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1、第6章 传统断路器 传统断路器：传统断路器：1、高压油断路器、高压油断路器(多油、少油）多油、少油）2、压缩空气断路器、压缩空气断路器 3、磁吹灭弧断路器、磁吹灭弧断路器 4、低压自动空气开关、低压自动空气开关 目前仍大量使用，与新型断路器长期共存。目前仍大量使用，与新型断路器长期共存。新型断路器：新型断路器：真空断路器真空断路器 SF6断路器断路器n能通断能通断负荷电流负荷电流和和短路电流短路电流，并能在保护装置作，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。用下自动跳闸，切除短路故障。6-1油断路器（油作为灭弧介质）油断路器（油作为灭弧介质）6.1.1油中的简单开断与油吹灭弧油中的简单开断
2、与油吹灭弧1、简单开断。（无灭弧室）、简单开断。（无灭弧室）油中开断能力增强原因：油中开断能力增强原因：1）油汽化后，可能分解，其中氢气占）油汽化后，可能分解，其中氢气占70%左右，氢气左右，氢气 有良好的导热性，有利有良好的导热性，有利于散热。于散热。气泡内外层压力及温度差使弧柱产气泡内外层压力及温度差使弧柱产生强烈的扰动，加剧对弧柱的冷却作用生强烈的扰动，加剧对弧柱的冷却作用,使电弧容易熄灭。使电弧容易熄灭。2）汽化产生的气泡自身突然膨胀，使油）汽化产生的气泡自身突然膨胀，使油仓中气压增高达仓中气压增高达5001000kPa,使电弧中使电弧中游离质点复合增强，游离作用减弱。游离质点复合增强
3、，游离作用减弱。3）触头打开时间距增大，电弧拉长，）触头打开时间距增大，电弧拉长，介质恢复能力也增强。在电流过零时电弧介质恢复能力也增强。在电流过零时电弧很容易熄灭，不再重燃。很容易熄灭，不再重燃。n自能式灭弧自能式灭弧-利用电弧自身能量或作用熄弧。利用电弧自身能量或作用熄弧。n外能式灭弧外能式灭弧-利用外界及其他能量熄弧。利用外界及其他能量熄弧。油中单开断时，燃弧时间与开断电流的曲线油中单开断时，燃弧时间与开断电流的曲线见图见图6-2。2、有灭弧室的开断、有灭弧室的开断 灭弧室：灭弧室：装设在触头周围、用绝缘材料制成的装设在触头周围、用绝缘材料制成的控制电弧燃烧并借以形成高速气流对电弧控制电
4、弧燃烧并借以形成高速气流对电弧进行强烈气吹而使之熄灭的部件。进行强烈气吹而使之熄灭的部件。油自吹灭弧室的压力过程及灭弧能力的影响因素油自吹灭弧室的压力过程及灭弧能力的影响因素n油自吹灭弧过程：油自吹灭弧过程：封闭电弧气泡阶段；封闭电弧气泡阶段；油气混合的气流吹弧阶段；油气混合的气流吹弧阶段；熄弧后的回油阶段：新鲜冷油进入灭弧室。熄弧后的回油阶段：新鲜冷油进入灭弧室。n灭弧室设计原则：灭弧室设计原则：减小电弧能量为第一位，利用电弧能量为第二减小电弧能量为第一位，利用电弧能量为第二位。位。3.油断路器分类及结构油断路器分类及结构1）多油断路器：）多油断路器：所有元件都处于接地的油箱中，油一方面用来
5、所有元件都处于接地的油箱中，油一方面用来灭弧，另一方面用做导电部分与壳体的绝缘。灭弧，另一方面用做导电部分与壳体的绝缘。n箱式结构。桥形动触头，体积大，用油量大。箱式结构。桥形动触头，体积大，用油量大。n最大特点是易于发展组合电器，但爆炸危险性大。最大特点是易于发展组合电器，但爆炸危险性大。n10KV及以下为三相共用一油箱。及以下为三相共用一油箱。n35KV及以上为单相罐式及以上为单相罐式。2)少油断路器少油断路器n变压器油主要用来熄灭电弧和用作断口闸的绝变压器油主要用来熄灭电弧和用作断口闸的绝缘介质，不是主绝缘（对地绝缘）；缘介质，不是主绝缘（对地绝缘）；n用油量极少用油量极少；n110kV
