第二章 SF₆斷路器的類型及結構

第一節 SF₆斷路器的類型及基本結構

采用SF₆氣體作為絕緣和滅弧介質的斷路器稱為SF₆斷路器。由于SF₆氣體具有優良的絕緣性能和電弧下的滅弧性能，無可燃、爆炸的特點，使其在高壓斷路器中獲得廣泛的應用。

一、SF₆斷路器的特點

（1）SF₆氣體的良好絕緣性能，使SF₆斷路器結構設計更為緊湊，電氣距離小，單斷口的電壓可以做得很高，與少油和空氣斷路器比較，在相同額定電壓等級下，SF₆斷路器所用的串聯單元數較少，節省占地，而且操作功率小，噪音小。

（2）SF₆氣體的良好滅弧特性，使SF₆斷路器觸頭間燃弧時間短，開斷電流能力大，觸頭的燒損腐蝕小，觸頭可以在較高的溫度下運行而不損壞。

（3）SF₆氣體介質恢復速度特別快，因此開斷近區故障的性能特別好，通常不加并聯電阻能夠可靠地切斷各種故障而不產生過電壓。

（4）SF₆斷路器的帶電部位及斷口均被密封在金屬容器內，金屬外部接地，能更好地防止意外接觸帶電部位和防止外部物體侵入設備內部，設備可靠。

（5）SF₆氣體在低壓下使用時，能夠保證電流在過零附近切斷，電流截斷趨勢減至最小，避免截流而產生的操作過電壓，降低了設備絕緣水平的要求，并在開斷電容電流時不產生重燃。

（6）SF₆氣體是不可燃的惰性氣體，這可避免SF₆斷路器爆炸和燃燒，使變電所的安全可靠性提高。

（7）SF₆氣體分子中不存在碳，燃弧后，使SF₆斷路器內沒有碳的沉淀物，所以可以消除碳痕，使其允許開斷的次數多，檢修周期長。

二、SF₆斷路器的外形分類

（一）瓷柱式

這是目前使用較多的一種。在結構上和戶外少油斷路器相似，具有單斷口電壓高、開斷電流大、運行可靠性高和檢修維護工作量小等優點，但不能內附電流互感器，且抗地震能力相對較差。

（二）落地罐式

這是在瓷柱式的基礎上發展起來的，具有瓷柱式SF₆斷路器的所有優點，而且可以內附電流互感器，產品整體不高，抗震能力相對提高，但造價比較昂貴。

三、SF₆斷路器的基本結構

SF₆斷路器的基本結構由導電回路、滅弧裝置、絕緣部件、操動機構和附屬部件等5部分組成。其中的滅弧裝置與其它斷路器比較有較大差異，而其余幾個部分與其它斷路器大致相類似。下面著重介紹SF₆斷路器滅弧裝置的結構組成。

（一）滅弧室

SF₆斷路器滅弧室的具體結構如下。

1.單壓式滅弧室

單壓式斷路器系指在斷路器內SF₆氣體只有一種較低的壓力（0.3～0.5MPa），滅弧室的可動部分帶有壓氣裝置，靠分閘過程中活塞與氣缸的相對運動造成短時氣壓升高而吹熄電弧。單壓式滅弧室有定開距滅弧室和變開距滅弧室兩種結構。

（1）定開距滅弧室。定開距滅弧室結構見圖2－1。斷路器的觸頭由兩個帶嘴的空心靜觸頭3、5和動觸頭2組成。斷路器的弧隙由兩個靜觸頭保持固定的開距，故稱為定開距結構。在關合位置時，動觸頭2跨接于靜觸頭3、5之間，構成電流通路。由絕緣材料制成的固定活塞6和與動觸頭2連成一體的壓氣罩1之間圍成壓氣室4。當分閘時動觸頭2連同壓氣罩1向右移動，壓縮壓氣室內的SF₆氣體。當噴口被打開后，形成氣流吹弧。圖2－1中7為操動機構拉桿，驅動動觸頭2和壓氣罩1組成的可動部分運動。滅弧過程如下：

1）在圖2－2（a）中，示出了斷路器的合閘位置。當分閘時，拉桿7驅動可動部分向右運動，此時，壓氣室內的SF₆氣體被壓縮，如圖2－2（b）所示。當動觸頭2離開靜觸頭3時，產生電弧。同時，原來由動觸頭2所封閉的壓氣室打開而產生氣流，向噴口吹弧，如圖2－2（c）所示。

