德試電氣培訓課之GIS斷路器結構及原理

1 概述?

    ZFI2C-126型封閉式組合電器（簡稱GIS）的斷路器是GIS中最重要的元件。該斷路器為三相共箱式，采用自能式滅弧原理，配用 CTB-Ⅱ彈簧機構。?該斷路器采用最新的設計原理，具有結構簡單，操作能量小，可靠性高，安裝容易，噪音低等特點。該斷路器根據主接線方式的不同可采用Z形、U形布置。

2 斷路器的結構和工作原理

?    斷路器為三相共箱式，即三極滅弧室安裝在同一殼體內。斷路器總裝的外形如圖1所示。斷路器的出線方式有兩種，一種是兩側出線（即Z形），另一種是同側出線（即U形），由總體布置確定。斷路器本體的內部結構見圖2，圖2所示為同側出線方式。且由圖1、2可知，斷路器由下列部件所構成∶金屬殼體、底座、絕緣構件（包括絕緣子、絕緣支座和絕緣拉桿）、拐臂盒、密度繼電器、三極滅弧室和彈簧機構。滅弧室是斷路器的核心單元可實現回路的導通與分斷。彈簧機構是斷路器的動力元件，可實現斷路器的分、合閘操作。

2. 1 滅弧室的結構與工作原理

2.1.1 結構∶?如圖2、3 所示。斷路器的A、B、C三極滅弧室安裝在同一殼體內，三極滅弧室的主要零部件均相同，只是每極上下出線的電聯(lián)接位置有所不同。每極滅弧室均由絕緣拉桿3-1、絕緣座3-2、動觸頭座3-3、支撐筒3-4、動觸頭裝配3-5、動弧觸頭3-6、絕緣筒3-7、靜弧觸頭3-8、靜觸頭座3-9、等組成。絕緣筒3-7與支撐筒 3-4相連，不僅支承靜觸頭座3-9，還起到斷口間絕緣的作用。?導電主回路為（見圖2、圖3）∶電流在絕緣子的中心導體（X）→滅弧室下部的電聯(lián)接→動觸頭座→動、靜觸頭主回路→靜觸頭座上部的電聯(lián)接（Y）。?

該斷路器單極的回路電阻（X、Y 間）小于100μ Ω。

2.1.2 工作原理∶?滅弧室采用由熱膨脹室?guī)в休o助壓氣室的自能滅弧結構，滅弧過程以自能吹弧為主，壓氣滅弧為輔。A、B、C三極滅弧室的絕緣拉桿分別與拐臂盒中的三個內拐臂相連。彈簧操動機構帶動拐臂盒中的主傳動軸，主傳動軸通過拐臂與連桿傳動，帶動與絕緣拉桿相連的三個內拐臂運動，從而使A、B、C三極滅弧室共同進行分合閘操作，見圖4。

?    分閘操作時，絕緣拉桿在分閘彈簧的作用下，帶動動觸頭裝配快速向下運動。在運動中，動主觸頭和靜主觸頭首先分離，接著動弧觸頭和靜弧觸頭分離，產生電弧。當噴口喉部未脫離靜弧觸頭之前，電弧產生的熱氣流流入熱膨脹室，在熱膨脹室內進行熱交換，形成低溫高壓氣體，當噴口喉部脫離靜弧觸頭之后，熱膨脹室的高壓氣體從噴口喉部噴出，進行熄弧。同時，輔助壓氣室的壓力在機構的帶動下也在升高。當開斷大電流時，弧觸頭間產生的電弧能量大，此時熱膨脹室的壓力高于壓氣室壓力，故單向閥關閉，當電流過零時，熱膨脹室的高壓氣體吹向斷口間使電弧熄滅。在同時，壓氣室的氣體被壓縮，但達到一定的壓力時，底部彈性釋壓閥打開，一邊壓氣，一邊泄壓，使機構不必要克服更多的壓氣反力，從而大大的降低了操作功。當開斷小電流時（通常在幾千安以下），由于電弧能量小，熱膨脹室產生的壓力小，此時壓氣室的壓力高于熱膨脹室的壓力，故單向閥打開，壓氣室的氣體流經單向閥與熱膨脹室的氣體共同向斷口處吹去，當電流過零時，這具有一定壓力的氣體吹向斷口使電弧熄滅。在開斷過程中，噴口將主導電回路（動、靜主觸頭）和輔助導電回路（動、靜弧觸頭）隔離，使開斷時產生的電弧及 SF6分解物不會對主導電回路和斷口產生影響。開斷過程如圖5 所示。?合閘操作時，絕緣拉桿在合閘彈簧的作用下，推動動觸頭裝配向上運動，此時，SF6氣體迅速進入壓氣缸內。在合閘過程中，動靜弧觸頭首先接通，然后動靜主觸頭接通，完成合閘操作。?

2.2 彈簧機構的結構與工作原理?

2.2.1 合閘彈簧儲能操作∶?當斷路器合閘操作完畢時，限位開關將儲能電機6-8 接通，電機帶動棘爪6-5 推動棘輪6-4順時針旋轉，通過拉桿將合閘彈簧6-1儲能，棘輪過死點后，在合閘彈簧力的作用下棘輪受到順時針旋轉的力矩，但合閘脫扣器6-2又將棘輪上的合閘止位銷6-3鎖住，從而將機構保持在合閘預備狀態(tài)（如圖6 A和 B）。

2.2.2 合閘操作∶?彈簧機構處于分閘位置且合閘彈簧6-1已儲能（如圖6B）。當合閘電磁鐵受電動作后，合閘脫扣器6-2釋放棘輪6-4上的合閘止位銷6-3，從而在合閘彈簧的作用下，棘輪通過傳動軸6-7帶動凸輪6-10順時針旋轉，凸輪推動主拐臂上6-9 的穰子 6-11，從而帶動主拐臂旋轉，并通過拉桿6-6帶動傳動拐臂6-16 順時針旋轉，傳動拐臂6-16旋轉時不僅帶動拐臂盒中的主傳動軸6-17順時針旋轉將斷路器本體合閘，并且?guī)臃珠l彈簧拐臂6-15對分閘彈簧儲能。當斷路器合閘到位后，分閘脫扣器6-13又將主拐臂上的分閘止位銷6-12鎖住，從而保持斷路器本體在合閘位置和分閘彈簧在壓縮儲能狀態(tài)（如圖6C），為下一次分閘準備。

2.2.3 分閘操作∶?彈簧機構處于合閘位置并且分閘彈簧6-14 被壓縮儲能時（如圖6A和C），當分閘電磁鐵受電動作后，分閘脫扣器6-13釋放主拐臂6-9上的分閘止位銷6-12，從而使分閘彈簧 6-14釋放能量，并帶動分閘彈簧拐臂6-15逆時針旋轉，分閘彈贊拐臂旋轉的同時不僅帶動拐臂盒中的主傳動軸6-17逆時針旋轉將斷路器本體分閘，并且?guī)觽鲃庸毡?span style="-webkit-tap-highlight-color:transparent;outline:0px;font-family:Calibri;">6-16 旋轉，從而帶動拉桿6-6使主拐臂順時針轉動，同時由分閘彈簧的預壓縮力將斷路器本體保持在分閘位置（如圖6 B）。?