第四节　隔离开关与高压熔断器

一、隔离开关

1.隔离开关的用途

隔离开关又称刀闸，是一种没有专门灭弧装置的高压开关电器，在电力系统中，其主要作用如下。

①隔离电源。利用隔离开关断口的可靠绝缘能力，使需要检修或分段的线路与带电线路相互隔离，以确保检修工作的安全。

②隔离开关与断路器配合进行倒闸操作。操作隔离开关时必须注意：绝不允许带负荷电流分闸，否则，断口间产生的电弧将烧毁触头或形成三相弧光短路，造成供电中断。因此，当隔离开关与断路器串联于电路中运行时，隔离开关必须遵守先合后分的原则；在并联时，必须遵守先分后合的原则。

③通断小电流电路。用隔离开关可以通、断电压互感器和避雷器电路；通、断激磁电流不超过2A的空载变压器电路；通、断电容电流不超过5A的空载线路；通、断母线和直接接在母线上的电气设备的电容电流；通、断变压器中性点的接地线。

④在某些终端变电所中，快分隔离开关与接地开关相配合，代替断路器的工作。

2.隔离开关的技术要求

①有明显的断开点。

②断口应有足够可靠的绝缘强度。

③具有足够的动、热稳定性。

④结构简单，分、合闸动作灵活可靠。

⑤隔离开关与断路器配合使用时，应具有机械的或电气的联锁装置，以保证正常的操作顺序。

⑥主闸刀与接地闸刀之间设有机械的或电气的联锁装置，保证二者之间的动作顺序。

3.隔离开关的分类

隔离开关种类很多，按不同的分类方法分类如下。

①按装设地点的不同分为：户内式和户外式。

②按绝缘支柱数目分为：柱式、双柱式和三柱式。

③按动触头运动方式分为：水平旋转式、垂直旋转式、摆动式和插入式。

④按有无接地闸刀分为：无接地闸刀、一侧有接地闸刀、两侧有接地闸刀。

⑤按操动机构的不同分为：手动式、电动式、气动式和液压式等。

⑥按极数分为：单极、双极、三极。

⑦按安装方式分为：平装式和套管式。

4.国产隔离开关型号与参数

5.GW4-110D型户外式隔离开关

这种开关的外形（单极）结构如图2-23所示。开关的闸刀（由紫铜棒和触头组成）由两个可以绕轴旋转（轴上装有轴承可减小分合闸时的摩擦阻力）的棒式（支柱）绝缘子支持，与棒式绝缘子轴连接的交叉连杆可保证两棒式绝缘子在转动时能同步地向两个相反的方向（一个顺时针，一个逆时针方向）同时转动，带动闸刀水平旋转90°完成分、合闸。交叉连杆由操动机构的牵引杆传动。触头应保证闸刀在分、合过程中可以自动净化（在指形触头上装有防尘罩，用以防雨、冰雪及灰尘），且闭合后应具有弹性接触压力。用软连接导线将闸刀与接线端子连接起来，以利于闸刀旋转。整个开关由钢底架支持并固定在2.5m高的钢架或水泥支柱上。

主闸刀和接地刀分别由两套手动操作机构操动。主闸刀靠近支柱绝缘子端装有接地刀静触头，以保证主闸刀断开且到位后，接地刀才能闭合。

隔离开关可分相操作，也可三相联动。三相联动时，操动机构装在边相上，通过水平连杆机构使三相开关同步动作。

若欲使开关分闸（图2-24），则应使主闸刀传动轴沿逆时针方向转动，由于交叉连杆的牵制，棒式绝缘子1沿逆时针方向转动，而棒式绝缘2沿顺时针方向转动，并带动各自的闸刀转动，使开关分闸。分闸后两闸刀相互平行（即各自旋转90°）。合闸动作顺序与此相反。合闸后两闸刀成一条直线。

