模塊2　斷路器的運行與維護

高壓斷路器是高壓電器設備中最重要的設備，是一次電力系統中控制和保護電路的關鍵設備。高壓斷路器主要有兩個作用，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；二是保護作用，當系統中發生故障時，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。本模塊的任務是學習斷路器的檢修。

2.2.1　學習目標

1.理解電弧理論和斷路器滅弧原理；

2.掌握各類型斷路器的結構和特點；

3.能維護和檢修真空斷路器；

4.能維護和檢修SF6斷路器。

2.2.2　知識準備

2.2.2.1　電弧理論

1.氣體電弧原理

（1）電弧的概念

當開關電器開斷電路時，如果電路電壓超過10～20V，電流超過80～100mA，觸頭剛剛分離后，觸頭之間就會產生強烈的白光，稱為電弧。電弧是開關電器在開斷過程中不可避免的現象。電弧的實質是一種氣體放電現象。

（2）電弧放電的特征及危害

①電弧由三部分組成，包括陰極區、陽極區和弧柱區。

②電弧溫度很高。電弧放電時，能量高度集中，弧柱中心區溫度可達10000益左右，電弧

表面溫度也會達到3000～4000益。

③電弧是一種自持放電現象。電極間的帶電質點不斷產生和消失，處于一種動平衡狀態，弧柱區電場強度很低，一般僅為10～200V/cm。

④電弧是一束游離的氣體。它的質量很輕，在電動力、熱力和其他外力作用下，能迅速移動、伸長、彎曲和變形。

由于電弧具有上述特征，所以會對電力系統和電氣設備造成危害，主要有：

①電弧的存在延長了開關電器斷開故障電路的時間，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汽化，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。

電弧存在時，盡管開關觸頭斷開，電路中仍有電流流通，只有當電弧熄滅后，電路中才無電流通過而真正斷開。

（3）電弧的產生

①電弧產生的根本原因

產生電弧的根本原因是開關觸頭在分斷電流時，觸頭間電場強度很大，使觸頭本身的電子及觸頭周圍介質中的電子被游離而形成電弧。

②產生電弧的游離方式

a.熱電子發射

高溫熾熱的陰極表面能夠向空間發射電子。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，使接觸部位劇烈發熱，導致陰極表面溫度急劇升高而發射電子，形成熱電子發射。發射電子的多少與陰極表面溫度及陰極的材料有關。

b.強電場發射

當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，就形成強電場發射。

c.碰撞游離

從陰極表面發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。新產生的電子將和原有的電子一起以極高的速度向陽極運動，當碰撞其他中性質點時，將再次發生碰撞游離。這樣連續不斷的碰撞游離，就使氣體介質中帶電質點大量增加，具有很大的電導，在外加電壓作用下，氣體介質被擊穿，形成電弧放電。

d.熱游離

觸頭間電弧燃燒的間隙，稱為弧隙。弧隙的溫度很高，弧柱的溫度可達5000～13000益。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。弧柱導電就是靠熱游離來維持的。

從上述可見：電弧由碰撞游離產生，靠熱游離維持，而陰極則借強電場或熱電子發射提供傳導電流的電子，因此，維持電弧穩定燃燒的電壓就不需要很高。

③開關電弧形成的過程

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，產生強電場發射。從陰極表面溢出的電子在強電場作用下，加速向陽極運動，發生碰撞游離，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主要因素。此時，在外加電壓作用下，間隙被擊穿，形成電弧。

（4）電弧的熄滅

電弧中發生游離的同時，還存在著相反的過程，即去游離。若去游離作用始終大于游離作用，則電弧電流減少，直至電弧熄滅。因此，要熄滅電弧，就必須加強去游離作用。這就要了解去游離的形式和影響因素。

①電弧的去游離形式

電弧的去游離過程包括復合和擴散兩種形式。

a.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。

b.擴散

擴散是弧柱中的帶電質點溢出弧柱以外，進入周圍介質的現象。擴散有三種形式：一是溫度擴散，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；二是濃度擴散，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；三是利用吹弧擴散，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。

②影響去游離的因素

a.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。

b.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。若這些參數值越大，則去游離過程就越強，電弧就越容易熄滅。

c.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。

d.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，減少了熱電子發射和電弧中的金屬蒸氣，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。

（5）交流電弧特性和熄滅的條件

①交流電弧的特性

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。

在一個周期內交流電弧的電流及電壓隨時間的變化如圖2.10所示。電弧電壓呈馬鞍形變化，即電流小時，電弧電壓高，電流大時，電弧電壓減小且接近于常數。圖2.10（a）和（b）分別代表一般冷卻和加強冷卻的電流、電壓變化曲線。從圖2.10（b）中可見，加強冷卻可使電弧電壓尖峰增高。

