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1、郑州铁路局电大电气化铁道技术专业 教案2 第二章 开 关 电 器学习目标:了解电弧的形成与熄灭的物理过程;电弧的伏安特性;高压断路器结构、灭弧过程及工作原理;少油断路器技术参数;真空断路器灭弧过程;隔离开关、熔断器的作用及种类;几种常见的低压开关电器;断路器操动机构的基本结构及作用。重 点:电弧的伏安特性;高压断路器结构、作用、灭弧过程;难 点:少油断路器的工作原理;断路器操动机构的种类、作用、工作原理。教学内容:第一节 电弧的形成与熄灭一、电弧放电的特征和危害电弧的实质是一种气体放电现象,但它又有别于电晕放电、火花放电等。电弧放电的主要特征有:(1)电弧由三部分组成。包括阴极区、阳极区和弧柱
2、区。(2)电弧温度很高。弧柱中心可达10000左右,电弧表面也会达到30004000。(3)电弧是一种自持放电现象。极间的带电质点不断产生和消失,处于动平衡状态。(4)电弧是一束游离的的气体。在外力作用下能迅速移动、伸长、弯曲和变形。电弧存在时会对电力系统和电气设备造成危害,主要有:(1)电弧的存在延长了开关电器开断故障电路的时间。(2)电弧产生的高温,将使触头表面熔化和蒸化,烧坏绝缘材料。(3)电弧在电动力、热力作用下能移动,易造成飞弧短路和伤人,使事故扩大。二、电弧的形成电弧能成为导电通道,是由于电弧的弧柱中存在大量的自由电子,这些自由电子的定向运动形成电弧。下面分析自由电子的产生以及电弧
3、的形成。(一)弧柱中自由电子的主要来源1热电子发射 2强电场发射 3碰撞游离 4热游离(二)电弧形成的过程触头刚分离时突然解除接触压力,阴极表面立即出现高温炽热点,产生热电子发射;同时,由于触头的间隙很小,使得电压强度很高,产生强电场发射。从阴极表面逸出的电子在强电场作用下,加速向阳极运动,发生碰撞游离,导致触头间隙中带电质点急剧增加,温度骤然升高,产生热游离并且成为游离的的主要因素,此时,在外加电压作用下,间隙被击穿,形成电弧。三、电弧的熄灭当游离作用大于去游离作用时,电弧电流增加,电弧更加炽热燃烧;当两者作用持平时,电弧维持稳定燃烧;若去游离作用始终大于游离作用,则电弧电流减少,直至电弧熄
4、灭。电弧的去游离方式:去游离过程包括复合和扩散两种形式。1. 复合:是正、负带电质点相互结合变成不带电质点的现象。2. 扩散:是弧柱中的带电质点逸出弧柱以外,进入周围介质的现象。扩散有三种形式:温度扩散、浓度扩散和利用吹弧扩散。(一) 影响去游离的因素1. 电弧温度 2. 介质的特性3. 气体介质的压力 4. 触头材料四、 交流电弧的特性1. 交流电弧的动特性。2. 交流电弧的热惯性。五、交流电弧的熄灭条件交流电流过零后,电弧是否重燃取决于弧隙介质强度和弧隙电压的恢复。1. 弧隙介质强度的恢复弧隙介质能够承受外加电压作用而不致使弧隙击穿的电压称为弧隙的介质强度,以耐受的电压Uj(t)表示。弧隙
5、介质强度的恢复过程Uj(t)主要取决于开关电器灭弧装置的结构和灭弧介质的性质。2. 弧隙电压的恢复过程电流过零后,弧隙电压从后蜂值逐渐增长,一直恢复到电源电压,这一过程中的弧隙电压称为恢复电压,其电压恢复过程以Uhf(t)表示。3. 交流电弧的熄灭条件交流电弧的熄灭条件为 Uj(t) Uhf(t) 式中 Uj(t)弧隙介质强度; Uhf(t)弧隙恢复电压。六、灭弧的基本方法熄灭交流电弧的关键在于电弧电流过零后,弧隙的介质强度的恢复过程能否始终大于弧隙电压的恢复过程。目前,在开关电器中广泛采用的灭弧方法有以下几种。1、提高触头的分闸速度迅速拉长电弧,减小弧柱中的电位梯度,增加电弧与周围介质的接触
