07第七课

断路器是自动操作的高电压（或大电流）的开关设备。断路器在人工或自动监控下通过合闸、带负荷、分闸来控制电网运行。断路器的性能要求如下：处在合闸位置，断路器必须作为一个良导体承载正常负荷电流；处在分闸位置，触点间隙应有全绝缘水平；进行分闸操作时，断路器必须能切断从几安到几千安的电流，不管其性质是纯感性还是纯容性；进行合闸操作时，断路器必须快速安全合闸，且能耐受完全短路条件。因此，在断路器长期没有动作之后，一旦让其完成任何投切操作，它应能立即动作。由于断路器是保护装置动作回路中连接的最后一个设备，断路器的可靠性对于整个电力系统的高可靠性是最重要的，因而断路器的重要性再怎么强调也不为过。

断路器的主要功能是切断电流。在开断过程中，产生的电弧必须熄灭。交流断路器利用电流过零点，在恢复电压建立之前恢复触点间绝缘介质强度，目前使用的大多数断路器利用某种物质的气体释放作为绝缘介质，如空气断路器和六氟化硫断路器。少油断路器中电弧将分解部分油，主要产生氢气。由于电弧在密闭容器中燃烧，可获得高的气压。氢气流经一个合适形状的灭弧室，通过灭弧室狭小喷口流出时将被吹进电弧中。在六氟化硫断路器中，六氟化硫因为具有良好的绝缘特性，被用来作为灭弧介质。六氟化硫的电压耐受能力是空气的三倍。六氟化硫断路器的特色为：由于高压六氟化硫的绝缘强度好，触头开距可以保持最小距离；由于六氟化硫的化学特性，电弧重燃的可能性降至最低；由于绝缘性能的快速恢复，燃弧时间短。在真空断路器中，真空用来作为灭弧介质。开断电流，动静触头仅需要分离一小段距离，因为由此引起的工频电弧将在第一次电流过零点熄灭。真空介质极其高的绝缘强度可阻止电弧重燃。

操作机构对断路器的可靠性有着主要影响。实际上，可以说要想获得断路器的高可靠性，必须特别注意操作设备的设计。CIGRE的报告显示70%-85%的故障与机械系统有关，主要是与操作机构有关。设计操作机构有很多种方法。设计的主要准则必定是操作机构应该以最大可能的可靠性和精确性动作，并且没有不必要的磨损。操作机构的主要类型有：电磁式，弹簧式，气动式，液压式。断路器的可靠分闸是最重要的，因为合闸命令的失败比分闸命令的失败后果要轻微的多，因此分闸操作应该选择最可靠的类型即弹簧式分闸。用弹簧操作机构合闸，用气动操作机构分闸的设计应避免。

选择合适的断路器时，必须考虑以下三个基本方面：

1. 断路器在正常或紧急状态下必须能承载的持续负荷电流。 2. 断路器必须能开断的短路电流。 3. 短路电流的开断速度。

持续的负荷电流数据可以从变电站的负荷数据或系统负荷潮流分析中获得。在某些运行条件下断路器出现过载是允许的，但总的来说，负荷一般限定在铭牌额定值下。短路电流数据通常决定断路器的选择。这种选择基于额定三相短路功率或额定短路电流。

随着变电站增加出线，变电站的每一个断路器都承受着额外的短路功率，因此，断路器的选择必须基于将来的需求而不是现在的需求。这种选择过程导致对于对称短路电流额定值的要求高达80kA。

总的来说，对于系统中的故障，断路器切除得越快越好。快速切除故障降低了损失扩大的可能性，对于变压器，降低了油着火的可能性。输电系统选择快速断路器的主要原因是提高了暂态稳定性。基于此，有的用户要求断路器能分相操作，这样即使断路器失灵，三相故障还可以成单相故障，直至后备保护动作清除故障。对于不能分相操作的断路器，三相作为一个整体动作。任何一相动作失灵都会阻碍三相清除故障。这样三相故障始终保持三相故障，直至后备保护动作，结果减小了稳定裕度。

断路器的最终选择通常基于经济因素、对应电压等级可用的断路器类型以及各种灭弧方法（主要是油、真空、空气、六氟化硫）利弊权衡的综合考虑后确定。

一、高压开关设备术语

1.高压开关——额定电压1kV及以上主要用于开断和关合导电回路的电器。

2.高压开关设备——高压开关与控制、测量、保护、调节装置以及辅件、外壳和支持件等部件及其电气和机械的联结组成的总称。

3.户内高压开关设备——不具有防风、雨、雪、冰和浓霜等性能，适于安装在建筑场所内使用的高压开关设备。

4.户外高压开关设备——能承受风、雨、雪、污秽、凝露、冰和浓霜等作用，适于安装在露天使用的高压开关设备。

5.金属封闭开关设备；开关柜——除进出线外，其余完全被接地金属外壳封闭的开关设备。

6.铠装式金属封闭开关设备——主要组成部件(例如断路器、互感器、母线等)分别装在接地的金属隔板隔开的隔室中的金属封闭开关设备。

7.间隔或金属封闭开关设备——与铠装式金属封闭开关设备一样，其某些元件也分装于单独的隔室内，但具有一个或多个符合一定防护等级的非金属隔板。

8.箱式金属封闭开关设备——除铠装式、间隔式金属封闭开关设备以外的金属封闭开关设备。 9.充气式金属封闭开关设备——金属封闭开关设备的隔室内具有下列压力系统之一用来保护气体压力的一种金属封闭开关设备。

