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淺談中壓開關柜內SF6斷路器和真空斷路器的應用

1、前言
    SF6和真空開關柜受到世界各地的青睞，在歐洲和大多數中東國家趨向于用SF6斷路器；在中國、日本和美國明顯喜歡采用真空斷路器；而在其他地區，兩種技術幾乎同樣流行。多油和少油技術在中國、東歐、印地安和拉丁美洲等地區仍有少量使用，但趨勢十分明顯，將很快被SF6和真空技術所取代。有關數據表明，目前包括在內的電氣行業跨國公司在兩種技術的發展上是互補的. 　　
近年來，國內外對兩種技術最重要的發展是采用永磁操動機構，并將有關的傳感元件集成在開關柜內。
2、電弧遮斷特性
2.1 SF6斷路器
    SF6中壓斷路器目前采用自吹型系統。自動吹氣型斷路器的操作能量比較小，但具有良好的性能，如切斷短路電流時電弧能量小，其電氣壽命較長；開斷小的感性電流時，其過電壓倍數低于2.5倍。
2.2真空斷路器
    真空斷路器觸頭在分、合閘操作時必須具有高的抗電弧腐蝕性能；當開斷小電流時，應具有低截流性能。對材料的研究表明，銅、鉻合成材料是最好、最能滿足要求的觸頭材料，而含鉻量為20%~60%的銅、鉻合成材料，現在已被用作觸頭的標準材料。最初采用特殊形狀的觸頭，以防止電弧接觸面上的徑向磁場，強迫弧根連續不斷地沿觸頭表面旋轉，從而防止局部過熱和不均勻的磨損。對觸頭形狀更進一步的改進是軸向磁場的開發，該軸向磁場能將弧根均勻地分配在整個觸頭表面。
2、SF6和真空斷路器的發展趨勢
3.1 永磁操動機構
    從表面上看，斷路器的操動機構僅是實現簡單的“分－合”或“合－分”功能。當到達所要求的位置時，要確保觸頭保持在該位置上，直到接到改變位置的命令為止。因此，操動機構是一個典型的雙穩態執行機構，其性能要高度可靠。以往，長期采用機械彈簧和凸輪機構。
    永磁操動機構包括固定式疊片鐵心、永久磁鐵、合閘和分閘線圈及專用電子裝置等，能提供所有電子式的輔助功能，如聯鎖、分閘、合閘等，還包括自診斷設施。電解電容提供分合閘線圈所需的沖擊功率。永磁操動機構的機械系統大大簡化了，其部件的大量減少，使故障的幾率也相應降低，從而降低了操動夢見的維護水平。新型的真空和SF6磁力操動機構斷路器，與先前的設計一樣，相互具有完全的可互換性。這種可互換性，能以最少的投資將現有開關柜重新裝備。　　
3.2 傳感元件和電子設備的集成
    采用合適的軟件和必需的電流、電壓傳感元件，將保護功能集成在斷路器的控制系統中，使斷路器成為一個完整的具有保護和切換功能的智能型自動化裝置，并達到最高的可靠性目標，最少的部件接口，以方便在中壓二次配電系統中應用。這也是目前低壓配電系統的發展現狀。
4、技術性能
4.1電氣和機械壽命
    使用經驗表明，真空和SF6斷路器均可認為是免維護的。高質量的SF6斷路器和真空斷路器完全滿足IEC60056中B級斷路器標準要求。這就是說，B級斷路器在預期壽命內對斷口部件不需要維護，而僅需要對其他部件進行維護。IEC根據斷路器所連接的架空線網絡和是否采用重合閘等使用條件，規定了斷路器應能完成的操作次數。　　
4.2 操作過電壓
    SF6斷路器具有低的操作過電壓水平，而無需外加任何裝置。采用現代觸頭材料的真空斷路器，也呈現出低水平的截斷電流。然而，在特殊的使用場合，可能需要進行詳細的系統參數研究，以確定是否需要裝設專門的限制過電壓的裝置，這主要取決于工業安裝設備的特性。
5、應用舉例
（1）架空線路和電纜：當用于切斷和架空線配電網時，真空和SF6斷路器均滿足要求。　　
（2）變壓器：現代真空和SF6斷路器適合切斷空載變壓器的勵磁電流，而過電壓倍數低于3.0。在某些特殊場合，如用真空斷路器來切斷工業設備中的干式變壓器時，則推薦裝設避雷器。　　
（3）電動機：當斷路器用于切斷電動機時，必須對操作過電壓的問題給予充分的注意。過電壓的目標限值為小于2.5倍，兩種斷路器均可達到。當真空斷路器用來切斷小電動機時（起動電流小于600A），由于電弧多次重燃的緣故，可能需要采取限制過電壓的措施，而這種現象出現的概率很低。　　
（4）電容器組：兩種技術均適用于電容器組無重燃切換。當成組切換時，可能需要裝設電抗器，以便限制沖擊電流。斷路器的同步控制技術是解決這個問題的一種有效方案。特別推薦SF6斷路器應用于額定電壓高于27kV的場合。　　
（5）電弧爐：切換電弧爐的特點是操作頻繁、大電流、短間隔。真空斷路器特別適用于這種場合。　　
（6）并聯電抗器：SF6斷路器適用于切換并聯電抗器，通常其過電壓倍數低于2.5。當使用真空斷路器時，在某些情況下可能需要外加限制過電壓的措施。　　
（7）電氣化鐵路牽引：原則上，兩種斷路器均可采用，但在某些低頻電源的場合（如16.67Hz），則推薦采用真空斷路器。
    從使用觀點看，SF6和真空兩種技術是互補的。經濟因素、使用者的愛好、國家中的習慣、制造能力和特殊切換要求等，是決策者確定斷路器型式的主要因素。斷路器與工作條件的匹配、頻繁切換等特殊要求，可能是影響選擇斷路器型式的額外因素，此時，可能需要進行綜合性研究，以便做出最好的選擇。

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