70kA），開斷時間短（全開斷時間為0.04s），滅弧能力強，無火災危險，尺寸小，重量輕。缺點：結構復雜；有色金屬消耗量大，價格昂貴；需要裝設空氣壓縮機，復雜的壓縮空氣系統；噪聲大。3.真空斷路器高真空-減少碰撞電離以真空作為滅弧介質和絕緣介質。所謂“真空”是相對而言的，指的是絕對壓力低于1個大氣壓的氣體稀薄的空間。在這樣的空間里，其絕緣強度很高，電弧很容易熄滅。真空度一般要求在1.33×10-3～1.33×10-7Pa之間。優點：觸頭開距短（10kV只需10mm，而油斷路器需125mm）；燃弧時間短，且與開斷電流無關，一般只有半個周期；觸頭壽命長，開斷次數多；體積小，重量輕。缺點：對滅弧室工藝及觸頭材料要求高。真空斷路器適用場所廣泛用于35kV及以下的電壓等級中。三、高壓斷路器的種類和基本參數4．SF6斷路器-高電氣強度氣體的采用采用六氟化硫(SF6)氣體作為滅弧介質和絕緣介質。SF6氣體是無色，無味、不燃、無毒、無老化的惰性氣體。它具有很高的電氣絕緣強度(是空氣的2.5~3倍)和良好的滅弧性能(滅弧能力比空氣高100倍)。優點：允許斷路次數多，檢修周期長；斷路性能好；多用于SF6封閉式組合電器，大大減少占地面積。缺點：要求加工精度高，密封性能好。對氣體和水分的檢測控制要求更嚴。全世界SF6的產量在1995年大概是8000t到9000t之間，估計現在已突破20萬噸（包括儲存量）。全世界電力工業的SF6年用量在7000t左右，其主要用于斷路器和其它輸配電設備。理論上，SF6氣體可以回收再利用，絕不允許泄漏到大氣中。然而，在實際運行中，有很大的泄漏。估計美國年泄漏的SF6氣體約相當于8tCO2，而在10年前，大氣中的SF6氣體濃度幾乎感覺不到。這些泄漏氣體很大部分歸因于電力工業。SF6氣體的排放每減少1t，按GWP（全球溫暖化系數）換算，就相當于減少了24000t的CO2氣體排放量（或相當于6500t碳）。1997年被列入必須限制排放的氣體SF6和N2混合:替代SF6

但也有不足：第一，混合氣體的電氣強度比純SF6氣體低，要提高擊穿電壓，就必須增大氣壓，從而增加設備的尺寸；第二，液化回收困難。SF6斷路器的滅弧方式雙壓式滅弧（110kV及以上電壓等級）單壓式滅弧（110kV及以上電壓等級）旋弧式滅弧

（10-35kV及以上電壓等級）SF6斷路器分類SF6斷路器的結構按照對地絕緣方式的不同可以分為落地罐式和瓷柱式兩種。SF6斷路器的結構類型

1.瓷柱式SF6斷路器1-并聯電容；2-端子；3-滅弧室瓷套；4-支持瓷；5-合閘電阻；6-滅弧室；7-絕緣拉桿；8-操動機構箱“I”形布置：一般用于220kV及以下的單柱單斷口斷路器“Y”形布置：一般用于220kV及以上的單柱雙斷口斷路器“T”形布置：一般用于220kV及以上特別是500kV的單柱雙斷口斷路器

斷路器的滅弧室可以布置成“T”或“Y”形，單斷口，可布置成單柱式“I”形，滅弧室位于高電位，靠支柱絕緣套管對地絕緣。SF6斷路器的結構類型

2.罐式SF6斷路器—110kV~500kV均有落地罐式1－套管；2－支持絕緣子；3－電流互感器；4－靜觸頭；5－動觸頭；6－噴口工作缸；7－檢修窗；8－絕緣操作桿；9－油緩沖器；10－合閘彈簧；11－操作桿110kV、220kV產品為每相單斷口結構，330kV、500kV產品為每相雙斷口結構。(二)高壓斷路器的技術參數1．額定電壓UN*保證斷路器長期工作的電壓。*產品銘牌上注明的電壓是指正常工作的線電壓。*我國采用的額定電壓等級有：(3，6，10．35，60，110．220、330，500)kV。*考慮到輸電線始端和末端的電壓可能不同，以及電力系統調壓的要求．對電器又規定了與各級額定電壓相應的最高工作電壓。斷路器應能在其最高工作電壓下長期正常工作。一般，當電壓小于220kV時，暈高工作電壓為1.15倍額定電壓，當電壓為330kV及以上時，最高工作電壓為1.1倍額定電壓2．額定電流IN斷路器可以長期通過的最大電流。電器長期通過額定電流時，其發熱溫度不會超過允許值。3．額定開斷電流INbr*斷路器在額定電壓下能正常可靠開斷的最大短路電流。它標志斷路器的開斷能力。4．額定開斷容量SNbr*對三相電路有200、400、630、1000、1250、1600、2000、2500、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000等1.6、3.15、6.3、8、10、12.5、16、20、25、31.5、40、50、63、80、100kA等5.關合能力（INcl）

