第二章 SF₆斷路器的類型及結(jié)構(gòu)

第一節(jié) SF₆斷路器的類型及基本結(jié)構(gòu)

采用SF₆氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)的斷路器稱為SF₆斷路器。由于SF₆氣體具有優(yōu)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(yīng)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(jié)構(gòu)設(shè)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(lián)單元數(shù)較少，節(jié)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(zhì)恢復(fù)速度特別快，因此開斷近區(qū)故障的性能特別好，通常不加并聯(lián)電阻能夠可靠地切斷各種故障而不產(chǎn)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(nèi)，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(shè)備內(nèi)部，設(shè)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(chǎn)生的操作過電壓，降低了設(shè)備絕緣水平的要求，并在開斷電容電流時不產(chǎn)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(nèi)沒有碳的沉淀物，所以可以消除碳痕，使其允許開斷的次數(shù)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(jié)構(gòu)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(yōu)點，但不能內(nèi)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(chǔ)上發(fā)展起來的，具有瓷柱式SF₆斷路器的所有優(yōu)點，而且可以內(nèi)附電流互感器，產(chǎn)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(jié)構(gòu)

SF₆斷路器的基本結(jié)構(gòu)由導(dǎo)電回路、滅弧裝置、絕緣部件、操動機構(gòu)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(jié)構(gòu)組成。

（一）滅弧室

SF₆斷路器滅弧室的具體結(jié)構(gòu)如下。

1.單壓式滅弧室

單壓式斷路器系指在斷路器內(nèi)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(jié)構(gòu)。

（1）定開距滅弧室。定開距滅弧室結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。在關(guān)合位置時，動觸頭2跨接于靜觸頭3、5之間，構(gòu)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(nèi)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(gòu)拉桿，驅(qū)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(qū)動可動部分向右運動，此時，壓氣室內(nèi)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(chǎn)生電弧。同時，原來由動觸頭2所封閉的壓氣室打開而產(chǎn)生氣流，向噴口吹弧，如圖2－2（c）所示。

2）氣流向靜觸頭內(nèi)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(jié)構(gòu)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(tǒng)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(cè)，可改善散熱條件，提高斷路器的熱穩(wěn)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(shè)置逆止閥7。合閘時，逆止閥7打開，使壓氣室與活塞9的內(nèi)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(nèi)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(chǎn)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(zhuǎn)運動使電弧冷卻而熄滅的滅弧方式。磁場由設(shè)置在靜觸頭附近的磁吹線圈產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)生使電弧旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)方向。

旋弧式滅弧室結(jié)構(gòu)簡單，觸頭燒損輕微，在中壓系統(tǒng)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(jié)構(gòu)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(huán)狀電極5和動觸頭7之間產(chǎn)生電弧。旋弧線圈3產(chǎn)生與觸頭的同軸磁場，燃弧環(huán)5中的電弧垂直于旋弧線圈3產(chǎn)生與觸頭的同軸磁場，燃弧環(huán)5中的電弧垂直于旋弧線圈3的磁場，其間產(chǎn)生的電動力使電弧高速旋轉(zhuǎn)，如此，把電弧在SF₆氣體中拉長，旋轉(zhuǎn)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(chǎn)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(jīng)動觸頭7中的噴嘴6連通。此時出現(xiàn)的氣壓差，被用來經(jīng)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(gòu)的負擔(dān)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(yīng)用。

（二）操動機構(gòu)

SF₆斷路器的操作機構(gòu)有彈簧式和液壓式等類型。