高压断路器知识.docx

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高压断路器知识

高压断路器知识

1、什么是断路器？

断路器是指能开断、关合和承载运行线路的正常电流，并能在规定时间内承载、关合和开断规定的异常电流（如短路电流）的电器设备，通常也简称为开关。

2、高压断路器的主要作用是什么？

1）在关合状态时应为良好的导体，不仅对正常电流而且对规定的短路电流也应能承受其发热和电动力的作用；

2）对地及断口间具有良好的绝缘性能；

3）在关合状态的任何时刻，应能在不发生危险过电压的条件下，在尽可能短的时间内开断额定短路电流以下的电流；

4）于开断状态的任何时刻，应能在断路器触头不发生熔焊的条件下，在短时间内安全地关合规定地短路电流。

3、高压断路器有哪些分类？

断路器根据其灭弧原理可分自动产气、磁吹、多油、少油、压缩空气、真空和六氟化硫等类型，其操动机构有手动、电磁、弹簧、气动和液压等类型。

目前使用较多地是少油、真空和六氟化硫三种型式。

4、断路器的结构可以分为哪几个部分？

高压断路器的结构，原则上可以分为四个部分，即导电回路、灭弧装置、绝缘与支撑系统和操动机构。

另外还包括传动装置和控制系统等部件。

5、高压断路器的型号代表什么意思？

高压断路器的全部型号包括以下几部分：

1）第一个拼音文字表示断路器的种类，即S－少油，D－多油，K－压缩空气，Z-真空，L－六氟化硫，Q－自产气，C－磁吹；2）第二个拼音文字表示使用场合，即N－户内，W－户外；3）拼音文字后的数字依次表示设计序列、额定电压、额定电流和额定开断电流；4）在额定电压后面有时增加1个拼音文字，用来表示某种特殊性能，如G－改进型，D－增容，W－防污，Q－耐震。

6、高压断路器机构的型号代表什么意思？

1）第一位字母为代表操动机构的汉语拼音（即C）；2）第二个字母代表机构的类型，如S－手动，D－电磁，J－电动机，T－弹簧，Q－气动，Z－重锤，Y－液压；3）第三位数字表示设计序列；4）第四部分的数字代表最大合闸力矩以及其他特征标志。

7、什么叫油断路器，它有哪两种实用型式？

油断路器是指利用变压器油作为灭弧和绝缘介质的断路器。

通常，油断路器可分为少油断路器和多油断路器两类。

油断路器是最早出现且使用最多的一种断路器。

第一台简单开断的油断路器出现在19世纪末的1895年。

8、什么叫磁吹断路器？

磁吹断路器是指利用磁场对电弧的作用，使电弧吹进灭弧栅内，电弧在固体介质在灭弧栅的狭沟内加快冷却和复合而熄灭的断路器。

由于电弧在灭弧栅内是被逐渐拉长的，所以灭弧过电压不会太高，这是这种断路器的特点之一。

9、什么叫真空断路器？

触头在高真空中关合和开断的断路器称之为真空断路器。

真空断路器具有很多优点，如开距短，体积小，重量轻，电寿命和机械寿命长，维护少，无火灾和爆炸危险等，因此近年来发展很快，特别在中等电压领域内使用很广泛，是配电开关无油化的最好换代产品。

