油斷路器工作原理

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少油斷路器開斷20KA時的電弧功率，可達(dá)一萬千瓦以上，斷路器觸頭之間產(chǎn)生的電弧弧柱溫度可達(dá)六七千度，甚至超過1萬度。

觸頭在油介質(zhì)中閉合和斷開的一種斷路器。最早在1895年就已制成了這種斷路器。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(qiáng)度和較強(qiáng)的熄滅電弧的能力。

多油和少油斷路器都要充油，其作用是滅弧，散熱和絕緣。它的危險(xiǎn)性不僅是在發(fā)生故障時可能引起爆炸，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(yùn)行，使事故擴(kuò)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)氣化和發(fā)生熱分解，形成滅弧能力很強(qiáng)的氣體(主要是氫氣)和壓力較高的氣泡，使電弧很快熄滅。

油斷路器的爆炸燃燒原因有以下幾個方面:

(1)油面過低 油斷路器觸點(diǎn)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(jìn)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 析出的氣體在油箱內(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(qiáng)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(jī)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接觸不良。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(qiáng)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(jìn)、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(jìn)水受潮，或油箱不潔，絕緣套管有機(jī)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(jìn)行操作試驗(yàn)，保證機(jī)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(jìn)行絕緣測試，并有專人負(fù)責(zé)清點(diǎn)工具，以防工具掉入油箱內(nèi)發(fā)生事故。投入運(yùn)行前，還應(yīng)檢查絕緣套管和油箱蓋的密封性能，以防油箱進(jìn)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(jìn)行檢查觸點(diǎn)損壞情況和油質(zhì)情況。

在運(yùn)行時應(yīng)經(jīng)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)載或停電檢修。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(yùn)行，嚴(yán)禁強(qiáng)行送電，以免發(fā)生爆炸。

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)生高速氣流對電弧進(jìn)行強(qiáng)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3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(jìn)行氣吹而使之熄滅。②外能氣吹式滅弧室:利用外界能量(通常是由油斷路器合閘過程中被貯能的彈簧提供)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。也有稱此為強(qiáng)迫油吹式滅弧室。③綜合式滅弧室:它綜合了自能吹弧和外能吹弧的優(yōu)點(diǎn)，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?jǐn)嗵匦浴＿@種滅弧室結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜，但分?jǐn)嘈阅芎谩３邏荷儆蛿嗦菲髦写蠖鄶?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(見圖)。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弧。③縱橫吹:既利用橫吹又利用縱吹的復(fù)合吹弧形式。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。

油斷路器按對地絕緣介質(zhì)的不同，可分為接地箱殼多油斷路器(簡稱多油斷路器)和帶電箱殼少油斷路器(簡稱少油斷路器)兩種。

其滅弧室裝在一個接地金屬箱中,通常用油量較多，油既用作滅弧介質(zhì)又用作對地絕緣。多油斷路器結(jié)構(gòu)簡單,性能可靠,可以制成超高壓等級(如362kV)，并可方便地帶電流互感器,配套性強(qiáng)，戶外使用時受大氣條件的影響小。多油斷路器的使用歷史悠久，使用和制造技術(shù)成熟，曾在電力系統(tǒng)中起過重要作用。但多油斷路器也有很多的缺點(diǎn)，特別是在超高壓等級時，體積龐大，消耗大量的鋼材和變壓器油，運(yùn)輸和安裝均有較大困難，引起爆炸和火災(zāi)的危險(xiǎn)性大。所以多油斷路器已趨于淘汰。

其滅弧室裝在與大地絕緣的油箱中。油箱既可用金屬做成，也可以用絕緣材料制成。油僅作為滅弧介質(zhì)和斷口間絕緣用，而不作對地絕緣用，用油量少。

少油斷路器主要由底架、絕緣子、傳動系統(tǒng)、導(dǎo)電系統(tǒng)、觸頭、滅弧室、油氣分離器、緩沖器及油面指示器等部分組成。合閘時,操動機(jī)構(gòu)通過傳動拐臂連桿(見開關(guān)機(jī)構(gòu))，把力傳到主軸，主軸帶動3根絕緣拉桿使三極動觸桿向上作直線運(yùn)動，最后插入靜觸頭中，操動機(jī)構(gòu)扣住觸桿，使斷路器保持在閉合位置。在這一過程中，開斷彈簧拉伸貯能，為分閘作準(zhǔn)備。分閘是當(dāng)操作機(jī)構(gòu)脫扣時，由于開斷彈簧力的作用，使主軸轉(zhuǎn)動帶動拉桿，從而使動觸桿向下運(yùn)動。最后因開斷彈簧的預(yù)拉力作用，主軸拐臂緊靠在分閘定位件上，從而使斷路器保持在斷開的位置上。

110kV 及以上電壓等級的戶外式少油斷路器多采用開斷電弧的單元斷口(或稱開斷單元)串聯(lián)、積木式組合的落地式總體結(jié)構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)開斷單元的電壓為55~110kV。例如SW6型少油斷路器，開斷單元為55kV,屬于這一系列的220kV和330kV的少油斷路器將取雙柱四斷口和三柱六斷口的結(jié)構(gòu)，每極由四個和六個開斷單元串聯(lián)而成，各斷口上均并聯(lián)電容器以均勻開斷時斷口的電壓分布;每極各用一個單獨(dú)的液壓操動機(jī)構(gòu)操作。SW7-220型220kV少油斷路器，因開斷單元為110kV,所以每極取單柱雙斷口的結(jié)構(gòu)。

少油斷路器的突出特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，易于制造和維修、價格低、使用方便。與多油斷路器相比，少油斷路器體積小、重量輕、用油量少，能采用積木式組裝成超高壓少油斷路器，并在電力系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。其缺點(diǎn)是燃弧時間長，動作較慢，檢修周期短，維修工作量大，受單元斷口的電壓限制，發(fā)展特高壓等級有困難等。