城市軌道交通高壓斷路器

1、城市軌道交通高壓斷路器城市軌道交通高壓斷路器 高壓斷路器是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，是一次電力系統(tǒng)中控制和保護(hù)電路的關(guān)鍵設(shè)備，其最大特點(diǎn)是開斷負(fù)荷電流和短路電流。當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)，最終通過繼電保護(hù)裝置使斷路器跳閘來切除故障，維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定。 高壓斷路器是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，是一次電力系 （1） 控制作用。高壓斷路器用于根據(jù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行要求，接通或斷開工作電路。 （2） 保護(hù)作用。當(dāng)電力系統(tǒng)的某一部分發(fā)生故障時(shí)，高壓斷路器和保護(hù)裝置、自動(dòng)裝置相配合，將該故障部分從系統(tǒng)中迅速切除，減小停電范圍，防止事故擴(kuò)大，保護(hù)系統(tǒng)中各類電氣設(shè)備不受損壞，保證系統(tǒng)無故障部分安全運(yùn)行。1. 高壓斷路器的作用

2、1高壓斷路器概述 （1） 控制作用。高壓斷路器用于根據(jù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行（1） 工作可靠。A （4） 具有自動(dòng)重合閘性能。B2. 高壓斷路器的基本要求C （6） 結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉。（3） 具有盡可能短的切斷時(shí)間。（2） 具有足夠的開斷能力。（5） 具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和良好的穩(wěn)定性能。 高壓斷路器在電力系統(tǒng)中承擔(dān)著非常重要的任務(wù)，它不僅能接通和斷開負(fù)荷電流，而且能斷開短路電流。因此，高壓斷路器必須滿足以下基本要求：（1） 工作可靠。A （4） 具有自動(dòng)重合閘 （1） 油斷路器。采用變壓器油作為滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)的斷路器稱為油斷路器。變壓器油只作為滅弧介質(zhì)和觸頭開斷后弧隙絕緣介質(zhì)，而帶電部分與地之間

3、的絕緣采用瓷介質(zhì)的斷路器，由于油量較少，故稱為少油斷路器。油斷路器可用于各級(jí)電壓的戶內(nèi)、戶外變電站。 （2） SF6斷路器。采用規(guī)定壓力的、具有優(yōu)良滅弧性能和絕緣性能的SF6氣體作為滅弧介質(zhì)和弧隙絕緣介質(zhì)的斷路器稱為SF6斷路器。它主要用于110 kV及以上大容量變電站及頻繁操作的場(chǎng)所。3. 高壓斷路器的分類按安裝地點(diǎn)的不同，高壓斷路器分為屋內(nèi)式高壓斷路器和屋外式高壓斷路器兩種。根據(jù)所采用的滅弧介質(zhì)的不同，高壓斷路器有如下幾種類型： （1） 油斷路器。采用變壓器油作為滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì) （3） 真空斷路器。真空斷路器是指觸頭在133.310-8133.310-4 Pa的真空中開閉電路的斷路器。

4、目前，它主要用于35 kV及以下變電站中要求頻繁操作的場(chǎng)所。 （4） 直流斷路器。直流斷路器應(yīng)用于城市軌道交通牽引變電所整流裝置牽引側(cè)及饋線側(cè)，一般以直流開關(guān)柜的形式出現(xiàn)。較常見的直流開關(guān)柜有MB型和KMB型。3. 高壓斷路器的分類 （3） 真空斷路器。真空斷路器是指觸頭在133.3 高壓斷路器的基本結(jié)構(gòu)如圖2-46所示。其中，開斷元件是核心，開關(guān)設(shè)備的控制、保護(hù)及安全隔離等方面的任務(wù)都由它來完成。其他組成部分都是配合開斷元件為完成上述任務(wù)而設(shè)置的。4. 高壓斷路器的結(jié)構(gòu)圖2-46高壓斷路器的基本結(jié)構(gòu) 高壓斷路器的基本結(jié)構(gòu)如圖2-46所示。其中，開斷元 高壓斷路器基本組成部分的主要零部件及其功

5、能如表2-7所示。表2-7高壓斷路器基本組成部分的主要零部件及其功能4. 高壓斷路器的結(jié)構(gòu) 高壓斷路器基本組成部分的主要零部件及其功能如表2-7 （1） 額定電壓UN。額定電壓是指斷路器長時(shí)間運(yùn)行能承受的正常工作電壓，它決定了斷路器的絕緣水平、總體尺寸和滅弧條件。在三相電路中，額定電壓均指線電壓。 （2） 最高工作電壓。最高工作電壓是指斷路器允許長期工作的高于額定電壓的最高電壓。由于電網(wǎng)不同地點(diǎn)的電壓可能高出額定電壓10%左右，故制造廠規(guī)定了斷路器的最高工作電壓。對(duì)于220 kV及以下設(shè)備，其最高工作電壓為額定電壓的1.15倍；對(duì)于330 kV的設(shè)備，其最高工作電壓為額定電壓的1.10倍。5.

