SF6断路器构造及其工作原理
SF6断路器原理、结构及性能特征
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高压断路器结构及工作原理参考文档
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单压式灭弧装置
1、只有一种压力（一般为304-808kPa) 。在开断过程中，灭弧室所需的吹弧压力 由动触头系统运动时的压气活塞产生；
2、图11-2为单压式单向灭弧室的原理图 。图中，喷嘴2、压气罩3及动触头（导电 杆）4机械上为一体。
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储能模块
主要由储能活塞缸、储能 活塞、碟型弹簧组成.在液压 油的作用下通过储能器活塞压 缩碟形弹簧并将液压能长期存 储在储能活塞缸内，为断路器 分、合闸操作做好必要的能量 储备。
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碟簧
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控制模块
主要由电磁阀、换 向阀组成，通过主控室 给出的电信号命令使相 应电磁阀打开阀口，使 换向阀换向从而达到分 闸或合闸的目的。
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监测模块
主要由行程开关、安 全阀组成，通过对碟簧的 压缩量的监测带动行程开 关凸轮旋转来断开或闭合 微动开关触点达到为主控 室报警及自动闭锁的目的 。当压力高于规定值时泄 压阀自动开启达到保护机 构的目的。
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以上五个模块通过连接管连接后，可与工作 缸组成一个紧凑的整体，实现可靠的动作，其结 构特点具有以下几个优点： 1. 模块式结构具有结构简单紧凑，零件量少，通 用性强，性能可靠且便于检查。 2. 液压集成回路具有无外部油管，损耗小，传动 效率高，泄漏量低。 3. 优质碟簧储能器具有不存在氮气泄漏，系统压 力稳定，应力松弛小，寿命长，可靠性高 4. 优良的液压缓冲系统具有操作平稳，无反跳， 噪音低，易与和调速系统不同断路器适配。
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(2)保护作用。当电力系统某一部分发生 故障时，它和保护装置、自动装置相配合， 将该故障部分从系统中迅速切除，减少停电 范围，防止事故扩大，保护系统中各类电气 设备不受损坏，保证系统无故障部分安全运 行。
SF6断路器构造及其工作原理(1)
SF6断路器简介
SF6的状态参数曲线在实际中有着非常广泛的的应用。如 果一台SF6断路器，你知道了它的容积、正常工作时的气 压和它的最低工作气压，你就可以计算出它所需要的SF6 气量，它能够正常工作的最低环境温度和出现液化时的温 度。例如：一台SF6断路器的容积时0.5m3,在环境温度为 20℃时正常工作气压为4.5个大气压，最低工作气压的下限 为3.5个大气压（表压），那么在SF6的状态参数曲线中可 以找到对应的密度曲线，得到气体密度为35kg/m3，那么 所需要的SF6气量就是17.5kg，密度曲线与饱和蒸汽曲线 的交点就是其液化温度（-35℃），当温度下降时，气体压 力也随之下降，当气体压力下降到3.5个大气压（表压）时， 其温度为-30℃，这就是能工作的最低环境温度。 当SF6气 体的温度降低到液化温度后，SF6气体开始液化，但这个 过程是一个渐进的过程，如果温度下降，它就沿饱和蒸汽 曲线变化，压力和密度都同时下降，这将严重影响到SF6 气体的灭弧性能，所以如果断路器工作在很低的环境温度 下的时候，就要采取适当的措施，以保证气体的工作压力。
