第四節　隔離開關與高壓熔斷器

一、隔離開關

1.隔離開關的用途

隔離開關又稱刀閘，是一種沒有專門滅弧裝置的高壓開關電器，在電力系統中，其主要作用如下。

①隔離電源。利用隔離開關斷口的可靠絕緣能力，使需要檢修或分段的線路與帶電線路相互隔離，以確保檢修工作的安全。

②隔離開關與斷路器配合進行倒閘操作。操作隔離開關時必須注意：絕不允許帶負荷電流分閘，否則，斷口間產生的電弧將燒毀觸頭或形成三相弧光短路，造成供電中斷。因此，當隔離開關與斷路器串聯于電路中運行時，隔離開關必須遵守先合后分的原則；在并聯時，必須遵守先分后合的原則。

③通斷小電流電路。用隔離開關可以通、斷電壓互感器和避雷器電路；通、斷激磁電流不超過2A的空載變壓器電路；通、斷電容電流不超過5A的空載線路；通、斷母線和直接接在母線上的電氣設備的電容電流；通、斷變壓器中性點的接地線。

④在某些終端變電所中，快分隔離開關與接地開關相配合，代替斷路器的工作。

2.隔離開關的技術要求

①有明顯的斷開點。

②斷口應有足夠可靠的絕緣強度。

③具有足夠的動、熱穩定性。

④結構簡單，分、合閘動作靈活可靠。

⑤隔離開關與斷路器配合使用時，應具有機械的或電氣的聯鎖裝置，以保證正常的操作順序。

⑥主閘刀與接地閘刀之間設有機械的或電氣的聯鎖裝置，保證二者之間的動作順序。

3.隔離開關的分類

隔離開關種類很多，按不同的分類方法分類如下。

①按裝設地點的不同分為：戶內式和戶外式。

②按絕緣支柱數目分為：柱式、雙柱式和三柱式。

③按動觸頭運動方式分為：水平旋轉式、垂直旋轉式、擺動式和插入式。

④按有無接地閘刀分為：無接地閘刀、一側有接地閘刀、兩側有接地閘刀。

⑤按操動機構的不同分為：手動式、電動式、氣動式和液壓式等。

⑥按極數分為：單極、雙極、三極。

⑦按安裝方式分為：平裝式和套管式。

4.國產隔離開關型號與參數

5.GW4-110D型戶外式隔離開關

這種開關的外形（單極）結構如圖2-23所示。開關的閘刀（由紫銅棒和觸頭組成）由兩個可以繞軸旋轉（軸上裝有軸承可減小分合閘時的摩擦阻力）的棒式（支柱）絕緣子支持，與棒式絕緣子軸連接的交叉連桿可保證兩棒式絕緣子在轉動時能同步地向兩個相反的方向（一個順時針，一個逆時針方向）同時轉動，帶動閘刀水平旋轉90°完成分、合閘。交叉連桿由操動機構的牽引桿傳動。觸頭應保證閘刀在分、合過程中可以自動凈化（在指形觸頭上裝有防塵罩，用以防雨、冰雪及灰塵），且閉合后應具有彈性接觸壓力。用軟連接導線將閘刀與接線端子連接起來，以利于閘刀旋轉。整個開關由鋼底架支持并固定在2.5m高的鋼架或水泥支柱上。

主閘刀和接地刀分別由兩套手動操作機構操動。主閘刀靠近支柱絕緣子端裝有接地刀靜觸頭，以保證主閘刀斷開且到位后，接地刀才能閉合。

隔離開關可分相操作，也可三相聯動。三相聯動時，操動機構裝在邊相上，通過水平連桿機構使三相開關同步動作。

若欲使開關分閘（圖2-24），則應使主閘刀傳動軸沿逆時針方向轉動，由于交叉連桿的牽制，棒式絕緣子1沿逆時針方向轉動，而棒式絕緣2沿順時針方向轉動，并帶動各自的閘刀轉動，使開關分閘。分閘后兩閘刀相互平行（即各自旋轉90°）。合閘動作順序與此相反。合閘后兩閘刀成一條直線。