6、 高壓斷路器的技術(shù)參數(shù)高壓斷路器的特性和工作性能可用以下基本參數(shù)來表征： （1） 額定電壓UN。額定電壓是指斷路器長時(shí)間運(yùn)行 （3） 額定電流IN。額定電流是指斷路器在額定容量下允許長期通過的工作電流（有效值）。斷路器長期通過額定電流時(shí)，各部分的發(fā)熱溫度不會(huì)超過允許值。額定電流也決定了斷路器載流部分的尺寸和結(jié)構(gòu)。 （4） 額定開斷電流INK。額定開斷電流是指在額定電壓下，斷路器能可靠開斷的最大周期分量電流（最大短路電流有效值），它表明了斷路器開斷電路的能力。開斷電流與電壓有關(guān)，當(dāng)電壓不等于額定電壓時(shí)，斷路器能可靠切斷的最大短路電流有效值稱為該電壓下的開斷電流。當(dāng)電壓低于額定電壓時(shí)，開斷電流比額

7、定開斷電流有所增大。5. 高壓斷路器的技術(shù)參數(shù) （3） 額定電流IN。額定電流是指斷路器在額 （5） 額定斷流容量SNK。額定斷流容量表明斷路器的切斷能力。在三相電路中，其大小等于額定電壓與額定開斷電流乘積的3倍。即SNK=3UNINK 由于UN不是殘壓，因而額定斷流容量不是斷路器開斷時(shí)的實(shí)際容量。 （6） 關(guān)合電流iNc1。關(guān)合電流是指保證斷路器能關(guān)合短路而不至于發(fā)生觸頭熔焊或其他損傷，所允許接通的最大短路電流。5. 高壓斷路器的技術(shù)參數(shù) （5） 額定斷流容量SNK。額定斷流容量表明斷 （7） 動(dòng)穩(wěn)定電流ies。動(dòng)穩(wěn)定電流是指斷路器在合閘位置時(shí)允許通過的短路電流最大峰值。它表明了斷路器在沖擊

8、短路電流的作用下承受電動(dòng)力的能力，它取決于導(dǎo)體和絕緣等部件的機(jī)械強(qiáng)度，也受觸頭結(jié)構(gòu)形式的影響。 （8） 熱穩(wěn)定電流INt。熱穩(wěn)定電流是指斷路器在規(guī)定時(shí)間（通常為4 s）內(nèi)允許通過的最大短路電流有效值，又稱額定短時(shí)耐受電流。熱穩(wěn)定電流表明了斷路器承受短路電流熱效應(yīng)的能力。 5. 高壓斷路器的技術(shù)參數(shù) （7） 動(dòng)穩(wěn)定電流ies。動(dòng)穩(wěn)定電流是指斷路器 （9） 斷路器開斷時(shí)間t0。斷路器開斷時(shí)間是指斷路器接到分閘命令瞬間起到各相電弧完全熄滅為止的時(shí)間間隔，它包括斷路器固有分閘時(shí)間tgf和燃弧時(shí)間th，即t0=tgf+th，如圖2-47所示。 斷路器固有分閘時(shí)間是指斷路器接到分閘命令瞬間到各相觸頭剛剛分

9、離的時(shí)間，一般為0.060.12 s；小于0.06 s的斷路器，稱為快速斷路器。燃弧時(shí)間是指斷路器觸頭分離瞬間到各相電弧完全熄滅的時(shí)間。 t0是表征斷路器開斷過程快慢的主要參數(shù)。t0越小，越有利于減小短路電流對(duì)電氣設(shè)備的危害，縮小故障范圍，保持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。5. 高壓斷路器的技術(shù)參數(shù)圖2-47斷路器開斷時(shí)間 （9） 斷路器開斷時(shí)間t0。斷路器開斷時(shí)間是指斷路器5. 高壓斷路器的技術(shù)參數(shù)20% （10） 合閘時(shí)間。合閘時(shí)間是指從操動(dòng)機(jī)構(gòu)接到合閘命令瞬間起到斷路器接通為止所需的時(shí)間。合閘時(shí)間取決于斷路器的操動(dòng)機(jī)構(gòu)和中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。一般合閘時(shí)間大于分閘時(shí)間。 （11） 操作循環(huán)。操作循環(huán)也是表征斷路

10、器操作性能的指標(biāo)。我國規(guī)定斷路器的額定操作循環(huán)如下： 自動(dòng)重合閘操作循環(huán)。 分合分t合分 非自動(dòng)重合閘操作循環(huán)。 分t合分t合分 式中，分表示分閘操作；合分表示合閘后立即分閘的動(dòng)作；表示無電流間隔時(shí)間，標(biāo)準(zhǔn)值為0.3 s或0.5 s；t表示強(qiáng)送電時(shí)間，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間為180 s。5. 高壓斷路器的技術(shù)參數(shù)20% （10） 合閘時(shí) 國產(chǎn)高壓斷路器的型號(hào)如圖2-48所示。圖2-48國產(chǎn)高壓斷路器的型號(hào)6. 高壓斷路器的型號(hào) 國產(chǎn)高壓斷路器的型號(hào)如圖2-48所示。圖2-48國產(chǎn)23%Option 16. 高壓斷路器的型號(hào) （1） 產(chǎn)品字母代號(hào)。S表示少油斷路器，D表示多油斷路器，L表示SF6斷路器，Z表示

11、真空斷路器，K表示壓縮空氣斷路器，Q表示自產(chǎn)氣斷路器，C表示磁吹斷路器。 （2） 裝置地點(diǎn)代號(hào)。N表示戶內(nèi)式，W表示戶外式。 （3） 設(shè)計(jì)序號(hào)。設(shè)計(jì)序號(hào)以數(shù)字1、2、3表示。 （4） 額定電壓。額定電壓的單位為kV。 （5） 補(bǔ)充特性。G表示改進(jìn)型，F(xiàn)表示分相操作。 （6） 額定電流。額定電流的單位為A。 （7） 額定開斷電流。額定開斷電流的單位為kA。23%Option 16. 高壓斷路器的型號(hào) （1） 產(chǎn)品6. 高壓斷路器的型號(hào) 【例2-3】型號(hào)為ZN2812/1250-25的斷路器，其含義為：真空斷路器，戶內(nèi)式，設(shè)計(jì)序號(hào)為28，額定電壓為12 kV，額定電流為1 250 A，額定開斷電流

