真空斷路器柜的介紹.ppt

1、發(fā)電廠變電站電氣設(shè)備,發(fā)電廠變電站電氣設(shè)備,第一章 緒論 第二章 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式 第三章 電弧及電氣觸頭的基本知識(shí) 第四章 低壓電器 第五章 熔斷器 第六章 高壓開關(guān)電器 第七章 互感器 第八章 母線、電力電纜及絕緣子 第九章 電力電容器和電抗器 第十章 電氣主接線 第十一章 自用電接線 第十二章 配電裝置 第十三章 接地裝置 第十四章 電氣設(shè)備的選擇,第六章 高壓開關(guān)電器,第一節(jié)高壓斷路器概述 第二節(jié)油斷路器 第三節(jié)真空斷路器 第四節(jié)六氟化硫斷路器 第五節(jié)高壓斷路器的操動(dòng)機(jī)構(gòu) 第六節(jié)隔離開關(guān) 第七節(jié)負(fù)荷開關(guān) 本章小結(jié) 思考練習(xí),真空斷路器概述,利用真空作為觸頭間的絕緣與滅弧介質(zhì)的斷

2、路器稱為真空斷路器。當(dāng)前，我國(guó)10k V電壓等級(jí)的真空斷路器已基本取代油斷路器，在35k V電壓等級(jí)，真空斷路器的利用率62%。真空斷路器已成為35k V等級(jí)以下中壓領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的斷路器。 真空一般指的是氣體稀薄的空間。凡是絕對(duì)壓力低于正常大氣壓力的狀態(tài)都可稱為真空狀態(tài)。絕對(duì)壓力等于零的空間稱為絕對(duì)真空，這才是真正的真空或理想的真空。 真空的程度以氣體的絕對(duì)壓力值來表示，壓力越低稱之真空度越高。在國(guó)際單位制中，壓力以帕(Pa)為單位。一個(gè)工程大氣壓約為0.1MPa(兆帕)。過去習(xí)慣使用毫米汞柱(mmHg)或托(Torr),真空斷路器概述,真空包括的范圍很廣，為方便起見常將它劃分為幾個(gè)區(qū)域,

3、真空滅弧室的真空度(即真空壓力值)在10-4Torr一10-7Torr，即1.3310-2Pa1.3310-5Pa ，屬于高真空范疇。在這樣高的真空度下，氣體的密度很低，氣體分子的平均自由路程很長(zhǎng)，因此觸頭間隙的絕緣強(qiáng)度很高。,真空斷路器概述,真空電弧,真空電弧和我們以前學(xué)習(xí)的氣體電弧放電現(xiàn)象有很大的差別，因?yàn)檎婵罩械臍怏w十分稀薄，所以氣體的游離現(xiàn)象不是產(chǎn)生電弧的主要因素，真空電弧放電是在觸頭電極蒸發(fā)出來的金屬蒸汽中形成的。同時(shí)，開斷電流的大小不同，電弧表現(xiàn)的特點(diǎn)也不同。我們一般把它分為小電流真空電弧和大電流真空電弧。又稱為擴(kuò)散型和集聚型真空電弧。,由此可見，維持真空電弧的是金屬蒸氣而不是氣體

4、分子，真空電弧實(shí)為金屬蒸氣電弧。,金屬蒸氣來自觸頭材料的蒸發(fā)，因此電極材料的特性對(duì)真空電弧的性質(zhì)起支配作用。電極現(xiàn)象是研究真空電弧的出發(fā)點(diǎn)和重要內(nèi)容。,真空電弧特性,與高氣壓的電弧相同，真空電弧的電弧電壓也由陰極壓降、弧柱(等離子區(qū))壓降和陽(yáng)極壓降三部分組成。不同的是，前者以弧柱壓降為主，而真空電弧的長(zhǎng)度很短，對(duì)電弧電壓起主要作用的是陰極和陽(yáng)極壓降。 高氣壓電弧具有負(fù)的伏安特性，電弧電壓隨電流增大而減?。徽婵针娀t相反，它具有正的伏安特性，電弧電壓隨電流增大而增加。,真空斷路器概述,真空電弧的熄滅,真空電弧的特性主要取決于：觸頭的材料及其表面狀況，還與剩余氣體的種類、間隙距離和電場(chǎng)的均勻程度有