圖2.10　交流電弧電壓作用曲線

總之，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，電弧不發生重燃，電弧就此熄滅。

②交流電弧熄滅的條件

交流電流過零后，電弧是否重燃取決于弧隙介質介電強度和弧隙電壓的恢復。

a.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電強度。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值還需一定的時間，此恢復過程稱之為弧隙介電強度的恢復過程，以耐受的電壓Uj（t）表示。

弧隙介質介電強度的恢復過程中，Uj（t）主要取決于開關電器滅弧裝置的結構和滅弧介質的性質。圖2.11所示為不同介質的介電強度恢復過程曲線。

圖2.11　介質強度恢復過程曲線1—真空；2—SF6；3—空氣；4—油

b.弧隙電壓的恢復過程

電流過零前，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峰值處。電流過零后，弧隙電壓從后峰值逐漸增長，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

c.交流電弧熄滅的條件

在電弧電流過零時，電弧自然熄滅。電流過零后，弧隙中同時存在著兩個作用相反的恢復過程，即介質介電強度恢復過程Uj（t）和弧隙電壓的恢復過程Uhf（t）。圖2.12所示為恢復電壓與介電強度曲線。從圖2.12中可見：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）。其中Uj（t）為弧隙介質強度，Uhf（t）為弧隙恢復電壓。

圖2.12　恢復電壓和介質強度曲線

1—弧隙恢復電壓曲線；2、3—弧隙介質強度曲線

2.開關電器中常用的滅弧方法

熄滅交流電弧的關鍵，在于電弧過零后弧隙的介電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。目前，在開關電器中廣泛采用的滅弧方法有下面幾種。

（1）提高觸頭的分閘速度

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。

（2）采用多斷口滅弧

圖2.13所示為開關電器的多斷口觸頭的示意圖。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，提高了介電強度的恢復速度，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。

圖2.13　一相有多個斷口的觸頭示意圖

1—靜觸頭；2—動觸頭；3—電弧；4—可動觸頭；5—導電橫擔；6—絕緣桿；7—連線

②用壓縮空氣或SF6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。

按吹弧方向的不同，吹弧可分為以下幾種。

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，如圖2.14（a）所示。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，如圖2.14（b）、（c）所示。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。

③縱橫吹

由于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，如圖2.15所示。

圖2.14　吹弧示意圖

圖2.15　縱橫吹滅弧室示意圖

1—靜觸頭；2—動觸頭；3—密閉燃燒室；4—變壓器油；5—電弧；6—橫吹孔；7—空氣囊

（4）短弧原理滅弧

這種滅弧方法常用于低壓開關電器中，其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。圖2.16所示為金屬滅弧柵熄弧。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的起始介質強度或陰極區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。

圖2.16　金屬滅弧柵熄弧

1—靜觸頭；2—金屬柵片：3—滅弧罩；4—動觸頭

（5）利用固體介質的狹縫狹溝滅弧

低壓開關電器中也廣泛應用狹縫滅弧裝置。該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，將電弧吹入由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。圖2.17所示為狹縫滅弧裝置的工作原理圖。

圖2.18所示是石英砂熔斷器使用狹溝滅弧的原理。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氣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氣，使得電弧容易熄滅。

圖2.17　狹縫滅弧裝置的工作原理

1—磁吹鐵芯；2—磁吹繞組；3—靜觸頭；4—動觸頭；5—滅弧片；6—滅弧罩；7—電弧移動

圖2.18　石英砂滅弧原理

1—熔絲；2—銅帽；3—石英砂；4—管體

（6）用耐高溫金屬材料作觸頭、優質滅弧介質滅弧

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，可以減少熱電子發射和電弧中的金屬蒸氣，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。

2.2.2.2　高壓斷路器

1.高壓斷路器概述

（1）作用

高壓斷路器是高壓電器設備中最重要的設備，是一次電力系統中控制和保護電路的關鍵設備。高壓斷路器主要有兩個作用：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；二是保護作用，當系統中發生故障時，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。

（2）高壓斷路器的基本要求

根據以上所述，斷路器在電力系統中承擔著非常重要的作用，不僅應能接通和斷開負荷電流，而且還應能斷開短路電流。因此，斷路器必須滿足以下基本要求。

①工作可靠

斷路器應能在規定的運行條件下長期可靠地工作，并能正確地執行分、合閘的命令，順利完成接通或斷開電路的任務。

②具有足夠的開斷能力

斷路器在斷開短路電流時，觸頭間要產生能量很大的電弧。因此，斷路器必須具有足夠強的滅弧能力才能安全、可靠地斷開電路，并且還要有足夠的熱穩定性。

③具有盡可能短的切斷時間

在電路發生短路故障時，短路電流對電氣設備和電力系統會造成很大的危害，所以斷路器應具有盡可能短的切斷時間，以減少危害，并有利于電力系統的穩定。

④具有自動重合閘性能

由于輸電線路的短路故障大多數是瞬時的，所以采用自動重合閘可以提高電力系統的穩定性和供電可靠性。即在發生短路故障時，繼電保護動作使斷路器分閘，切斷故障電流，經無電流間隔時間后自動重合閘，恢復供電。如果故障仍然存在，斷路器則立即跳閘，再次切斷故障電流。這就要求斷路器具有在短時間內連續切除故障電流的能力。

