高压电器与开关设备

《高压电器与开关设备》练习册答案

第一章 高压电器的作用及其分类

思 考 与 练 习 题

简 答 题

1.按用途分类高压电器可分为几种?它们的功能如何? 开关电器：用来关合及开断电路的电器 （1）断路器——DK

在电路正常工作和发生故障（例如发生短路）时关合和开断电路 （2）隔离开关——G

将高压设备与电源隔离，以保证检修工作人员的安全 （3）熔断器——RN

在电路发生过载或短路时依靠熔件的熔断开断电路 （4）负荷开关——FW

在电路正常工作或过载时关合和开断电路，它不能开断短路电流 限制电器：用来限制电路中电压或电流的电器 （1）电抗器——Ｌ

主要用来限制电路中的短路电流。某些类型的熔断器也有限制短路电流的作用。 （2）避雷器——ＢＬ

用来限制电路中出现的过电压或过电流的电器

变换电器：用来变换电路中的电压和电流使之便于检测的电器。 （1）电流互感器 ——ＬＨ

用来变换电路中的电流，以便供电给测量仪表、继电器或自动装置，并使之与高压电路隔离的电器。

（2）电压互感器——ＹＨ

用来变换电路中的电压，以便供电给测量仪表、继电器或自动装置，并使之与高压电路隔离的电器。 组合电器：将上述几种电器，按一定的线路装配成一个电器整体的电器组合为 组合电器。

2.按照安装地点高压电器如何分类? 按照安装地点分

（1）户内式：装在建筑物内，一般工作在35kV及以下的电压等级。 （2）户外式：适用于安装在露天，一般工作在35kV及以上的电压等级。 3.按照电流制式如何分类？ （1）交流电器：

它是工作于三相或单相工频交流制的电器，极少数工作在非工频系统。 （2）直流电器：

工作于直流制的电器，常用于电气化铁道城市交通系统。 4.对所有高压电器的统一要求是什么?

所有的高压电器都应满足运行可靠、工作灵活，同时还必须考虑经济条件。

填 空 题

1．高压电器按照电流制式分（交流电器）和（直流电器）。 2．高压电器按照安装地点分（户外式）和（户内式）。

3．高压电器按照用途分类（开关电器）、（限制电器）、（变换电器）和（组合电器）。

4．高压开关电器可分为（高压断路器）、（高压隔离开关）、（高压熔断器）和（高压负荷开关）等。 5．高压电器中的限制电器分为(避雷器)和(电抗器)。

6．高压电器中的变换电器分为（电压互感器）和（电流互感器）。

7．将断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、闭雷器等按一定线路装配成一个电器整体的电器组合称（组合电器）。

8．一般来讲，所有的高压电器都应满足（运行可靠）、（工作灵活），同时还必须考虑(经济)条件。

判 断 正 误 题

1．在高压系统中，用来对电路进行开、合操作，切除和隔离事故区域的设备称为高压电器。 （+）

2．在高压系统中用来对电路运行情况进行监视、保护及数值测量的设备，统称为高压电器。 （ ）

3．断路器，无论在电路正常工作或发生故障（例如发生短路）时都可以关合和开断电路。 （+）

4．断路器，只有电路正常工作时可以关合和开断电路。 （ ）

5．负荷开关，只在电路正常工作或过载时关合和开断电路，它不能开断短路电流。 （+）

6．负荷开关，不但在电路正常工作或过载时可以关合和开断电路，它还能开断短路电流。 （ ）

选 择 题

1．电抗器是限制电器，它在电网中的作用是 A、主要用来限制电路中的过电流 * B、主要用来限制电路中出现的过电压 C、主要用来限制电路中的功率 D、主要用来限制电路中的阻抗

2．关于避雷器，下列叙述正确的是 A、主要用来限制电路中的过电流 B、主要用来限制电路中出现的过电压 * C、主要用来限制电路中的功率 D、主要用来限制电路中的阻抗 3．在高压电器中避雷器属于 A、开关电器 B、保护电器 * C、量测电器 D、组合电器

4．在高压电器中电压互感器属于 A、开关电器 B、保护电器 C、量测电器 * D、组合电器

5．在高压电器中电流互感器属于 A、开关电器 B、保护电器 C、量测电器 * D、组合电器

6．在高压电器中熔断器属于 A、开关电器 * B、保护电器

C、量测电器 D、组合电器

7．在高压电器中断路器属于 A、开关电器 * B、保护电器 C、量测电器 D、组合电器

第二章 电弧的形成及熄灭电弧的方法

思考题练习题 简 答 题

1．电弧放电有何特点？何为游离作用与去游离作用？各有几种方式？ 电弧的特点是：

（1）起弧电压、电流数值低 （2）电弧能量集中，温度很高

（3）电弧是一束质量很轻的游离态气体，在外力作用下，很易弯曲、变形。 （4）电弧有良好的导电性能、具有很高的电导：

（5）电弧有阴极区（包括阴极斑点）、弧柱区（包括弧柱、弧焰）、阳极区（包括阳极斑点）三部分组成。 游离作用：

当开关工作时，介质会由绝缘状态变成导电状态。

介质的放电现象是由于电场、热、光的作用下，介质里的中性质点产生自由电子、正、负离子的结果。这种现象我们称为游离作用。在介质中产生的游离作用达到一定程度时，介质将被击穿，而产生电弧放电。 电弧的形成是由于介质的游离而发生的。

2．试从电能和热的观点分析电弧内部的基本矛盾，怎样才能熄灭电弧？

在电弧中不仅存在着中性质点的游离过程，同时也存在着带电质点相互碰撞，交换多余能量，形成中性质点的去游离过程。

若采取措施，使电弧中的去游离过程大于游离过程，使电弧中的中性质点增加，带电质点减少，达到一定程度时，触头间隙由良好的导电状态，就会变为绝缘状态，而使电弧熄灭。 3．什么是电弧的热惯性？

由于电弧的弧柱在受热升温和散热降温都需要有一个过程，所以它使电弧的温度变化跟不上电流的快速变化，我们称这种现象为电弧的热惯性。

4．现代开关电器中广泛采用的灭弧方法主要有几种？ (１)在高压断路器中采用多断口，以降低触头间电压．

高压断路器常制成每相两个或多个串联的断口（一对触头为一个断口）。由于加在每个断口上的电压降低，使电弧易于熄灭。

(２)采用强力分闸弹簧，提高触头的分离速度

如ＳＮ－ １０型少油断路器，装有４条分闸弹簧，用于分闸时迅速拉长电弧，以提高弧隙介电强度的恢复速度和电流过零时介电强度初始值。 (３)利用气体吹动电弧

电弧是一束质量很轻的游离态气体，在外力作用下，很容易弯曲、变形。分闸时用高压气流吹动电弧，使电弧受到强烈的冷却和拉长，加强了去游离过程，电弧易于熄灭。 高压断路器中采用的吹弧方式一般有：

（a）横吹、（b）纵吹、（c）纵横吹等（金属栅片），

高压断路器中采用的吹弧介质一般有：压缩空气；六氟化硫气体；电弧高温分解变压器油产生的高温、高压油气等。 (４)利用磁吹法熄弧

按左手定则，当电弧电流垂直于外磁场时，电弧将受到磁场力的作用而发生弯曲、变形，使冷却作用加强，电弧易熄灭。

这个磁场可以由互为反向的电弧电流产生（热气流使电弧弯曲。变形，电弧外表面电流互为反向建立磁场）。 也可以使电流通过安装于触头外侧或触头两侧的线圈产生。 (５)采用介质绝缘强度大、热容量大的气体作为灭弧介质

如采用六氟化硫气体作为灭弧介质。在气压为一个大气压时，其绝缘强度为空气的２～３倍，在三个大气压时，与变压器油的绝缘强度相近。

六氟化硫气体分子量大，其分子捕捉电子成为负离子（即六氟化硫分子具有负电性）后其导电作用十分迟缓，从而加速了弧隙绝缘强度的恢复，电弧易于熄灭。其灭弧性能比空气优良１００倍。 (６)加大气体介质压力或采用真空熄弧

将断路器的触头置于高真空中或适当加大弧隙间气体介质的压力均有利于灭弧。

(７)在高压断路器断口上装设并联电阻或并联电容：有利于降低恢复电压上升速度及降低熄弧时产生的过电压

1）加装并联电阻利用其分压作用使断口间电压分布均匀 2）加装并联电容使各断口的分布电压接近相等 (８)把长电弧分裂成短电弧

这种方法常用于低压开关中。在低压开关的触头上常罩有由金属栅片等组成的灭弧罩。当触头间发生的电弧进入与电弧垂直放置的金属栅片内时，可将一个长电弧分成一串短电弧。 当电流过零时，所有短电弧同时熄灭，每一栅片间的介电强度立即恢复到某一数值。