6、面积,加强冷却和扩散的作用。2、采用多断口在熄弧时,多断口把电弧分割成多个相串联的小电弧段。多断口使电弧的总长度加长,导致弧隙的电阻增加;在触头行程、分闸速度相同的情况下,电弧被拉长的速度成倍增加,使弧隙电阻加速增大,提高了介质强度的恢复速度,缩短了灭弧时间。3、吹弧吹弧时由于电弧被拉长变细,弧隙的电导下降,电弧的温度下降,热游离减弱,复合加快。按吹弧气流的产生方法和吹弧方向的不同,吹弧可分为以下几种。3.1 用油气吹弧3.2用压缩空气或六氟化硫气体吹弧3.3产气管吹弧产气管由纤维、塑料等有机固体材料制成,电弧燃烧时与管的内壁紧密接触,在高温作用下,一部分管壁材料迅速分解为氢气、二氧化碳等,这
7、些气体在管内受热膨胀,增高压力,向管的端部形成吹弧。按吹弧的方向分为:1)纵吹 2)横吹 3)纵横吹4、短弧原理灭弧这种灭弧方法常用于低压开关电器中。其灭弧装置是一个金属栅灭弧罩,利用将电弧分为多个串联的短弧的方法来灭弧。5、固体介质的狭缝灭弧低压开关电器中也广泛应用狭缝灭弧装置。触头间产生电弧后,在磁吹装置产生的磁场作用下,将电弧吹入又灭弧片构成的狭缝中,把电弧迅速拉长的同时,使电弧与灭弧片的内壁紧密接触,对电弧的表面进行冷却和吸附,产生强烈的去游离。6、用耐高温金属材料制作触头触头材料对电弧中的去游离也有一定影响,用熔点高、导热系数和热容量大的耐高温金属制作触头,可以减少热电子发射和电弧中
8、的金属蒸汽,从而减弱了游离过程,有利于熄灭电弧。7、采用优质灭弧介质灭弧介质的特性,如导热系数、电强度、热游离温度、热容量等,对电弧的游离程度具有很大影响,这些参数值越大,去游离作用就越强。在高压开关中,广泛采用压缩空气、六氟化硫(SF6)气体、真空等作为灭弧介质。第二节 高压开关电器一、高压断路器概述高压断路器(或称高压开关)是变电所主要的电力控制设备,当系统正常运行时,它能切断和接通线路及各种电气设备的空载和负载电流;当系统发生故障时,它和继电保护配合,能迅速切断故障电流,以防止扩大事故范围。因此,高压断路器工作的好坏,直接影响到电力系统的安全运行。高压断路器是发电厂、变电所及电力系统中最
9、重要的控制和保护设备,它的作用是:(1)控制作用。根据电力系统运行的需要,将部分或全部电气设备,以及部分或全部线路投人或退出运行。(2)保护作用。当电力系统某一部分发生故障时,它和保护装置、自动装置相配合,将该故障部分从系统中迅速切除,减少停电范围,防止事故扩大,保护系统中各类电气设备不受损坏,保证系统无故障部分安全运行。高压断路器的主要结构大体分为:导流部分,灭弧部分,绝缘部分,操作机构部分。高压开关的主要类型按灭弧介质分为:油断路器,空气断路器,真空断路器,六氟化硫断路器,固体产气断路器,磁吹断路器。按操作性质可分为:电动机构,气动机构,液压机构,弹簧储能机构,手动机构。(1)油断路器。利
10、用变压器油作为灭弧介质,分多油和少油两种类型。(2)六氟化硫断路器。采用惰性气体六氟化硫来灭弧,并利用它所具有的很高的绝缘性能来增强触头间的绝缘。(3)真空断路器。触头密封在高真空的灭弧室内,利用真空的高绝缘性能来灭弧。(4)空气断路器。利用高速流动的压缩空气来灭弧。(5)固体产气断路器。利用固体产气物质在电弧高温作用下分解出来的气体来灭弧。(6)磁吹断路器。断路时,利用本身流过的大电流产生的电磁力将电弧迅速拉长而吸人磁性灭弧室内冷却熄灭。高压断路器的试验类别主要分为:设备交接试验,大修后试验,预防性试验,专项鉴定试验。主要试验项目为:绝缘电阻测定、测量导管的介质损失率、油试验、交流耐压试验、