SF6断路器简介
4．由于SF6气体中不含氧的成分，而且燃弧时电弧能量小， 所以，它对内部金属部件，包括触头、导电杆等的氧化作用就 很小，触头在燃弧时的烧蚀也比较轻微，而SF6气体在电弧作 用下分解后又能够很快的重新复合，所以整个SF6断路器能满 容量开断的次数比其他形式的断路器要大大增加了，相应的检 修周期就延长了。 5．由于SF6断路器增大了单个断口的额定 电压和开断电流，所以它的体积就相应的减小了，尤其是我们 可以把整个变电站集成起来，做成全封闭的气体绝缘变电站， 就是现在在很多单位都安装了的GIS；它的结构特别紧凑，占 地面积很小，只相当于常规变电站的百分之几到百分之十几， 而且电压等级越高，效果越明显，这一点在山区和人口稠密的 大城市十分有利；此外，它的噪音和污染小，防污染能力强， 又没有爆炸和引起火灾的危险。 从SF6断路器发展的过程来看 ，它主要经历了这么几个阶段：
SF6讲义_断路器基本结构
SF6讲义_断路器基本结构SF6（六氟化硫）断路器是一种高压开关设备，常用于电力系统中的变电站和输电线路中。
它的主要功能是在系统中断开或接通电路，并保护电力设备免受故障或过载的损害。
下面是关于SF6断路器的基本结构的详细讲义。
一、SF6断路器的基本构造SF6断路器由以下主要部分组成：1、绝缘体罩：绝缘体罩是将断路器内部与外界环境隔离的部分，通常由瓷质或绝缘弧罩组成。
2、断路器主体：断路器主体是SF6断路器的核心部分，包括固定触头、活动触头、熔断器、弹簧机构等。
断路器主体通常由金属材料制成，以确保其良好的导电性能和机械强度。
3、电磁铁：电磁铁是用来关闭或分离断路器触头的部分，通常由磁铁线圈和可移动铁芯组成。
当线圈通电时，磁场将铁芯吸引向触头，使其接通或断开电路。
4、操作机构：操作机构是控制和操作断路器的部分，通常由手动或电动机构组成，可以实现断路器的开关操作和状态监测。
5、SF6气体系统：SF6气体系统是为绝缘和灭弧提供气体的部分，通常包括SF6气体压力容器、过滤器、干燥器等。
气体系统能够维持合适的SF6气体压力和纯度，以确保断路器的正常运行。
二、SF6断路器的工作原理SF6断路器的工作原理主要有以下几个步骤：1、合闸：当断路器关闭时，电磁铁线圈通电，磁场将可移动铁芯吸引向触头，使其接触，电路闭合。
同时，SF6气体在触头之间形成绝缘层，以防止电流过载和火花放电。
2、分闸：当断路器断开时，电磁铁线圈断电，磁场消失，可移动铁芯受到弹簧机构的作用逐渐离开触头，电路打开。
此时，SF6气体将扩散和灭弧，避免产生电弧或火花。
3、灭弧：当断路器打开时，可能会产生电弧或火花。
SF6气体在电弧发生时会立即吸收电弧的能量，同时生成高热和化学火焰来灭弧。
这种灭弧能力使得SF6断路器能够处理高电流和高电压的电路。
三、SF6断路器的优势SF6断路器相比其他类型的断路器具有以下优点：1、高绝缘性能：SF6气体具有良好的绝缘性能，可以防止电弧和火花的产生，从而提供可靠的绝缘保护，尤其适用于高压系统。
SF6断路器构造及其工作原理
6．真空断路器：利用真空灭弧和绝缘，灭弧 时间一般只有半个周波。
SF6(六氟化硫)
• SF6气体已有百年历史，它是法国两位化学家Moissan和Lebeau于1900年合成的
