高压负荷开关

2.3.1 隔离开关

1.隔离开关的用途、要求

隔离开关是高压开关电器的一种。因为它没有专门的灭弧结构，所以不能用来开、合负荷电流和短路电流。它需与断路器配合使用，只有由断路器开断电流之后才能对隔离开关进行操作。

在电力系统中，隔离开关的主要用途是：①将停电的电气设备与带电的电网隔离，保证有明显的断开点，确保检修的安全；②在双母线制的接线电路中，隔离开关可将电气设备或电路从一组母线切换到另一组母线上去（称为倒闸操作）；③接通或开断小电流电路，如接通或开断电压10kV、距离5km的空载送电线路，接通或开断电压为35kV、容量为1 000kVA及以下、电压为110kV、容量为3 200kVA及以下的空载变压器等。

根据隔离开关所担负的任务，应满足下列要求：①隔离开关应具有明显的断开点，易于鉴别电器是否与电网断开；②隔离开关断开点之间应有足够的距离、可靠的绝缘，以保证在恶劣的气候环境下也能可靠地起隔离作用，并保证在过电压及相间闪络的情况下，不致引起击穿而危及工作人员的安全；③具有足够的短路稳定性，运行中的隔离开关会受到短路电流的热效应和电动力效应的作用，所以要求它具有足够的热稳定性和动稳定性，尤其不能因电动力作用而自动断开，否则将引起严重事故；④隔离开关的结构应尽可能简单，动作要可靠；⑤带有接地刀闸的隔离开关必须相互有连锁，以保证先断开隔离开关、后闭合接地刀闸，先断开接地刀闸、后闭合隔离开关的操作顺序。

2.隔离开关类型

隔离开关可分为户内和户外两大类。

（1）户内隔离开关。户内隔离开关有单极式和三极式两种，一般为刀闸式隔离开关，通常可动触头（刀闸）与支柱绝缘子的轴垂直装设，而且大多采用导体刀片触头，图2.3.1所示的为户内GN8－10型隔离开关外形结构。由图可知，隔离开关的三相共装在同一个底座上，分、合闸操作由操动机构通过连动杆操动转轴完成。动触头（一极）为两根平行矩形条制成的刀闸，利用弹簧压力，夹在静触头两边，使动、静触头形成良好的线接触。动触头刀闸靠操作绝缘子转动，操作绝缘子与刀闸及主轴臂连接，可以对隔离开关进行分、合操作。

图2.3.1 GN8－10型隔离开关外形结构

1—上接线端子；2—静触头；3—闸刀；4—套管绝缘子；5—下接线端子；6—框架；7—转轴；8—拐臂；9—升降绝缘子；10—支持绝缘子

（2）户外隔离开关。户外隔离开关的工作条件比户内隔离开关差，受气象变化的影响也大，常见的影响有冰、风、雨、严寒和酷热等，因此，其绝缘强度和机械强度相应要求比较高。

户外隔离开关有多种形式。图2.3.2所示为双柱式隔离开关单相外形图，每相有两个支持绝缘子，分别装在底座两端的轴承上，并以交叉连杆连接，可以水平转动。两端刀闸各固定在1个支持绝缘子的顶端，外装防护罩，以防雨、冰、雪和灰尘。进行操作时，操动机构的交叉连杆带动两个支持绝缘子向相反方向（一个顺时针，另一个逆时针）转动90°，于是刀闸相应断开或闭合。图2.3.2中的隔离开关处于合闸位置，在主刀闸分开后，利用接地刀闸将出线侧接地，以保证检修工作的安全。

图2.3.2 GW4－110型双柱式隔离开关结构

1—接线座；2—主触头；3—接地刀闸触头；4—支柱绝缘子；5—主闸刀传动轴；6—接地刀闸传动轴；7—轴承座；8—接地刀闸；9—交叉连杆

该系列隔离开关的主刀闸和接地刀闸分别配各类电动型或手动型操动机构进行三相联动操作，主刀闸和接地刀闸间装有机械连锁装置。

2.3.2 高压负荷开关

1.高压负荷开关的用途和特点

高压负荷开关是一种结构比较简单、具有一定开断和关合能力的开关电器，常用于配电侧。它具有灭弧装置和一定的分、合闸速度，能开断正常的负荷电流和过负荷电流，也能关合一定的短路电流，但不能开断短路电流。因此，高压负荷开关可用于控制供电线路的负荷电流，也可以用来控制空载线路、空载变压器及电容器等。高压负荷开关在分闸时有明显的断口，可起到隔离开关的作用，与高压熔断器串联使用。因此，高压负荷开关可作为操作电器投切电路的正常负荷电流，而高压熔断器作为保护电器开断电路的短路电流及过负荷电流。在功率不大或可靠性能要求不高的配电回路中可用于代替断路器，以便简化配电装置，降低设备费用。

