第一章電力系統概述第一節(jié)我國電力工業(yè)的發(fā)展概況第二節(jié)發(fā)電廠和變電所的類型第三節(jié)發(fā)電廠變電所電氣設備概述思考題與習題第一節(jié)我國電力工業(yè)的發(fā)展概況

電能具有便于輸送、分配、使用、控制等優(yōu)點，被廣泛應用于現代工農業(yè)、交通運輸、科學技術、國防建設及人民生活中，已成為不可缺少的二次能源。電力工業(yè)的發(fā)展水平已成為衡量一個國家綜合國力和現代化水平的重要標志。我國具有豐富的能源資源?？砷_發(fā)利用的水能蘊藏量約為3.78億kW，居世界首位。到2005年底，我國發(fā)電裝機總容量為5億千瓦時。預計到2007年底，我國發(fā)電裝機容量將達到7億千瓦時。我國裝機容量和發(fā)電量均位列世界第二。第二節(jié)

發(fā)電廠和變電所類型

一、發(fā)電廠類型

■火力發(fā)電廠■水力發(fā)電廠■風力發(fā)電廠■核電廠■太陽能發(fā)電

二、變電所類型

■樞紐變電所■中間變電所■地區(qū)變電所■終端變電所1.能量轉換過程

燃料的化學能→熱能→機械能→電能2.火力發(fā)電廠三大主機

鍋爐汽輪機發(fā)電機3.火力發(fā)電廠分類

凝氣式火力發(fā)電廠，生產過程示意圖見1-1

熱電廠

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火力發(fā)電廠▉

火力發(fā)電廠—凝汽式火電廠生產過程示意圖▉

水力發(fā)電廠1.能量轉換過程水能（勢能）→機械能（動能）→電能2.水力發(fā)電廠分類（1）根據集中落差的方式：堤壩式（如圖1-2河床式水電廠）引水式混合式（2）根據運行的方式：有調節(jié)水電廠無調節(jié)水電廠抽水蓄能水電廠▉

水力發(fā)電廠—河床式水力發(fā)電廠▉

核電廠

核電廠是利用核能發(fā)電的電廠，這是一種大有發(fā)展前途的新能源，一般建在自然資源匱乏的缺電地區(qū)。核電機組與普通火力發(fā)電機組不同的是以核反應堆和蒸汽發(fā)生器替代了鍋爐設備，而汽輪機和發(fā)電機部分則基本相同。

圖1-3是核電廠發(fā)電方式示意圖。原子核反應堆是核電廠的核心部分，它是一個可以被控制的核裂變裝置，以鈾—235或鈾—238（或鈾—239）為燃料。核反應堆又分為壓水堆、重水堆、石墨堆等類型。我國已建成發(fā)電的核電廠有大亞灣和秦山核電廠。▉

核電廠—核電廠生產過程示意圖▉

變電所類型

電力系統的組成結構：電力系統由發(fā)電廠、變電所、線路和用戶組成。變電所是聯系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用。圖1-4是一個電力系統與電力系統示意圖。▉

變電所類型—電力系統與電力網示意圖

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樞紐變電所

樞紐變電所位于電力系統的樞紐點，匯集多個電源，連接電力系統高壓和中壓的幾個部分，電壓等級一般為330～500kV。這種變電所一旦停電，將造成大范圍停電，引起系統解列，甚至整個系統癱瘓。因此，樞紐變電所對電力系統運行的穩(wěn)定和可靠性起著重要作用。說明：330kV電壓為非國際標準電壓等級。在我國電力系統中只有個別輸電線路在使用。

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中間變電所

中間變電所的電壓等級一般為220～330kV，匯集2～3個電源和若干線路，高壓側起交換功率的作用，或使長距離輸電線路分段，同時降壓對一個區(qū)域供電。這樣的變電所在系統中主要起中間環(huán)節(jié)的作用，故稱中間變電所。全所停電后，將引起區(qū)域電網的解列。

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地區(qū)變電所和終端變電所

地區(qū)變電所地區(qū)變電所的電壓等級一般為110～220kV，主要向一個地區(qū)用戶供電，是一個地區(qū)或一個中小城市的主要變電所，一旦停電，將造成該地區(qū)或城市供電的紊亂，甚至中斷供電。

終端變電所終端變電所位于配電線路的末端，接近負荷處，電壓等級一般為35～110kV，經降壓后直接向用戶供電。降壓后的電壓一般為10kV和0.4kV，分別向不同的用戶供電。第三節(jié)發(fā)電廠、變電所電氣設備概述一、電氣一次設備二、二次設備三、電氣設備的主要額定參數

■額定電壓（kV）■額定電流（kA）■額定容量（kVA）

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電氣一次設備

在發(fā)電廠和變電所中，為了滿足用戶對電力的需求和保證電力系統運行的安全穩(wěn)定和經濟性，安裝有各種電氣設備。通常把直接生產、輸送、分配和使用電能的設備稱為一次設備。它們包括：（1）生產和轉換電能的設備。如發(fā)電機和變壓器等。（2）接通或斷開電路的開關設備。（3）載流導體。如母線、電纜等。（4）互感器?；ジ衅鞣譃殡妷夯ジ衅骱碗娏骰ジ衅鳌＃?）保護電器。如電抗器和避雷器等。（6）接地裝置。

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二次設備

在電力系統中為了能對電氣一次設備和系統的運行狀況進行測量、控制、保護和監(jiān)察而需要一些專門的設備，通常把這些設備稱為電氣二次設備。它們包括：（1）測量表計。如電壓表、電流表、功率表、電能表、頻率表等，用于測量一次電路中的電氣參數。（2）繼電保護及自動裝置。如各種繼電器和自動裝置等，用于監(jiān)視一次系統的運行狀況，迅速反應不正常情況并進行調節(jié)或作用于斷路器跳閘，切除故障。（3）直流設備。如直流發(fā)電機、蓄電池組、硅整流裝置等，為保護、控制和事故照明等提供直流電源。

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電氣設備的主要額定參數

—額定電壓

額定電壓是國家根據經濟發(fā)展的的需要，技術經濟的合理性，制造能力和產品系列性等各種因素所規(guī)定的電氣設備的標準電壓等級。我國規(guī)定的額定電壓，按電壓高低和使用范圍分為三類。

第一類額定電壓第一類額定電壓是100V及以下的電壓等級，主要用于安全照明、蓄電池及開關設備的直流操作電壓。直流為6、12、24、48V；交流單相為12V和36V，三相線電壓為36V。▉

電氣設備的主要額定參數

—額定電壓

第二類額定電壓第二類額定電壓是100～1000V之間的電壓等級。這類額定電壓應用最廣、數量最多，如動力、照明、家用電器和控制設備等。第三類額定電壓第三類額定電壓是1000V及以上的高電壓等級，見表1-3所示，主要用于電力系統中的發(fā)電機、變壓器、輸配電設備和用電設備。▉

電氣設備的主要額定參數—第三類額定電壓▉電氣設備的主要額定參數

—第三類額定電壓

對表1-3進行分析，可以發(fā)現存在以下規(guī)律：（1）用電設備的額定電壓與電網的額定電壓是相等的。（2）發(fā)電機的額定電壓比其所在電力網的電壓高5%。（3）變壓器一次線圈是接受電能，可看成是用電設備，其額定電壓與用電設備的額定電壓相等，而直接與發(fā)電機相連接的升壓變壓器的一次側電壓應與發(fā)電機電壓相配合。（4）變壓器的二次線圈（副線圈）相當于一個供電電源，它的空載額定電壓要比其所在電網的額定電壓高10%。但在3、6、10kV電壓時，由于這時相應的配電線路距離不長，二次線圈的額定電壓僅高出電網電壓5%。▉

電氣設備的主要額定參數

—額定電流

電氣設備的額定電流（銘牌中的規(guī)定值）是指在規(guī)定的周圍環(huán)境溫度和絕緣材料允許溫度下允許通過的最大電流值。當設備周圍的環(huán)境溫度不超過介質的規(guī)定溫度時，按照設備的額定電流工作，其各部分的發(fā)熱溫度不會超過規(guī)定值，電氣設備有正常的使用壽命。說明：周圍環(huán)境溫度一般指20℃。▉