人造惰性气体，1947年提供商用。当前SF6气体主要用于电力工业中。SF6气体用 于4种类型的电气设备作为绝缘和/或灭弧；SF6断路器及GIS（在这里指六氟化硫 封闭式组合电器，国际上称为“气体绝缘开关设备”（Gas Insulated Switchgear)）、SF6负荷开关设备，SF6绝缘输电管线，SF6变压器及SF6绝缘变 电站。80%用于高中压电力设备
• 灭弧室（1）
支
• 支柱（2）
柱
• 传动箱（3）
传 动 箱
单 极 剖 面 图
灭 弧 室
静触 静 头座 弧
触 头
GL314型断路器灭弧室的工作原理
• 灭弧介质：灭弧介质为 压缩的SF6气体，或在 特殊情况下采用压缩的 SF6和CF4的混合气体。
• 灭弧原理：灭弧室属于 热膨胀型，利用电弧的 能量，并具有辅助的自 动氩气功能。
• 说明：工作部件位于密 闭的瓷套内，将断路器 的进出线绝缘。
动触头座
开 热喷
断 膨气
单 胀室
元室
带
门
双
阀
的
活塞Biblioteka GL314型断路器灭弧室的工作原理
上接线板 静触头座 主触头 动触头 动触头座
上接线板
主触头 动触头 动触头座
下接线板
下接线板
GL314型断路器灭弧室的工作原理
Vt Vc
合闸位置
Vt : 热能室
SF6断路器构造及其工作原 理
16012421 张磊 16012422 闫涵
SF6断路器构造,灭弧原理及SF6气体的特性及试验项目
SF6断路器构造,灭弧原理及SF6气体的特性及试验项目SF6断路器结构，灭弧原理及SF6气体的特性及试验项目一、 SF6断路器的结构瓷柱式开断元件放在绝缘支柱上，使处于高电位的触头、导电部分及灭弧室与地电位绝缘，绝缘支柱则安装在接地的基座上。
称为外壳带电断路器，也称之为绝缘支柱式断路器。
罐式开断元件放在接地的箱壳中，其间的绝缘依靠气体来承担，导电部分经套管引入，结构比较稳定，常在额定电压高的高压和超高压断路器中使用，抗地震性能好，称为外壳接地断路器(又称落地罐式)。
二、SF6的灭弧原理(1)SF6气体的分解温度(2000K)比空气(主要是氮气，分解温度约7000K)低，而需要的分解能 (22.4eV)比空气(9.7eV)高，因此在分解时吸收的能量多，对弧柱的冷却作用强。
由于气体分子的分解，在相应的分解温度上就出现气体导热率的高峰。
(2)SF6在高温时分解出S原子、F原子和正负离子，与其他灭弧介质相比，有较大的游离度。
在维持相同游离度时，弧柱温度就较低。
因此，SF6气体中电弧电压也较低，燃弧时的电弧能量较小，对灭弧有利。
(3)由于SF6的强电负性，能吸附电子和正离子复合，故复合作用快，去游离作用强。
尤其在电流过零前后，可使弧隙中带电粒子减少，导电率下降。
SF6气体电弧的时间常数也很小，为微秒级或更小，在电弧电流过零后，弧柱温度将急剧下降，分解物急剧复合。
因此SF6弧隙的介质强度及其恢复速度都很高，能耐受很高的恢复电压作用，电弧在电流过零后不易重燃。
SF6气体中电弧的熄灭原理与空气电弧和油中电弧是不同的，它并不仅依靠气流等的压力梯度所形成的等熵冷却作用，而主要是利用SF6气体特异的热化学性质和强电负性，使得SF6气体具有很强的灭弧能力。
对于灭弧来说，供给大量新鲜的SF6中性分子并使之与电弧接触是有效的方法。
三、SF6气体的特性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，不与断路器中常用的金属、塑料及其他材料发生化学作用。
SF6断路器构造及其工作原理-弹簧储能
02 SF6断路器构造
灭弧室
01
灭弧室是SF6断路器中 的核心部分，主要作用 是产生并熄灭电弧。
02
它由绝缘外壳、导电触 头、喷嘴、吸附剂等组 成，具有良好的绝缘和 灭弧性能。
03
灭弧室内填充有SF6气 体，其绝缘性能和灭弧 性能均优于空气。
