高低压成套电气检验专业知识(3)

三、常用高低压电器元件知识

电器元件：自动或手动接通和断开电路，能实现对电路或非电对象切换、保护、检测、变换和调节。低压电器－交流1000V或直流1200V以下，高压电器－交流1000V或直流1200V以上。

1.高压断路器

高压断路器(或称高压开关)是变电所主要的电力控制设备,具有灭弧特性,当系统正常运行时,它能切断和接通线路及各种电气设备的空载和负载电流;当系统发生故障时,它和继电保护配合,能迅速切断故障电流,以防止扩大事故范围.因此,高压断路器工作的好坏,直接影响到电力系统的安全运行。常见的有真空断路器、六氟化硫断路器。

1.1高压断路器铭牌所列的技术数据含义

(a) 额定电压Ue：断路器正常工作时，系统的额定（线）电压。目前，我国电力系统中变电所采用的额定电压等级为：10、35、60、110、（154）、220、330、500千伏。断路器的额定电压决定了断路器各部分间的绝缘距离，并在很大程度上决定了断路器的外形尺寸。

(b）最高工作电压

因为在输电线路上有电压抵足损耗，那么在线路供电端的额定电压就会高于线路受电端的额定电压，这样断路器就可能在高电压下长期工作，因此规定了断路器的最高工作电压这一指标。按照国家标准规定，对于额定电压在220千伏以下的断路器其最高电压为额定电压的1.1～1.15倍；对于330千伏的断路器规定为额定电压的1.1倍。

(c）额定电流Ie:断路器可以长期通过的最大电流。在长期通过额定电流时，断路器各部分的温升不应超过国家规定的标准值。断路器额定电流Ie的大小，决定了断路器触头及导电部分的截面积和结构。

(d) 额定开断电流Iek:断路器在额定线电压下能开断的最大电流。断路器的额定电流开断电流标明了它的断流能力，它是由断路器的灭弧能力和承受内部气体压力的机械强度所决定的。 (e) 额定断流容量Sed:由于断路器的开断能力不仅与开断电流有关，而且与开断此电流时线路的电压有关，因此，一般用额定开断电流Iek和额定电压Ue的乘积，表示断路器的额定开断容量Sed，即Sed＝3UeIek 兆伏安 ，额定断流容量的大小，决定了断路器灭弧装置的结构和尺寸。

(f）动稳定电流Idw:断路器在闭合位置时，所能通过的最大短路电流，也称为极限通过电流。断路器通过这一电流时，不会因电动力的作用而发生任何机械上的损坏。这一电流一般指短路电流第一周波的峰值电流。在铭牌上动稳定电流以峰值和有效值两种表示法。

(g）4秒钟热稳定电流It5：当短路电流流过断路器时，不仅会产生很大的电动力，而且还会产生热

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量。按照焦耳－楞次定理（Q=0.24IRt），热量与电流的平方成正比、而热量的散发与时间成反比的理论可知，由于短路时电流很大，在短时间内将产生大量的热量不能及时散发，因而断路器的温度将显著上升；严重时，会使断路器的触头焊住，损坏断路器。因此，断路器铭牌规定了一定时间（1、3、4、5秒）热稳定电流。在4秒种内能够保证断路器不损坏的条件下，允许通过的短路电流值，称为5秒钟热稳定电流。以短路电流的有效值表示。由于热稳定电流流过的时间很短，若不考虑散热，就可利用发热量相等的原则对不同的热稳定电流进行换算。如已知4秒热稳定电流 ＝21千安，则3秒热稳定电流＝

21*21*4/3＝24.2千安。

1.2高压断路器的型号是怎样规定的

目前我国断路器型号根据国家技术标准的规定，一般由文字符号和数字按以下方式组成。如： Z N 63 A- 12 /T 1250 -31.5 (a） (b) (c) (d) (e) (f) (g) (a）产品字母代号，用下列字母表示：Z—真空断路器；S—少油断路器；D—多油断路器；K—空气断路器；L—六氟化硫断路器； Q—产气断路器；C—磁吹断路器。

(b）装置地点代号；N—户内，W—户外。

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(c）设计系列顺序号；以数字1、2、3??表示。 (d）额定电压，kV。

