斷路器工作原理及圖片
來源：平源電力科技有限公司
發(fā)布時間：2020-07-30
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真空斷路器因其滅弧介質(zhì)和滅弧后觸頭間隙的絕緣介質(zhì)都是高真空而得名;其具有體積小、重量輕、適用于頻繁操作、滅弧不用檢修的優(yōu)點?在配電網(wǎng)中應(yīng)用較為普及。
真空斷路器主要包含三大部分：真空滅弧室、電磁或彈簧操動機構(gòu)、支架及其他部件。以下是對基本術(shù)語和各部分的具體介紹：
1.真空斷路器技術(shù)標準真空斷路器在我國近十年來得到了蓬勃的發(fā)展?至今方興未艾。產(chǎn)品從過去的ZN1～ZN5幾個品種發(fā)展到現(xiàn)在數(shù)十多個型號、品種?額定電流達到5000A?開斷電流達到50kA的較好水平?并已發(fā)展到電壓達35kV等級。
80年代以前?真空斷路器處于發(fā)展的起步階段?技術(shù)上在不斷摸索?還不能制定技術(shù)標準?直到1985年后才制定相關(guān)的產(chǎn)品標準。
目前國內(nèi)主要依據(jù)標準為：
JP3855-96《3.6～40.5kV交流高壓真空斷路器通用技術(shù)條件》
DL403-91《10～35kV戶內(nèi)高壓斷路器訂貨技術(shù)條件》
這里需要說明：IEC標準中并無與我國JB3855相對應(yīng)的專用標準?只是套用《IEC56交流高壓斷路器》。因此?我國真空斷路器的標準至少在下列幾個方面高于或嚴于IEC標準：
(1) 絕緣水平： 試驗電壓 IEC 中國
1min工頻耐壓(kV) 28 42(極間、極對地)48(斷口間)
1.2/50沖擊耐壓(kV) 75 75(極間、極對地)84(斷口間)
(2)電壽命試驗結(jié)束后真空滅弧室斷口的耐壓水平：IEC56中無規(guī)定。我國JB3855一96規(guī)定為：完成電壽命次數(shù)試驗后的真空斷路器?其斷口間絕緣能力應(yīng)不低于初始絕緣水平的80%?即工頻1min33.6kV和沖擊60kV。
(3)觸頭合閘彈跳時間：IEC無規(guī)定?而我國規(guī)定要求不大于2ms。
(4)溫升試驗的試驗電流：IEC標準中?試驗電流就等于產(chǎn)品的額定電流。我國DL403-91中規(guī)定試驗電流為產(chǎn)品額定電流的110%。 2.真空斷路器的主要技術(shù)參數(shù) 真空斷路器的參數(shù)?大致可劃分為選用參數(shù)和運行參數(shù)兩個方面。前者供用戶設(shè)計選型時使用;后者則是斷路器本身的機械特性或運動特性?為運行、調(diào)整的技術(shù)指標。
下表是選用參數(shù)的列項說明?并以三種真空斷路器數(shù)據(jù)為例。
表中所列各項參數(shù)?均須按JB3855和DL403標準的要求?在產(chǎn)品的型式試驗中逐項加以驗證?最終數(shù)據(jù)以型式試驗報告為準。 2.真空斷路器的主要技術(shù)參數(shù): 參數(shù)名稱 單位 型號
ZN28-12/1250-20 ZN27-12/1250-31.5 ZN27A-12/3150-40
電壓參數(shù)
額定電壓 kV 10
最高電壓 11.5
絕緣水平
工頻耐壓 極間、極對地 42
斷口間 48
沖擊耐壓 極間、極對地 75
斷口間 84
電流參數(shù) 額定電流 A 1250 1250 3150
額定短路開斷 kA 20 31.5 40
額定峰值耐受電流 kA 50 80 100
4S短時耐受電流 kA 20 31.5 40
額定短時關(guān)合電流(峰值) kA 50 80 100
額定單個電容器組開斷電流 A 630 800
額定背對背電容器組開斷電流 A 400 400
壽命 額定短路開斷電流次數(shù) 次 50 50 30
機械壽命 次 10000
其它 額定操作順序 分-0.5s-合分-180s-合分 分-180s-合分-180-合分
全開斷次數(shù) 不大于60
配用操動機構(gòu) CD或CT機構(gòu)