電氣設備的主要額定參數

—額定容量

發(fā)電機、變壓器和電動機額定容量的規(guī)定條件與額定電流相同。變壓器的額定容量都是指視在功率（kV·A）值，表明最大一線圈的容量；發(fā)電機的額定容量可以用視在功率（kV·A）值表示，但一般是用有功功率（kW）值表示，這是因為拖動發(fā)電機的原動機（汽輪機、水輪機等）是用有功功率表示的；電動機的額定容量通常用有功功率（kW）值表示，因為它拖動的機械的額定容量一般用有功功率表示。▉

第一章緒論——思考題與習題1.發(fā)電廠和變電所的類型有哪些？2.分別說明發(fā)電廠的生產過程和變電所的作用。3.電氣一次設備及二次設備的作用及范圍是什么？4.供電設備、用電設備和電力網的額定電壓之間有什么關系？第二章電弧與電器觸頭的基本知識第一節(jié)電弧的形成與熄滅第二節(jié)交流電弧的特征及熄滅第三節(jié)熄滅交流電弧的基本方法第四節(jié)電弧觸頭的基本知識思考題與習題

第一節(jié)電弧的形成與熄滅一、電弧放電的特征和危害二、電弧的形成■弧柱中自由電子的主要來源

■電弧形成的過程三、電弧的熄滅■電弧的去游離形式■影響去游離的因素▉電弧放電的特征和危害1.電弧的概念當開關電器開斷電路時，電壓和電流達到一定值時，觸頭剛剛分離后，觸頭之間就會產生強烈的白光，稱為電弧。

2.電弧的本質電弧的實質是一種氣體放電現象。

3.電弧放電的特征

（1）電弧由三部分組成。包括陰極區(qū)、陽極區(qū)和弧柱區(qū)。（2）電弧溫度很高。（3）電弧是一種自持放電現象。（4）電弧是一束游離的的氣體。

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電弧放電的特征和危害4.電弧的危害（1）電弧的存在延長了開關電器開斷故障電路的時間，加重了電力系統短路故障的危害。（2）電弧產生的高溫，將使觸頭表面熔化和蒸化，燒壞絕緣材料。對充油電氣設備還可能引起著火、爆炸等危險。（3）由于電弧在電動力、熱力作用下能移動，很容易造成飛弧短路和傷人，或引起事故的擴大。

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電弧的形成—弧柱中自由電子的主要來源（1）

（1）熱電子發(fā)射當斷路器的動、靜觸頭分離時，觸頭間的接觸壓力及接觸面積逐漸縮小，接觸電阻增大，使接觸部位劇烈發(fā)熱，導致陰極表面溫度急劇升高而發(fā)射電子，形成熱電子發(fā)射。（2）強電場發(fā)射開關電器分閘的瞬間，由于動、靜觸頭的距離很小，觸頭間的電場強度就非常大，使觸頭內部的電子在強電場作用下被拉出來，就形成強電場發(fā)射。▉電弧的形成—

弧柱中自由電子的主要來源（2）

（3）碰撞游離從陰極表面發(fā)射出的電子在電場力的作用下高速向陽極運動，在運動過程中不斷地與中性質點（原子或分子）發(fā)生碰撞。當高速運動的電子積聚足夠大的動能時，就會從中性質點中打出一個或多個電子，使中性質點游離，這一過程稱為碰撞游離。（4）熱游離弧柱中氣體分子在高溫作用下產生劇烈熱運動，動能很大的中性質點互相碰撞時，將被游離而形成電子和正離子，這種現象稱為熱游離?；≈鶎щ娋褪强繜嵊坞x來維持的。

▉電弧的形成—電弧形成的過程

斷路器斷開過程中電弧是這樣形成的。觸頭剛分離時突然解除接觸壓力，陰極表面立即出現高溫熾熱點，產生熱電子發(fā)射；同時，由于觸頭的間隙很小，使得電壓強度很高，產生強電場發(fā)射。從陰極表面逸出的電子在強電場作用下，加速向陽極運動，發(fā)生碰撞游離，導致觸頭間隙中帶電質點急劇增加，溫度驟然升高，產生熱游離并且成為游離的的主要因素，此時，在外加電壓作用下，間隙被擊穿，形成電弧。▉

電弧的熄滅—電弧的去游離形式…（1）

電弧的去游離過程包括復合和擴散兩種形式。

1.復合

復合是正、負帶電質點相互結合變成不帶電質點的現象。由于弧柱中電子的運動速度很快，約為正離子的1000倍，所以電子直接與正離子復合的幾率很小。一般情況下，先是電子碰撞中性質點時，被中性質點捕獲變成負離子，然后再與質量和運動速度相當的正離子互相吸引而接近，交換電荷后成為中性質點。還有一種情況就是電子先被固體介質表面吸附后，再被正離子捕獲成為中性質點。▉電弧的熄滅—電弧的去游離形式…（2）2.擴散擴散是弧柱中的帶電質點逸出弧柱以外，進入周圍介質的現象。擴散有三種形式：（1）溫度擴散，由于電弧和周圍介質間存在很大溫差，使得電弧中的高溫帶電質點向溫度低的周圍介質中擴散，減少了電弧中的帶電質點；（2）濃度擴散，這是因為電弧和周圍介質存在濃度差，帶電質點就從濃度高的地方向濃度低的地方擴散，使電弧中的帶電質點減少；（3）利用吹弧擴散，在斷路器中采用高速氣體吹弧，帶走電弧中的大量帶電質點，以加強擴散作用。▉電弧的熄滅—影響去游離的因素…（1）

1.電弧溫度電弧是由熱游離維持的，降低電弧溫度就可以減弱熱游離，減少新的帶電質點的的產生。同時，也減小了帶電質點的運動速度，加強了復合作用。通過快速拉長電弧，用氣體或油吹動電弧，或使電弧與固體介質表面接觸等，都可以降低電弧的溫度。

2.介質的特性電弧燃燒時所在介質的特性在很大程度上決定了電弧中去游離的強度，這些特性包括：導熱系數、熱容量、熱游離溫度、介電強度等。若這些參數值大，則去游離過程就越強，電弧就越容易熄滅。▉

電弧的熄滅—影響去游離的因素…（2）3.氣體介質的壓力氣體介質的壓力對電弧去游離的影響很大。因為，氣體的壓力越大，電弧中質點的濃度就越大，質點間的距離就越小，復合作用越強，電弧就越容易熄滅。在高度的真空中，由于發(fā)生碰撞的幾率減小，抑制了碰撞游離，而擴散作用卻很強。因此，真空是很好的滅弧介質。

4.觸頭材料觸頭材料也影響去游離的過程。當觸頭采用熔點高、導熱能力強和熱容量大的耐高溫金屬時，減少了熱電子發(fā)射和電弧中的金屬蒸汽，有利于電弧熄滅。除了上述因素以外，去游離還受電場電壓等因素的影響。第二節(jié)交流電弧的特性及熄滅一、交流電弧的特性二、交流電弧的熄滅條件

■弧隙介質介電強度的恢復

■弧隙電壓的恢復過程

■交流電弧熄滅的條件

▉交流電弧的特性…（1）

在交流電路中，電流瞬時值隨時間變化，因而電弧的溫度、直徑以及電弧電壓也隨時間變化，電弧的這種特性稱為動特性。由于弧柱的受熱升溫或散熱降溫都有一定過程，跟不上快速變化的電流，所以電弧溫度的變化總滯后于電流的變化，這種現象稱為電弧的熱慣性。經過對圖2-2的分析，可見交流電弧在交流電流自然過零時將自動熄滅，但在下半周隨著電壓的增高，電弧又重燃。如果電弧過零后，電弧不發(fā)生重燃，電弧就此熄滅。