12、為25 kA。 【例2-4】型號(hào)為SN420G/800030的斷路器，其含義為：少油斷路器，戶內(nèi)式，設(shè)計(jì)序號(hào)為4，額定電壓為20 kV，改進(jìn)型，額定電流為8 000 A，額定開斷電流為30 kA。76%6. 高壓斷路器的型號(hào) 【例2-3】型號(hào)為ZN2811. SF6簡介 SF6是一種無毒、不燃的氣體，具有優(yōu)異的絕緣性能和滅弧性能，將其應(yīng)用于斷路器、變壓器和電纜等電氣設(shè)備，可以顯示出礦物油無可比擬的優(yōu)越性。2 nSF6斷路器1. SF6簡介 SF6是一種無毒、不燃的氣體，23%Option 11. SF6簡介 （1） SF6的特性。 SF6熱容量大。SF6的分子在分解時(shí)吸收的能量多，對(duì)弧柱的冷卻

13、作用強(qiáng)。 SF6環(huán)境下的電弧能量小。SF6在高溫時(shí)分解出的硫、氟原子和正負(fù)離子，與其他滅弧介質(zhì)相比，在同樣的弧溫下有較大的游離度。在維持相同游離度的情況下，弧柱溫度較低。因此，SF6中的電弧電壓較低，燃弧時(shí)的電弧能量小，對(duì)滅弧有利。 SF6分子的負(fù)電性強(qiáng)。所謂負(fù)電性，就是指SF6分子極易捕獲、吸附自由電子形成低活動(dòng)性負(fù)離子的特性。SF6負(fù)電性強(qiáng)，加強(qiáng)了去游離，降低了導(dǎo)電率。在電弧電流過零后，弧柱溫度將急劇下降，分解物急速復(fù)合。因此，SF6弧隙的介電性能的恢復(fù)速度很快，能耐受很高的恢復(fù)電壓，電弧在電流過零后很難重燃。23%Option 11. SF6簡介 （1） SF6的特1. SF6簡介 （2

14、） SF6的危害。SF6的危害主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是高溫電弧分解產(chǎn)物和其本身（或分解產(chǎn)物）與接觸介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成物對(duì)生物有毒性作用；二是SF6作為一種溫室氣體對(duì)環(huán)境有危害。1. SF6簡介 （2） SF6的危害。SF6的危害 常見的SF6斷路器按照對(duì)地絕緣方式的不同分為落地罐式SF6斷路器和絕緣子支柱式SF6斷路器。 （1） 落地罐式SF6斷路器。其實(shí)物如圖2-49所示，結(jié)構(gòu)如圖2-50所示。它把觸頭和滅弧室裝在充有SF6并接地的金屬罐中，觸頭與罐壁間的絕緣采用環(huán)氧樹脂支持絕緣子，引出線靠絕緣瓷套管引出。 2. SF6斷路器的類型圖2-49落地罐式SF6斷路器實(shí)物圖2-50落地罐式SF

15、6斷路器的結(jié)構(gòu) 常見的SF6斷路器按照對(duì)地絕緣方式的不同分為2. SF6斷路器的類型20% 落地罐式SF6斷路器的優(yōu)點(diǎn)。 結(jié)構(gòu)重心低，抗震性能好。 滅弧斷口間電場(chǎng)較好，斷流容量大，可以加裝電流互感器，還能與隔離開關(guān)、接地刀閘、避雷器等融為一體，組合成復(fù)合式開關(guān)設(shè)備。 借助于套管引線，基本上不用改裝就可以用于全封閉組合電器。 落地罐式SF6斷路器的缺點(diǎn)。罐體耗用材料多，用氣量大，系列性差，造價(jià)高。2. SF6斷路器的類型20% 落地罐式SF6斷路器 （2） 絕緣子支柱式SF6斷路器（積木式結(jié)構(gòu)）。絕緣子支柱式SF6斷路器可布置成Y形、T形和I形，如圖2-51所示。其滅弧室位于高電位，靠支柱絕緣瓷

16、套對(duì)地絕緣。目前的城市軌道交通供電系統(tǒng)中，一般在110 kV電壓等級(jí)斷路器上采用SF6斷路器，而在110 kV和35 kV的配電裝置中采用SF6封閉式組合電器。圖2-51絕緣子支柱式SF6斷路器實(shí)物2. SF6斷路器的類型 （2） 絕緣子支柱式SF6斷路器（積木式結(jié)構(gòu)）。 SF6斷路器滅弧室按結(jié)構(gòu)可分為單壓式滅弧室和雙壓式滅弧室。 （1） 單壓式滅弧室。單壓式滅弧室又稱壓氣式滅弧室，只有一個(gè)氣壓系統(tǒng)，即常態(tài)時(shí)只有單一壓力的SF6氣體。滅弧室的可動(dòng)部分帶有壓氣裝置，分閘過程中，壓氣缸與觸頭同時(shí)運(yùn)動(dòng)，將壓氣室內(nèi)的氣體壓縮。觸頭分離后，電弧即受到高速氣流縱吹而將電弧熄滅。滅弧室中，壓氣活塞是固定不動(dòng)