3.真空斷路器的機械特性(運行參數(shù)) 序號 機械特性參數(shù) 單位 ZN28-12/1250-20 ZN27-12/1250-31.5 ZN27A-12/3150-40
1 觸頭開距 mm 11±1.0 10±1.0 11±1.0
2 接觸行程 mm 4±1.0 3±0.5
3 觸頭接觸壓力 N 1500±200 3000±200 5000±300
4 平均合閘速度 m/s 0.6±0.2
5 平均分閘速度 m/s 1.1±0.2 1.1±0.3 1.1±0.3
6 合閘彈跳時間 ms
7 分、合不同期性 ms
8 合閘時間 ms
9 分閘時間 ms
10 主回路直流電阻 μΩ ≤60 ≤60 ≤20
11 動靜觸頭累積允許磨損厚度 mm 3.0
為滿足真空滅弧室對機械參量的要求?保證真空斷路器電氣機械性能?確保運行可靠性?真空斷路器須具有穩(wěn)定、良好的機械特性。主要機械特性列于上表?亦以三種斷路器技術(shù)指標為例。 4.各機械特性對產(chǎn)品性能的影響 產(chǎn)品機械特性的優(yōu)劣?對產(chǎn)品各項電氣性能有重要的關(guān)系?而且影響產(chǎn)品運行可靠性。衡量真空斷路器的性能?真空滅孤室本身的性能固然重要?然而機械特性同樣具有舉足輕重的作用。下面對各機械特性參數(shù)與產(chǎn)品性能的關(guān)系分述如下：
4.1開距
觸頭的開距主要取決于真空斷路器的額定電壓和耐壓要求?一般額定電壓低時觸頭開距選得小些。但開距太小會影響分斷能力和耐壓水平。開距太大?雖然可以提高耐壓水平?但會使真空滅弧室的波紋管壽命下降。設(shè)計時一般在滿足運行的耐壓要求下盡量把開距選得小一些。10kV真空斷路器的開距通常在8～12mm之間?35kV的則在30～40mm之間。
4.2觸頭接觸壓力
在無外力作用時?動觸頭在大氣壓作用下?對內(nèi)腔產(chǎn)生一個閉合力使其與靜觸頭閉合?稱之為自閉力?其大小取決于波紋管的端口直徑。滅弧室在工作狀態(tài)時?這個力太小不能保證動靜觸頭間良好的電接觸?必須施加一個外加壓力。這個外加壓力和自閉力之和稱為觸頭的接觸壓力。這個接觸壓力有如下幾個作用：
(1)保證動、靜觸頭的良好接觸?并使其接觸電阻少于規(guī)定值。
(2)滿足額定短路狀態(tài)時的動穩(wěn)定要求。應(yīng)使觸頭壓力大于額定短路狀態(tài)時的觸頭間的斥力?以保證在該狀態(tài)下的完全閉合和不受損壞。
(3)抑制合閘彈跳。使觸頭在閉會碰撞時得以緩沖?把碰撞的動能轉(zhuǎn)為彈興的勢能?抑制觸頭的彈跳。
(4)為分閘提供一個加速力。當接觸壓力大時?動觸頭得到較大的分閘力?容易拉斷會鬧熔焊點?提高分閘初始的加速度?減少燃弧時間?提高分斷能力。觸頭接觸壓力是一個很重要的參數(shù)?在產(chǎn)品的初始設(shè)計中要經(jīng)過多次驗證、試驗才選取得比較合適。如觸頭壓力選得太小?滿足不了上述各方面的要求;但觸頭壓力太大?一方面需要增大合閘操作功?另外滅弧室和整機的機械強度要求也需要提高?技術(shù)上不經(jīng)濟。4.3接觸行程(或稱壓縮行程)
目前真空斷路器毫無例外地采用對接式接觸方式。動觸頭碰上靜觸頭之后就不能再前進了?觸頭接觸壓力是由每極觸頭壓縮彈簧(有時稱作合閘彈簧)提供的。所謂接觸行程?就是開關(guān)觸頭碰觸開始?觸頭壓簧施力端繼續(xù)運動至?xí)[終結(jié)的距離?亦即觸頭彈簧的壓縮距離?故又稱壓縮行程。
接觸行程有兩方面作用?一是令觸頭彈簧受壓而向?qū)佑|頭提供接觸壓力;二是保證在運行磨依后仍然保持一定接觸壓力?使之可靠接觸。一般接觸行程可取開距的20%～30%左右?10kV的真空斷路器約為3～4mm。
真空斷路器的實際結(jié)構(gòu)中?觸頭合閘彈簧設(shè)計成即使處于分閘位置?也有相當?shù)念A(yù)壓縮量?有預(yù)壓力。這是為使合閘過程中?當動觸頭尚未碰到靜觸頭而發(fā)生預(yù)擊穿時?動觸頭有相當力量抵抗電動力?而不致于向后退縮;當觸頭碰接瞬間?接觸壓力陡然躍增至預(yù)壓力數(shù)值?防止合閘彈跳?足以抵抗電動斥力?并使接觸初始就有良好狀態(tài);隨著接觸行程的前進?觸頭間的接觸壓力逐步增大?接觸行程終結(jié)時?接觸壓力達到設(shè)計值。接觸行程不包括合閘彈簧的預(yù)壓縮量程?它實際上是合閘彈簧的第二次受壓行程。
