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1、SF6,断路器基本结构,及灭弧过程,华北电网公司培训中心,1,SF6,断路器基本结构,及灭弧过程,?,一、,SF6,断路器的基本结构组成,?,二、灭弧室结构及灭弧过程,2,一、,SF6,断路器的基本结构组成,?,（一）,SF6,断路器的基本结构,?,（二）,SF6,断路器的分类,3,（一）,SF6,断路器的基本结构,?,1.,导电部分,?,2.,绝缘部分,?,3.,灭弧部分,?,4.,操动机构,4,1.,导电部分,?,它包括动、静弧触头和主触头或中间触头,以及各种形式的过渡连接等,其作用是通,过工作电流和短路电流。,5,2.,绝缘部分,?,主要包括,SF6,气,体、瓷套、绝缘拉杆等,其作用是保
2、证导电部分对地之间、不同相,之间、同相断口之间具,有良好的绝缘状态。,6,3.,灭弧部分,?,主要包括动、静弧触头、喷嘴以及压气缸,等部件,其作用是提高熄灭电弧的能力,缩短燃弧时间。既要保证可靠地开断大的,短路电流,又要保证,开断小电感性电流不,截流,或产生的过电压不超过允许值,;,开,断小电容性电流不重燃。,7,4.,操动机构,?,主要指各种型式的操动机构和传动机构,它的作用是实现对断路器规定的操作程序,并使断路器能够保持在相应的分、合闸位,置。,8,（二）,SF6,断路器的分类,?,1.,电压等级不同,?,2.,根据结构形式的不同,?,3.,根据所配置操动机构类型的不同,?,4.,根据单相
3、断口的多少,9,1.,电压等级不同,?,电压等级不同,在电力系统中的作用不,同,是否要求单相重合闸的不同, SF6,断,路器可分为单相操动式和三相联动式,SF6,断路器,;,10,2.,根据结构形式的不同,?,又可分为支柱式,SF6,断路器,(,简称,P-,GCB),、落地罐式,SF6,断路器,(,简称,T-,GCB),、气体绝,缘金属封闭组合电器,(,简,称,GIS),用断路器、插接式开关系统,(,简称,PASS),用断路器等,;,11,3.,根据所配置操动机构类型的不同,?,根据所配置操动机构类型的不同,也可分为,液压机构式、气动机构式、弹簧机构式,SF6,断路器等,;,12,4.,根据单
4、相断口的多少,?,根据单相断口的多少,还可分为单断口和多,断口,SF6,断路器,;,在多断口,SF6,断路,器,的灭弧室上,又有带并联电容和并联电阻之,分。,13,二、灭弧室结构及灭弧过程,?,SF6,断路器灭弧室结构按灭弧介质压气方式,的不同,可分为双压式和单压式灭弧室,:,按,吹弧方式不同,可分为双吹式和单吹式、外,吹式、内吹式灭弧室,;,按触头运动方式的不,同,可分为变开距和定开距灭弧室。,?,（一）、变开距灭弧室,?,（二）、变开距“自能”式灭弧室,?,（三）、定开距灭弧室,14,（一）、变开距灭弧室,?,1,、变开距灭弧室的结构形式,?,2,、变开距灭弧室结构的主要特点,?,3.,变
5、开距,灭弧室的基本结构图,?,4.,变开距灭弧室的基本原理,?,5.,变开距灭弧室的动作过程,15,1,、变开距灭弧室的结构形式,?,变开距灭弧室的结构形式是从少油断路器的设计体,系中发展起来的。,?,触头系统有主回路工作触头和弧触头组成。,工作触,头放在外侧有利于改善散热条件,提高断路器的热,稳定,性能。灭弧室的可动部分由动触头、喷嘴和,压气缸组成。为了使分闸过程中压气缸内的高压气,体能集中从喷嘴向电弧吹气,而在合闸过程中不致,在压气缸内形成负压力影响合闸速度,故在固定的,压气活塞上设置了止回阀。合闸时,止回阀打开,使压气缸与活塞内腔相,通, SF6,气体从止回阀充,人压气缸内,;,分闸时,