17、的，靜觸頭與動(dòng)觸頭之間的開距也是固定不變的。單壓式滅弧室的工作原理如圖2-52所示。圖2-52單壓式滅弧室的工作原理3. SF6斷路器滅弧室的結(jié)構(gòu)類型 SF6斷路器滅弧室按結(jié)構(gòu)可分為單壓式滅弧室和雙壓3. SF6斷路器滅弧室的結(jié)構(gòu)類型 （2） 雙壓式滅弧室。它有高壓和低壓兩個(gè)氣壓系統(tǒng)，滅弧時(shí)，高壓室控制閥打開，高壓SF6經(jīng)過噴嘴吹向低壓系統(tǒng)，再吹向電弧使其熄滅。滅弧室內(nèi)正常時(shí)，充有高壓氣體的稱為常充高壓式；僅在滅弧過程中才充有高壓氣體的稱為瞬時(shí)充高壓式。 單壓式滅弧室結(jié)構(gòu)簡單，但開斷電流小，行程大，固有分閘時(shí)間長，而且操動(dòng)機(jī)構(gòu)的功率大。近年來，單壓式SF6斷路器采用了大功率液壓機(jī)構(gòu)和雙向吹弧，

18、并逐漸取代了雙壓式SF6斷路器。76%3. SF6斷路器滅弧室的結(jié)構(gòu)類型 （2） 雙壓式滅 必須嚴(yán)格控制SF6中的水分?，F(xiàn)在通常從以下幾個(gè)方面采取措施：加強(qiáng)斷路器的密封；組裝斷路器時(shí)，先要對(duì)零部件進(jìn)行徹底烘干；嚴(yán)格控制SF6中的含水量；嚴(yán)格控制斷路器充氣前的含水量；在SF6斷路器內(nèi)部加裝吸附劑。01 由于SF6在滅弧時(shí)會(huì)產(chǎn)生有毒氣體和粉塵，在排放廢氣和拆開斷路器滅弧部件時(shí)，應(yīng)戴防毒面具、防護(hù)手套，穿長袖工作服，盡量不露出皮膚；處理有毒廢料時(shí)應(yīng)戴防護(hù)手套。02 排出的SF6廢氣應(yīng)通過濾罐過濾有毒粉塵后排放到大氣中。034. 制造、運(yùn)用和檢修SF6斷路器時(shí)的注意事項(xiàng)在制造、運(yùn)用和檢修SF6斷路器時(shí)

19、，應(yīng)該注意以下幾個(gè)方面： 必須嚴(yán)格控制SF6中的水分。現(xiàn)在通常從以下幾個(gè)方 斷路器部件的拆裝、檢修一般應(yīng)在干燥、清潔的室內(nèi)進(jìn)行；現(xiàn)場(chǎng)檢修時(shí)，天氣應(yīng)穩(wěn)定無雨且空氣濕度不得大于80%。04 為防止斷路器內(nèi)部進(jìn)入潮氣和灰塵，拆卸處理過的部件應(yīng)馬上用塑料布(袋)包好并系緊。054. 制造、運(yùn)用和檢修SF6斷路器時(shí)的注意事項(xiàng) 斷路器部件的拆裝、檢修一般應(yīng)在干燥、清潔的室內(nèi) 真空斷路器利用真空度約為10-4 Pa（在運(yùn)行過程中不低于10-2 Pa）的高真空作為內(nèi)絕緣和滅弧介質(zhì)。真空度就是氣體的絕對(duì)壓力與大氣壓的差值，表示氣體稀薄的程度。氣體的絕對(duì)壓力值越低，真空度越高。當(dāng)滅弧室內(nèi)被抽成10-4 Pa的真空

20、時(shí)，其絕緣強(qiáng)度要比絕緣油、一個(gè)大氣壓力下的SF6和空氣的絕緣強(qiáng)度高很多。3 真空斷路器 真空斷路器利用真空度約為10-4 Pa（在運(yùn)行 （1） 真空間隙的絕緣性能。真空間隙的氣體稀薄，分子的自由行程較大，發(fā)生碰撞游離的概率很小，因此真空間隙具有很高的絕緣強(qiáng)度。當(dāng)真空間隙在某一電壓下?lián)舸状魏?，由于觸頭表面的毛刺被沖擊掉，觸頭表面光潔度提高，真空間隙在該電壓下就不再擊穿了，擊穿電壓將會(huì)升高，這種現(xiàn)象稱為真空間隙的老化。這是真空間隙獨(dú)具的特點(diǎn)。 真空間隙的絕緣強(qiáng)度與很多因素有關(guān)，主要與真空間隙的長度、真空度、電極材料、電極表面狀態(tài)、形狀和大小、施加電壓的波形和頻率等因素有關(guān)。1. 真空電弧理論 （