GW4-110D型开关均属双柱式、水平断口、闸刀水平旋转的户外式隔离开关。其主要优缺点如下。

①结构简单、尺寸小、重量轻，零部件大部分可以通用。

②闸刀分为两半，长度小，导电系统较稳定，而且操作时闸刀水平等速运动，可使冰层受到很大的剪力，易于破除。

③分闸时支柱绝缘子受弯折力、扭矩，因而要求绝缘子具有较高的机械强度。

④因闸刀水平转动，相间距离较大。

6.GN2-35T型户内式单极隔离开关

这种开关用于25kV高压室内，其外形如图2-25所示。

这种开关由底架、支柱瓷瓶、导电部分（包括闸刀与触头）及操作绝缘子组成。采用CS6型手动操动机构，操作绝缘子做支起或下落运动，使闸刀垂直旋转完成分、合闸。

隔离开关的触头采用指形线接触，其动触头由两片互相平行的紫铜闸刀片组成。两闸刀片间互相隔离并由弹簧压紧。固定静触头是以紫铜板条弯成直角做成。在合闸位置时，两个刀片因有弹簧的压力紧紧夹在静触头两侧，形成线接触。这样的线接触在分、合闸过程中，易于擦掉接触表面的氧化物，降低接触电阻。当短路电流通过开关的闸刀片时，两平行刀片中的电流互相作用，产生较大的、互相吸引的电磁力，使接触压力增大。为了增加这种接触压力，常在平行刀片的两侧加上磁锁，即在平行刀片的外侧（GN2-35T型开关在闸刀的一端加磁锁）加装两块钢片，以增强磁场，加大电动吸力。这样可提高开关的动稳定性，且散热效果好。

7.三工位隔离开关

三工位隔离开关常用于全封闭组合电器（GIS）中。所谓三工位，是指三个工作位置：隔离开关主断口接通的合闸位置；主断口分开的隔离位置；接地侧的接地位置。

三工位隔离开关其实就是整合了隔离开关和接地开关两者的功能，由一把刀来完成，这样就可以实现机械闭锁，防止主回路带电合地刀，因为一把刀只能在一个位置，不像传统的隔离开关，主刀是主刀，地刀是地刀，两把刀之间可能出现误操作；而三工位隔离开关用的是一把刀，一把刀的工作位置在某一时刻是唯一的，不是在主闸合闸位置，就是在隔离位置或接地位置，避免了误操作的可能性。

以GN36-12D系列隔离开关为例，外形如图2-26所示。该开关由焊接底架、触刀、支柱绝缘子、汇流排、触头座、套管、轴、拉杆、停挡、拐臂、接地触刀组成，焊接底架是由4mm钢板折弯并与角钢焊成的矩形框架，支柱绝缘子、套管、轴承座等安装在底架上，导电套管采用环氧树脂压力注射成型（简称APG工艺）使导电杆与环氧树脂紧密结合。利用导电套管方便了开关柜体的分割，达到铠装式的要求。触座部分直接与支柱绝缘子连接，调整简单，分、合闸时，只要操作手柄转动与轴相连的拐臂，通过连杆带动触刀旋转达到合闸、隔离、接地的位置，从而保证了维修时工人的绝对安全。导电部分主要由触刀和触头组成，触刀由两块铜板固定在导电套管导电杆上，外加磁锁板，从而加强触刀的刚性，使其在通过短路电流时，具有良好的动、热稳定性。触刀对触头的接触方式采用球点接触，减少了装配时的工艺难度，保证了接触良好。该开关可垂直、水平安装在柜内。

图2-27所示为工作在六氟化硫组合电器中的一种新型三工位隔离开关。隔离开关和接地开关共用一台电动机构，隔离开关和接地开关实现机械联锁，确保了工作的可靠性。

8.隔离开关维修、调整基本常识

①隔离开关经常操作时，一般应半年检修一次；不经常操作时，一般可一年检修一次。

②触头接触面应无铜氧化层和烧伤痕迹，否则应修整至接触面平整，并且具有金属光泽。当接触面严重烧伤无法修整时应更换。

③触头的接触面积（或接触行程）、接触压力、接触电阻应符合有关规定。例如，松开GW4-110D型开关出线接线座上紧固导电杆的螺钉，移动触头相对位置可调整触头接触面。GN2-35型开关可动刀片进入固定触头插口的深度应不小于刀片宽度的90％，但也不能过大，以免撞击绝缘子上端部。要求可动刀片与固定触头刀口底部应保留3～5mm间隙。