⑤具有足夠的機械強度和良好的穩定性能

正常運行時，斷路器應能承受自身重量和各種操作力的作用。系統發生短路故障時，應能承受電動力的作用，以保證具有足夠的動穩定。斷路器還應適應各種工作環境條件的影響，以保證在各種惡劣的氣象條件下都能正常工作。

⑥結構簡單、價格低廉

在滿足安全、可靠要求的同時，還要求斷路器結構簡單、體積小、重量輕、價格合理。

（3）高壓斷路器的類型

按安裝地點分類，分為屋內式和屋外式兩種。

根據斷路器采用滅弧介質的不同，斷路器有如下幾種類型。

①油斷路器

采用變壓器油作為滅弧介質和絕緣介質的斷路器叫油斷路器。變壓器油只作為滅弧介質和觸頭開斷后弧隙絕緣介質，而帶電部分與地之間的絕緣采用瓷介質的斷路器，由于油量較少，稱為少油斷路器。它可用于各級電壓的戶內、戶外變電所。

②六氟化硫（SF6）氣體斷路器

采用規定壓力的、具有優良滅弧性能和絕緣性能的SF6氣體作為滅弧介質和弧隙絕緣介質的斷路器叫六氟化硫氣體斷路器。它主要用于110kV及以上大容量變電所及頻繁操作的場所。

③真空斷路器

真空斷路器是指觸頭在133.3伊10-8～133.3伊10-4Pa的真空中開閉電路的斷路器。目前，它主要用于35kV及以下用戶中要求頻繁操作的場所。

圖2.19　高壓斷路器的基本結構

（4）高壓斷路器的結構

高壓斷路器的基本結構如圖2.19所示。其中開斷元件是核心，開關設備的控制、保護及安全隔離等方面的任務都由它來完成。其他組成部分都是配合開斷元件為完成上述任務而設置的。

高壓開關基本組成部分的主要零部件及其功能如表2.1所示。

表2.1　高壓開關基本組成部分的主要零部件及其功能

（5）高壓斷路器的技術參數

高壓斷路器的特性和工作性能，可用它的基本參數來表征。

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。三相電路中，額定電壓均指線電壓。

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，規定為1.1倍。

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INK

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。

⑤額定斷流容量SNK

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 ——斷路器所在電網的額定電壓，INK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至于發生觸頭熔焊或其他損傷，所允許接通的最大短路電流。

⑦動穩定電流ies

動穩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熱穩定電流INt

熱穩定電流是指在規定的某一段時間內，允許通過斷路器的最大短路電流。熱穩定電流表明了斷路器承受短路電流熱效應的能力。

⑨全開斷（分閘）時間t0

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t0=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t0是表征斷路器開斷過程快慢的主要參數。t0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、保持電力系統的穩定，如圖2.20所示。

圖2.20　斷路器開斷時間示意圖

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

操作循環

操作循環也是表征斷路器操作性能的指標。我國規定斷路器的額定操作循環如下：

自動重合閘操作循環：分—茲—合分—t—合分

非自動重合閘操作循環：分—t—合分—t—合分

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。

（6）國產高壓斷路器的型號如圖2.21所示。

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—SF6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）。

圖2.21　國產高壓斷路器的型號

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）。

2.高壓SF6斷路器

（1）SF6氣體的特性

SF6是一種無毒、不燃的氣體，具有優異的絕緣性能和滅弧性能，將其應用于斷路器、變壓器和電纜等電氣設備，顯示出礦物油無可比擬的優越性。

①SF6氣體的優良特性

其一，SF6氣體熱容量大。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。其二，SF6氣體環境下的電弧能量小。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。其三，SF6氣體分子的負電性強。所謂負電性，是指SF6氣體分子極易捕獲、吸附自由電子形成低活動性負離子的特性。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氣體弧隙的介電性能恢復速度很高，能耐受很高恢復電壓，電弧在電流過零后難重燃。

②SF6氣體的危害及其對策

SF6的危害主要體現在兩個方面，其一是高溫電弧分解產物和其本身（或分解產物）與接觸介質發生化學反應，生成物對生物的毒性作用；其二是SF6作為一種溫室氣體對環境的危害。