5、關(guān)。 真空斷路器中的觸頭斷開過程中，依靠觸頭產(chǎn)生的金屬蒸氣使觸頭間產(chǎn)生電弧。當(dāng)電流接近零值時(shí)，電弧熄滅。一般情況下，電弧熄滅后，弧隙中殘存的帶電質(zhì)點(diǎn)繼續(xù)向外擴(kuò)散，在電流過零值后很短時(shí)間內(nèi)弧隙便沒有多少金屬蒸氣，立刻恢復(fù)到原有的“真空”狀態(tài)，使觸頭之間的介質(zhì)擊穿電壓迅速恢復(fù)，達(dá)到觸頭間介質(zhì)擊穿電壓大于觸頭間恢復(fù)電壓條件，使電弧徹底熄滅。,真空斷路器概述,優(yōu)點(diǎn),1、真空介質(zhì)絕緣強(qiáng)度高 2、熄弧過程在密封的容器中完成，電弧和熾熱的電離氣體不向外界噴濺，因此不會(huì)對(duì)周圍的絕緣間隙造成閃絡(luò)或擊穿。環(huán)境污染小。 3、開斷能力強(qiáng)、開斷電流大，熄弧時(shí)間短，電弧電壓低，電弧能量小，觸頭損耗小，因而觸頭電磨損率低，

6、開斷次數(shù)多，使用壽命長(zhǎng)。一般可達(dá)20年。適于頻繁操作。 4、觸頭行程短，開斷速度低，對(duì)操動(dòng)機(jī)構(gòu)要求的操作功小，對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度要求低，體積小，重量輕。 5、介質(zhì)不會(huì)老化，也不需要更換。真空滅弧室和 觸頭不需檢修，維護(hù)工作簡(jiǎn)單。 6、使用安全。滅弧介質(zhì)為真空，無火災(zāi)和爆炸危險(xiǎn)。 7、觸頭部分完全密封，不會(huì)受潮。 8、滅弧室獨(dú)立，安裝調(diào)試方便簡(jiǎn)單。,缺點(diǎn),1、容易引起過電壓 2、容易產(chǎn)生合閘彈跳與分閘彈跳 3、技術(shù)要求高，價(jià)格高,真空斷路器概述,限制過電壓措施 截流：真空電弧通常不在電流過零時(shí)熄滅，而是在過零前的某一電流值突然熄滅。隨著電弧的熄滅，電流也突然降為零，這一現(xiàn)象稱為截流。該電流稱為截?cái)?/p>

7、電流. 截流容易引起操作過電壓，因此，應(yīng)盡可能地減小截?cái)嚯娏?，并采取限制過電壓的措施。 措施： 1、安裝避雷器限制幅值，不能限制波頭陡度。 2、并聯(lián)電容器或者RC阻容吸收裝置。降低高頻過電壓的幅值和陡度。 3、串聯(lián)電感可降低過電壓的上升陡度和幅值 4、采用低電涌真空滅弧室這種滅弧室既可降低截流過電壓，又可提高開斷能力。,真空斷路器基本結(jié)構(gòu),真空斷路器主要由真空滅弧室、支架和操動(dòng)機(jī)構(gòu)三部分組成。 其中，真空滅弧室是真空斷路器的核心元件，主要由絕緣外殼、動(dòng)靜觸頭、屏弊罩和波紋管組成。,真空滅弧室的結(jié)構(gòu)和工作原理,1動(dòng)導(dǎo)電桿 2導(dǎo)向套 3波紋管 4動(dòng)端蓋板 5波紋管屏蔽罩 6絕緣筒 7主屏蔽罩 8觸