▉交流電弧的特性…（2）▉交流電弧的熄滅條件—弧隙介質介電強度的恢復

弧隙介質能夠承受外加電壓作用而不致使弧隙擊穿的電壓稱為弧隙的介質強度。當電弧電流過零時電弧熄滅，而弧隙的介質強度要恢復到正常狀態(tài)值還需一定的時間，此恢復過程稱之為弧隙介質強度的恢復過程，以耐受的電壓Uj（t）表示。

▉交流電弧的熄滅條件—弧隙電壓的恢復過程

電流過流前，弧隙電壓呈馬鞍形變化，電壓值很低，電源電壓的絕大部分降落在線路和負載阻抗上。電流過零時，弧隙電壓正處于馬鞍形的后蜂值處。電流過零后，弧隙電壓從后蜂值逐漸增長，一直恢復到電源電壓，這一過程中的弧隙電壓稱為恢復電壓，其電壓恢復過程以Uhf（t）表示。電壓恢復過程與線路參數、負荷性質等有關。受線路參數等因素的影響，電壓恢復過程可能是周期性的變化過程，也可能是非周期性的變化過程。▉交流電弧的熄滅條件—交流電弧的熄滅條件

如果弧隙介質強度在任何情況下都高于弧隙恢復電壓，則電弧熄滅；反之，如果弧隙恢復電壓高于弧隙介質強度，弧隙就被擊穿，電弧重燃。因此，交流電弧的熄滅條件為：

Uj（t）>Uhf（t）

Uj（t）—弧隙介質強度；

Uhf（t）—弧隙恢復電壓。第三節(jié)熄滅交流電弧的方法一、提高觸頭的分閘速度二、采用多斷口三、吹弧■吹弧氣流產生的方法■吹弧的方向四、短弧原理滅弧五、利用固體介質的狹縫狹溝滅弧六、采用耐高溫金屬材料制作觸頭七、采用優(yōu)質滅弧介質▉

提高觸頭的分閘速度

熄滅交流電弧的關鍵在于電弧電流過零后，弧隙的介質強度的恢復過程能否始終大于弧隙電壓的恢復過程。為了加強冷卻，抑制熱游離，增強去游離，在開關電器中裝設專用的滅弧裝置或使用特殊的滅弧介質，以提高開關的滅弧能力。迅速拉長電弧，有利于迅速減小弧柱中的電位梯度，增加電弧與周圍介質的接觸面積，加強冷卻和擴散的作用。因此，現代高壓開關中都采取了迅速拉長電弧的措施滅弧，如采用強力分閘彈簧，其分閘速度已達16m/s以上。▉

采用多斷口

每一相有兩個或多個斷口相串聯。在熄弧時，多斷口把電弧分割成多個相串聯的小電弧段。多斷口使電弧的總長度加長，導致弧隙的電阻增加；在觸頭行程、分閘速度相同的情況下，電弧被拉長的速度成倍增加，使弧隙電阻加速增大，提高了介質強度的恢復速度，縮短了滅弧時間。采用多斷口時，加在每一斷口上的電壓成倍減少，降低了弧隙的恢復電壓，亦有利于熄滅電弧。在要求將電弧拉到同樣的長度時，采用多斷口結構成倍減小了觸頭行程，也就減小了開關電器的尺寸。如圖2-10所示：▉采用多斷口—圖2-10▉

吹弧—吹弧氣流產生法...（1）

用新鮮而且低溫的介質吹拂電弧時，可以將帶電質點吹到弧隙以外，加強了擴散，由于電弧被拉長變細，使弧隙的電導下降。吹弧還使電弧的溫度下降，熱游離減弱，復合加快。按吹弧氣流的產生方法和吹弧方向的不同，吹弧可分為以下幾種。

1.吹弧氣流產生的方法有：

（1）用油氣吹弧用油氣作吹弧介質的斷路器稱為油斷路器。在這種斷路器中，有用專用材料制成的滅弧室，其中充滿了絕緣油。當斷路器觸頭分離產生電弧后，電弧的高溫使一部分絕緣油迅速分解為氫氣、乙炔、甲烷、乙烷、二氧化碳等氣體，其中氫的滅弧能力是空氣的7.5倍。這些油氣體在滅弧室中積蓄能量，一旦打開吹口，即形成高壓氣流吹弧。▉吹弧—吹弧氣流產生法...（2）

（2）用壓縮空氣或六氟化硫氣體吹弧將20個左右大氣壓的壓縮空氣或5個大氣壓左右的六氟化硫氣體（SF6）先儲存在專門的儲氣罐中，斷路器分閘時產生電弧，隨后打開噴口，用具有一定壓力的氣體吹弧。

（3）產氣管吹弧產氣管由纖維、塑料等有機固體材料制成，電弧燃燒時與管的內壁緊密接觸，在高溫作用下，一部分管壁材料迅速分解為氫氣、二氧化碳等，這些氣體在管內受熱膨脹，增高壓力，向管的端部形成吹弧。▉吹弧—吹弧方向法…（1）2.按吹弧的方向分為：（1）縱吹吹弧的介質（氣流或油流）沿電弧方向的吹拂稱為縱吹，縱吹能增強弧柱中的帶電質點向外擴散，使新鮮介質更好地與熾熱電弧接觸，加強電弧的冷卻，有利于迅速滅弧。

（2）橫吹橫吹時氣流或油流的方向與觸頭運動方向是垂直的，或者說與電弧軸線方向垂直。橫吹不但能加強冷卻和增強擴散，還能將電弧迅速吹彎吹長。有介質滅弧柵的橫吹滅弧室，柵片能更充分地冷卻和吸附電弧，加強去游離。在相同的工作條件下，橫吹比縱吹效果要好。

▉吹弧—吹弧方向法…（2）

▉吹弧—吹弧方向法…（3）

（3）縱橫吹橫吹滅弧室在開斷小電流時因室內壓力太小，開斷性能較差。為了改善開斷小電流時的滅弧性能，可將縱吹和橫吹結合起來。在大電流時主要靠橫吹，小電流時主要靠縱吹，這就是縱橫吹滅弧室。

▉短弧原理滅弧

滅弧裝置是一個金屬柵滅弧罩，利用將電弧分為多個串聯的短弧的方法來滅弧。由于受到電磁力的作用，電弧從金屬柵片的缺口處被引入金屬柵片內，一束長弧就被多個金屬片分割成多個串聯的短弧。如果所有串聯短弧陰極區(qū)的起始介質強度或陰極區(qū)的電壓降的總和永遠大于觸頭間的外施電壓，電弧就不再重燃而熄滅。采用缺口鐵質柵片，是為了減少電弧進入柵片的阻力，縮短燃弧時間。

▉利用固體介質的狹縫狹溝滅弧

滅弧裝置的滅弧片是由石棉水泥或陶土制成的。觸頭間產生電弧后，在磁吹裝置產生的磁場作用下，將電弧吹入又滅弧片構成的狹縫中，把電弧迅速拉長的同時，使電弧與滅弧片內壁緊密接觸，對電弧的表面進行冷卻和吸附，產生強烈的去游離。原理圖如2-16所示。石英砂熔斷器中的熔絲熔斷時，在石英砂的狹溝中產生電弧。由于受到石英砂的冷卻和表面吸附作用，使電弧迅速熄滅。同時，熔絲氣化時產生的金屬蒸汽滲入石英砂中遇冷而迅速凝結，大大減少了弧隙中的金屬蒸汽，使得電弧容易熄滅。原理圖如2-17所示。

▉利用固體介質的狹縫狹溝滅弧

▉用耐高溫金屬材料作觸頭、優(yōu)質滅弧介質

觸頭材料對電弧中的去游離也有一定影響，用熔點高、導熱系數和熱容量大的耐高溫金屬制作觸頭，可以減少熱電子發(fā)射和電弧中的金屬蒸汽，從而減弱了游離過程，有利于熄滅電弧。滅弧介質的特性，如導熱系數、電強度、熱游離溫度、熱容量等，對電弧的游離程度具有很大影響，這些參數值越大，去游離作用就越強。在高壓開關中，廣泛采用壓縮空氣、六氟化硫（SF6）氣體、真空等作為滅弧介質。第四節(jié)電氣觸頭的基本知識一、概述二、觸頭的接觸電阻三、觸頭的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定四、觸頭的分類和結構■按接觸面的形式分類■按結構形式類