11、回路直流电阻测定等项目。具体项目及要求按电气设备交接预防性试验规定确定。为了满足电网发展和电力用户对高质量、高可靠供电的需求,高压断路器正向着智能化的方向发展。智能高压断路器具有在线监测功能,微处理机控制功能,采用新型的电流及电压传感器。根据断路器安装地点,可分为户内和户外两种。根据断路器使用的灭弧介质,可分为以下几种类型: (1)油断路器。油断路器是以绝缘油为灭弧介质。可分为多油断路器和少油断路器。在多油断路器中,油不仅作为灭弧介质,而且还作为绝缘介质,因此用油量多,体积大。在少油断路器中,油只作为灭弧介质,因此用油量少体积小,耗用钢材少。 (2)空气断路器。空气断路器是以压缩空气作为灭弧介
12、质,此种介质防火、防爆、无毒、无腐蚀性,取用方便。空气断路器属于他能式断路器,靠压缩空气吹动电弧使之冷却,在电弧达到零值时,迅速将弧道中的离子吹走或使之复合而实现灭弧。空气断路器开断能力强,开断时间短,但结构复杂,工艺要求高,有色金属消耗多,因此,空气断路器一般应用在110KV及以上的电力系统中。(3)六氟化硫(SF6)断路器。SF6断路器采用具有优良灭弧能力和绝缘能力的SF6气体作为灭弧介质,具有开断能力强、动作快、体积小等优点,但金属消耗多,价格较贵。近年来SF6断路器发展很快,在高压和超高压系统中得到广泛应用。尤其以SF6断路器为主体的封闭式组合电器,是高压和超高压电器的重要发展方向。
13、(4)真空断路器。真空断路器是在高度真空中灭弧。真空中的电弧是在触头分离时电极蒸发出来的金属蒸汽中形成的。电弧中的离子和电子迅速向周围空间扩散。当电弧电流到达零值时,触头间的粒子因扩散而消失的数量超过产生的数量时,电弧即不能维持而熄灭。真空断路器开断能力强,开断时间短、体积小、占用面积小、无噪声、无污染、寿命长,可以频繁操作,检修周期长。真空断路器目前在我国的配电系统中已逐渐得到广泛应用。此外,还有磁吹断路器和自产气断路器,它们具有防火防爆,使用方便等优点。但是一般额定电压不高,开断能力不大,主要用作配电用断路器。 通常用下列参数表征高压断路器的基本工作性能:(1)额定电压(标称电压):它是表
14、征断路器绝缘强度的参数,它是断路器长期工作的标准电压。为了适应电力系统工作的要求,断路器又规定了与各级额定电压相应的最高工作电压。对3220KV各级,其最高工作电压较额定电压约高15%左右;对330KV及以上,最高工作电压较额定电压约高10%。断路器在最高工作电压下,应能长期可靠地工作。(2)额定电流:它是表征断路器通过长期电流能力的参数,即断路器允许连续长期通过的最大电流。(3)额定开断电流:它是表征断路器开断能力的参数。在额定电压下,断路器能保证可靠开断的最大电流,称为额定开断电流,其单位用断路器触头分离瞬间短路电流周期分量有效值的千安数表示。当断路器在低于其额定电压的电网中工作时,其开断
15、电流可以增大。但受灭弧室机械强度的限制,开断电流有一最大值,称为极限开断电流。(4)动稳定电流:它是表征断路器通过短时电流能力的参数,反映断路器承受短路电流电动力效应的能力。断路器在合闸状态下或关合瞬间,允许通过的电流最大峰值,称为电动稳定电流,又称为极限通过电流。断路器通过动稳定电流时,不能因电动力作用而损坏。(5)关合电流:是表征断路器关合电流能力的参数。因为断路器在接通电路时,电路中可能预伏有短路故障,此时断路器将关合很大的短路电流。这样,一方面由于短路电流的电动力减弱了合闸的操作力,另一方面由于触头尚未接触前发生击穿而产生电弧,可能使触头熔焊,从而使断路器造成损伤。断路器能够可靠关合的
