1、 高压断路器高压断路器 高压断路器是电力系统的最重要的工作和保护设备，它对维持电力系统的安全、经济和可靠运行起着非常重要的作用。在负荷投入或转移时，它应该准确地开、合。在设备（如发电机、变压器、电动机等）出现故障或母线、输配电线路出现故障时，它能自动地将故障切除，保证非故障点的安全连续运行。一、对高压断路器的要求1、在正常情况下能开断和关合负载电流，能开断和关合空载长线或电容器组等电容性负荷电流，以及能开断空载变压器或高压电动机等电感性小负荷电流。2、在电网发生故障时能将故障从电网上切除。3、要尽可能缩短断路器切除故障的时间，以减轻电力设备的损坏和提高电网的稳定性。4、能配合自动重合闸进行多次
2、合闸和断开。二、高压断路器的铭牌数据意义1、高压断路器基本技术参数(1)、额定电压：是指断路器正常工作时的工作电压，以kV为单位。(2)、最高工作电压：在实际运行中，由于系统调压的需要，电网的电压允许在一定范围内变动，因此断路器的实际工作电压可能比额定高出10%15%。断路器应能在最高工作电压下长期运行，这一电压称为断路器的最高工作电压。(3)、额定电流：是指断路器可以长期通过的工作电流。(4)、额定开断电流（又称额定短路开断电流）：是指在额定电压下断路器能开断而不妨碍其继续正常工作的最大短路电流，以KA为单位。(5)、热稳定电流(又称短时耐受电流)：是指在某一规定的短时间t内断路器能承载的电
3、流有效值，用KA表示。短时耐受电流通过的时间，通常规定为1、2、3、5秒。一般规定取3s为标准。(6)、动稳定电流(又称峰值耐受电流)：是指断路器在合闸位置时所能耐受的最大峰值电流，以KA表示。一般规定其值应为额定开断电流的2.5倍。(7)、额定短路关合电流（又称额定短路接通电流）：是指断路器在额定电压下能正常接通的最大短路电流(峰值)，以KA表示。断路器在接通此电流时，不应发生触头的熔焊或严重烧损。断路器的额定短路关合电流应等于其峰值耐受电流。(8)、开断时间(又称全开断时间)：是指从断路器的操动机构接到开断指令起，到三相电弧完全熄灭为止的一段时间。开断时间可划分为分闸时间和燃弧时间两部分。
4、(9)、机械寿命及电寿命：机械寿命即允许空载或正常负荷的分合次数，电寿命指连续分合额定短路电流的次数。检修周期期间若开关切断故障电流次数越多，则机械寿命次数越少。开关电弧的形成和熄灭电弧的形成 电弧的形成是触头间中性质点（分子和原子）被游离的过程，这一过程很复杂，产生电弧放电和维持电弧的主要原因和过程如下：（1）高电场发射当通过电流的开关触头刚分离时，触头间距离很小，由于外加电压的作用，在这很小的间隙中，形成很高的电场强度（可超过100010000kV/cm），足以从阴极表面拉出电子，这就是高电场发射。随着触头间的距离增大，电场强度减小，高电场发射的作用将减弱。（2）热电子发射当触头刚分离时，
5、由于触头间的压力和接触点减少，使触头接触电阻迅速增大，在电极表面出现局部集中的电流，使电极上出现炽热点，阴极中的电子因此获得足够的动能逸出到空间。这种因炽热使电极表面向周围空间发射电子现象，称为热电子发射。（3）碰撞游离从阴极表面发射出来的自由电子，在电场的作用下，向阳极做加速运动，并不断地与触头间介质的中性质点碰撞。当自由电子在加速运动过程中所积累起来的动能大于中性质点的游离能（使电子释放出来的能量）时，中性质点被碰撞分离为电子和正离子，称为碰撞游离。新产生的电子和原来的电子一起向阳极做加速运动。当他们和其他中性质点碰撞时又再一次发生碰撞游离，碰撞游离连续进行的结果，将在触头间产生了大量的电