21、1） 真空間隙的絕緣性能。真空間隙的氣體稀薄，分1. 真空電弧理論 （2） 真空電弧的形成。真空電弧的形成主要經(jīng)歷了以下三個(gè)階段： 第一階段，觸頭蒸發(fā)形成金屬蒸氣。在觸頭帶電流分離時(shí)，由于接觸壓力減小，觸頭由面接觸變?yōu)辄c(diǎn)接觸（觸頭間形成金屬小橋），使電流集中通過金屬橋。在分?jǐn)噙^程中，其一，金屬橋被拉長，截面減小，電阻增大，橋上耗散功率大，溫度急劇升高，金屬橋熔化并產(chǎn)生高溫金屬蒸氣；其二，觸頭表面結(jié)合不牢固的金屬團(tuán)粒（如金屬加工時(shí)殘留的毛刺）在靜電場(chǎng)力的作用下，離開電極表面，加速通過真空間隙轟擊電極，使電極和團(tuán)粒的溫度升高，蒸發(fā)出高溫金屬蒸氣；其三，觸頭表面尖端突起部分的電場(chǎng)極強(qiáng)，由強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射自

22、由電子所形成的電子束（預(yù)放電電流，其值為10-510-3 A）轟擊陽極，也可使陽極發(fā)熱，蒸發(fā)出金屬蒸氣。1. 真空電弧理論 （2） 真空電弧的形成。真空電弧1. 真空電弧理論 第二階段，自由電子穿過高溫金屬蒸氣。運(yùn)動(dòng)中帶電的金屬團(tuán)粒與電極間形成強(qiáng)電場(chǎng)，此電場(chǎng)可使團(tuán)粒和電極表面發(fā)射大量自由電子。當(dāng)高速運(yùn)動(dòng)的自由電子穿過高溫金屬蒸氣云時(shí)，使金屬原子電離產(chǎn)生帶電離子。離子的定向移動(dòng)形成傳導(dǎo)電流。 第三階段，形成陰極斑點(diǎn)。電極表面發(fā)射自由電子的尖端或突起，很快發(fā)展成陰極斑點(diǎn)，其溫度極高，不斷蒸發(fā)出金屬蒸氣，補(bǔ)充金屬蒸氣的損失，陰極斑點(diǎn)發(fā)射的電子又電離金屬蒸氣，補(bǔ)充離子的損失，觸頭間的預(yù)放電電流就轉(zhuǎn)變成

23、自持的真空電弧。因此，真空電弧的形成是一個(gè)電極過程。陰極斑點(diǎn)是真空電弧的生命線。真空電弧是電離狀態(tài)的金屬蒸氣電弧。1. 真空電弧理論 第二階段，自由電子穿過高 （3） 真空電弧的形態(tài)。 擴(kuò)散型電弧。當(dāng)電弧電流小于100 A時(shí)，觸頭間只存在一束電弧，觸頭上只有一個(gè)陰極斑點(diǎn)，并在觸頭表面做不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)電弧電流大于100 A且小于6 kA時(shí)，陰極斑點(diǎn)會(huì)由一個(gè)分裂為若干個(gè)，并在陰極表面不斷向四周擴(kuò)散，電弧以許多完全分離的并聯(lián)電弧的形態(tài)存在。這種形態(tài)的電弧稱為擴(kuò)散型電弧，如圖2-53（a）所示。圖2-53真空電弧的形態(tài)1. 真空電弧理論 （3） 真空電弧的形態(tài)。圖2-53真空電弧的形態(tài)1. 1. 真

24、空電弧理論 集聚型電弧。當(dāng)電極上電弧電流大于10 kA時(shí)，陰極斑點(diǎn)受電磁力的作用相互吸引，使所有的陰極斑點(diǎn)集聚成一個(gè)運(yùn)動(dòng)速度緩慢的陰極斑點(diǎn)團(tuán)（其直徑可達(dá)12 cm），形成單束大弧柱，且電極強(qiáng)烈發(fā)光，觸頭表面將出現(xiàn)熔坑，這種形態(tài)的電弧稱為集聚型電弧，如圖2-53（b）所示。76%1. 真空電弧理論 集聚型電弧。當(dāng)電極上電弧電流1. 真空電弧理論20% （4） 真空電弧的熄滅。對(duì)擴(kuò)散型電弧，電流過零時(shí)，真空電弧熄滅。陰極斑點(diǎn)所造成的熔區(qū)在電弧熄滅后10-810-7 s內(nèi)便凝固。陰極和陰極斑點(diǎn)不再向弧柱區(qū)提供電子和金屬蒸氣，而殘余的等離子體內(nèi)的各種粒子在幾微秒內(nèi)向四周擴(kuò)散完，弧區(qū)介質(zhì)強(qiáng)度迅速提高，實(shí)

25、際上已變成了真空間隙，足以承受很高的恢復(fù)電壓而不致?lián)舸?。擴(kuò)散型電弧過零后很容易熄滅。 對(duì)集聚型電弧，電流過零時(shí)，電弧熄滅，但觸頭表面有面積和厚度相當(dāng)大的熔區(qū)，這些熔區(qū)需要毫秒數(shù)量級(jí)的時(shí)間才能冷卻。在這段時(shí)間內(nèi)，電極仍向弧區(qū)輸送大量金屬蒸氣和帶電粒子，在恢復(fù)電壓上升過程中，弧區(qū)相當(dāng)于一個(gè)充氣間隙，不可避免地要發(fā)生重新?lián)舸?。只有?dāng)觸頭開距足夠大，陰極斑點(diǎn)產(chǎn)生的金屬蒸氣不足以維持帶電粒子擴(kuò)散時(shí)，真空電弧才熄滅。故集聚型電弧難以熄滅，應(yīng)設(shè)法避免。一般在觸頭結(jié)構(gòu)上采取措施，以防止觸頭表面發(fā)生過分嚴(yán)重的局部熔化和燒損。 總之，真空電弧的熄滅主要取決于觸頭的陰極現(xiàn)象、電極發(fā)熱程度及離子向弧柱外迅速擴(kuò)散的作用

