任务四　断路器与隔离开关绝缘

断路器的作用在于不仅能通断正常负荷电流，而且能够接通和承受一定时间的短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。

一、高压断路器的绝缘分类

按断路器灭弧介质的不同，可分为真空断路器、压缩空气断路器、油断路器、SF6（六氟化硫）断路器。SF6断路器和真空断路器目前应用较广，很多变电所已经实现了油改气的升级改造，从原来的少油断路器升级为用SF6的GIS。少油断路器因其成本低，结构简单，依然被广泛应用于不需要频繁操作及要求不高的各级高压电网中，如图1-16所示，但压缩空气断路器和多油断路器已基本淘汰。真空断路器常用于高压室“手车”上，集成了操作机构，方便故障维修。

二、高压断路器的主要结构

高压断路器的主要结构为：导流部分、灭弧部分、绝缘部分、操作机构。

高压断路器型号的表示和含义如图1-17所示。

三、SF6绝缘介质

SF6断路器是使用SF6气体作为绝缘介质材料，具有结构简单，体积小，重量轻，断流容量大，灭弧迅速，允许开断次数多，检修周期长等优点，不仅在系统正常运行时能切断和接通高压线路及各种空载和负荷电流，而且当系统发生故障时，通过继电保护装置的作用能自动、迅速、可靠地切除各种过负荷电流和短路电流，防止事故范围的发生和扩大。它比少油断路器串联断口要少，可使制造、安装、调试和运行比较方便和经济。

GIS（Gas Insulated Switchgear）中文叫气体绝缘全封闭组合开关电器。GIS全部采用SF6气体作为绝缘介质，并将所有的高压电器元件密封在接地金属筒中金属封闭开关设备。它是由断路器、母线、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、接地开关、套管8种高压电器组合而成的高压配电装置，如图1-18、图1-19所示。

GIS详细介绍见项目七。

SF6气体是无色、无味、无毒、不可燃的惰性气体，它的灭弧能力强，绝缘强度高，开断电流大，断开电容电流或电感电流时无重燃，过电压低等。具有很高的抗电强度和良好的灭弧性能，介电强度远远超过传统的绝缘气体。它的绝缘能力约高于空气2.5倍，而灭弧能力则高达上百倍。因此将其应用于断路器、变压器和电缆等电气设备，可以缩小设备尺寸，改善电力系统的可靠性和安全性。

纯净SF6气体是无色、无味、无臭、不燃，在常温下化学性质稳定，属惰性气体。气体密度是空气密度的5.1倍。SF6气体在0.29MPa压力时，绝缘强度与变压器油相当，灭弧能力是空气的100倍。在1.2MPa时液化，为此SF6断路器中都不采用过高压力，使其保持气态。SF6气体有很强的电负性（SF6+e-=），而正负离子容易复合成中性质点或原子，这是一般气体所没有的，则SF6气体较其他气体有更强的灭弧性能。

SF6不含碳元素，对于灭弧和绝缘介质来说，是极为优越的特性，而且它不含氧元素，因此不存在触头氧化问题。SF6具有优良的绝缘性能，在电流过零时，电弧暂时熄灭后，具有迅速恢复绝缘强度的能力，从而使电弧难以复燃而很快熄灭。SF6断路器是利用SF6气体为绝缘介质和灭弧介质的无油化开关设备，其绝缘性能和灭弧特性都大大高于油断路器，属于气吹式断路器，其特点是工作气压比较低，在吹弧的过程中，气体不排向大气，而在封闭系统中循环使用。

在断路器和GIS操作过程中，由于电弧、电晕、火花放电和局部放电、高温等因素影响下，SF6气体会进行分解，它的分解物遇到水分后会变成腐蚀性电解质。尤其是有些高毒性分解物，如SF4、S2F2、S2F10SOF2、HF和SO2，它们会刺激皮肤、眼睛、粘膜，如果吸入量大，还会引起头晕和肺水肿，甚至致人死亡。