若每段弧隙介电强度值的总和大于触头上外加电压时，电弧熄灭。为使电弧迅速进入栅片内，可利用磁力吹动，

灭弧栅片采用有缺口的钢片。当电弧电流在Ａ处流动时，电弧电流将在灭弧栅片上建立磁场，此磁场力可将电弧拉入灭弧栅口深处Ｂ，从而加强了电弧的冷却作用，提高了开关的灭弧能力。 (９)利用固体介质的狭缝熄弧

如在高压熔断器中，电弧与固体介质（石英砂）紧密接触，使电弧变形，迅速冷却；同时固体介质在电弧高温下产生气体，使狭缝中气体受热而压力增大，使去游离过程加强，电弧迅速熄灭。 在具体的开关中，通常是将几种灭弧方法配合使用，以提高开关电器的灭弧能力。 5．使交流电流熄灭的两个物理过程是什么？

（1）弧隙介质绝缘强度（或称介电强度）的恢复过程。 （2）弧隙电压的恢复过程。 6．交流电弧有什么特点？ 7．什么是电弧的伏安特性曲线？

8．电弧的电阻与电弧电流间有什么关系？ 9．电弧的电压与电弧的电流之间有什么关系？ 10．什么是光游离？什么是热游离？什么是碰撞游离？ 11．为什么说电弧的起弧电压和起弧电流都很低？

12．什么是电弧的强场发射？热发射？光发射？二次发射？

填 空 题

1．电弧的形成的原因是（介质导电）。

2．由金属触头（表面）发射的电子，叫表面发射。 3．在高压断路器触头（刚分离）时，强场发射最明显。

4．当金属温度升高到（2000K~5000K）K，金属表面的自由电子具有足够的（动）能，会克服金属的束缚，而离开金属表面。这种过程称为热发射。 5．断路器触头分离的（后）期，热发射较强烈。

6．当（紫外线、可见光、红外线）照射到金属表面上时，会使金属表面的电子获得能量，脱离金属，变成光电子，存在光电发射现象。

7．当正离子在电场力的作用下，高速撞击阴极，或自由电子高速撞击阳极，可使金属表面发射电子，这个过程称（二次）发射。

8．形成电弧的表面发射有（强场发射、热发射、光发射、二次发射），以上四种发射形式。

9．两触头间介质在外界力量影响下，其分子及原子分裂成自由电子和正离子的过程，称为（强场发射）。 10．中性粒子受光照，产生光电子，介质发生（光）游离。 11．光的频率越（高），其光子的游离作用越强。 12．断路器触头分离的（后）期，碰撞游离起主要作用。

13．当介质气体温度升高到（3000K~4000K）K时，气体的分子、原子由于热运动的加剧，相互碰撞，产生了大量的（电子和离子），这时导电作用大大加强，这就是热游离。 14．断路器触头分离（后）期，热游离起主要作用。 15．电弧的起弧电压和起弧电流数值都（比较低）。

16．电弧表面温度达（４０００～５０００）℃，，弧中心温度可高达１００００℃。 17．电弧是一束质量很（轻）的游离态气体，在外力作用下，很易弯曲、变形。 18．电弧有（优良）的导电性能、具有很（高）的电导。 19．电弧由（阴极区、阳极区、弧柱区）三部分组成。

20．电弧中的去游离过程大于游离过程，使电弧中的中性质点增加，带电质点减少，达到一定程度时，触头间隙由良好的导电状态变为绝缘状态则电弧（熄灭）。

21．电弧中的去游离过程等于游离过程，电弧中带电质点不增不减，则电弧（稳定燃烧）。

22．当去游离过程小于游离过程时，电弧中带电质点增多，则（产生）电弧。 23．去游离一般由（复合）和（扩散）两个过程组成。

24．电弧中带不同电荷的质点在运动中互相接触，交换多余的能量成为（中性）质点的过程叫复合过程。 25．电弧中有足够动能的带电质点，克服电场力的束缚，逸入周围介质中去变为（中性）质点的过程叫扩散。 判 断 正 误

1．影响去游离过程的因素与触头间电场的强弱有关，电场弱，复合过程强；电场强，复合过程弱。 （ +）

2．影响去游离过程的因素与触头间电场的强弱有关，电场强，复合过程强；电场弱，复合过程弱。 （ ）

3．影响去游离过程的因素与触头间隙的介质种类有关：分子量大、化学性能稳定的介质易复合；分子量小、化学性能不稳定的介质不易复合。 （ +）

4．影响去游离过程的因素与触头间隙的介质种类有关：分子量大、化学性能稳定的介质不易复合；分子量小、化学性能不稳定的介质 容易复合。 （ ）

5．影响去游离过程的因素与气体介质的压力有关：压力大至十几个大气压以上或接近真空有利于复合。 （ +）

6．影响去游离过程的因素与气体介质的压力有关：压力太大或压力太小，都不利于复合。 （ ）

7．影响去游离过程的因素与触头材料有关：触头材料的热容量大，导热系数大，不易产生热电子发射，使游离过程减弱，易复合。 （ +）

8．影响去游离过程的因素与触头材料有关：触头材料的热容量大，导热系数大，容易产生热电子发射，使游离过程加强，不易复合。 （ ）

9．影响去游离过程的因素与弧柱内外的温度差、离子浓度差有关： 温差大，浓度差大，易扩散。 （ +）

10．影响去游离过程的因素与弧柱内外的温度差、离子浓度差有关： 温差大，浓度差大，不易扩散。 （ ）

11．电弧相当于一个非线性电阻，电弧中电压与电流同方向。 （ +） 12．电弧相当于一个线性电阻，电弧中电流大，则其电压降大。 （ ）

13．在交流电路中，电流的大小随时间按正弦规律变化。交流电弧的温度、直径及弧压降也随时间变化。 （ +）

14．在交流电路中，电流的大小随时间按正弦规律变化，所以交流电弧的温度、直径及弧压降也随时间按正弦规律变化。 （ ）

15．弧柱的受热升温和散热降温都有一个过程，跟不上快速变化的电流，这种现象称为电弧的热惯性。 （ +）

16．弧柱的受热升温和散热降温是即时的，跟电流变化的速度相同，不存在热惯性现象。 （ ）

选 择 题

1．由金属触头表面发射的电子，叫表面发射，其中的强场发射 A、在断路器触头刚开始分开时，强场发射最明显。 * B、在断路器触头分开一定的距离之后，强场发射最明显。 C、在断路器触头分开到最大距离时，强场发射最明显 D、强弱与断路器触头分开的距离无关

2．由金属触头表面发射的电子，叫表面发射，其中的热发射 A、在断路器触头分离的初期，热发射较强烈。

B、在断路器触头分离的中期，热发射较强烈。 C、在断路器触头分离的后期，热发射较强烈。 * D、在断路器触头分离的整个过程中，热发射均较强烈。 3．在触头间产生的碰撞游离，主要发生在

A、断路器触头分离的初期 * B、断路器触头分离的中期 C、断路器触头分离的后期 D、断路器触头分离的整个过程之中 4．对电弧的描述，下列说法中正确的是

A、起弧电压、电流数值都较高 B、起弧电压、电流数值都较低 * C、起弧电压较高、起弧电流数值低 D、起弧电压低、起弧电流数值高 5．对电弧的描述，下列说法中正确的是

A、电弧能量分散，温度很低 B、电弧能量集中，温度很低 C、电弧能量分散，温度很高 D、电弧能量集中，温度很高 * 6．对电弧的描述，下列说法中正确的是

A、电弧是一束质量很重的游离态气体，在外力作用下，不易弯曲、变形 B、电弧是一束质量较重的游离态气体，在外力作用下，不易弯曲、变形 C、电弧是一束质量较轻的游离态气体，在外力作用下，容易弯曲、变形 * D、电弧是一束质量很轻的游离态气体，在外力作用下，很易弯曲、变形 7．对电弧的描述，下列说法中正确的是 A、电弧有良好的绝缘性能、具有很高的电阻 B、电弧有良好的绝缘性能、具有较高的电阻 C、电弧有较好的导电性能、具有一定的电阻 D、电弧有良好的导电性能、具有很高的电导 * 8．采用气体作为灭弧介质时，对气体的要求是

A、气体介质绝缘强度大、且热容量大的较好 * B、气体介质绝缘强度大、且热容量小的较好 C、气体介质绝缘强度小、且热容量大的较好 D、气体介质绝缘强度小、且热容量小的较好

