六氟化硫断路器结构及其作用原理.ppt

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1、SF6断路器的结构及其作用原理,16010426李蕴力,断路器,断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流，并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件（包括短路条件）下的电流的开关装置。,断路器的分类,按操作方式分：有电动操作、储能操作和手动操作；按结构分：有万能式和塑壳式；按使用类别分：有选择型和非选择型；按灭弧介质分：有油浸式、真空式和空气式；按动作速度分：有快速型和普通型；按极数分：有单极、二极、三极和四极等；按安装方式分：有插入式、固定式和抽屉式等。,六氟化硫,SF6气体比空气重5.135倍,一个大气压时，其沸点为-60。在150以下时,SF6有良好的化学惰性，不与断路器中

2、常用的金属、塑料及其他材料发生化学作用。在大功率电弧引起的高温下分解成各种不同成分时，电弧熄灭后的极短时间内又会重新合成。SF6的介电强度很高,且随压力的增高而增长。SF6 灭弧性能好，在一个简单开断的灭弧室中，其灭弧能力比空气大100倍。,SF6断路器,六氟化硫断路器是利用SF6气体为绝缘介质和灭弧介质的无油化开关设备，其绝缘性能和灭弧特性都大大高于油断路器。SF6断路器的结构有瓷瓶支柱式和落地罐式两大类。,SF6气体特性,SF6气体的物理及化学性质有哪些？,一、物理性质：在常温常压下，SF6是一种无色、无味、无嗅、无毒的不可燃气体；分子结构稳定，分子直径大；分子量大，密度大二、化学性质：一

3、般情况下，不与其他物质发生化学反应，腐蚀 性小；具有较强的电负性（电负性是指分子或原子吸收 自由电子而形成负离子的特性）。,SF6气体无色、无毒、无味，分子量为146，空气为28，相同条件比较，SF6气体比空气重；氮气（N2）在-146.8以下可能被液化（O2在-118.8液化），而SF6气体在45.6以上才恒为气态，所以在通常使用条件SF6气体有液化的可能，因此SF6气体不能在过低温度和过高压力下使用。SF6气体比热是空气的3.4倍，SF6气体为97.1J/（mol.）,空气为28.7 J/（mol.），因此SF6气体对流散热能力强，SF6断路器温升不会比空气断路器严重。SF6气体具有优良的

4、绝缘性能，在比较均匀电场中，SF6气体绝缘强度为空气的23倍，在3个表压下接近绝缘油的绝缘强度；但SF6气体含有杂质和水分时，绝缘强度下降。SF6气体具有优良的灭弧功能，绝缘能力，大概为空气的2倍；电弧弧芯部分温度高导电性好，弧芯外围部分温度下降非常陡峭，外焰部分温度低，散热好；有利于熄弧，不会出现过高截流过电压，电流过零后介质恢复快，比空气、油介质快。,SF6气体的物理性质：,SF6气体稳定的惰性气体，在接触电弧情况下，SF6气体发生分解，分解后的气体，在灭弧后迅速结合，大部分还原为稳定的SF6气体；SF6气体水分含量不仅影响绝缘性能，也关系到SF6断路器开断后电弧分解物组成与含量。SF6气

5、体分解物为粉末状绝缘物，具有强烈吸湿性，附在绝缘物表面，使沿面闪落电压下降；分解物有强腐蚀性物质，对有机材料与金属腐蚀，不有一些分解物是毒物质，随含水量增加而增加；在SF6断路器内放置既能吸附水分又能吸附低氟化合物的吸附剂。（使用后不可烘潮再生处理）SF6气体击穿电压高于空气的原因；是因为SF6气体具有负电特性，即当周围有电子存在时，能为SF6气体捕获而成负离子，由于SF6是重气体，在电场作用下流动迟缓，不象电子那样容易加速而使气体在电场作用下击穿。,SF6气体化学性质：,水分引起设备化学腐蚀：（1）在常温下，SF6气体化学性能很稳定。当温度低于 500 时，一般不会自行分解。在 常温下湿度为

6、 50时闪络电压下降5-17，而在-2-29时水已变 为冰闪络电压并不改变多少。（2）SF6气体水分含量超标时，但温度在200 以上就开始 分解，其反应式为 2SF6+6H202SO2+12HF+O2HF（氢氟酸）:其毒性,腐蚀性是最强的,对人的皮肤有强烈 的腐蚀作用。SO2：遇水化合变为氩硫酸H2SO3,也有强烈的腐蚀性.,SF6气体在电弧高温的作用下，与水发生的化学反应从中还会分解出SOF2、SO2F2、SOF4、HF等既有害又有毒杂质。（1）SOF4对动物的肺有伤害作用，其毒性会影响呼吸系统：（2）SO2F2称为“氟化氩硫酸”，它是无色有窒息性臭味的剧毒气体，能造成动物的严重肺水仲，使肺

