高压直流断路器灭弧方式物理设计

1kV直流断路器灭弧的原理是利用磁场的作用来消除电弧。

当电流中断时，会在触点之间形成电弧，电弧会导致断路器触点之间的电导率增加，使得电流难以断开。

为了消除电弧，直流断路器采用了磁性灭弧技术。

在直流断路器中，当电弧产生时，电流会通过一组线圈，产生一个强磁场。

这个磁场会使电弧周围的气体分子电离，形成一条导电路径，将电弧引导到灭弧室内。

在灭弧室内，磁场的作用会将电离气体分子排列成一个导电通道。

当电流经过这个通道时，磁场会将电子和离子推向灭弧室外部，从而使电流迅速下降。

同时，磁场也会产生一个反向电动势，阻止电流再次通过灭弧室。

通过这种方式，直流断路器可以快速地消除电弧，从而实现电流的快速断开。

断路器灭弧原理和灭弧室一．电弧：电弧或弧光放电是一种物理现象，也是气体放电的一种形式。

开关设备在分断时，会在触头间产生电弧，此时电路中的电流继续流通，直到电弧熄灭，触头间隙成为绝缘介质后，电流才被断开。

发生在开关设备中的电弧简称为开关电弧。

所谓开关作用，就是在具有一定电位的导体电路的一部分上进行导体与绝缘体的相互迅速变化。

1．电弧的组成除正负两极外，整个电弧可以分成三个区域：阴极位降区域、弧柱和阳极位降区域。

2．电弧柱的游离过程在外界能量的作用下，使大量的电子从围绕原子核的轨道上脱离出来，并成为自由电子。

这种从气体中性粒子（原子或分子）中分离出自由电子和正离子的现象称为游离。

游离的结果就变成一个带负电荷的电子和一个带正电荷的离子。

由于自由电子不断碰撞形成游离，碰撞游离不断进行，使得介质中带电质点大量增加，呈现很高的导电，于是在在外加电压作用下，触头间介质被击穿开始导电，形成电流，同时也因发热而发光，这就产生了电弧；由于电弧弧柱温度很高可达5000～13000℃，就产生了热游离和光游离。

游离方式有碰撞游离；热游离；光游离。

影响游离的因素主要有温度；介质的游离电位——游离所需的能量；气体压力。

3、电弧的的去游离（消游离）使弧柱中的游离程度减小，直至电弧熄灭、间隙恢复成绝缘介质的过程，称为去游离（消游离）。

消游离的方式主要有：复合和扩散。

两种带异性电荷的质点互相接触而形成中心质点，称为复合（正负电荷中和）。

在电极表面发生的称表面复合，在间隙空间中发生的称空间复合，空间复合一般在离子间进行称间接空间复合。

复合最主要因素为温度，温度下降时，复合速度就迅速增快。

带电粒子从电弧间隙中散出到周围介质中去，称为扩散，扩散是双极性的，弧柱的直径对扩散影响最大，弧柱直径越小，扩散越强烈。

4、开关电弧的产生强电场发射——热电子发射——碰撞游离——热游离——形成电弧电流。

最终靠热游离维持电弧。

5、交流电弧电弧电流有过零现象，有电压恢复过程和介质强度恢复过程。

高压断路器基本知识目录一、高压断路器概述 (3)1.1 高压断路器的定义 (3)1.2 高压断路器的作用 (4)1.3 高压断路器的分类 (5)二、高压断路器的主要技术参数 (6)2.1 额定电压 (7)2.2 额定电流 (7)2.3 额定功率 (8)2.4 开断容量 (9)2.5 分断能力 (10)2.6 噪声与振动 (11)三、高压断路器的结构原理 (12)3.1 导电部分 (13)3.3 操作机构 (15)四、高压断路器的使用与维护 (16)4.1 使用环境要求 (16)4.2 安装与调试 (17)4.3 运行维护注意事项 (18)4.4 常见故障及处理方法 (19)五、高压断路器的选择与使用 (21)5.1 选择依据 (21)5.2 适用场合 (22)5.3 使用注意事项 (23)六、高压断路器的保护功能 (24)6.1 过载保护 (25)6.2 短路保护 (26)6.3 过电压保护 (27)七、高压断路器的未来发展 (30)7.1 新型材料的应用 (31)7.2 智能化发展 (32)7.3 绿色环保 (33)八、高压断路器实验与标准 (34)8.1 试验项目 (35)8.2 试验方法 (37)8.3 相关标准 (38)九、高压断路器安全操作规程 (39)9.1 一般规定 (41)9.2 操作程序 (42)9.3 安全措施 (43)十、高压断路器培训与教育 (44)10.1 培训内容 (45)10.3 培训目标 (48)一、高压断路器概述高压断路器是一种用于电力系统中的重要设备，其主要功能是保护电路和控制电力供应。