8、頭 9靜導(dǎo)電桿 10靜端蓋板,1.外殼,外殼是真空滅弧室的密封容器，它不僅要容納和支持滅弧室內(nèi)的各種部件，而且當(dāng)動(dòng)、靜觸頭在斷開位置時(shí)起絕緣作用。因此，整個(gè)外殼通常由金屬和絕緣材料制成。對(duì)外殼的要求首先是氣密封要好，其次是要有一定的機(jī)械強(qiáng)度，再就是要有良好的絕緣性能。,2.觸頭,真空滅弧室內(nèi)最為重要的元件，決定其開斷能力和電氣壽命。目前真空開關(guān)的觸頭的接觸方式都是對(duì)接式的。 觸頭的三種主要結(jié)構(gòu)形式：平板圓柱形觸頭，橫向磁場(chǎng)觸頭、縱向磁場(chǎng)觸頭。平板圓柱形觸頭現(xiàn)在已被淘汰。 利用電流流過觸頭本身時(shí)所產(chǎn)生的橫向磁場(chǎng)驅(qū)使電弧在觸頭表面運(yùn)動(dòng)的觸頭稱為橫向磁場(chǎng)觸頭，主要有杯狀和螺旋觸頭 利用在磁頭間隙中呈

9、現(xiàn)的縱向磁場(chǎng)來提高開斷能力的觸頭稱為縱向磁場(chǎng)觸頭。,橫向磁場(chǎng)觸頭螺旋槽觸頭,橫向磁場(chǎng)觸頭杯狀觸頭,縱向磁場(chǎng)觸頭鐵芯式縱磁觸頭,縱向磁場(chǎng)觸頭線圈式縱磁觸頭,縱向磁場(chǎng)觸頭杯狀縱磁觸頭,縱向磁場(chǎng)觸頭增強(qiáng)型線圈式縱磁觸頭,觸頭材料是影響滅弧室性能的重要因素，這是因?yàn)檎婵针娀∈怯捎|頭材料蒸發(fā)出的金屬蒸汽來維持的。 基本要求： 開斷能力 截流水平 耐電壓強(qiáng)度 抗熔焊能力 含氣量 高電導(dǎo)率、高導(dǎo)熱系數(shù)和小的接觸電阻以及高的機(jī)械強(qiáng)度 電磨損率小 低的熱電子發(fā)射能力 真空觸頭材料的要求是十分苛刻的，而且上述要求有些還是相互矛盾的。采用合金材料可以解決這些矛盾。,難熔金屬材料的耐弧和抗熔焊性能好。由于難熔金屬的熔

10、點(diǎn)高，在加工時(shí)可采用高溫除氣處理，使材料中含氣明顯減少。另外在滅弧時(shí)，金屬蒸氣在冷凝前還有吸附氣體的作用。早期的真空開關(guān)都采用難熔金屬作為觸頭材料。由于大電流開斷后的介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)慢，限制了開斷電流的提高。 良導(dǎo)電材料由于抗熔焊性能和耐弧性能不好也難以在真空開關(guān)中使用。 要想從純金屬材料中找到各方面性能均能滿意的材料已不可能。近年來，在合金材料方面進(jìn)行了大量研究工作，找到了多種比較理想的觸頭材料，它對(duì)推動(dòng)真空開關(guān)性能的提高起了巨大的推動(dòng)作用。 當(dāng)前用于真空斷路器采用最多的合金觸頭材料是銅鉻合金和銅鉍合金。,3.屏蔽罩,真空滅弧室內(nèi)常用的屏蔽罩有主屏蔽罩、波紋管屏蔽罩和均壓屏蔽罩。 主屏蔽罩環(huán)繞著