6、级以上采用二个灭弧单元串联，在三角形级以上采用二个灭弧单元串联，在三角形机构箱上作机构箱上作V形布置，这样易于将断路器向高电形布置，这样易于将断路器向高电压等级发展，增加对地绝缘及适当的断口均压压等级发展，增加对地绝缘及适当的断口均压电容，就可以升级。电容，就可以升级。-称为积木式称为积木式SNl010型高压少油断路器1铝帽，2上接线端子，3油标，4绝缘筒，5下接线端子，6基座，7主轴，8框架，9断路弹簧 SNl010型高压少油断路器一相油箱内部结构 1铝帽，2油气分离器，3上接线端子，4油标，5插座式静触头，6灭弧室，7动触头(导电杆)，8中间滚动触头，9下接线端子，10转轴，11拐臂，12
7、基座，13下支柱瓷瓶，14上支柱瓷瓶，15断路弹簧，16绝缘筒，17逆止阀，18绝缘油 SNIO10型断路器灭弧室工作示意图 1静弧触头，2吸弧铁片，3横吹灭弧沟，4纵吸油囊，5电弧，6动触头 6-2磁吹断路器1、灭弧原理：、灭弧原理：磁吹灭弧关键是建立吹弧磁场，使电弧尽快磁吹灭弧关键是建立吹弧磁场，使电弧尽快进入灭弧栅片中熄弧。进入灭弧栅片中熄弧。一般应用于低压空气断路器中。一般应用于低压空气断路器中。n磁吹灭弧法靠加大电弧电阻灭弧。磁吹灭弧法靠加大电弧电阻灭弧。n常用方法：常用方法：1）增加电弧长度；）增加电弧长度；2）冷却电弧；）冷却电弧；3）把长弧分割成串联短弧。）把长弧分割成串联短弧
8、。灭弧栅形式：灭弧栅形式：1）绝缘板型（如陶瓷）：可拉长电弧、冷却电弧。）绝缘板型（如陶瓷）：可拉长电弧、冷却电弧。2）裸金属板型）裸金属板型(冷阴板效应冷阴板效应)：分段电弧、冷却电弧：分段电弧、冷却电弧 由于磁吹断路器是靠增大电阻来熄弧，故断开由于磁吹断路器是靠增大电阻来熄弧，故断开过程中的电压电流变化特性区别于油断路器（低过程中的电压电流变化特性区别于油断路器（低阻电弧）。阻电弧）。磁吹灭弧应用于磁吹灭弧应用于15KV及以下回路。及以下回路。在开断过程不产生过电压，因为在开断过程不产生过电压，因为 由于电弧电压高，能限制短路电流增大。由于电弧电压高，能限制短路电流增大。短路开断时功率因素
9、接近于短路开断时功率因素接近于1，故冲击小，故冲击小。2、磁吹断路器的结构、磁吹断路器的结构灭弧栅的灭弧原理灭弧栅的灭弧原理特点：特点：1）单断口；）单断口；2）利用裸金属栅片。）利用裸金属栅片。分段后的电弧电压约为分段后的电弧电压约为30V，n个栅片就是个栅片就是n30V。当电流过零时的反向瞬间，原阳极变为新的阴极。近当电流过零时的反向瞬间，原阳极变为新的阴极。近阴极效应使每个电弧间隔在新阴极表面具有阴极效应使每个电弧间隔在新阴极表面具有200300V的绝缘耐受能力（故称冷阴极）。的绝缘耐受能力（故称冷阴极）。n引弧角的功能引弧角的功能:使弧形电流形成磁场，磁场使电弧向上吹而使弧形电流形成磁
10、场，磁场使电弧向上吹而进入灭弧栅片中。电弧进入栅片后，因栅片是导进入灭弧栅片中。电弧进入栅片后，因栅片是导磁材料，所在磁材料，所在V口形成较强磁场。磁力线回路的收口形成较强磁场。磁力线回路的收缩作用使电弧受到向上的吸引力缩作用使电弧受到向上的吸引力F。6-3 压缩空气断路器压缩空气断路器 压缩空气作为灭弧及绝缘介质，并且是断路器的合分压缩空气作为灭弧及绝缘介质，并且是断路器的合分操作动力。操作动力。特点：特点：空气是无污染气体，取之不尽；空气是无污染气体，取之不尽；开断能力强，随压力提高可超过油、真空等，但动态绝开断能力强，随压力提高可超过油、真空等，但动态绝缘强度要低一些（高速气体流动时产生