7、部产生大量的渗出物并阻止气体在肺部的上交换。使动物窒息致死。（3）SO2F2是无色无臭的气体。动物吸入后会组织上起全身性痉挛麻痹，使呼吸器官肌肉失去正常功能时而造成窒息。注：（其危险性在于无刺激性味，待发现中毒往往迅速造成死亡）。(4)HF又称氢氟酸:其毒性,腐蚀性是最强的,对人的皮肤有强烈的腐蚀作用.,为什么SF6气体绝缘强度高？,1、其负电性强，很容易吸收电子，能阻遏“电子崩”的形成。2、SF6分子直径大，能减弱与电子或SF6带电质点的碰撞游离。3、SF6的正、负离子极易重新组合合成SF6分子。以上特点是说明SF6气体的绝缘强度高。,为什么SF6气体可用作断路器的灭弧介质？,SF6是一种无

8、色、无嗅、和不可燃的惰性气体，化学性质非常稳定，它之所以被用作断路器的灭弧介质，是因为它具有以下特性：1、绝缘性能好。由试验得知，在相同气压下，SF6气体的击穿强度为空气的2.53倍；当 压力为0.26MPa（2.65ata）时，其击穿强 度已于与变压器油相当。因此，采用SF6气 体为绝缘介质可使断路器的外形尺寸大大缩 小。,2、灭弧性能好。SF6气体分子及其在高温时分解成的氟和氟化物，具有吸附自由电子而构成负离子的特性，使得SF6气体中燃烧的电弧弧压较低，弧径较细，弧的热惯性较小，这样，在交流电流过零以后，弧道中的气体很容易由等离子体恢复为绝缘介质，因而在相同条件下，采用SF6气体要比采用其

9、他气体（例如压缩空气）能熄灭更大电流的电弧，亦能断开更大电流的电路。,SF6气体中混有水分有何危害？,SF6气体中混有水分，造成的危害主要有以下两个：1、水分引起化学腐蚀。干燥的SF6气体是非常稳定的，在温度低于500时一般不会自行分解。但在水分较 多时，200以上就可能产生水解，生成物中的HF具 有很强的腐蚀性，对生物肌体有强烈的腐蚀作用；另一生成物SO2遇水生成硫酸，也有腐蚀性。水分 的危害，更重要的是在电弧作用下SF6分解过程中的 反应，这一反应的最后生成有SOF2、SO2F4、SOF4、SF4和HF,都是有毒气体。,2、水分对绝缘的直接危害。通常，气体中混杂的水分是以水蒸气形式存在，在

10、温度较低时可能因饱和凝结成露水附着在零件表面，在绝缘件表面上可能引起局部放电，甚至发展到沿面放电（闪络）。断路器中的SF6气体严重受潮还可能导致开断失调的严重后果。,水分对电器设备绝缘的危害,(1)水分在电器设备中，除了对绝缘件和金属部件产生腐蚀作用之外，还在它的表面产生凝结水，附在绝缘件的表面，而造成沿面闪络。(2)当水分由液态变为固态后，从物理学上知道，对电器绝缘材料的危害性可以大大减少，即水变为冰之后，它对电器设备的危害减少。(3)要使SF6气体中的水蒸汽将凝结水或变为冰其条件主要决 定于水蒸汽的压力和密度，在什么温度下会达到饱和。人们知道SF6断路器和GIS电器设备内，SF6气体的体积

11、是不会变的，水蒸汽的饱和只和压力、温度有关。(4)当SF6断路器和GIS电器设备的水蒸汽及温度达到某一值时，其压力和密度达到饱和后，水蒸汽就不会凝结为露水，而直接变为冰了。这时对绝缘材料的危害就降低许多.（5）HF（氢氟酸）有腐蚀性、对瓷套内壁釉面涂层有破坏作用。,SF6气体中水分的来源有哪些？,1、原来新气中可能带来的水分；2、设备中原来残存的水分；3、充气过程中可能侵入的水分；4、设备中使用的固体绝缘材料分解出的水分；5、设备密封不良而渗入的水分。,含水量超标原因,1、厂家组装断路器时，瓷套、灭弧室元件、拉杆等部件干燥不彻底；2、断路器密封不严，运行中水分进入。3、设备现场组装时进入水分，

12、或是充、补气SF6气体的含水量高和充气管路吸附有水分。,水分的控制,1、确保电器所有密封部件都具有良好的密封性能;2、应严格控制新的SF6气体的含水量（8ppmw);3、抽真空度的要达到规定值。真空度达到133.3Pa并至少维持2h以上。抽真空时间越长，真空度越高，则对降低气体水分的含量越有利;4、充气设备必须良好;5、充气工艺必须规范;6、提高检修安装的质量。,含水量超标处理,1、利用气体回收装置将已充SF6气体回收；2、对断路器抽真空，当真空度达133.32Pa以下计时；3、维持真空度至少30分钟；4、停泵并与泵隔离，静止30分钟读取真空度A值；5、再静止5小时，读取真空度B值；要求（B-