6、止回阀封闭,让,SF6,气体,集中向电弧吹气。,16,2,、变开距灭弧室结构的主要特点,?,触头开距在分闸过程中不断增大,最终的开,距比较大,故断口电压可以做得比较高,介,质强度恢复速度较快。喷嘴与触头分开,喷,嘴的形状不受,限制,可以设计得比较合理,有利于改善吹弧的效果,提高开断能力。由,于电弧是在触头,运动过程中熄灭的,触头,的开距在整个分闸过程中是变化着的,故有,变开距之称。,17,3.,变开距,灭弧室的基本结构图,?,图,1,变开距灭弧室基本结构,?,( a,）合闸状态；,( b,）压气过程；（,3,）吹弧过程；,( d,）分闸状态,?,1,一静主触头；,2,一静弧触头；,3,一动弧触
7、头；,4,一动主触头；,5,一压气缸；,?,6,压气活塞；,7,一提升杆；,8,一灭弧喷嘴,18,4.,变开距灭弧室的基本原理,?,在开断电流时,由操动机构通过绝缘拉杆,7,使带,有动触头,3,和绝缘喷嘴,8,的压气缸,5,运动,使其,内部的,SF6,气体受到压缩,建立高气压,并使高,压气体形成高速气流经喷嘴,8,吹向电弧,使电弧,强烈冷却而熄灭。,19,?,(1),合闸状态,?,(2),压气过程,?,(3),吹弧过程,?,(4),分闸状态,5.,变开距灭弧室的动作过程,20,(1),合闸状态,?,(1),合闸状态,。如图,1(a),所示,主触头,1,与弧触头,2,并联,电流基本上经过主触,头
8、,1,流通。,21,(2),压气过程,?,电流已由主触头,1,转,移到弧触头,2,上流通,但还没有形成电弧,压,气缸,5,中的,SF6,气体,开始被压缩,而其喷嘴,8,还没有被打开,这一,阶段可称为压气阶段。,如图,-1(b),所示。,22,(3),吹弧过程,?,动、静弧触头刚刚分离并,已产生电弧,随着动触头,3,及运动系统继续向下运,动,压气缸,5,中的,SF6,气体一方面继续被压缩,同时高压气体经被打开的,喷嘴,8,吹向被拉长的电,弧,当电流过零时就被熄,灭如图,-1(c),所示。,23,(4),分闸状态,?,当电孤熄灭之后,动触,头,3,及运动系统继续运,动到分闸位置,如图,1(d),所
9、示,24,（二）、变开距“自能”式灭弧室,?,1.,变开距“自能”式灭弧室灭弧的基本原理,?,2.,变开距“自能”式灭弧室的断路器的主要,优点,3.,变开距,“,自能,”式灭弧室的基本结构,图,4.,变开距,“,自能,”,式灭弧室灭弧的动作,过程,25,1.,变开距“自能”式灭弧室灭弧的,基本原理,?,其灭弧的基本原理是,:,当开断短路电流时,依靠短路电流电弧自身的能量来建立熄灭电,弧所需要的部分吹气压力,另一部分吹气压,力靠机械压气建立,;,开断小电流时,靠机械,压气建立起来的气压熄灭电弧。所以,配置,的操动机构基本上仅提供分断短路电流时动,触头运动所需要的能量。,26,2.,变开距“自能”
10、式灭弧室的,断路器的主要优点,?,具有比较好的可靠性,由于需要的操动功率小,可采用故障率比较低的、不受气候、海拔高度、环,境,条件影响的弹簧操动机构,;,在正常的工作条,件下,几乎不需要维修,;,安装容易,体积小,耗材少,对瓷套的强度要求低,轻巧,结构简单,;,由于需要的操动功率小,因而对,构架、基础的,冲击力小,;,具有较低的噪声水平,可安装在居民,住宅区,;,不仅适合于大型变电站,也适合于边远,山区和农村小型变电站使用。由于是依靠短路电流,电弧自身的能量来建立熄灭电弧所需要的部分吹气,压力的,故称为,“,自能,”,式灭弧室。,27,3.,变开距,“,自能,”式灭弧室的基本结构图,?,图,一