26、。1. 真空電弧理論20% （4） 真空電弧的熄滅。對(duì) 按真空滅弧室的布置方式，真空斷路器可分為落地式真空斷路器、懸掛式真空斷路器、綜合式真空斷路器和接地箱式真空斷路器。01 按真空滅弧室的外殼，真空斷路器可分為玻璃外殼式真空斷路器和陶瓷外殼式真空斷路器。02 按觸頭形狀，真空斷路器可分為橫磁吹式真空斷路器和縱磁吹式真空斷路器。032. 真空斷路器的分類真空斷路器的分類方法有以下幾種： 按真空滅弧室的布置方式，真空斷路器可分為落地式 真空斷路器的基本結(jié)構(gòu)如圖2-54所示。它由開合操動(dòng)機(jī)構(gòu)、支持套管、隔離插頭、真空滅弧室（真空泡）、保護(hù)罩（屏蔽罩）、動(dòng)觸頭、靜觸頭、導(dǎo)電桿、支持絕緣子、保護(hù)套管、

27、絕緣拉桿、機(jī)座等構(gòu)成，其核心是真空滅弧室（真空泡）。真空滅弧室是實(shí)現(xiàn)電路關(guān)合與開斷功能的熄弧元件。圖2-54真空斷路器的基本結(jié)構(gòu)3. 真空斷路器的基本結(jié)構(gòu) 真空斷路器的基本結(jié)構(gòu)如圖2-54所示。它由開合操 真空滅弧室的結(jié)構(gòu)如圖2-55圖2-57所示。真空滅弧室的外殼是由絕緣筒、兩端的金屬蓋板和波紋管組成的密封容器。真空滅弧室內(nèi)有一對(duì)觸頭(靜觸頭和動(dòng)觸頭)分別焊接在各自的導(dǎo)電桿上，波紋管的另一個(gè)端口與動(dòng)端蓋的中孔焊接，動(dòng)導(dǎo)電桿從中孔穿出外殼。由于波紋管可以在軸向上自由伸縮，因而這種結(jié)構(gòu)既能實(shí)現(xiàn)在滅弧室外帶動(dòng)動(dòng)觸頭做分合運(yùn)動(dòng)，又能保證真空外殼的密封性。 4. 真空滅弧室 真空滅弧室的結(jié)構(gòu)如圖2-5

28、5圖2-57所示。圖2-55真空滅弧室的結(jié)構(gòu)4. 真空滅弧室圖2-56WVT陶瓷外殼真空滅弧室剖視圖圖2-57WVT固封極柱剖視圖圖2-55真空滅弧室的結(jié)構(gòu)4. 真空滅弧室圖2-56WVT陶1 外殼。2波紋管。3屏蔽罩。4導(dǎo)電系統(tǒng)。5觸頭。4. 真空滅弧室下面簡要地介紹真空滅弧室中的主要部件及其作用。1 外殼。2波紋管。3屏蔽罩。4導(dǎo)電系統(tǒng)。5觸頭。4. 真空 真空滅弧室是用密封在真空中的一對(duì)觸頭來實(shí)現(xiàn)電力電路的接通與分?jǐn)喙δ艿囊环N電真空器件，是利用高真空作為絕緣介質(zhì)。當(dāng)其斷開一定數(shù)值的電流時(shí)，動(dòng)、靜觸頭在分離的瞬間，電流收縮到觸頭剛分離的某一點(diǎn)或某幾點(diǎn)上，表現(xiàn)為電極間電阻劇烈增大和溫度迅速提

29、高，直至發(fā)生電極金屬的蒸發(fā)，同時(shí)形成極高的電場(chǎng)強(qiáng)度，導(dǎo)致劇烈的場(chǎng)致發(fā)射和間隙的擊穿，產(chǎn)生了真空電弧，當(dāng)工作電流接近零時(shí)，觸頭間距增大，真空電弧的等離子體很快向四周擴(kuò)散，電弧電流過零后，觸頭間隙的介質(zhì)迅速由導(dǎo)電體變?yōu)榻^緣體，于是電流被分?jǐn)?，開斷結(jié)束。5. 真空斷路器的工作原理 真空滅弧室是用密封在真空中的一對(duì)觸頭來實(shí)現(xiàn)電力 安裝前應(yīng)對(duì)真空斷路器進(jìn)行外觀和內(nèi)部檢查，真空滅弧室、各零部件、組件要完整、合格、無損、無異物。01 嚴(yán)格執(zhí)行安裝工藝規(guī)程，各元件安裝的緊固件規(guī)格必須按照設(shè)計(jì)規(guī)定選用。02 檢查極間距離，上下出線的位置、距離必須符合相關(guān)的專業(yè)技術(shù)規(guī)程要求。036. 真空斷路器的安裝要求真空斷路

