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1、发电厂变电所电气设备第三章 开关电器第五节 负荷开关教学内容教学内容本节教学内容本节教学内容一、一、负荷开关概述负荷开关概述二、二、负荷开关的结构类型负荷开关的结构类型三、三、负荷开关的使用知识负荷开关的使用知识首页发电厂变电所电气设备第三章 开关电器第五节 负荷开关一、负荷开关概述一、负荷开关概述负荷开关是一种带有简单灭弧装置，能开断负荷开关是一种带有简单灭弧装置，能开断和关合额定负荷电流的开关。和关合额定负荷电流的开关。负荷开关不能开断短路电流。负荷开关不能开断短路电流。首页发电厂变电所电气设备第三章 开关电器第五节 负荷开关一、负荷开关概述一、负荷开关概述 1开断和关合作用开断和关合作用
2、2替代作用替代作用负荷开关有一定的灭弧能力，可用来开断和关合负荷电流和小负荷开关有一定的灭弧能力，可用来开断和关合负荷电流和小于一定倍数（通常为于一定倍数（通常为3 34 4倍）的过载电流；也可以用来开断和关合倍）的过载电流；也可以用来开断和关合比隔离开关允许容量更大的空载变压器，更长的空载线路，有时也比隔离开关允许容量更大的空载变压器，更长的空载线路，有时也用来开断和关合大容量的电容器组。用来开断和关合大容量的电容器组。负荷开关与限流熔断器串联组合（负荷开关熔断器组合电负荷开关与限流熔断器串联组合（负荷开关熔断器组合电器）可以代替断路器使用，即由负荷开关承担开断和关合小于一器）可以代替断路器
3、使用，即由负荷开关承担开断和关合小于一定倍数的过载电流，而由限流熔断器承担开断较大的过载电流和定倍数的过载电流，而由限流熔断器承担开断较大的过载电流和短路电流。短路电流。熔断器可以装在负荷开关的电源侧，也可以装在负荷开关的熔断器可以装在负荷开关的电源侧，也可以装在负荷开关的受电侧。受电侧。目前，国内外的环网供电单元和预装式变电站，广泛使用负目前，国内外的环网供电单元和预装式变电站，广泛使用负荷开关熔断器的结构型式，用它保护变压器比用断路器更为有荷开关熔断器的结构型式，用它保护变压器比用断路器更为有效，其切除故障时间更短，不易发生变压器爆炸事故。效，其切除故障时间更短，不易发生变压器爆炸事故。发
4、电厂变电所电气设备第三章 开关电器第五节 负荷开关一、负荷开关概述一、负荷开关概述3负荷开关在结构上应满足的要求负荷开关在结构上应满足的要求负荷开关在分闸位置时要有明显可见的间隙。负荷开关在分闸位置时要有明显可见的间隙。负荷开关要能经受尽可能多的开断次数，而无需检修触负荷开关要能经受尽可能多的开断次数，而无需检修触头和调换灭弧室装置的组成元件。头和调换灭弧室装置的组成元件。负荷开关要能关合短路电流，并承受短路电流的动稳定负荷开关要能关合短路电流，并承受短路电流的动稳定性和热稳定性的要求（对负荷开关熔断器组合电器无性和热稳定性的要求（对负荷开关熔断器组合电器无此要求）。此要求）。现代负荷开关有两
5、个明显的特点，一是具有三工位，即现代负荷开关有两个明显的特点，一是具有三工位，即合闸分闸接地；二是灭弧与载流分开，灭弧系统不合闸分闸接地；二是灭弧与载流分开，灭弧系统不承受动热稳定电流，而载流系统不参与灭弧。承受动热稳定电流，而载流系统不参与灭弧。发电厂变电所电气设备第三章 开关电器第五节 负荷开关二、负荷开关的结构类型二、负荷开关的结构类型 负荷开关按其灭弧方式可分为油负荷开关、磁吹负负荷开关按其灭弧方式可分为油负荷开关、磁吹负荷开关、压气式负荷开关、产气式负荷开关、六氟化硫荷开关、压气式负荷开关、产气式负荷开关、六氟化硫负荷开关和真空负荷开关。负荷开关和真空负荷开关。1.产气式负荷开关产气