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電氣觸頭基本知識概述1.觸頭的概念

電氣觸頭是指兩個導體或幾個導體之間相互接觸的部分，如母線或導線的接觸連接處以及開關電器中的動、靜觸頭。

2.對電氣觸頭的基本要求（1）結構可靠；（2）接觸電阻小且穩(wěn)定，有良好的導電性能和接觸性能；（3）通過規(guī)定電流時，發(fā)熱穩(wěn)定而且不超過允許值；（4）通過短路電流時，具有足夠的動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性；（5）開斷規(guī)定短路電流時，觸頭不被灼傷，不發(fā)生熔焊。

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觸頭的接觸電阻

觸頭在正常工作和通過短路電流時的發(fā)熱都與接觸電阻值有關，所以觸頭的質量在很大程度上取決于觸頭的接觸電阻值。正常情況下，觸頭間的接觸壓力、表面加工狀況、表面氧化程度及接觸情況等都會影響接觸電阻值。

1.觸頭間的壓力觸頭間的壓力越大，觸頭間的接觸電阻就越小。

2.觸頭材料及防氧化措施觸頭一般由銅、黃銅和青銅等材料制成。為防止觸頭表面被氧化，一般需要采取鍍錫、鍍銀和涂防腐漆和凡士林油等措施加以防護。

▉觸頭的熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定

觸頭在長期負荷電流下工作時，由于接觸電阻的存在，觸頭要發(fā)熱，使其溫度升高，同時也向周圍介質散熱，當發(fā)熱量等于散熱量時，觸頭就穩(wěn)定在工作溫度下運行。這個溫度值小于觸頭材料長期允許的溫度。因此，觸頭是安全的。由于負荷電流相對于短路電流要小得多，所產生的電動力不會影響觸頭的正常工作。當觸頭短時間內通過大電流時，如短路電流、電動機的起動電流等，所產生的熱效應和電動力具有沖擊特性，對觸頭能否正常工作造成很大威脅，可能使觸頭熔焊和短時過熱、觸頭接觸壓力下降等后果。因此，開關電器必須采取有效措施，保證在通過短路電流時有足夠的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。

▉觸頭的分類及其結構1.按接觸面的形式分類（1）點接觸是指兩個觸頭間的接觸面為點接觸的觸頭，如球面和平面接觸、兩個球面接觸等都是點接觸。這種接觸點較固定、接觸電阻穩(wěn)定、觸頭結構簡單；但接觸面積小不宜通過較大電流、熱穩(wěn)定性差。（2）線接觸是指兩個觸頭的接觸面為線接觸的觸頭，如柱面與平面接觸，或兩個圓柱面間的接觸等都屬于線接觸。這種接觸電阻較小，接觸面比較穩(wěn)定。（3）面接觸是指兩個平面或兩個曲面的接觸。在受到較大壓力時，接觸點數和實際接觸面積仍比較小。

▉觸頭的分類及其結構2.按結構形式分類（1）固定觸頭固定觸頭是指連接導體之間不能相對移動的觸頭。固定觸頭按其連接方式可分為可拆卸和不可拆卸兩類。（2）可斷觸頭可斷觸頭按其結構可分為對接式和插入式兩大類。（3）可動觸頭可動觸頭也叫中間觸頭，又稱滑動觸頭，是指在工作中被連接的導體總是保持接觸，能由一個接觸面沿著另一個接觸面滑動的觸頭。

▉電弧與電氣觸頭的基本知識—思考題（1）電弧有什么特征？對電力系統和電氣設備有哪些危害？（2）電弧的游離和去游離方式各有哪些？影響去游離的因素是什么？（3）交流電弧有什么特征？熄滅交流電弧的條件是什么？（4）什么是弧隙介質強度和弧隙恢復電壓？（5）斷路器開斷短路電流時，弧隙電壓的恢復過程有那幾種形式？各有什么特點？（6）開關電器中常采用的基本滅弧方法有哪些？各自的原理何在？（7）什么是電氣觸頭？電氣觸頭有哪些形式？（8）什么是觸頭的接觸電阻？影響接觸電阻的因素有哪些？第二章內容結束再見!第三章高壓開關電器第一節(jié)高壓開關電器概述第二節(jié)高壓斷路器第三節(jié)高壓斷路器的操動機構第四節(jié)隔離開關第五節(jié)高壓熔斷器第六節(jié)高壓負荷開關第七節(jié)自動重合器第八節(jié)自動分段器思考題與習題第一節(jié)高壓開關概述一、高壓開關電器的作用二、高壓開關電器的分類

▉按電壓等級分類▉按安裝地點分類▉按功能分類

▉

高壓開關電器的作用

開關電器是發(fā)電廠、變電所以及各類配電裝置中不可缺少的電氣設備，它們的作用是：（1）正常工作情況下可靠地接通或斷開電路；（2）在改變運行方式時進行切換操作；（3）當系統中發(fā)生故障時迅速切除故障部分，以保證非故障部分的正常運行；（4）設備檢修時隔離帶電部分，以保證工作人員的安全。

▉高壓開關電器的分類

（1）按電壓等級分類高壓開關電器和低壓開關電器兩類。（2）按安裝地點分類屋內式和屋外式兩類。（3）按功能分類斷路器隔離開關熔斷器負荷開關自動重合器和自動分段器第二節(jié)高壓斷路器一、高壓斷路器的用途和要求

▉高壓斷路器的用途▉高壓斷路器的基本要求二、高壓斷路器的分類和特點

▉高壓斷路器的分類▉高壓斷路器的特點三、高壓斷路器的技術參數和型號

▉高壓斷路器的技術參數▉高壓斷路器的型號四、高壓短路器的基本結構和工作原理

▉真空斷路器和SF6斷路器▉高壓斷路器的用途

高壓斷路器是高壓電器中最重要的設備，是一次電力系統中控制和保護電路的關鍵設備。它在電網中的作用有兩方面：

第一，是控制作用，即根據電力系統的運行要求，接通或斷開工作電路；

第二，是保護作用，當系統中發(fā)生故障時，在繼電保護裝置的作用下，斷路器自動斷開故障部分，以保證系統中無故障部分的正常運行。▉高壓斷路器的基本要求

斷路器在電力系統中承擔著非常重要的任務，不僅能接通或斷開負荷電流，而且還能斷開短路電流。因此，斷路器必須滿足以下基本要求。（1）工作可靠；（2）具有足夠的開斷能力；（3）具有盡可能短的切斷時間。（4）具有自動重合閘性能（5）具有足夠的機械強度和良好的穩(wěn)定性能（6）結構簡單、價格低廉▉高壓斷路器的分類

1.按安裝地點分類高壓斷路器按安裝地點可分為屋內式和屋外式兩種。

2.按所采用的滅弧介質分類

（1）油斷路器（多油斷路器和少油斷路器）（2）壓縮空氣斷路器（3）真空斷路器（4）SF6斷路器▉高壓斷路器的特點高壓斷路器的特點：

▉結構特點

▉技術性能特點

▉運行維護特點▉高壓斷路器的結構特點1.結構特點（1）多油斷路器。結構簡單，制造方便，便于在套管上加裝電流互感器，配套性強；耗鋼、耗油量大、體積大、重量重；屬自能式滅弧結構。（2）少油斷路器。結構簡單，制造方便，可配用各種操動機構；比多油斷路器油量少、重量輕；采用積木式結構，便于制成各種電壓等級產品。（3）壓縮空氣斷路器。結構比較復雜，工藝和材料要求高；有色金屬消耗量大、價格高；需要裝設專用的空氣壓縮系統；操動機構與斷路器合為一體；體積和重量比較輕。▉高壓斷路器的結構特點