第三章 高压断路器的构造及其原理

思考题练习题 简 答 题

1．高压电器的作用如何？

高压电器是指在高电压的电路中用来实现电路的关合、开断、控制、保护、调节和量测作用的电器。 2．高压电器是如何分类的？

按照高压电器的功能不同，可以分为三大类，即开关电器、量测电器和限流、限压电器。 3．什么是高压电器中的开关电器？它是如何分类的？

主要用来关合与分断正常电路与故障电路，或用来隔离高压电源。根据其功能的不同又可分为： （1）高压断路器 它能关合与分断正常情况下的各种负载电路，又能在故障情况下关合与开断短路电流，而且还能实现自动重合闸的要求。它是高压电器中一种功能最为全面的电器。 （2）高压熔断器

俗称保险。当线路中电流超过一定的限度或出现短路故障时能够自动开断电路。电路开断后，熔断器必须人工更换部件后才能再次使用。 （3）高压负荷开关

只能在正常工作情况下关合与开断各种负载电路，但不能开断短路电流。 （4）高压隔离开关

用来隔离电源或电路。隔离开关只能开断很小的电流，例如长度很短的母线空载电流，容量不大的变压器空载电流等。 （5）接地开关

高压与超高压线路检修电气设备时，为确保人身安全，可用接地开关进行接地。接地开关可用来人为造成电力系统的接地短路，以达到控制和保护的目的。 4．什么是高压电器中的量测电器？它是如何分类的？ 主要包括电流互感器和电压互感器。 （1）电流互感器

用来配合测量高压线路中的电流，供计量和继电保护用。 （2）电压互感器

用来配合测量主高压线路中的电压，供计量和继电保护用。 5．什么是高压电器中的限流、限压电器？它是如何分类的？ 主要包括避雷器和电抗器。 （1）避雷器

用来限制过电压，使电力系统中相关的各电气设备免受大气过电压和内部过电压的危害。 （2）电抗器

实质上就是一个电感线圈，用来限制故障时的短路电流。

不难看出上述高压电器都是保证电力系统安全可靠运行必不可少的电气设备。6．对高压电器的基本要求是什么？其性能参数有哪些？

对高压电器的主要要求包括一般电气性能方面的要求自然环境方面的要求和其它方面的要求等。 一般电气性能方面的要求

电力系统中的高压电器，应能够长期承受各种电压、电流的作用而不致损坏。 （1）电压方面

额定电压一定的高压电器，其绝缘部分能长期承受的最大工作电压，而且还应能承受相应程度的大气过电压和内部过电压的作用。标志这方面性能的参数是：最大工作电压、工频试验电压、全波和载波冲击试验电压、操作波试验电压。 （2）电流方面

高压电器的导电部分长期通过工作电流时，各部分的温升不超过允许值。通过短路电流时，不应因电动力作用而受到损坏，各部分温升不应超过短路时的温升允许值，触头不应发生熔焊或损坏。这些性能都与电流大小有关，标志这方面的性能参数是：额定电流、动稳定电流、热稳定电流等。 自然环境方面的要求

高压电器应在周围各种环境下可靠地工作。 （1）环境温度

高压电器有关标准规定，产品的使用环境温度为－40℃至＋40℃。温度过低会使变压器油、液压油及润滑油的黏度增加，影响开关的分合闸速度，使六氟化硫气体液化，密封材料性能劣化造成漏油、漏气，以至电气设备不能正常工作；温度过高，可能造成导气部分过热及电容套管的密封胶渗出等，特别是户外型产品在阳光直射下极易过热。标准建议，周围的环境温度每增加1℃，额定电流应相应减小1.8% ；而温度每降低1℃，用于高温地区的高压电器在常温下进行耐压实验时，实验电压应相应的提高，从40℃开始，每超过3℃，实验电压应提高1%。 （2）海拔

海拔高度对高压电器的影响有：对绝缘的影响和对电气发热温度的影响。 ①对绝缘的影响

高海拔（1000-3500m）地区的大气压力低，耐压水平会随之降低，

如海拔1000m以下能承受工频42kV1min的高压电器，在海拔3000m的地区仅能耐压38kV；而适用于高海拔地区的产品在低海拔地区实验时，试实验电压应提高。其实验电压为标准规定值乘以修正系数x（x>1），即

式中 H——高压电器安装地点的海拔（m），1000

高海拔地区空气稀薄，散热效果差，允许通过电流应适当减小一些。在我国有关标准中规定，一般使用环境按海拔低于1000m及2500m两挡考虑。 （3）湿度

我国南方地区相对湿度长期在90%以上。湿度大极易引起金属零部件的锈蚀、绝缘受潮、出现凝露使油漆层脱落，甚至影响运动部件的动作。 （4）风速

户外型高压电器在过大的风速下，有可能出现变形甚至断裂。 （5）污秽

沿海及重工业集中地区，空气污染严重，常发生高压电器的绝缘表面污闪事故。 （6）大雨

户外型高压电器在大雨中若进水，会使绝缘强度下降，金属件锈蚀等。 （7）地震

我国处于地震多发区，高压电器抗震性能差会造成断裂损坏等。 （8）湿热地区

这类地区的特点是：湿度高，相对湿度高达95%左右；雨量大，最大降雨强度可达10min50mm；气温高，最高可达＋40℃以上，阳光直射下可达＋80℃；此外还有霉菌、昆虫等造成的生物损害。这些对高压电器的运行均为不利。因此我国除生产一般电器设备以外，还专门生产一种三防产品（防湿热、防霉、防盐雾），以满足湿热地区的要求。 （9）干热地区

这类地区的特点是：环境温度为－５℃至＋50℃，阳光直射下黑色物体表面温度可达＋90℃；有昆虫、砂

尘。高压电器在这种条件下工作将更难以保持其性能。 其它方面的要求

高压电器的种类繁多，应满足要求不尽相同。如电压互感器和电流互感器就有误差方面的要求。而断路器结构复杂、功能多，对于它的要求也更多，这些要求主要为开断短路故障、关合短路故障、快速分断和自动重合闸等方面。详细的阐述见另题。 7．高压断路器的技术参数有哪些？

为了对高压断路器的工作性能有所了解，很有必要明确其主要的技术参数： （1）额定电压

是指断路器所能承受的正常工作电压。额定电压指的是线电压，并在铭牌上予以标明。按照国家标准的规定，其电压等级有：10kV；35Kv；60kV；110kV；220kV；330kV；500kV各级。

断路器的额定电压不仅决定了断路器的绝缘距离，而且在相当程度上决定了断路器的外形尺寸。 （2）最高工作电压

因为在输电线路上有电压损耗，那么在线路供电端的额定电压就会高于线路受电端的额定电压，这样断路器就可能在高于额定电压的情况下长期工作，因此规定了断路器的最高工作电压这一指标。按照国家标准规定，对于额定电压在220kV以下的断路器其最高工作电压为额定电压的l． l~ l． 15倍；对于 330kV的断路器规定为额定电压的 1． 1倍。 （3）额定电流

是指铭牌上所标明的断路器在规定环境温度下可以长期通过的最大工作电流。

断路器长期通过额定电流时，断路器导电回路各部件的温升均不得超过允许值。额定电流等级有：200A、400A、600A、1000A、1500A、2000A、3000A、4000A、5000A、6000A、8000A、10000A、15000A等。 额定电流的大小决定了断路器的发热程度，因而决定了断路器触头及导电部分的截面，并在一定程度上决定了它的结构。 （4）额定开断电流

它是断路器在额定电压下能可靠切断的最大电流，称为额定开断电流。当断路器在不等于额定电压的情况下工作时，断路器能可靠切断的最大电流，称为该电压下的开断电流。当断路器工作在低于额定电压时，其开断电流将较额定开断电流有所增大，但有一个极限值，并称其为极限开断电流。

断路器的额定开断电流标明了它的断流能力。它是由断路器的灭弧能力和承受内部气体压力的机械强度所决定的。

（5）额定断流容量

又称额定遮断容量或开断能力。一个断路器额定断流容量与额定开断电流、额定线电压有关，即用额定开断电流与额定线电压的乘积的√3倍来表示。即： SKN=√3UINIKN 式中

SKN——额定断流容量（ MVA）； UIN——额定线电压（kV）； IKN——额定开断电流（A）。

原国家标准中规定的额定断流容量 I型有： 300MVA、500MVA、750MVA。IEC和现行国标已不再采用这个参数。这是因为这个参数概念不确切，计算也不方便。 （6）动稳定电流