6、式负荷开关利用固体产气材料在电弧作用下产生气体来进行灭弧利用固体产气材料在电弧作用下产生气体来进行灭弧的负荷开关，它属于自能灭弧方式。的负荷开关，它属于自能灭弧方式。在产气式灭弧室中，灭弧材料气化形成局部高压力，在产气式灭弧室中，灭弧材料气化形成局部高压力，电弧受到强烈吹弧和冷却作用，产生去游离使电弧熄电弧受到强烈吹弧和冷却作用，产生去游离使电弧熄灭。当电流较小时，主要靠产气壁冷却效应或电动力灭。当电流较小时，主要靠产气壁冷却效应或电动力驱使电弧运动，拉长并熄灭电弧。驱使电弧运动，拉长并熄灭电弧。发电厂变电所电气设备第三章 开关电器第五节 负荷开关二、负荷开关的结构类型二、负荷开关的结构类型
7、产气式负荷开关的灭弧室有管式和板式两种结构。产气式负荷开关的灭弧室有管式和板式两种结构。（1）管式灭弧室结构）管式灭弧室结构1 1开关主轴；开关主轴；2 2绝缘拉杆；绝缘拉杆；3 3隔离闸刀；隔离闸刀；4 4保持触头；保持触头；5 5随动弧刀；随动弧刀；6 6随动销；随动销；7 7弹簧；弹簧；8 8灭弧室灭弧室 灭弧室本身不动，只有隔离闸刀和弧触刀运动。当主触头达到灭弧室本身不动，只有隔离闸刀和弧触刀运动。当主触头达到规定的开距后，保持触头处的随动弧刀脱扣，通过此间储能的弹簧规定的开距后，保持触头处的随动弧刀脱扣，通过此间储能的弹簧就可以快速地加速运动到分闸位置。在保持触头和随动弧刀尖端产就可
8、以快速地加速运动到分闸位置。在保持触头和随动弧刀尖端产生的电弧在灭弧室中熄灭。生的电弧在灭弧室中熄灭。当开断大电流时，采用气吹方法及通过对流原理，耗散电弧能当开断大电流时，采用气吹方法及通过对流原理，耗散电弧能量；开断小电流时，利用大面积的塑料壁冷却效应即电弧能量塑料量；开断小电流时，利用大面积的塑料壁冷却效应即电弧能量塑料最外层的分解热或吸收热。最外层的分解热或吸收热。动画链接动画链接发电厂变电所电气设备第三章 开关电器第五节 负荷开关二、负荷开关的结构类型二、负荷开关的结构类型（2 2）板式灭弧室结构）板式灭弧室结构 FN5FN510RD10RD型板式产气式负荷开关由负荷开关和熔断器组成。
9、型板式产气式负荷开关由负荷开关和熔断器组成。1 1）导电回路：包括动触头、静触头、灭弧管和熔断器等。）导电回路：包括动触头、静触头、灭弧管和熔断器等。2 2）绝缘支柱：）绝缘支柱：9 9个，分别支撑着各相导电回路和熔断器。个，分别支撑着各相导电回路和熔断器。3 3）操动机构：底座旁边装有分、合闸机构，分闸弹簧装在底座中部，另）操动机构：底座旁边装有分、合闸机构，分闸弹簧装在底座中部，另外还设有脱扣装置和自动联锁装置。外还设有脱扣装置和自动联锁装置。机械联锁可靠：负荷开关合闸位置，接地开关拒绝合闸；接地开关处机械联锁可靠：负荷开关合闸位置，接地开关拒绝合闸；接地开关处于合闸状态，负荷开关拒绝合闸