16、电流最大峰值,称为额定关合电流。额定关合电流和动稳定电流在数值上是相等的,两者都等于额定开断电流的2.55倍。(6)热稳定电流和热稳定电流的持续时间:执稳定电流也是表征断路器通过短时电流能力的参数,但它反映断路器承受短路电流热效应的能力。热稳定电流是指断路器处于合闸状态下,在一定的持续时间内,所允许通过电流的最大周期分量有效值,此时断路器不应因短时发热而损坏。国家标准规定:断路器的额定热稳定电流等于额定开断电流。额定热稳定电流的持续时间为2S,需要大于2S时,推荐4S。(7)合闸时间与分闸时间:这是表征断路器操作性能的参数。各种不同类型的断路器的分、合闸时间不同,但都要求动作迅速。合闸时间是指
17、从断路器操动机构合闸线圈接通到主触头接触这段时间,断路器的分闸时间包括固有分闸时间和熄弧时间两部分。固有分闸时间是指从操动机构分闸线圈接通到触头分离这段时间。熄弧时间是指从触头分离到各相电弧熄灭为止这段时间。所以,分闸时间也称为全分闸时间。(8)操作循环:这也是表征断路器操作性能的指标。架空线路的短路故障大多是暂时性的,短路电流切断后,故障即迅速消失。因此,为了提高供电的可靠性和系统运行的稳定性,断路器应能承受一次或两次以上的关合、开断、或关合后立即开断的动作能力。此种按一定时间间隔进行多次分、合的操作称为操作循环。我国规定断路器的额定操作循环如下:自动重合闸操作循环:分t合分t合分非自动重合
18、闸操作循环:分t合分t合分其中 分表示分闸动作;合分表示合闸后立即分闸的动作;t无电流间隔时间,即断路器断开故障电路,从电弧熄灭起到电路重新自动接通的时间,标准时间为0.3S或0.5S,也即重合闸动作时间。t为运行人员强送电时间,标准时间为180S。 二、SN10-10型少油断路器的检修1、断路器本体的检修1.1本体拆卸拆下引线,拧开放油阀,排放油,拆除传动轴拐臂与绝缘连杆的联接,然后按下列顺序从上至下逐步解体。1.1.1 拧开顶部四个螺钉,卸下断路器的顶罩,观察上帽内的惯性膨胀式油气分离器的结构,解释其作用及其工作原理。1.1.2取下静触头和绝缘套松开静触头的六角螺帽,取出小钢球,说明逆止阀
19、的作用;观察瓣形静触头,共十二片紫铜镀银触指,其中四片较长的为弧触指,其它八片为工作触指。弹簧钢片将触指固定在静触座上。解释触指设计成长短不一的原因,并说明触头是如何实现“自净”和“减小接触电阻”的。1.1.3 用专用工具拧开螺纹套,逐次取出绝缘隔弧片注意观察隔弧片的方向性,取出后在外重新装好,观察变压器油的进油方向及纵吹、横吹通道,说明灭弧原理及灭弧过程,并分析隔弧片的放置顺序为何不可调换。1.1.4用套筒扳手拧开绝缘筒内的四个螺钉,取下铝压环、绝缘筒和下出线座 ( 如果断路器下部无异常现象,可不拆卸绝缘筒,用变压器油冲洗即可 ) ,注意密封圈的设置。1.1.5取出滚动触头,拉起导电杆,拔去
20、导电杆尾部与连板连接的销子,即可取下导电杆。观察动触头、导电杆、紫铜滚动触头的相对位置,手动操作,观察导电杆运动的情况;分析触头如何实现自净作用;说明滚动触头的作用;分析每相导电回路的组成。1.1.6拧下底部三个螺钉,拆卸油缓冲器,说明实现缓冲的原理。1.2本体的检修1.2.1将取出的隔弧片和大小绝缘筒,用合格的变压器油清洗干净后,检查有无烧伤、断裂、变形、变潮等情况。对受潮的部件应进行干燥 ( 放在 8090 的烘箱或变压器油内干燥 ) ,在干燥过程中应立放,并经常调换在烘箱内的位置。1.2.2将静触头上的触指和弹簧钢片拔出,放在汽油中清洗干净,检查触指烧伤情况,轻者用“ 0-0 ”号砂纸打