它是指断路器在合闸位置时所允许通过的最大短路电流，又称极限通过电流。断路器在通过这一短路电流时，不会因电动力的作用而发生任何的机械损坏。

动稳定电流表明了断路器承受电动力的能力。此电流的大小由导电部分和绝缘部分的机械强度来决定。 （7）热稳定电流

当短路电流通过断路器时会使导电部分发热，其热量与电流的平方成正比。所以当断路器通过短路电流时，有可能使触头熔焊直至损坏断路器。因此断路器规定了在一定的时间内（1、4、5、10s）的热稳定电流。热稳定电流是断路器在规定时间内允许通过的短路电流值，一般用有效值来表示。

热稳定电流标明了断路器承受短路电流热效应的能力。 （8）合闸时间

自发出合闸信号起，到断路器的主触头刚刚接通为止的一段时间，称为断路器的合闸时间。

对断路器合闸时间的要求不高，但应尽可能的稳定。我国生产的断路器合闸时间一般均小于或等于0．2s。 （9）分闸时间

是指从分闸线圈接通起，到断路器三相电弧完全熄灭为止的一段时间。分闸时间包括断路器的固有分闸时间和电弧存在的时间。其中，固有的分闸时间是指从分闸线圈通电，到触头刚刚分离的这段时间；而电弧存在的时间是指从触头分离，到三相电弧完全熄灭的这段时间。

从切断短路电流的要求出发，分闸时间愈短愈好，一般分闸时间为0．2s。通常，合闸时间大于分闸时间。 （10）触头行程

断路器触头行程系指断路器在操作过程中，触头从起始位置到终止位置所经过的距离。 （11）触头超程

断路器触头超程系指断路器在合闸操作中，动、静触头接触后，动触头继续前行的距离。它等于行程与开距之差。 （12）刚分速度

指断路器分闸过程中，动触头刚刚分离时的速度。 （13）刚合速度

指断路器合闸过程中，触头刚刚接触时，动触头的移动速度。 另外，还有三相同期、油重、总重、无电流间隔时间等技术参数。 8．运行中的高压断路器一般应满足哪些基本要求？ 为了确保断路器的正常运行，一般应满足以下基本要求。

（1）安全可靠 高压断路器在正常运行中，不应误动，以免使系统的正常工作遭到破坏；当系统出现故障时，不应拒动（拒绝动作），以免扩大事故范围。同时，高压断路器在各种工作状态下，均不应出现危及人

身和其它设备安全的现象。

（2）断流容量高 系统中一旦出现故障，其电流很大，往往是其额定电流的几倍、几十倍甚至更高，而持续时间仅几秒钟。高压断路器应能承受开断和关合故障电流的能力。

（3）动作迅速 高压断路器开断故障电流的快慢将直接影响系统输送功率的大小以及系统的稳定性。因此，高压断路器在接到继电保护装置发来的信号后，应在百分之几秒的时间内断开故障电路。

不难看出，为了使断路器很好地满足上述要求，高压断路器必须具有可靠完善的灭弧装置和尽量简单可靠的二次回路。

9．高压断路器是如何分类的？

高压断路器的类型很多，并有多种不同的分类方法： （1）按安装地点的不同可分为：户内式和户外式。 （2）按灭弧介质的不同可分为： l）油断路器它的灭弧介质是变压器油。 油断路器又分为少油断路器和多油断路器两种。

2）真空断路器 它是将动、静触头密封于一个真空灭弧室（俗称真空包）内，以高度真空的密封空间作为灭弧介质的一种新型断路器。

3）六氟化硫断路器 它是以六氟化硫气体作为灭弧介质的一种新型断路器。 4）压缩空气断路器 它是以高速流动的压缩空气作为灭弧介质的一种断路器。 5）固体产气断路器 它是利用固体介质受电弧作用分解气体来实现灭弧的一种断路器。

6）磁吹断路器 它是利用电磁力驱使电弧进入绝缘狭缝中，将电弧拉长并冷却，以实现熄灭电弧的一种断路器。

填 空 题

1．高压断路器按介质不同的可分为（油断路器）、（六氟化硫断路器）、（真空断路器）、（压缩空气断路器）、

（磁吹断路器）、（固体自产气断路器）六类。

2．采用（变压器油）作为灭弧介质和绝缘介质的断路器叫油断路器。 3．油断路器按其用油量可分为（少油断路器）和（多油断路器）两类。

4．采用（六氟化硫气体）作为灭弧介质和绝缘介质的断路器叫六氟化硫气体断路器。 5．采用（真空）作为灭弧介质和绝缘介质的断路器叫真空断路器。 6．高压断路器可按照工作环境的不同分为（户内式）和（户外式）两类。

7．高压断路器按其基本结构可分为（触头）、（灭弧室）、（绝缘介质）、（壳体结构）和（运动机构）五部分组成。

8．高压断路器中触头是实现电路（接通）和（关断）重要部件。 9．高压断路器中触头主要可分为（静触头）和（动触头）两种。

10．高压断路器中运动机构是使（动触头）在规定范围内动作的联动机构。 11．断路器中，低速动作的断路器的分闸时间为（大于0.12s）。

12．断路器中，中速动作的断路器的分闸时间为（在0.12s至0.08s之间）。 13．断路器中，高速动作的断路器的分闸时间为（小于0.08s）。

14．海拔高度对高压电器主要的两方面的影响为（海拔高度对外部绝缘的影响）和（海拔高度对电器发热温度的影响）。

15．选择高压断路器时，应坚持（“质量第一、比质比价、择优选厂”）的原则。

16．选择产品时，应首先看三证是否齐全。这三证是（产品型式试验报告、鉴定书和型号使用证）。

判 断 正 误

1．绝缘介质可以分为灭弧用绝缘介质及支持用绝缘介质两类。 （ +） 2．绝缘介质在断路器中只作为灭弧用。 （ ）

3．额定电压是指断路器正常、长期工作的电压。额定电压一般指线电压。 （ +）

4．额定电压是指断路器正常、长期工作的电压。额定电压一般指相电压。 （ ）

5．额定电流是指断路器在标准环境温度下，电器设备长期通过的、发热不超过允许值的最大负荷电流称为额定电流。 （ +）

6．额定电流是指断路器在标准环境温度下，电器设备瞬间通过的、发热不超过允许值的最大负荷电流称为额定电流。 （ ）

7．额定开断电流是指在额定电压下，断路器能够可靠开断的最大电流为额定开断电流。 （ +）

8．额定开断电流是指在最大电压下，断路器能够可靠开断的最大电流为额定开断电流。 （ ）

9．热稳定电流指：断路器在规定时间内（国标为4秒）所允许通过的最大电流称为热稳定电流。 （ +）

10．热稳定电流指：断路器在规定时间内（国标为4秒）所允许通过的最小电流称为热稳定电流。 （ ）

11．极限通过电流指：断路器在闭合状态时允许通过的短路电流的最大瞬时值称为极限通过电流或动稳定电流。 （ +）

12．极限通过电流指：断路器在闭合状态时允许通过的额定电流的最大瞬时值称为极限通过电流或动稳定电流。 （ ）

13．分闸时间指：在额定操作电压或压力下，从断路器分闸线圈带电开始至三相电弧完全熄灭为止，这段时间称为分闸时间。 （ +）

14．分闸时间指：在额定操作电压或压力下，从断路器分闸线圈带电开始至动静触头完全分离为止，这段时间称为分闸时间。 （ ）

15．合闸时间指：在额定操作电压或压力下，从断路器合闸线圈通电开始至主触头刚接触为止，这段时间称合闸时间。 （ +）

16．合闸时间指：在额定操作电压或压力下，从断路器合闸线圈通电开始至主触头刚开始运动为止，这段时间称合闸时间。 （ ）

17．自动重合闸时间指：分闸时间加上重合闸无电流间隔时间即为自动重合闸时间。 （ +）

18．自动重合闸时间指：分闸时间加上合闸时间即为自动重合闸时间。 （ ） 选 择 题

1．高压断路器的额定电压，一般是指

A、断路器正常、长期工作的峰值电压 B、断路器正常、长期工作的相电压 C、断路器正常、长期工作的线电压 * D、断路器正常、长期工作的平均电压 2．高压电器有关标准规定，产品的使用环境温度为 A、－40℃至＋40℃ * B、高于－40℃ C、不高于＋40℃ D、在零摄氏度左右 3．海拔高度对高压电器的影响

A、高海拔高的地区的大气压力低，电器的耐压水平会随之降低 * B、高海拔高的地区的大气压力低，电器的耐压水平会随之升高 C、高海拔高的地区的大气压力高，电器的耐压水平会随之升低 D、高海拔高的地区的大气压力高，电器的耐压水平会随之升高

