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(shí)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(diǎn)?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(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(gè)品種發(fā)展到現(xiàn)在數(shù)十多個(gè)型號、品種?額定電流達(dá)到5000A?開斷電流達(dá)到50kA的較好水平?并已發(fā)展到電壓達(dá)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(biāo)準(zhǔn)?直到1985年后才制定相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。
目前國內(nèi)主要依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)中并無與我國JB3855相對應(yīng)的專用標(biāo)準(zhǔn)?只是套用《IEC56交流高壓斷路器》。因此?我國真空斷路器的標(biāo)準(zhǔn)至少在下列幾個(gè)方面高于或嚴(yán)于IEC標(biāo)準(zhǔn)：
(1) 絕緣水平： 試驗(yàn)電壓 IEC 中國
1min工頻耐壓(kV) 28 42(間、對地)48(斷口間)
1.2/50沖擊耐壓(kV) 75 75(間、對地)84(斷口間)
(2)電壽命試驗(yàn)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(yàn)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(shí)間：IEC無規(guī)定?而我國規(guī)定要求不大于2ms。
(4)溫升試驗(yàn)的試驗(yàn)電流：IEC標(biāo)準(zhǔn)中?試驗(yàn)電流就等于產(chǎn)品的額定電流。我國DL403-91中規(guī)定試驗(yàn)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(yùn)行參數(shù)兩個(gè)方面。前者供用戶設(shè)計(jì)選型時(shí)使用;后者則是斷路器本身的機(jī)械特性或運(yùn)動特性?為運(yùn)行、調(diào)整的技術(shù)指標(biāo)。
下表是選用參數(shù)的列項(xiàng)說明?并以三種真空斷路器數(shù)據(jù)為例。
表中所列各項(xiàng)參數(shù)?均須按JB3855和DL403標(biāo)準(zhǔn)的要求?在產(chǎn)品的型式試驗(yàn)中逐項(xiàng)加以驗(yàn)證?終數(shù)據(jù)以型式試驗(yàn)報(bào)告為準(zhǔn)。 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
電壓 11.5
絕緣水平
工頻耐壓 間、對地 42
斷口間 48
沖擊耐壓 間、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(shí)耐受電流 kA 20 31.5 40
額定短時(shí)關(guān)合電流(峰值) kA 50 80 100
額定單個(gè)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(jī)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(jī)構(gòu) CD或CT機(jī)構(gòu)
3.真空斷路器的機(jī)械特性(運(yùn)行參數(shù)) 序號 機(jī)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(shí)間 ms
7 分、合不同期性 ms
8 合閘時(shí)間 ms
9 分閘時(shí)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(jī)械參量的要求?保證真空斷路器電氣機(jī)械性能?運(yùn)行可靠性?真空斷路器須具有穩(wěn)定、良好的機(jī)械特性。主要機(jī)械特性列于上表?亦以三種斷路器技術(shù)指標(biāo)為例。 4.各機(jī)械特性對產(chǎn)品性能的影響 產(chǎn)品機(jī)械特性的優(yōu)劣?對產(chǎn)品各項(xiàng)電氣性能有重要的關(guān)系?而且影響產(chǎn)品運(yùn)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(jī)械特性同樣具有舉足輕重的作用。下面對各機(jī)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(shí)觸頭開距選得小些。但開距太小會影響分?jǐn)嗄芰湍蛪核健ｉ_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(jì)時(shí)一般在滿足運(yùn)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(shí)?動觸頭在大氣壓作用下?對內(nèi)腔產(chǎn)生一個(gè)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(shí)?這個(gè)力太小不能保證動靜觸頭間良好的電接觸?必須施加一個(gè)外加壓力。這個(gè)外加壓力和自閉力之和稱為觸頭的接觸壓力。這個(gè)接觸壓力有如下幾個(gè)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(shí)的動穩(wěn)定要求。應(yīng)使觸頭壓力大于額定短路狀態(tài)時(shí)的觸頭間的斥力?以保證在該狀態(tài)下的閉合和不受損壞。