它能够在电路中出现异常情况时迅速切断电流，以防止设备损坏和安全事故的发生。

高压断路器广泛应用于电力传输、配电和用电系统中，是保障电力系统安全运行的关键设备之一。

高压断路器的种类多样，根据其结构、使用环境和功能需求的不同，可分为多种类型。

根据使用环境和条件的不同，有户外型和户内型断路器；根据操作方式的不同，有手动操作和自动操作断路器；根据电压等级的不同，有高压和低压断路器等。

开关电弧的基本学问与各种灭弧方法的原理 - 断路器断路器切断通有电流的回路时，只要电源电压大于10～20V，电流大于80～100mA，在动、静触头分开瞬间，触头间隙就会消灭电弧。

此时，触头虽然已分开，但是电路中的电流还在连续流通，只有熄灭电弧，电路才真正断开。

本节介绍开关电弧的基本学问与各种灭弧方法的原理。

电弧的产生和维持是触头间隙的绝缘介质的中性质点(分子和原子)被游离的结果，游离是指中性质点转化为带电质点。

电弧的形成过程就是气态介质或液态介质高温气化后的气态介质向等离子体态的转化过程。

因此，电弧是一种游离气体的放电现象。

强电场放射是触头间隙最初产生电子的主要缘由。

在触头刚分开的瞬间，间隙很小，间隙的电场强度很大，阴极表面的电子被电场力拉出而进入触头间隙成为自由电子。

电弧的产生是碰撞游离所致。

阴极表面放射的电子和触头间隙原有的少数电子在强电场作用下，加速向阳极移动，并积累动能，当具有足够大动能的电子与介质的中性质点相碰撞时，产生正离子与新的自由电子，这种现象不断发生的结果，使触头间隙中的电子与正离子大量增加，它们定向移动形成电流，介质强度急剧下降，间隙被击穿，电流急剧增大，消灭光效应和热效应而形成电弧。

热游离维持电弧的燃烧。

电弧形成后，弧隙温度剧增，可达6000℃～在中性质点发生游离的同时，还存在着使带电质点不断削减的去游离。

去游离的主要形式是复合与集中。

复合是异性带电质点彼此的中和。

复合速率与下列因素有关：1)带电质点浓度越大，复合机率越高。

当电弧电流肯定时，弧截面越小或介质压力越大，带电质点浓度也越大，复合就强。

故断路器接受小直径的灭弧室，可以提高弧隙带电质点的浓度，增加灭弧性能；2)电弧温度越低，带电质点运动速度越慢，复合就简洁。

故加强电弧冷却，能促进复合。

在沟通电弧中，当电流接近零时，弧隙温度骤降，此时复合特殊猛烈；3)弧隙电场强度小，带电质点运动速度慢，复合的可能性就增大。

所以提高断路器的开断速度，对复合有利。

直流断路器在不同时间常数下临界负载电流的测试及分析孔祥斌;矫财东;赵亮;海荣【摘要】针对直流断路器存在临界负载电流难灭弧的问题,对不同时间常数与临界负载电流的关系进行了分析。