(e）其它补充工作特性标志，G—改进型，F—分相操作。 (f）额定电流，A。

(g）额定开断电流，kA。

1.3高压真空断路器机械特性参数与产品性能的关系 1.3.1开距

触头的开距主要取决于高压真空断路器的额定电压和耐压要求，一般额定电压低时触头开距选得小些。但开距太小会影响分断能力和耐压水平。开距太大，虽然可以提高耐压水平，但会使真空灭弧室的波纹管寿命下降。设计时一般在满足运行的耐压要求下尽量把开距选得小一些。12kV真空断路器的开距通常在8～12mm之间，35kV的则在30～40mm之间。

1.3.2触头接触压力

在无外力作用时，动触头在大气压作用下，对内腔产生一个闭合力使其与静触头闭合，称之为自闭力，其大小取决于波纹管的端口直径。灭弧室在工作状态时，这个力太小不能保证动静触头间良好的电接触，必须施加一个外加压力。这个外加压力和自闭力之和称为触头的接触压力。这个接触压力有如下几个作用：

(a）保证动、静触头的良好接触，并使其接触电阻少于规定值。

(b）满足额定短路状态时的动稳定要求。应使触头压力大于额定短路状态时的触头间的斥力，以保证在该状态下的完全闭合和不受损坏。

(c）抑制合闸弹跳。使触头在闭合碰撞时得以缓冲，把碰撞的动能转为弹簧的势能，抑制触头的弹跳。

(d）为分闸提供一个加速力。提高分闸初始的加速度，减少燃弧时间，提高分断能力，触头接触压力是一个很重要的参数，在产品的初始设计中要经过多次验证、试验才选取得比较合适。如触头压力选得太小，满足不了上述各方面的要求；但触头压力太大，一方面需要增大合闸操作功，另外灭弧室和整机的机械强度要求也需要提高，技术上不经济。

1.3.3接触行程(或称压缩行程)

目前真空断路器毫无例外地采用对接式接触方式。动触头碰上静触头之后就不能再前进了，触头接触压力是由每极触头压缩弹簧(有时称作合闸弹簧)提供的。所谓接触行程，就是开关触头碰触开始，触头压簧施力端继续运动至会闹终结的距离，亦即触头弹簧的压缩距离，故又称压缩行程。 接触行程有两方面作用，一是令触头弹簧受压而向对接触头提供接触压力；二是保证在运行磨损后仍然保持一定接触压力，使之可靠接触。一般接触行程可取开距的20%～30%左右，12kV的真空断路器约为3～4mm。

真空断路器的实际结构中，触头合闸弹簧设计成即使处于分闸位置，也有相当的预压缩量，有预压力。这是为使合闸过程中，当动触头尚未碰到静触头而发生预击穿时，动触头有相当力量抵抗电动力，而不致于向后退缩；当触头碰接瞬间，接触压力陡然跃增至预压力数值，防止合闸弹跳，足以抵抗电动斥力，并使接触初始就有良好状态；随着接触行程的前进，触头间的接触压力逐步增大，接触行程终结时，接触压力达到设计值。接触行程不包括合闸弹簧的预压缩量程，它实际上是合闸弹簧的第二次受压行程。

1.3.4平均合闸速度

平均合闸速度主要影响触头的电磨蚀。如合闸速度太低，则预击穿时间长，电弧存在的时间长，触头表面电磨损大，甚至使触头熔焊而粘住，降低灭弧室的电寿命。但速度太高，容易产生合闸弹跳，操动机构输出功也要增大，对灭弧室和整机机械冲击大，影响产品的使用可靠性与机械寿命。平均合闸速度通常取0.6m/s左右为宜。 1.3.5平均分闸速度

断路器的分闸速度一般而言速度越快越好，这样可以使首开相在电流趋近于0前2～3ms时能开断故障电流；否则首开相不能开断而延续至下一相，原来首开相变为后开相，燃弧时间加长了，增加了开