當斷路器合閘時，如果線路上存在故障（預伏故障），則在觸頭尚未接觸之前就會發生擊穿，形成電弧（預擊穿），其產生的不良影響甚至比在合閘狀態下流過極限電流更為嚴重。工程上常以額定關合電流表征斷路器的關合短路故障電流的能力，用額定電壓下，斷路器能可靠關合短路電流的第一個半波的峰值（短路沖擊電流）來衡量。6．額定動穩定電流imax(額定峰值耐受電流)表示斷路器對短路電流的動穩定性。7．額定熱穩定電流It（等于額定開斷電流）表示斷路器能承受短路電流熱效應的能力。通常It=INbr4S熱穩定電流8．熱穩定電流作用時間t在此時間內，當熱穩定電流通過斷路器時，其發熱溫度不超過規定允許值。9．合閘時間斷路器合閘線圈通電起到主觸頭剛接觸為止的時間。10．分閘時間斷路器跳閘線圈通電起到三相內電弧完全熄滅為止。分閘時間等于斷路器固有分閘時間和燃弧時間之和固有分閘時間：跳閘線圈通電起到觸頭剛分離為止燃弧時間：觸頭分離到各相電弧完全熄滅為止11、自動重合閘性能不成功自動重合閘后，有些情況下，當高壓斷路器斷開一定時間（180s）后，由運行人員再行合閘，叫做強送電。強送電后，如果故障仍未消除，高壓斷路器立即再分閘一次。高壓斷路器的上述動作程序稱為自動重合閘操作循環四、高壓斷路器的選擇與校驗高壓斷路器的選擇1.選擇斷路器的種類和形式四、高壓斷路器的選擇與校驗（一）高壓斷路器的選擇1.選擇斷路器的種類和形式四、高壓斷路器的選擇與校驗（一）高壓斷路器的選擇1.選擇斷路器的種類和形式四、高壓斷路器的選擇與校驗2.選擇斷路器的額定電壓

UN≥UNS3.選擇斷路器的額定電流

IN

≥Imax4.選擇斷路器的額定開斷電流INbr≥I”或ItkI”-短路次暫態電流有效值（對于中慢速斷路器）5.按關合電流選擇四、高壓斷路器的選擇與校驗（二）高壓斷路器的校驗校驗斷路器的熱穩定和動穩定隔離開關的原理與選擇

隔離開關(俗稱“刀閘”)是一種最簡單的、供配電系統中使用最多的高壓開關，沒有滅弧裝置。它既不能斷開正常負荷電流，更不能斷開短路電流，否則即發生“帶負荷拉刀閘”的嚴重事故。此時產生的電弧不易熄滅，甚至造成“飛弧”(相間或相對地經電弧短路)，會損壞設備并嚴重危及人身安全。隔離開關的主要用途1.隔離電壓

隔離開關的主要用途是保證檢修裝置時工作的安全。在需要檢修的部分和其它帶電部分之間，用隔離開關構成足夠大的明顯可見的空氣絕緣間隔。隔離開關的斷口在任何狀態下都不能發生火花放電，因此它的斷口耐壓一般比其對地絕緣的耐壓高出10%～15%。必要時應在隔離開關上附設接地刀閘，供檢修時接地用。2．倒閘操作投入備用母線或旁路母線以及改變運行方式，常用隔離開關配合斷路器，進行電路的切換操作。一、隔離開關的主要用途3．分、合小電流

隔離開關沒有滅弧裝置，不能開斷或閉合負荷電流和短路電流。但具有一定的分、合小電感電流和電容電流的能力。拉合電壓互感器、避雷器電路。拉合母線和直接與母線相連設備的電容電流。拉合勵磁電流小于2A的空載變壓器（電壓35KV、容量為1000KVA及以下；電壓110KV、容量3200KVA及以下）拉合電容電流不超過5A的空載線路（電壓10KV、長度5km及以下的架空線路；電壓35KV、長度10km及以下的架空線路）。隔離開關基本要求分開后應具有明顯的斷開點，易于鑒別設備是否與電網隔開。斷開點之間應有足夠的絕緣距離，以保證在過電壓及相間閃絡的情況下，不致引起擊穿而危及工作人員的安全。有足夠的動熱穩定、機械強度、絕緣強度。跳、合閘時的同期要好，要有最佳的跳合閘速度，以盡可能降低操作過電壓。應結構簡單動作可靠。帶有接地刀閘的隔離開關必須裝設聯鎖機構，以保證隔離開關的正確操作。隔離開關技術參數額定電壓Ue：額定電流Ie：動穩定電流（極限通過電流）ies：熱穩定電流It：指隔離開關長時間運行能承受的正常工作電壓。（決定了絕緣水平、尺寸）指隔離開關的觸頭結構和導電部分在規定環境溫度下允許通過的長期工作電流，其相應的發熱溫度不會超過國家標準。（決定了截面，結構）指隔離開關在沖擊短路電流作用下，承受電動力的能力。（決定了機械強度）指隔離開關承受短路電流熱效應的能力。（利用熱穩定時間t對應的It）隔離開關的型號G——改進型D——帶有接地刀K——表示快速分閘型M——表示慢速分閘型GN10-35G（