10、什么叫SF6断路器？

SF6断路器是采用SF6气体作灭弧和绝缘介质的断路器。

SF6断路器开断能力强，开断性能好，电气寿命长，单断口电压高，结构简单，维护少，因此在各个电压等级尤其是在高电压领域内得到了越来越广泛的使用。

11、通常在断路器铭牌上标明有哪些参数？

在断路器铭牌上通常应标有下列参数：

产品型号与名称、额定电压、额定电流、额定短路开断电流、灭弧室额定气压（指气吹断路器）、额定操作顺序和重量等。

对于63—220KV电压等级，还要标注额定雷电冲击电压；对于330KV及以上电压等级，要进一步标注额定操作冲击耐压水平。

对于有特殊要求的，应标明额定线路充电开断电流、额定电缆充电开断电流、额定电容器组开断电流之类的参数。

12、断路器低电压分、合闸线圈的试验标准是

怎样规定的？

为什么有此规定？

答：

标准规定电磁机构分闸线圈和合闸接触器线圈最低动作电压不得低于额定动作电压的30%，最高不得高于额定动作电压的65%。

合闸线圈最低动作电压最低不得低于额定电压的80%-85%。

断路器的分合闸动作都需要一定的能量，为了保证断路器的合闸速度，规定了断路器的合闸线圈最低动作电压不得低于额定电压的80%-85%。

对分闸线圈和接触器线圈的低电压规定是因这个线圈的动作电压不能过低，也不得过高。

如果过低，在直流系统绝缘不良，两点高阻接地的情况下，在分闸线圈或接触器两端可能引入一个数值不大的直流电压，当线圈动作电压过低时，会引起断路器误分闸和误合闸；如果过高，则会因系统故障时，直流母线电压降低而拒绝跳闸

13、断路器大修后要做什么试验？

1）绝缘电阻2）介质损失角3）泄漏电流4）交流耐压5）接触电阻6）均压电容值及介质7）油耐压试验8）油化验和油色谱分析

14、为什么多断口的断路器断口上要装并联电容器？

多断口的断路器，由于各个断口间及对地的散杂电容，使得各断口在开断位置的电压及在开断过程中的恢复电压分配不均匀，从而使各断口的工作条件及开断负担不相同。

而降低整台断路器的开断性能。

为此在各断口上并联一个比散杂电容大得多的电容器，使各断口上的电压分配均匀，以提高断路器的开断能力，所以断口并联电容器叫均匀电容器。

15、断路器的操动机构，在何种情况下选用三相联动的

断路器的非全相、非同期动作，常会引起较高的过电压或其它事故，后果往往是相当严重的。

在装设单相自动重合闸的线路断路器时一般选用分相操动机构。

而对于电力变压器和母线联络断路器，应选用三相联动的操动机构。

这样一方面可以防止断路器的非全相操作。

另一方面可以改善三相操作的分合闸的同期性从而防止了因感应电压作用可能引起的过电压增高。

16、五防锁装置是防止那五防误操作的？

答：

防止的五种误操作是：

a）防止误拉、合断路器。

b）防止误入带电间隔。

c）防止带负荷拉合隔离开关。

d）防止带电挂地线。

e）防止带地线合隔离开关。

17、怎样对断路器进行验收？

答：

1）对断路器的调试记录进行审核；

2）对断路器的外观检查，包括油位及密封情况、瓷质部分，接地应完好。

各部件无渗漏油等；

3）机构的二次线接头应紧固，接线正确，绝缘良好。

接触器无卡涩，接触良好。

辅助开关打开距离合适，动作接触无问题。

4）液压机构应无渗油现象，各管路接头均紧固。

各微动开关动作正确无问题。

预充压合乎标准。

5）手动合闸不卡劲，电动位合及点传保护动作正确，信号指示正确。

6）记录验收中发现的问题及缺陷，上报有关部门

18、我局各站设备运行编号有何规律？

  特殊代表站的

答：

开关编号：

第一位为“1”代表110KV；第一位为“2”代表220KV；

第一位为“3”代表35KV；第一位为“5”代表10KV；

第二位为“0”代表母联开关；第二位为“2”代表“电容器”

第二位为“1”代表受总开关；

第三位为“0---9”代表出线开关等。

刀闸编号：

“--1”与Ⅰ母联接刀闸；“--2”与Ⅱ母联接刀闸；“--3”与旁路联接刀闸；

“--4”与主变联接刀闸；“--5”与线路联接刀闸；“--9”与主变中性点联接刀闸；“--7”与母线PT联接刀闸等。

--8与站变连接

19、为什么SF6气体可用作断路器的灭弧介质？

答：

SF6是一种无色、无嗅和不可燃的惰性气体，化学性质非常稳定。

它之所以被用作断路器的灭弧介质，是因为它具有下列特性：

a）绝缘性能好。

由试验得知，在相同气压下，SF6气体得击穿强度为空气得2.5—3倍；当压力为2.65个绝对大气压时，其击穿已与变压器油相当。

因此，采用SF6气体为绝缘介质，可使断路器得外型尺寸大大缩小。

b）灭弧性能好。

由于SF6在高温下发生分解和电离得特性与空气大不相同，同时SF6气体分子及其在高温时分解而成得氟和氟化物，具有吸附自由电子而构成负离子得特性，使得在SF6中燃烧的电弧，弧压较低，弧径较细，弧柱的热惯性较小。