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断的难度，甚至使开断失败。但分闸速度太快，分闸的反弹也大，反弹太大震动过剧亦容易产生重燃，所以分间速度亦应考虑这方面因素。分闸速度的快慢，主要取决于合闸时动触头弹簧和分闸弹簧的贮能大小。为了提高分闸速度，可以增加分闸弹簧的贮能量，也可以增加合闸弹簧的压缩量，这都必然需要提高操动机构的输出功和整机的机械强度，降低了技术经济指标。经过多年试验认为，10kV的真空断路器，平均分闸速度能保证在0.95～1.2m/s比较合适。 1.3.6合闸弹跳时间

合闸弹跳时间是断路器在合闸时，触头刚接触开始计起，随后产生分离，可能又触又离，到其稳定接触之间的时间。

这一参数国外的标准中都没有明确规定，1989年底原能源部电力司提出真空断路器合闸弹跳时间必须小于2ms。为什么合闸弹跳时间要小于2ms呢？主要是合闸弹跳的瞬间会引起电力系统或设备产生L.C高频振荡，振荡产生的过电压对电气设备的绝缘可能造成伤害甚至损坏。当合闸弹跳时；在小于2ms时，不会产生较大的过电压，设备绝缘不会受损，在关合时动静触头之间也不会产生熔焊。 1.3.7合、分闸不同期性

合闸的不同期性太大容易引起合闸的弹跳，因为机构输出的运动冲量仅由首合闸相触头承受。分闸的不同期性太大可能使后开相管子燃弧时间加长，降低开断能力。 合闸与分闸的不同期性一般是同时存在的，所以调好了合闸的不同期性，分闸的不同期性也就有了保证。断路器要求合分闸不同期性小于2ms。 1.3.8合、分闸时间 分、合闸时间是指从操动线圈的端子得电时刻计起，至三极触头全部合上或分离止的一段时间间隔。 合、分闸线圈是按短时工作制作设计的，合闸线圈的通电时间不到100ms，分闸线圈的通电时间不到60ms。分、合闸时间一般在断路器出厂时已调好，无须再动。

当断路器用在发电系统并在电源近端短路时，故障电流衰减较慢，若分闸时间很短，这时断路器分断的故障电流就可能含有较大的直流分量，开断条件更为恶劣，这对断路器的开断是很不利的。所以用于发电系统的真空断路器，其分闸时间尽可能设计长些为宜。 1.3.9回路电阻

回路电阻值是表征导电回路的联接是否良好的一个参数，各类型产品都规定了一定范围内的值。若回路电阻超过规定值时，很可能是导电回路某一连接处接触不良。在大电流运行时接触不良处的局部温升增高，严重时甚至引起恶性循环造成氧化烧损，对用于大电流运行的断路器尤需加倍注意。回路电阻测量，不允许采用电桥法测量，须采用GB763规定的直流压降法。

1.4用什么方法可以检查真空断路器中真空灭弧室的好坏

真空灭弧室的好坏直接影响到真空断路器的技术性能和使用寿命。如果真空灭弧室存在漏气现象，将会使得其真空度下降，断路器的开断性能劣化，寿命缩短。因此在断路器运行一段时间后，必须认真检查。在不具备测量真空度的情况下，一般用工频耐压试验的方法来检测：在断路器分闸的状态下，在真空灭弧室的动、静触头间施加工频电压（具体工频电压数值见各真空灭弧室技术要求），如没有发现放电和击穿现象，就可以认为断路器真空灭弧室的真空度符合要求，可以使用。

1.5电弧的形成

断路器在合闸状态下靠触头接通电路。当断路器切断电路时，触头间会产生高温的弧光放电，这种放电称为电弧。此时，触头虽已分开，但是电流 靠触头间的电弧维持，电路仍处于接通状态。电弧会烧坏触头、或使触头附近的绝缘遭到破坏；如果电弧长久不熄，还会引起断路器爆炸。因此，保证迅速可靠地熄灭电弧，是所有断路器的核心问题。

