高壓斷路器(或稱高壓開關(guān))不僅可以切斷或閉合離壓電路中的空載電流和負(fù)荷電流，而且當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時通過繼電保護裝置的作用，切斷過負(fù)荷電流和短路電流，它具有相當(dāng)完善的滅弧結(jié)構(gòu)和足夠的斷流能力，可分為油路器(多油斷路器、少油斷路器)、六氟化硫斷路器(SF6斷路器)、真空斷路器、壓縮空氣斷路器等。 一、高壓真空斷路器 1、真空斷路器結(jié)構(gòu)的基本要求 ①機械性能穩(wěn)定，如合閘彈跳時間，希望在壽命全程中保護同一狀態(tài)，1989年年底能源部電力司提出真空斷路器合閘彈跳時間必須小于2ms； ②足夠的機械強度，使斷路器

高壓斷路器(或稱高壓開關(guān))不僅可以切斷或閉合離壓電路中的空載電流和負(fù)荷電流，而且當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時通過繼電保護裝置的作用，切斷過負(fù)荷電流和短路電流，它具有相當(dāng)完善的滅弧結(jié)構(gòu)和足夠的斷流能力，可分為油路器(多油斷路器、少油斷路器)、六氟化硫斷路器(SF6斷路器)、真空斷路器、壓縮空氣斷路器等。

一、高壓真空斷路器

1、真空斷路器結(jié)構(gòu)的基本要求

①機械性能穩(wěn)定，如合閘彈跳時間，希望在壽命全程中保護同一狀態(tài)，1989年年底能源部電力司提出真空斷路器合閘彈跳時間必須小于2ms；

②足夠的機械強度，使斷路器本身具有足夠的動穩(wěn)定度。

③高壓區(qū)和低壓區(qū)的分隔，最好是前后布置，有助于保證運行中人員的人身安全。

④操作機構(gòu)的檢查、調(diào)整、維修要有足夠空間。

⑤配用機構(gòu)的可選擇性，有的型號可配彈簧操動機構(gòu)和電磁操動機構(gòu)，有的只能配用一種。

⑥結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價格低廉。

⑦易于實現(xiàn)防誤連鎖。

所有真空斷路器，不論是何種結(jié)構(gòu)，斷路器本體中均裝設(shè)有分閘拉力彈簧。合閘過程中操動機構(gòu)既要提供驅(qū)動開關(guān)運動的功，又要同時將分閘彈簧儲能。當(dāng)需要分閘時，操動機構(gòu)值需完成脫扣解鎖任務(wù)，由分閘彈簧釋能完成分閘運動。

2、功能部件

真空斷路器按其結(jié)構(gòu)的功能可分為六個部分：

①支架。安裝各功能組件的架體。

②真空滅弧室。實現(xiàn)電路的關(guān)合與開斷功能的熄弧元件。

③導(dǎo)電回路。與滅弧室的動端及靜端連接構(gòu)成電流通道。

④傳動機構(gòu)。把操動機構(gòu)的運動傳輸至滅弧室，實現(xiàn)滅弧室的分、合閘操作。

⑤絕緣支撐。絕緣支持件將各功能元件架接起來滿足斷路器的絕緣要求。

⑥操動機構(gòu)。斷路器合、分閘的動力驅(qū)動裝置。

3、結(jié)構(gòu)型式

真空斷路器的類型，可從不同角度來劃分，一般情況下主要從以下兩個方面劃分：

①安使用場所劃分，可分為戶內(nèi)式和戶外式，分別用ZN和ZW來表示。

②安斷路器主體與操動機構(gòu)的相關(guān)位置劃分，可分為整體式和分體式。整體式真空斷路器操動機構(gòu)與開關(guān)本體安裝在同一骨架上，體積小重量輕、安裝調(diào)試方便、機械性能穩(wěn)定。分體式真空斷路器操動機構(gòu)與開關(guān)本體分別裝與開關(guān)柜的不同位置上，這種安裝方式主要受我國少油斷路器的安裝方式的影響，比較適合少油開關(guān)柜的無油化改造，優(yōu)點是巡視和檢修方便，確定是安裝調(diào)整稍麻煩，機械特性的穩(wěn)定性和可靠性稍遜。