结合直流断路器相关标准,进行了临界负载电流测试试验。

根据测试结果,总结了负载临界电流的变化规律,可供各相关人员参考。

【期刊名称】《电器与能效管理技术》【年(卷),期】2018(000)022【总页数】5页(P77-81)【关键词】直流断路器;临界负载电流;时间常数;燃弧时间【作者】孔祥斌;矫财东;赵亮;海荣【作者单位】[1]浙江方圆电气设备检测有限公司,浙江嘉兴314001;[1]浙江方圆电气设备检测有限公司,浙江嘉兴314001;[1]浙江方圆电气设备检测有限公司,浙江嘉兴314001;[1]浙江方圆电气设备检测有限公司,浙江嘉兴314001;【正文语种】中文【中图分类】TM5610 引言直流断路器作为直流系统中的过流、短路保护部件,在光伏发电站的直流汇流箱和配电柜系统、轨道交通和电力机车直流供电系统、船舶变配电及动力系统等直流系统中承载电流、切断异常电流,对电路的相关保护和隔离起着重要作用。

所谓临界负载电流是指,在使用条件范围内燃弧时间明显延长的分断电流[1],常见于直流供电系统。

这是因为开断交流电路时,交流电流的自身过零点作用,电弧的临界长度要比开断相同电流的直流长度小。

开断直流电弧比开断同等容量的交流电弧难,在临界电流处更难开断,且时间常数变化临界电流也发生变化。

本文结合临界负载电流和时间常数的相关关系,实际测试直流断路器在不同时间常数下,临界负载电流的变化情况,进行相关分析与研究,以供相关专业人员参考。

1 临界负载电流分析因为直流塑壳断路器大多数采用空气自然灭弧,存在临界负载电流。

灭弧方式通常有两种:一种是常规开闭,利用触头把电弧轴向拉开,同时导电回路产生磁场,使电弧弯曲拉伸,沿垂直于弧轴的方向拉长电弧,不仅使电弧长度增加,还使其产生横向运动,受到空气冷却达到灭弧效果;另一种是电弧在自身电动力或磁吹线圈的磁场影响下,被磁力拉入灭弧罩内使电弧迅速熄灭[2]。

550kV自能式SF6断路器灭弧室结构优化设计中期
报告
中期报告：
一、项目背景与意义:
随着我国电力行业的不断发展，特高压输电线路建设成为当前电力
行业重点发展方向，而断路器则是特高压输电的关键设备之一。

自然冷
却的550kV自能式SF6断路器是特高压输电线路中的主要断路器之一，
该断路器具有灵敏、可靠、经济等特点，但其灭弧室结构需要进一步优化，以提高其性能和使用寿命，因此本项目的开展具有重要的现实意义
和科学价值。

二、项目进展情况：
目前为止，本项目已完成灭弧室优化设计的方案比较，包括仿真和
实验验证，下面对其中关键的研究内容进行介绍。

1. 断路器灭弧室设计优化：
针对现有断路器灭弧室设计中存在的问题，比如灭弧容量不足、电
流过载、气体泄漏等，本项目进行了灭弧室设计的优化。

首先对灭弧室
的结构进行了分析和研究，确定了灭弧室的尺寸、材料以及排气系统等。

接着利用数值仿真软件对不同的灭弧室结构进行了模拟，对比分析，并
通过实验验证选择了最优方案。

2. 断路器灭弧容量测试：
为了验证优化后的灭弧室的容量，本项目进行了断路器灭弧容量测试。

测试结果表明，经过优化设计的断路器灭弧室可以满足特高压输电
线路的要求，其灭弧容量达到了设计要求。

三、下一步工作计划：
1. 进一步完善优化方案，对设计进行优化升级；
2. 开展多场耦合仿真实验，验证方案的可靠性和性能；
3. 开展长期运行试验，研究断路器的使用寿命；
4. 开展成本分析，制定合理的生产计划。