04
灭弧室的设计应确保电 弧在触头间快速、有效 地熄灭，同时减少对触 头的烧蚀。
SF6断路器构造及其工作原理-弹 簧储能
目 录
• SF6断路器概述 • SF6断路器构造 • SF6断路器工作流程 • SF6断路器弹簧储能系统工作原理 • SF6断路器弹簧储能系统维护与保养 • SF6断路器弹簧储能系统案例分析
01 SF6断路器概述
定义与特点
定义
SF6断路器是一种利用SF6气体作 为绝缘和灭弧介质的断路器。
保养建议
对于SF6断路器，应制定详细的维护保养计划，定期进行 保养，并加强设备的巡检，及时发现并处理潜在问题。
案例三：某风电场断路器的应用与选型分析
应用场景分析
某风电场在建设过程中，针对其特殊的环境和运行要求，选择了适合的SF6断路器。在 选型过程中，重点考虑了断路器的耐候性、机械性能和电气性能等因素。
案例二：某变电站断路器维护保养经验分享
维护保养经验
某变电站对SF6断路器进行了全面的维护保养，包括清洁、 检查、润滑和调试等。在维护过程中，发现并处理了一些 小问题，如螺丝松动、接触不良等。
保养效果评估
经过维护保养后，断路器的运行稳定性得到了提高，故障 率明显降低。同时，定期的维护保养也有助于延长设备的 使用寿命。
05 SF6断路器弹簧储能系统 维护与保养
日常检查与维护
每日检查
SF6断路器构造及其工作原理
（3）弹簧机构故障，调节合闸弹簧和检查储 能电机电源回路。停电处理。 （4）点此操作机构分合闸失灵，如直流控制 保险熔断，断路器辅助触点转换不到位或接 触不良，断线短路。根据情况停电处理。
谢谢
一般吹弧的主要措施是用气体或油流吹弧 ，其中包括横吹或纵吹。用两个或两个以上的 断口熄弧，比单口拉弧更长，速度更快。
三、断路器的分类 LW10B-252(H)/4000-50
1．多油断路器：利用绝缘油作为灭弧介质、 相间及相对地绝缘介质。 2．少油断路器：绝缘油只作灭弧介质。载流 部分是借空气和陶器绝缘材料或有机绝缘材料 来绝缘，灭弧方式多为横向吹动电弧。 3．空气断路器：利用压缩空气的吹动来熄灭 电弧的。和控制断路器的分合阐动作。 4．SF6断路器：用SF6气体作绝缘和灭弧介质。 5．磁吹式断路器：当电弧电流通过吹弧线圈 以产生磁束来吹弧及消弧。
SF6断路器构造及其工作原 理
一、断路器的作用：
高压断路器在正常运行时用它接通或切 断负荷电流；在电气设备或线路发生短路 故障或严重过负荷时，由继电保护装置控 制其自动迅速地切断故障电流，切断发生 短路故障的设备或线路，以防止扩大事故 范围。 二、断路器的功能
(1)控制作用。根据电力系统运行的需要， 将部分或全部电气设备，以及部分或全部 线路投人或退出运行。
SF6断路器的优缺点
1、优点 （1）开断能力强 （2）允许开端次数较多 （3）噪音小，无火灾危险，可重复使用 2、缺点 在过于频繁的操作中，由于电弧的作用分解 SF6气体产生有腐蚀性的气体，对触头及瓷
绝缘有损害。
断路器的巡视检查
一、空气断路器的正常巡视内容 （1）检查压缩空气的压力是否正常。 （2）空气系统的阀门、通道、储气筒等处有
2、接触发热 （1）开断容量不足，过负荷，切除大电流故 障。 （2）机构原因合闸不到位。引起动静触头接 触不良发热，同时断路器引线也会应接触面 氧化，连接螺栓松动而发热。 ★ 申请转移负荷和停电处理；对油断路器应 控制其开断短路电流的次数，严格检查质量 。
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合闸掣子 拖开
合闸弹簧释能
合闸轴旋转180°弹簧储能
FK-4弹簧机构动作过程（合闸储能）