a.可控压力系统；b.封闭压力系统；c.密封压力系统。

10.绝缘封闭开关设备——除进出线外，其余完全被绝缘外壳封闭的开关设备。

11.组合电器——将两种或两种以上的高压电器，按电力系统主接线要求组成一个有机的整体而名电器仍保持原规定功能的装置。

12.气体绝缘金属封闭开关设备——封闭式组合电器，至少有一部分采用高于大气压的气体作为绝缘介质的金属封闭开关设备。

13.断路器——能关合、承载、开断运行回路正常电流、也能在规定时间内关合、承载及开断规定的过载电流(包括短路电流)的开关设备。

14.六氟化硫断路器——触头在六氟化硫气体中关合、开断的断路器。 15.真空断路器——触头在真空中关合、断的断路器。

16.隔离开关——在分位置时，触头间符合规定要求的绝缘距离和明显的断开标志；在合位置时，能承载正常回路条件下的电流及规定时间内异常条件(例如短路)下的电流开关设备。

17.接地开关——用于将回路接地的一种机械式开关装置。在异常条件（如短路下，可在规定时间内承载规定的异常电流；在正常回路条件下，不要求承载电流。

18.负荷开关——能在正常回路条件下关合、承载和开断电流以及在规定的异常回路条件（如短路条件）下，在规定的时间内承载电流的开关装置。

19.接触器——手动操作除外，只有一个休止位置，能关合、承载及开断正常电流及规定的过载电流的开断和关合装置。

20.熔断器——当电流超规定值一定时间后，以它本身产生的热量使熔化而开断电路的开关装置。 21.限流式熔断器——在规定电流范围内动作时，以它本身所具备的功能将电流到低于预期电流峰值的一种熔断器。

22.喷射式熔断器——由电弧能量产生气体的喷射而熄灭电弧的熔断器。 23.跌落式熔断器——动作后载熔件自动跌落，形成断口的熔断器。

24.避雷器——一种过电压的保护电器，它用来保护设备的绝缘，免受过电压的危害。

25.无间隙金属氧化物避雷器——由非线性金属氧化物电阻片串联和(或)并联组成且无 或串联放电间隙的避雷器。

26.复合外套无间隙金属氧化物避雷器——由非线性金属氧化物电阻片和相应的零部件组成且其外套为复合绝缘材料的无间隙避雷器。 二、特性参量术语

1.额定电压——在规定的使用和性能的条件下能连续运行的最高电压，并以它确定高压开关设备的有关试验条件。

2.额定电流——在规定的正常使用和性能条件下，高压开关设备主回路能够连续承载的电流数值。 3.额定频率——在规定的正常使用和性能条件下能连续运行的电网频率数值，并以它和额定电压、额定电流确定高压开关设备的有关试验条件。

4.额定电流开断电流——在规定条件下，断路器能保证正常开断的最大短路电流。

5.额定短路关合电流——在额定电压以及规定使用和性能条件下，开关能保证正常开断的电大短路峰值电流。

6.额定短时耐受电流(额定热稳定电流)——在规定的使用和性能条件下，在确定的短时间内，开关在闭合位置所能承载的规定电流有效值。

7.额定峰值耐受电流(额定热稳定电流)——在规定的使用和性能条件下，开关在闭合位置所能耐受的额定短时耐受电流第一个大半波的峰值电流。

8.额定短路持续时间(额定动稳定时间)——开关在合位置所能承载额定短时耐受电流的时间间隔。 9.温升——开关设备通过电流时各部位的温度与周围空气温度的差值。

10.功率因数(回路的)——开关设备开合试验回路的等效回路，在工频下的电阻与感抗之比，不包括负荷的阻抗。

11.额定短时工频耐受电压——按规定的条件和时间进行试验时，设备耐受的工频电压标准值（有效值）。

12.额定操作（雷电）冲击耐受电压——在耐压试验时，设备绝缘能耐受的操作(雷电)冲击电压的标准值。

三、操作术语

1.操作——动触头从一个位置转换至另一个位置的动作过程。 2.分（闸）操作——开关从台位置转换到分位置的操作。 3.合（闸）操作——开关从分位置转换换到合位置的操作。 4.\"合分\"操作——开关合后，无任何有意延时就立即进行分的操作。

5.操作循环——从一个位置转换到另一个装置再返回到初始位置的连续操作；如有多位置，则需通过所有的其他位置。

6.操作顺序——具有规定时间间隔和顺序的一连串操作。

7.自动重合（闸）操作——开关分后经预定时间自动再次合的操作顺序。 8.关合（接通）——用于建立回路通电状态的合操作。 9.开断（分断）——在通电状态下，用于回路的分操作。 10.自动重关合——在带电状态下的自动重合（闸）操作。 11.开合——开断和关合的总称。

12.短路开断——对短路故障电流的开断。 13.短路关合——对短路故障电流的关合。 14.近区故障开断——对近区故障短路电流的开断。

15.触头开距——分位置时，开关的一极各触头之间或具连接的任何导电部分之间的总间隙。 16.行程触头的——分、合操作中，开关动触头起始位置到任一位置的距离。 17.超行程——合闸操作中，开关触头接触后动触头继续运动的距离。

18.分闸速度——开关分（闸）过程中，动触头的运行速度。

19.触头刚分速度——开关合（闸）运程中，动触头与静触头的分离瞬间运动速度。 20.合闸速度——开关合（闸）过程中，动触头的运动速度。

21.触头刚合速度——开关合（闸）过程中，动触头与静触头的接触瞬间运动速度。 22.开断速度——开关在开断过程中，动触头的运动的速度。 23.关合速度——开关在开断过程中，运触头的运动速度。