电力设备介绍-断路器

断路器又俗称开关,是电力系统中用于断开和接通电路的重要设备。我们知道,电路只有接通并形成闭合回路,电路中有电流通过,电路中连接的负载(用电设备)才能正常运行并为生产服务。因此一个完整的电路,除电源、线路(导线)、负载外,还需要增加断路器来对电路的接通和断开进行控制,这是基于用电的安全性考虑的。

电流既看不见,又摸不着,同时又十分危险,稍有不慎易发生触电事故。日常工作或生活中,只有通过各种测量表计、验电笔等才能直观地知道电流的存在,电路是否接通。通常发生触电事故,一种情况是电流直接流过人的心脏,并通过大地形成闭合回路,导致人触电死亡;另一种是电流直接流过人体某部分并通过大地形成闭合回路,但由于电流未流经人的心脏,人不一定死亡,但会严重烧伤,此种情况在低电压电路中时常发生。在高电压电路中,只要发生触电事故,死亡的可能性几乎100%。因此,对用电安全,我们不能抱任何侥幸心理。特别是在生活中,常常看到有的电工在电路未使用断路器断开的情况下开展接线和检修工作,那是十分危险的。作为专业人员,不推荐带负载进行接线和检修,因为不排除触电发生的偶然性。不怕一万,就怕万一!生命于任何人都只有一次。

前面讲道,电路中只有流过电流,负载才能正常运行。我们称这类电流为工作电流,是电路中相关设备能正常承受的,对电力设备不会造成危害。但为了连接电路、检修设备方便,我们需要使用断路器来接通和断开这类电流,保证用电的安全性;另外,电路相关设备在运行过程中,往往会发生故障或异常,甚至发生严重短路故障,又时相关设备遭受外力破坏(自然灾害、人为破坏)时也会发生严重短路故障,此时断路器就起到了瞬间切断短路电流的重要作用,避免相关设备严重损坏,降低因灾害或人为破坏造成的经济损失。据我所知,输电线路对树放电引起火灾,输电线路对施工吊车或挖机放电导致的触电事故就有多次。

讲到这儿,有人会问:"用其他设备来接通、断开正常电流,切断短路电流不行吗?"实话告诉大家,还真不行。这不仅和电流的特性有关,同时也与断路器的功能有关。用其他设备来承担以上工作,那无疑是螳臂当车,不自量力。电流有一个特点,平时看不见摸不着,但在接通和断开的瞬间,会产生电弧。在高电压系统中,弧光特别亮、温度特别高,令人恐怖。在低电压系统中,人们往往会看见火花,其实就是电弧在燃烧,只是能量比高电压系统小一点。特别是在断开正常电流和切断短路电流过程中,电弧在开断点(触头)会持续燃烧,因此要求用于开断电流的设备必须具备强大的熄弧能力(使电弧熄灭的能力),否则不仅不能切断电路,用于开断电流的设备也会被烧毁,严重情况危及操作人员和电路中其他设备的安全。断路器就是具备这种使电弧熄灭能力的专用设备。在高电压系统中,由于电流很大,为了提高熄弧的高效性和安全性,断路器专门设置有灭弧室。

