第三章 开关电器

1. 第三章 开关电器 主要内容 第一节概述 第二节 高压断路器 第三节 高压断路器操动机构 第四节 高压隔离开关 第五节 高压熔断器 第六节 高压负荷开关 第七节 自动重合器 第八节 自动分段器

2. 教学要求 掌握各类开关电器的作用、结构原理和类型特征 重点掌握断路器的工作原理 熟悉开关电器操动机构的传动过程 深刻理解开关电器的参数及其含义 深刻理解自动重合器和分段器在配电网中的应用 知识是基础 能力是核心

3. 学习重点与难点 开关电器作用 开关电器工作原理 开关电器类型特征 开关电器主要技术参数 重 点 开关电器操动机构动作原理 断路器与重合器的区别与联系 重合器的特性曲线和操作顺序 难点 世上无难事！ 只要肯用心

4. 第一节 开关电器概述 主要内容 开关电器的概念 开关电器的作用 开关电器的分类

5. 开关电器概念和作用 概念 直接用于正常投切和故障切除电路的电气一次设备称为开关电器。 作用 （1） （2） （3） （4） 正常情况下可靠接通或断开电路； 改变运行方式时进行切换操作； 系统发生故障迅速切除故障部分，保证非故障部分的正常运行； 在设备检修时隔离带电部分，以保证工作人员的安全。

6. 开关电器的分类 低压开关电器 按电压等级分 高压开关电器 屋内式 开关电器 按安装地点分 屋外式 断路器 在于能力 环绕地 球源泉 隔离开关 负荷开关 按功能分 熔断器 自动重合器 自动分段器

7. 第二节 高压断路器 主要内容 高压断路器的作用 高压断路器的基本要求 高压断路器的分类 高压断路器的技术参数 高压断路器的分类 少油断路器 真空断路器 SF6断路器

8. 高压断路器作用和要求 1、高压断路器的作用 断路器能通断任何性质电流电路 系统正常情况 系统故障情况 其一是控制作用；其二是保护作用。 问题：两种作用在何时发挥各自功能？ 2、高压断路器的基本要求 工作可靠，有足够的开断能； 尽可能短的开断时间，结构简单； 足够的机械强度和良好的稳定性能； 具有自动重合闸性能，价格低廉。 （1） （2） （3） （4）

9. 高压断路器的分类 3、高压断路器的分类 按安装地点分类 屋内式断路器 多油断路器 少油断路器 屋外式断路器 按采用的灭弧介质分类 油断路器（油即作灭弧介质又作绝缘介质） 压缩空气断路器（空气即作灭弧介质又作绝 缘介质，20×105Pa空气压力） 真空断路器（真空的介电强度高） SF6断路器（SF6 即为灭弧介质又为绝缘介质）

10. 高压断路器计数参数 4、高压断路器的技术参数 （1）额定电压Ue： （2）额定电流Ie： 指断路器长时间运行能承受的正常工作电压。（决定了绝缘水平、尺寸、灭弧条件） 指断路器的触头结构和导电部分在规定环境温度下允许通过的长期工作电流，其相应的发热温度不会超 过国家标准。（决定 了导体截面，结构）

11. 高压断路器计数参数 （3）额定开断电流Iekd （4）额定开断容量: （5）动稳定电流（极限通过电流）idw 指断路器在额定电压下能可靠断开的最大断路电流的有效值。它表征断路器的开断能力。 指断路器在冲击短路电流作用下，承受电动力的能力。（其大小是由导电和绝缘等部分的机械强度所决定）

12. 高压断路器计数参数 （6）热稳定电流Irw （7）开断时间tkd 指断路器承受短路电流热效应的能力。（利用热稳定时间tr对应的Irw） （一般取4S） 从操作机构跳闸线圈接通跳闸脉冲起，到三相电弧完全熄灭时止的一段时间。（等于断路器的固有分闸时间和熄弧时间之和）

13. 高压断路器的型号 5、高压断路器的型号 特点— 靠人力合闸，靠弹簧力分闸的操作机构。

14. 少油高压断路器 7、少油断路器 开关内油的作用 灭弧、触头间的绝缘。 少油断路器特点 用油量少、体积小、结构简单、节省钢材、防火防爆的特点，但检修周期短，在户外使用时，受大气条件影响大，而且配套性差。 分类 SN10系列 • 35kV以下：户内式 • 35kV以上：户外式 • 35kV：户内、户外式 SW6系列 SW10系列 SW6系列 +

