高压SF6断路器与真空断路器浅析

高压断路器是发电厂、变电所及电力系统中最重要的控制和保护设备, 它的作用包括对电力系统运行的控制 (根据运行需要将部分或全部电气设备以及部分或全部线路投入或退出运行) 和对电力系统的保护。所以我们有必要认真研究它的工作原理, 开断性能以及适用范围。高压断路器如果按照灭弧介质分, 可以分为油断路器, 空气断路器, 真空断路器, 六氟化硫断路器, 固体产气断路器, 磁吹断路器。现今的市场上, 利用率最高的高压断路器无外乎高压SF6断路器, 真空断路器。在这里我们就对高压SF6断路器和真空断路器进行一下对比分析。

1 高压SF6断路器在近些年来得到了非常迅猛的发展

这当中最主要的原因就是SF6气体同其他绝缘介质相比确实具有很大的优势。从它本身的物理特性来看, 它无色、无味、无毒并且透明, 还是惰性气体, 它非常稳定, 一般情况下不会分解且不溶于水和油。它的临界液化温度能达到T=45.6℃, 而需要的压力能达到P=38.5kg/cm2, 这个性能是远远优于一般气体的。

1.1 从它的电特性来看

SF6气体之所以绝缘性能比较好, 是因为它具有负电性。这意思就是说SF6分子能够吸附气体中的自由电子, 从而变成负离子, 而这种负离子的质量又远远大于自由电子的质量, 所以运动速度就会大大的降低, 与此同时, 因为间隙中的自由电子的数量减少了, 所以就很难形成击穿通道, 这样实现了对电弧的控制, 自然就相当于绝缘性能好了。

1.2 从SF6气体熄弧性能看

SF6气体熄弧好的性能, 决定了以它作为灭弧介质的断路器的灭弧能力会更强, 这样它的开断能力就要大于其他形式的断路器。而它的绝缘强度高, 这个特性决定了高压SF6断路器单个断口所能承受的电压要比其他形式的断路器更高, 如今已经有500k V的单断口断路器投产了, 特别是在现在电力系统的容量越来越大的背景下, 如果没有SF6断路器, 那么很多电站就无法满足短路容量的要求, 在系统短路时, 也就没有办法切除故障。

2 真空断路器的原理及优缺点

对于真空断路器, 它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。

它本身的灭弧原理就和传统的断路器不同, 实际上, 灭弧室中根本就不存在可以被电离的物质。在任何情况下, 当触头分离时, 触头间的电弧通道仅仅由触头材料的金属蒸汽构成。电弧只能由外部能量来维持, 当主回路电流在自然过零点时刻消失, 电弧就不能维持了。而在这时急速下降的截流密度和快速凝聚的真空金属蒸汽在触头间迅速恢复绝缘, 真空灭弧室因此恢复了绝缘能力实现灭弧。

它的优点总结起来包括: (1) 触头间隙小; (2) 燃弧时间短, 电弧电压低; (3) 操作噪声小; (4) 因为无油所以无火灾爆炸危险; (5) 杂质不容易进入所以工作可靠性高。

它的缺点总结起来包括: (1) 容易产生操作过电压, 在开断感性电流时, 会出现电流截断现象造成较高的过电压, 因此要加装过电压吸收装置, 这样设备量增加, 维护量增加, 成本也会增加; (2) 运行中不易监测到真空度; (3) 配用的合成绝缘子在火电厂运行易积灰尘, 因此, 要求厂用电室的环境要相对干净。

3 高压SF6断路器与真空断路器对比分析

在10k V方面, 真空断路器正在逐步取代SF6断路器, 真空技术已经非常成熟, 由于SF6是一种非常强烈的温室气体, 可以在自然环境中存在3400年, 且温室效应是二氧化碳的23900倍, 从全球环境保护出发, SF6也在逐渐淡出人们视线。

在高压方面, 目前, 在超高压断路器中, 唯有SF6断路器能做到单断口的结构, 但由于SF6气体这种严重的温室效应, 将被逐步禁用, 现在国际上都在研究其他介质的单断口结构, 这当中最主要的就是对真空断路器应用在高压超高压领域的研发。因此采用真空灭弧室串联组成超高压真空断路器成了当今电力制造行业的主流发展趋向。

4 结语

在目前的发展水平来看, 显然35k V一下的领域真空比较有优势, 尤其是在10k V的等级, 六氟化硫的优势基本没有显现出来, 而在3 5 k V以上的高压及超高压就是SF6断路器的天下了, 虽然说因为环保因素的考量我们在积极地发展高压及超高压的真空断路器, 但是这个毕竟需要时间, 而我们电力系统不能等, 所以在选择产品的时候, 不可避免的依旧选择SF6断路器。或者总有一天它最终会退出历史舞台, 淡出电力行业的视线, 但是在那之前, 仍然是我们高压和超高压不可或缺的绝缘介质。

摘要：本文通过对现今市场上的两种种高压断路器的优缺点介绍, 同一电压等级产品的性能对比分析, 让大家对高压断路器的开断原理、开断性能以及适用范围有一个理性的认识, 对于影响断路器开断性能的环境、温度、湿度等因素都有综合的了解。

关键词：高压SF6,真空断路器,绝缘,电弧

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