④三相（或两相）同期接触检查时，不同期距离应不超过10mm。改变三相水平拉杆（GW4-110D型开关）或操作绝缘子（GN2-35型开关）的长短，可调整同期。

⑤隔离开关的分合闸角度、止钉间隙应符合标准。如GW4-110型隔离开关，合闸时，两闸刀应成一条直线，分闸时，两闸刀应相互平行，分、合闸止钉间隙应为1～3mm。

⑥隔离开关的辅助联动接点转换应正确。如GN2-35型开关在合闸行程的80％～90％时，其常开接点应闭合，常闭接点应在分闸行程的75％时闭合，否则应调整。

⑦分合闸操作隔离开关到达终点时，手动操作机构中的弹性机械锁销应自动进入手柄根部定位孔中。

⑧隔离开关传动、转动、活动摩擦部分应定期清扫、加注润滑油，触头检修完后应涂凡士林或黄油。

⑨检修、调整完后，应做3～5次分、合闸操作实验，合格后方能投入运行。

9.隔离开关常见故障及处理

隔离开关常见故障及处理如表2-2所示。

二、高压熔断器

1.熔断器的作用及种类

熔断器是最简单和最早采用的一种保护电器，并兼有开关作用，常和被保护的电气设备串接于电路中使用。当电路中流过短路电流时，利用熔件产生的热量使本身熔断，从而切断电路，起到保护电气设备、缩小事故范围的作用，通常用于保护功率较小和对保护性能要求不高的电气设备。

熔断器可分为限流和不限流两大类。在熔件熔化后，其电流未达到最大值之前就（熔断）立即减小到零的熔断器称为限流熔断器。这种熔断器中装有特种灭弧物质（如一定粒度的石英砂）或熔件熔断时产生特种灭弧介质（如产气纤维管在电弧高温下分解出的氢气等），故具有很强的灭弧能力。在熔件熔化后，电流几乎不减小，继续增至最大值，电流经一次或几次过零后，电弧才熄灭（熔件熔断）切断电路的熔断器称为不限流熔断器。这种熔断器中无特殊的灭弧介质或熔件熔断时不产生特种灭弧介质，仅靠熔断时产生电弧使熔件熔化，从而拉长电弧，最后使电弧熄灭，故灭弧能力较弱，熔断时间较长。

2.熔断器的基本结构

（1）外壳（又称熔件管）

熔断器的熔件管有瓷、胶木、产气纤维等几种。瓷熔件管内一般充有石英砂，用于限流熔断器；胶木熔件管一般用于不限流熔断器。

（2）熔件（又称保险丝）

熔件用不同材质的金属（如铜、铅、锡、锌等）制成不同形状、不同截面，以通过不同的额定电流。如丝状、片状、栅状等。

（3）金属触头及触头座

熔件管两端装有金属触头（两触头间用熔件电连接），并与触头座相配合，一般由铜材料制成。它们允许通过的最大工作电流称为熔断器的额定电流。在使用熔断器时，应使熔件的额定电流小于或等于熔断器的额定电流。

（4）支持绝缘子及底座

支持绝缘子固定在底座上，用于安装固定金属静触头座及熔件管。低压熔断器一般无支持绝缘子，触头座直接安装在底板上。

3.熔断器的保护特性

（1）保护特性的概念

熔断器串联在电路中使用，安装在被保护设备或线路的电源侧。当电路中发生过负荷或短路时，熔体被过负荷或短路电流加热，并在被保护设备的温度未达到破坏其绝缘之前熔断，使电路断开，设备得到了保护。熔体熔化时间的长短，取决于熔体熔点的高低和所通过的电流的大小。熔体材料的熔点越高，熔体熔化就越慢，熔断时间就越长。熔体熔断电流和熔断时间之间呈现反时限特性，即电流越大，熔断时间就越短，其关系曲线称为熔断器的保护特性，也称安秒特性，如图2-28所示。

（2）影响熔件熔断时间的主要因素。

熔断时间与通过熔件的电流大小有关。当通过熔件的电流小于或等于其额定电流时，熔件熔断的时间无限长，对同一材质的熔件通过熔件的电流比其额定电流越大，熔件的熔断时间越短。

熔断时间与熔件的材质有关。一般条件下（熔件的长度、截面积相等），熔件的熔点越低，熔断时间越短。但一般在高压熔断器中却采用高熔点的铜丝，而不采用低熔点的铅锡合金丝作熔件。这是因为铜丝经过处理后，其保护特性优于铅锡合金丝的缘故。