15. 少油高压断路器 SN10-10Ⅰ型实例 （1）外形 每相安装一个储油箱（三相联动）。 对地绝缘采用两个支持式绝缘子承担。 采用CD10型操作机构（可实现手动和电动操作。 SN10-10Ⅰ型

16. 少油高压断路器 （2）结构 1-油气分离器 2-上出线座 3-灭弧室 4-绝缘筒 5-动触头杆 6-紫铜滚轮 7-下出线座 8-塞杆 9-基座 10-主轴 11-绝缘拉杆 12-分闸弹簧 13-瓣形静触头

17. 少油高压断路器 （3）机械结构（三部分） 框架— 传动— 油箱— 依靠两个支持绝缘子将各相与地绝缘； 固定（分闸弹簧） 带动动触头运动。主轴、分相轴、操 动轴。 关键部分 注油螺钉，油气分离器； 上接线板，绝缘筒，油位指示器，静触头，动触头； 下接线板，底座，连杆，拐臂，放油螺钉，缓冲器。 上部： 中部： 下部：

18. 少油高压断路器 （4）组成 上出线座→静触头座→辨形触头→动触头→导电 杆→动触头→下出线座 纵横吹灭弧室（纵横油气吹+机械油吹） 导电回路— 灭弧系统— （5）逆止阀 电弧形成后分解油，逆止阀钢球上推堵住回油孔，形成密闭燃弧，使内腔压力升高

19. 少油高压断路器 （6）油气分离器 ① 避免灭弧室完全封死，压力过高 ② 避免直接将炽热的带有大量电子和离子的油 气混合物排出箱外，引起自燃和设备绝缘闪 络。 （7）灭弧室主要结构 ① 灭弧室位于箱体中间部位。 ② 绝缘套筒由高强度的玻璃钢制成。 ③ 隔弧板是用耐高温的三聚氰胺玻璃纤维热压 而成。

20. 少油高压断路器

21. 少油高压断路器 （8）灭弧工作原理 切断很大电弧电流 灭弧过程（动漫） 短路故障→短路电流很大→单位时间内将开关油分解成气体量大→空间中的气体压力很大（单向逆止阀关闭） →动触头下移打开第一横吹道→油气混和物冲出灭弧室→使电弧弯曲拉长并与隔弧板接触→产生强烈的去游离作用→灭弧。 切断很小电弧电流 灭弧过程（动漫） 由于产气量很小→需要第一、第二、第三次横、纵吹及机械油吹、拉长电弧等作用才能将电弧电流切断。

22. 少油高压断路器 SW6型系列少油断路器实例 均压电容 灭弧室：两个对称组成V形 支持瓷瓶 底座 机构箱 • 单柱双断口 110KV 双柱四断口 220KV • 三柱六断口 330KV

23. 高压真空断路器 开关内真空的作用 利用真空作为灭弧、触头间的绝缘介质。 真空断路器灭弧原理 真空间隙内的气体稀薄，分子的自由行程大，发生碰撞的机率很小，碰撞游离不是真空间隙击穿产生电弧的主要因素。真空中的电弧是由触头间电极蒸汽形成的，具有很强的扩散作用，因而使电弧电流过零后触头间隙的介质强度能很快恢复起来，使电弧迅速熄灭。

24. 高压真空断路器 真空断路器的优点 结构轻巧，触头开距小，动作快，操作功 小，体积小，重量轻。 燃弧时间短，需半个周期。 触头间隙介质恢复速度快。 电气寿命和机械寿命均长。 维修量小，能防火防爆。 （1） （2） （3） （4） （5） 真空断路器的缺点 开断小电感电流时，会出现熄弧过电压。在应用中可采用氧化锌避雷器、阻容串联元件等限制熄弧过电压。 开断后动态绝缘劣老化产生重击穿现象 （1） （2）