通过前面的介绍,我想大家对电路中为何使用断路器,以及断路器的作用已有了基本的了解,也为进一步深入认识断路器的分类、结构等有了兴致。为了便于理解,我们把能断开和接通电路的设备都称为断路器。在低电压系统(380V、220V)中,我们常见到的空气开关就是断路器的一种,在家装行业用得比较广泛。这种空气开关有一个通流能力(最大允许电流),当电路中电流超过此设计电流时,空气开关会自动跳闸,从而保护用户的用电设备安全。它没有专门的灭弧室,主要靠自然熄弧,因此有时自身会被烧坏。“可谓粉身碎骨君不怕,要留安全在人间。”在农村,以前(科技落后时期)还出现过闸刀、保险等具备一定断开和接通电路能力的设备,现在基本不用了,因此很多人没有见过,其实也可把它们归于断路器一类。在低电压直流系统中,还使用过熔断器等,也且备断开和接通直流电路的作用。但闸刀、保险、熔断器等,需结合"保险丝"使用,在短路故障发生时通过烧断保险丝来切断电路,避免损失扩大。以上三种设备现在基本上已被交流空气开关和直流空气开关所取代,仅在一些老旧的电路中偶尔会见到,已不值得大家深入了解和研究。在变电站配电室中,我们通常还会见到小车开关和抽提式开关,主要用于对400V大电流生产电路的控制;在高电压系统中,我们常见到的断路器有:跌落刀闸,用于10kV配电线路上,操作时工人用一根缘缘杆进行拉合,操作过程中会火花四贱,三相操作顺序错误还会发生爆炸,很是危险!以前从事运行工作时,有的同事还不敢操作。以上介绍的断路器,都是没有灭弧室的断路器。结构比较简单,大家可找一个来自行研究,不再深入讲解。

在高压变电站中,使用的断路器都是有专门灭弧室的断路器,其中常用的灭弧介质有真空、绝缘油和SF6气体。在高电压大电流系统中,正常运行电流和故障短路电流都很大,靠断路器材料自身难以自然熄灭电弧,必须构造特定的环境来加速电弧的熄灭并快速恢复断路器的性能。从灭弧介质划分,常见的断路器有真空断路器、油断路器和六氟化硫断路器,其中六氟化硫断路器使用最为广泛。下面就500kV六氟化硫断路器的结构给大家简要介绍一下,其他类型的断路器此处不再讲解。

从结构看,500kV六氟化硫断路器主要由这些部件组成:(1)接线板,用于连接导线的部件,通过螺栓与导线的接线板进行对接,负责将其自身两端连接到电路中;(2)绝缘支柱,在导线与开关机构箱之间起到绝缘作用,防止下方操作机构带电和日常运维人员触电。在10kV及以上电力系统中,当距离小于一定的范围(通常称安全距离)时,设备之间、设备与人之间就会发生放电,从而发生触电事故。因此在日常工作,生活中,有的人错误认为只有与电"亲密接触"才会触电,往往导致很多悲剧的发生。在此,我要提醒大家,必须认识到距离产生美,再也不要拿民用电(380V和220V)那一套来应对整个电力系统了。特别是在10kV及以上输电线路下方施工,大型机械务必与上方线路保持足够的安全距离。否则,说句不好听的话,怎么死的都不知道。同时在支柱上方还装有均压电容;(3)灭弧室,断路器中专门用于熄灭电弧的环境,里面要么抽真空,要么充绝缘油或SF6气体,断路器的动触头和静触头就设置在里面。在断开、接通电路过程中,动触头和静触头之间的电流拉弧时,通过灭弧介质强行熄弧,恢复断路器性能,防止设备烧坏;(4)机构箱,断路器动作(断开或合上)的专门操作机构。大家要知道,电流具有较大的应力作用,特别是在电弧燃烧期间更大。因此要将断路器断开和合上并不是一件易事,必须借助外力的作用(能量)才能在电弧燃烧期间将断路器的动触头与静触头断开和合上。在断路器机构箱中,有专门的操动机构为以上操作提供能量,而且必须提前储存好能量。通常通过弹簧储能或液压机构进行储能。在断路器机构箱中有电机等各种旋转部件、分闸和合闸线圈、现场操作按钮、监视表计、环境控制系统等,此处对其中的小部件不再描述;(5)汇控箱(柜),在高电压系统中,不管是人为操作还是事故跳闸,断路器的动作均应按照既定的程序进行,否则发生拒动和误动事件,不仅对电力安全运行没有好处,而且会对生产造成严重危害,带来较大的经济损失。汇控箱就是用于汇集断路器及相关电路中各种信号,从而实现对断路器动作有序控制的设备,其内部主要是各种控制回路。

以上是我就断路器的简单介绍,比较通俗,希望对大家有所帮助!

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