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1、断路器基断路器基础知知识第1页，本讲稿共28页问题：什么是断路器，为什么需要断路器？问题：什么是断路器，为什么需要断路器？1断路器：能关合、承载、开断运行回路正常电流、也能在规定的时间内关合承载及开断规定的过载电流（包括短路电流）的开关设备(A真空断路器可以应用在发电机回路（注意对非周期分量，开断直流分量，开断电流大）B配电装置（广泛）C并联串联电容器组D高压电动机注意过电压倍数或其他限制措施)2高压断路器基本结构:（触头）、（灭弧室）、（绝缘介质）、（壳体结构）和（运动机构）五部分组成。第2页，本讲稿共28页运行中的高压断路器一般应满足哪些基本要求？运行中的高压断路器一般应满足哪些基本要求？
2、n（1）安全可靠高压断路器在正常运行中，不应误动，以免使系统的正常工作遭到破坏；当系统出现故障时，不应拒动（拒绝动作），以免扩大事故范围。同时，高压断路器在各种工作状态下，均不应出现危及人身和其它设备安全的现象。n（2）断流容量高系统中一旦出现故障，其电流很大，往往是其额定电流的几倍、几十倍甚至更高，而持续时间仅几秒钟。高压断路器应能承受开断和关合故障电流的能力。n（3）动作迅速高压断路器开断故障电流的快慢将直接影响系统输送功率的大小以及系统的稳定性。因此，高压断路器在接到继电保护装置发来的信号后，应在百分之几秒的时间内断开故障电路。n不难看出，为了使断路器很好地满足上述要求，高压断路器必须具
3、有可靠完善的灭弧装置和尽量简单可靠的二次回路。第3页，本讲稿共28页问题：，问题：，.怎么回事怎么回事n，为受电设备或系统额定电压n，.kv为设备的最高电压nmax最高工作电压不得低于该回路的最高运行电压o断路器参数的选择断路器参数的选择项目参数技术条件正常工作条件电压电流频率机械荷载短路稳定性动稳定电流热稳定电流和持续时间承受过电压能力对地和断口间得绝缘水平，泄露比距（对地.倍)操作性能开断电流，短路关合电流操作循环操作次数操作相数分合闸时间及同期性（ms)对过电压得限制某些特需的开断电流操动机构环境环境温度日温差最大风速相对湿度污秽海拔高度地震烈度环境保护噪音电磁干扰第4页，本讲稿共28页
4、断路器的分类断路器的分类灭弧介质油断路器，空气，六氟化硫六氟化硫，磁吹，真空真空，产气装置地点户内，户外能否自动重合闸能，不能操动机构手力贮能，电磁，液压，弹簧弹簧，气动，永磁永磁 E2级断路器(E2级断路器的概念只用于配电电压等级，即40.5kV及以下。)主回路灭弧元件在其使用期中不需要维护，而其余部件维护工作量为最少的断路器。注1维护工作量为最少，指的是诸如润滑、更换气体、以及清除外表面等。2本条规定只适用于额定电压在40.5kV及以下的断路器。第5页，本讲稿共28页高压断路器的技术参数高压断路器的技术参数 n额定电压,最高工作电压,额定电流n额定开断电流n额定断流容量n动稳定电流:它是指
5、断路器在合闸位置时所允许通过的最大短路电流，又称极限通过电流。断路器在通过这一短路电流时，不会因电动力的作用而发生任何的机械损坏。动稳定电流表明了断路器承受电动力的能力。此电流的大小由导电部分和绝缘部分的机械强度来决定。n热稳定电流:当短路电流通过断路器时会使导电部分发热，其热量与电流的平方成正比。所以当断路器通过短路电流时，有可能使触头熔焊直至损坏断路器。因此断路器规定了在一定的时间内（1、4、5、10s）的热稳定电流。热稳定电流是断路器在规定时间内允许通过的短路电流值，一般用有效值来表示。热稳定电流标明了断路器承受短路电流热效应的能力。第6页，本讲稿共28页n合闸时间:自发出合闸信号起，到
6、断路器的主触头刚刚接通为止的一段时间，称为断路器的合闸时间。对断路器合闸时间的要求不高，但应尽可能的稳定。我国生产的断路器合闸时间一般均小于或等于02s。n分闸时间:处于合闸位置的断路器，从分闸回路带电（即接到分闸指令）瞬间起到所有极的弧触头均分离瞬间为止的时间间隔。分闸时间包括断路器的固有分闸时间和电弧存在的时间。其中，固有的分闸时间是指从分闸线圈通电，到触头刚刚分离的这段时间；而电弧存在的时间是指从触头分离，到三相电弧完全熄灭的这段时间。从切断短路电流的要求出发，分闸时间愈短愈好，一般分闸时间为02s。通常，合闸时间大于分闸时间。第7页，本讲稿共28页n触头行程:断路器触头行程系指断路器在