第四章 少油断路器

思考题与练习题 简 答 题

1．高压少油断路器有哪些特点？

高压少油断路器的油箱一般做成单极式，三相电路需要三个油箱。其灭弧介质是变压器油，油分装在三

个油箱内。油量很少，一般只有几千克至十几千克。在每个油箱的外表面有一个油标管，用以观察油面和油色。正常时油面应在油标管上两条红线之间，油的颜色为亮黄色。油箱的外壳是金属的，外壳带电，一般涂成红颜色，严禁接地。油箱内油的作用主要是灭弧，其次可起到动静触头分闸时的绝缘作用。极间的绝缘以及各极对地的绝缘是靠空气和其它有机绝缘材料来完成的。少油断路器的灭弧方式是采用横吹、纵吹和附加油流的机械油吹三种方式联合作用。

少油断路器具有开断电流大，全分断时间短，可满足开断空载长线路的要求，运行经验丰富，易于维护和检修，运行噪声低等优点。但也有额定电流不易做得很大，灭弧室内油易劣化，不允许频繁操作等缺点。曾有喷油甚至爆炸事故发生，但近年来的产品防爆性能已大大提高。

它适用于各级电站的户内式变电站中。近年来，在高层建筑的主体内已实施无油化的进程，故有将其逐步淘汰的趋势。

2．高压少油断路器和高压多油断路器各有哪些特点？

高压油断路器根据油量的多少分为少油断路器和多油断路器两种。 （1）少油断路器 同题1

（2）多油断路器一般组成三极共箱式（三极装于一个油箱内）。其灭弧介质是变压器油，油量很多，一般是少油断路器中油量的20倍左右。油箱的外壳是金属的，外壳不带电，一般涂成灰颜色，必须接地。油箱内油的作用主要是灭弧，其次是绝缘。

多油断路器具有结构简单，容易制造，易于加装单匝环形电流互感器及电压分压装置，运行经验较多，易于维护和检修，运行噪声低等优点。

但是也有额定电流不易做大、开断小电流时燃孤时间较长，动作速度较慢等缺点。 它适用于35kV及以下的变电所，近年来已趋于淘汰。 3．简述高压少油断路器的基本结构和工作原理。

高压少油断路器以前曾称为贫油开关。它是一般工厂企业10kV系统中应用最为广泛的一种断路器。 10kV高压少油断路器常用的老产品型号有 SN1－ 10、SN2－10、SN4—10、SN5－10、SN6—10、SN8－

10等，现已基本淘汰。于 1981年左右开始生产的 SN1O－10/300型和 SN1O－10/500型断路器被称为大排气断路器，它采用的是走向排气方式，在一个标准循环内满容量开断后，喷油较多。这类断路器也已逐步淘汰，而以SN10—10Ⅰ和SN10—10Ⅱ型小排气断路器所替代。其刚分速度得到降低，振动减小，灭孤性能有所提高，排气量减少，而且油滴不致排到断路器外部。

下面仅以全国统一设计的SN10－10Ⅱ系列高压少油断路器为例，简述其基本结构和工作原理。 SN10－10Ⅱ系列高压少油断路器的内部结构。

它由断路器本体、操动机构和机械传动装置三大部分所组成。

（1） 断路器本体 断路器本体主要由框架、油箱本体和固定与传动部件三部分所组成。

1）框架 框架又称为底架，它是断路器本体的安装基础，是用角钢焊成的矩形支撑物。上面安装有六个支持绝缘子，每两个支持绝缘子固定着一个油箱，支持绝缘子起到绝缘和支撑作用。由三个油箱之间看进去，框架上安装着两个分闸弹簧。在分闸弹簧下部的框架上安装有两个弹簧缓冲器，弹簧缓冲器可以缓和分闸终了时所产生的撞击。在框架下部的两侧各安装有一个主轴轴承，断路器主轴在主轴轴承中转动。在框架的一侧还装有限位器等。

2）油箱本体 它共有三个油箱，每相一个。一般涂成红颜色，表明箱体带电，严禁接地。它是通过上述的六个支持绝缘子固定在框架上的。每个油箱分为上（上帽）、中（绝缘筒）、下（基座）三部分。 油箱的上部是一个铸铝的上帽，上帽的下部是一个插入式静触头，其内部是一个油气分离器。油气分离器的作用是在分断电路时，电弧将油箱内的油加热（最高可达4000~8000℃），高温高压气体和油一并冲向上帽内的油气分离器，气体和油在其内靠离作用高速旋转，使油回到油箱内，而气体则由侧面的排气孔排到断路器外部。在上帽的顶部有一个注油孔，供油面低下时补油用。

油箱的中部是一个高强度的绝缘筒。绝缘筒的上部依次是上接线板、油标管和绝缘筒等，绝缘筒的内部是灭弧室，灭弧室内充有变压器油，并装有灭弧片，中心是一个导电杆，在导电杆的顶端装有动触头。 油箱的下部又叫基座，在基座的上端固定着中间滚动触头和滚动触头架（兼做下接线板）。滚动触头与导电杆滚动接触但不断开，其摩擦力很小，并有良好的接触性能。基座底部有一个油缓冲器，用以缓和合闸终

了时所产生的撞击。

3）固定和传动部件 所谓固定部件就是六个支持绝缘子，它主要起到固定油箱和将带电的油箱外壳与接地的框架部分充分地绝缘起来；而传动部件是指连接主轴与基座侧面外拐臂的绝缘拉杆，它可以起到传动和绝缘作用。

（2）操动机构 对于固定式高压开关拒，由于断路器安装在柜内，而其操动机构安装在高压开关柜面板的左下方，即分装于不同的位置。一台断路器可以配置不同类型的操动机构，而且它们都有各自的型号。考虑到操动机构是高压开关柜中极易出现故障的部件，因此关于操动机构将在下面另题阐述。

（3）机械传动装置 所谓机械传动装置就是框架上的主轴及操动机构的机械连接部件。机械连接部件由连杆、转轴和销钉等组成，用以将操动机构的分、合闸指令传送到主轴，带动主轴转动。 4．简述高压少油断路器的导电回路和工作过程。

高压少油断路器的导电回路是：上接线板一静触头一动触头一导电杆一中间触头一下接线板。 高压少油断路器的工作过程简述如下。

断路器合闸时，通过扳动高压开关柜面板上的控制开关或在继电器保护装置的控制下，利用操动机构使得机械传动装置运动。它又带动框架上的主轴转动，主轴的转动带动了绝缘拉杆向前运动，使得基座上的外拐臂转动。外拐臂带动基底内部的内拐臂围绕转轴转动，内拐臂又将其旋转运动变为导电杆的向上运动，最终导电杆带动动触头插入静触头内，从而接通电路。

断路器分闸时，通过扳动高压开关柜面板上的控制开关或在继电器保护装置的控制下，利用操动机构使得机械传动装置运动。它又带动框架上的主轴转动，在主轴的转动和分闸弹簧的放能过程中，带动了绝缘拉杆迅速向后运动，使得基座上的外拐臂转动。外拐臂带动基座内部的内拐臂围绕转轴转动，内拐臂又将其旋转运动变为导电杆的迅速向下运动，最终导电杆带动动触头由静触头内拉出。与此同时产生电弧，电弧的高温将油分解为气体，使得灭弧室内的压力增高，迫使静触头座内的钢球上升堵住中心孔。电弧在封闭的空间燃烧，其压力进一步增高。在导电杆向下继续移动相继开启一、二、三道横吹沟及下面的纵吹沟时，油、气混合体强烈地横吹和纵吹电弧。又由于导电杆的向下移动，在灭弧室形成的附加油流也射向电

弧。在横吹、纵吹和附加油流的联合作用下，使电弧迅速熄灭，从而实现切断电路的目的。

在灭弧过程中产生的油、气混合体喷向油箱上部时，油气分离器使油气作旋转运动。油在离心力作用下附壁流下，气体则由侧面的排气孔排出。

5．SN10－10系列少油断路器的灭弧装置有哪些特点？

SN10－10系列少油断路器是我国设计的产品，较以前的产品有很多改进。在灭弧装置上，改进后的显著特点是：

（1）采用了逆流原理，即机械油吹。它是利用灭孤气体的运动方向和电弧运动方向相反，使得电弧始终逆着强烈的高压气流而运动，对电弧的熄灭非常有利。

（2）利用了体积补偿原理。当导电杆向下运动时，必然让出一定空间，则油箱下部的新鲜油便向上填补空间。这样，就使得电弧的弧根始终接触新鲜油，因而对电弧的熄灭非常有利。