10、。采用电动操动机构时，接地开关处于合于合闸状态，负荷开关拒绝合闸。采用电动操动机构时，接地开关处于合闸位置，控制系统自动断电，拒绝负荷开关合闸；接地开关处在分闸位置，闸位置，控制系统自动断电，拒绝负荷开关合闸；接地开关处在分闸位置，控制系统自动通电，操作负荷开关合闸。控制系统自动通电，操作负荷开关合闸。1底架；底架；2绝缘支柱；绝缘支柱；3熔管；熔管；4脱扣装置；脱扣装置；5动触头；动触头；6灭弧管；灭弧管；7导向片；导向片；8静触头；静触头；9分合闸机构；分合闸机构；10CJ型电动操型电动操动机构动机构发电厂变电所电气设备第三章 开关电器第五节 负荷开关二、负荷开关的结构类型二、负荷开关的结
11、构类型2.压气式负荷开关压气式负荷开关利用活塞和气缸在开断过程中相对运动将空气压缩，再利用活塞和气缸在开断过程中相对运动将空气压缩，再利用被压缩的空气而熄弧的负荷开关。利用被压缩的空气而熄弧的负荷开关。分类：转动式结构和直动式结构。分类：转动式结构和直动式结构。（1）转动式结构的负荷开关）转动式结构的负荷开关 转动式结构的负荷开关是通过闸转动式结构的负荷开关是通过闸刀摆动完成关合和隔离。关合时，弧刀摆动完成关合和隔离。关合时，弧刀摆动插入压气室内；开断时，靠压刀摆动插入压气室内；开断时，靠压气而熄弧。由于它的气缸出口为一狭气而熄弧。由于它的气缸出口为一狭缝，且动触刀为一宽度仅为缝，且动触刀为一
12、宽度仅为20mm20mm左右左右的刀片，触头分开后，电弧在一狭缝的刀片，触头分开后，电弧在一狭缝中燃烧，气压较集中，对熄弧有利，中燃烧，气压较集中，对熄弧有利，因而开断能力也较强。因而开断能力也较强。发电厂变电所电气设备第三章 开关电器第五节 负荷开关二、负荷开关的结构类型二、负荷开关的结构类型结构：隔离开关、熔断器结构：隔离开关、熔断器绝缘部分：灭弧功能，支绝缘部分：灭弧功能，支持绝缘子，装设有由操动持绝缘子，装设有由操动机构主轴传动的活塞，上机构主轴传动的活塞，上部装有绝缘喷嘴和弧静触部装有绝缘喷嘴和弧静触头。头。当负荷开关分闸时，当负荷开关分闸时，在闸刀一端的弧动触头与在闸刀一端的弧动触
13、头与绝缘子上的弧静触头之间绝缘子上的弧静触头之间产生电弧，由于分闸时主产生电弧，由于分闸时主轴转动而带动活塞，压缩轴转动而带动活塞，压缩气缸内空气而从喷嘴喷出，气缸内空气而从喷嘴喷出，对电弧形成纵吹，使之迅对电弧形成纵吹，使之迅速熄灭。速熄灭。1 1框架；框架；2 2上绝缘子；上绝缘子；3 3下绝缘子；下绝缘子；4 4闸刀；闸刀；5 5下触座；下触座；6 6灭弧动触头；灭弧动触头；7 7工作静触头；工作静触头；8 8绝缘拉杆；绝缘拉杆；9 9拐臂；拐臂；1010接地螺栓；接地螺栓；1111小拐臂；小拐臂；1212绝缘拉杆；绝缘拉杆；1313熔断器熔断器动画链接动画链接发电厂变电所电气设备第三章
14、 开关电器第五节 负荷开关二、负荷开关的结构类型二、负荷开关的结构类型（2）直动式结构的负荷开关）直动式结构的负荷开关 特点：载流和灭弧分开，压缩空气由操动机构提供压缩功，特点：载流和灭弧分开，压缩空气由操动机构提供压缩功，导电杆上下直动而压气熄弧。导电杆上下直动而压气熄弧。基本结构：导电部分、绝缘部分和操动机构部分。其下半部基本结构：导电部分、绝缘部分和操动机构部分。其下半部分是熔断器，而上半部是负荷开关本身。分是熔断器，而上半部是负荷开关本身。1框架；框架；2绝缘支持件；绝缘支持件；3导电装置；导电装置；4熔断器；熔断器；5自动脱扣机构；自动脱扣机构；6接地开关；接地开关；7拐臂；拐臂；8