電器設備內的SF6氣體在高溫電弧發生作用時會產生某些有毒產物，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。例如：SF6氣體分解物與水的繼發性反應；與電極（Cu-W合金）及金屬材料（Al、Cu）反應而生成某些有毒產物；與含有硅成分的環氧酚醛玻璃絲布板（棒、管）等絕緣件，或以石英砂、玻璃作填料的環氧樹脂澆注件、模壓件以及瓷瓶、硅橡膠、硅脂等起化學作用，生成SiF4、Si（CH3）2F2等產物。

因此，在制造、運用和檢修SF6斷路器時，應該注意以下幾個方面：

a.必須嚴格控制SF6氣體中的水分。現在通常從以下幾個方面采取措施：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。

b.由于SF6氣體在滅弧時會產生有毒氣體和粉塵，在排放廢氣和拆開斷路器滅弧部件時，應戴防毒面具、防護手套、長袖工作服，盡量不露出皮膚，處理有毒廢料時應戴防護手套。

c.排出的SF6廢氣時，應通過濾罐過濾有毒粉塵后放到大氣中。

d.斷路器部件的拆裝、檢修一般應在干燥、清潔的室內進行，現場檢修時天氣應穩定無雨且空氣濕度不得大于80％。

e.為防止斷路器內部進入潮氣和灰塵，拆卸處理過的部件應馬上用塑料布（袋）包好并系緊。

（2）SF6斷路器的結構類型

常見的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如圖2.22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氧樹脂支持絕緣子，引出線靠絕緣瓷套管引出。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冶形或“Y冶形，220kV的SF6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2.23所示。滅弧室位于高電位，靠支柱絕緣瓷套對地絕緣。

目前的城市軌道交通供電系統中，一般在110kV電壓等級斷路器采用SF6斷路器，而在110kV和35kV（或者35kV）的配電裝置中采用SF6組合電器（GIS）。

圖2.22　500kVSF6斷路器

1—套管式電流互感器；2—滅弧室；3—套管；4—合閘電阻；5—吸附劑；6—操作機構箱

圖2.23　單壓式定開距滅弧室絕緣套支柱型斷路器

1—帽；2—上接線板；3—密封圈；4—滅弧室；5—動觸頭；6—下接線板；7—支柱絕緣套；8—軸；9—操作機構傳動桿；10—輔助開關傳動桿；11—吸附劑；12—傳動機構箱；13—液壓機構；14—操作拉桿

（3）SF6斷路器滅弧室的結構與滅弧過程

SF6斷路器滅弧室結構可分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，即常態時只有單一壓力的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。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。滅弧室的工作過程如圖2.24所示。

圖2.24　SF6斷路器滅弧原理圖

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，固有分閘時間長，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，逐漸取代雙壓式。

（4）SF6斷路器的典型結構

SF6斷路器在電力系統中得到了廣泛應用，下面以LW16-35型斷路器和LW8-35斷路器為例來說明SF6斷路器的結構和工作原理。

①LW16-35型斷路器

a.LW16-35型斷路器結構

其外形如圖2.25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，每相的底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。

圖2.25　LW16-35型斷路器外形結構圖

1—上接線座；2—靜觸頭；3—導電桿；4—中間觸指；5—下接線座；6—絕緣拉桿；7—連桿；8—彈簧結構；9—操動機構輸出軸；10—拐臂；11—分閘緩沖器；12—過渡軸；13—合閘緩沖器；14—分閘彈簧；15—內拐臂；16—氣管；17—外拐臂；18—轉軸

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。

b.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。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。

②LW8-35型斷路器

圖2.26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2.27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。

圖2.26　LW8-35型SF6罐式斷路器外形圖

圖2.27　LW8-35型SF6斷路器滅弧室結構圖

1—導電桿；2—大外殼；3—上絕緣子；4—冷卻室；5—靜觸頭；6—靜弧觸頭；7—噴口；8—動弧觸頭；9—動觸頭；10—汽缸；11—下絕緣子；12—絕緣拉桿；13—接地裝置；14—動觸頭支座；15—導電桿

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4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鈕操作兩種操作方式。

3.高壓真空斷路器

（1）真空電弧理論

①真空斷路器的概念

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。真空度就是氣體的絕對壓力與大氣壓的差值，表示氣體稀薄的程度。氣體的絕對壓力值越低，真空度越高。當滅弧室內被抽成10-4Pa的真空時，其絕緣強度比絕緣油、一個大氣壓力下的SF6和空氣的絕緣強度高很多。