21、光,重者应更换。检查弹簧钢片,如有变形或断裂者应更换之。在触指组装时,应保证每片触指接触良好,导电杆插入后有一定的接触压力。1.2.3检查逆止阀钢球动作是否灵活,行程应为 0.51mm( 用游标卡尺的测深尺测量 ) 。1.2.4检查滚动触头表面镀银情况是否良好,用布擦拭,切忌用砂纸打磨。1.2.5检查导电杆表面是否光滑,有无烧伤、变形等情况,从动触头顶端起 60100mm 处保持光洁,不能有任何痕迹。导电杆的铜钨头如有轻度烧伤,可用挫刀或砂纸打光,对烧伤严重 ( 烧伤深度达 2mm) 的应更换,更换后的触头结合处打三个防松的冲眼 ( 不能用铁钳直接夹持导电杆 ) 。1.2.6 检查本体的支持瓷
22、套管和支架的套管瓷瓶有无裂纹、破损,如有轻微掉块可用环氧树脂修补,严重时应更换。2、传动机构的检修2.1拆开传动机构与操作机构的连接部分,即拆开传动拉杆与拐臂的连接销子,然后用手拉动拐臂,详细检查传动机构的所有连接处,并注意如下部分的检修:2.1.1 检查各主轴有无磨损现象和变形,轴承孔眼有无堵塞物。如发现主轴有轻微磨损现象,可用锉刀或砂布打磨光滑,严重者需要换。2.1.2检查各传动部件有无卡涩现象,主轴在轴承内能否自由转动。如发现主轴有卡涩现象,可移动支持瓷瓶位置或增减支持瓷瓶与油箱之间的垫片来改变油箱在支架上的安装位置和垂直高度,以消除卡涩现象。注意在移动油箱位置时,必须保持各相油箱间的中
23、心距离为 250 2mm 。可在上帽螺钉和放油塞处测量相同距离。2.1.3传动机构的运动部分 ( 包括轴、销子、垫片等 ) 应涂以润滑油,各部分轴销应连接牢固,个开口销、垫片应齐全完整。2.2仔细检查分闸弹簧有无缺陷,各匝间距离是否均匀。一般检查不取下弹簧,也不随便松动它,只有当分闸速度不合格时才进行调整,如调整无效,说明弹簧已失败,则应更换。2.3检查分闸油缓冲器的完整性。用手操动触杆,如有卡涩现象,可拆下油箱尾部三个螺钉,将油缓冲器取下,检查缓冲器杆是否弯曲。 检查合闸弹簧缓冲器下面的螺母,取下弹簧及螺杆,检查弹性是否良好,有无生锈现象,并将其清洗后涂上黄油,保持润滑。2.4检查传动拐臂转
24、动油封处是否渗油,各种密封垫圈是否齐全完好。3、组装后的调整3.1调整灭弧片上端面至上引线座上端面的距离。要求 SN10-10 型为 135 0.5mm , SN10-10 型为 153 0.5mm ,如不合要求,可由调整灭弧片之间的垫片来达到。3.2调整动触头合闸位置的高度。动触头上端面至上引线座上端面的距离要求 SN10-10 型为 130 1.5mm , SN10-10 型为 110 1.5mm 、 SN10-10 型为 122 (12)mm ,这样才能满足超行程的要求。它可由调主轴至机构室绝缘联杆的长短来达到,也可调主轴到操动机构的传动杆的长短。即连杆调短就使上述尺寸减少,超行程增大,
25、而连杆调长则使上述尺寸增加,超行程减小。3.3调整导电杆的行程。要求总行程 SN10-10 型为 145 3mm 、 SN10-10 型为 155 3mm 、 SN10-10 型为 157 3mm ,不合格时可调传动拉杆或连杆的长短来达到,亦可增减分闸限位器的铁片和橡皮垫圈数来达到,调后不影响超行程。3.4调同期性。同期性检测方法见实验指导书。三相分闸不同期性要求不大于 2mm ,不合格时可由改变各相绝缘连杆的长短来达到,调连杆时应注意不能影响动触头端面至上引线座上端面的距离,应为上述 2.3 中各型号要求的数据,若保证了这个尺寸不超过 2mm 的误差,也可以不测三相分闸不同期性。注意调同期可