• 合闸弹簧储能：电机一旦通电后，它就会通过惯性 飞轮上的减速齿轮以及链条给合闸弹簧储能。 • 合闸弹簧储能到位后，齿轮停在惯性飞轮上没有齿 的位置，而减速齿轮则会停下来，以免合闸掣子受 力变形。 • 注：在合闸弹簧储能的过程中，合闸线圈中的电流 将被切断，以免发生意外的合闸操作。
SF6断路器简介
1个操作机构: 三相机械联动
3个操作机构 : 单相操作或三相电气联动
GL314型断路器主要部件组成
• 断路器由三个级组成， 每个级都是由弹簧操 作机构驱动的。
• A—断路器的极 • B—支架 • C—操作机构
级
支 架
操 作 机 构
GL314型断路器主要部件组成
• 断路器的极由三部分 组成。 • 灭弧室（1） • 支柱（2） • 传动箱（3）
SF6断路器构造及其工作原理
提纲
• SF6断路器简介
• GL314型断路器灭弧室的结构及工作原理 • FK-4型弹簧操作机构的构造及工作原理
SF6断路器简介
• SF6开关利用压缩的SF6气体为灭弧和绝缘介质， 利用电弧的能量，产生SF6压缩气体，熄灭电弧。 用以切断额定电流和故障电流、转换线路、实现 对高压输变电线路和电气设备的控制和保护，并 配以操作机构进行分、合闸及自动重合闸
FK-4弹簧机构动作过程（分闸）
• 分闸：分闸线圈通电时或手动操作分闸杠杆时，分 闸掣子就会脱开拐臂。 • 在分闸弹簧的作用下，主轴将沿顺时针方向旋转 60°。直到“分闸”位置。 • 缓冲器将吸收剩余的能量，以便分闸动作能平衡完 成。
谢谢
压气过程
热能效应
Vc : 压气室
分闸位置
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灭弧过程动态演示
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GL314型断路器开断原理
• 分闸全过程
• 开始分闸 • 热效应开断
反向 定触 头 上部动触 头系统 静弧触头 主触头 弧触头 动触头
喷口
Vt-热膨 胀室 V p喷 带双阀门 气 的活塞 室
GL314型断路器开断原理
灭 弧 室
支 柱
传 动 箱
GL314型断路器灭弧室的工作原理
• 灭弧介质：灭弧介质 为压缩的SF6气体，或 在特殊情况下采用压 缩的SF6和CF4的混合 气体。 • 灭弧原理：灭弧室属 于热膨胀型，利用电 弧的能量，并具有辅 助的自动氩气功能。 • 说明：工作部件位于 密闭的瓷套内，将断 路器的进出线绝缘。
合闸弹簧 储能传动装置
分闸闭锁 分闸系统
合闸闭锁
合闸系统 分闸弹簧
分合闸命令 (机械/ 电气)
辅助单元
FK-4弹簧机构动作模型
此图单击可播放 合闸凸轮
合闸系 统 分闸 系统
指示器 （合闸弹 簧位置： 储能或释 能） 指示器 （断路 器位置： 合闸或 分闸）
凸轮
FK-4弹簧机构动作过程（合闸）
合闸线圈 通电动作
• 小电流：对于小电流 而言（如：切合空载 线路、变压器或电容 器组时），电弧产生 的热能量太小，无法 产生足够的压力。因 此，传统的容积Vp压 气式灭弧起主要作用， 利用压缩的气体熄灭 电弧。
此 图 单 击 可 播 放
FK-4弹簧机构（说明）
合闸弹簧 分闸弹簧 主轴
拐臂
惯性飞轮 合闸凸轮
FK-4弹簧机构（说明）
静触 静 头座 弧 触 头 开 断 单 元 热 膨 胀 室 喷 气 室 带 门 双 阀 的 活 塞 动触头座
GL314型断路器灭弧室的工作原理
上接线板 静触头座 主触头 动触头 动触头座 动触头 下接线板 动触头座 上接线板
主触头
下接线板
GL314型断路器灭弧室的工作原理
Vt
Vc
合闸位置
Vt : 热能室