②于真空間隙的絕緣性能

真空間隙的氣體稀薄，分子的自由行程較大，發生碰撞游離的幾率很小，因此真空間隙具有很高的絕緣強度。當真空間隙在某一電壓下擊穿幾次后，由于觸頭表面的毛刺被沖擊掉，觸頭表面光潔度提高，真空間隙在該電壓下就不再擊穿了，擊穿電壓將會升高，這種現象叫真空間隙的老化。這是真空間隙獨具的特點。

真空間隙的絕緣強度與很多因素有關，主要與真空間隙的長度、真空度、電極材料、電極表面狀態、形狀和大小、施加電壓的波形和頻率等因素有關。

③真空電弧的形成與熄滅

a.真空電弧的形成

形成真空電弧主要有三個階段。

第一階段，觸頭蒸發形成金屬蒸氣。在觸頭帶電流分離時，由于接觸壓力減小，觸頭由面接觸變為點接觸（觸頭間形成金屬小橋），電流集中通過金屬橋。在分斷過程中，其一，金屬橋被拉長，截面減小，電阻增大，橋上耗散功率大，溫度急劇升高，金屬橋熔化并產生高溫金屬蒸氣；其二，觸頭表面結合不牢固的金屬團粒（如金屬加工時殘留的毛刺），在靜電場力的作用下，離開電極表面，加速通過真空間隙轟擊電極，使電極和團粒的溫度升高，蒸發出高溫金屬蒸氣；其三，觸頭表面尖端突起部分的電場極強，因強電場發射自由電子所形成的電子束（預放電電流，其值為10-5～10-3A）轟擊陽極，也可使陽極發熱，蒸發出金屬蒸氣。

第二階段，自由電子穿過高溫金屬蒸氣。運動中帶電的金屬團粒與電極間形成強電場，此電場可使團粒和電極表面發射大量自由電子。當高速運動的自由電子穿過高溫金屬蒸氣云時，使金屬原子電離產生帶電離子。離子的定向移動形成傳導電流。

第三階段，形成陰極斑點。電極表面發射自由電子的尖端或突起，很快發展成陰極斑點，其溫度極高，不斷蒸發金屬蒸氣，補充金屬蒸氣的損失，陰極斑點發射的電子又電離金屬蒸氣，補充離子的損失，觸頭間的預放電流就轉變成自持的真空電弧。因此，真空電弧的形成是一個電極過程。陰極斑點是真空電弧的生命線。真空電弧是電離狀態的金屬蒸氣電弧。

b.真空電弧的形態

◆擴散型電弧。當電弧電流小于100A時，觸頭間只存在一束電弧，觸頭上只有一個陰極斑點，并在觸頭表面做不規則的運動。當電弧電流大于100A、小于6kA時，陰極斑點會從一個分裂為若干個，并在陰極表面不斷向四周擴散，電弧以許多完全分離的并聯電弧的形態存在。這種形態的電弧為擴散型電弧，如圖2.28（a）所示。

圖2.28　電弧形態

◆集聚型電弧。當電極上電弧電流大于10kA時，陰極斑點受電磁力的作用相互吸引，使所有的陰極斑點集聚成一個運動速度緩慢的陰極斑點團（其直徑可達1～2cm），形成單束大弧柱，且電極強烈發光，觸頭表面將出現熔坑，這種形態的電弧稱為集聚型電弧，如圖2.28（b）所示。

c.真空電弧的熄滅

對擴散型電弧，電流過零時，真空電弧熄滅。陰極斑點所造成的熔區在電弧熄滅后10-8～10-7s內便凝固。陰極和陰極斑點便不再向弧柱區提供電子和金屬蒸氣，而殘余的等離子體內的各種粒子在數個微秒內向四周擴散完，弧區介電強度迅速提高，實際上已變成了真空間隙，足以承受很高的恢復電壓而不致擊穿。擴散型電弧過零后很容易熄滅。

對集聚型電弧，電流過零時，電弧熄滅，但觸頭表面有面積和厚度相當大的熔區，這些熔區需要毫秒數量級的時間才能冷卻。在這段時間內，電極仍向弧區輸送大量金屬蒸氣和帶電粒子，在恢復電壓上升過程中，弧區相當于一個充氣間隙，不可避免要發生重新擊穿。只有當觸頭開距足夠大，陰極斑點產生的金屬蒸氣不足以維持帶電粒子擴散時，真空電弧才熄滅。故集聚型電弧難以熄滅，應設法避免。一般在觸頭結構上采取措施，防止觸頭表面發生過分嚴重的局部熔化和燒損。