26、和调行程同时进行。3.5调整合闸弹簧缓冲器。在断路器处于合闸位置时,拐臂的终端滚子打在缓冲器上距极限位置还应留有 24mm 的间隙。3.6调整动静触头的同心度。将静触头座安装在油箱上部凸台上,暂不拧紧螺栓,手动合闸几次,用动触头向上插入静触头的力,使静触头稍作移动,达到自动调节同心的目的。(可以关注课件SN10-10型少油断路器的工作原理)三、真空断路器真空具有很强的绝缘特性,在真空断路器中,气体非常稀薄,气体分子的自由行程相对较大,发生相互碰撞的几率很小,因此,碰撞游离不是真空间隙击穿的主要原因,而在高强电场作用下由电极析出的金属质点才是引起绝缘破坏的主要因素。真空间隙中的绝缘强度不仅与间隙
27、的大小,电场的均匀程度有关,而且受电极材料的性质及表面状况的影响较大。真空间隙在较小的距离间隙(23毫米)情况下,有比高压力空气与SF6气体高的绝缘特性,这就是真空断路器的触头开距一般不大的原因。电极材料对击穿电压的影响主要表现在材料的机械强度(抗拉强度)和金属材料的熔点上。抗拉强度和熔点越高,电极在真空下的绝缘强度越高。实验表明,真空度越高,气体间隙的击穿电压越高,但在10-4托以上,就基本保持不变了,所以,要保持真空灭弧室的绝缘强度,其真空度应不低于10-4托。1.真空断路器结构简图下图为ZN28A-12型真空断路器的结构图,图一和图二分别为正面和侧面视图。真空断路器的主要部件及名称说明见
28、标注1-16。 1.开距调整片 16.连接弹簧或电磁操动机构的大轴图一、ZN28A-12型真空断路器外型图(正面) 2.触头压力弹簧 3.弹簧座 4.接触行程调整螺栓 5.拐臂 6.导向板 7.螺钉 8.导电夹紧固螺栓 9.下支座 10.真空灭弧室 11.真空灭弧室 12.上支座 13.绝缘子固定螺丝 14.绝缘子 15.螺栓 16. 连接弹簧或电磁操动机构的大轴图二、ZN28A-12型真空断路器外型图(侧面) 2.真空断路器结构的基本要求1)机械性能稳定,例如合闸弹跳时间,希望在寿命全程中保持同一状态,不要初期无弹跳,后期则弹跳。2)足够的机械强度,使断路器本身具有足够的动稳定度。3)高压区
29、和低压区的分隔,最好是前后布置,有助于保证运行中人员的人身安全。4)操动机构的检查、调整、维修要有足够空间。方便。 5)配用机构的可选择性,有的型号可配CD和CT两种机构,有的只能配用一种。 来源:http:/ 6)结构简单、工作可靠、价格低廉。7)易于实现防误联锁。 所有真空断路器,不论是何种结构,断路器本体中均装设有分闸拉力弹簧。合闸过程中操动机构既要提供驱动开关运动的功,又要同时将分闸弹簧贮能。当需要分闸时,操动机构只需完成脱扣解锁任务,由分闸弹簧释能完成分闸运动。3.功能部件真空断路器按其结构的功能可分为六个部分:1)支架:安装各功能组件的架体。2)真空灭弧室:实现电路的关合与开断功能
30、的熄弧元件。3)导电回路:与灭弧室的动端及静端连接构成电流通道。 4)传动机构:把操动机构的运动传输至灭弧室,实现灭弧室的合、分闸操作。 5)绝缘支撑:绝缘支持件将各功能元件,架接起来满足断路器的绝缘要求。6)操动机构:断路器合、分间的动力驱动装置 4.结构型式 真空断路器的类型,可从不同角度来划分,一般情况下主要从以下两个方面划分:1)按使用场所划分-可分为户内式和户外式(见图三、图四),分别用ZN和ZW来表示。 2)按断路器主体与操动机构的相关位置划分-可分为整体式和分体式。整体式真空断路器操动机构与开关本体安装在同一骨架上,体积小、重量轻、安装调整方便、机械性能稳定。分体式真空断路器操动
