高壓斷路器的技術(shù)特性分析

摘#8195;要高壓斷路器是高壓配電網(wǎng)的關(guān)鍵元件，其斷流容量可達(dá)幾百到幾千兆伏安，分?jǐn)嗄芰蛇_(dá)幾千安。并且，配電網(wǎng)的安全遠(yuǎn)行、自動(dòng)化水平以及供電可靠性亦幾乎由高壓斷路器決定。

關(guān)鍵詞高壓斷路器；技術(shù)特性；分析

中圖分類(lèi)號(hào)TM561文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1673-9671-(2012)041-0213-01

1高壓斷路器的用途

高壓斷路器在高壓電路中起控制作用，是高壓電路中的重要電器元件之一。斷路器用于在正常運(yùn)行時(shí)接通或斷開(kāi)電路，故障情況在繼電保護(hù)裝置的作用下迅速斷開(kāi)電路，特殊情況（如自動(dòng)重合到故障線(xiàn)路上時(shí)）下可靠地接通短路電流。高壓斷路器是在正?；蚬收锨闆r下接通或斷開(kāi)高壓電路的專(zhuān)用電器。斷路器的工作狀態(tài)（斷開(kāi)或者閉合）是由它的操動(dòng)機(jī)構(gòu)控制的。高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)、高壓隔離開(kāi)關(guān)和高壓斷路器的區(qū)別。

1）高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)是可以帶負(fù)荷分?jǐn)嗟模凶詼缁」δ?，但它的開(kāi)斷容量很小很有限。

2）高壓隔離開(kāi)關(guān)一般是不能帶負(fù)荷分?jǐn)嗟?，結(jié)構(gòu)上沒(méi)有滅弧罩，也有能分?jǐn)嘭?fù)荷的高壓隔離開(kāi)關(guān)，只是結(jié)構(gòu)上與負(fù)荷開(kāi)關(guān)不同，相對(duì)來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)單一些。

3）高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)和高壓隔離開(kāi)關(guān)，都可以形成明顯斷開(kāi)點(diǎn)，大部分高壓斷路器不具隔離功能，也有少數(shù)高壓斷路器具隔離

功能。

4）高壓隔離開(kāi)關(guān)不具備保護(hù)功能，高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)的保護(hù)一般是加熔斷器保護(hù)，只有速斷和過(guò)流。

5）高壓斷路器的開(kāi)斷容量可以在制造過(guò)程中做的很高。主要是依靠加電流互感器配合二次設(shè)備來(lái)保護(hù)?？删哂卸搪繁Ｗo(hù)、過(guò)載保護(hù)、漏電保護(hù)等功能。高壓斷路器主要以滅弧介質(zhì)分類(lèi)。故高壓斷路器分為油斷路器、真空斷路器和SF6氣體斷路器。

2高壓斷路器的滅弧原理

高壓斷路器能勝任分?jǐn)喔邏弘娐返年P(guān)鍵是它的滅弧性能。高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備在開(kāi)斷高壓交流電路時(shí)，在較高電壓的作用下，即使切斷很小的電流也會(huì)產(chǎn)生電弧。如果沒(méi)有相應(yīng)的火弧措施，電弧較長(zhǎng)時(shí)間維持下去，可能燒毀電氣設(shè)備。

電弧導(dǎo)電和金屬導(dǎo)電性質(zhì)不同，屬于游離導(dǎo)電。因?yàn)榛∠堕g充滿(mǎn)著絕緣介質(zhì)，如絕緣油、SF6以及高真空等，正常時(shí)不能導(dǎo)電，只有當(dāng)它被游離，即介質(zhì)被分解，弧道中充滿(mǎn)自由電子和正離子時(shí)，才具有良好的導(dǎo)電性能。介質(zhì)被分解為自由電子和正離子稱(chēng)為游離?；〉乐薪橘|(zhì)游離主要有兩種方式：一是碰撞游離；二是熱游離。在觸頭開(kāi)斷瞬間，由于觸頭間距離很小，電場(chǎng)強(qiáng)度很大，絕緣介質(zhì)中存在少量自由電子在強(qiáng)電場(chǎng)作用下高速運(yùn)動(dòng)，獲得較大動(dòng)能。當(dāng)它和周?chē)膫€(gè)性原子相碰撞時(shí)，就能把中性原子碰撞為電子和正離子兩部分。新產(chǎn)生的自由電子馬上又加入了這個(gè)碰撞行列，一撞二，二撞四，就產(chǎn)生連鎖性的碰撞游離，在很短的時(shí)間內(nèi)，介質(zhì)中流滿(mǎn)了大量的自由電子和正離子，形成導(dǎo)電通道，這就是所說(shuō)的碰撞游離說(shuō)。

觸頭間建立電弧后，產(chǎn)生大量的熱量，使介質(zhì)溫度急劇升高，介質(zhì)中的自由電子同樣獲得很大的運(yùn)動(dòng)速度，發(fā)生上述連鎖反應(yīng)的游離過(guò)程?？諝庥坞x的溫度為10#8198;000 K（K為熱力學(xué)溫度，等于攝氏溫度237℃）左右，而觸頭燒損產(chǎn)生的金屬蒸氣在3#8198;000 K-4#8198;000 K時(shí)即能游離。一般，當(dāng)弧隙溫度達(dá)到4#8198;000 K-5#8198;000 K時(shí)，熱游離作用就明顯起來(lái)，此時(shí)電弧已經(jīng)拉長(zhǎng)，由于電場(chǎng)作用引起的碰撞游離，退居次要地位，熱游離成了維持電弧的主導(dǎo)因素。