4.4平均合閘速度
平均合閘速度主要影響觸頭的電磨蝕。如合閘速度太低?則預(yù)擊穿時間長?電弧存在的時間長?觸頭表面電磨損大?甚至使觸頭熔焊而粘住?降低滅弧室的電壽命。但速度太高?容易產(chǎn)生合閘彈跳?操動機構(gòu)輸出功也要增大?對滅弧室和整機機械沖擊大?影響產(chǎn)品的使用可靠性與機械壽命。平均合閘速度通常取0.6m/s左右為宜。
4.5平均分閘速度
斷路器的分閘速度一般而言速度越快越好?這樣可以使首開相在電流趨近于0前2～3ms時能開斷故障電流;否則首開相不能開斷而延續(xù)至下一相?原來首開相變?yōu)楹箝_相?燃弧時間加長了?增加了開斷的難度?甚至使開斷失敗。但分閘速度太快?分閘的反彈也大?反彈太大震動過劇亦容易產(chǎn)生重燃?所以分間速度亦應(yīng)考慮這方面同素。分閘速度的快慢?主要取決于合閘時動觸頭彈簧和分閘彈簧的貯能大小。為了提高分閘速度?可以增加分閘彈簧的貯能量?也可以增加合閘彈簧的壓縮量?這都必然需要提高操動機構(gòu)的輸出功和整機的機械強度?降低了技術(shù)經(jīng)濟指標。經(jīng)過多年試驗認為?10kV的真空斷路器?平均分閘速度能保證在0.95～1.2m/s比較合適。
4.6合閘彈跳時間
合閘彈跳時間是斷路器在會鬧時?觸頭剛接觸開始計起?隨后產(chǎn)生分離?可能又觸又離?到其穩(wěn)定接觸之間的時間。
這一參數(shù)國外的標準中都沒有明確規(guī)定?1989年底能源部電力司提出真空斷路器合閘彈跳時間必須小于2ms。為什么合閘彈跳時間要小于2ms呢?主要是合閘彈跳的瞬間會引起電力系統(tǒng)或設(shè)備產(chǎn)生L.C高頻振蕩?振蕩產(chǎn)生的過電壓對電氣設(shè)備的絕緣可能造成傷害甚至損壞。當合閘彈跳時;同小于2ms時?不會產(chǎn)生較大的過電壓?設(shè)備絕緣不會受損?在關(guān)合時動靜觸頭之間也不會產(chǎn)生熔焊。
4.7合、分閘不同期性
合閘的不同期性太大容易引起合閘的彈跳?因為機構(gòu)輸出的運動沖量僅由首合閘相觸頭承受。分閘的不同期性太大可能使后開相管子燃弧時間加長?降低開斷能力。
合閘與分閘的不同期性一般是同時存在的?所以調(diào)好了合閘的不同期性?分閘的不同期性也就有了保證。產(chǎn)品中要求合分閘不同期性小于2ms。
4.8合、分閘時間
分、合閘時間是指從操動線圈的端子得電時刻計起?至三極觸頭全部合上或分離止的一段時間間隔。
合、分閘線圈是按短時工作制作設(shè)計的?合閘線圈的通電時間不到100ms?分閘線圈的不到60ms。分、合閘時間一般在斷路器出廠時已調(diào)好?無須再動。
當斷路器用在發(fā)電系統(tǒng)并在電源近端短路時?故障電流衰減較慢?若分閘時間很短?這時斷路器分斷的故障電流就可能含有較大的直流分量?開斷條件更為惡劣?這對斷路器的開斷是很不利的。所以用于發(fā)電系統(tǒng)的真空斷路器?其分閘時間盡可能設(shè)計長些為宜。
4.9回路電阻
回路電阻值是表征導(dǎo)電回路的聯(lián)接是否良好的一個參數(shù)?各類型產(chǎn)品都規(guī)定了一定范圍內(nèi)的值。若回路電阻超過規(guī)定值時?很可能是導(dǎo)電回路某一連接處接觸不良。在大電流運行時接觸不良處的局部溫升增高?嚴重時甚至引起惡性循環(huán)造成氧化燒損?對用于大電流運行的斷路器尤需加倍注意?；芈冯娮铚y量?不允許采用電橋法測量?須采用GB763規(guī)定的直流壓降法。
4.10觸頭系統(tǒng)
真空斷路器的觸頭常采取對接式觸頭。因為一般的真空斷路器在分閘狀態(tài)下動靜觸頭的距離只有16mm這么小的距離很難制作出其他形狀的接觸面?而且平直的接觸面瞬間動作電弧的損傷也較小。真空斷路器的優(yōu)點之一是體積小?動靜觸頭要在一個絕對真空的空間內(nèi)動作?如果制作成其他的對接方式也會增加斷路器自身的體積!
也較小。真空斷路器的優(yōu)點之一是體積小?動靜觸頭要在一個絕對真空的空間內(nèi)動作?如果制作成其他的對接方式也會增加斷路器自身的體積!