31、机构与开关本体分别装于开关柜的不同位置上(图一、二为分体式ZN28),断路器的各项机械特性参数必须安装在开关柜上调整试验才有实际意义,这种安装方式主要受我国少油断路器的安装方式的社响,比较适合于少油开关柜的无油化改造,优点是巡视和检修方便,缺点是安装调整稍麻烦,机械特性的稳定性和可靠性稍逊。 1.3.8.9.11.18 螺钉 2.下支座 4.插头 5.支撑杆 6.灭弧室 7.垫片 10.导电夹 12.导电杆 13.15.槽销 14.16.档卡 17.绝缘拉杆 19.转轴 20.操动机构 21.油缓冲器 22.转轴23.争闸弹簧 24.CS手动机构图三、ZN39-40.5C系列高压真空断路器外型
32、结构图(户内用) 来源: 1.上进线端子 2.灭弧室瓷瓶 3.下出线端子 4.绝缘拉杆 5.CT机构 6.支柱瓷瓶 7.吊环螺钉 8.手孔盖板 9.支架图四、ZW7-40.5/T2000-31.5型高压真空断路器外型结构图(户外用) 5.真空断路器的操动机构 操动机构是真空断路器的驱动装置,主要有电磁操动机构与弹簧操动机构。5.1真空断路器对操动机构的要求(1)机构的输出特性尽量与真空断路器的反力特性相匹配。 配电设备网 (2)要有足够的合闸输出功;保证真空断路器具有关合短路故障电流的能力。(3)合闸后,即使在事故状态下也能稳定地保持合闸(即令开关具有动稳定性)。 (4)要保证在85%110%
33、合;同操作电压下能正常合闸;在65%120%分闸电压下能正常分闸,而在30%额定操作电压下不得分闸。 (5)可以电动或手动操作。 (6)电磁机构应具有自由脱扣的功能。5.2真空断路器合闸的反力特性 反力特性是指合闸过程中,从断路器的驱动瑞看进去,需要克服的各种阻力(包括弹簧的反作用力、摩擦力。电动力和惯性力等)与行程的关系曲线。 反力特性告诉我们,操动机构为断路器提供的合闸功,必须大于用于克服各种阻力所做的功,断路器方能完成合闸动作。5.3真空断路器的电磁操动机构 来源: 由于电磁操动机构螺管电磁铁的出力特性容易满足真空断路器合闸反力特性的要求,所以在真空断路器的发展初期主要是配用电磁操动机构
34、。此外电磁机构具有构造简单、使用简便、造价低廉等优点,是目前配电系统各类断路器的主要配用机构,运行部门不但十分熟悉而且积累了很多使用维护的宝贵经验。常用的电磁操动机构有CD10、CD17、CD19型等。 CD10型电磁操动机构原是配用S10-10型少油断路器的操动机构,为族传式输出。真空断路器发展初期因无专用操动机构而被采用。现仍有配CD10型操动机构的真空断路器在生产。目前少油开关拒的无油化改造,也可采用CD10型操动机构。CD17电磁机构是专门为真空断路器设计的操动机构,为直推式输出。它有CD17、CD17、CD17型,分别配用分断能力为20、31.5、40kA真空断路器。其体积、重量都比
35、CD10型机构小得多,合。分闸操作电流也仅是CD10型机构的2/3,安装占用空间小。5.4真空断路器的弹簧操动机构 弹簧操动机构可交、直流操作,操作电流很小,一般仅为1.53A,即便采用直流操作时所需的直流蓄电装置容量也小。它可手动储能合闸、分闸,并且具有过流脱扣功能。在一般的终端配电室可以取消直流蓄电装置而节省投资。国外一般中压等级的断路器大多配用弹簧操动机构。国内初期真空断路器的弹簧操动机构常用CT7、CT8,由于这些产品投入运行以来,故障较多,维修不便,体积较大,因而不够理想。对于使用于频繁操作的真空断路器来说,不但要求弹簧操动机构寿命高,而且工作要十分可靠。我国目前多采用两种新型的弹簧