4、真空斷路器的操動機構(gòu)操動機構(gòu)是真空斷路器的驅(qū)動裝置，主要有電磁操動機構(gòu)與彈簧操動機構(gòu)。

①真空斷路器對操動機構(gòu)的要求。主要如下：

1)機構(gòu)的輸出特性盡量與真空斷路器的反力特性相匹配；

2)要有足夠的合閘輸出功保證真空斷路器具有關(guān)合短路故障電流的能力；

3)合閘后，即使在事故狀態(tài)下也能穩(wěn)定地保持合閘(即令開關(guān)具有動穩(wěn)定性)；

4)要保證在85%~110%合閘操作電壓下能正常合閘，在65%~120%分閘電壓下能正常分閘，而在30%額定操作電壓下不得分閘；

5)可以電動或手動操作；

6)電磁機構(gòu)應(yīng)具有自由脫扣的功能；

②真空斷路器合閘的反力特性。反之特性是指合閘過程中，從斷路器的驅(qū)動看進去，需要客服各種阻力(包括彈簧的反作用力、摩擦力、電動力和慣性力等)與行程的關(guān)系曲線。反力特性告訴我們，操動機構(gòu)為斷路器提供合閘功，必須大于用于客服各種阻力所做的功，斷路器方能完成合閘動作。

③真空斷路器的電磁操動機構(gòu)。由于電磁操動機構(gòu)螺管電磁鐵的出力特性容易滿足真空斷路器合閘反力特性的要求，所以在真空斷路器的發(fā)展初期主要是配電用電磁操動機構(gòu)。此外電磁機構(gòu)具有構(gòu)造簡單、使用簡便、造價低廉等優(yōu)點，是目前配電系統(tǒng)各類斷路器的主要配用機構(gòu)，運行部門不但十分熟悉而且積累了很多使用維護的寶貴經(jīng)驗。常用的電磁操動機構(gòu)有CD10、CD17、CD19型。CD10型電磁操動機構(gòu)原是配用SN10-10型少油斷路器的操動機構(gòu)，為族傳式輸出。真空斷路器發(fā)展初期因無專用操動機構(gòu)而被采用，現(xiàn)仍有配CD10型操動機構(gòu)的真空斷路器的生產(chǎn)。目前少油開關(guān)柜的無油化改造，也可采用CD10型操動機構(gòu)。CD17電磁機構(gòu)是專門為真空斷路器設(shè)計的操動機構(gòu)，為直推式輸出，它有CD-17-I、CD-17-II、CD-17-III型，分別配用分?jǐn)嗄芰ξ?0、31.5、40kA真空斷路器。其體積、重量都比CD-10型機構(gòu)小得多，合、分閘操作電流也僅是CD10型機構(gòu)的2/3，安裝占用空間小。

④真空斷路器的彈簧操動機構(gòu)。彈簧操動機構(gòu)可交直流操作，操作電流很小，一般僅為1.5-3A，即便采用直流操作時所需的直流蓄電裝置容量也較小，可手動儲能合閘分閘，并且具有過流脫扣功能。在一般的終端配電室可以取消直流蓄電裝置而節(jié)省投資，國外一般中壓等級的斷路器大多配用彈簧操動機構(gòu)。

國內(nèi)初期真空斷路器的彈簧操動機構(gòu)常用CT7、CT8型，由于這些產(chǎn)品投入運行以來故障較多、維修部便、體積較大，因而不夠理想。對于使用中需頻繁操作的真空斷路器來說，不但要求彈簧操動機構(gòu)壽命長，而且工作要十分可靠。

我國目前多采用兩種新型的彈簧機構(gòu)，一種是CT17型，另一種是CT19型。前者為直推式輸出，后者為轉(zhuǎn)動式輸出。這兩種產(chǎn)品都小巧玲瓏，體積、重量比電磁機構(gòu)都小得多，如CT17機構(gòu)的重量僅為CD17型機構(gòu)的2/3。從多家工廠進行產(chǎn)品型式試驗看來，產(chǎn)品在安裝時驚呼不用調(diào)整，運行可靠，機械壽命長，特別是CT19，在多次研究性試驗中都達到2-3萬次，被認(rèn)為是具有90年代先進水平的產(chǎn)品，是真空斷路器的理想配用操動機構(gòu)。