30、器的分類方法有以下幾種： 安裝前應(yīng)對(duì)真空斷路器進(jìn)行外觀和內(nèi)部檢查，真空滅弧 所使用的工器具必須清潔，并滿足裝配的要求，在滅弧室附近緊固螺絲時(shí)不得使用活扳手。04 各轉(zhuǎn)動(dòng)（滑動(dòng)）件應(yīng)運(yùn)動(dòng)自如，運(yùn)動(dòng)摩擦處應(yīng)涂抹潤滑油脂。05 整體安裝調(diào)試合格后，應(yīng)清潔干凈，各零部件的可調(diào)連接部位均應(yīng)用紅漆打點(diǎn)標(biāo)記，出線端接線處應(yīng)涂抹防腐油脂。066. 真空斷路器的安裝要求 所使用的工器具必須清潔，并滿足裝配的要求，在滅弧7. 真空斷路器的特點(diǎn)20% 根據(jù)斷路器的結(jié)構(gòu)和適用范圍，斷路器具有以下特點(diǎn)：（1） 觸頭開距小，動(dòng)作快。（2） 燃弧時(shí)間短，觸頭燒損輕。（3） 壽命長，適于頻繁操作。（4） 體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，真

31、空滅弧室不需檢修，維修工作量小。（5） 防火、防爆性能好。（6） 制造工藝復(fù)雜，造價(jià)高。（7） 沒有監(jiān)視真空度變化的簡易裝置。（8） 開斷小電流時(shí)，有可能產(chǎn)生較高的過電壓，需采取降低過電壓的措施。7. 真空斷路器的特點(diǎn)20% 根據(jù)斷路器的結(jié)構(gòu)和適用3 用真空度檢測(cè)儀檢查。依據(jù)脈沖磁場(chǎng)放電測(cè)量原理制造的KZJl型真空度檢測(cè)儀，可直接測(cè)出真空度值。2 耐壓試驗(yàn)。動(dòng)、靜觸頭間施加交流工頻電壓，耐壓1 min，無擊穿，說明真空度良好。1 測(cè)量動(dòng)、靜觸頭兩端的絕緣電阻。用1 000 V兆歐表測(cè)量得到的絕緣電阻大于500 M，說明真空度良好。8. 真空斷路器的真空度檢查 通過定期的檢查、測(cè)量，就可以掌握真

32、空度變化的狀況及趨勢(shì)，防患于未然，確保斷路器安全、可靠地運(yùn)行。3 用真空度檢測(cè)儀檢查。依據(jù)脈沖磁場(chǎng)放電測(cè)量原理制 直流斷路器為機(jī)械式、單相快速斷路器。1 0006 000 A的斷路器，其響應(yīng)時(shí)間僅為幾毫秒。 城市軌道交通供電系統(tǒng)中，直流斷路器應(yīng)用于牽引變電所整流裝置牽引側(cè)及饋線側(cè)，一般以直流開關(guān)柜的形式出現(xiàn)，較常見的是瑞士賽雪龍公司生產(chǎn)的UR系列直流快速斷路器（額定電流為5004 000 A）和HPB系列直流快速斷路器（額定電流為4 5006 000 A）。4直流斷路器 直流斷路器為機(jī)械式、單相快速斷路器。1 000 UR、HPB系列直流快速斷路器的應(yīng)用范圍如圖258所示。UR、HPB系列直流

33、快速斷路器特別適用于直流牽引配電網(wǎng)絡(luò)中，作為接觸網(wǎng)和鋼軌的保護(hù)及故障區(qū)域的隔離。UR和HPB系列直流快速斷路器設(shè)計(jì)緊湊，占用空間小。另外，它既能用線路故障探測(cè)器探測(cè)，又能和線路測(cè)試及自動(dòng)重合閘裝置相連。 由于UR和HPB系列直流快速斷路器具有抗振動(dòng)及抗沖擊性的特點(diǎn)，因此可以安裝在牽引機(jī)車上。其設(shè)計(jì)緊湊、合理，反應(yīng)速度快，滅弧時(shí)間短，成為牽引機(jī)車優(yōu)良的開斷保護(hù)裝置。圖2-58UR、HPB系列直流快速斷路器的應(yīng)用范圍1. 常用直流斷路器 UR、HPB系列直流快速斷路器的應(yīng)用范圍如圖2 （1） UR和HPB系列直流快速斷路器的代表產(chǎn)品。圖259為UR26/36/40系列直流快速斷路器的代表產(chǎn)品，圖2

34、60為HPB45/60系列直流快速斷路器的代表產(chǎn)品。它是一種雙向、單極單元，采用了電磁吹弧、電動(dòng)操作系統(tǒng)、直接瞬時(shí)過流脫扣、間接快速脫扣（用戶可選項(xiàng)）和空氣自然冷卻方式等技術(shù)。間接脫扣器由一個(gè)線圈和一個(gè)電子控制裝置組成，線圈固定在斷路器上，電子控制裝置（由放電電容和電子開關(guān)組成）單獨(dú)安裝。1. 常用直流斷路器 （1） UR和HPB系列直流快速斷路器的代表產(chǎn)品。圖2-59UR26/36/40系列直流快速斷路器的代表產(chǎn)品1. 常用直流斷路器圖2-60HPB45/60系列直流快速斷路器的代表產(chǎn)品圖2-59UR26/36/40系列直流快速斷路器的代表產(chǎn)品1 （2） 直流快速斷路器的工作原理。UR36系

35、列直流快速斷路器的原理如圖2-61所示。它采用了電磁吹弧、電動(dòng)操作系統(tǒng)、直接瞬時(shí)過流脫扣、間接快速脫扣（可選項(xiàng)）和空氣自然冷卻方式等技術(shù)。圖2-61UR36系列直流快速斷路器的原理 UR和HPB系列直流快速斷路器設(shè)計(jì)簡潔，絕緣性高，并遵循用于固定安裝的EN 50123/IEC 61992標(biāo)準(zhǔn)和用于機(jī)車的EN/IEC 60077標(biāo)準(zhǔn)，從而確保UR和HPB系列直流快速斷路器具有高可靠性和極長的使用壽命。圖2-61UR36系列直流快速斷路器的原理1. 常用直流斷路器 （2） 直流快速斷路器的工作原理。UR36系列 合閘。當(dāng)收到合閘脈沖時(shí)，合閘裝置推動(dòng)撥叉，撥叉推動(dòng)動(dòng)觸頭使觸頭閉合，并形成動(dòng)、靜觸頭之