25. 高压真空断路器 真空断路器适用场所 广泛用于35kV及以下的电压等级中。 真空断路器的灭弧室 灭弧室为真空密闭容器。 主要材料玻璃和陶瓷。 （1）玻璃 优点是加工容易有一定的机械强度易与多种金属封接，可以观察到内部的运行情况，便于运行监视内部情况。但不能承受强烈的冲击，其软化温度也较低

26. 高压真空断路器 （1）陶瓷 机械强度高，软化温度也高，但装配焊接工艺要求高。 真空断路器的触头 （1）触头材料 铜铬合金CuCr （2）触头结构 横向磁场触头纵向磁场触头

27. 高压真空断路器 真空断路器灭弧罩 分主屏蔽罩、波纹管屏蔽罩、均压用屏蔽罩 （1）主屏蔽罩作用 防止燃弧过程中电弧生成物喷到绝缘外壳内壁上，降低外壳绝缘； 改善灭弧室内部电场，使其均匀化，促进真空灭弧室的小型化； 吸收大部分电弧能量，冷却电弧生成物，有利于介电强度的恢复。 ① ② ③

28. 高压真空断路器 （2）波纹屏蔽罩作用 ① ② ③ ④ 在开关的动触头上下运动时保证灭弧室的良好密封。 波纹管有液压成形和膜片焊接两种。 波纹管的伸缩量决定了断路器的开距。 波纹管的疲劳度决定了断路器的寿命。 灭弧室 的结构

29. 高压SF6断路器 各类六氟化硫断路器外观图

30. 高压断路器—36 9、SF6断路器 SF6气体的性质 SF6是一种无色、无味、无毒、不可燃，冷却电弧特性强，高温电弧作用下有较高的冷却效应。 SF6气体比重大，同条件下为空气的5倍，有优良的导热性能，绝缘强度较高。 SF6气体具有非常高的介电强度。在均匀电场下，约为同一气压下空气的2.5-3倍。在3个大气压下其介电强度与变压器油相当。 ① ② ③

31. 高压SF6断路器 SF6气体的用途 ① 电力行业 ② 环保行业 ③ 冶金铸造 SF6主要用作电气绝缘介质和灭弧介质，保证电气设备运行安全可靠同时，可使其尽量小型化，降低设备成本 。 SF6目前是应用较为广泛的测定大气污染的示踪剂，示踪距离可达100公里 。 SF6可用于有色金属的冶炼和铸造工艺，防止镁及其合金熔融物氧化，也可用于铝及其合金熔融物的脱气和纯化 。

32. 高压SF6断路器 SF6断路器分类 SF6断路器的结构按照对地绝缘方式的不同可以分为落地罐式和瓷柱式两种。 便于安装电流互感器，抗震性好，但系列性能差。 落地罐式

33. 高压SF6断路器 瓷 柱 式 断路器的灭弧室可以布置成“T”或“Y”形，单断口，可布置成单柱式，灭弧室位于高电位，靠支柱绝缘套管对地绝缘。

34. 高压SF6断路器 SF6断路器灭弧室 变开距灭弧室 灭弧室 单气压 六氟化硫断路器灭弧室 定开距灭弧室 灭弧室内有一个气压系统，压气缸与触头同时运动，将压气室内的气体压缩，高速气流纵吹灭弧。 双压灭弧室 SF6灭弧室有两个气压系统，分高低压室，高压吹向低压，低压再吹向电弧。

35. 高压SF6断路器 带互感器的六氟化硫断路器 电力工程与管理专业学生认识实习场景

36. 第三节 操动机构 操动机构作用 操动机构的构成 操动机构分类型号 操动机构基本要求 电磁操动机构 弹簧操动机构 液压操动机构 手动操动机构

37. 第三节 操动机构 断路器弹簧操动机构的三维模型

38. 操动机构的作用 （1）作用 使断路器合闸 使断路器维持合闸状态 使断路器分闸。 （2）分类 操动部分： 传动部分： 由动力机构、扣住机构、脱扣机构和自由脱扣机构等组成。 由拉杆、提升机构、缓冲机构等组成。