11、電弧間隙，主要作用如下： (1)真空滅弧室開斷電流時(shí)，電弧會(huì)使觸頭材料熔化、蒸發(fā)和噴濺。有了主屏蔽罩后可以有效地防止金屬蒸氣噴濺到絕緣外殼的內(nèi)表面，避免內(nèi)表面絕緣性能下降 (2)屏蔽罩可使交流電流過零時(shí)，滅弧室內(nèi)剩余的金屬蒸氣和導(dǎo)電粒子徑向快速地?cái)U(kuò)散到屏蔽罩上，冷卻、復(fù)合和凝結(jié)，有利于電流過零后弧隙介質(zhì)強(qiáng)度的提高，改善了滅弧室的開斷性能。屏蔽罩的溫度愈低，冷凝效果愈好。顯然在一定程度上加大屏蔽罩的表面積增大散熱效果將有利于開斷性能的提高。 (3)屏蔽罩的存在會(huì)影響動(dòng)、靜觸頭間的電場(chǎng)分布。屏蔽罩設(shè)計(jì)得當(dāng)將有利于觸頭間絕緣強(qiáng)度的提高。,主屏蔽罩要求散熱性能好，材料大多采用銅和不銹鋼，厚度在1mm左

12、右。主屏蔽罩的固定方式分兩大類，即固定電位式和懸浮電位式。,固定電位式是將屏蔽罩固定在動(dòng)觸頭(或靜觸頭)上因而電位是固定的。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但在開斷大電流時(shí)電弧可能轉(zhuǎn)移到靜觸頭與屏蔽罩間，導(dǎo)致屏蔽罩損壞。另外，也可將屏蔽罩固定在動(dòng)觸頭上，這可能導(dǎo)致觸頭間電場(chǎng)分布惡化，影響電流過零后介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)。因而這種固定方式只用在電壓不高、開斷電流不大的真空接觸器和負(fù)荷開關(guān)中。,懸浮電位式屏蔽罩有四種不同的固定方式 (1)中間封接式：主屏蔽罩固定在絕緣外殼中部的金屬圓環(huán)上。觸頭間的電場(chǎng)分布比較均勻。 (2)絕緣支柱式：由瓷柱或玻璃圓筒來支撐屏蔽罩。生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本較低。 (3)外屏蔽罩式：絕緣

13、外殼焊在主屏蔽罩的兩端。主屏蔽且是外殼的組成部分、有利于屏蔽罩散熱。 (4)絕緣端蓋式：主屏蔽罩就是真空滅弧室的外殼。動(dòng)、靜觸頭間的沿面放電距離由高氧化鋁瓷盤制成的端蓋承擔(dān)，因而沿面放電距離受到滅弧室直徑的限制，一般只用于12kV及以下的真空滅弧室中。,波紋管屏蔽罩包在波紋管四周，防止金屬蒸氣濺落在波紋管上，妨礙波紋管工作和降低其使用壽命，波紋管屏蔽罩的厚度較薄，約為0.5mm一1mm，材料為銅，也可采用不銹鋼。 均壓屏蔽罩裝置在觸頭附近，用以改善觸頭間的電場(chǎng)分布。,4、波紋管 波紋管能在動(dòng)觸頭往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)保證真空滅弧室外殼的完全密封。從機(jī)械上講，它是真空滅弧室中最薄弱的元件。動(dòng)、靜觸頭每分合一

14、次，波紋管的波紋狀薄壁就要產(chǎn)生一次大的機(jī)械變形。長(zhǎng)期頻繁和劇烈的變形容易使波紋管因材料疲勞而損壞，導(dǎo)致滅弧室漏氣無法使用。因此真空滅弧室的機(jī)械壽命主要決定于波紋管。波紋管種類很多，用在真空滅弧室中的有液壓成型和膜片焊接兩種。,液壓成形的波紋管由0.1mm0.2mm厚的不銹鋼管經(jīng)液壓成形后成為波紋管的主坯，再經(jīng)過加工、修正和熱處理后，制成具有一定彈性和標(biāo)準(zhǔn)尺寸的波紋管。由于受到加工條件的限制，波紋管不能做得很長(zhǎng)，加上波紋管的最大壓縮行程僅為自由長(zhǎng)度的20一30，因此它的絕對(duì)行程也不可能做得很大。在最大壓縮行程下，波紋管的疲勞壽命只有數(shù)萬(wàn)次，這對(duì)真空斷路器的機(jī)械壽命要求幾萬(wàn)次乃至十萬(wàn)次，負(fù)荷開關(guān)1