（4）真空斷路器。滅弧室材料及工藝要求高；體積小、重量輕；觸頭不易氧化；滅弧室的機械強度比較差，不能承受較大的沖擊振動。（5）六氟化硫斷路器。結構簡單，工藝及密封要求嚴格，對材料要求高；體積小、重量輕；用于封閉式組合電器時，可大量節(jié)省占地面積。▉高壓斷路器的技術特點2.技術性能特點（1）多油斷路器。額定電流不易做得很大；開斷小電流時，燃弧時間較長；開斷電路的速度較慢；油量多，有發(fā)生爆炸和火災的危險性。（2）少油斷路器。開斷電流大，10kV等級可通過加并聯回路以提高額定電流；110kV及以上電壓等級時采用積木結構；全開斷時間較短；增加壓油活塞裝置加強機械油吹后，提高開斷小電流的能力；存在火災危險。（3）壓縮空氣斷路器額定電流和開斷電流都可以做得很大，適合開斷大容量電路；動作快，全開斷時間短；快速自動重合閘時斷流容量不降低；無火災危險。▉高壓斷路器的技術特點

（4）真空斷路器?？蛇B續(xù)多次操作，開斷性能好；滅弧迅速，開斷時間短；開斷電流及斷口電壓不易做得很高；無火災危險；開距小，約為同等電壓油斷路器觸頭開距的1/10左右；所需操作能量小；開斷時產生的電弧能量??；滅弧室的機械壽命和電氣壽命都很高。（5）六氟化硫斷路器。額定電流和開斷電流都可以做得很大；開斷性能好，適合于各種工況開斷；SF6氣體滅弧、絕緣性能好，故斷口電壓可做得較高；斷口開距小。

▉高壓斷路器的運行維護特點3.運行維護特點（1）多油斷路器。運行維護簡單；噪聲低；檢修周期短；需配備一套油處理裝置。（2）少油斷路器。運行經驗豐富，易于維護；噪聲低；油質容易劣化；需配備一套油處理裝置。（3）壓縮空氣斷路器。維修周期長；噪聲較大；無火災危險；需要一套壓縮空氣裝置作為氣源；運行費用大。（4）真空斷路器。運行維護簡單，滅弧室不需要檢修；噪聲低；運行費用低；無火災和爆炸危險。（5）六氟化硫斷路器。維護工作量小；噪聲低；檢修周期長；運行穩(wěn)定，安全可靠，壽命長；可頻繁操作。

▉高壓斷路器的技術參數1．額定電壓（UN）

2．最高工作電壓

3.額定電流（ＩN）4．額定開斷電流（ＩNbr）5．額定斷流容量（SNbr）6．關合電流（iNcl）7．動穩(wěn)定電流（ies）8．熱穩(wěn)定電流（it）9．全開斷（分閘）時間（tkd）10．合閘時間

11．操作循環(huán)

▉高壓斷路器的技術參數

1．額定電壓（UN）額定電壓是指斷路器長時間運行時能承受的正常工作電壓。它不僅決定了斷路器的絕緣水平，而且在相當程度上決定了斷路器的總體尺寸。

2．最高工作電壓

由于電網不同地點的電壓可能高出額定電壓10％左右，故制造廠規(guī)定了斷路器的最高工作電壓。對于220kV及以下設備，其最高工作電壓為額定電壓的1.15倍；對于330kV的設備，規(guī)定為1.1倍。

▉高壓斷路器的技術參數

3.額定電流（ＩN）額定電流是指銘牌上標明的斷路器可長期通過的工作電流。斷路器長期通過額定電流時，各部分的發(fā)熱溫度不會超過允許值。額定電流也決定斷路器觸頭及導電部分的截面。

4．額定開斷電流（ＩNbr）

額定開斷電流是指斷路器在額定電壓下能正常開斷的最大短路電流的有效值。它表征斷路器的開斷能力。開斷電流與電壓有關。當電壓不等于額定電壓時，斷路器能可靠切斷的最大短路電流有效值，稱為該電壓下的開斷電流。當電壓低于額定電壓時，開斷電流比額定開斷電流有所增大。

▉高壓斷路器的技術參數

5．額定斷流容量（SNbr）額定斷流容量也表征斷路器的開斷能力。在三相系統中，它和額定開斷電流的關系為式中UN為斷路器所在電網的額定電壓，ＩNbr為斷路器的額定開斷電流，由于UN不是殘壓，故額定斷流容量不是斷路器開斷時的實際容量。

6．關合電流（iNcl）保證斷路器能關合短路而不致于發(fā)生觸頭熔焊或其它損傷，所允許接通的最大短路電流。

▉高壓斷路器的技術參數

7．動穩(wěn)定電流（ies）動穩(wěn)定電流是指斷路器在合閘位置時，允許通過的短路電流最大峰值。它是斷路器的極限通過電流，其大小由導電和絕緣等部分的機械強度所決定，也受觸頭的結構形式的影響。

8．熱穩(wěn)定電流（it）熱穩(wěn)定電流是指在規(guī)定的某一段時間內，允許通過斷路器的最大短路電流。熱穩(wěn)定電流表明了斷路器承受短路電流熱效應的能力。▉高壓斷路器的技術參數9．全開斷（分閘）時間（tkd）全開斷時間是指斷路器接到分閘命令瞬間起到各相電弧完全熄滅為止的時間間隔，它包括斷路器固有分閘時間tgf和燃弧時間th，即tkd=tgf+th

斷路器固有分閘時間是指斷路器接到分閘命令瞬間到各相觸頭剛剛分離的時間；燃弧時間是指斷路器觸頭分離瞬間到各相電弧完全熄滅的時間。全開斷時間tkd是表征斷路器開斷過程快慢的主要參數。tkd越小，越有利于減小短路電流對電氣設備的危害、縮小故障范圍、保持電力系統的穩(wěn)定。如圖3-1所示。

▉高壓斷路器的技術參數

▉高壓斷路器的技術參數

10．合閘時間合閘時間是指從操動機構接到合閘命令瞬間起到斷路器接通為止所需的時間。合閘時間決定于斷路器的操動機構及中間傳動機構。一般合閘時間大于分閘時間。

11．操作循環(huán)操作循環(huán)也是表征斷路器操作性能的指標。自動重合閘操作循環(huán)：分——θ——合分——t——合分非自動重合閘操作循環(huán)：分——t——合分——t——合分上二式中分——分閘操作；合分——合閘后立即分閘的動作；

θ——無電流間隔時間，標準值為0.3s或0.5s；

t——強送電時間，標準時間為180s。

▉高壓斷路器的型號第一單元是產品字母代號：S—少油斷路器；D—多油斷路器；

K—空氣斷路器；L—六氟化硫斷路器；Z—真空斷路器；

Q—自產氣斷路器；C—磁吹斷路器。第二單元是裝設地點代號：N—戶內式；W—戶外式。第三單元是設計序號。第四單元是額定電壓，kV。第五單元是補充工作特性標志：G—改進型；F—分相操作。第六單元是額定電流，A。第七單元是額定開斷電流，kA。

▉高壓真空斷路器1.高壓真空斷路器概述2.高壓真空斷路器的結構3.高壓真空斷路器的分類4.高壓真空斷路器的滅弧室5.真空斷路器的操作過電壓及抑制方法

▉高壓真空斷路器概述

真空斷路器利用真空度約為10-4Pa（在運行過程中不低于10-2Pa）的高真空作為內絕緣和滅弧介質。真空間隙的氣體稀薄，分子的自由行程較大，發(fā)生碰撞游離的幾率很小。所以，真空擊穿產生電弧，是由觸頭蒸發(fā)出來的金屬蒸氣幫助形成的。隨著冶金等技術的不斷進步，真空斷路器的制造水平不斷提高，在60年代制成能開斷20kA的真空斷路器，70年代制造出開斷能力達60～80kA，電壓等級為10～35kV的真空斷路器，使真空斷路器35kV及以下電壓等級中處于優(yōu)勢地位。