7、操作过程中，触头从起始位置到终止位置所经过的距离。n触头超程:断路器触头超程系指断路器在合闸操作中，动、静触头接触后，动触头继续前行的距离。它等于行程与开距之差。n燃弧时间:从首先分离极主回路触头刚脱离电接触起，到各极中的电弧最终熄灭瞬间为止的时间间隔n开断时间:从断路器接到分闸指令瞬间起到各极中的电弧最终熄灭瞬间为止的时间间隔。(注：一般等于分闸时间与燃弧时间之和)第8页，本讲稿共28页n瞬态恢复电压（瞬态恢复电压（TRV):断路器电弧熄灭后，在断路器触头上出现的具有显著瞬变特性的恢复电压。该电压取决于回路和断路器的特性，由工频分量和瞬态分量（可以是非周期性的、单频的或多频的振荡）叠加而成。
8、三相系统中的瞬态恢复电压，系指首先开断相而言。第9页，本讲稿共28页n额定失步开断电流额定失步开断电流:是断路器在本标准规定的使用和性能条件下，在具有以下规定的恢复电压的回路中，应能开断的最大失步电流。n额定失步开断电流的规定并不是强制性的。如果指定有额定失步开断电流，则可用以下的规定：n(1)工频恢复电压，对于中性点直接接地系统应为2.0/3倍的额定电压；对于其他系统应为2.5/3倍的额定电压。n(2)除非另有规定，额定失步开断电流为额定短路开断电流的25%。第10页，本讲稿共28页n额定线路充电开断电流额定线路充电开断电流:是断路器在本标准规定的使用和性能条件下，在其额定电压下应能开断的最
9、大线路充电电流，开断时不得重击穿，且过电压不得大于表16中给出的数值。额定线路充电开断电流的规定，局限于指定使用在开合三相架空线，且额定电压等于或大于40.5kV的断路器，第11页，本讲稿共28页n额定电缆充电开断电流额定电缆充电开断电流:是断路器在其额定电压和本标准规定的使用和性能条件下，应能开断的最大电缆充电电流，开断时不得重击穿，且过电压不得大于表16中给出的数值。断路器的额定电缆充电开断电流并非强制性的，而是应要求才规定的。第12页，本讲稿共28页第13页，本讲稿共28页n额定单个电容器组开断电流额定单个电容器组开断电流:是断路器在其额定电压和本标准规定的使用和性能条件下，应能开断的最
10、大电容电流，开断时不得出现重击穿，且操作过电压不得大于表16的B栏的数值。(此开断电流系指开合一组并联电容器的电流，断路器的电源侧并没有连接多个并联电容器。额定单个电容器组开断电流的规定并非强制性的。单个电容器组开断电流的额定值应从R10数系中选取。)第14页，本讲稿共28页n额定背对背电容器组开断电流额定背对背电容器组开断电流:是断路器在其额定电压和本标准规定的使用和性能条件下，应能开断的最大电容电流，开断时不得出现重击穿，在运行中操作过电压未超过规定的最大允许值。其值在表16的B栏中给出。(此开断电流系指开合一组并联电容器的电流，断路器电源侧连接有一组或几组并联电容器，其关合涌流等于额定电
11、容器组关合涌流。额定背对背电容器组开断电流的规定并不是强制性的。背对背电容器组开断电流的额定值应从R10数系中选取。)第15页，本讲稿共28页n额定电容器组关合涌流额定电容器组关合涌流:是断路器在其额定电压及相应于使用条件(见附录B)的涌流频率下，应能关合的电流峰值。(对于具有额定背对背电容器组开断电流的断路器，其额定电容器组关合涌流的规定是强制性的。电容器组关合涌流的额定值应从R10数系中选取。注1在运行中，涌流的频率通常在2kHz5kHz范围内。2可以认为，断路器适用于任一涌流的频率，只要该频率低于实际试验值。)第16页，本讲稿共28页真空断路器真空断路器n真空断路器的基本结构。n真空断路
12、器的基本结构是由导电部分、绝缘支持件、底座、真空灭孤室、操动机构和传动部分等所组成。它分为固定式和手车式两种。n真空断路器与操动机构有两种布置方式，即前后布置和上下布置。n前后布置时，操动机构在前，真空灭弧室在后，通过转轴拐臂等部件实现联动操作；而上下布置时，真空断路器在上，操动机构在下。n电磁操动机构主要由分、合闸电磁铁、支架和锁扣等部件所组成。n真空灭弧室是真空断路器的灭弧和绝缘部件。主要有动触头、静触头、动端跑弧面、动端法兰、静端法兰、瓷柱、不锈钢支撑法兰、屏蔽罩、动静导电杆、玻壳和波纹管等，经过清洗由玻璃封装、真空焊、亚弧焊、排气等工艺程序处理后封装而成。各主要零部件均密封在玻壳中，玻