GW4-110D型開關均屬雙柱式、水平斷口、閘刀水平旋轉的戶外式隔離開關。其主要優缺點如下。

①結構簡單、尺寸小、重量輕，零部件大部分可以通用。

②閘刀分為兩半，長度小，導電系統較穩定，而且操作時閘刀水平等速運動，可使冰層受到很大的剪力，易于破除。

③分閘時支柱絕緣子受彎折力、扭矩，因而要求絕緣子具有較高的機械強度。

④因閘刀水平轉動，相間距離較大。

6.GN2-35T型戶內式單極隔離開關

這種開關用于25kV高壓室內，其外形如圖2-25所示。

這種開關由底架、支柱瓷瓶、導電部分（包括閘刀與觸頭）及操作絕緣子組成。采用CS6型手動操動機構，操作絕緣子做支起或下落運動，使閘刀垂直旋轉完成分、合閘。

隔離開關的觸頭采用指形線接觸，其動觸頭由兩片互相平行的紫銅閘刀片組成。兩閘刀片間互相隔離并由彈簧壓緊。固定靜觸頭是以紫銅板條彎成直角做成。在合閘位置時，兩個刀片因有彈簧的壓力緊緊夾在靜觸頭兩側，形成線接觸。這樣的線接觸在分、合閘過程中，易于擦掉接觸表面的氧化物，降低接觸電阻。當短路電流通過開關的閘刀片時，兩平行刀片中的電流互相作用，產生較大的、互相吸引的電磁力，使接觸壓力增大。為了增加這種接觸壓力，常在平行刀片的兩側加上磁鎖，即在平行刀片的外側（GN2-35T型開關在閘刀的一端加磁鎖）加裝兩塊鋼片，以增強磁場，加大電動吸力。這樣可提高開關的動穩定性，且散熱效果好。

7.三工位隔離開關

三工位隔離開關常用于全封閉組合電器（GIS）中。所謂三工位，是指三個工作位置：隔離開關主斷口接通的合閘位置；主斷口分開的隔離位置；接地側的接地位置。

三工位隔離開關其實就是整合了隔離開關和接地開關兩者的功能，由一把刀來完成，這樣就可以實現機械閉鎖，防止主回路帶電合地刀，因為一把刀只能在一個位置，不像傳統的隔離開關，主刀是主刀，地刀是地刀，兩把刀之間可能出現誤操作；而三工位隔離開關用的是一把刀，一把刀的工作位置在某一時刻是唯一的，不是在主閘合閘位置，就是在隔離位置或接地位置，避免了誤操作的可能性。

以GN36-12D系列隔離開關為例，外形如圖2-26所示。該開關由焊接底架、觸刀、支柱絕緣子、匯流排、觸頭座、套管、軸、拉桿、停擋、拐臂、接地觸刀組成，焊接底架是由4mm鋼板折彎并與角鋼焊成的矩形框架，支柱絕緣子、套管、軸承座等安裝在底架上，導電套管采用環氧樹脂壓力注射成型（簡稱APG工藝）使導電桿與環氧樹脂緊密結合。利用導電套管方便了開關柜體的分割，達到鎧裝式的要求。觸座部分直接與支柱絕緣子連接，調整簡單，分、合閘時，只要操作手柄轉動與軸相連的拐臂，通過連桿帶動觸刀旋轉達到合閘、隔離、接地的位置，從而保證了維修時工人的絕對安全。導電部分主要由觸刀和觸頭組成，觸刀由兩塊銅板固定在導電套管導電桿上，外加磁鎖板，從而加強觸刀的剛性，使其在通過短路電流時，具有良好的動、熱穩定性。觸刀對觸頭的接觸方式采用球點接觸，減少了裝配時的工藝難度，保證了接觸良好。該開關可垂直、水平安裝在柜內。

圖2-27所示為工作在六氟化硫組合電器中的一種新型三工位隔離開關。隔離開關和接地開關共用一臺電動機構，隔離開關和接地開關實現機械聯鎖，確保了工作的可靠性。

8.隔離開關維修、調整基本常識

①隔離開關經常操作時，一般應半年檢修一次；不經常操作時，一般可一年檢修一次。

②觸頭接觸面應無銅氧化層和燒傷痕跡，否則應修整至接觸面平整，并且具有金屬光澤。當接觸面嚴重燒傷無法修整時應更換。

③觸頭的接觸面積（或接觸行程）、接觸壓力、接觸電阻應符合有關規定。例如，松開GW4-110D型開關出線接線座上緊固導電桿的螺釘，移動觸頭相對位置可調整觸頭接觸面。GN2-35型開關可動刀片進入固定觸頭插口的深度應不小于刀片寬度的90％，但也不能過大，以免撞擊絕緣子上端部。要求可動刀片與固定觸頭刀口底部應保留3～5mm間隙。