6、子和正离子，使介质击穿，引起电弧。 （4）热游离介质在高温作用下产生游离称为热游离。在电弧产生后，弧隙温度很高，此时在高温下的介质分子和原子的无规则热运动将更严重加剧，中性质点间也会因此碰撞而发生碰撞游离，游离出电子和正离子。 电弧稳定燃烧时，弧柱温度很高，电弧电压和弧柱的电场强度很低，碰撞游离作用减弱，此时弧柱的游离作用由热游离维持。当电弧温度很高时，一方面阴极表面发射电子，另一方面会引起金属触头熔化、蒸发，以致介质中混有金属蒸气，使弧隙电导增加，电弧将继续炽热燃烧。电弧的熄灭游离是在外加电压和电弧电流作用下，电子和离子不断产生的过程，也就是电弧的产生和维持的过程。与此同时，在弧柱中还存在着
7、电子和离子消失（减少）的过程，使电弧电流减少，以致使电弧熄灭，称为去游离。在稳定燃烧的电弧中，这两个过程处于动态平衡。如果游离现象大于去游离现象，电弧将继续炽热燃烧；如果去游离大于游离，电弧越来越弱，最后熄灭。因此使去游离大于游离就是电弧熄灭的基本原理。去游离的方式主要是复合与扩散：（1）复合弧隙中带正电或带负电的质点，在运动中彼此结合形成中性质点的过程，称为复合。电子的运动速度约为离子运行速度的1000倍，因此，电子和离子的直接复合可能性很小。但是，电子在碰撞时先附着在中性质点上形成负离子，然后与运动速度大致相等的正离子相互吸引、接触而形成中性质点（中性分子）。 复合过程的快慢，主要决定于离
8、子运动的速度。使弧柱场强减小，降低电弧温度，增大气体压力，升高气体密度等，均可减小离子运动速度，增加离子间接触机会，加强复合。2）扩散扩散是弧柱中的自由电子及正离子由于热运动从弧柱内逸出进入周围介质的一种现象。电弧中的高温自由电子和正离子由密集的空间向周围密度小、温度低的介质扩散，并与介质中带异性电的质点结合，形成中性分子。电弧与周围介质温度差以及离子浓度差愈大，扩散作用愈强。采用冷的、新鲜的、未游离的气体吹动电弧，可使电弧在周围介质中移动，加强与新鲜介质接触，一方面带走电弧的热量，另一方面增大电弧与周围介质的温差，加强扩散，有利于灭弧。 电弧熄灭与否，取决于游离与去游离两个因素作用的结果。当
9、弧柱中去游离大于游离时，电弧中离子减小，电弧电阻增加，电流减小，最后电弧趋于熄灭。交流电弧的熄灭交流电流每半个周期经过一次零值。此时，电源停止向弧隙输入能量，而弧隙由于不断散出热量，温度下降，热游离作用迅速减弱，电弧暂时熄灭。但是由于弧隙的温度很高，热游离尚在继续，在弧隙电压的作用下，弧隙仍有电流通过，电源仍向弧隙输入能量，使弧隙温度升高，热游离加强。 若输入能量大于散出能量，即弧隙中游离过程大于去游离过程，电弧将重燃。这种由于热游离而引起电弧的重燃称热击穿。反之，如果电流过零后，输入能量小于散出能量，弧隙温度将继续下降，热游离基本停止，弧隙由导电状态向介质状态转变，电弧即熄灭。 电流过零时，
10、电弧暂时熄灭，但弧隙介质绝缘能力要恢复到正常情况需要一定时间，称为介质强度恢复过程。在此过程中，弧隙所承受而不致使弧隙击穿重燃的临界电压称为介质的击穿电压uj（t）。与此同时，弧隙电压由熄弧电压，经一定时间，逐渐恢复到电源电压，这是弧隙电压的恢复过程。 随着电压的升高，游离因素加强，可能引起间隙再击穿，称为电击穿，电弧重燃。交流电流过零后，电弧熄灭是否会重熄，取决于介质强度恢复过程与弧隙电压恢复过程相互作用的结果。只要电流过零后，弧隙的介质击穿电压uj永远大于弧隙恢复电压uhf，弧隙不被击穿，电弧即熄灭。否则，电弧将重燃，如图6.1-1。因此交流电弧的熄灭条件是：电流自然过零后，弧隙介质强度恢
11、复曲线高于电压恢复曲线，uj（t）uhf（t）。3、熄灭电弧的方法加强弧隙的去游离，或减小弧隙电压的恢复速度，都可以促进电弧熄灭。广泛采用的灭弧方法，有以下几种。吹弧温度对熄弧影响很大，温度愈低，热游离愈不易发生，能加快去游离，而且介质的绝缘强度随温度的降低而增加。介质强度恢复的快慢，在很大程度上决定于弧隙温度降低的速度。因此，冷却电弧是熄弧的重要方法之一。 用气体或液体介质吹弧，既能起到对流换热、强烈冷却弧隙的作用，也可以部分取代原弧隙中游离气体或高温气体。气体流速大，对流换热的能力强，能使电弧散热加剧，对弧隙的冷却作用更大。在断路器中，常制成各种形式的吹弧室，使气体或液体产生较高的压力，有