13、壳不仅通过动静法兰起到密封作用，还能起到绝缘作用。波纹管系一动态密封的弹性元件，通过真空灭弧室在操动机构的作用下可完成分合闸动作，而又不会破坏其真空度。n真空灭弧室制造成一个整体，不能拆装，损坏后应整体更换。第17页，本讲稿共28页n真空灭弧室的灭弧原理真空电弧的熄灭是基于利用高真空介质（一般为压强低于10-4mm汞柱的稀薄气体）的绝缘强度及在这种气体中的电弧生成物（带电粒子和金属蒸汽）具有极高的扩散速度，在电弧电流过零后，触头间隙的介质强度可以迅速恢复起来的原理而实现的。燃弧过程中的金属蒸汽和带电粒子在强烈的扩散中为屏蔽罩所冷凝，带三条阿基米德螺旋槽的跑弧面使电弧电流在其流经路线上的触头间产
14、生一个横向磁场，这时电弧电流在主触头上沿切线方向快速移动，从而降低了主触头表面的温度，减少了主触头的烧损，稳定了断路器的开断性能，提高了断路器的寿命。第18页，本讲稿共28页n真空断路器中真空灭弧室的好坏真空灭弧室的好坏直接影响到真空断路器的技术性能和使用寿命。如果真空灭弧室存在漏气现象，将会使得其真空度下降，从而使得断路器的开断性能劣化，寿命缩短。因此在断路器运行一段时间后，必须认真检查。在不具备测量真空度的情况下，一般生产厂家均采用工频耐压试验的方法来检测：即将真空断路器退出运行，作好安全技术措施。在断路器分闸的状态下，在真空灭弧室的动、静触头两端加以工频电压（一般10kV断路器施加工频4
15、2kV、lmin），如没有发现放电和击穿现象，就可以认为断路器真空灭孤室的真空度没有下降。可以继续投入运行。第19页，本讲稿共28页n真空断路器合闸失灵的原因n合闸失灵的原因如下（1）电气回路方面的故障1）电源电压过低或整流部分故障；2）合闸电源的容量不足；3）合闸线圈出现匝间短路；4）回路接线错误等。（2）机械传动方面的故障1）在合闸时分闸锁扣未扣住；2）辅助开关触头的行程太大；3）分闸锁扣的尺寸不对；4）合闸铁心与拉杆松动。第20页，本讲稿共28页n真空断路器分闸失灵的原因（1）电气回路方面的故障1）电源电压过低；2）分闸线圈断线；3）辅助开关触头接触不良。（2）机械传动方面的故障1）分闭
16、锁扣不释放；2）分闸锁扣上的销子脱落；3）分闸铁心的行程未调好。第21页，本讲稿共28页n真空断路器的主要优缺点n优点:1）触头开距小、动作快；2）燃弧时间短，触头烧损轻；3）寿命长，适于频繁操作；4）体积小，结构紧凑，真空灭弧室不需要检修，维修工作量小；5）防火、防爆性能好；n缺点：1）制造工艺复杂，造价高；2）监视真空度变化的简易装置尚未解决；3）开断电流小时，有可能产生较高的过电压，需要采取降低过电压的措施。第22页，本讲稿共28页 VD4真空断路器(配弹簧操动机构)VM1真空断路器(配永磁操动机构)VC 熔断器真空接触器主回路核心部件可选配主回路核心部件可选配主要断路器产品主要断路器产
17、品312kV系列系列第23页，本讲稿共28页主要断路器产品主要断路器产品-VD4n额定电压：312kVn额定电流：6304000A(*4000A 采用两台风机强迫风冷）n额定短路开断电流：25kA50kA(额定短路开断为63kA的断路器 最大额定电流为2000A)n额定短路关合电流：125kA第24页，本讲稿共28页主要断路器产品主要断路器产品-VC主要性能参数VD4真空断路器VC真空接触器最大额定电流（A)4000A400A最大短路开断电流(kA)50kA6kA机械寿命30,000次1,000,000次(电气自保持）250,000次(机械自保持）截流值35A0.5A额定短路耐受电流50kA/
18、3s6kA/1s额定电压12kV12kV(7.2kV)额定绝缘水平42/75kV42/75kV(32/60kV)第25页，本讲稿共28页主要断路器产品主要断路器产品VD4真空断路器真空断路器n额定电压：40.5kVn额定电流：6303150A(*3150A 采用两台风机强迫风冷）n额定短路开断电流：25kA、31.5kAn额定短路关合电流：80kAn额定电流开断次数：20000次n额定短路开断次数：20次第26页，本讲稿共28页主要断路器产品主要断路器产品HD4 SF6断路器断路器n额定电压：40.5kVn额定电流：6303150A(*3150A 采用三台风机强迫风冷）n额定短路开断电流：25kA、31.5kAn额定短路关合电流：80kAn灭弧介质：SF6注：HD4的灭弧原理为采用热膨胀压气助吹，无截流及重然现象，因而也不会产生操作过电压。第27页，本讲稿共28页第28页，本讲稿共28页