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浅谈中压开关柜内SF6断路器和真空断路器的应用
时间: 2019-03-29 14:47 来源: 未知 作者: 科新电力 点击: 次
1、前言
    
SF6和真空开关柜受到世界各地的青睐,在欧洲和大多数中东国家趋向于用SF6断路器;在中国、日本和美国明显喜欢采用真空断路器;而在其他地区,两种技术几乎同样流行。多油和少油技术在中国、东欧、印地安和拉丁美洲等地区仍有少量使用,但趋势十分明显,将很快被SF6和真空技术所取代。有关数据表明,目前包括在内的电气行业跨国公司在两种技术的发展上是互补的.   
近年来,国内外对两种技术最重要的发展是采用永磁操动机构,并将有关的传感元件集成在开关柜内。 
2、电弧遮断特性 
2.1 SF6断路器 
    SF6中压断路器目前采用自吹型系统。自动吹气型断路器的操作能量比较小,但具有良好的性能,如切断短路电流时电弧能量小,其电气寿命较长;开断小的感性电流时,其过电压倍数低于2.5倍。 

2.2真空断路器
    真空断路器触头在分、合闸操作时必须具有高的抗电弧腐蚀性能;当开断小电流时,应具有低截流性能。对材料的研究表明,铜、铬合成材料是最好、最能满足要求的触头材料,而含铬量为20%~60%的铜、铬合成材料,现在已被用作触头的标准材料。最初采用特殊形状的触头,以防止电弧接触面上的径向磁场,强迫弧根连续不断地沿触头表面旋转,从而防止局部过热和不均匀的磨损。对触头形状更进一步的改进是轴向磁场的开发,该轴向磁场能将弧根均匀地分配在整个触头表面。
2、SF6和真空断路器的发展趋势
3.1 永磁操动机构 
    从表面上看,断路器的操动机构仅是实现简单的“分-合”或“合-分”功能。当到达所要求的位置时,要确保触头保持在该位置上,直到接到改变位置的命令为止。因此,操动机构是一个典型的双稳态执行机构,其性能要高度可靠。以往,长期采用机械弹簧和凸轮机构。 
    永磁操动机构包括固定式叠片铁心、永久磁铁、合闸和分闸线圈及专用电子装置等,能提供所有电子式的辅助功能,如联锁、分闸、合闸等,还包括自诊断设施。电解电容提供分合闸线圈所需的冲击功率。永磁操动机构的机械系统大大简化了,其部件的大量减少,使故障的几率也相应降低,从而降低了操动梦见的维护水平。新型的真空和SF6磁力操动机构断路器,与先前的设计一样,相互具有完全的可互换性。这种可互换性,能以最少的投资将现有开关柜重新装备。   
3.2 传感元件和电子设备的集成 
    采用合适的软件和必需的电流、电压传感元件,将保护功能集成在断路器的控制系统中,使断路器成为一个完整的具有保护和切换功能的智能型自动化装置,并达到最高的可靠性目标,最少的部件接口,以方便在中压二次配电系统中应用。 这也是目前低压配电系统的发展现状。
4、技术性能
4.1电气和机械寿命 
    使用经验表明,真空和SF6断路器均可认为是免维护的。高质量的SF6断路器和真空断路器完全满足IEC60056中B级断路器标准要求。这就是说,B级断路器在预期寿命内对断口部件不需要维护,而仅需要对其他部件进行维护。IEC根据断路器所连接的架空线网络和是否采用重合闸等使用条件,规定了断路器应能完成的操作次数。   
4.2 操作过电压 
    SF6断路器具有低的操作过电压水平,而无需外加任何装置。采用现代触头材料的真空断路器,也呈现出低水平的截断电流。然而,在特殊的使用场合,可能需要进行详细的系统参数研究,以确定是否需要装设专门的限制过电压的装置,这主要取决于工业安装设备的特性。
5、应用举例
(1)架空线路和电缆:当用于切断和架空线配电网时,真空和SF6断路器均满足要求。   
(2)变压器:现代真空和SF6断路器适合切断空载变压器的励磁电流,而过电压倍数低于3.0。在某些特殊场合,如用真空断路器来切断工业设备中的干式变压器时,则推荐装设避雷器。   
(3)电动机:当断路器用于切断电动机时,必须对操作过电压的问题给予充分的注意。过电压的目标限值为小于2.5倍,两种断路器均可达到。当真空断路器用来切断小电动机时(起动电流小于600A),由于电弧多次重燃的缘故,可能需要采取限制过电压的措施,而这种现象出现的概率很低。   
(4)电容器组:两种技术均适用于电容器组无重燃切换。当成组切换时,可能需要装设电抗器,以便限制冲击电流。断路器的同步控制技术是解决这个问题的一种有效方案。特别推荐SF6断路器应用于额定电压高于27kV的场合。   
(5)电弧炉:切换电弧炉的特点是操作频繁、大电流、短间隔。真空断路器特别适用于这种场合。   
(6)并联电抗器:SF6断路器适用于切换并联电抗器,通常其过电压倍数低于2.5。当使用真空断路器时,在某些情况下可能需要外加限制过电压的措施。   
(7)电气化铁路牵引:原则上,两种断路器均可采用,但在某些低频电源的场合(如16.67Hz),则推荐采用真空断路器。
    从使用观点看,SF6和真空两种技术是互补的。经济因素、使用者的爱好、国家中的习惯、制造能力和特殊切换要求等,是决策者确定断路器型式的主要因素。断路器与工作条件的匹配、频繁切换等特殊要求,可能是影响选择断路器型式的额外因素,此时,可能需要进行综合性研究,以便做出最好的选择。
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