④三相（或兩相）同期接觸檢查時，不同期距離應不超過10mm。改變三相水平拉桿（GW4-110D型開關）或操作絕緣子（GN2-35型開關）的長短，可調整同期。

⑤隔離開關的分合閘角度、止釘間隙應符合標準。如GW4-110型隔離開關，合閘時，兩閘刀應成一條直線，分閘時，兩閘刀應相互平行，分、合閘止釘間隙應為1～3mm。

⑥隔離開關的輔助聯動接點轉換應正確。如GN2-35型開關在合閘行程的80％～90％時，其常開接點應閉合，常閉接點應在分閘行程的75％時閉合，否則應調整。

⑦分合閘操作隔離開關到達終點時，手動操作機構中的彈性機械鎖銷應自動進入手柄根部定位孔中。

⑧隔離開關傳動、轉動、活動摩擦部分應定期清掃、加注潤滑油，觸頭檢修完后應涂凡士林或黃油。

⑨檢修、調整完后，應做3～5次分、合閘操作實驗，合格后方能投入運行。

9.隔離開關常見故障及處理

隔離開關常見故障及處理如表2-2所示。

二、高壓熔斷器

1.熔斷器的作用及種類

熔斷器是最簡單和最早采用的一種保護電器，并兼有開關作用，常和被保護的電氣設備串接于電路中使用。當電路中流過短路電流時，利用熔件產生的熱量使本身熔斷，從而切斷電路，起到保護電氣設備、縮小事故范圍的作用，通常用于保護功率較小和對保護性能要求不高的電氣設備。

熔斷器可分為限流和不限流兩大類。在熔件熔化后，其電流未達到最大值之前就（熔斷）立即減小到零的熔斷器稱為限流熔斷器。這種熔斷器中裝有特種滅弧物質（如一定粒度的石英砂）或熔件熔斷時產生特種滅弧介質（如產氣纖維管在電弧高溫下分解出的氫氣等），故具有很強的滅弧能力。在熔件熔化后，電流幾乎不減小，繼續增至最大值，電流經一次或幾次過零后，電弧才熄滅（熔件熔斷）切斷電路的熔斷器稱為不限流熔斷器。這種熔斷器中無特殊的滅弧介質或熔件熔斷時不產生特種滅弧介質，僅靠熔斷時產生電弧使熔件熔化，從而拉長電弧，最后使電弧熄滅，故滅弧能力較弱，熔斷時間較長。

2.熔斷器的基本結構

（1）外殼（又稱熔件管）

熔斷器的熔件管有瓷、膠木、產氣纖維等幾種。瓷熔件管內一般充有石英砂，用于限流熔斷器；膠木熔件管一般用于不限流熔斷器。

（2）熔件（又稱保險絲）

熔件用不同材質的金屬（如銅、鉛、錫、鋅等）制成不同形狀、不同截面，以通過不同的額定電流。如絲狀、片狀、柵狀等。

（3）金屬觸頭及觸頭座

熔件管兩端裝有金屬觸頭（兩觸頭間用熔件電連接），并與觸頭座相配合，一般由銅材料制成。它們允許通過的最大工作電流稱為熔斷器的額定電流。在使用熔斷器時，應使熔件的額定電流小于或等于熔斷器的額定電流。

（4）支持絕緣子及底座

支持絕緣子固定在底座上，用于安裝固定金屬靜觸頭座及熔件管。低壓熔斷器一般無支持絕緣子，觸頭座直接安裝在底板上。

3.熔斷器的保護特性

（1）保護特性的概念

熔斷器串聯在電路中使用，安裝在被保護設備或線路的電源側。當電路中發生過負荷或短路時，熔體被過負荷或短路電流加熱，并在被保護設備的溫度未達到破壞其絕緣之前熔斷，使電路斷開，設備得到了保護。熔體熔化時間的長短，取決于熔體熔點的高低和所通過的電流的大小。熔體材料的熔點越高，熔體熔化就越慢，熔斷時間就越長。熔體熔斷電流和熔斷時間之間呈現反時限特性，即電流越大，熔斷時間就越短，其關系曲線稱為熔斷器的保護特性，也稱安秒特性，如圖2-28所示。

（2）影響熔件熔斷時間的主要因素。

熔斷時間與通過熔件的電流大小有關。當通過熔件的電流小于或等于其額定電流時，熔件熔斷的時間無限長，對同一材質的熔件通過熔件的電流比其額定電流越大，熔件的熔斷時間越短。

熔斷時間與熔件的材質有關。一般條件下（熔件的長度、截面積相等），熔件的熔點越低，熔斷時間越短。但一般在高壓熔斷器中卻采用高熔點的銅絲，而不采用低熔點的鉛錫合金絲作熔件。這是因為銅絲經過處理后，其保護特性優于鉛錫合金絲的緣故。