36、机构,一种是CT17型,另一种是CT19型。前者为直推式输出,后者为转动式输出。这二种产品都小巧玲珑,体积。重量比电磁机构都小得多,如CT17机构的重量仅为CD17型机构的2/3。从多家工厂进行产品型式试验看来,产品在安装时几乎不用调整,运行可靠,机械寿命长,特别是CT19,在多次研究性试验中都达到23万次,被认为是具有90年代先进水平的产品,是真空断路器的理想配用操动机构。 弹簧机构的结构比较复杂,零件的加工精度河装配要求高,所以价格较贵,增加了真空断路器的成本与售价。但对整个配电站来说,可以节省直流蓄电装置的投资,且对电压稳定性要求不高,提高了运行的安全性,减少了维护工作量。 6.真空断路
37、器的绝缘件 真空断路器的绝缘件性能对运行可靠十分重要。真空断路器的绝缘设计,如爬电比距、对地距离等都要符合电力部门的全工况要求。真空断路器的绝缘件在分、合闸操作中要承受较大的机械冲击,瓷质的绝缘件虽然绝缘性能好,但不耐受机械冲击,环氧树脂浇注件防潮能力差,且价格也资,都不是真空断路器的理想绝缘材料。近几年来,经过技术引进并国产化,生产了不饱和聚脂玻璃纤维塑料(SMC)模压制品。这种产品具有增水性、耐电弧、不燃烧、绝缘性能和机械强度俱佳的优点,价格与环氧树脂浇注相仿。所以现在生产的真空断路器大都使用SMC绝缘件。我厂生产的ZN27型真空断路器从投产开始就采用了这种绝缘件,已运行多年,用户对这种绝
38、缘件都很满意。 来源:http:/ 7.真空断路器的传动与合、分闸操作 来源:输配电设备网 真空断路器的传动链一般由机构传动连杆、拐臂、主轴、绝缘推杆、三角拐臂和触头弹簧装置等构成。设计时应尽量简化传动环节以提高传动的效率。 真空断路器的合、分闸操作过程: 合闸时操动机构合闸线圈得电台闸铁芯动作机构及传动连杆动作开关主轴转动绝缘推杆前推三角拐臂转动下压触头弹簧装置灭弧室动导电杆向下运动使触头接触触头弹簧压缩至接触行程终点。与此同时,机构的辅助开关切断会闹接触器线圈电源,分闸弹簧拉长贮能,电磁机构的扣板由半轴扣车保持在合闸位置,合闸结束。分闸时,机构中的分间线圈得电分闸铁芯动作扣板与半轴脱扣断路
39、器在触头弹簧和分闸弹簧的作用下迅速分断机构的辅助开关切断分闸线圈电源机构复原,并由分闸弹簧保持在分闸位置。 真空断路器有很多优点:(1)在密封的容器中灭弧,电弧和炽热气体不外露;(2)触头间隙很少,仅几毫米至40毫米。(3)燃弧时间短,电弧电压低,电弧能量小,触头磨耗少,允许的开断次数多。我厂现在运用的SN10型小油断路器,机械寿命是3000次,ZN28型真空断路器机械寿命是10,000次;(4)动导电杆的惯性小,适宜频繁操作;(5)操作机构小及结构简单,整体体积小,重量轻;(6)控制功率校ZN28型真空断路器配CD17型机构直流电压220V合闸55A、分闸1.5A;SN10型1250A少油断路器配CD10型机构、直流电压220V,合闸147A,分闸2.5A;(7)操作时噪声小;(8)由于无油,故无火灾和爆炸燃火的危险;(9)触头部分为完全密封结构,不容易因潮气、灰尘、有害气体等影响而降低它的性能,工作可靠性提高,开断与并合性能稳定且触头磨耗小,使用期较长。真空断路器的缺点:来源:http:/(1)容易产生操作过电压,在开断感性电流时,会出现电流截断现象造成较高的过电压,因此要加装过电压吸收装置,这样设备量增加,维护量增加,费用也上升;(2)运行中不易监测真空度;(3)国内产品体系不多;(4)配用的合成绝缘子在火电厂运行易积灰尘,因此,要求厂用电室的环境要相对干净。
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