这样，在交流电流过零以后，弧道中的气体很容易由等离子体恢复成绝缘介质。

因而在相同条件下，采用SF6气体要比采用其它气体能熄灭更大电流的电弧，亦即能开断更大电流的电路。

20、SF6断路器为什么不会产生危险的“截流”过电压？

答：

由于SF6气体中的电流在下降过零点时，虽然在零后有很高的介质恢复速度，但在电流过零点之前，尚存一明亮的弧柱，其直径随电流稳定地缩小，表现为弧电压低。

因而SF6断路器的截流水平较低，在切断小电感电流时不会产生危险的截流过电压。

1kV及以下的断路器称为低压断路器，分为框架式断路器、塑壳断路器和小型断路器。

框架式断路器的额定容量为630A～6300A、塑壳断路器63A～1600A和小型断路器0.3A～125A。

低压电力断路器采用开启式结构，组装在金属支架上，所有部件都设计成便于维护；的检修及更换的，可装在配电柜问隔内或装在前面不带电的其它箱体内。

跳闸元件调整范围宽广，在其框架规格范围内完全可以互换。

所用跳闸元件是电磁式过电流直接动作型的，也可以是静态跳闸元件。

低压断路器可以和限流熔断器一起组装成抽屉式结构，以满足系统切断电流达到200kA（对称有效值）的要求。

但这时作为断路器一部分的熔断器，与多相的机械联锁装置组合，用以消除单相运行的可能性。

模铸外壳断路器是和自动保护装置组装在用绝缘材料制成的整体箱壳内的开关设备，有下列通用型式；

（1）热磁型──具有过负荷保护用的热元件和短路保护用的瞬时电磁跳闸元件，是应用最广的模铸外壳断路器。

（2）电磁型──只有瞬时电磁跳闸元件，用于只要求短路保护的地方。

（3）带熔断器的模铸外壳型──该型装有保护短路和过负荷的普通热磁型保护装置，并有限流熔断器保护较大的短路故障。

（4）高断流型──该型式与标准结构、不带熔断器的热磁型断路器比较，可用于较大短路电流的保护，也不需要增加空间。

其装有坚固的触头和操作机构，并有高强度的模压箱。

1kV以下的断路器往往比高压断路器能更快地切除故障电流。

目前的设计中，1kV以下的断路器触头经常在短路电流第一周中开始分断。

因此，短路器必须按切断最大的第一周非对称电流值标定。

但是1kV以下的断路器是以对称电流为基准标定的，在决定设备额定值时不需要乘以直流分量补偿系数，因而瞬时承受和切断容量是相同的。

断路器必须能闭合、载流、切断安装处可能发生的最大故障电流。

选择断路器最重要的是在电路运行电压下，断路器的遮断短路电流额定值要不小于安装处可能达到的短路电流。

大部分制造厂家都采用固态（solid-state）跳闸装置作为过电流和故障接地保护。

设计人员应该要求制造厂家提供有关固态跳闸装置特性资料。

固态跳闸装置特性具有敏感的接地保护特性。

5.4.2断路器基本要求

1.市场情况

市场上推陈出新是基本的法则。

只有技术先进、质量可靠的产品才能在市场上得到发展。