當銅絲和鉛錫合金絲的使用長度相等，其額定電流也相等時，由于鉛錫合金絲電阻率大，通過額定電流時，其發熱量多，又因其熔點低，為保證其通過額定電流不致熔斷，其截面積制造得較大，以減小發熱量，因而體積大（即熱容量大），通過同一短路電流時，熔斷時間較長。銅絲的電阻率較小，通過相同的額定電流時，發熱量少，制造的截面積較小，因而體積較小，熱容量較小，通過同一短路電流時，熔斷時間較短。當額定電流較小時，銅絲的截面積將很小，不便安裝，若做的截面便于安裝時，銅絲截面又較大，允許通過的電流又遠大于需要的額定電流。當銅絲達到熔化溫度（1080℃）時，設備絕緣早已熱擊穿，失去保護作用。但銅絲的斷路能力大，保護特性好，為利用這些優點，可設法降低其熔化溫度。最簡單有效的方法是冶金效應法（或稱金屬熔劑法），即使難熔金屬在某種合金狀態下變為易熔材料的方法。如在難熔金屬銅熔件的表面焊上易熔金屬錫的小球，當熔件發熱到錫的熔化溫度時，小球先熔化，滲入銅絲內產生銅錫合金，該合金的熔點比銅大為降低，且發熱量劇增，因此，銅絲將首先在焊有小錫球處熔斷，產生電弧，電弧的高溫足以使銅絲沿全長熔化，切斷電路。

影響熔斷器保護特性的其他因素還有：

①安裝熔件不慎損傷或接觸不良；

②熔件老化或質量不高；

③熔件長度不等；

④不適當地采用材質不同的代用熔件；

⑤石英砂的純度、粒度、濕度不合要求等。

（3）保護特性的作用

按照保護特性選擇熔體才能獲得熔斷器動作的選擇性。所謂選擇性，是指當電網中有幾級熔斷器串聯使用時，分別保護各電路中的設備，如果某一設備發生過負荷或短路故障時，應當由保護該設備（離該設備最近，即該設備或線路的主保護）的熔斷器熔斷，切斷電路，即為選擇性熔斷；如果保護該設備的熔斷器不熔斷，而由上級熔斷器熔斷或者斷路器跳閘（即該設備或線路的后備保護），即為非選擇性熔斷。發生非選擇性熔斷時，會擴大停電范圍，造成不應有的損失。

當熔斷器多級串聯使用時，應注意保護特性的配合，合理選擇各級熔斷器熔件的額定電流，以使熔斷器有選擇性地動作，縮小事故范圍。為此，一般應使前一級（靠近電源）熔件的額定電流大于后一級（靠近負載）熔件額定電流2～3個等級，即可使熔斷器有選擇性地動作。

4.熔斷器的主要優缺點

熔斷器結構簡單、安裝維修方便，故在功率較小和對保護特性要求不高的配電裝置中得到廣泛的應用。在1kV以下低壓系統中常與刀開關配合代替自動空氣開關，在10kV系統中常與高壓負荷開關配合代替高壓斷路器。

熔斷器不能作正常的分、合電路使用。因熔斷器動作后必須更換熔件，勢必造成局部停電。另外，其保護特性易受外界因素的影響，故在1kV以上高壓系統中僅用于保護電壓互感器和功率較小的電力變壓器。

5.高壓熔斷器舉例

圖2-29所示為RN5型熔斷器，這種熔斷器主要由熔管、接觸座、支柱絕緣子和底座組成。圖2-30為熔體管的結構示意圖。熔體管由熔管（瓷管）、端蓋、頂蓋、陶瓷芯、熔體和石英砂等組成。熔管用滑石陶瓷或高頻陶瓷制成，具有較高的機械強度和耐熱性能。熔管不僅是滅弧裝置的主要組成部分，而且還起著支持和保護熔體的作用。端蓋用銅制成，熔體通過端蓋與接觸座接觸組成導電回路。頂蓋也用銅制成，用來封閉熔管。充入熔管的石英砂形成大量細小的固體介質狹縫狹溝，對電弧起分割、冷卻和表面吸附（帶電粒子）作用，同時縫隙內驟增的氣體壓力也對電弧起強烈的去游離作用，所以電弧被迅速熄滅。

圖2-31所示為RW3-10型跌落式熔斷器。戶外跌落式熔斷器主要作用是作為電力輸電線路和電力變壓器短路和過負荷保護使用。上靜觸頭和下靜觸頭分別固定在瓷絕緣子的上下端。鴨嘴罩可繞銷軸O1轉動，合閘時，鴨嘴罩里的抵舌（搭鉤）卡住上動觸頭同時并施加接觸壓力。一旦熔體熔斷，熔管上端的上動觸頭就失去了熔體的拉力，在銷軸彈簧的作用下，繞銷軸O2向下轉動，脫開鴨嘴罩里的抵舌，熔管在自身重力的作用下繞軸O3轉動而跌落。熔管由層卷紙板或環氧玻璃鋼制成，兩端開口，內壁襯以石棉套，既防止電弧燒傷熔管，還具有吸濕性。熔體熔斷后，在電弧高溫作用下，熔管內壁分解產生的氫氣、二氧化碳等向管的兩端噴出，對電弧產生縱吹作用，使其在過零時熄滅。