（3）采用了纵横吹灭弧室。新型断路器的灭孤室所做的横吹口扁而低，在吹弧过程中不致把电弧吹的过长，从而使得电弧电压得到降低，并降低了电弧能量。因此这种灭弧室的压力低、喷油少而灭弧性能得到提高。

6． SN10－10系列少油断路器的灭弧过程与开断电流的大小有何关系？ SN10－10系列少油断路器的灭孤过程与开断电流的大小是有关系的。

当开断的电流很大时，所产生的电弧能量很大，油的气化和分解速度快，能产生很高的灭弧压力。在其模吹喷口打开时，高压气流将迅速向电弧吹去，将电弧熄灭。这时无需逆流原理和体积补偿原理的作用，而完全依靠横吹即可熄灭电弧。

当开断电流很小时，电弧能量小，油气化、分解的速度较慢，所产生的气体极少，灭弧压力不大。这样在横吹喷口处不具备足够的吹孤压力，电弧一般不易熄灭，因此就需要利用逆流原理和体积补偿原理效应来熄灭电弧。而且开断电流愈小，这两种效应的作用应愈大，电弧愈易熄灭。 当开断中等电流时，纵横吹和逆流、体积补偿原理的效应同时发挥作用。 7．高压少油断路器在运行中为什么应经常监视油标管的油面？

高压少油断路器的油量不可加的过多或过少。因为油量的多少对断路器的灭弧性能有很大的影响。断路器内的油量应为油箱容积的 93％，而留下一个 7％的缓冲空间。为了控制和监视油箱内油的多少，通常生产厂家都在断路器油标管上标出标准油面，即用两条红线标出油面的标准上下线。运行中应随时严格监视油面的高低。这是因为：

（l）油面过高，即油量过多，缓冲空间过小。当开断额定短路电流时，冲入缓冲空间内的气体并不会因油面的增高而减少。因此缓冲空间内的气体压力将大大增加。当气压超过容器的极限强度时，就有可能爆炸；同时，油面过高还会使得吹弧时发生预排气，则打通油层中的吹弧道所需时间延长，也就是燃孤时间延长，这样又将进一步增大灭弧室的压力，因而极易造成损坏灭孤装置或出现严重的喷油事故。 （2）油面过低，即油量过少，则使得吹弧时吹入缓冲空间中该气体混入空气中极易引起爆炸。另外，油面过低，灭弧介质不足，灭弧困难，甚至不能灭弧。

鉴于上述原因，高压少油断路器在运行中应随时严格监视油标管中油面的高低。 8．试述高压少油断路器严重缺油或油标管无油的原因及处理。

高压少油断路器中的油量很少，一般只有几千克至十几千克。油的作用主要是灭弧，其次是可以起到动、静触头之间在分闸时的绝缘作用。理论和实践证明，少油断路器中的油量占油箱容积的 93％，而留下一个 7％的缓冲空间，这样的充油量是比较合理的。为了满足上述条件，生产厂家在设备出厂前已在断路器油标管上标有两条红线，以作为其运行中的监视标准。油加多了不好，使缓冲空间过小；油少了则因其灭弧介质不足而不利于灭弧，甚至灭不了孤，进而产生爆炸事故。

当油标管的两条红线处看不到油面时，有可能是断路器缺油，也可能是油标管的进油口堵塞而造成假油面。这时应仔细检查油箱底部有无渗漏油的现象。如无渗漏现象，应认真分析是否为原始加油不足或油标管堵塞。当发现油标管处无油时，一般可按以下方法进行处理：

（1）断开操作电源的熔断器，打开掉闸连接片，防止断路器自动掉闸。当高压柜上无连接片时，可只断开操作电源的熔断器。

（2）条件允许时，停下负荷或转移负荷。

（3）当断路器回路中负荷电流为零或极小时，可直接拉开断路器；当断路器回路中有较大的负荷电流时，只能先停下上一级断路器，再拉开待检断路器。

（4）做好安全技术措施，检查缺油的原因，并进行维修后，加入与电压等级相符、经试验合格且试验期限有效的变压器油。最后方能投入运行。

9．少油断路器跳闸时、出现喷油应从哪几方面查找原因？ 如何处理？

目前采用的小排气断路器，如 SN10—10Ⅰ和SN10—10Ⅱ型和SN10—10Ⅲ型，在

正常操作甚至切断短路电流时，一般不会出现喷油的现象。一旦出现喷油，应从以下几方面查找原因： （1）油箱内油量过多，缓冲空间过小。当油箱内注油过多。缓冲空间过小时，缓冲空间的气体被压缩，在灭弧时产生巨大的压力，油和气在油气分离器中不能及时分离，从而使油、气自排气孔中大量排出，形成喷油现象。

（2）断路器反复分合闸时间间隔过短。

由于断路器分闸时有电弧产生，缓冲空间的气体压力很大，当分闸～合闸一分闸的间隔时间过短时，前一次分闸尚未使缓冲空间的压力得到充裕的释放，后一次分闸的到来势必造成缓冲空间压力的进一步叠加。过大的气体压力会造成断路器喷油。 （3）断路器遮断容量不够。

由于断路器本身质量问题、原始设计考虑不周、系统容量不断增大等原因，使断路器的分断能力不能满足要求，导致断路器喷油。

断路器发生喷油后，应根据故障掉闸的次数以及喷油的严重程度，在必要时将断路器立即停止运行。由于断路器内部尚存在一定温度的可燃气体，所以应等待断路器内部气体冷却、扩散后，方能进行解体检修。否则，外部空气与断路器内的气体混合，一旦遇到明火，极易引起爆炸事故。当断路器解体后，应详查触头和灭弧室的状况，并设法消除缺陷。另外，还应验算断路器的断流能力和继电保护的动作时间，以便采取相应的对策。

10．当断路器采用电动合闸操作时有哪些要求？

当断路器采用电动合闸操作时，应达到如下要求：

（1）控制开关的操作手把儿必须拧到终点位置，同时应监视合闸电流表的起动值是否达到合闸电流正常范围。当合闸指示红灯亮后，再将操作手把儿松开，让其自动返回到垂直位置。一定注意不可过早地返回，否则断路器将合不上闸；

（2）当断路器合闸且操作手把儿返回后，合闸电流表应返回到零位。注意防止因合闸接触器打不开而烧毁合闸线圈；

（3）断路器合闸后，应检查分、合闸指示装置、传动连杆。支持瓷瓶等是否正常，断路器内部应无异常声响。

11．高压少油断路器瓷绝缘断裂的原因有哪些？应如何处理？ 瓷绝缘断裂的原因：

（1）运输或安装时瓷绝缘受到外力损伤；

（2）瓷绝缘本身质量差，耐压不合格或过电压击穿； （3）操作时用力过猛或操动机构的间隙调整不当；

（4）发生大的短路故障，短路电流产生巨大的电动力作用等。 瓷绝缘断裂的处理：查明原因，采取相应的对策，更换新瓷绝缘。 12．油断路器合闸失灵的原因有哪些？

当断路器合闸失灵时，一般可以从电气回路、操动机构以及传动机械三方面查找原因。 （1）电气回路故障

1）检查控制回路及合闸回路的电源电压是否过低，超过了合闸电压的最低允许值。

2）对检查控制回路及合闸回路的熔断器是否熔断，各元件及其连接线有无接触不良和断线的现象。 3）检查合闸接触器的主触头动作是否灵活、有无卡死现象，接触器线圈是否烧毁。 4）操动机构的合闸线圈有无匝间短路或绝缘烧毁的现象。 （2）操动机构故障

1）检查合闸铁心的顶杆有无卡阻。 2）检查合闸缓冲间隙调节是否够量。 3）检查合闸连板三点位置有无上移的现象。 4）检查合闸铁心的超越行程是否够量。 5）检查合闸托架的坡度是否太陡。 （3）传动机械故障

1）检查传动机构连杆有无扭曲变形。 2）检查连接轴销钉有无脱落。

3）检查传动机构的定位（或套管）是否发生移动出现顶卡使动作不到位。 13．油断路器分闸失灵的原因有哪些？

油断路器在运行中分闸失灵的原因，一般是电气回路故障或机械部分故障造成的。 （1）电气回路故障

1）操作回路熔丝熔断或分闸回路元件接触不良、断线等。 2）直流电源电压过低，超出了其允许变动范围。 3）分闸线圈断线或烧毁。

4）油断路器低电压分闸动作性能不好。 5）辅助触头接触不良。 （2）机械传动故障

1）分闸顶杆脱落或卡住。

2）三连板三点过低，分闸锁钩或合闸支架吃度太大。 3）分闸缓冲移位。

14．油断路器在出现哪些情况时应立即停止运行？

当发现运行中的油断路器出现以下情况时，应立即停止运行。

（1）严重的渗漏油，造成油标管内无油或油标管处看不到油面时。 （2）支持瓷瓶破裂或套管炸裂。 （3）内部有放电声响。 （4）连接部位出现过热变色。 （5）瓷绝缘出现严重的放电闪络现象。 （6）断路器出现严重的喷油冒烟。