2）氣流向靜觸頭內孔對電弧進行縱吹，使電弧熄滅。熄弧后的開斷位置如圖2－2（d）所示。

特點是：觸頭開距小，126kV的斷路器只有30mm，觸頭從分離位置到熄弧位置的行程很短，電弧能量小，熄弧能力強，燃弧時間短。但是壓氣室的體積較大。

（2）變開距滅弧室。變開距滅弧室結構見圖2－3，其滅弧過程如圖2－4所示。由于在滅弧過程中，觸頭的開距是變化的，故稱為變開距滅弧室。觸頭系統有工作觸頭、弧觸頭和中間觸頭，而且工作觸頭和中間觸頭放在外側，可改善散熱條件，提高斷路器的熱穩定性。為了在分閘過程中壓氣室的氣體集中向噴嘴吹弧，而在合閘過程中不致在壓氣室形成真空，故設置逆止閥7。合閘時，逆止閥7打開，使壓氣室與活塞9的內腔相通，SF₆氣體從活塞小孔充入壓氣室8。分閘時，逆止閥7堵住小孔，讓SF₆氣體集中向噴嘴3吹弧。其滅弧過程可用圖2－4說明如下：

1）如圖2－4（a）為合閘位置。當分閘時，可動部分向右移動，壓氣室內的壓力增高，如圖2－4（b）所示。工作觸頭首先分離，待弧觸頭分離時產生電弧，并開始吹弧，如圖2－4（c）所示。

2）觸頭在分閘過程中開距是變化的，在分閘位置的最終開距最大，因此，斷口電壓可作得較高，如圖2－4（d）所示。

2.自能式滅弧室

自能式滅弧室包括旋弧式滅弧室和熱膨脹式滅弧室。

（1）旋弧式滅弧室。所謂旋弧式滅弧是利用電弧在磁場中作旋轉運動使電弧冷卻而熄滅的滅弧方式。磁場由設置在靜觸頭附近的磁吹線圈產生。當開斷電流時，線圈自動地被電弧串接進回路，在動、靜觸頭之間產生橫向或者縱向磁場，如圖2－5所示。在圖2－5（a）中，電弧軸線與動觸頭軸線近乎垂直，在圖2－5（b）中，電弧軸線與動觸頭軸線近乎平行，也即電弧電流與磁場有正交分量。這就會產生使電弧旋轉的力。圖2－6示出了橫向旋弧滅弧室的原理圖。由圖2－6可直觀地看出電弧旋轉方向。

旋弧式滅弧室結構簡單，觸頭燒損輕微，在中壓系統中使用比較普遍。

（2）熱膨脹式滅弧室。滅弧中所需的能量是由電弧本身來獲得的，其滅弧室結構見圖2－7。由圖2－7可見，圓柱形的滅弧室被分成兩個間隔，即密閉間隔8和密閉間隔大的多的排氣間隔10。在這兩個間隔中都充有SF₆氣體。當斷路器處于合閘位置時，動觸頭7通過觸指4連接到靜觸頭2，如中心線左部所示。分閘時，電流通過線圈3，如中心線右部所示。當動觸頭7走動一定距離后，在環狀電極5和動觸頭7之間產生電弧。旋弧線圈3產生與觸頭的同軸磁場，燃弧環5中的電弧垂直于旋弧線圈3產生與觸頭的同軸磁場，燃弧環5中的電弧垂直于旋弧線圈3的磁場，其間產生的電動力使電弧高速旋轉，如此，把電弧在SF₆氣體中拉長，旋轉電弧不斷接觸新鮮的SF₆氣體，釋放熱能，并將間隔8中的氣體加熱，產生一個比排氣間隔中較高的壓力，當觸頭分開時，兩個間隔經動觸頭7中的噴嘴6連通。此時出現的氣壓差，被用來經過噴嘴形成縱向吹弧。在下一個電流過零點時，熄滅電弧。

無論旋弧式滅弧還是熱膨脹式滅弧都能大大減輕操動

機構的負擔而提高性能。但也有其自身的弱點，因而往往將幾種滅弧原理同時應用。

（二）操動機構

SF₆斷路器的操作機構有彈簧式和液壓式等類型。