高压断路器的原理和应用1. 简介高压断路器是电力系统中常见的重要设备之一，用于断开或闭合电路，保障电网的正常运行和安全性。

本文将介绍高压断路器的原理和应用。

2. 高压断路器的基本原理高压断路器的基本原理是利用电磁力和电弧灭弧原理，断开或闭合电路。

其工作原理如下：•电磁力原理：高压断路器中包含线圈和铁芯，当通过线圈流过电流时，产生的磁场与铁芯相互作用，产生电磁力。

这种电磁力可以使得断路器的触头迅速闭合或打开。

•电弧灭弧原理：在断路器分断电路时，会产生电弧。

高压断路器通过采用合适的灭弧装置，如磁吹灭弧器、空气开关和真空灭弧器等，可以有效地将电弧灭弧，确保电路断开的可靠性。

3. 高压断路器的应用高压断路器的应用非常广泛，我们主要介绍以下几种应用场景：3.1 电力系统•高压断路器在电力系统中起到了关键的作用，用于保障输电线路和变电站的正常运行。

当发生故障或需要检修时，可以通过操作高压断路器来切断电路，以确保工作人员和设备的安全。

3.2 工业领域•工业领域中常常需要使用高压断路器来保护电气设备。

例如，在重要设备或高功率设备电路中，高压断路器可以作为短路保护和过载保护的装置，及时切断电路，防止设备损坏和人员伤亡。

3.3 铁路系统•在铁路系统中，高压断路器被广泛应用于电力牵引系统，用于断开电动机电路或自动化控制电路。

断开电路时，高压断路器可以迅速切断电力供应，确保铁路系统的正常运行。

3.4 发电厂和变电站•在发电厂和变电站中，高压断路器被用于断开或闭合发电机和变压器的电路。

当发生故障时，高压断路器能够快速切断电路，保护设备和人员的安全。

4. 高压断路器的发展趋势随着电力系统的快速发展和技术进步，高压断路器也在不断改进和发展。

以下是高压断路器的发展趋势：•智能化：高压断路器逐渐实现了远程监控和自动化控制，可以通过传感器和控制系统实时监测和控制断路器的状态，提高了设备的可靠性和管理效率。

•节能降耗：新型的高压断路器采用了更加先进的材料和设计，减小了电流的损耗和功耗，提高了能源利用效率。

特高压直流开关的结构及灭弧原理分析摘要：本文基于普侨特高压直流输电系统的高压直流断路器的技术规范和运行维护手册，深入分析了普侨直流的高压直流断路器结构及灭弧原理，着重从分合闸过程分析直流断路器的动作机理和灭弧过程；通过分析交直流电弧特性和直流断路器的LC振荡回路原理，找出直流断路器无法切断直流电流的三种常见情况；最后，归纳总结直流断路器的常见故障及处理方法。

关键词：直流断路器；灭弧室；振荡回路；电弧特性；RLC串联电路；前言：高压直流开关在实际运行中需要切断高电压直流电流，相比常规的高压交流断路器灭弧难度和要求更高，相应的MRTB、MRS、HSNBS直流断路器均需配置LC振荡回路和能量吸收器（±500kV高压直流工程HSNBS无振荡回路，为双断口），MRTB和HSNBS采用四断口形式，其余开关采用双断口形式，这样才能更有效地避免切断特高压直流电流带来的系统震荡。

因此，分析高压直流开关的结构及灭弧原理对实际运行维护工作和常见故障处理具有重大指导意义。

1高压直流开关配置及作用±800kV特高压直流逆变站和整流站均有阀组旁路开关4台，高速接地开关1台，中性母线开关2台，其中整流站增加配置金属回线开关和金属回线转换开关各1台，目前国内主流采用液压机构SF6开关，其名称及作用如下：高速中性母线开关（High Speed Neutral Bus Switch，HSNBS）：闭锁时将极直流电流降为零，无电流情况下分闸，将极设备与另一个极隔离。

高速接地开关（High Speed Ground Switch，HSGS）：1）BP方式下,在接地极出现故障时，防止接地极母线过电压（00401合上，快速合上0040）；2）MR 方式下,钳制直流系统的电位。

阀组旁路开关（Bypass Switch，BPS）：在换流阀退出工作过程中将换流阀短路，投入过程中将电流转移。

金属回线开关（Metallic Return Switch，MRS）：在不停电的情况下，将高压直流输电系统从单极金属回线运行方式转换为单极大地回线运行方式，切断电流。