在断路器退出运行时，应根据异常现象的严重情况和负荷的重要程度，尽可能采取妥善的措施转移负荷。 15．运行中油断路器突然跳闸的原因有哪些？如何处理？

在运行中，线路或设备未发生短路或接地故障，而油断路器突然跳闸，称为误跳闸。其原因可能是： （1）操作人员错误碰触或错误操作断路器操动机构。 （2）操动机构的搭钩不牢而又受外力震动脱钩。

（3）继电保护整定值存在问题或出现故障，或因互感器回路故障而引起。 （4）直流电源电压波动或脉冲干扰引起晶体管继电保护误动。

（5）直流系统出现一点接地后未及时处理，又出现了第二点接地，从而引起保护误动。

当因为操作人员错误碰触引起突然跳闸时，只需合闸恢复即可。其它原因引起误跳闸时，应查明原因，排除故障，然后才能投入运行。 16．油断路器起火爆炸的原因有哪些？

油断路器在运行中发生起火爆炸，是高压配电装置中最严重的事故之一。发生的原因一般有以下几点： （1）油箱内油面过高或过低。

（2）油断路器本身开断能力不够，电弧不能迅速熄灭，使油箱内的油过热，分解出大量的气体，致使油箱压力过大，最后导致起火爆炸。

（3）分断短路电流的动作迟缓，使电弧长时间燃烧，内部压力急剧增加。 （4）外部套管破裂，引起内部污秽和受潮，造成闪络放电，使内部燃烧。

（5）油箱内油质低劣或受潮，使绝缘严重下降，造成闪络放电。 17．简述SW3—110型少油断路器中间机构箱的结构。 18．试述中间机构箱中的椭圆变直机构的工作原理。

填 空 题

1．油断路器可分为（多油断路器）和（少油断路器）。

2．采用（变压器油）作为灭弧介质和绝缘介质的断路器叫油断路器。多油断路器的用油，主要用做（熄灭电弧）和（绝缘介质）使用。

3．少油断路器用油仅作为（熄灭电弧），不作为带电体与油箱间的绝缘介质。

4．按照吹弧的能源，灭弧装置可以分成三类（自能吹弧、灭弧装置）、（外能吹弧、灭弧装置）、（综合吹弧、灭弧装置）。

5．SW3—110型少油断路器，每相都是由（两）个相同型式的灭弧室，呈（V）形连接起来组成的（Y）形结构单元，即采用了（两）断口积木式的结构。

6．SW3—110型少油断路器主要由（中间机构箱）、（支持瓷套管）、（底架）和（灭弧装置）等部件组成。 7．SW3—110型少油断路器的支持瓷套管外面有较大的（伞裙），以适应室外恶劣的气象条件。

8．SW3—110型少油断路器的中间机构箱它由（钢板）制成，运行时带电。箱内充满（变压器油），并装有（两）套椭圆变直机构，用于将提升拉杆短距离的垂直方向的运动，变为两导电杆互为（70°）角长距离的直线运动，改变传递操作功及其方向，完成分、合闸动作。

9．SW3—110型少油断路器的（副）分闸弹簧的作用是为了提高断路器的刚分速度，保证开断性能。 10．SW3—110型少油断路器的缓冲器起（分闸缓冲）作用和（分闸定位）作用。

11．SW3—110型少油断路器的缓冲器，它可吸收分闸过程中多余的（动）能，防止设备振动，起到了分闸缓冲的作用；同时它又限 制了（提升杆）下行的位置，从而起到了分闸定位作用。

12．SW3—110型少油断路器的外瓷套管表面有较大的伞裙，以适应恶劣的气象条件，增加（沿面）放电的

距离，同时起灭弧装置中导电部分间的绝缘作用。

13．SW3—110型少油断路器的玻璃钢筒由高强度（环氧树脂玻璃布）制成的筒，其耐压力超过31个大气压。

14．SW3—110型少油断路器的每相接触电阻不应大于（200）μΩ。 15．SW3—110型少油断路器的同相两断口的行程误差为（2）mm。 16．SW3—110型少油断路器对于油的绝缘强度，运行中要求：

支持瓷套中油耐压不低于（20）kV；灭弧室中耐压不低于（15）kV；大修后注入的绝缘油耐压应不低于（30）kV。否则应滤油或换油。

17．SN10-10型少油断路器本体结构的特点（三相分箱）、（三相联动）、（单相单断口），（悬臂）式结构。 18．SN10-10型少油断路器采用的惯性油分离器为（离心式）。它由（三）片带有很多斜孔的油气分离片组成。

19．SN10-10型少油断路器油箱采用玻璃钢筒，无焊缝，故耐压、（防爆）性能好。 20．SN10-10型少油断路器利用（逆流原理）、（体积补偿原理），提高了熄弧能力。

判 断 正 误 题

1．少油断路器用油仅作为熄灭电弧，不作为带电体与油箱间的绝缘介质。 （ +） 2．少油断路器用油不仅作为熄灭电弧，还作为带电体与油箱间的绝缘介质。（ ） 3．多油断路器用油，主要用作熄灭电弧和绝缘介质。 （ +） 4．多油断路器用油主要用作绝缘介质。 （ ）

5．油断路器有多油、少油之分，多油断路器和少油断路器，它们灭弧室工作原理相同。 （ +）

6．油断路器有多油、少油之分，多油断路器和少油断路器的灭弧室工作原理并不相同。 （ ）

7．SW3—110型断路器每相都是由两个相同型式的灭弧室组成。 （ +）

8．SW3—110型断路器每相只由一个灭弧室组成。 （ ）9．SW3—110型断路器的水平拉杆上装有主、副分闸弹簧。合闸时主分闸弹簧拉长、

副分闸弹簧压缩储存能量。分闸时释放能量，使断路器快速分闸。副分闸弹簧的作用是为了提高断路器的刚分速度，保证开断性能。 （ +）

10．SW3—110型断路器的水平拉杆上装有主、副分闸弹簧。合闸时主分闸弹簧被压缩、副分闸弹簧被拉长储存能量。分闸时释放能量，使断路器快速分闸。副分闸弹簧的作用是为了提高断路器的刚分速度，保证开断性能。 （ ）

11．SW3—110型少油断路器灭弧过程，属于自能式灭弧的油断路器，其灭弧能力与电 弧的电流大小有关。 （ +）

12．SW3—110型少油断路器灭弧过程，属于外能式灭弧的油断路器，其灭弧能力与电弧的电流大小无关。 （ ）

选 择 题

1．关于油断路器，下列说法中正确的是

A、无论是多油断路器，还是少油断路器它们的油都只作为灭弧介质来用 B、只有多油断路器的油仅作为灭弧介质来用 C、只有少油断路器的油仅作为灭弧介质来用 *

D、无论是多油断路器，还是少油断路器它们的油不但作为灭弧介质来用，还作为绝缘介质来使用。 2．关于SW3—110型户外式少油断路器的叙述错误的是

A、SW3—110型断路器采用了CD3型电磁操动机构，底架中有分闸弹簧 B、每相都是由两个相同型式的灭弧室，呈V形连接起来组成的Y形结构单元 C、每相都是由四个相同型式的灭弧室，呈V形连接起来组成的Y形结构单元 *

D、每个单元的电压为110kV，则两个Y型结构断路器串联起来则组成220kV的断路器；3个串联起来则组成330kV的断路器

3．关于SW3—110型户外式少油断路器中间机构箱，下列叙述正确的是 A、它由钢板制成，运行时不带电

B、箱内充满变压器油，并装有一套椭圆变直机构 C、它由绝缘材料制成，运行时不带电

D、箱内充满变压器油，并装有两套椭圆变直机构 * 4．关于SW3—110型户外式少油断路器支持瓷套管 A、瓷套管外面有较小的伞裙，以适应室外恶劣的气象条件 B、瓷套管外面有较大的伞裙，以适应高压电场的冲击作用 C、瓷套管做成实芯的装置，它起带电部分与地间主绝缘的作用 D、瓷套管内充满变压器油，它起带电部分与地间主绝缘的作用 * 5．关于SW3—110型户外式少油断路器的灭弧室，下列说法正确的是 A、有三片灭弧片组成多油囊三极横吹、二级纵吹的灭弧室 B、有四片灭弧片组成多油囊三极横吹、二级纵吹的灭弧室 C、有五片灭弧片组成多油囊三极横吹、二级纵吹的灭弧室 D、有六片灭弧片组成多油囊三极横吹、二级纵吹的灭弧室 * 6．SW3—110型户外式少油断路器的玻璃钢筒

