高压断路器原理与应用
《高压断路器原理和应用》教学计划



绪论（第1章） 电动力（第2章） 发热（第3章） 电接触（第4章） 电弧（第5章） 高压断路器短路电流的开合（第6章） 高压断路器负荷电流的开合（第8章） 高压断路器的试验（第7章） 真空断路器（第10章） 六氟化硫断路器（第11章） 金属封闭开关设备（第12章）
2．开断、关合电路方面
(1)开断短路故障 断路器开断有电流的电路时，触头分离后．触 头间会出现电弧，只有使电弧熄灭，电路的开 断任务才能完成。在电力系统发生短路故障 时．短路电流比正常负荷电流大得多，这时电 路最难开断。因此，可靠地开断短路故障是高 压断路器主要的也是最困难的任务。


额定短路开断电流是标志高压断路器开断短路故障能力的 参数。它是在规定的使用和性能条件下，断路器能开断的 最大短路电流。 额定短路开断电流由两个值来表征


高压断路器长期在电网中使用时。就应与其它 电力设备一样。能够耐受各种电压、电流的作 用面不致损坏。 根据IEC和国家标准，首先应分清电工术语的 两个名词：


标称值（nominal value）：用以标识一个元件、器 件或设备的合适的近似量值。 额定值（rated value）：一般由制造厂对一个元件、 器件或设备在规定工作条件下所规定的一个量值。
3 3.6 6 7.2 10 12 20 24 35 40.5 66 72.5 110 126 220 252 330 363 500 550 750 800
标称电压 额定电压


额定电压的大小确定了电气设备的绝缘结构和外形尺寸。 额定电压越高，电气设备的外形尺寸越大，极间距离也越 大。 断路器工作时还应耐受高于额定电压的各种过电压作用， 而不会导致绝缘的损坏。标志这方面性能的参数有1min工 频耐受电压、雷电冲击耐受电压和操作冲击耐受电压。具 体数值与断路器的额定电压有关，可参考交流高压断路器 国家标准GBl984。
（3）关合短路故障

电力系统中的电力设备或输电线路在未投入运行前就 已存在绝缘故障，甚至处于短路状态，这种故障称为 “预伏故障”。当断路器关合有预伏故障的电路时， 在关合过程中，常在动、静触头尚未接触前，在电源 电压作用下，触头间隙击穿（通常称为预击穿），随 即出现短路电流。在关合过程中出现短路电流，会对 断路器的关合造成很大的阻力，这是由于短路电流产 生的电动力造成的。有的情况下，甚至出现动触头合 不到底的情况。此时在触头间形成持续电弧，造成断 路器的严重损坏甚至爆炸。为了避免出现上述情况， 断路器应具有足够的关合短路故障的能力。标志这一 能力的参数是断路器的额定短路关合电流。




按断路器灭弧原理来划分，有油断路器(多油和少油)、压缩空气 断路器、六氟化硫断路器、真空断路器、磁吹断路器和（固体） 产气断路器。目前应用较多的是真空断路器和六氟化硫断路器。 按外壳结构划分，有外壳带电断路器和外壳接地断路器 开断元件放在绝缘支柱上，使处于高电位的触头、导电部分及灭弧 室与地电位绝缘，绝缘支校则安装在接地的基座上。这类结构称为 外壳带电断路器，也有人称之为绝缘支柱式断路器。 外壳接地断路器（又称落地罐式），开断元件放在接地的箱壳中， 其间的绝缘依靠气体（压缩空气或六氯化硫）或液体（变压器油） 来承担，导电部分经套管引入，结构比较稳定，常在额定电压高的 高压和超高压断路器中使用，抗地震性能好。 按安装场所来划分，有户内和户外断路器 按操动机构类型来划分，有手力贮能，电磁，液压，弹簧，气动， 永磁 机构等断路器
交流分量有效值 额定短路开断电流的交流分量有效值应从下列数值中选取： 6.3，8，10，12.5，16，20，25，31.5，40，50，63，80，100kA。 直流分量百分数 如果直流分量不超过20%，额定短路开断电流仅由交流分量有效值来 表征



在电力线路不同地点出现短路故障时，短路电流的大 小也有很大的差别。在断路器的出线端子处发生短路 时，短路电流最大。但是．近年来的实践和理论表明， 当短路点离断路器几百米到几公里处出现短路故障时， 短路电流虽然比额定短路开断电流小，但断路器开断 时可能更加困难，这种故障称为近区故障。断路器在 规定的近区故障条件下能够开断的电流，称为断路器 的近区故障开断电流。除此以外，在有些情况下，还 要求断路器在电力系统出现失步故障时也能够可靠地 开断电路，标志这方面性能的是失步开断电流。 三相系统中还要考虑三相之间的各种形式的短路，如 三相、两相短路，三相、两相、单相接地和异地两相 接地短路等。对于这些短路故障．断路器也应可靠地 开断。
（2）快速开断