11、扰动或涡旋，使缘强度要低一些（高速气体流动时产生扰动或涡旋，使局部密度降低）；局部密度降低）；燃弧时间短；燃弧时间短；空气绝缘击穿强度与断口间隙气压有关系。空气绝缘击穿强度与断口间隙气压有关系。n 压缩空气断路的机理压缩空气断路的机理:在极短的时间内用高速空气加快消游离在极短的时间内用高速空气加快消游离过程而使电弧熄灭。吹弧喷口的形状、干过程而使电弧熄灭。吹弧喷口的形状、干净程度、流速对灭弧影响很大。净程度、流速对灭弧影响很大。n几种常用的灭弧室结构图几种常用的灭弧室结构图 P123 图图6-16压缩空气断路器的类型及结构压缩空气断路器的类型及结构n根据灭弧室充气方式不同可分为：根据灭弧室充气
12、方式不同可分为：瞬时充气式瞬时充气式：（外隔离闸刀式）：（外隔离闸刀式）见见P126图图6-18n在合关状态不充气；在合关状态不充气；n在分断时瞬时充气灭弧；在分断时瞬时充气灭弧；n在灭弧后气流停止，灭弧室内触头重新合上，在灭弧后气流停止，灭弧室内触头重新合上，外隔离刀闸断开以保持主绝缘。外隔离刀闸断开以保持主绝缘。分闸充气式分闸充气式n在合闸时不充气；在合闸时不充气；n分闸充气，电弧熄灭后仍充气，断口绝缘强度较高，分闸充气，电弧熄灭后仍充气，断口绝缘强度较高，足以保证不再燃弧。无须隔离刀闸。足以保证不再燃弧。无须隔离刀闸。常充气式常充气式n 在分断与合闸时均充气；在分断与合闸时均充气；n 分
13、断时喷口打开，强烈气流灭弧，开断能力强。分断时喷口打开，强烈气流灭弧，开断能力强。p 恒压式恒压式 属常充气式，但在分闸口喷口借高压辅助储气属常充气式，但在分闸口喷口借高压辅助储气罐补充气体压力，使灭弧更加迅速，灭弧能力更罐补充气体压力，使灭弧更加迅速，灭弧能力更加提高。加提高。n研究表明：研究表明：1）压缩空气断路器有压缩空气断路器有“最佳开距最佳开距”，此，此时灭弧能力最强，即所需工作气压最小。时灭弧能力最强，即所需工作气压最小。2）气体喷口的半扩张角度在）气体喷口的半扩张角度在15最好。最好。6-4 低压自动空气断路器低压自动空气断路器 （自动开关）及接触器（自动开关）及接触器1、自动开
14、关的工作原理、自动开关的工作原理当电路出现过载、短路、欠压、失压等故障当电路出现过载、短路、欠压、失压等故障时，能自动断开电路，可远距离控制时，能自动断开电路，可远距离控制。特点：低压级的磁吹灭弧特点：低压级的磁吹灭弧。灭弧室是灭弧室是金属栅片式金属栅片式或或绝缘板式。绝缘板式。栅片的作用栅片的作用:拉长电弧、增加弧电阻拉长电弧、增加弧电阻;冷态接触，增加消游离。冷态接触，增加消游离。2、自动开关的典型结构举例、自动开关的典型结构举例触头系统及灭弧室触头系统及灭弧室n主触头：银钨合金主触头：银钨合金-保证正常时的通流能力保证正常时的通流能力n副触头：单断点指型触头紫铜副触头：单断点指型触头紫铜
15、n弧触头：带有弧角有利于将电弧引入栅片中（铜钨合金）弧触头：带有弧角有利于将电弧引入栅片中（铜钨合金）抗弧性好。抗弧性好。n在关合时在关合时，主、副、弧三触头同时接触，均有电流流过。，主、副、弧三触头同时接触，均有电流流过。n开断过程：主开断过程：主-副副-弧先后分断；弧先后分断；n关合过程：弧关合过程：弧-副副-主先后接触。主先后接触。灭弧室灭弧室：冷阴极型，钢制栅片；：冷阴极型，钢制栅片；陶土灭弧室。陶土灭弧室。nP129图6-23 DW10型柜架式自动开关nP131图6-27 DZ10型塑壳式自动开关3、接触器、接触器 电磁式电磁式-最常用最常用 气动式气动式 液压式液压式 特点：可频繁动作，每小时可达成百上千次特点：可频繁动作，每小时可达成百上千次.用途：用于控制电机及其他负载频繁开合的回路用途：用于控制电机及其他负载频繁开合的回路,作开关用作开关用.