13、A66.66Pa，极限允许133.32Pa）；否则重复3、4、5步骤；6、对断路器充SF6气体至，静止12小时测量含水量应小于450 ppm（V/V），否则，应重新抽真空，并用高纯度N2气（99.99%）充至额定值，进行内部冲洗；7、若含水量应小于450 ppm（V/V），可将SF6气体充至额定值，静止12小时以上，测量含水量应小于150 ppm（V/V）。,水份对SF6气室内绝缘件表面闪络电压的影响,（1）当SF6气体中混入水分，其内在是以H20的气体份子形式混杂于SF6气体之中，则SF6气体与绝缘件固体的分界面的闪络特性几乎不受影响。（2）若水分含量较多时，在温度下降时能在固体表面结露，其

14、绝缘性能就会下降，导致沿面闪络。一般以-10C的露点来控制水分（3）水分对SF6气体电弧分解生成物的影响（4）由于上述危害，所以在运行中每年要监视复测，含水量超标要进行处理。SF6断路器SF6气体含水量在运行中升高原因：从试验和运行经验 得知：一台密封性能十分良好的六氟化硫断路器及GIS电器运行或放置多年后，SF6气体从电器往外泄漏量是微小，而电器内部的水蒸汽密度却增大。,在GIS设备中，用下面的办法来控制水分,（1）应严格控制新的SF6气体的含水量，不能超过国家标准。以美、德为标准。（2）改善GIS设备密封材料的质量，严格遵守安装密封环的工艺规程。（3）在GIS设备中放置吸附剂，并具备下列条

15、件。A 吸附剂放在低温环境中，要以提高其吸水能力;B 吸附剂应有良好的吸附SF6分解的能力;C 吸附剂与SF6分解物反应时，不得产生二次有害物质;D 吸附剂在工作时，不粉化、不潮解。GIS中水分的控制（2）（4）GIS设备尽量使用室内式布置，可以控制室内的温度、湿度，减少产生水分的机会，避免灰尘和其他杂质侵入到设备里去。,巡视检查,主要是对运行中的设备进行外观检查。目视其有无异常情况。一般每天或每周进行一次。一般巡视检查内容如下：一、设备外部状况：1、分合闸指示器、指示灯的指示情况。2、有无异常声音或气味产生。3、接线端子上有无过热变色现象。4.瓷套有无开裂、脏污情况。5.接地端子,外壳或支架

16、锈蚀或损伤情况。二、控制柜：SF压力表位置指示情况从（正面观察）。三、电动弹簧操动机构：油缓冲器有无漏油。,SF6断路器的主要优点有哪些？,1、SF6断路器有极好的开断性能，不仅大电流开断性能较好，而且在小电流开断时产生的过电压也较低。2、结构简单，体积紧凑，占地少。3、维护检修简单，允许多次开断，如：SF6断路器一般允许100%额定开断电流下可开断20次，50%额定开断电流下可开断40次，在额定电流下可开断2000次不用检修，使检修周期大幅延长。由于灭弧室断口少，可使检修调试工作量也相应减少。4、安全性能高，纯SF6气体是稳定的化合物，对人体无害，也无火灾之虑。,瓷瓶支柱式,瓷瓶支柱式的总体

17、结构和常规的瓷瓶支柱式空气断路器与少油断路器相同，属积木式结构。现代灭弧室容器多用电工陶瓷，布置成“T”型或“Y”型。图为我国生产的LW-220型SF6断路器的单相外形图。断路器每相有两个灭弧断口,瓷瓶支柱式,拐臂：主用是由外界操作机构带动它的转动从而带动导电杆的伸缩，实现分合。,吸附剂安装处,阻断式盘式绝缘子：阻断两气室的SF6气体串通，致使一个气室的气压降低时其他气室不受影响。,上娇装好的密封槽与密封圈。,密封圈：主要是配合密封胶、密封槽起密封作用,上胶后的密封槽,绝缘杆：使带电部分与操作机构和外壳绝缘。,导电杆（动触头）：通过操作机构使其伸缩实现隔离开关和接地刀闸的分和合。,落地罐式,落地罐式SF6断路器：也叫接地金属箱型。它是全封闭组合电器和复合电器的基础。结构特点：触头和灭弧室装于接地的金属箱中，导电回路靠绝缘套管引入，高压带电部分与外壳之间的绝缘主要由SF6气体和环氧树脂浇注绝缘子承担。,落地罐式,SF6断路器的其作用原理,触头闭合，整个灭弧装置处于低气压的SF6气体中。断路器接分闸信号，灭弧室通向高气压系统的主阀打开，高压SF6气体自高压区顺着箭头所示方向进入触头区。触头分离，打开位于动触头上的通道，给高压气体提供了出路。因此，电弧一经形成就处于SF6气体的气流中，受到强烈冷却而熄灭。电弧熄灭后，主阀关闭，停止供气。,谢谢,