12、力地吹向弧隙。吹动电弧的方法有纵吹和横吹，如图6.1-2。吹动方向与弧柱轴线平行的叫纵吹；吹动方向与轴线垂直的叫横吹。纵吹主要是使电弧冷却变细，最后熄灭；而横吹则将电弧拉长，表面积增大并加强冷却，熄弧效果较好。采用纵横混合吹弧方法，熄弧效果更好。三、断路器分类断路器主要依据它使用的灭弧介质来分，可分为：（1）油断路器（包括多油断路器和少油断路器），它是用变压器油作灭弧介质，多油断路器的抽除灭弧外还作为对地绝缘使用。（2）真空断路器，它具有真空灭弧室装配、触头在真空泡中开、合。（3）空气断路器，它使用压缩空气进行吹弧使电弧熄灭。（4）六氟化硫断路器，它使用具有优异的绝缘性能和灭弧性能的SF6气体
13、作为灭弧介质和绝缘介质。可发展成组合电器，技术性能和经济效果都非常好。随着电力工业和科学技术的迅猛发展，电力系统的容量越来越大，电网输电电压越来越高，复盖面越来越广，所以对断路器的要求也越来越高。由于油断路器、空气断路器使用的历史较长，较普遍，技术也较普及，因此本节不再叙述，只对真空断路器和SF6断路器以及SF6全封闭组合电器加以介绍。四、真空断路器（一）真空断路器的结构真空断路器它由真空灭弧室（真空泡）、保护罩（屏蔽罩）、动触头、静触头、导电杆、开合操作机构、支持绝缘子、支持套管、支架等构成，其核心是真空灭弧室（真空泡）。（二）真空灭弧室的构造真空灭弧室的结构、制作方法、触头形状等，在很大程
14、度上支配着真空断路器的各种性能。所以对真空灭弧室的外壳的制造要有严格的要求，否则真空灭弧室无法正常地工作，真空外壳的制造材料一般多用玻璃，而国外也有采用矾土瓷器的。真空灭弧室由真空容器（外壳）、动触头、静触头、波形管（不锈钢材料）、保护罩（屏蔽罩）、法兰、支持件等构成。在真空容器内保持1.3310-81.3310-11Pa的高真空，动触头焊接在波形管与真空容器之间，并与大气隔离。动触头在绝缘操作杆与开合操作机构相连接，并在操作机构控制之下完成真空断路器的分、合工作。（三）灭弧室的灭弧原理真空断路器顾名思义是使电路在真空中分、合的电器，即电路在分闸时，电弧在触头间发生，此时形成所谓的真空电弧。这
15、是由于刚分瞬间，触头压力逐渐减弱，接触电阻急剧增大。当触头分开时，即产生金属蒸气，温度可达5000K，使阴极产生电子热发射，金属蒸气被游离后形成电弧。在电弧电流较小时，阴极表面有很多斑点。斑点表面积估计约为10-5cm2，斑点电流密度约为105107A/cm2. 斑点是阴极继续产生金属蒸气和发射电子的场所。电弧由于金属蒸气的游离得以维持。电弧在灭弧室中扩散成并联的条状电弧，每条都有对应的阴极斑点。并由此斑点向阳极发射一个圆锥形的弧柱，圆锥顶点就在阴极斑点上。这些斑点及各条电弧互相排斥并不停地运动着，同时向磁场力的作用方向扩散，这时的电弧称扩散电弧。当交流电流接近零值时，触头上阴极斑点只有一个。当电流过零时阴极斑点消失。此时电极不再向弧隙提供金属蒸气，使弧隙的带电质点迅速减少，并向外扩散，冷凝在极斑外的触头表面和保护罩（屏蔽罩）上。此时，真空灭弧室中弧隙间的介质绝缘强度得到迅速的恢复，使电流过零后电弧不再重燃。在某种条件下，当电流增大到某一范围值，电流在自身磁场作用下，集聚成一条，阴极斑点集聚成一团。在电弧作用下阴极表面电腐蚀显著增加，此时金属表面不仅出现金属蒸气，而且出现金属颗粒和熔液；同时阳极严重发热而出现阳极斑点，并且也蒸发和喷射金属。这时的电弧称为集聚型电弧，是断路器最恶劣的工作状态，它造成触头表面熔融，此时电弧也不易熄灭。（四）真空断路