电力系统发生短路故障后，要求继电保护系统尽快动作，断路器 开断得越快越好。这样可以缩短电力系统故障存在的时间，减轻 短路电流对电力设备造成的危害，更重要的是．在超高压电力系 统中，缩短断路器开断短路故障的时间可以增加电力系统的稳定 性，从而保证输电线路的输送容量。 开断时间是标志断路器开断过程快慢的参数。 开断时间是指断路器接到分闸指令起到所有极中电弧都熄灭的时 间间隔。开断时间由分闸时间和燃弧时间两部分组成。 分闸时间指断路器接到分闸指令起到所有极的弧触头分离瞬间的 时间间隔。 燃弧时间是指断路器从首先分离极灭弧触头开始分离到所有极电 弧最终熄灭的时间间隔。 对于高压断路器．分闸时间和燃弧时间都必须尽量缩短。
（1）电压方面



标称电压：系统被指定的电压。 系统最高电压：运行中所出现的电压最高值， 不包括异常和暂态、瞬态的电压。 电气设备的额定电压：根据规定的工作条件， 由制造厂确定的电压。 设备最高电压：考虑到设备绝缘性能所确定的 最高运行电压，其数值等于所在系统的系统最 高电压。


有关标准规定，电气设备额定电压的数值应按设备最高 电压确定。 高压断路器在规定的正常使用和性能条件下，能够连续 运行的最高电压称为断路器的额定电压。
绪论
一、高压断路器的用途和基本结构 定义


断路器（Circuit Breaker）是指能关合、承载 和开断正常电路条件下的电流，也能在规定的 异常条件（例如过载、短路）下关合、承载一 定时间和开断电流的机械开关器件。 3kV及以上电力系统中使用的断路器称为高压 断路器 。

高压断路器的在电力系统中的作用





额定短时耐受（热稳定）电流： 在规定的使用和性能条件下， 在额定短路持续时间内，断路器在关合位置时能承载的电流有效 值。 额定短时耐受电流的标准值应从R10系列中选取，且应与断路器的 任何其它短路额定值不矛盾。 额定短路持续时间：断路器在合闸位置时能承载额定短时耐受电 流的时间间隔。 252kV及以上断路器的额定短路持续时间为2s；126kV及以下为4s 额定峰值耐受（动稳定）电流：在规定的使用和性能条件下，机 械开关在合闸位置时能承载的额定短时耐受电流第一个大半波的 电流峰值。其后短时耐受电流持续时间不应小于0.3s。 额定峰值耐受电流标准值等于2.5倍额定短时耐受电流。 按照电力系统特性和开关设备的操作特点，可能要求高于2.5倍额 定短时耐受电流的值，例如，当系统直流分量的衰减时间常数大 于45ms，或发电机、开关等，其倍数由产品技术条件作出规定。
高压断路器是电力系统中最重要的控制和和保护设备。 无论电力线路处在什么状态，例如空载、负载或短路 故障．当要求断路器动作时。它都应能可靠地动作， 或是关合，或是开断电路。概括地讲，高压断路器在 电网中起着两方面的作用：第一，控制作用。根据电 网运行需要，用高压断路器把一部分电力设备或线路 投入或退出运行。这种作用称为控制。第二，保护作 用。高压断路器还可以在电力线路或设备发生故障时 将故障部分从电网快速切除，保证电网中的无故障部 分正常运行。这种作用称为保护。总之，高压断路器 能够开断、关合及承载运行线路的正常电流．也能在 规定时间内承载、关合及开断规定的异常电流，如过 载电流和短路电流。
(2)电流方面


断路器长期通过工作电流时，各部分的温度 不得超过允许值，以保证断路器的工作可靠。 关于断路器各种情况下的允许温度在有关标准 中都有规定。断路器在关合位置通过短路电流 时，不应因电动力受到损坏，各部分温度也不 应超过短时工作的允许值，触头不应发生熔焊 和损坏。 标志这方面功能的参数有：额定电流，额定峰 值耐受电流，额走短时耐受电流相额定短路持 续时间，
高压断路器在电力系统中的使用情况

高压断路器的主要功能




在关合状态时应为良好的导体，不仅对正常电流而 且对规定的短路电流的短路电流也应能承受其发热 和电动力的作用； 在断开状态时应为良好的绝缘体，对地、相间及断 开间具有良好的绝缘特性； 在关合状态的任何时刻，应能在不发生危险过电压 的条件下，在尽可能短的时间内开断不超过额定短 路开断电流的电流； 在断开状态的任何时刻，应能在触头不发生熔焊和 烧蚀的情况下，在短时间内安全的地关合短路电流。
对高压断路器的主要要求 （基本技术参数）

电力系统的远行状态和负载性质是多种多样的， 作为控制、保护元件的高压断路器，要保证电 力系统的安全运行，对它的要求也是多方面的。 另外，断路器所处场所的自然环境变化也会对 断路器的工作性能产生影响。因此在断路器设 计时，应该全面考虑这些要求。
1 一般电气性能方面



额定电流：在规定使用和性能条件下能持续通过的 电流有效值。 额定电流值应从优先数系的R10中选取。所谓R10系 列即是按比值为递增或递减的级数。R10数系包括： 1、1.25、1.6、2、2.5、3.15、4、5、6.3、8各数 及其与10的倍数之乘积。 额定电流的大小确定了电器导电部分和触头的尺寸、 结构以及散热结构。这是因为允许的发热温度有规 定，当额定电流增大时，就要求导电部分的截面增 大，以减小损耗和增大散热面积。