高压断路器

 高压断路器

高压断路器是高压开关设备中最重要、最复杂的开关设备。高压断路器有强有力的灭弧装置，既能在正常情况下接通和分断负荷电流，又能借助继电保护装置在故障情况下切断过载电流和短路电流。而且，很多高压断路器还可以借助自动装置实现自动重合操作。显然，高压断路器是能够实现控制与保护双重作用的电器。

断路器都是用来接通和分断电路的，而带负荷的电路转换状态时，特别是分断电路时总是要产生电弧的。而且电压越高、电流越大，电弧越强烈。电路转换时产生的电弧必须迅速熄灭。否则，不但断路器本身可能受到严重损坏，还可能迅速发展为弧光短路，导致更为严重的事故。

一、高压断路器的种类、型号及灭弧特点

（一）高压断路器的种类和技术参数

高压断路器通常按灭弧介质和灭弧方式分类，可分为少油断路器（代号S）、多油断路器（代号D）、真空断路器（代号Z）、六氟化硫断路器（代号L）、压缩空气断路器（代号K）、固体产气断路器（代号Q）和磁吹断路器（代号C）。10kV系统中，用得最多的是少油断路器和真空断路器。

高压断路器的型号按下面方法标志∶

高压断路器的主要技术参数是额定电压、额定电流、额定开断电流、额定断流容量、最大关合电流、极限通过电流、热稳定电流等性能参数。SNyo-10/1000-16 型户内用少油断路器的额定电压为10kV，额定电流为1000A，额定开断电流和2s热稳定电流均为16kA，额定断流容量为300MV·A，最大关合电流峰值和极限通过电流峰值均40kA。ZN-10/1000型户内用真空断路器的额定电压为10kV，额定电流为1000A，额定开断电流和4s热稳定电流均17.3kA，额定断流容量为300MV·A，最大关合电流峰值和极限通过电流峰值均为44kA。

（二）高压断路器的结构和安装

高压少油断路器外形见图14-4，结构见图14-5。少油断路器的上、下帽（或油箱）是带电的，漆成红色，并由支持绝缘子与接地构件绝缘。

少油断路器里的油量很少，一般只有几千克到十几千克。少油断路器里油的主要作用是灭弧，也作为动触头与静触头之间的绝缘介质。

少油断路器合闸时，合闸缓冲器弹簧被压缩，起缓冲作用;分闸弹簧被张紧，做好分闸准备。合闸至终了位置时，连杆系统被扣住，使断路器保持在合闸位置。

当断路器的操动机构脱扣时，分闸弹簧和合闸缓冲器弹簧释放储能，经连杆系统使动触杆向下运动实现分闸。分闸至一定位置时，分闸缓冲器顶住动触杆下端，以减缓冲击。分闸完毕，由分闸弹簧使断路器保持在分闸位置。

少油断路器采用横吹、纵吹和机械油吹灭弧方式。动、静触头之间的电弧使油气化，动触杆向下运动产生向上的油流。如图14-6 所示，灭弧过程包括四个阶段。第二阶段是横吹阶段，第三阶段是纵、横吹阶段。如果分段的电流较大，横吹阶段即可熄灭电弧;如果分断的电流很小，必须到纵、横吹阶段才能熄灭电弧。

与多油断路器相比，少油断路器用油量少，体积小，重量轻，火灾和爆炸的危险性小，检修比较方便。少油断路器中用于电力设备和电力线路的控制与保护，可用于操作比较频繁的场合。

（三）真空断路器

ZN—10和ZN—35型真空断路器系三相交流50Hz，户内式高压开关设备。它配有专用的、带有自由脱扣的直流操动机构。适用于额定电压10kV及以下的以电缆为进线的户内配电系统，除作为普通配电保护断路器外，尤其适用于频繁操作及故障较多的场合。如∶投切电容器组、控制电炉变压器、切合高压电动机等。

1.结构与工作原理

总体结构;真空断路器主要由真空灭弧室，操动机构、绝缘支持件、传动件、底座等组成一体，灭弧室的外壳由两块压制成半圆形的绝缘体构成。用绝缘子支撑并固定在底座上，由导电夹、软联结、出线板通过灭弧室两端组成高压回路。底座下部是操动机构，带自由脱扣。包括合闸电磁铁、分闸电磁铁、合闸掣子、抬杠、拉杆、分闸摇臂、分闸弹簧、三相联动轴、辅助开关等，还设有机械记数器、分合指示、二次线路接线端子等，底部装有四个滚轮和四块弯板供搬运及安装之用，各相绝缘支架是用玻璃纤维压制而成的，绝缘性能好，机械强度高，用它能分相支持灭弧室而不需另加相间隔板，高压各相间无框架连接，不仅能提高相间的绝缘强度，且对真空灭弧室也有一定的防护作用。

传动件即绝缘子，它既要保证高压对地可靠绝缘，还要传递分合闸功能，经受数万次的冲击振动，断路器灭弧室采用玻璃纤维压制成型，不易老化、发脆、断裂，从而满足了真空断路器机械寿命长的要求。

真空灭弧室的结构见图14-7。真空灭弧室是真空断路器的绝缘和灭弧元件。该灭弧室由动触头、动端跑弧面、动导电杆、波纹管、动端法兰、静触头、静端跑弧面、静端法兰、屏蔽罩、瓷柱、不锈钢支撑法兰、玻壳等零件部件，经清洗、玻璃封接、真空焊、氩弧焊、排气等工艺程序处理后封装而成，各主要零部件均密封在玻璃壳中，玻璃外壳不仅通过动静法兰盘起到密封的作用，而且还起到绝缘作用。波纹管系一动态密封的弹性元件，通过它，真空弧室在操动机构的作用下可完成分、合闸操作而又不会破坏其真空度。