我国技术监督部门明令于1997.12.31淘汰DW10系列框架式低压断路器，1997.6.30淘汰DZ10。

原名空气开关、自动开关现在统一在IEC的大旗下，称为低压断路器。

2.国产断路器

目前国产断路器最大额定电流可达4000A，引进产品可达6300A。

极限分断能力可达120～150kA。

我国80年代开发的框架式断路器型号有DW15、DW16系列，在DZ20Y、J系列基础上又开发了高分断能力的G型，经济性的C型及无飞弧的W型。

较新的塑壳断路器国产产品还有奇胜公司的D系列，天津低压电气厂的TM30系列。

3.引进断路器

引进技术生产的大容量DW914系列、ME系列、MasterPact系列、F系列、AE系列等框架式断路器，S系列的ComPact塑壳断路器。

在中国市场上销售的还有西门子3WN1（630～6300A）、海格、罗格朗、三菱（AE）、NF系列、3VF3，3VF8系列限流塑壳断路器等。

5.4.3低压断路器的选择

1.技术参数

表示断路器性能的主要指标有通断能力和保护特性。

通断能力是开关在指定的使用和工作条件下，能在规定的电压接通和分断的最大电压值。

制造厂通过型式试验测定极限通断能力，并作为产品的技术数据写入说明书。

如DZ20型直流最大可达25kA，交流50kA。

断路器能够在故障的情况下，自动地切断短路电流或过载电流，它的主要数据是额定电流、额定电压、断流能力等。

选择断路器主要就是进行这几方面的计算。

低压断路器主要用在交流380V或直流220V的供电系统中，所以它的额定电压多为交流380V和直流220V。

按线路额定电压进行选择时应满足下列条件：

Un≥UeL                          （5-4）

式中；Un─断路器的额定电压，（V）；UeL─线路的额定电压，（V）

2.低压断路器电流的选择

（1）额定电流的选择；国产塑壳式的断路器额定电流为6、10、16、20、32、50、100、200、250、315、400和600A等。

国产框架式断路器的额定电流为200、400、600、1000、1500、2500、3200、4000A等。

当按线路的计算电流选择时，应能面足下式；

In≥I30

式中；In─断路器的额定电流，（A）；

I30─线路的计算电流或实际电流，30指电路接通30s后的值，单位A；

为了防止越级脱扣，一般应该使前一级瞬时脱扣器的电流In1为后一级的瞬时脱扣电流In2的1.4倍。

当短路电流大于前级额定脱扣电流时，要想不使前一级其跳闸，只让后级断路器跳闸，后一级断路器应选限流型。

也可以把前一级断路器选为延时型。

我国生产的电器设备，设计时是取周围空气温度为40℃作为计算值，如果安装地点日最高气温高于＋40℃，但不超过＋60℃时，因散热条件较差，最大连续工作电流应当适当降低，即额定电流应乘以温度校正系数K。