39. 操动机构的分类 （3）分类 手动型(S)、电磁型(D)、液压型(Y)、气压型(Q)和弹簧型(T)等 （4）型号 CD10 CT19 CY3

40. 操动机构基本要求 （5）基本要求 ① 具有足够的合闸功率 能维持断路器处在合闸位置，不因外界震动和其他原因产生误分闸功率。 ② 有可靠的分闸装置和足够的分闸速度 具有自由脱扣装置——在断路合闸的过程中又接到分闸命令时，断路器应立即终止合闸过程，迅速可靠的分闸。这种在合闸过程中的分闸叫自由脱扣

41. 操动机构基本要求 ③ 要保证分、合动作准确、连续，即分后准备合、合后准备分。 ④ 应能实现“防止跳跃” 断路器在关合电路过程中，如遇到永久性短路事故，则在继电保护装置的作用下会立即分闸，此时合闸命令尚未解除，操作机构又立即自动合闸，出现重复“合——跳”的现象叫“跳跃”。 ⑤ 结构简单、体积小、价格低廉

42. 电磁操动机构CD10 特点 直接依靠电磁力合闸的操作机构称为电磁操作机构。它结构简单，工作可靠、价格低廉，合闸时所需功率较大，体积大且笨重，一般用110KV及以下的少油断路器，合闸电源一般为直流110V或220V。 结构原理 • 合闸电磁系统 • 自由脱扣机构 • 维持机构 • 缓冲系统

43. 电磁操动机构CD10 分闸状态 合闸状态 分闸演示 合闸演示

44. 弹簧操动机构CT19 特点 利用弹簧储存的能量进行合闸的机构，弹簧操作机构的优点是不需要大功率的合闸用直流电源，但是机械结构比较复杂，加工制造和调整的要求较高。现已广泛采用，一般用于35KV及以下的真空断路器。

45. 弹簧操动机构CT19 结构原理 • ① 驱动机构单元 位于右侧板和中间板之间，为一匹配真空断路器运动的凸轮连杆式机构。它的轴输出位于机构的最上端，结构开放，容易与断路器配接。 • ② 储能机构单元 位于左侧板和中间板之间，为一两级齿轮减速机构，储能时可以电动或人力操作，具有防逆转和机械离合装置，其运行平稳、噪声小，效率高，两根合闸弹簧分别布置在机构两边外侧，受力均匀，稳定性好。

46. 弹簧操动机构CT19 • ③ 托扣器单元 分合闸脱扣器及过流脱扣器电磁铁均采用水平布置，手动脱扣与脱扣器合为一体，直接脱扣。 • ④ 电气控制单元 辅助开关、行程开关、接线端子、桥堆整流块组成。如采用交直流两用电机或直流供电，则不需要桥堆整流。

47. 液压操动机构CY3 特点 断路器的液压操动机构利用压缩气体储能，用压力油作为传递动力的介质，并借助各种操作油阀进行控制，全面实现操动机的各项要求。该类操作机构较复杂，制造工艺和密封要求高。但动作迅速，体积小，噪声和冲击力都很小，不需要大功率合闸电源，短时失去电源仍可进行合分闸。在110KV及以上的断路器配套中得到广泛应用。

48. 液压操动机构CY3 结构原理 • ① 箱体 • 它是整个机构的支承架和防护外壳，箱内是透平油和操动机构的所有部件。其下部还有加热器，当环境温度低于零度时，自动加热，以保证液压油的粘度适宜 • ② 工作缸 活塞右侧是否有压受到跳合闸阀的控制 • ③ 主阀系统 • 包括跳闸阀和合闸阀，它们既可以电磁操作，也可以现场手动操作

49. 液压操动机构CY3 • ④ 储能系统 • 由储压筒、油泵与电动机组成。储压筒是充有高压气体的金属容器。当机构操作时，气体膨胀，释放出的能量经液压油泵传递给工作缸并转变成机械能。电动机带动油泵向储压器压油使气体压缩。储压筒内压力改变，可使活塞上下移动，带动相关行程开关动作。 • S1—当压力高时动作，使电动机停止工作 • S2—当压力降到一定值时，起动电动机打压 • S3—当压力继续下降时，重合闸装置闭锁 • S4—当压力再下降时，合闸闭锁 • S5—当压力下降这时，跳闸也闭锁 演 示

50. 手动操动机构CS 特点— 靠人力合闸，靠弹簧力分闸的操作机构。 合闸演示 分闸状态 分闸演示 合闸状态