单压式和双压式SF6断路器的工作原理?

SF6断路器主要由工作缸、主储压器、灭弧室、均压电容、三联箱、支柱、连接座、密度继电器、供排油阀和辅助油箱组成，是一种封闭式组合电器。SF6气体主要是起绝缘、灭弧和散热作用，化学性质非常稳定，是一种无色、无味、无毒、不会燃烧的气体。
SF6断路器的动作过程是这样的：工作缸内的活塞受到来自油阀的压力后，驱动支柱内的绝缘杆上下运动，经过三联箱内连杆机构变换后，使灭弧室内的压气缸、主动触头和弧触头随之运动，从而实现合闸和分闸。其灭弧结构，一般采用单压力变开距双吹式。 

断路器的灭弧原理如下：分闸时可动部件使压气室的SF6气体压缩，压力升高，使主动触头与主静触头首先分离，电流被转移到弧动触头和弧静触头上，当灭弧触头分离产生电弧时，压气室的高压SF6气体经喷嘴向电弧吹气，气体在喷嘴出口处分成两路，一路喷向静触头，一路喷向动触头，形成高速气流的双向吹弧，在电流过零时，使电弧熄灭。 

SF6断路器灭弧室结构按灭弧介质的压力不同，分双压式和单压式两种，但双压式由于结构复杂、辅助设备多，目前一般不采用。按吹弧方向不同，可分为双吹式、单吹式、外吹式和内吹式。按触头运动方向不同，分为定熄弧距(也称为定开距)和变熄弧距(也称为变开距)。另外，代表最新发展和研究的还有自能式灭弧室。

所谓单压式SF6断路器是指在断路器内SF6气体只有一种较低的压力，灭弧室的可动部分带有压气装置，靠分闸过程中活塞与汽缸的相对运动，像气筒打气一样，使气体压力短时间内迅速升高，形成高压气体吹拂电弧，使之熄灭，动触头的运动速度决定了吹气量的大小，一旦分闸操作结束，压气作用随即消失，触头间恢复为低压气体。分闸时，由于压气缸的作用，可使气体压力比原来升高1～2倍。单压式灭弧室由于带有压气装置，又称为压气式灭弧室。与双压式SF6断路器相比，单压式SF6断路器具有结构简单、无需加热、造价低等优点。 

单压式灭弧室又分为变开距和定开距两大类。 

(1)变开距单压式灭弧室。变开距单压式灭弧室的触头由主回路工作触头和弧触头组成。工作触头放在外侧有利于改善散热条件，提高断路器的热稳定性能。灭弧室的可动部分由动触头、喷嘴和压气缸组成。图2-19所示为变开距单压式灭弧室的工作原理。图2-19(a)所示为触头在合闸位置时的情况。分闸时，压气活塞固定不动，操动机构通过拉杆使动弧触头、灭弧喷嘴和压气缸运动，在压气活塞与压气缸之间产生压力，此时还没有形成电弧，灭弧喷嘴也没有被打开，如图2-19 (b)所示。等到动、静弧触头脱离后，在这两个触头间产生电弧，随着动弧触头及运动系统继续向下运动，压气缸中的SF6气体一方面继续被压缩，同时高压气体经被打开的灭弧喷嘴吹向被拉长的电弧，当电流过零时就被熄灭，如图2-19 (c)所示。图2-19 (d)为电弧熄灭后，触头在分闸位置时的情况。由于触头的开距在灭弧过程中是变化的，所以称为变开距单压式灭弧室。 

    图2-19    变开距单压式灭弧室工作原理 

(a)触头在合闸位置；(b)压气过程；(c)吹弧情况；(d)触头在分闸位置 

1-主静触头；2-静弧触头；3-动弧触头；4-主动触头；5-压气缸；6-压气活塞；7-拉杆；8-灭弧喷嘴 (2)定开距单压式灭弧室。定开距单压式灭弧室的触头由两个带喷嘴的空心静触头和动触头组成，断路器的弧隙由两个静触头保持固定的开距，故称为定开距结构。图2-20所示为定开距单压式灭弧室工作原理。图2-20 (a)所示为触头在合闸位置时的情况，动触头跨接在静触头3、5之间，构成电流回路。分闸时，压气活塞固定不动，操动机构通过拉杆带着动触头和压气缸运动，压气室内的SF6气体被压缩，在压气活塞与压气缸之间建立高气压，如图2-20 (b)所示。当动触头脱离静触头后产生电弧，同时，原来由动触头所封闭的压气室打开而产生高速气流，进行纵向吹弧，如图2-20 (c)所示。当电弧因吹弧冷却而熄灭后，触头处在图2-20 (d)所示的分闸位置。 

变开距与定开距灭弧室的比较如下：

(1)断口情况。变开距灭弧室断口间电场分布均匀程度较差，触头开距在分闸过程中不断增大，最终的开距比较大，断口电压可以加得较高。定开距灭弧室断口间电场比较均匀，绝缘性能较稳定，触头开距短。

(2)开断能力。变开距灭弧室的电弧拉得较长，电弧能量较大，不利于灭弧和开断电流的提高。定开距灭弧室的电弧较短且长度一定，电弧能量较小，因此灭弧能力较强，燃弧时间较短，开断电流较大。

    图2-20    定开距单压式灭弧室工作原理

    (a)触头在合闸位置；(b)压气过程；(c)吹弧情况；(d)触头在分闸位置

    1-压气缸；2-动触头；3、5-静触头；4-压气室；6-活塞；7-绝缘拉杆

(3)气吹情况。变开距灭弧室的气吹时间比较富裕，压气缸内的气体利用比较充分。定开距灭弧室的吹弧时间短，压气缸内的气体利用稍差。

单压式灭弧室结构简单，造价低，性能良好，大多应用在110kV及以上高压电网中，开断电流可达几十个千安。目前．单压式SF6断路器额定开断电流已达80kA，单断口的电压也由早期的12 6kV提高到550kV。