觸頭在油介質中閉合和斷開的一種斷路器。最早在1895年就已製成瞭這種斷路器。1930年以前,用油作為滅弧介質來提高斷路器的開斷能力是最有成效的方法。油斷路器中通常採用的是礦物油(如變壓器油),它具有較高的介質強度和較強的熄滅電弧的能力。

  熄弧原理 油斷路器的熄弧原理是:當觸頭在油中分斷電流時,將在油中產生電弧。在油中燃熾的電弧,使其周圍的油被加熱,並使其分解。電弧的能量大約有有25~30%用於油的分解,從而產生大量的氣體,在電弧周圍形成氣泡。氣泡中氫氣占70~80%,其餘的氣體為乙炔、甲烷等。氫氣具有很高的導熱率,電弧經熱傳導而冷卻。因油不斷被分解使產生的氣體量增加,氣泡的體積膨脹,推動油層迅速向四周運動,但因受到箱壁及氣泡上面油層慣性的阻礙,膨脹受到限制,從而使氣泡中的壓力維持在0.5~1MPa之間。高壓力使電弧中遊離質點的濃度增加,自由行程減小,增強瞭復合作用。氣泡內由於溫度和壓力差而產生劇烈的擾動,加強瞭弧柱的冷卻。隨著觸頭間距的增加,電弧被拉長,在某一次電流過零後,電弧被熄滅而不再重燃。電弧熄滅後,高溫的油氣排出箱外,觸頭間隙將重新被油所充滿,保證瞭觸頭間的絕緣強度。因這種分斷裝置依靠電弧自身能量所分解的氣體來熄滅電弧,故稱作自能式滅弧。

  油中簡單分斷裝置尚不能滿足現代電網分斷大電流的要求。因此,現代油斷路器都裝有滅弧室,使之形成氣吹型的油中電弧。氣吹型油中電弧已不僅是利用氫氣的良好熱傳導性使其冷卻,而主要是利用氫氣等離子體的等熵冷卻使其熄滅。

  滅弧室 由絕緣材料制成並裝設在觸頭周圍,用以限制電弧、並產生高速氣流對電弧進行強烈氣吹而使電弧熄滅。按照產生氣吹的能源,滅弧室可以分為3類。①自能氣吹式滅弧室:利用電弧自身的能量使油分解出氣體,提高滅弧室中的壓力,當吹弧口打開時,由於滅弧室內外的壓力差而在吹弧口產生高速油氣流,對電弧進行氣吹而使之熄滅。②外能氣吹式滅弧室:利用外界能量(通常是由油斷路器合閘過程中被貯能的彈簧提供)在分斷過程中推動活塞,提高滅弧室的壓力驅動油氣吹弧而熄滅電弧。也有稱此為強迫油吹式滅弧室。③綜合式滅弧室:它綜合瞭自能吹弧和外能吹弧的優點,利用電弧自身的能量來熄滅大電流電弧,利用外界能量來熄滅小電流電弧,並可改善分斷特性。這種滅弧室結構稍復雜,但分斷性能好。超高壓少油斷路器中大多數采用這種滅弧室。

  油斷路器滅弧室中吹弧形式主要有4種(見圖)。

①縱吹:油氣沿電弧軸線方向吹過電弧表面。②橫吹:油氣垂直於電弧軸線方向吹弧。③縱橫吹:既利用橫吹又利用縱吹的復合吹弧形式。④環吹:油氣從四周垂直於電弧軸線方向吹弧。按照主要吹弧形式可將油斷路器的滅弧室分別稱為縱吹滅弧室、橫吹滅弧室、縱橫吹滅弧室和環吹滅弧室等。

  分類 油斷路器按對地絕緣介質的不同,可分為接地箱殼多油斷路器(簡稱多油斷路器)和帶電箱殼少油斷路器(簡稱少油斷路器)兩種。

  ①多油斷路器:其滅弧室裝在一個接地金屬箱中,通常用油量較多,油既用作滅弧介質又用作對地絕緣。多油斷路器結構簡單,性能可靠,可以制成超高壓等級(如362kV),並可方便地帶電流互感器,配套性強,戶外使用時受大氣條件的影響小。多油斷路器的使用歷史悠久,使用和制造技術成熟,曾在電力系統中起過重要作用。但多油斷路器也有很多的缺點,特別是在超高壓等級時,體積龐大,消耗大量的鋼材和變壓器油,運輸和安裝均有較大困難,引起爆炸和火災的危險性大。所以多油斷路器已趨於淘汰。

  ②少油斷路器:其滅弧室裝在與大地絕緣的油箱中。油箱既可用金屬做成,也可以用絕緣材料制成。油僅作為滅弧介質和斷口間絕緣用,而不作對地絕緣用,用油量少。

  少油斷路器主要由底架、絕緣子、傳動系統、導電系統、觸頭、滅弧室、油氣分離器、緩沖器及油面指示器等部分組成。合閘時,操動機構通過傳動拐臂連桿(見開關機構),把力傳到主軸,主軸帶動3根絕緣拉桿使三極動觸桿向上作直線運動,最後插入靜觸頭中,操動機構扣住觸桿,使斷路器保持在閉合位置。在這一過程中,開斷彈簧拉伸貯能,為分閘作準備。分閘是當操作機構脫扣時,由於開斷彈簧力的作用,使主軸轉動帶動拉桿,從而使動觸桿向下運動。最後因開斷彈簧的預拉力作用,主軸拐臂緊靠在分閘定位件上,從而使斷路器保持在斷開的位置上。

  110kV 及以上電壓等級的戶外式少油斷路器多采用開斷電弧的單元斷口(或稱開斷單元)串聯、積木式組合的落地式總體結構。標準開斷單元的電壓為55~110kV。例如SW6型少油斷路器,開斷單元為55kV,屬於這一系列的220kV和330kV的少油斷路器將取雙柱四斷口和三柱六斷口的結構,每極由四個和六個開斷單元串聯而成,各斷口上均並聯電容器以均勻開斷時斷口的電壓分佈;每極各用一個單獨的液壓操動機構操作。SW7-220型220kV少油斷路器,因開斷單元為110kV,所以每極取單柱雙斷口的結構。

  少油斷路器的突出特點是結構簡單,易於制造和維修、價格低、使用方便。與多油斷路器相比,少油斷路器體積小、重量輕、用油量少,能采用積木式組裝成超高壓少油斷路器,並在電力系統中被廣泛應用。其缺點是燃弧時間長,動作較慢,檢修周期短,維修工作量大,受單元斷口的電壓限制,發展特高壓等級有困難等。

參考書目

 陳慈萱、馬志瀛:《高壓電器》,水利電力出版社,北京,1987。

 劉紹峻:《高壓電器》,機械工業出版社,北京,1983。