▉高壓斷路器的基本結構

真空斷路器是由真空滅弧室、絕緣支撐、傳動機構、操動機構、機座（框架）等組成，如圖3-6所示。導電回路由導電夾、軟連接、出線板通過滅弧室兩端組成。真空斷路器的固定方式不受安裝角度限制，即可以水平安裝，又可以垂直安裝，還可以任意角度安裝。

▉高壓真空斷路器的分類

按真空滅弧室的布置方式可分為落地式和懸掛式兩種基本形式，以及這兩種方式相結合的綜合式和接地箱式。

（1）落地式是將真空滅弧室安裝在上方，用絕緣子支持，操動機構設置在底座的下方，上下兩部分由傳動機構通過絕緣桿連接起來。如圖3-6所示。

落地式優(yōu)點：傳動效率高，分合閘操作時直上直下，傳動環(huán)節(jié)少，摩擦阻力?。环€(wěn)定性好，操作時振動小；便于操作人員觀察和更換滅弧室；產品系列性強，而且容易實現戶內外產品的相互交換。

落地式缺點：總體高度較高，操動機構檢修不方便。

▉高壓真空斷路器的分類

（２）懸掛式真空斷路器，是將真空滅弧室用絕緣子懸掛在底座框架前方，而操動機構設置在后方（即框架內部），前后兩部分用（絕緣傳動）桿連接起來。圖3-7所示為ZN28-10型斷路器外型圖，它采用懸掛式結構，真空斷路器裝在一個手車上，主要由機架、真空滅弧室及傳動系統組成。

懸掛式優(yōu)點：宜用于手車式開關柜。由于操動機構與高電壓隔離，便于檢修。

懸掛式缺點：總體深度尺寸大，用鐵多，質量重；絕緣子承受彎曲力；操作時滅弧室振動大；傳動效率不高。因此，懸掛式真空斷路器一般只適用于中等電壓以下的產品。

▉高壓真空斷路器的分類

▉高壓真空斷路器的滅弧室

真空滅弧室的外殼是由絕緣筒、兩端的金屬蓋板和波紋管所組成的密封容器。滅弧室內有一對觸頭，分別焊接在各自的導電桿上，波紋管可以在軸向上自由伸縮。

▉高壓真空斷路器的滅弧室

（1）外殼。外殼是真空滅弧室的密封容器，它不僅要容納和支持滅弧室內的各種部件，而且當動、靜觸頭在斷開位置時起絕緣作用。因此，整個外殼通常由絕緣材料和金屬組成。對外殼的要求首先是氣密封要好；其次是要有一定的機械強度；再是有良好的絕緣性能。

（2）波紋管。波紋管既要保證滅弧室完全密封，又要在滅弧室外部操動時使觸頭作分合運動。常用的波紋管有液壓成形和膜片焊接兩種形式。所用材料以不銹鋼為最好。波紋管的側壁可在軸向上伸縮，其允許伸縮量決定了滅弧室所能獲得的觸頭最大開距。一般情況下，波紋管的疲勞壽命也決定了滅弧室的機械壽命。

▉高壓真空斷路器的滅弧室

（3）屏蔽罩。觸頭周圍的屏蔽罩主要是用來吸附燃弧時觸頭上蒸發(fā)的金屬蒸氣，防止絕緣外殼因金屬蒸氣的污染而引起絕緣強度降低和絕緣破壞，同時，也有利于熄弧后弧隙介質強度的迅速恢復。屏蔽罩還能起到使滅弧室內部電壓均勻分布的作用。在波紋管外面用屏蔽罩，可使波紋管免遭金屬蒸氣的燒損。屏蔽罩的導熱性能越好，其表面冷卻電弧的能力也就越好。因此，制造屏蔽罩常用材料為無氧銅、不銹鋼和玻璃，銅是最常用的。▉高壓真空斷路器的滅弧室

（4）觸頭。觸頭是真空滅弧室內最為重要的元件，滅弧室的開斷能力和電氣壽命主要由觸頭狀況來決定。目前真空滅弧室的觸頭系統，就接觸方式而言，都是對接式的。根據觸頭開斷時滅弧的基本原理的不同，可分為非磁吹觸頭和磁吹觸頭兩大類。▉高壓真空斷路器的操作過電壓

用真空斷路器斷開電路時，可能會出現操作過電壓，主要形式有：截流過電壓，所謂截流就是強制交流電流在自然過零前突然過零的現象，由于電路中存在電感，因此會發(fā)生過電壓；切斷電容性負載時的過電壓，這是因熄弧后間隙發(fā)生重擊穿而引起的。所以，真空斷路器的重擊穿幾率越小越好；高頻多次重燃過電壓，斷路器開斷感性電流時，當間隙被擊穿后電弧重燃，因電路參數影響，擊穿后電流中含有高頻分量。當高頻分量的幅值很大時，受其影響，間隙被反復擊穿，使負載側的電壓不斷升高，從而產生較高的過電壓。▉高壓真空斷路器操作過電壓的抑制方法

①采用低電涌真空滅弧室。這種滅弧室既可降低截流過電壓，又可提高開斷能力。

②在負載端并聯電容。既可以降低，也可減緩恢復電壓的上升陡度。

③在負載端并聯電阻和電容。它不僅能降低截流過電壓及其上升速度，而且在高頻重燃時可使振蕩過程強烈衰減，對抑制多次重燃過電壓有較好的效果，電阻一般選100～200Ω，電容選0.1～0.2μF。

④串聯電感?？山档瓦^電壓的上升陡度和幅值。

⑤安裝避雷器。用它限制過電壓的幅值。

▉六氟化硫斷路器1.SF6斷路器的外觀圖2.SF6氣體的介電特性3.SF6斷路器的結構類型4.SF6斷路器滅弧室結構及滅弧過程5.LW16-35型斷路器6.LW8-35型斷路器

▉SF6斷路器的外觀圖（1）六氟化硫斷路器的外觀圖(2)▉SF6氣體的介電特性

SF6氣體是一種無色、無臭、無毒和不可燃的惰性氣體，化學性能穩(wěn)定，具有優(yōu)良的滅弧和絕緣性能。SF6氣體滅弧性能特別強的原因主要是：（1）SF6氣體的分子在分解時吸收的能量多，對弧柱的冷卻作用強。（2）SF6氣體在高溫時分解出的硫、氟原子和正負離子，與其他滅弧介質相比，在同樣的弧溫時有較大的游離度。在維持相同游離度時，弧柱溫度較低。因此，SF6氣體中電弧電壓較低，燃弧時的電弧能量小，對滅弧有利。▉SF6氣體的介電特性

（3）SF6氣體分子的負電性強。所謂負電性，是指SF6氣體吸附自由電子形成負離子的特性。SF6氣體負電性強，加強了去游離，降低導電率。在電弧電流過零后，弧柱溫度將急劇下降，分解物急速復合。因此，SF6氣體弧隙的介質性能恢復速度很高，能耐受很高恢復電壓，電弧在電流過零后難重燃。在SF6斷路器中，在水分參與下將產生強腐蝕性的分解產物HF。這種物質對絕緣材料、金屬材料、玻璃、電瓷等含硅材料有很強的腐蝕性。因此，必須嚴格控制SF6氣體中的水分。常采用的措施有：加強斷路器的密封；組裝斷路器時，先要對零部件進行徹底烘干；嚴格控制SF6氣體中含水量；嚴格控制斷路器充氣前的含水量；在SF6斷路器內部加裝吸附劑。

▉SF6斷路器的結構類型

SF6斷路器結構按照對地絕緣方式不同分兩種類型：

（1）落地罐式這種斷路器的總體結構與多油斷路器相似，圖3-11所示。它把觸頭和滅弧室裝在充有SF6氣體并接地的金屬罐中，觸頭與罐壁間絕緣采用環(huán)氧支持絕緣子，引出線靠絕緣瓷套管出。該結構便于安裝電流互感器，抗震性能好，但系列性能差。

（2）瓷柱式瓷柱式斷路器滅弧室可布置成“T”形或“Y”形，220kVSF6斷路器隨開斷電流增大，制成單斷口斷路器，布置成單柱式，如圖3-12所示。滅弧室位于高電位，靠支柱絕緣瓷套對地絕緣。