總之，真空電弧的熄滅，主要取決于觸頭的陰極現象、電極發熱程度及離子向弧柱外迅速擴散的作用。

（2）真空斷路器的分類

按照不同的分類方法，真空斷路器可分為以下幾種：

①按真空滅弧室的布置方式，分為落地式、懸掛式、綜合式和接地箱式。

②按真空滅弧室的外殼，分為玻璃外殼式和陶瓷外殼式。

③按觸頭形狀，分為橫磁吹式和縱磁吹式。

（3）真空斷路器的基本結構

真空斷路器由真空滅弧室、絕緣支撐、傳動機構、操作機構、機座（框架）等組成。

（4）真空斷路器的滅弧室

真空滅弧室是真空斷路器中最重要的部件，其結構如圖2.29、圖2.30所示。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，波紋管的另一個端口與動端蓋的中孔焊接，動導電桿從中孔穿出外殼。由于波紋管可以在軸向上自由伸縮，所以這種結構既能實現在滅弧室外帶動動觸點做分合運動，又能保證真空外殼的密封性。

圖2.29　玻璃外殼真空滅弧室的剖視圖

圖2.30　陶瓷外殼真空滅弧室結構

下面簡要地介紹滅弧室中主要部件及各部分的作用。

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和絕緣性能。

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。

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。

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。

非磁吹型圓柱狀觸頭最簡單，機械強度好，易加工，但開斷電流小。

磁吹觸頭又分為橫向磁吹觸頭和縱向磁吹觸頭兩類。而橫向磁吹觸頭包括螺旋槽觸頭和杯形觸頭兩種，如圖2.31、圖2.32所示。對橫向磁吹觸頭，當斷路器分閘時，觸頭間產生電弧，由于觸頭的特殊結構，電弧電流產生橫向磁場，對電弧進行橫向吹弧，提高了滅弧能力。對縱向磁吹觸頭，當開斷電流時，由于流過線圈的電流在弧區產生一定的縱向磁場，是電弧電壓降低和集聚電流值提高，極大地提高了觸頭的開斷能力和電氣壽命。

圖2.31　中接式螺旋槽觸頭

圖2.32　杯形觸頭

（5）真空斷路器的操作過電壓及抑制方法

①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：

a.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，因此會發生過電壓。

b.切斷電容性負載時的過電壓。這是因熄弧后間隙發生重擊穿而引起的。所以，真空斷路器的重擊穿幾率越小越好。

c.高頻多次重燃過電壓。是因為斷路器開斷感性電流時，當間隙被擊穿后電弧重燃，受電路參數影響，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。

②抑制過電壓的方法

操作過電壓對其電氣設備尤其是電機繞組絕緣危害很大。因此，必須采取抑制方法。常用的方法有：

a.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。

b.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100～200贅，電容選0.1～0.2滋F。

c.串聯電感。可降低過電壓的上升陡度和幅值。

d.安裝避雷器。用它限制過電壓的幅值。

（6）真空斷路器的優缺點

根據斷路器的結構特點和適用范圍，斷路器的優缺點有：

①觸頭開距小，動作快；

②燃弧時間短，觸頭燒損輕；

③壽命長，適于頻繁操作；

④體積小，結構緊湊，真空滅弧室不需檢修，維修工作量小；

⑤防火、防爆性能好；

⑥制造工藝復雜，造價高；

⑦監視真空度變化的簡易裝置尚未解決；

⑧開斷小電流時，有可能產生較高的過電壓，需采取降低過電壓的措施。

（7）真空斷路器真空度檢查

①測量動、靜觸頭兩端的絕緣電阻。用1000V兆歐表，絕緣電阻應大于500M贅，說明真空度良好。

②耐壓試驗。動、靜觸頭間施加交流工頻電壓，耐壓1min，無擊穿為真空度良好。

③用真空度檢測儀檢查。用依據脈沖磁場放電測量原理制造的KZJ-1型真空度檢測儀，可直接測出真空度值。

這樣通過定期的檢查、測量，就可以掌握真空度變化的狀況及趨勢，防患于未然，確保斷路器安全可靠地運行。

4.直流斷路器

直流斷路器一般為機械式、單相快速斷路器。城軌交通供電系統中，直流斷路器應用于牽引變電所整流裝置牽引側以及饋線側，一般以直流開關柜的形式出現，較常見的是瑞士賽雪龍公司生產的斷路器的UR系列（額定電流500～4000A）和HPB系列（額定電流4500A、6000A）。較常見的直流開關柜有MB型和KMB型。

（1）常用直流斷路器

圖2.33、圖2.34所示為直流快速斷路器的外部結構圖，圖2.35所示為直流斷路器UR36原理圖。它是一種雙向、單極單元，采用了電磁吹弧、電動操作系統、直接瞬時過流脫扣、間接快速脫扣（用戶可選項）和空氣自然冷卻方式等技術。間接脫扣器由一個線圈和一個電子控制裝置組成，線圈固定在斷路器上，電子控制裝置（由放電電容和電子開關組成）單獨安裝。1000～6000A的斷路器，其響應時間僅為幾毫秒。