彈簧機構(gòu)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，零件的加工精度和裝配要求高，所以價格較貴，增加了真空斷路器的成本與售價。但對整個配電站來說，可以節(jié)省直流蓄電池裝置的投資，且對電壓穩(wěn)定性要求不高，提高了運行的安全性，減少了維護工作量。

5、真空斷路器的傳動與合、分閘操作

真空斷路器的傳動鏈一般由機構(gòu)傳動連桿、拐臂、主軸、絕緣推桿、三角拐臂和觸頭彈簧裝置等構(gòu)成，設(shè)計時應(yīng)盡量簡化傳動環(huán)節(jié)以提高傳動的效率。

以配用電磁機構(gòu)ZN39型真空斷路器為例，真空斷路器的合、分閘操作過程如下：

合閘時操動機構(gòu)合閘線圈得電-合閘鐵芯動作-機構(gòu)及傳動連桿動作-開關(guān)主軸轉(zhuǎn)動-絕緣推桿前推-三角拐臂轉(zhuǎn)動-下壓觸頭彈簧裝置-滅弧室動導(dǎo)電桿向下運動使觸頭接觸-觸頭彈簧亞索至接觸行程終點。與此同時，機構(gòu)的輔助開關(guān)切斷合閘接觸線圈電源，分閘彈簧拉長儲能，電磁機構(gòu)的扣板由半軸扣車保持在合閘位置，合閘結(jié)束。

分閘時，機構(gòu)中的分閘線圈得電-分閘鐵芯動作-扣板與半軸脫扣-斷路器在觸頭彈簧和分閘彈簧的作用下迅速分?jǐn)?機構(gòu)的輔助開關(guān)切斷分閘線圈電源-機構(gòu)復(fù)原，并由分閘彈簧保持在分閘位置。

二、高壓油斷路器

高壓油斷路器以密封的絕緣油作為開斷故障的滅弧介質(zhì)的一種開關(guān)設(shè)備，有多油斷路器和少油斷路器兩種形式。它較早應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，技術(shù)已經(jīng)十分成熟，價格比較便宜，廣泛應(yīng)用于電壓等級的電網(wǎng)中，油斷路器用來切斷和接通電源，并在短路時能迅速可靠地切斷電流。

最早在1895年就已制成了這種油斷路器。1930年以前，用油作為滅弧介質(zhì)來提高斷路器的開斷能力是最有成效的方法。油斷路器中通常采用的是礦物油(如變壓器油)，它具有較高的介質(zhì)強度和較強的熄滅電弧能力。

當(dāng)油斷路器開斷電路時，只要電路中的電流超過0.1A，電壓超過幾十伏，在斷路器的動觸頭和靜觸頭之間就會出現(xiàn)電弧，而且電流可以通過電弧繼續(xù)流通，只有當(dāng)觸頭之間分開足夠的距離時，電弧熄滅后電路才斷開。10kV少油斷路器開單20kA電流時的電弧功率可達1萬kW以上，斷路器觸頭之間產(chǎn)生的電弧弧柱溫度可達六七千度，甚至超過1萬度。

多油斷路器和少油斷路器都要充油，其作用是滅弧、散熱和絕緣。其危險性不僅是在發(fā)生故障時發(fā)生爆炸，而且爆炸后由于油斷路器內(nèi)的高溫油發(fā)生噴濺，形成了大面積的燃燒，引起相間短路或?qū)Φ囟搪?，破壞電力系統(tǒng)的正常運行，使事故擴大，甚至造成嚴(yán)重的人身傷亡事故。

電弧熄滅過程：當(dāng)斷路器的動觸頭和靜觸頭互相分離的時候產(chǎn)生電弧，電弧高溫使其附近的絕緣油蒸發(fā)汽化和發(fā)生熱分解，形成滅弧能力很強的氣體(主要是氫氣)和壓力較高的氣泡，使電弧很快熄滅。

油斷路器爆炸的原因有以下六個方面：

①油面過低，油斷路器觸電至油面的油層過薄，油受電弧作用而分解的可燃?xì)怏w冷卻不良，這部分可燃?xì)怏w進入頂蓋下面的空間而與空氣混合，形成爆炸性氣體，在自身的高溫下就有可能爆炸燃燒。