温度校正系数K由下式确定：

                  （5-5）

式中：

θe─电气设备的额定温度或允许的最高问度（℃）；

θ─是最热月平均最高温度（℃）。

对于负荷开关和隔离开关要根据触头的工作条件，在空气中取θe为70℃。

不与绝缘材料接触的载流和不载流的金属导体部分取θe为110℃。

如果周围空气温度低于＋40℃时，则每低1℃允许电流比额定电流值增加0.5％。

但增加总数不得超过20％。

3.瞬时或短时过电流脱扣器的整定电流

现在我国生产的用于短路保护和过载保护的脱扣器有“瞬时脱扣器”、“三段保护特性脱扣器”和“复式脱扣器”等几种。

瞬时脱扣器的安-秒特性曲线如图5-11所示。

它是没有任何延时动作的脱扣器。

图5-11瞬时脱扣器的安-秒特性

瞬时或短时过电流脱扣器的整定电流应能躲开线路的尖峰电流。

在具体计算整定值时，负载是单台电动机，整定电流按下式计算；

Is.zd≥Kh2·Iq.d（5-6）

式中；Is.zd─瞬时或短时过电流脱扣器整定电流值，（A）

Kh2——可靠系数，因整定也有误差，电机启动电流会有一定变化。

对动作时间在一个周波以内的断路器，还应该考虑非周期分量的影响。

动作时间大于0.02s的断路器Kh2取1.35，动作时间小于0.02s的断路器Kh2取1.7～2.0。

Iq.d——电动机的启动电流，（A）

当配电线路不考虑电动机的启动电流时，按下式计算整定值；

Is.zd≥Kh3·Ijf                  （5-7）

式中；Ijf─配电线路的尖峰电流，（A）；

Kh3─可靠系数，一般取1.35。

当配电线路考虑电动机的启动电流时，按下式计算整定值；

Is.zd≥Kh3Iq.dz（5-8）

式中；Iq.dz─正常工作电流和可能出现的电动机启动电流之总和，（A）。

确定本级断路器短延时过电流脱扣器动作电流的整定，还应考虑到与下一级开关整定电流选择性的配合。

本级动作整定电流Is.zd应大于或等于下一级断路器短延时或瞬时动作整定值的1.2倍。

若下一级有多条分支线，则取各分支路断路器中最大整定值的1.2倍。

4.长延时过电流脱扣器整定电流的确定

脱扣器的保护特性分为长延时特性、短延时特性、瞬时特性，其特性曲线见图5-12所示。

图5-12三段保护式脱扣器安-秒特性曲线

1-长延时特性；2-短延时特性；3-瞬时特性

图中；I2是长延时脱扣器的电流整定值，其动作时间可以不小于10s；

I1是短延时脱扣器的电流整定值，其动作时间可约为0.1～0.4s；

I0是瞬时脱扣器的电流整定值，其动作时间约为0.02s。

瞬时脱扣器一般作短路保护；短延时脱扣器可以作短路保护，也可以作过载保护；而长延时脱扣器只能作过载保护。

低压电器根据设计需要可以组合成二段保护（如瞬时脱扣加短延时脱扣或是瞬时脱扣加长延时脱扣），也可以只有一段保护。

国产DZ系列断路器中的复式脱扣器就是具有长延时特性的热脱扣器和具有瞬时特性电磁脱扣器。

长延时脱扣时间为2～20min，可用于过载保护。

复式脱扣器具有二段保护特性。

由于长延时过电流脱扣器主要用于保护线路超载，脱扣器的整定电流应大于线路中的计算电流，要满足下式；

Ig.zd≥Kh1·Ijs                  （5-9）

式中；Ig.zd─过电流脱扣器的长延时动作整定电流值，（A）

Kh1─可靠系数，一般取1.1；

Ijs─线路的计算电流，若是单台电动机是指电动机的额定电流（A）。

5.4.4低压断路器选型依据

根据供电负荷级别及建筑物类别、层数、面积、高度、用电设备容量、建筑物使用性质及环境、节能指标，自动化管理程度，对选择的低压断路器作可行性研究和技术经济比较。

分析研究电源距离负荷远近；电力变压器容量大小；该低压断路器负荷侧的短路电流大小等因素。

如高层民用住宅、办公楼等属于二三类建筑物内二三级用电负荷，可选DW15、DW16、DW914等系列断路器作为主断路器，D系列、DZ20Y等系列塑壳断路器作保护电动机断路器。

如星级宾馆、合资工程、重点工程、广播电视台、航空港、码头、金融中心、涉外工程、超高层等一类建筑物内一级负荷的开关宜选用DW914、ME、MasterPact、F系列框架式断路器作主断路器；合资产品如奇胜E4CB、ABB的S、施耐德NS，或国产TM30、DZ20G塑壳断路器作为二三级保护断路器。