事物的變化都是一分為二的，在發(fā)生游離過(guò)程的同時(shí)，部分自由電子和正離子又重新結(jié)合成中性原子，還有的會(huì)擴(kuò)散到遠(yuǎn)離弧道的地方，這就是所說(shuō)的去游離作用。

維持電弧有兩個(gè)必要條件：一是游離速度大于去游離速度；二是具備足夠高的電源電壓。相反，要熄滅電弧也要有兩個(gè)必要條件：一是去游離速度大于游離速度；二是切斷電源電壓。

高壓開(kāi)關(guān)研制過(guò)程中，巧妙地利用廠(chǎng)交流電在交變過(guò)程中的“過(guò)零”特性。在50 Hz的電路中，交流電弧每經(jīng)0.01s（50周/s×2次/周=100次/s=0.0l s）就要過(guò)零一次。電流過(guò)零的，輸入弧柱的瞬時(shí)功率已經(jīng)急劇下降；當(dāng)電流過(guò)零時(shí)，輸入弧柱的瞬時(shí)功率等于零。此時(shí)，弧柱溫度迅速下降，去游離作用大大增強(qiáng)，電弧最容易熄滅。交流開(kāi)關(guān)設(shè)備的滅弧裝量都是利用“過(guò)零”這個(gè)有利時(shí)機(jī)，采取相應(yīng)的有力措施，在觸頭打開(kāi)的同時(shí)，用外能或者電弧的能量分解電弧周?chē)墓腆w、液體或氣體火弧介質(zhì)，產(chǎn)生具有較高壓力的氣流，強(qiáng)烈地冷卻電弧，使交流電弧在電流過(guò)零瞬間自然熄滅：滅弧后，出現(xiàn)兩個(gè)恢復(fù)過(guò)程：一是介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程；二是電壓恢復(fù)過(guò)程。

由于介質(zhì)溫度迅速下降，當(dāng)達(dá)到3#8198;000 K-4#8198;000 K以下時(shí)，熱游離基本停止，去游離作用使介質(zhì)絕緣強(qiáng)度迅速恢復(fù)。介質(zhì)絕緣強(qiáng)度能否迅速恢復(fù)，關(guān)鍵因素是能否使介質(zhì)溫度迅速降低；因此，高壓開(kāi)關(guān)則利用高壓空氣、SF6氣體、絕緣油，以及產(chǎn)氣開(kāi)關(guān)等在電弧作用下分解出大量氣體來(lái)或用氣體本身壓力或以真空室的真空度來(lái)冷卻電??；或利用電磁原理使電弧在磁場(chǎng)內(nèi)快速運(yùn)動(dòng)以加快冷卻；提高開(kāi)關(guān)分?jǐn)嗨俣纫栽龃箅娏鬟^(guò)零滅弧時(shí)的弧隙距離；采用介質(zhì)絕緣強(qiáng)度大的物質(zhì)作為滅弧介質(zhì)，提高介質(zhì)絕緣恢復(fù)

速度。

電壓恢復(fù)過(guò)程決定了電弧能否重燃。當(dāng)恢復(fù)電壓增加得快，超過(guò)介質(zhì)恢復(fù)時(shí)的耐壓能力時(shí)，間隙被擊穿，電弧重燃。反之電弧永久熄滅。

電壓恢復(fù)過(guò)程和介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程存在著相互斗爭(zhēng)的矛盾。而高壓交流開(kāi)關(guān)則是采用加快開(kāi)斷速度、改善滅弧裝置裝結(jié)構(gòu)、提高介質(zhì)滅弧性能等技術(shù)措施，使介質(zhì)絕緣強(qiáng)度的恢復(fù)速度大于電壓恢復(fù)速度，去游離過(guò)程大于游離過(guò)程，介質(zhì)不再發(fā)生熱擊穿和電擊，將電弧徹底熄滅，實(shí)現(xiàn)分?jǐn)嚯娐返哪康摹?/p>

3高壓斷路器的技術(shù)參數(shù)

1）額定電壓。表示斷路器在運(yùn)行中能長(zhǎng)期承受的工作電壓。它不是所在系統(tǒng)的最高電壓，比如0.4 kV系統(tǒng)，設(shè)備額定電壓為0.38 kV；10 kV系統(tǒng)設(shè)備額定電壓為10 kV。

2）額定電流。表示斷路器能夠正常運(yùn)行的負(fù)荷電流，為考慮其熱穩(wěn)定性，選取一個(gè)額定值，即經(jīng)生產(chǎn)廠(chǎng)商優(yōu)選配合確定的值，切不可誤解為持續(xù)運(yùn)行的負(fù)荷電流。

3）額定短路開(kāi)斷電流。是指定額短路電流中的交流分量的有效值。

4）額定短路關(guān)合電流。是指額定短路電流中的最高峰值，它等于額定開(kāi)斷電流值的2.5倍。

5）額定短時(shí)耐受電流。它等于額定短路開(kāi)斷電流。

6）額定峰值耐受電流。它等于額定短路關(guān)合電流。當(dāng)保護(hù)變壓器時(shí)，為額定短路開(kāi)斷電流值的2.5倍。

7）額定短路持續(xù)時(shí)間。不同電壓等級(jí)的電網(wǎng)規(guī)定值不同。

如：110 kV及以下為4 s；220 kV及以上為2 s，且與其容量有關(guān)。另外，高壓斷路器尚有絕緣性能，分合閘時(shí)間等方面的技術(shù)參數(shù)，要綜合考慮，與系統(tǒng)其他設(shè)備要匹配合理。

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