15、0萬(wàn)次30萬(wàn)次，真空接觸器上百萬(wàn)次的要求就很難適應(yīng)了。理論分析表明，波紋管的疲勞壽命與壓縮行程的3.5次冪成正比，顯然減小壓縮行程對(duì)提高波紋管的機(jī)械壽命是非常有效的。因此在調(diào)試真空開關(guān)時(shí)要防止波紋管受到過量的壓縮，開關(guān)操作時(shí)還應(yīng)注意過沖行程不宜過大以防止波紋管因壓縮行程過大而降低使用壽命。液壓成形的波紋管的加工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，價(jià)格也比較便宜。,薄片焊接波紋管是用0.10mm0.15mm厚的非導(dǎo)磁不銹鋼片沖壓成環(huán)形薄片后依次逐個(gè)用氬弧焊焊接成形的，薄片焊接波紋管的長(zhǎng)度可以根據(jù)需要任意增長(zhǎng)，同時(shí)工作行程可達(dá)自由長(zhǎng)度的60以上。另外由于波紋管的厚度比較均勻，每片的變形又不太大，因此疲勞壽命長(zhǎng)，一般可達(dá)

16、幾百萬(wàn)次，比液壓成形波紋管的壽命長(zhǎng)得多。由于焊接工藝復(fù)雜、價(jià)格昂貴，使它的應(yīng)用受到一定的限制。通常用于機(jī)械壽命要求長(zhǎng)、額定電壓等級(jí)高、觸頭行程大的真空開關(guān)中。,戶內(nèi)型真空斷路器按照安裝方式可分為懸臂式、落地式和可移式。前兩種用于固定式開關(guān)柜，后一種用于可移開式開關(guān)柜。這里主要講前面兩種。,真空斷路器結(jié)構(gòu)類型：戶內(nèi)型,懸臂式（分體式）真空斷路器,落地式真空斷路器,落地式：是將真空滅弧室安裝在上方，用絕緣子支持，扣去機(jī)構(gòu)設(shè)置在底座的下方，上下兩部分由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過絕緣桿連接起來 優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)效率高，分合閘操作時(shí)直上直下，傳動(dòng)環(huán)節(jié)少，摩擦阻力小；穩(wěn)定性好，操作時(shí)振動(dòng)小；便于操作人員觀察和更換滅弧室；產(chǎn)品

17、系列性強(qiáng)，而且容易實(shí)現(xiàn)戶內(nèi)外產(chǎn)品的相互交換。 缺點(diǎn)：總體高度較高，操動(dòng)機(jī)構(gòu)檢修不方便。,懸掛式：是將真空滅弧室用絕緣子懸掛在底座框架前方，而操動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在后方，即框架的內(nèi)部，前后兩部分用絕緣傳動(dòng)桿連接起來。左圖為ZN28-10型的外形圖，它采用懸掛式結(jié)構(gòu)，真空斷路器裝在一個(gè)手車上，主要由機(jī)架、真空滅弧室及傳動(dòng)系統(tǒng)組成 優(yōu)點(diǎn)：宜用于手車式開關(guān)柜。由于操動(dòng)機(jī)構(gòu)與高電壓隔離，便于檢修。 缺點(diǎn)：總體深度尺寸大，用鐵多，質(zhì)量重；絕緣子承受彎曲力；操作時(shí)滅弧室振動(dòng)大；傳動(dòng)效率不高。因此，懸掛式真空斷路器一般只適用于中等電壓以下的產(chǎn)品。,戶外型真空斷路器一般采用落地式結(jié)構(gòu)，可分為箱式和支柱式。 直立安裝，三相分別對(duì)應(yīng)線路三相，十分方便安裝和接線。,真空斷路器結(jié)構(gòu)類型：戶外型,新型斷路器,特大容量真空斷路器、低過電壓真空斷路器、無重?fù)舸┱婵諗嗦菲鳎l繁型真空斷路器，經(jīng)濟(jì)型真空斷路器。 另外還有 1多功能真空斷路器。二工位（合、分）三工位（合、分、隔離）或四工位（合、分、隔離、接地）。 2同步真空斷路器。能在電壓或電流最有利時(shí)關(guān)合