圖2.33　HPB45系列斷路器和HPB60系列斷路器

圖2.34　UR26/36/40系列斷路器

與交流電弧不同，直流電弧只能靠強制電流為零來熄滅，電弧能量不變的前提下，促使電弧電流接近于零，意味著必須提高電弧電壓，使之高于斷路器的工作電壓。可以通過合理的措施迅速提高電弧電壓，如在中、低壓直流回路中使用電磁吹弧斷路器，從而達到滅弧的目的。對高壓直流回路，必須相應地降低電壓和電流，對要求分閘更快的斷路器，通過加接LC諧振電路產生人工電流零點來滅弧，這需要非常精確和可靠的電子技術，如圖2.36所示。

圖2.35　直流斷路器UR36原理圖

1—間接過流脫扣器；2、5—導體連接排；3—直接過流脫扣器；4—動觸頭；6—金屬柵片；7—消電離板；8—滅弧室；9—吹弧線圈；10—合閘線圈；11—接觸彈簧；12—輔助開關；13—分閘彈簧

圖2.36　直流滅弧原理

t1—短路發生時刻；t2—觸頭分離時刻

以瑞士賽雪龍公司生產的UR系列直流斷路器為例，當斷路器跳閘后，主回路磁場將動、靜觸頭之間產生的電弧吹入滅弧室，滅弧室采用冷陰極設計，由許多相互絕緣的滅弧板（金屬柵片）組成，一旦電弧進入滅弧室就被金屬柵片分裂為許多串聯的小弧段。因為每兩塊滅弧板之間的電壓降約為40V，所以總的電弧電壓便大大增加（取決于滅弧板的數量），但一般不超過額定電壓的兩倍。電弧電流大大減少，使電弧得以迅速熄滅。燃燒的氣體從上端溢出，并在位于金屬滅弧板上部的絕緣板之間被去電離。

鑒于直流電弧熄滅比較困難，當直流斷路器合閘送電時，必須預先進行線路測試，即首先通過線路測試裝置對將要合閘送電的線路進行絕緣性能測試，絕緣合格，則給斷路器送出合閘命令；絕緣測試不合格，則閉鎖斷路器禁止合閘。當運行的線路跳閘后，禁止盲目重合閘，只有通過線路測試，確認短路清除，斷路器才能自動重合閘。

（2）直流開關柜

直流開關柜分固定式和移開式兩種。移開式直流開關柜就是斷路器固定安裝在可移開的手車上，代表性產品有瑞士賽雪龍公司生產的KMB型、MB型等。

KMB或MB型直流開關柜是一個集成系統，包括斷路器手車、控制、保護系統（SEPCOS）、框架、母排等，也可根據用戶需求，加裝轉換開關或隔離開關。其外觀如圖2.37（a）所示。KMB柜寬為600mm或800mm，它適用于額定工作電壓低于3000V，額定電流最大至6000A的直流牽引供電系統中。內部結構如圖2.37（b）所示。KMB柜寬為500mm或800mm，可滿足電流從1000A到6000A，電壓從直流750V至3000V的各種應用需要。它適用于輕軌、地鐵以及鐵路多種場合。內部結構如圖2.37（c）所示。

圖2.37　直流開關柜

1—斷路器手車；2—斷路器室；3—柜后母線室；4—測量室；5—低壓室；6—轉換（隔離）開關；7—斷路器手車；8—斷路器室；9—柜后母線室；10—測量室；11—低壓室

