SF6断路器构造及其工作原理--弹簧储能

SF6断路器原理、结构及性能特征青海电力科学试验研究院2009年7月1、SF6气体1.1 SF6气体的基本特性纯净的SF6是一种无色、无嗅、无毒、不可燃的卤素化合物。

SF6气体的化学性质非常稳定，在空气中不燃烧，不助燃，与水、强碱、氨、盐酸、硫酸等不反应，在低于150℃时，SF6气体呈化学惰性，极少溶于水，微溶于醇。

与传统绝缘油相比，其绝缘性能和灭弧性能都较为突出。

SF6气体是由最活泼的氟原子和硫原子结合而成，分子结构是个全对称的八角体。

其分子量较大，为146；SF6气体难溶于水，在常温甚至较高温度下都不会发生化学反应；SF6气体的热传导性能差，仅为空气的2/3，但是其散热性能比空气要好。

图1 SF6分子结构1.2 SF6气体的绝缘性能断路器开断后，触头间间隙绝缘能力的恢复是电弧熄灭的重要因素，间隙中带电粒子的多少决定了绝缘能力的大小。

当触头分开产生电弧后，带电粒子主要是热游离和碰撞游离产生的，由于SF6气体是负电性的气体，而且体积比较大，对电子捕获较易，并能吸收其能量生成低活动性的稳定负离子，其自由行程短，使间隙间难以再产生碰撞游离，大大减少了间隙中的带电粒子。

因此，在一个大气压下，SF6气体的绝缘能力超过空气的两倍，在三个大气压下，其绝缘能力和变压器油相当。

1.3 SF6气体优良的灭弧性能SF6气体在电弧的作用下，接受电能而生成低氟化合物，但电弧电流过零时，低氟化合物能迅速再合成SF6气体。

故弧隙介质强度恢复较快，所以SF6气体的灭弧能力相当于同等条件下空气的100倍。

1.4 影响SF6气体击穿电压的部分因素SF6气体的自屏蔽效应：在极不均匀电场下，当棒电极发生电晕放电后，放电所产生的空间电荷，因热运动向周围扩大，从而形成较为均匀的电晕层，它改善了棒极周围的电场分布，相当于扩大了棒极的半径一样，这种作用叫做电极的自屏蔽效应。

由于SF6气体的分子直径大，分子量大，故与空气相比，它的空间电荷热运动低，使棒极周围的空间电荷密集，而不易向外扩散，因此SF6气体的自屏蔽效应不如空气好。

SF6断路器的操动机构操动机构是高压断路器的重要组成部分，它由储能单元、控制单元、和力传递单元组成。

高压SF6断路器的操动机构有多种型式，如弹簧操动机构、气动机构、液压机构、液压弹簧机构等。

根据灭弧室承受的电压等级和开断电流的差异，SF6产品选用弹簧机构、气动机构或液压机构。

弹簧机构、气动机构、液压机构各自的特点比较见表1。

表1一．弹簧操动机构弹簧操动机构是一种以弹簧作为储能元件的机械式操动机构。

弹簧的储能借助电动机通过减速装置来完成，并经过锁扣系统保持在储能状态。

开断时，锁扣借助磁力脱扣，弹簧释放能量，经过机械传递单元使触头运动。

弹簧操动机构结构简单，可靠性高，分合闸操作采用两个螺旋压缩弹簧实现。

储能电机给合闸弹簧储能，合闸时合闸弹簧的能量一部分用来合闸，另一部分用来给分闸弹簧储能。

合闸弹簧一释放，储能电机立刻给其储能，储能时间不超过15s（储能电机采用交直流两用电机）。

运行时分合闸弹簧均处于压缩状态，而分闸弹簧的释放有一独立的系统，与合闸弹簧没有关系。

这样设计的弹簧操动机构具有高度的可靠性和稳定性，既可满足O-0.3 sec -CO-180 sec -CO操作循环，又可满足CO-15sec-CO操作循环，机械稳定性试验达10000次。

1.1 CT20弹簧操动机构动作原理CT20型弹簧操动机构（图1、图2、图3）利用电动机给合闸弹簧储能，断路器在合闸弹簧的作用下合闸，同时使分闸弹簧储能。

储存在分闸弹簧的能量使断路器分闸。

1.1.1分闸动作过程图1所示状态为开关处于合闸位置，合闸弹簧已储能（同时分闸弹簧也已储能完毕）。

此时储能的分闸弹簧使主拐臂受到偏向分闸位置的力，但在分闸触发器和分闸保持掣子的作用下将其锁住，开关保持在合闸位置。

分闸操作（图1、2）分闸信号使分闸线圈带电并使分闸撞杆撞击分闸触发器，分闸触发器以顺时针方向旋转并释放分闸保持掣子，分闸保持掣子也以顺时针方向旋转释放主拐臂上的轴销A，分闸弹簧力使主拐臂逆时针旋转，断路器分闸。