②油箱內(nèi)的油面過高，油分解出的氣體在油箱內(nèi)得不到空間緩沖，形成過高的壓力，也可能引起油箱爆炸起火。

③油的絕緣強度劣化、雜質(zhì)或水分過多，引起油斷路器內(nèi)部閃絡(luò)。

④操作機構(gòu)調(diào)整不當(dāng)、部件失靈，會使操作時動作緩慢或合閘后解除不良，當(dāng)電弧不能及時被切斷和熄滅時，在油箱內(nèi)產(chǎn)生過多的可燃?xì)怏w，便可能引起爆炸和燃燒。

⑤遮斷容量小，油開關(guān)的遮斷容量對輸配電系統(tǒng)來說是個很重要的參數(shù)。當(dāng)遮斷容量小于系統(tǒng)的短路容量時，斷路器無能力切斷系統(tǒng)強大的短路電流，致使斷路器燃燒爆炸，造成輸配電系統(tǒng)的重大事故。

⑥其他油斷路器的進、出線都通過絕緣套管，當(dāng)絕緣套管與油箱蓋、油箱蓋與油箱體密封不嚴(yán)時，油箱進水受潮，或油箱不潔，絕緣套管有機械損傷都可造成對地短路引起爆炸或火災(zāi)事故。

因此，斷路器在安裝前應(yīng)嚴(yán)格檢查是否符合制造廠的技術(shù)要求。斷路器的遮斷容量必須大于裝設(shè)該斷路器回路的短路容量。檢修時，應(yīng)進行操作試驗，保證機件靈活可靠，并且調(diào)整好三相動作的同期性。斷路器與電氣回路的連接要緊密，并可用試溫蠟片觀察溫度，觸頭損壞應(yīng)調(diào)換。檢修完畢應(yīng)進行絕緣測試，并有專人負(fù)責(zé)清點工具，以防工具掉入油箱內(nèi)發(fā)生事故。投入運行前，還應(yīng)檢查絕緣套管的油箱蓋的密封性能，以防油箱進水受潮，造成斷路器爆炸燃燒。斷路器切斷嚴(yán)重短路故障后，即應(yīng)進行檢查觸點損壞情況和油質(zhì)情況。

在運行時應(yīng)常檢查油面高度，油面必須嚴(yán)格控制在油位指示器范圍之內(nèi)。發(fā)現(xiàn)異常，如漏油、滲油、有不正常聲音等時，應(yīng)采取措施，必要時須立即降低負(fù)荷或停電檢修。當(dāng)故障跳閘重復(fù)合閘不良，而且電流變化很大，斷路器噴油有瓦斯氣味時，必須停止運行，嚴(yán)禁強行送電，以免發(fā)生爆炸。

油斷路器滅弧室由絕緣材料制成并裝設(shè)在觸頭周圍，用以限制電弧，并產(chǎn)生告訴氣流對電弧進行強烈氣吹而使電弧熄滅。按照產(chǎn)生氣吹的能源，滅弧室可以分為三類：

①自能氣吹式滅弧室，利用電弧自身的能量使油分解出氣體，提高滅弧室中的壓力，當(dāng)吹弧口打開時，由于滅弧室內(nèi)外的壓力差而在吹弧口產(chǎn)生高速油氣流，對電弧進行氣吹而使之熄滅。

②外能氣吹式滅弧室也稱為強迫油吹式滅弧室，利用外界能量(通常是由油斷路器合閘過程中被儲能的彈簧提供)在分?jǐn)噙^程中推動活塞，提高滅弧室的壓力驅(qū)動油氣吹弧而熄滅電弧。

③綜合室滅弧室，綜合了自能吹弧和外能吹弧的優(yōu)點，利用電弧自身的能量來熄滅大電流電弧，利用外界能量來熄滅小電流電弧，并可改善分段特性，這種滅弧室結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜，但分段性能好，超高壓少油斷路器中大多數(shù)采用這種滅弧室。