2.2.3　工作任務

1.真空斷路器檢修

（1）真空滅弧室

真空滅弧室是真空斷路器的主要元件，它是在一只管形的玻璃管（或陶瓷管）內密封著所有的滅弧元件，分合閘時通過動觸桿運動，拉長或壓縮波紋管而不破壞滅弧室內真空的裝置。

①檢查外觀有無異常、外表面有無污損。如果絕緣外殼表面沾污，應用干布擦拭干凈。

②動、靜觸頭累積磨損厚度超過3mm，就要更換真空管。

③真空度的檢查主要通過工頻耐壓法檢查，在真空斷路器處于開斷狀態下，在真空滅弧管的觸頭間加上規定的預防性工頻試驗電壓1min，中間應無異常。

④每一次維護都要對真空斷路器的觸頭開距、壓縮行程、三相同期性進行檢查及調整。

（2）高壓帶電部分

高壓帶電部分是指真空滅弧室的靜導電桿和動導電桿接到主回路端子以接通電路的部分，它由支持絕緣子、絕緣套管等絕緣元件支撐在真空斷路器的框架上。

①檢查導電部分有無變色、斷裂、銹蝕，固定連接部分元件有無松動，絕緣有無破損、污損。

②測試主回路相對地、相與相之間以及絕緣提升桿的絕緣電阻應不小于規定值。

③斷路器在分、合閘狀態下，分別進行主回路相對相、相間及斷口的交流耐壓試驗1min，應合格；絕緣提升桿在更換或干燥后，也必須進行耐壓試驗。

④測試真空滅弧室兩端之間、主回路端之間的接觸電阻，應不大于規定值。

（3）真空斷路器分合閘緩沖器

真空斷路器分合閘緩沖器用于減輕分閘或合閘時的沖擊力，分閘緩沖器還用來限制動、靜觸頭的“開距冶，要求分閘緩沖器性能可靠；合閘緩沖器可以減少合閘“彈跳時間冶。但為了保證緩沖效果，動、靜觸頭接觸后，靜觸頭必須跟隨動觸頭繼續前進一個緩沖距離，這就導致真空滅弧室靜觸頭外殼與靜觸頭的整體強烈振動，很容易造成真空滅弧室外殼或與靜觸頭連接處損傷。所以，在檢修真空斷路器的合閘緩沖器時，不一定過分強調“彈跳時間冶，要兼顧保證有良好的緩沖性能。

2.六氟化硫斷路器維護檢修

（1）斷路器、隔離開頭、接地開頭、快速接地隔離開頭的位置指示是否正常。

（2）各種指示燈、信號燈的指示是否正常，加熱器是否按規定投入或切除。

（3）從窺視孔中檢查隔離開頭、接地隔離開頭的觸頭接觸是否正常。

（4）密度繼電器、壓力表的指示是否正常。

（5）斷路器、避雷器的指示值是否正常。

（6）裸露在外的母線（接地匯流排），其溫度的指示是否正常。

（7）CT、PT二次側端子有沒有發熱現象，熔絲、熔斷器的指示是否正常。

（8）在GIS設備附近有無異味、異聲。

（9）設備有無漏氣、漏油的現象。

（10）所有閥門的開、閉位置是否正常，金屬支架有無銹蝕、發熱現象。

（11）可見的絕緣件有無老化、剝落、裂紋的現象。

（12）所有金屬支架和保護罩的外殼有無油漆剝落現象。

（13）接地端子有無發熱現象，金屬外殼的溫度是否超過規定。

（14）所有設備是否清潔、齊整、標志完善。

（15）室內行車操作是否正常。

（16）各氣室SF6氣體含水量的測量。

（17）氧化鋅避雷器阻性電流測量。

（18）斷路器、隔離開關機構目檢，液壓機構有無滲漏油、二次側接線有無發熱的現象。

3.直流斷路器滅弧罩的解體檢修

（1）用扳手松開位于滅弧罩兩端及兩極板端部的連接搭扣，并旋轉90毅，以松開角形導弧板。

（2）用扳手松開滅弧罩與斷路器的兩個固定螺釘。

（3）卸下滅弧罩放置在工作臺上，檢查滅弧罩外殼有無弧黑和積灰，使用干抹布對外殼清潔干凈。若單面裂紋超過1cm或雙面對應處出現裂紋，均需更換。

（4）用套筒扳手松開滅弧罩外殼六個固定螺栓和頂部手柄四個固定螺釘和墊圈。

（5）把滅弧罩側翻180毅，拆下滅弧罩一側蓋板，逐一取出滅弧罩內的每片大、小樹脂滅弧柵片和偏轉鐵板，檢查大、小樹脂滅弧柵片表面有無弧黑和積灰，并用干抹布清潔干凈。

（6）當局部燒毀留下的標記大于1/2原始厚度（2.5mm）或出現裂紋時，需及時更換。檢查角形導弧板，當橫截面積達到其原始面積（20mm伊4mm）一半時，需及時更換。

2.2.4　分析與思考

1.氣體電弧有什么特征？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.開關電器中常采用的基本滅弧方法有哪些？

6.高壓斷路器的作用是什么？對其有哪些基本要求？

7.高壓斷路器有哪幾類？其技術參數有哪些？

8.簡述高壓斷路器結構的及各部分功能。

9.簡述SF6氣體為什么具有優良的滅弧性能和絕緣性能？

10.為什么SF6斷路器必須嚴格控制SF6氣體中的水分？采取了哪些措施？

11.簡述單壓力SF6斷路器的滅弧原理。

12.真空間隙獨具的特點是什么？真空間隙為什么具有優良的滅弧性能和絕緣性能？

13.真空間隙的絕緣強度主要與什么因素有關？

14.真空電弧的本質是什么？簡述真空電弧是怎樣形成的？

15.真空電弧熄滅的原理是什么？

16.真空滅弧室主要由幾部分組成？各部分作用是什么？

17.真空斷路器如何檢查其真空度？