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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,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,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,（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,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。,2.绝缘部分,主要包括 SF6 气 体、瓷套、绝缘拉杆等 , 其作用是保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。,3.灭弧部分,主
2、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。,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。,（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. 根据单相断口的多少,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
3、相操动式和三相联动式SF6 断路器 ;,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 ;,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 ;,4. 根据单相断口的多少,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。,二、灭弧室结构
4、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,（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,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
5、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 , 止回阀封闭 , 让SF6 气体集中向电弧吹气。,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
6、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。,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,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
7、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。,(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,(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 1 流通。,(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。,(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
8、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。,(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) 所示,（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,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
9、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。,2.变开距“自能”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
10、, 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。,3.变开距 “ 自能 ”式灭弧室的基本结构图,图 一 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,4.变开距 “ 自能 ” 式灭弧室灭弧的动作过程,
11、(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,(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流通 , 如图 2 (a) 所示。,(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
12、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会很大 , 故不需要分闸弹簧有太大的能量。如图2 (b) 所示。,(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
13、 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。,(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
14、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。,（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,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,2、定开距灭弧室的灭弧原理,断路器
15、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。,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
16、路器开断短路电流过程(4) 断路器熄灭电弧后的分闸状态,(1) 断路器合闸状态,如图 -3(a) 所示 , 动触头 2 跨接于两个静触头 3 和 5 之间 ,构成电流的通路。,(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。,(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
17、行纵吹 , 使电弧强烈冷却而熄灭。见图 3(c) 所示。,(4) 断路器熄灭电弧后的分闸状态,断路器熄灭电弧后的分闸状态见图3(d) 。,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。,5、变开距灭弧室和定开距灭弧室各自的特点比较,(1)
18、气体利用率(2) 断口情况(3) 开断电流能力(4) 喷口设计(5) 行程与金属短接时间,(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。,(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。,(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。,(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。,(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。,结束,