36、間的接觸壓力。推動(dòng)器由動(dòng)觸頭推動(dòng)，驅(qū)動(dòng)輔助觸點(diǎn)。剩余的合閘能量由阻尼器所吸收。 保持。當(dāng)主觸頭閉合時(shí)，接觸壓力將由合閘裝置保持。根據(jù)保持方式，合閘裝置可分為電保持型（E型）和磁保持型（M型）。1. 常用直流斷路器 合閘。當(dāng)收到合閘脈沖時(shí)，合閘裝置推動(dòng)撥叉，1. 常用直流斷路器 分閘。在過流跳閘或接到正確的分閘指令時(shí)，斷路器分閘。當(dāng)過流超過大電流脫扣的整定值時(shí)，跳閘裝置桿將向上移動(dòng)，抬起撥叉，從而釋放動(dòng)觸頭。通過遠(yuǎn)方指令切斷斷路器合閘裝置的保持電流（E型）或者施加反向電流脈沖（M型）使斷路器分閘，將會(huì)使撥叉縮回。接著，推動(dòng)器打開動(dòng)觸頭，驅(qū)動(dòng)輔助觸點(diǎn)。在主觸頭間產(chǎn)生的電弧將向上移動(dòng)至滅弧罩內(nèi)的兩滅

37、弧角之間，被滅弧隔板隔斷。電離空氣大部分在去離子板之間被中和。76%1. 常用直流斷路器 分閘。在過流跳閘或接到正 與交流電弧不同，直流電弧只能靠強(qiáng)制電流為零來熄滅，在電弧能量不變的前提下，促使電弧電流接近于零，就意味著必須提高電弧電壓US，使之高于斷路器（QF）的工作電壓U1。可以通過采取合理的措施來迅速提高電弧電壓，如在中、低壓直流回路中使用電磁吹弧斷路器，從而達(dá)到滅弧的目的。對(duì)高壓直流回路，必須相應(yīng)地降低電壓和電流，對(duì)要求分閘更快的斷路器來說，可通過加LC諧振電路產(chǎn)生人工電流零點(diǎn)來滅弧。直流滅弧原理如圖2-62所示。圖2-62直流滅弧原理1. 常用直流斷路器 與交流電弧不同，直流電弧只能

38、靠強(qiáng)制電流為零來熄滅1. 常用直流斷路器20% 以UR系列直流快速斷路器為例，當(dāng)斷路器跳閘后，主回路磁場(chǎng)將動(dòng)、靜觸頭之間產(chǎn)生的電弧吹入滅弧室，滅弧室采用冷陰極設(shè)計(jì)，由許多相互絕緣的滅弧板(金屬柵片)組成。一旦電弧進(jìn)入滅弧室,就會(huì)被金屬柵片分裂為許多串聯(lián)的小弧段。因?yàn)槊績蓧K滅弧板之間的電壓降約為40 V，所以總的電弧電壓便大大增加（取決于滅弧板的數(shù)量），但一般不超過額定電壓的2倍。電弧電流大大減少，使得電弧迅速熄滅。燃燒的氣體從上端逸出，并在位于金屬滅弧板上部的絕緣板之間被去電離。 鑒于直流電弧熄滅比較困難，當(dāng)直流斷路器合閘送電時(shí)，必須預(yù)先進(jìn)行線路測(cè)試，即首先通過線路測(cè)試裝置對(duì)將要合閘送電的線路

39、進(jìn)行絕緣性能測(cè)試，絕緣測(cè)試合格，則給斷路器發(fā)出合閘命令；絕緣測(cè)試不合格，則閉鎖斷路器禁止合閘。當(dāng)運(yùn)行的線路跳閘時(shí)，禁止盲目重合閘，只有通過線路測(cè)試，確認(rèn)短路清除，斷路器才能自動(dòng)重合閘。1. 常用直流斷路器20% 以UR系列直流快速斷2. 直流開關(guān)柜20% 直流開關(guān)柜分固定式和移開式兩種。對(duì)于固定式直流開關(guān)柜，就是斷路器固定安裝在柜體內(nèi)部；對(duì)于移開式直流開關(guān)柜，就是斷路器固定安裝在可移開的手車上，代表產(chǎn)品有瑞士賽雪龍公司生產(chǎn)的KMB型移開式直流開關(guān)柜、MB型移開式直流開關(guān)柜等。KMB型移開式直流開關(guān)柜的斷路器、測(cè)量裝置、線路測(cè)試裝置、控制與保護(hù)裝置都安裝在手車上；而MB型移開式直流開關(guān)柜僅斷路器、測(cè)量分流器安裝在手車上，線路測(cè)試裝置和控制與保護(hù)裝置裝設(shè)在柜體內(nèi)。2. 直流開關(guān)柜20% 直流開關(guān)柜分固定式和移開式 KMB型或MB型移開式直流開關(guān)柜是一個(gè)集成系統(tǒng)，包括斷路器手車、控制與保護(hù)系統(tǒng)（SEPCOS）、框架、母排