据国外有关资料介绍，断路器与负荷开关的使用率之比为1∶5至1∶6之间，用负荷开关来取代常规断路器保护的方案具有明显的优点。

2.几种典型的高压负荷开关的结构特点与基本原理

负荷开关的种类很多，按结构可分为油负荷开关、真空负荷开关、六氟化硫（SF6）负荷开关、产气式负荷开关和压气型负荷开关等；按操作方式分为手动操作负荷开关和电动操作负荷开关两类。这些产品集中使用于配电网中，如环网开关柜中，目前较为流行的是真空负荷开关。负荷开关配用熔断器等设备随着我国城网改造工作的推进越来越受到重视。下面介绍两种典型的高压负荷开关的结构特点与基本原理。

图2.3.3 ZFN－10R型户内高压真空负荷开关

（1）真空负荷开关。真空负荷开关完全采用了真空开关管的灭弧优点以及相应的操作机构，由于负荷开关不具备开断短路电流的能力，故它在结构上较简单、适用于电流小、动作频繁的场合，常见真空负荷开关有户内型及户外柱上型两种。

图2.3.3所示为ZFN－10R型户内高压真空负荷开关与熔断器组合电器的外形结构，这种系列负荷开关的主要特点是无明显电弧、不会发生火灾及爆炸事故、可靠性好、使用寿命长、几乎不需要维护、体积小、重量轻，可用于各种成套配电装置，尤其是在城网中的箱式变电站、环网等设施中，具有很多优点。

（2）SF6负荷开关。SF6负荷开关适用于10kV户外安装，它可用于关合负荷电流及关合额定短路电流，常用于城网中的环网供电系统，作为分段开关或分支线的配电开关。

SF6负荷开关根据旋弧式原理进行灭弧，灭弧效果较好，同时，由于SF6气体无老化现象，故SF6负荷开关是城网建设中推荐采用的一种开关设备。

2.3.3 高压熔断器

高压熔断器的功能是当被保护线路流过短路电流或过负荷电流时，熔体会因自身产生的热量而自行熔断，从而达到切断电路、保护电网和设备的目的。

图2.3.4 RN1、RN2型熔断器熔管内部结构图

1—金属管帽；2—瓷管；3—工作熔体；4—指示熔体；5—锡球；6—石英砂填料；7—熔断器指示器

在高压熔断器中，熔体往往采用铜、银等制造，这些材料的熔点较高，电阻较小，制成的熔体截面可较小，有利于电弧的熄灭。但是，这些材料熔点高，小量且长时间过负荷时熔体不会熔断，结果失去保护作用。其改进措施是在铜或银线的表面焊上小锡球或小铅球，由于锡和铅的熔点较低，当熔体发热至锡和铅的熔点以上时，锡和铅球熔化并渗透到铜或银线里，形成合金，在这些点处熔点大大降低，将首先熔断，形成电弧，从而使熔体总体熔化。这种方法称为冶金效应法，亦称金属熔剂法。图2.3.4所示为户内型高压熔断器的内部结构，当短路电流或过负荷电流通过熔体时，熔断器的工作熔体先熔断，然后指示熔体熔断，指示器被弹簧推出，给出熔断器的指示信号。

户内型熔断器的熔管内的石英砂填料对电弧有强烈的去游离作用，因此，该系列的户内型熔断器灭弧能力强，灭弧速度快，能在短路电流未到达冲击值以前完全熄灭电弧，属于“限流式”熔断器。

用于户外配电线路的高压熔断器还有跌落式的。图2.3.5所示为其基本结构，通过固定安装板安装在线路中（有倾斜度）。上下接线端接进出线，上静触头、上动触头构成打开后明显的断开点，下动触头套在下静触头内，并且可转动。

图2.3.5 RW4型高压跌落式熔断器基本结构图

1—上接线端子；2—上静触头；3—上动触头；4—管帽；5—操作环；6—熔管；7—铜熔丝；8—下动触头；9—下静触头；10—下接线端子11—绝缘瓷瓶；12—固定安装板

熔管的动触头借助熔体张力拉紧后，推入上静触头内锁紧，成闭合状态，熔断器处于合闸位置。当线路发生故障时，大电流使熔体熔断，熔管下端触头失去张力而转动下翻，使锁紧机构释放熔管，在触头弹力及熔管自重作用下，会旋转跌落，造成明显的可见断口。

跌落式熔断器不仅可以作为35kV以下电力线路和变压器的短路保护，还可以用高压绝缘钩棒拉合熔管，以接通或开断小容量的空载变压器、空载线路和小负荷电流。它的灭弧能力不强，灭弧速度不快，不能在短路电流达到冲击值以前熄灭电弧，属于“非限流式”熔断器。