(3)抑制合閘彈跳。使觸頭在閉會碰撞時(shí)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(gè)加速力。當(dāng)接觸壓力大時(shí)?動觸頭得到較大的分閘力?容易拉斷會鬧熔焊點(diǎn)?提高分閘初始的加速度?減少燃弧時(shí)間?提高分?jǐn)嗄芰ΑＳ|頭接觸壓力是一個(gè)很重要的參數(shù)?在產(chǎn)品的初始設(shè)計(jì)中要經(jīng)過多次驗(yàn)證、試驗(yàn)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(jī)的機(jī)械強(qiáng)度要求也需要提高?技術(shù)上不經(jīng)濟(jì)。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(jìn)了?觸頭接觸壓力是由每觸頭壓縮彈簧(有時(shí)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(yùn)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(yùn)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(shí)際結(jié)構(gòu)中?觸頭合閘彈簧設(shè)計(jì)成即使處于分閘位置?也有相當(dāng)?shù)念A(yù)壓縮量?有預(yù)壓力。這是為使合閘過程中?當(dāng)動觸頭尚未碰到靜觸頭而發(fā)生預(yù)擊穿時(shí)?動觸頭有相當(dāng)力量抵抗電動力?而不致于向后退縮;當(dāng)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(jìn)?觸頭間的接觸壓力逐步增大?接觸行程終結(jié)時(shí)?接觸壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值。接觸行程不包括合閘彈簧的預(yù)壓縮量程?它實(shí)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(shí)間長?電弧存在的時(shí)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(jī)構(gòu)輸出功也要增大?對滅弧室和整機(jī)機(jī)械沖擊大?影響產(chǎn)品的使用可靠性與機(jī)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(shí)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(shí)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(shí)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(jī)構(gòu)的輸出功和整機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度?降低了技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。經(jīng)過多年試驗(yàn)認(rèn)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(shí)間
合閘彈跳時(shí)間是斷路器在會鬧時(shí)?觸頭剛接觸開始計(jì)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(shí)間。
這一參數(shù)國外的標(biāo)準(zhǔn)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(shí)間必須小于2ms。為什么合閘彈跳時(shí)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(dāng)合閘彈跳時(shí);同小于2ms時(shí)?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(shí)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?yàn)闄C(jī)構(gòu)輸出的運(yùn)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(shí)間加長?降低開斷能力。
合閘與分閘的不同期性一般是同時(shí)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(shí)間
分、合閘時(shí)間是指從操動線圈的端子得電時(shí)刻計(jì)起?至三觸頭全部合上或分離止的一段時(shí)間間隔。
合、分閘線圈是按短時(shí)工作制作設(shè)計(jì)的?合閘線圈的通電時(shí)間不到100ms?分閘線圈的不到60ms。分、合閘時(shí)間一般在斷路器出廠時(shí)已調(diào)好?無須再動。
當(dāng)斷路器用在發(fā)電系統(tǒng)并在電源近端短路時(shí)?故障電流衰減較慢?若分閘時(shí)間很短?這時(shí)斷路器分?jǐn)嗟墓收想娏骶涂赡芎休^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(shí)間盡可能設(shè)計(jì)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(gè)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(shí)?很可能是導(dǎo)電回路某一連接處接觸不良。在大電流運(yùn)行時(shí)接觸不良處的局部溫升增高?嚴(yán)重時(shí)甚至引起惡性循環(huán)造成氧化燒損?對用于大電流運(yùn)行的斷路器尤需加倍注意。回路電阻測量?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?yàn)橐话愕恼婵諗嗦菲髟诜珠l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(diǎn)之一是體積小?動靜觸頭要在一個(gè)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(diǎn)之一是體積小?動靜觸頭要在一個(gè)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!