GIS室内空间较封闭，一旦发生SF6气体泄漏，流通极其缓慢，毒性分解物在室内沉积，不易排出，从而对进入GIS室的工作人员产生极大的危险。而且SF6气体的比重较氧气大，当发生SF6气体泄漏时SF6气体将在低层空间积聚，造成局部缺氧，使人窒息。另一方面SF6气体本身无色无味，发生泄漏后不易让人察觉，这就增加了对进入泄漏现场工作人员的潜在危险性。如果怀疑发生中毒现象，应组织人员立即撤离现场，开启通风系统，保持空气流通。观察中毒者，如有呕吐应使其侧位，避免呕吐物吸入，造成窒息。其他人员自身应立即用清水冲洗，换衣服，眼部伤害或污染用清水冲洗并摇晃头部。

四、真空断路器

空气是良好的电介质，一般用在设备绝缘上，但是容易受到湿度等因素影响，所以高压设备还可以使用高真空。真空断路器因其灭弧介质和灭弧后触头间隙的绝缘介质都是高真空而得名，其具有体积小、重量轻、适用于频繁操作、灭弧不用检修的优点，在配电网中应用较为普及。其额定电流可达5000A，开断电流达到50kA的较好水平，一般为10kV居多，现已发展到电压达35kV等级，如图1-20所示。

真空断路器利用高真空中电流流过零点时，等离子体迅速扩散而熄灭电弧，完成切断电流的目的。真空不存在导电介质，使电弧快速熄灭，因此该断路器的动静触头之间的间距很小。真空断路器具有真空间隙的绝缘性能好和灭弧能力强的特点。

真空断路器主要包含三大部分：真空灭弧室、电磁或弹簧操动机构、支架及其他部件。真空断路器的燃弧时间短，绝缘强度高，电气寿命也较高，触头的开距与行程小，操作的能量小，因此，机械寿命也较高，维护工作量较小。

五、隔离开关

高压隔离开关是一种没有灭弧装置的开关设备，主要用来断开无负荷的电路，隔离开关在分闸状态时有明显的断开点，以保证其他电气设备的安全检修，在合闸状态时能可靠的通过正常负荷电流及短路故障电流。因为没有专门的灭弧装置，不能为断负荷电流及短路电流，因此，隔离开关只能在电路已被断路器断开的情况下才能进行操作，严禁带负荷操作，以免发生意外，只有电压互感器，避雷器励磁电流不超过2A的空载线路，才能用隔离开关进行直接操作。

高压隔离开关的绝缘介质通常以空气为绝缘介质，也有油绝缘介质。按照绝缘和灭弧介质的不同，高压隔离开关可以分成油隔离开关、隔离开关、户内高压隔离开关、ZW32隔离开关等，图1-21为户外110kV隔离开关。

六、特别提示

断路器与隔离开关从作用上来说，都是属于高压绝缘设备，但是有明显的区别。

（1）隔离开关主刀和接地刀闸互相实现连锁，当主刀QS打开后才能合接地刀闸，接地刀打开后才能合主刀QS。

（2）高压断路器与隔离开关在串联回路中互相连锁：打开电路时应先打开断路器，然后打开隔离开关。闭合电路时应先合上隔离开关QS，最后合上断路器QF。

（3）断路器俗称开关；而隔离开关俗称闸刀。

（4）断路器有专门的灭弧装置；而隔离开关没有灭弧装置且严禁带负荷操作。

（5）断路器看不到空气断开点；而隔离开关有明显的空气断开点。

（6）断路器符号表示为QF；而隔离开关符号表示为QS。

复习与思考

1.断路器按灭弧介质可分为哪几种？各自主要应用在什么场合中？电压等级有何不同？

2.请说明断路器ZW32C-12P/630-20的含义。

3.SF6在绝缘中有什么作用？有什么特性？

4.隔离开关和断路器有什么区别？在使用上是如何配合的？