1.6什么是断路器自动重合闸

当供电线路发生故障时，断路器在继电保护装置控制下，可以自动地将故障设备或线路断开（称为跳闸）。对于较重要的高压供电线路，断路器跳闸后，在自动装置控制下，立即重复合闸，如果线路故障已经消除，即可恢复送电；如果故障没有消除，断路器再次跳闸，停止供电。因为供电线路很长，发生故障的可能性较大，但大多数线路故障是暂时性故障。例如，雷击、短路等故障。所以，有了自动重合闸后，供电的可靠性明显提高，是提高供电可靠性的有效措施。

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2.低压断路器

低压断路器又称自动开关，它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件，已获得了广泛的应用。

2.1低压断路器分类

(a）按操作方式分有：电动操作、储能操作和手动操作。 (b）按结构分有：万能式和塑壳式。

(c）按用途分类，有配电用断路器、电动机保护用断路器、照明用断路器和漏电保护断路器等。配电用低压断路器按保护性能分，有非选择型和选择型两类。非选择型断路器，一般为瞬时动作，只作短路保护用；也有的为长延时动作，只作过负荷保护用。选择型断路器，有两段保护、三段保护和智能化保护。两段保护为瞬时或短延时与长延时两段。三段保护为瞬时、短延时与长延时特性三段。其中瞬时和短延时特性适于短路保护，而长延时特性适于过负荷保护。而智能化保护，其脱扣器由微机控制，保护功能更多，选择性更好，这种断路器称为智能型断路器。

(d）按灭弧介质分有：油浸式、真空式和气体式。 (e）按极数分有：单级、二级、三级和四级等。 (f）按安装方式分有：插入式、固定式和抽屉式等。 2.2低压断路器的基本参数特性

低压断路器的基本特性有:额定电压Ue；额定电流In；过载保护(Ir或Irth）和短路保护(Im)的脱扣电流整定范围；额定短路分断电流(工业用断路器Icu;家用断路器Icn)等。

(a）额定工作电压(Ue)：这是断路器在正常(不间断的)的情况下工作的电压。 (b）额定电流(In)：这是配有专门的过电流脱扣继电器的断路器在制造厂家规定的环境温度下所能无限承受的最大电流值，不会超过电流承受部件规定的温度限值。

(c）短路继电器脱扣电流整定值(Im)：短路脱扣继电器(瞬时或短延时)用于高故障电流值出现时，使断路器快速跳闸。其跳闸极限Im：

(d）额定短路分断能力(Icu或Icn),断路器的额定短路分断电流是断路器能够分断而不被损害的最高(预期的)电流值。标准中提供的电流值为故障电流交流分量的均方根值，计算标准值时直流暂态分量(总在最坏的情况短路下出现)假定为零。工业用断路器额定值(Icu)和家用断路器额定值(Icu)通常以kA均方根值的形式给出。

(e）额定运行短路分断能力(Ics) ,额定短路分断能力(Icu)或（Icn)是断路器能成功分断而不会被损害的最高故障电流。产生这种电流的可能性非常低，普通环境下，故障电流比断路器额定短路分断能力(Icu)低得多。另一方面，大电流(可能性较低)在良好状态下被分断非常重要，这样在故障电路被修复以后，断路器能够立即合闸。

2.3智能型万能式低压断路器主要技术性能

断路器的技术性能根据智能控制器的型式不同有多种类型，智能控制器按智能化功能分为L型，M型和H型3种。

L型智能控制器采用编码开关整定。根据基本保护功能的不同有3种型式，L2型为长延时+瞬时二段保护。L3型为长延时+短延时+瞬时三段保护。L4型为长延时+短延时+瞬时+接地漏电四段保护。L型控制器适用于一般配电网络。

M型智能控制器采用数码显示和按钮整定方式，除具有L型基本功能外，还具有负载监控保护、电流、电压显示、各种参数整定、试验、报警、故障检查等。保护特性域值较宽，辅助功能较全，是一种多功能型控制器，可适用于大部分要求较高的配电网络使用。

H型智能控制器具有M型的所有功能，此外，该控制器可以通过网卡或接口转换器对断路器实行遥控、遥调、遥测、遥讯操作，适用于网络系统，通过上位机可集中监察和控制，实现对配电系统的自动化管理。