15、合闸弹簧；合闸弹簧；9操动机构；操动机构；10分闸弹簧分闸弹簧动画链接动画链接发电厂变电所电气设备第三章 开关电器第五节 负荷开关二、负荷开关的结构类型二、负荷开关的结构类型3.真空负荷开关真空负荷开关利用真空灭弧室作为灭弧装置的负荷开关，开利用真空灭弧室作为灭弧装置的负荷开关，开断电流大，适宜于频繁操作。断电流大，适宜于频繁操作。（1）联动式结构的负荷开关）联动式结构的负荷开关 ZFNZFNRDRD型真空负荷开关采用联动式结构，将开断型真空负荷开关采用联动式结构，将开断时的灭弧与绝缘功能分开。隔离刀承担绝缘功能。由一个操时的灭弧与绝缘功能分开。隔离刀承担绝缘功能。由一个操作手柄，通过特殊设计
16、的传动系统同时操作真空灭弧室和串作手柄，通过特殊设计的传动系统同时操作真空灭弧室和串联的外隔离刀，以保证这两个断口按正确程序动作。联的外隔离刀，以保证这两个断口按正确程序动作。发电厂变电所电气设备第三章 开关电器第五节 负荷开关二、负荷开关的结构类型二、负荷开关的结构类型 为了减小负荷开关的高为了减小负荷开关的高度，真空灭弧室度，真空灭弧室2 2固定在隔离固定在隔离刀刀1 1上。主轴上。主轴4 4可操动隔离操可操动隔离操作轴作轴3 3和真空灭弧室操作轴和真空灭弧室操作轴5 5。合闸时，轴合闸时，轴3 3带动隔离刀先合，带动隔离刀先合，真空灭弧室在过中弹簧的作真空灭弧室在过中弹簧的作用下后合；分
17、闸时，真空灭用下后合；分闸时，真空灭弧室在过中弹簧的作用下快弧室在过中弹簧的作用下快速分闸后，隔离刀接着分开。速分闸后，隔离刀接着分开。1隔离刀；隔离刀；2真空灭弧室；真空灭弧室；3隔离操作轴；隔离操作轴；4机构主轴机构主轴5真空灭弧室操作轴真空灭弧室操作轴动画链接动画链接发电厂变电所电气设备第三章 开关电器第五节 负荷开关二、负荷开关的结构类型二、负荷开关的结构类型（2）联锁式结构的负荷开关）联锁式结构的负荷开关 FZN21FZN2112D12D（R R）系列户内式真空负荷开关采用联锁式结构，将）系列户内式真空负荷开关采用联锁式结构，将真空灭弧室与隔离刀两功能元件通过机械联锁保证两元件按正确
18、程真空灭弧室与隔离刀两功能元件通过机械联锁保证两元件按正确程序动作。它主要由隔离刀序动作。它主要由隔离刀1 1、真空灭弧室、真空灭弧室2 2、接地刀、接地刀4 4组成。组成。真空灭弧室配装有电动和手动弹簧操动机构，整台真空负荷开真空灭弧室配装有电动和手动弹簧操动机构，整台真空负荷开关具有两个操作手柄，既可电动，也可手动。弹簧机构采用了电动关具有两个操作手柄，既可电动，也可手动。弹簧机构采用了电动弹簧过中合闸、电磁线圈分闸。弹簧过中合闸、电磁线圈分闸。特点：隔离刀与熔断器结合在一起，使组合电器的高度尺寸大大减特点：隔离刀与熔断器结合在一起，使组合电器的高度尺寸大大减小，同时，也使负荷开关与组合电
19、器在外形和安装尺寸上一致，便小，同时，也使负荷开关与组合电器在外形和安装尺寸上一致，便于组合拼柜。于组合拼柜。1隔离刀（熔断器）；隔离刀（熔断器）；2真空灭弧室；真空灭弧室；3弹簧机构；弹簧机构；4接地刀接地刀发电厂变电所电气设备第三章 开关电器第五节 负荷开关二、负荷开关的结构类型二、负荷开关的结构类型4.SF6负荷开关负荷开关 SF6SF6负荷开关：利用负荷开关：利用SF6SF6气体作为绝缘和灭弧介质的负荷开关。气体作为绝缘和灭弧介质的负荷开关。在城网和农网中已大量使用。在城网和农网中已大量使用。按照灭弧原理可分为，灭弧栅式、吸气去离子栅式、永按照灭弧原理可分为，灭弧栅式、吸气去离子栅式、