断路器灭弧方式
断路器的灭弧方式大体分为两种方式。

(1)横吹灭弧式。

开关有横吹灭弧室，在分闸时动、静触点分开产生电弧，其热量将油汽化并分解。

使灭弧室中的压力急剧增加，这时气垫受压，储存压力，当动触点连续运动，喷口打开时，高压力的油和气自喷口喷出，横吹灭弧，使电弧拉长、冷却而熄灭。

例如SN1.2-10型即为横吹灭弧型油开关。

(2)纵吹灭弧式。

开关有纵吹灭弧室及由动触点、中间触点和定触点构成的燃弧弧道。

灭弧室分为上半室和下半室两部分，上半室为金属制成，下半室为绝缘材料制成，两个半室之间有孔相通。

动触点为一金属导杆，当分闸时，在电气上，中间触点和定触点首先断开，然后动触点和中间触点再断开，而当中间触点和定触点分断瞬间时，“激发弧”首先形成，上半室的压力剧增，使灭弧室上部的活塞压紧，动触点连续向下移动，“被吹弧”就会形成，当动触点和中间触点一分开时，“激发弧”所形成的压力使室中的油从管中喷出，把“被吹弧”分裂成许多细弧，从而使之冷却而熄灭。

1。

引用各类断路器的灭弧原理电机设备2010-10-27 15:24:38 阅读30 评论0 字号：大中小订阅本文引用自缘分的天空《各类断路器的灭弧原理》引用缘分的天空的各类断路器的灭弧原理真空断路器灭弧原理？在真空断路器分断瞬间，由于两触头间的电容存在，使触头间绝缘击穿，产生真空电弧。

由于触头形状和结构的原因，使得真空电弧柱迅速向弧柱体外的真空区域扩散。

当被分断的电流接近零时，触头间电弧的温度和压力急剧下降，使电弧不能继续维持而熄灭。

电弧熄灭后的几μs内，两触头间的真空间隙耐压水平迅速恢复。

同时，触头间也达到了一定距离，能承受很高的恢复电压。

所以，一般电流在过零后，不会发生电弧重燃而被分断。

这就是其灭弧的原理。

SF6开关的灭弧原理10kV SF6断路器灭派性能优良，不仅在于SF6气体本身，而且采用旋弧式灭弧室。

目前，国内外在10kV电压级的SF6断路器研制上，广泛采用了具有良好灭弧性能的旋弧式灭抓室，它利用短路电流来建立磁场，使电弧在电磁力的作用下高速旋转，以达到自动灭弧的作用。

其灭弧原理从图1可见：当短路开始，电信号反馈到脱扣器，使开关分闸。

在分闸的瞬间，动触头和静触头之间就产生了电弧。

动触头继续向下运动，电弧很快转移到引弧电极上。

此时，绕在圆筒电极外而串联在静触头与圆筒电极之间的磁吹线圈通过短路电流，因而产生了磁场，于是电磁力驱使电弧高速旋转，在SF6气体中，电弧的高速旋转使得其离子体不断地与新鲜的SF6气体接触，以充分发挥六氟化硫的负电性，从而迅速地熄灭电弧。

油断路器的灭弧原理当油断路器开断电路时，只要电路中的电流超过0.1A，电压超过几十伏，在断路器的动触头和静触头之间就会出现电弧，而且电流可以通过电弧继续流通，只有当触头之间分开足够的距离时，电弧熄灭后电路才断开。

1OkV少油断路器开断20KA时的电弧功率，可达一万千瓦以上，断路器触头之间产生的电弧弧柱温度可达六七千度，甚至超过1万度。

油断路器的电弧熄灭过程是，当断路器的动触头和静触头互相分离的时候产生电弧，电弧高温使其附近的绝缘油蒸发气化和发生热分解，形成灭弧能力很强的气体（主要是氢气）和压力较高的气泡，使电弧很快熄灭。