ZW-10型柱上真空断路器主要用于开断关合农村电网的负荷电流、过载电流及短路电流。
一、开发10kV往上真空断路器是农电发展的需要
10kV柱上真断路空器与其它类型柱上断路器相比,具有开断关合能力强、满容量开断次数高、寿命长、维修工作量小、无污染环境、无火灾、工艺简单,价格适中,并适应于频繁操作等优点,可取代DW-10系列柱上油断路器。在国外,早在十五年前就大量使用柱上真空断路器。该产品在国内是一种量大面广、生命力很强的新产品。
二、主要技术参数
根据我国农村变电站的情况,35kV主要容量大都在8000kVA以下,变压器阻抗电压为7.5%,10kV侧的短路电流最大值为5.6kA,额定电流在500A以下,这断容量100MVA。10kV柱上真空断路器的主要技术参数如下:
额定电压:10kV
最高工作电压: 11. 5kV
额定绝缘水平:1分钟工频耐压干试42kV,湿试34kV,雷电冲击75kV
额定电流:630A
额定短路开断电流:6.3kV
颗定异相接地开断电计:5.5kA
额定短路开断次数:30次
额定短路复合电流(峰值): 16kA
额定动稳定电流(峰值): 16kA
4S热稳定电流:6.3kA
机械寿命:10000次
二、断路器的结构特点
产品结构由真空灭弧室、弹簧储能操动机构和断路器本体组成。断路器总体为三相共箱式,采用瓷绝缘套管出线,其中两相套管内侧装有穿心式电流互感器。真空灭弧室为新式结构,触头为新型材料,产品性能好,满容量开断后灭弧室的断口冲击耐压有较高的数值。弹簧储能操动机构为手动储能,具有一次自动重合闸功能,可手动分、合闸,没有合闸线圈和分励脱扣器,可电动分、合闸,并有两个过电流脱扣器,由电流互感器直接供电,具有过电流保护的功能。壳体内先有变压器油,将真空灭弧室浸在变压器池内,可以防凝露和增强外绝缘。
四、研制中的关键技术及解决措施
1.采取防凝露措施。
当一定湿度的温度突变时,绝缘外壳表面就可能结露,使绝缘强度下降,而引起闪络。因此户外真空断路器必须采取防凝露措施。目前,国内外真空断路器采用防凝露措施以充填介质方法为主,即在真空灭弧室周围充填SF6气体、干燥空气、塑料、绝缘胶和变压器油等。在这些措施中比较成熟的方案是充变压器油和SF6气体。充变压器油或SF6气体除防凝露外,还可以强化真空灭弧室的外绝缘及对地和相间绝缘,缩小真空灭弧室和断路器的体积。
我们认为充变压器油的方法比较简单,可靠,密封要求低,制造容易,成本较低。该断路器采用充变压器加,还有散热减震的作用。
关于无油化问题,是指灭弧介质的无油化。而柱上真空断路器中的油主要起防凝露和绝缘的作用,电弧封闭在真空灭弧室内,不会与油直接接触,油不会受到电弧的污染,使用寿命很长。关于防火防爆炸问题,采用纵磁触头结构的真空灭弧室,电弧能量主要集中触头区域,即使开断失败,电弧也很难逸出真空灭弧室,油就不会燃烧,也不会有爆炸的危险。
2.提高真空灭弧室断断口的耐压水平。
从可靠性出发,要求柱上真空断路器断口间的耐压强度在短路电流开断后;保持较高值,以耐受雷电的冲击被。有的真空断路器在满容量开断后,断口间的冲击耐压降低20%甚至更低,这是较为突出的问题。要使柱上真空断路器在短路开断后断口间耐压不降低或降低甚少,就需提高真空灭弧室的质量。触头材料采用铜铬材料,提高耐磨性,触头采用纵磁结构,在开断中电磨损很小,蒸散在屏蔽罩上的金属物很轻微,这对提高开断后的断口耐压是极有利的。将瓷柱式真空灭孤室改为中间封接式,不仅消除局部高电场强度,达到电场均匀分布的目的,还可提高内绝缘强度。因为瓷柱式真空真空灭弧室在开断中瓷表面容易被电弧污染而导致内绝缘强度下降。对比试验证明,真空灭弧室内去掉瓷绝缘后,内绝缘强度显著提高。另外在制造时,尽量提高灭弧室的真空度,并净化真空触头的表面。
3.解决操作过电压问题。
经试验证明,采用铜铬触头材料和纵向磁场的触头结构,可使真空断路器的截流值降到0.5A以下,因为纵后磁场的“磁箍效应”具有稳定电弧的作用。在个别场合下,可在断路器负载侧并联氧化锌避雷器进行保护。
4.解决触头的合闸弹跳问题。
真空断路器在合闸时触头容易弹跳产生过电压。因此,要求真空断路器弹跳时间越短越好。因此要尽量在灭弧室的动导电端减轻其重量,取消真空断路器惯用的软连接,改为滚动触头连接,减小运动的阻力,这一措施的实现使弹跳时间大为缩短。