SF6断路器原理结构及性能特征SF6断路器是一种高压开关设备，具有很好的绝缘性能和抗电弧能力。

它常用于变电站、发电厂和工业企业中的高压电力系统中，用于控制和保护电力系统的设备和设施。

下面将介绍SF6断路器的工作原理、结构和性能特点。

一、工作原理断路部分：当SF6断路器接通电源时，电流通过断路器内的主触头和固定触头流过。

当需要断开电路时，主触头会先打开，而固定触头仍然保持接通状态，此时电流会由固定触头流经一个可移动的触头，形成磁场。

灭弧部分：在电流通过触头时，会形成电弧。

为了消除电弧，SF6断路器会通过将SF6气体注入灭弧室，同时增加电流的阻抗，使电弧自动熄灭。

灭弧室内的SF6气体由于高热而分解，形成硫化氢和氟化氢等气体，这些气体具有强大的灭弧能力。

二、结构外壳：外壳是断路器的保护外壳，通常由高杆拉杆和防爆装置构成。

高杆拉杆用于操纵断路器的操作机构，而防爆装置则用于防止发生内部电弧形成爆破。

操作机构：操作机构主要由机械传动系统组成，包括手动和电动操作机构。

手动操作机构通过人工操纵来实现断路器的开合操作。

电动操作机构则通过电动装置来实现断路器的远程操作。

电气部分：电气部分是断路器的核心部分，包括断路部分和灭弧部分。

断路部分包括主触头、固定触头和可移动触头等组件。

灭弧部分包括灭弧室、注气装置和灭弧器等。

三、性能特征1.高绝缘性能：SF6气体具有很高的绝缘性能，在高压环境下可以有效抑制电弧的产生，从而保证电力系统的安全运行。

2.强大的灭弧能力：SF6气体具有很强的灭弧能力，能够在电流通过触头时迅速熄灭电弧，从而保证断路器的可靠性和稳定性。

3.快速传输电流：SF6断路器具有较高的开断速度，能够迅速切断电路，在故障情况下可以及时切断电流，确保电力系统的正常运行。

4.高可靠性和稳定性：SF6断路器采用先进的灭弧技术，具有良好的绝缘性能和抗电弧能力，能够在恶劣的电力环境中稳定运行。

5.长寿命和低维护成本：SF6断路器的设计寿命较长，通常可达30年以上，且维护成本较低，减少了运维成本。

SF6断路器SF6断路器以SF6气体(1900年法国科学家才合成的一种气体)作绝缘和灭弧介质。

因为SF6气体具有优异的绝缘和灭弧性能，近几十来SF6断路器发展很快，在高压和超高压领域已基本取代了其他断路器。

压气式SF6断路器配用气动操动机构或液压操动机构。

由于自能式SF6断路器需要的操作功比压气式小得多，配用无油压和气压的弹簧操动机构，因此受到用户青睐。

目前自能式SF6断路器正在向超高压发展。

弹簧操动机构弹簧操动机构是利用己储能的弹簧为动力，来实现断路器的分合闸操作。

弹簧储能靠电动机。

弹簧操动机构因使用的弹簧类型不同，有各种形式。

有压缩弹簧操动机构、拉伸弹簧操动机构、扭簧储能弹簧操动机构、盘簧储能弹簧操动机构等。

弹簧操动机构的传动机构为四连杆机构。

其原理是相同的。

弹簧操动机构的优点是：(1)不需要专门的操作电源。

储能电动机功率小，交直流两用，使用方便。

(2)没有油压和气压，因此也不需要这些压力的监控装置。

弹簧操动机构的缺点是：(1)结构比较复杂，零件数量较多，加工要求较高。

(2)传动环节较多，有时会出现故障。

自能式高压SF6断路器多配用弹簧操动机构。

随着高压断路器的不断发展也促使了弹簧操动机构不断改进和更新。

除模块化的弹簧操动机构外，目前已有第三代弹簧操动机构出现。

法国Alstom公司第三代FK3-X型弹簧操动机构的结构特点：(1)合闸轴系只转动220～240度(过剩的能量在完成合闸过程后被分闸弹簧吸收和储能)；(2)带专利设计的凸轮，使滑动杠杆轻缓落在分闸脱扣器上。