11、,2,变开距“自能”式灭弧室的基本结构,?,( a,）合闸状态；,( b,）开断短路电流过程；,( c,）开断小电流过程；,( d,）分闸状态,?,l,一静弧触头；,2,一喷嘴；,3,静主触头；,4,动弧触头；,5,动主触头；,6,一压力室；,7,主电流触头；,8,止回阀；,9,辅助压力室；,10,圆筒；,11,一止回阀,28,4.,变开距,“,自能,”,式灭弧室灭弧,的动作过程,?,(1),合闸状态,?,(2),开断短路电流过程,?,(3),开断小电流过程,?,(4),分闸状态,29,(1),合闸状态,?,此时静弧触头,1,和静,主触头,3,并联到灭弧,室的上部接线端子上,电流主要通过主触头
12、流,通,如图,2 (a),所,示。,30,(2),开断短路电流过程,?,开始分闸时,主触头比弧触头先分开,弧触头刚分开的瞬,间,电弧在静、动弧触头之间形成。电弧使压力室,6,里的,气体加热,气体压力迅速升高到足以熄灭电弧,止回阀,8,同时关闭。当喷,嘴,2,打开时,压力室,6,中储存的高压气体,通过喷嘴,2,吹向电弧,当电流过零时使之,熄灭。而动触头,系统在操动机构带动下,继续向下运动,辅助压力室,9,中,的气体压力继续升高到超过止回阀,11,的反作用力,时,辅,助压力室,9,底部的止回阀,11,打开,使辅助压力室,9,中过,高的气体压力释放,而且止回阀,11,一旦打开,要维持分,闸的操动力不
13、会很大,故不需要分闸弹簧有太大的能量。,如图,2 (b),所示。,31,(3),开断小电流过程,?,当开断负荷电流、小电感电流、小电容电流时,由于电,弧能量不能产生足以熄灭电弧的压力,这时必须依靠辅,助压气室,9,内储存的高压气体经过止回阀,8,、压气室,6,辅助吹气熄灭电弧。压力室,6,向固定的圆筒,10,方,向运动,使辅助压气,室,9,中的,SF6,气体受到压缩,压,力升高,止回阀,8,打开,使高压气体进入压气室,6,从而,通过喷嘴,2,产生不太大的气流吹向电弧,使电弧,冷却而熄灭,而不会产生截流过电压。由于喷嘴较大和,压力室,6,的存在,使电弧熄灭后,在动、静触头之间,保持着较高的介质绝
14、缘,强度,不会发生热击穿和电击,穿而导致开断的失败。如图,-2 (c),所示。,32,(4),分闸状态,?,当电弧熄灭之后,动触头继续运,动到分闸位置,如图,2 (d),所,示。,根据,SF6,断路器变开,距,“,自能,”,式灭弧室的基本元,件组成结构可知,其绝缘结构十,分简单。在断口动、静触头之间,的绝缘介质,除了瓷套外就是,SF6,气体,其对地绝缘包括,SF6,气体、瓷套管和绝缘拉杆。因,SF6,断路器是全密封的结构,在,正常情况下不可能象少,油断路器,那样容易进水受潮,相应地绝缘,试验项目也比较简单。,33,（三）、定开距灭弧室,?,1,、定开距灭弧室的基本结构图,?,2,、定开距灭弧室
15、的灭弧原理,?,3,、定开距灭弧室的灭弧过程,?,4,、定开距灭弧室的特点,?,5,、变开距灭弧室和定开距灭弧室,各自的特点比较,34,1,、定开距灭弧室的基本结构图,图,一,3,定开距灭弧室的基本结构,( a,）合闸状态；,( b,）压气过程；,( c,）吹弧过程；,( d,）分闸状态,1,一压气缸；,2,动触头；,3,一静触头；,4,一压气室；,5,一静触头；,6,固定活塞；,7,一绝缘拉杆,35,2,、定开距灭弧室的灭弧原理,?,断路器的触头由两个带喷嘴的空心静触头和动触头,组成。,断路器的弧隙由两个静触头保持固定的开,距,故称为定开距灭弧室。,?,在合闸位置时,动触头跨接于两个静触头之