低压断路器的选择应符合电网额定电压、额定频率、设备额定电流、故障短路时的分断能力。

低压断路器应保证电力系统正常工作，电动机正常启动或短路、过载、接地故障等事故状态时的自动分断。

各级断路器的瞬时或延时脱扣器/电流特性、额定电流In应优化组合选定，并且保证系统可靠运行，经济合理。

配电系统的断路器设置宜尽量减少级数，一般3级以内为宜。

空断路器因其灭弧介质和灭弧后触头间隙的绝缘介质都是高真空而得名；其具有体积小、重量轻、适用于频繁操作、灭弧不用检修的优点，在配电网中应用较为普及。

真空断路器主要包含三大部分：

真空灭弧室、电磁或弹簧操动机构、支架及其他部件。

以下是对基本术语和各部分的具体介绍：

1.真空断路器技术标准真空断路器在我国近十年来得到了蓬勃的发展，至今方兴未艾。

产品从过去的ZN1～ZN5几个品种发展到现在数十多个型号、品种，额定电流达到5000A，开断电流达到50kA的较好水平，并已发展到电压达35kV等级。

80年代以前，真空断路器处于发展的起步阶段，技术上在不断摸索，还不能制定技术标准，直到1985年后才制定相关的产品标准。

目前国内主要依据标准为：

JP3855-96《3.6～40.5kV交流高压真空断路器通用技术条件》

DL403-91《10～35kV户内高压断路器订货技术条件》

这里需要说明：

IEC标准中并无与我国JB3855相对应的专用标准，只是套用《IEC56交流高压断路器》。

因此，我国真空断路器的标准至少在下列几个方面高于或严于IEC标准：

（1）绝缘水平：

试验电压IEC中国

1min工频耐压（kV）2842（极间、极对地）48（断口间）

1.2/50冲击耐压（kV）7575（极间、极对地）84（断口间）

（2）电寿命试验结束后真空灭弧室断口的耐压水平：

IEC56中无规定。

我国JB3855一96规定为：

完成电寿命次数试验后的真空断路器，其断口间绝缘能力应不低于初始绝缘水平的80%，即工频1min33.6kV和冲击60kV。

（3）触头合闸弹跳时间：

IEC无规定，而我国规定要求不大于2ms。

（4）温升试验的试验电流：

IEC标准中，试验电流就等于产品的额定电流。

我国DL403-91中规定试验电流为产品额定电流的110%。

2.真空断路器的主要技术参数真空断路器的参数，大致可划分为选用参数和运行参数两个方面。

前者供用户设计选型时使用；后者则是断路器本身的机械特性或运动特性，为运行、调整的技术指标。

下表是选用参数的列项说明，并以三种真空断路器数据为例。

表中所列各项参数，均须按JB3855和DL403标准的要求，在产品的型式试验中逐项加以验证，最终数据以型式试验报告为准。

2.真空断路器的主要技术参数:

参数名称单位型号

ZN28-12/1250-20ZN27-12/1250-31.5ZN27A-12/3150-40

电压参数

额定电压kV10

最高电压11.5

绝缘水平

工频耐压极间、极对地42

断口间48

冲击耐压极间、极对地75

断口间84

电流参数额定电流A125012503150

额定短路开断kA2031.540

额定峰值耐受电流kA5080100

4S短时耐受电流kA2031.540

额定短时关合电流（峰值）kA5080100

额定单个电容器组开断电流A630800

额定背对背电容器组开断电流A400400

寿命额定短路开断电流次数次505030

机械寿命次10000

其它额定操作顺序分-0.5s-合分-180s-合分分-180s-合分-180-合分

全开断次数不大于60

配用操动机构CD或CT机构

3.真空断路器的机械特性（运行参数）序号机械特性参数单位ZN28-12/1250-20ZN27-12/1250-31.5ZN27A-12/3150-40

1触头开距mm11±1.010±1.011±1.0

2接触行程mm4±1.03±0.5

3触头接触压力N1500±2003000±2005000±300

4平均合闸速度m/s0.6±0.2

5平均分闸速度m/s1.1±0.21.1±0.31.1±0.3

6合闸弹跳时间ms<2

7分、合不同期性ms<2

8分闸时间ms<100

9分闸时间ms<60

10主回路直流电阻μΩ≤60≤60≤20

11动静触头累积允许磨损厚度mm3.0

为满足真空灭弧室对机械参量的要求，保证真空断路器电气机械性能，确保运行可靠性，真空断路器须具有稳定、良好的机械特性。

主要机械特性列于上表，亦以三种断路器技术指标为例。

4.各机械特性对产品性能的影响产品机械特性的优劣，对产品各项电气性能有重要的关系，而且影响产品运行可靠性。

衡量真空断路器的性能，真空灭孤室本身的性能固然重要，然而机械特性同样具有举足轻重的作用。

下面对各机械特性参数与产品性能的关系分述如下：

4.1开距

触头的开距主要取决于真空断路器的额定电压和耐压要求，一般额定电压低时触头开距选得小些。

但开距太小会影响分断能力和耐压水平。

开距太大，虽然可以提高耐压水平，但会使真空灭弧室的波纹管寿命下降。

设计时一般在满足运行的耐压要求下尽量把开距选得小一些。

10kV真空断路器的开距通常在8～12mm之间，35kV的则在30～40mm之间。

4.2触头接触压力

在无外力作用时，动触头在大气压作用下，对内腔产生一个闭合力使其与静触