2.4抽屉式断路器结构

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抽屉式断路器由断路器本体和抽屈座组成。抽屈座两侧有导轨，断路器本体架落在左右导轨上。抽屈式断路器是通过断路器本体上的母线插入抽屈座上的桥式触头来连接主回路的。抽屈式断路器有三个工作位置：“连接”位置、“试验”位置、“分离”位置，位置的变更通过手柄的摇出或摇进来实现。三个位置的指示通过抽屈座底横梁上的指针显示。当处于“连接”位置时，主回路和二次回路均接通；当处于“试验”位置时，主回路断开，并有绝缘隔板隔开，仅二次回路接通，可进行一些必要的动作试验；当处于“分离”位置时，主回路和二次回路全部断开。并且抽屈式断路器具有位置联锁装置，断路器只有在“连接”位置或“试验”位置才能使断路器闭合，而在“连接”位置与“试验”位置的之间位置断路器一允许闭合。

2.5交直流断路器不能混用原因 由于交、直流的燃弧及熄弧过程不同，额定值相同的交直流断路器开断直流电源的能力并不完全一样，用交流断路器代替直流断路器或交、直流断路器混用是保护越级误动的主要原因之一。

断路器瞬时动作采用磁脱扣原理，判据为通过的电流峰值，断路器标定的额定值为有效值，而交流电的峰值高于有效值，在相同定值下，在直流回路中交流断路器实际额定值高于直流断路器。另外，因交流断路器与直流断路器灭弧原理不同，交流断路器用于直流回路不能有效、可靠地熄灭直流电弧，容易造成上级越级动作。

2.6什么是漏电断路器

漏电保护器（漏电保护开关）是一种电气安全装置。将漏电保护器安装在低压电路中，当发生漏电和触电时，且达到保护器所限定的动作电流值时，就立即在限定的时间内动作自动断开电源进行保护。

2.6.1漏电断路器的类型

常用的漏电断路器分为电压型和电流型两类，而电流型又分为电磁型和电子型两种。 电压型漏电断路器用于变压器中性点不接地的低压电网。其特点是当人身触电时，零线对地出现一个比较高的电压，引起继电器动作，电源开关跳闸。

电流型漏电断路器主要用于变压器中性点接地的低压配电系统。其特点是当人身触电时，由零序电流互感器检测出一个漏电电流，使继电器动作，电源开关断开。

2.6.2漏电断路器是否可以采用下进线

漏电断路器上方的接线端作为电源的进线通常叫做电源端，下方的接线端通常作为负载的连接叫做负载端。那么能不能把电源接在负载端，而把负载接在电源端呢？不行。因为在我国现阶段，触电保护领域使用最广泛的就是电子式漏电断路器，由于电子式漏电断路器的脱扣线圈只有在得到动作信号的时候瞬时带电，当漏电断路器分断电路后脱扣线圈即刻断电。如果把漏电断路器上进线和下进线接反，造成漏电断路器动作后，电压依然加在脱扣线圈上，就会烧毁线圈，使整个漏电断路器丧失漏电保护功能。

3高压隔离开关

高压隔离开关又称隔离刀闸，它是一种没有灭弧装置的高压安全保护电器，它是电力系统中数量最多的一种高压电器。由于隔离开关没有专门的灭弧装置，因此，它不能用来通断负荷电流，更不能用来

切断短路电流。常用有GN37旋转式、GN19开启式。它的主要用途是：

隔离电源，用隔离开关把需要检修的电气设备与带电电网可靠断开，确保检修和试验人员的安全，在无负荷时转换线路，增加线路连接的灵活性。即利用隔离开关与断路器的配合，可以改变线路的运行方式，使运行更加灵活可靠；

可以用来通断小容量或小电感的小电流线路。如： (a）可以通、断电压互感器和避雷器电路

(b）通、断激磁电流不超过2A的空载变压器电路 (c）通、断电容电流不超过5A的空载线路

(d）通、断母线和直接接在母线上的电器设备的电容电流 (e）通断 变压器中性点的接地线 4.刀开关及其作用

低压电器中的刀开关，是一种最简单的电器，在一块绝缘板上，组装两组静触头，利用一组活动刀片的拉、合实现电路的开断、闭合，有的带简单的灭弧罩，有的将触头和刀片完全裸露在空气中，利用

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