油斷路器滅弧室中吹弧形式主要有4種：

①縱吹，油氣沿電弧軸線方向吹過電弧表面；

②橫吹，油氣垂直于電弧軸線方向吹?。?/p>

③縱橫吹，既利用橫吹又利用縱吹的負(fù)荷吹弧形式；

④環(huán)吹，油氣從四周垂直于電弧軸線方向吹弧。按照主要吹弧形式可將油斷路器的滅弧室分別稱為縱吹滅弧室、橫吹滅弧室、縱橫吹滅弧室和環(huán)吹滅弧室等。

三、高壓SF6斷路器

SF6斷路器是用SF6氣體作為滅弧和絕緣介質(zhì)的斷路器。它與空氣斷路器同屬于氣吹斷路器，不同之處在于：

①工作氣壓較低；

②在吹弧過程中，氣體不排向大氣，而在封閉系統(tǒng)中循環(huán)使用。

SF6的分子和自由電子有非常好的混合性。當(dāng)電子和SF6分子接觸的幾乎100%的混合而組成重的負(fù)離子，這種性能對剩余弧柱的消電離及滅弧有極大的使用價值，即SF6具有很好的負(fù)電性，它的分子能迅速捕捉自由電子而形成負(fù)離子，這些負(fù)離子的導(dǎo)電作用十分遲緩，從而加速了電弧間隙介質(zhì)強度的恢復(fù)率，因此有很好的滅弧性能。在1.01*105Pa氣壓下，SF6的滅弧性能是空氣的100倍，并且滅弧后不變質(zhì)，可重復(fù)使用。

SF6氣體優(yōu)良的絕緣和滅弧性能，使SF6斷路器具有如下優(yōu)點：開斷能力強，斷口電壓便于做的較高，允許連續(xù)開斷次數(shù)較多，適用于頻繁操作，噪聲小，無火災(zāi)危險，機電磨損小等，是一種性能優(yōu)異的“無維修”斷路器。在高壓電路中SF6斷路器應(yīng)用越來越多。常見的SF6斷路器有LN1-35型、HB36型兩種。

在正常情況下，SF6是一種不燃、無臭、無毒的惰性氣體，密度約有空氣的兩倍。但SF6氣體在電弧作用下，小部分會被分解，生產(chǎn)一定有毒的低氟化物，如SOF4、SF4、SOF4和SO2F2等，對人體健康有影響，對金屬部件也有腐蝕和劣化作用。因此，在SF6斷路器中，一般均裝有吸附裝置，吸附劑為活性氧化鋁、活性炭和分子篩等。吸附裝置可完全吸附SF6等氣體在電弧的高溫下分解生成的毒質(zhì)。若用于頻繁操作的電弧作用，金屬蒸汽與SF6氣體分解物起反應(yīng)，結(jié)合而生成絕緣性很好的細(xì)粉末(氫氟酸鹽、硫基酸鹽等)，沉積在觸頭表面，并嚴(yán)重腐蝕觸頭材料，從而接觸電阻急劇增加，使充油SF6氣體的密封觸頭不能可靠地工作。因此對于頻繁操作的低壓電器不適宜用SF6做滅弧介質(zhì)。

因為SF6氣體在放電時的高溫下回分解出有腐蝕性的氣體，對鋁合金有很重的腐蝕作用，對酚醛樹脂層壓材料、瓷絕緣也有損害。若把SF6和N2混合使用，當(dāng)SF6含量超過20%~30%時，其絕緣強度已與全充SF6時絕緣強度相同，而腐蝕性又大大減少，因此SF6?；睾螻2使用。在SF6斷路器中，SF6氣體的含水量必須嚴(yán)格規(guī)定不能超過標(biāo)準(zhǔn)。水會與電弧分解物中的SF4產(chǎn)生氫氟酸(H2O+SF4→SOF2+2HF)而腐蝕材料。當(dāng)水分含量達到飽和時，還會在絕緣件表面凝露，使絕緣強度顯著降低，甚至引起沿面放電。運行經(jīng)驗及上述論析都表面，SF6斷路器由于絕緣結(jié)構(gòu)體積較小，若SF6氣體的含水量較高，則將使絕緣水平大大下降，接觸電阻急劇增加，在運行中易發(fā)生損壞或爆炸事故。

因此，各制造廠及運行部門都要求有嚴(yán)格的密封工藝，同時規(guī)定SF6氣體的含水量不得超過標(biāo)準(zhǔn)。