16、间,构,成电流的通路。由绝缘材料制成的固定活塞,和与,动触头连成整体的压气缸围成压气室。当分闸操作,时,操动机构通过绝缘拉杆使压气,缸随同动触头,运动,使压气室内的,SF6,气体受到压缩,建立高,气压,当喷嘴被打开后,高压气体形成高速气流吹,向电弧,使电弧强烈冷却而熄灭。操动机构通过绝,缘拉杆,带动动触头和压气缸组成的可动部分继续,运动到分闸位置。,36,3,、定开距灭弧室的灭弧过程,?,(1),断路器合闸状态,?,(2),断路器压气过程,?,(3),断路器开断短路电流过程,?,(4),断路器熄灭电弧后的分闸状态,37,(1),断路器合闸状态,?,如图,-3(a),所示,动触,头,2,跨接于两
17、个静触头,3,和,5,之间,构成电流的,通路。,38,(2),断路器压气过程,?,分闸时由绝缘拉杆,7,带动,动触头,2,和压气缸,1,组成,的可动部分运动,压气室,4,内的,SF6,气体被压缩,建立,高气压。如图,-3(b),所示。,39,(3),断路器开断短路电流过程,?,动触头,2,刚刚离开静触头,3,的瞬间,在静触头,3,和,动,触头,2,之间便形成电弧,同时,将原来动触头所密封,的压气室,4,打开而产生气,流,吹向两个带,喷嘴的空,心静触头,3,和,5,内孔,对,电弧进行纵吹,使电弧强烈,冷却而熄灭。见图,3(c),所示。,40,(4),断路器熄灭电弧后的分闸状态,?,断路器熄灭电弧
18、后的分,闸状态,见图,3(d),。,41,4,、定开距灭弧室的特点,?,由于利用了,SF6,气体介质绝缘强度高的优,点,触头开距设计得比较小,126kV,电压,等级的现断路器灭弧室静触头开距仅有,30mm,触头从分离位置,到熄弧位置的行程,很短,因而电弧的能量很小,所以,定开距,灭弧室的灭弧能力强,燃弧时间短,但压气,室的体积比较大。目前我国使用的,252,、,550kV,电压等级的,SF6,断路器,很多均采,用这种型式的灭弧室结构。,42,5,、变开距灭弧室和定开距灭弧室,各自的特点比较,?,(1),气体利用率,?,(2),断口情况,?,(3),开断电流能力,?,(4),喷口设计,?,(5)
19、,行程与金属短接时间,43,(1),气体利用率,?,变开距灭弧室的吹气时间比较长,压气缸内,的气体利用率比较高。定开距灭弧室的吹气,时间比较短促,压气缸内的气体利用率比较,低。,44,(2),断口情况,?,变开距灭弧室断口间的电场强度分布稍不均,匀,;,绝缘喷嘴置于断口之间,经电弧高温多,次灼伤之后,可能影响断口绝缘性能,故断,口开距比较大。定开距灭弧室断口间的电场,强度分布比较均匀,绝缘性能比较稳定,故,断口开距比较小。,45,(3),开断电流能力,?,变开距灭弧室的电弧拉的比较长,弧柱电压,比较高,电弧能量大,不利于提高开断电流。,?,定开距灭弧室的电弧长度短而固定,弧柱电,压比较低,电弧能量小,有利于熄灭电弧,性能稳定。,46,(4),喷口设计,?,变开距灭弧室的触头是与喷嘴分开的,有利,于喷嘴最佳形状的设计,提高吹气效果。,?,定开距灭弧室的气流经触头喷嘴内喷,其形,状和尺寸均有一定限制,不利于提高吹气效,果。,47,(5),行程与金属短接时间,?,变开距灭弧室的可动部分行程较小,超行程,与金属短接时间较短。定开距灭弧室的可动,部分行程较大,超行程与金属短接时间较长。,48,结束,49,