▉SF6斷路器的結構類型

圖3-12單壓式固定開距滅弧室絕緣套支柱型斷路器

▉SF6斷路器的結構類型注意：本圖形從中間分開，圖形全貌可以參考上一頁。▉SF6斷路器滅弧室的結構與滅弧過程SF6斷路器滅弧室結構基本上可為單壓式和雙壓式兩種。

（1）單壓式（壓氣式）滅弧室單壓式滅弧室又稱壓氣式滅弧室。只有一個氣壓系統，即常態(tài)時只有單一的SF6氣體。滅弧室的可動部分帶有壓氣裝置，分閘過程中，壓氣缸與觸頭同時運動，將壓氣室內的氣體壓縮。觸頭分離后，電弧即受到高速氣流縱吹而將電弧熄滅。

單壓式滅弧室又分為變開距和定開距兩種。

圖3-13所示為變開距單壓式滅弧室的工作原理。

▉SF6斷路器滅弧室的結構與滅弧過程

壓力活塞是固定不動的。圖（a）所示觸頭在合閘位置。分閘時，操動機構通過拉桿使動觸頭、動弧觸頭、絕緣噴嘴和壓氣缸運動，在壓力活塞與壓氣缸之間產生壓力。（b）所示為產生壓力的情況。當動靜觸頭分離后，觸頭間產生電弧，同時壓氣缸內SF6氣體在壓力作用下吹向電弧，使電弧熄滅，如圖（c）所示。當電弧熄滅后，觸頭在分閘位置，如圖（d）所示。因為電弧可能在觸頭運動的過程中熄滅，所以這種結構的滅弧室稱為變開距滅弧室。在定開距滅弧室中，壓氣活塞是固定不動的，靜觸頭與動觸頭之間的開距也是固定不變的。

▉SF6斷路器滅弧室的結構與滅弧過程

（2）雙壓式滅弧室它有高壓和低壓兩個氣壓系統。滅弧時，高壓室控制閥打開，高壓SF6氣體經過噴嘴吹向低壓系統，再吹向電弧使其熄滅。滅弧室內正常時充有高壓氣體的稱為常充高壓式；僅在滅弧過程中才充有高壓氣體的稱為瞬時充高壓式。單壓式結構簡單，但開斷電流小、行程大，固有分閘時長，而且操動機構的功率大。近年來，單壓式SF6斷路器采用了大功率液壓機構和雙向吹弧，以被廣泛采用，并逐漸取代雙壓式。▉SF6斷路器滅弧室的結構與滅弧過程

▉LW16-35型斷路器

下面以LW16-35型斷路器為例介紹SF6斷路器的結構及工作原理。（1）LW16-35型斷路器結構。其外形如圖3-14所示。三相固定在一個公共底架上，各相的SF6氣體都與總氣管連通，每相的低箱上有一伸出的轉軸，在上面裝有外拐臂并與連桿相連，L1相轉軸通過四連桿與過渡軸相連，過渡軸再通過另一個四連桿與操動機構的輸出軸相連，分閘彈簧連在L2、L3兩相轉軸的外拐臂上。

▉LW16-35型斷路器

每相由底箱和上、下瓷套組成。在上瓷套內裝有滅弧室，并承受斷口電壓，下瓷套承受對地電壓，內絕緣介質為SF6氣體。分閘時，操動機構脫扣后，在分閘彈簧作用下，三相的轉軸按順時針轉動，通過內拐臂和絕緣拉桿使導電桿向下運動，使斷路器分閘。合閘時，在操動機構作用下，過渡軸順時針運動，帶動三相轉軸沿逆時針方向轉動，使導電桿向上運動，完成合閘動作。

▉LW16-35型斷路器

（2）自能旋弧式滅弧室工作原理

LW16-35型斷路器采用膨脹式滅弧原理。分閘時，動觸頭向下運動，動、靜觸頭之間產生電弧。當靜觸頭上的弧根轉移到弧環(huán)上之后，旋弧線圈被串聯進電路，并產生旋轉磁場，使電弧旋轉。均勻加熱SF6氣體，氣體壓力升高，與噴口下游形成壓差，產生強烈噴口氣吹，在電流過零時，自然熄弧，其滅弧能力隨開斷電流而自動調節(jié)。這種斷路器具有良好的開斷性能，而且由于電弧不斷的旋轉，使觸頭和滅弧室的燒損均勻且輕微。▉LW16-35型斷路器結構圖

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LW8-35型斷路器

圖3-15所示為LW8-35型斷路器外形圖，這是一種戶外高壓罐式結構的斷路器，主要由瓷套、電流互感器、滅弧室、外殼、吸附器、傳動箱、連桿、底架及彈簧操動機構等部分組成。斷路器采用三相分立的落地罐式結構，具有壓氣式滅弧室，滅弧室為單壓力壓氣式結構，如圖3-16所示。用銅管連通三相斷路器中的SF6氣體。這種滅弧室主要由靜觸頭、動觸頭、外殼、汽缸及噴口等部件組成，上、下絕緣子及絕緣拉桿構成了動、靜觸頭的對地絕緣。

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LW8-35型斷路器

LW8-35型斷路器可裝設12只管式電流互感器，每一種互感器有四個接頭，可以獲得三種互感比。該斷路器配用CT14型彈簧操動機構。其合閘彈簧的儲能方式有電動儲能和手動儲能，分、合閘操作有分、合閘電磁鐵操作和手動按扭操作兩種操作方式。

▉

LW8-35型斷路器外形圖

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LW8-35型斷路器外形圖第三節(jié)高壓斷路器操動機構一、操動機構的外形圖二、操動機構的分類和基本要求

▉操動機構的分類▉操動機構的基本要求二、操動機構的結構和動作原理

▉電磁操動機構（CD型）▉彈簧操動機構（CT型）▉液壓操動機構（CY型）▉斷路器的操動機構外形圖（1）▉斷路器的操動機構外形圖（2）▉斷路器的操動機構外形圖（3）▉斷路器的操動機構外形圖（4）

▉斷路器的操動機構的分類

操動機構是帶動高壓斷路器傳動機構進行合閘和分閘的機構。依斷路器合閘時所用能量形式不同，操動機構可分以下幾種。（1）手動機構（CS型）指用人力進行合閘的操動構。（2）電磁機構（CD型）指用電磁鐵合閘的操動機構。（3）彈簧機構（CT型）指事先用人力或電動機使彈簧儲能實現合閘的彈簧合閘操動機構。

▉斷路器的操動機構的分類（4）電動機機構（CJ型）用電動機合閘與分閘的操動機構。（5）液壓機構（CY型）指用高壓油推動活塞實現合閘與分閘的操動機構。（6）氣動機構（CQ型）指用壓縮空氣推動活塞實現合閘與分閘的操動機構。▉斷路器操動機構的基本要求

（1）具有足夠的操作功率。在操作合閘時，操動機構要輸出足夠的操作功，以克服機械力和電動力使斷路器可靠合閘，并保證有足夠的合閘速度。（2）具有維持合閘的裝置。由于操動機構需要很大的合閘功，所以操動機構是按短時間提供合閘能量來設計的。因此，操動機構中必須有維持合閘的裝置（3）具有盡可能快的分閘速度。操動機構應具備電動和手動分閘功能。當接到分閘命令后，斷路器應盡可能快速分閘，并能滿足滅弧性能的要求。▉斷路器操動機構的基本要求

（4）具有自由脫扣裝置。所謂自由脫扣，是指在斷路器合閘過程中如操動機構又接到分閘命令，則操動機構不應繼續(xù)執(zhí)行合閘命令而應立即分閘。（5）具有“防跳躍”功能。當斷路器關合有短路故障電路時，斷路器將自動分閘。此時若合閘命令還未解除，則斷路器分閘后將再次合閘，接著又會分閘。這樣，斷路器就可能連續(xù)多次合分短路電流，這一現象稱為“跳躍”?！疤S”對斷路器以及電路都有很大危害，必須加以防止。（6）具有自動復位功能。斷路器分閘后，操動機構應能自動地回復到準備合閘的位置。（7）具備工作可靠、結構簡單、體積小、重量輕、操作方便、價格低廉等特點