(3)螺旋式分闸弹簧可以设在机构中，也可以设在断路器本体中。

这种弹簧操动机构的优势为：(1)动态操作冲击小；(2)内部转换能量低（低“无功”消耗)；(3)合闸缓冲器的抑制作用：(4)与上代产品相比较，减少零件数30％。

(FK3-1型1000～1700J，FK3-2／FK-3型1700～3200J，FK-4／FK3-5型3300～5200J)。

高压六氟化硫断路器的结构及原理介绍【摘要】本文介绍了户外高压六氟化硫断路器的结构特点，并对原理和应用进行了介绍。

【关键词】高压六氟化硫断路器；结构；原理近年来，高压六氟化硫断路器在变电站中不断普及应用。

它是输变电线路中的重要设备之一，它不仅可以在系统发生故障时，迅速地切除故障电流，减少停电范围，防止事故扩大，保证系统安全运行。

而且可以切断与闭合高压电路的空载电流和负载电流。

高压六氟化硫断路器是采用高绝缘性能的六氟化硫气体作为绝缘和灭弧介质的新型高压断路器，具有工作电流大、开断能力强、绝缘水平高、断口电压高、噪音小、重量轻、结构尺寸小和检修周期长等传统油断路器和压缩空气断路器无法比拟的优点，因此被大量应用于电力系统中。

1 高压六氟化硫断路器基本结构和灭弧原理户外交流高压六氟化硫断路器由导电部分、灭弧单元、绝缘部件、操动结构、电气控制和辅属连接装置等六部分组成。

按断路器结构可分为罐式（TGCB）和瓷柱式（PGCB）。

1.1 罐式高压六氟化硫断路器（TGCB）罐式高压六氟化硫断路器灭弧单元安装在与低电位相连的金属罐体内，罐体上部安装进出线套管。

整个断路器本体内充一定压力的SF6气体，保证内部绝缘能力，使带电部位与罐体绝缘。

罐式高压六氟化硫断路器可在进出线套管下部安装套管式电流互感器。

有时为了减少传统电站设计的占地面积，可将罐式断路器、隔离开关、接地开关、避雷器和电压互感器进行组合，形成敞开式组合电器，大大减少了占地面积和检修时间。

罐式断路器的重心低，抗震效果好，现公认的可抗0.9g地震。

适应环境能力强，在低温地区可在罐体外部加装加热带，以满足开断能力。

但是罐式断路器壳体所用金属很多，用六氟化硫气体量大，价格比瓷柱式断路器高，因此在设计选型时，须进行全面考虑，选择一种“性价比”高的断路器。

1.2 瓷柱式高压六氟化硫断路器（PGCB）瓷柱式高压六氟化硫断路器灭弧单元装在灭弧瓷套内，使处于高电位的触头、导电部分和灭弧室与低电位绝缘，绝缘支柱瓷套安装在接地的支架上。

LW25-126型断路器弹簧操动机构储能回路故障分析与处理（榆林市供电公司）一、LW25-126型断路器概述LW25-126型高压SF 6断路器系三相交流50Hz 户外高压电器设备，采用自能灭弧结构，每极为单柱单断口，呈I 型布置，每台断路器由三个单极组成，三极同装在一个框架上，配用一台CT20-1XP 型弹簧操动机构进行三极机械联动操作。

弹簧操动机构利用已储能的弹簧为动力，来实现断路器的分合闸操作。

由于不需要专门的操作电源，储能电机功率小，交直流两用，使用方便等优势，伴随着自能式灭弧技术的实现，减少了断路器所需操作功，弹簧操动机构被广泛应用于高压断路器。

但由于弹簧操动机构结构较为复杂，零件数量较多，加工要求较高，传动环节多，时有出现故障。

现就弹簧操动机构储能回路可能出现的故障进行分析并提出处理方法二、弹簧储能回路分析LW25-126型高压SF 6断路器为合闸时弹簧储能，储能电机回路如图1所示。

MTB1/10123412342BP8M 21BP 88M 49M MP2L1T1DC220V/AC220V TB1/112BM 21MN49M L2T2MN2图1储能电机回路图8M 能电机电源控制开关 88M 接触器触点49M 电动机热继电器 M 储能电机储能电机电气控制回路图如图2所示TB1/11BP+TB2/4588M33HBX 49MX 49MXR249M48T 49MX 49MX33hb C NCA1A2A1A2A1A211BP TB1/21BN-11BN DC 220V TB1/448T 88MA1A2图2 储能电机电气控制回路图49MX 辅助继电器 49M 电动机热继电器 33hb 弹簧储能限位开关33HBX 合闸弹簧状态监视继电器 88M 接触器 48T 延时继电器断路器合闸操作后，限位开关33hb 闭合。

启动接触器88M ，88M 触点闭合后接通电动机回路，对合闸弹簧储能，储能到位，通过机械凸轮使33hb 打开，接触器88M 返回，电动机停机。