A、由高强度环氧树脂玻璃布制成的筒，其耐压力超过11个大气压 B、由高强度环氧树脂玻璃布制成的筒，其耐压力超过21个大气压 C、由高强度环氧树脂玻璃布制成的筒，其耐压力超过31个大气压 * D、由高强度环氧树脂玻璃布制成的筒，其耐压力超过41个大气压 ,

第五章 六氟化硫断路器思考题和练习题

思考题练习题 简 答 题

1．六氟化硫断路器的特点有哪些？

六氟化硫断路器是采用惰性气体六氟化硫（SF6）作为灭弧和绝缘介质的一种断路器。SF6是由化学元素硫（S）的氟（F）合成的一种化学气体。它的分子量比空气重5倍，是无色、无味、无毒、不燃的气体。SF6气体分子具有很强的负电性，其正离子可以吸附电子形成中性质点，其正负离子运动速度较慢，复合能力较强。因此在SF6气体中就不含有自由电子，使得其绝缘性能非常良好。在2－3个表压下可以达到变压器油的绝缘强度。由于FS6具有良好的高温导热性和强大的捕捉电子能力，在电弧熄灭后能迅速恢复绝缘。所以SF6的灭弧能力要比空气大100倍。鉴于FS6具有上述优越性能，故常以其作为制造高压断路器和其它组合电器的介质。 2．FS6断路器有哪些优点？ FS6断路器优点是

1）开断容量大 其额定开断电流可达 40~63 kA，最大可达80kA。

2）开断性能优异 它不仅开断短路性能好，而且具有开断空载长线路和空载变压器不重燃、过电压低等优点。

3）灭弧室断口的耐压高 FS6断路器的单断口耐压和开断电流参数，比油或空气断路器要高，目前已达到单断口耐压245 kV、 50kA的水平。这样就为减少超高压断路器的断口数目、简化结构以及缩小占地面积提供了优越的条件。

4）电气寿命长，检修周期长目前SF6断路器、一般都能达到额定开断电流10－25次，检修周期可达10－

20年。

5）噪声低、适于频繁操作。 6）没有火灾危险。 3．FS6断路器有哪些缺点？ FS6断路器的缺点是：

它的电气性能受电场均匀程度及水分等杂质的影响特别大，需要一套FS6气体系统，所以对其密封结构、元件结构和FS6气体的质量要求特别高，并需采取专门措施以防低氟化合物对人体及材料的危害和影响。 总之，SF6具有优越的性能，故近年来发展很快，电压等级在不断提高。特别是FS6全封闭组合电器的发展令人瞩目。

4．六氟化硫气体有毒吗？在使用时应注意什么？

纯净的六氟化硫气体是无毒的惰性气体。但是六氟化硫气体的重量是空气的5倍。在高压配电室或电缆沟内，一旦六氟化硫断路器内部有大量的气体溢出时，FS6气体就会不断地从最低处向高处堆积，而将空气赶走。当人员进入室内或电缆沟内时，因只有SF6气体吸入人体，从而造成缺氧或窒息。

鉴于上述原因，要求安装有六氟化硫断路器的高压配电室，应有良好的自然通风，并应设置换气装置以定期的换气。进入有FS6气体溢出的室内时，应先开启门窗、起动通风设施，待SF6气体稀薄后再进入。 长期工作环境下的SF6气体允许浓度，按照美国卫生标准的建议为0．1％。 5．简述六氟化硫断路器的结构。

六氟化硫断路器主要由断路器本体、机械传动部分和导电回路三部分组成。 （1）断路器本体

六氟化硫断路器三极安装在一个底箱上，内部贯通。并在箱内有一个传动轴，由三个主拐臂、三个绝缘拉杆来操动导电杆。每极由上下每个绝缘筒构成断口和极对地的外绝缘，其内绝缘则靠六氟化硫气体来完成。在箱体上有两个自封阀，其中一个作充放气用，另一个可供安装电接点真空压力表用。 （2）机械传动部分

有大轴、拐臂、推杆、主拐臂、分闸弹簧、分闸缓冲、合闸缓冲以及合闸弹簧等。 （3）导电回路

由上接线座、触指、动触头和下接线座等组成。 6．试述六氟化硫断路器的分、合闸操作过程。 六氟化硫断路器的分、合闸操作过程如下：

（1）分闸时 在断路器操动机构的作用下，已被预先拉长的分闸弹簧放能，使得主轴作顺时针方向转动，通过主拐臂使得导电杆向下运动，直到拐臂上的滚子撞上分闸缓冲器为止，使断路器完成分闸动作； （2）合闸时 在断路器操动机构的作用下，推杆使得主轴按逆时针方向转动，同时通过主拐臂带动导电杆向上运动，直到滚子撞上合闸缓冲器为止，完成合闸操作。 7．简述六氟化硫断路器的灭弧原理。

六氟化硫是一种无色、无味、无毒、不易燃烧的惰性气体。它作为一种良好的灭弧介质，可以适用于各种电压等级的断路器。当六氟化硫气体置于2000K的电弧温度下，可以分解出多种活性离子，并具有电弧熄灭后能迅速复合、几乎不留任何残留物的性能。其绝缘水平不会受到任何影响，电弧也不会重燃。由于六氟化硫断路器具有良好的密封结构，密封在断路器内的气体一般不会溢出。 六氟化硫断路器的灭弧室有三种类型，即双压式、单压式（即压气式）和旋弧式。

早期的六氟化硫断路器沿用了压缩空气断路器的工作原理，其灭弧室为双压式灭弧室。现代的六氟化硫断路器结构已经简化，而采用单压式。单压式灭弧室中只充有低压六氟化硫气体（约5－7个表压），分闸时靠动触头带动压气活塞，产生瞬时压缩气体吹弧，所以又称为压气式断路器。单压式六氟化硫断路器一般带有压气活塞，所以要求的操动功率较大，常需采用气动或液压操动机构。

6~35 kV的所谓中压断路器也采用单压式原理。由于所需操动功率较大，所以逐步向旋转磁场吹弧和气自吹灭弧原理发展。如上海华通开关厂自瑞士ABB引进的HB系列六氟化硫断路器，就是依据上述原理设计的。其具体的灭弧原理如图20所示。

断路器分闸时，动触头与静触头分离后，电弧在动触头与有弧的静触头间燃烧，并因电流通过磁吹线圈产

生纵向磁场，使电弧在磁场作用下高速旋转。电弧旋转燃烧产生的大量热能使上部小室的气体压力骤增，当动触头移动到某一位置时，动触管的下部开放，气流由喷口向下部的低压室内排放，在喷口附近气流将电弧吹灭。当断路器分断小电流时，由于在HB系列断路器内装有辅助活塞，因而可利用机械能产生的压气熄灭电弧。

9．试述六氟化硫热膨胀式断路器灭弧原理。

热膨胀式利用电弧本身的能量，加热灭弧室内SF6气体，建立高压力，形成压差，从而达到吹灭电弧的目的。

这种断路器的膨胀吹弧分三步：

①被电弧加热的气体通过进气孔而进入压力室；

②热气与室内原有的冷气混合，形成高压力低温混合物；

③当电流过零时，混合气体通过进气孔而返回至断口，它与周围气体混合去电离并熄灭电弧。

开断小电流时，由于电弧能量过小，不足以产生灭弧所需压力。为此，在压力室下面设置了一个辅助气缸。当动触头系统相对于固定活塞移动时，在辅助气缸内建立起压力。辅助气缸的阀门动作，受压力室和辅助室内的压力所控制。当小电流过零时，压力室内的压力低于辅助室内的压力，上阀开启，形成熄灭小电流电弧的助吹，从而增强了开断小电流的能力。 10． LN2-10型六氟化硫断路器是如何灭弧的？

LN2－10型六氟化硫断路器的内绝缘采用的是六氟化硫气体。其灭弧原理采用了旋弧纵吹式和压气式相配合的高效灭弧方式。当电弧从弧触指转移到环形电极上时，电弧电流通过环形电极流过线圈产生磁场，磁场和电弧电流相互作用使电弧旋转，同时加热气体，并使得其压力升高，从而在喷口形成高速气流，将电弧冷却。当介质绝缘恢复到一定程度时，电弧在电流过零瞬时熄灭。

填 空 题

1．六氟化硫气体是一种无色、无味、无嗅、不可燃且不助燃的（堕性）气体。

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