当铜丝和铅锡合金丝的使用长度相等，其额定电流也相等时，由于铅锡合金丝电阻率大，通过额定电流时，其发热量多，又因其熔点低，为保证其通过额定电流不致熔断，其截面积制造得较大，以减小发热量，因而体积大（即热容量大），通过同一短路电流时，熔断时间较长。铜丝的电阻率较小，通过相同的额定电流时，发热量少，制造的截面积较小，因而体积较小，热容量较小，通过同一短路电流时，熔断时间较短。当额定电流较小时，铜丝的截面积将很小，不便安装，若做的截面便于安装时，铜丝截面又较大，允许通过的电流又远大于需要的额定电流。当铜丝达到熔化温度（1080℃）时，设备绝缘早已热击穿，失去保护作用。但铜丝的断路能力大，保护特性好，为利用这些优点，可设法降低其熔化温度。最简单有效的方法是冶金效应法（或称金属熔剂法），即使难熔金属在某种合金状态下变为易熔材料的方法。如在难熔金属铜熔件的表面焊上易熔金属锡的小球，当熔件发热到锡的熔化温度时，小球先熔化，渗入铜丝内产生铜锡合金，该合金的熔点比铜大为降低，且发热量剧增，因此，铜丝将首先在焊有小锡球处熔断，产生电弧，电弧的高温足以使铜丝沿全长熔化，切断电路。

影响熔断器保护特性的其他因素还有：

①安装熔件不慎损伤或接触不良；

②熔件老化或质量不高；

③熔件长度不等；

④不适当地采用材质不同的代用熔件；

⑤石英砂的纯度、粒度、湿度不合要求等。

（3）保护特性的作用

按照保护特性选择熔体才能获得熔断器动作的选择性。所谓选择性，是指当电网中有几级熔断器串联使用时，分别保护各电路中的设备，如果某一设备发生过负荷或短路故障时，应当由保护该设备（离该设备最近，即该设备或线路的主保护）的熔断器熔断，切断电路，即为选择性熔断；如果保护该设备的熔断器不熔断，而由上级熔断器熔断或者断路器跳闸（即该设备或线路的后备保护），即为非选择性熔断。发生非选择性熔断时，会扩大停电范围，造成不应有的损失。

当熔断器多级串联使用时，应注意保护特性的配合，合理选择各级熔断器熔件的额定电流，以使熔断器有选择性地动作，缩小事故范围。为此，一般应使前一级（靠近电源）熔件的额定电流大于后一级（靠近负载）熔件额定电流2～3个等级，即可使熔断器有选择性地动作。

4.熔断器的主要优缺点

熔断器结构简单、安装维修方便，故在功率较小和对保护特性要求不高的配电装置中得到广泛的应用。在1kV以下低压系统中常与刀开关配合代替自动空气开关，在10kV系统中常与高压负荷开关配合代替高压断路器。

熔断器不能作正常的分、合电路使用。因熔断器动作后必须更换熔件，势必造成局部停电。另外，其保护特性易受外界因素的影响，故在1kV以上高压系统中仅用于保护电压互感器和功率较小的电力变压器。

5.高压熔断器举例

图2-29所示为RN5型熔断器，这种熔断器主要由熔管、接触座、支柱绝缘子和底座组成。图2-30为熔体管的结构示意图。熔体管由熔管（瓷管）、端盖、顶盖、陶瓷芯、熔体和石英砂等组成。熔管用滑石陶瓷或高频陶瓷制成，具有较高的机械强度和耐热性能。熔管不仅是灭弧装置的主要组成部分，而且还起着支持和保护熔体的作用。端盖用铜制成，熔体通过端盖与接触座接触组成导电回路。顶盖也用铜制成，用来封闭熔管。充入熔管的石英砂形成大量细小的固体介质狭缝狭沟，对电弧起分割、冷却和表面吸附（带电粒子）作用，同时缝隙内骤增的气体压力也对电弧起强烈的去游离作用，所以电弧被迅速熄灭。

图2-31所示为RW3-10型跌落式熔断器。户外跌落式熔断器主要作用是作为电力输电线路和电力变压器短路和过负荷保护使用。上静触头和下静触头分别固定在瓷绝缘子的上下端。鸭嘴罩可绕销轴O1转动，合闸时，鸭嘴罩里的抵舌（搭钩）卡住上动触头同时并施加接触压力。一旦熔体熔断，熔管上端的上动触头就失去了熔体的拉力，在销轴弹簧的作用下，绕销轴O2向下转动，脱开鸭嘴罩里的抵舌，熔管在自身重力的作用下绕轴O3转动而跌落。熔管由层卷纸板或环氧玻璃钢制成，两端开口，内壁衬以石棉套，既防止电弧烧伤熔管，还具有吸湿性。熔体熔断后，在电弧高温作用下，熔管内壁分解产生的氢气、二氧化碳等向管的两端喷出，对电弧产生纵吹作用，使其在过零时熄灭。