▉電磁操動機構（CD型）

電磁操動機構是用電磁鐵將電能變成機械能作為合閘動力。優(yōu)點：結構簡單，工作可靠，能用于自動重合閘和遠距離操作。缺點：合閘線圈消耗的功率太大，機構結構笨重，合閘時間長。

圖3-17所示為CD10型電磁操動機構，主要用來操作35kV及以下的少油斷路器。CD10型是一種戶內壁掛式電磁操動機構。由自由脫扣機構、維持機構、電磁系統和緩沖系統等組成。可以電動合閘、手動合閘、非正常手動合閘，也可以進行自動重合閘。操動電源采用直流220V或110V。

▉電磁操動機構的結構原理（CD型）

（1）結構原理①合閘電磁系統

電磁系統在操動機構的中、下部，主要由合閘線圈、合閘鐵芯、鑄鐵支架、內圓筒、外鐵筒、緩沖法蘭及復位彈簧等組成。鑄鐵支架的水平部分、外鐵筒和緩沖法蘭的上部經鐵芯組成一個閉合磁路。②維持機構

如圖3-18所示，維持機構由托架7和彈簧9組成。托架由兩塊形狀相同的彎板相互固定，其間可通過合閘鐵芯的頂桿11，并可繞一固定的轉動軸8向左偏轉，但不能倒向右側。合閘位置時，托架托住滾輪（軸10）不使其下落，維持合閘狀態(tài)。

▉電磁操動機構（CD型）

③自由脫扣機構該機構位于操動軸拐臂（連桿6）和合閘電磁系統之間，由連桿（2、3、4、）、支撐桿和分閘鐵芯等組成。當斷路器在合閘前后及合閘過程中時，連桿2和3處于“死點”位置，即自由脫扣機構處于入扣位置；當操動機構接到分閘命令時，分閘鐵芯向上頂起，連桿2和3解除“死點”，滾輪（軸10）落下，這時，自由脫扣機構處于脫扣位置。

④緩沖系統在機構的下部，由帽狀鑄鐵蓋和分閘橡膠緩沖墊組成。橡膠緩沖墊用于鐵芯合閘后下落時緩沖之用。

▉電磁操動機構動作過程（CD型）①合閘過程合閘動作如圖3-18（a）～(d)所示。合閘前，依托支撐桿19使連桿2和3處于“死點”位置，如（a）圖，兩桿基本上成一直線。當合閘線圈通電時，鐵芯向上運動，推動滾輪（軸10）上行，通過四連桿機構使主軸16轉動90°，帶動傳動桿，使斷路器合閘。同時，分閘彈簧被拉神、儲能，如圖（b）所示。圖（c）為合閘鐵芯終了時的位置。線圈斷電后，鐵芯落下，托架復位，滾輪被支撐在支架的圓弧面上，完成了合閘全過程，如圖（d）所示。

②自動分閘動作圖（e）所示為分閘過程，當分閘線圈通電時，分閘鐵芯向上沖撞，將連桿2和3撞離“死點”位置，在斷路器分閘彈簧力的作用下，使?jié)L輪脫離托架下落，主軸16反時針轉動90°，完成分閘動作。

▉電磁操動機構動作過程（CD型）

③手動分閘動作用手撞擊分閘鐵芯，即可實現手動分閘，機構的動作過程如（2）所述。

④自由脫扣動作

在合閘過程中，合閘鐵芯頂著滾輪的軸心向上運動，一旦接到分閘命令，分閘鐵芯就會立即向上運動，把連桿2、3撞離“死點”，在分閘彈簧力作用下，滾輪從鐵芯頂桿的端頭掉下，實現了自由脫扣。

▉CD10型操動機構結構圖

▉CD型操動機構分、合閘過程

▉CD型操動機構分、合閘過程

▉彈簧操動機構的結構（CT型）

彈簧操動機構由儲能機構、電磁系統、機械系統等主要部件組成。有CT6、CT8、CT8G、CT9、CT10等多種形式。

（1）CT10型操動機構的結構如圖3-19所示。該機構采用夾板式結構。機構的儲能驅動部分和合閘驅動的凸輪連桿部分、合閘電磁鐵等布置在左右側板之間，使各轉軸受力合理，穩(wěn)動性好。兩根合閘彈簧分別布置在左右側板外邊。合閘電磁鐵、儲能電機和輔助開關置于機構下部。

CT10型機構有電機儲能和人力儲能兩種儲能方式，合閘操作有合閘電磁鐵操作和手動按鈕操作，分閘操作也有分閘電磁鐵操作和手動按鈕操作。

▉彈簧操動機構的動作原理（CT型）①儲能

圖3-20為儲能部分動作示意圖。其中，（a）圖所示為合閘彈簧處于未儲能位置，（b）圖所示為合閘彈簧處于已儲能位置。由電動機帶動偏心輪轉動，通過緊靠在偏心輪表面的滾輪2推動操作塊作上下擺動，帶動驅動棘爪作上下運動，推動棘輪轉動。在轉動過程中，當固定在棘輪上的銷與固定在儲能軸上的驅動板頂住以后，棘輪就通過驅動板帶動儲能軸轉動，從而將合閘彈簧拉長。當儲能軸轉到將掛簧拐臂達到最高位置時，只要再向前轉一點，固定在與儲能軸聯為一體的凸輪上的滾輪13就近靠在定位件上，將合閘彈簧維持在儲能狀態(tài)，完成了儲能動作。

▉彈簧操動機構的動作原理（CT型）

②合閘操作

ⅰ.合閘電磁鐵操作：接到合閘命令后，合閘電磁鐵的動鐵芯被吸向下運動，拉動導板也向下運動，使杠桿向反時針方向轉動，并帶動固定在定位件上的滾輪13運動，推動定位件作順時針轉動將儲能維持解除，完成合閘操作。

ⅱ.手動按鈕操作：按動安裝在面板上的合閘按鈕，使其推動脫扣板，通過調節(jié)螺桿推動定位件作順時針轉動，完成合閘操作

▉彈簧操動機構的動作原理（CT型）

③分閘操作

ⅰ.自動分閘操作：當機構處于合閘狀態(tài)時，一旦脫扣器接到分閘信號，過流脫扣電磁鐵或分閘電磁鐵向上吸動，將帶動頂桿推動脫扣板作順時針移動，從而帶動鎖扣作逆時針轉動，使鎖扣與鎖扣之間的搭接解除。解除后的鎖扣在儲能彈簧的帶動下作逆時針轉動，通過杠桿推動半軸作順時針轉動，從而完成分閘操作。

ⅱ.手分按鈕分閘操作：當用手分按鈕推動分閘連桿時，帶動了固定在半軸上的脫扣板向上運動，從而帶動半軸轉動，解除扇形板與半軸的扣接，使扇形板轉動，完成分閘動作。

▉彈簧操動機構的結構圖（CT型）

▉CT10型機構儲能動作示意圖第四節(jié)隔離開關一、隔離開關的各種外觀圖二、隔離開關的作用和要求▉隔離開關的作用▉隔離開關的基本要求三、隔離開關的技術參數、分類和型號▉隔離開關的技術參數▉隔離開關的分類和隔離開關的型號四、戶內隔離開關▉GN6和GN8型隔離開關▉GN19系列隔離開關五、GW5-35D型戶外隔離開關▉高壓隔離開關外觀圖▉高壓隔離開關外觀圖▉高壓隔離開關外觀圖▉高壓隔離開關外觀圖▉高壓隔離開關外觀圖▉高壓隔離開關外觀圖▉高壓隔離開關外觀圖▉高壓隔離開關外觀圖▉高壓隔離開關的作用

隔離開關又稱隔離刀閘，是一種高壓開關電器。因為它沒有專門的滅弧裝