20、永磁旋弧式、压气式等，其中压气式使用较多；按动作特点又分直动磁旋弧式、压气式等，其中压气式使用较多；按动作特点又分直动式和回转式。式和回转式。（1 1）灭弧栅式。常采用回转式结构，以灭弧栅熄灭电弧，以回转达）灭弧栅式。常采用回转式结构，以灭弧栅熄灭电弧，以回转达到开断、隔离和接地三工位，结构紧凑。到开断、隔离和接地三工位，结构紧凑。（2 2）吸气去离子栅式。灭弧室为单独的壳体，即灭弧介质和绝缘）吸气去离子栅式。灭弧室为单独的壳体，即灭弧介质和绝缘介质在设备内分开。其优点是即使外面的壳体被损坏，仍能保持全介质在设备内分开。其优点是即使外面的壳体被损坏，仍能保持全开断能力。开断能力。（3 3）旋弧
21、式。利用电流与永久磁铁结合，使电弧围绕静触头旋转，）旋弧式。利用电流与永久磁铁结合，使电弧围绕静触头旋转，电弧被拉长和冷却，在电流过零时电弧熄灭。结构简单可靠，触头电弧被拉长和冷却，在电流过零时电弧熄灭。结构简单可靠，触头磨损少，电气寿命长。磨损少，电气寿命长。（4 4）上下直动压气式。将灭弧室装在充有）上下直动压气式。将灭弧室装在充有SF6SF6气体的密封壳体内，气体的密封壳体内，在金属壳体底部装有安全阀。动触头由快速操动机构操作，不受操在金属壳体底部装有安全阀。动触头由快速操动机构操作，不受操作人员的影响，接地闸刀具有短路关合能力。作人员的影响，接地闸刀具有短路关合能力。（5 5）回转压气
22、式。通过动触头回转压气形成双断口，完成开断、）回转压气式。通过动触头回转压气形成双断口，完成开断、隔离，有的还完成接地功能。动触头回转形成双断口。隔离，有的还完成接地功能。动触头回转形成双断口。发电厂变电所电气设备第三章 开关电器第五节 负荷开关三、负荷开关的使用知识三、负荷开关的使用知识（1）负荷开关合闸时，应使辅助刀闸先闭合，主刀闸后闭合；）负荷开关合闸时，应使辅助刀闸先闭合，主刀闸后闭合；分闸时，应使主刀闸先断开，辅助刀闸后断开。分闸时，应使主刀闸先断开，辅助刀闸后断开。（2）在负荷开关合闸时，主固定触头应可靠地与主刀片接触；）在负荷开关合闸时，主固定触头应可靠地与主刀片接触；分闸时，三
23、相灭弧刀片应同时跳离固定灭弧触头。分闸时，三相灭弧刀片应同时跳离固定灭弧触头。（3）灭弧筒内产生气体的有机绝缘物应完整无裂纹，灭弧触）灭弧筒内产生气体的有机绝缘物应完整无裂纹，灭弧触头与灭弧筒的间隙应符合要求。头与灭弧筒的间隙应符合要求。（4）三相触头接触同期性和分闸状态时触头间净距及拉开角）三相触头接触同期性和分闸状态时触头间净距及拉开角度应符合产品的技术规定。刀闸打开的角度，可通过改变度应符合产品的技术规定。刀闸打开的角度，可通过改变操作杆的长度和操作杆在扇形板上的位置来达到。操作杆的长度和操作杆在扇形板上的位置来达到。（5）合闸时，在主刀闸上的小塞子应正好插人灭弧装置的喷）合闸时，在主刀闸上的小塞子应正好插人灭弧装置的喷嘴内，不应对喷嘴有剧烈碰撞的现象。嘴内，不应对喷嘴有剧烈碰撞的现象。发电厂变电所电气设备第三章 开关电器第五节 负荷开关思考习题思考习题思考习题思考习题负荷开关和隔离开关在结构和作用上有什么区别？负荷开关和隔离开关在结构和作用上有什么区别？负荷开关有哪几种结构类型？各有何特点？负荷开关有哪几种结构类型？各有何特点？负荷开关在结构上应满足哪些要求？如何调整负荷开负荷开关在结构上应满足哪些要求？如何调整负荷开关以满足其要求？关以满足其要求？发电厂变电所电气设备第三章 开关电器第五节 负荷开关