真空电弧的熄灭是基于利用高真空度介质（一种压强低于10~mm 汞柱的稀薄气体）的高的绝缘强度和在这种稀薄气体中电弧生成物（带电粒子和金属蒸气）具有很高的扩散速度，因而使电弧电流过零后触头间隙的介质强度能很快恢复起来的原理而实现的。

2.维护与检修

维护检修事项如下∶

（1）断路器运行前应进行一次全面的外观检查，应将绝缘件表面揩试干净，机械转动摩擦部位应涂润滑油。

（2）投运前，应按照运行规程中的操作程序进行操作，确认无异常现象后方可投入运行。

（3）灭弧室真空度靠严格的生产工艺和出厂检测来保证，在使用现场检验灭弧室真空度是否合格的最简便的方法是对灭弧室进行42kV的工频耐压试验。

二、高压断路器的操动机构

油断路器可配用电磁操动机构或弹簧操动机构。

（一）电磁操动机构

图14-8是CD10型电磁操动机构传动原理示意图。图中用箭头表示出各部件的动作方向。跳闸时，如图14-8a所示，跳闸铁芯上的撞头，因手动或因远距离控制使跳闸线圈通电而往上撞击连杆系统，破坏了连杆系统原来在合闸位置时的稳定平衡状态，使搭在"L"形搭钩上的连杆滚轴下落，于是主轴在断路弹簧作用下转动，使断路器跳闸，并带动辅助开关切换。断路器跳闸后，跳闸线圈的铁芯落下，正对此铁芯的两连杆也回复到跳闸前的状态。合闸时，如图14-8b 所示，合闸铁芯因手动或因远距离控制使合闸线圈通电而上举，连杆滚轴又搭在"L"形搭钩上，同时主轴反抗断路弹簧的作用而转动，使断路器合闸，并带动辅助开关切换，整个连杆系统又处在新的稳定平衡状态。

（二）弹簧操动机构

1.结构简介

CT8 型弹簧操动机构采用夹板式结构。机构的储能驱动部分，合闸驱动部分，合闸电磁铁等布置在左右侧板之间，两根合闸弹簧分别布置在左右侧板外边。右侧板外面还布置着切换电机回路的行程开关、瞬时过电流脱扣器、由独立电源供电的分闸电磁铁、失压脱扣器;左侧板外面布置着接线端子。储能电动机和辅助开关布置在机构下部。"分""合"按钮布置在机构正面上方左右两边。储能指示与"分""合"指示也布置在机构正面。机构输出轴在机构后部并与安装底板平行布置。

CT8 型弹簧操动机构的结构见图14-9。

2.工作原理

CT8型弹簧操动机构的合闸操作动作示意如图14-10所示。

（1）电动机储能∶在图14-9中储能电动机2通电，通过偏心轮、

滚轮、操动块、带动驱动棘爪4、棘轮。棘轮上的销顶住驱动板，使储能轴14转动，带动挂簧拐臂，将合闸弹簧9拉长。当拉到最长再向前转一点（约3°），挂簧拐臂自行过程中，与储能轴联为一体的滚轮紧靠在定位件6上，维持住合闸弹簧的储能状态。同时挂簧拐臂推动行程开关，切断储能电动机电源。

（2）合闸∶在图14-9中，接到合闸信号，定位件6抬起，将储能轴14 的储能维持解脱。在合闸弹簧9的作用下，推动合闸四联杆向合闸方向运动，通过输出轴10带动断路器合闸。

（3）分闸∶接到分闸信号，脱扣板向上运动，带动半轴3向顺时针方向转动。半轴对扇形板的约束解除，扇形板在断路器分闸弹簧力的作用下，完成机构分闸。

三、高压断路器及其操动机构的维修

（一）高压断路器的维修

油断路器中的油是作灭弧用的，产生电弧时，若油量太多，则开关内油已升至油箱顶部，电弧未切断，气体还继续产生，会发生严重喷油或油箱爆炸。若油量太少，断弧时间加长，大量的油蒸气和混合气体泄入油面上部和空气混合，达到一定比例时也能发生爆炸。所以，日常必须巡视断路器的油位，保持在标准水平。

油断路器在正常运行中，要经常检查油标内的油面和油色，听声音是否正常，检查外壳有否渗漏油现象，检查操动机构的信号牌是否正确、紧固零件是否松动。检查绝缘瓷瓶有无裂纹、损坏，有无闪络的痕迹。

（二）操动机构的维修

（1）仔细观察各部机构动作是否灵活，有无卡涩及摩擦等不正常现象，必要时予以修正。

（2）将各部分的连杆、支持板、轴、销等拆下，用汽油洗净，检查各部有无磨损和变形等情况，消除发现的缺陷，并在活动部分涂上机油，以使操作灵活。

（3）在尚未与开关连接时，将主轴转动数次，主轴应能依靠轴上的弹簧自由复位。

操动机构常见的故障有∶分闸失灵、合闸失灵、线圈烧坏。一般是因为定位螺丝变位或松动，剩磁吸住了分闸铁芯;分闸或合闸线圈内部铜套不圆、不光滑，铁芯有毛刺产生了卡涩现象;铁芯顶部缓冲弹簧断裂;转换接点未切换、未复位等。