大容量高速开关装置及其应用

　　1 概述

　　开关又称断路器，是电力系统中最重要的电力设备之一。它在电网中的基本任务是：第一，根据电网运行的需要，将一部分线路或电力设备投入或退出运行，以此对电网的运行方式进行控制，在这种情况下，开关的触头承载的是负荷电流;第二，当线路或电力设备发生故障时，开关可将故障部分从电网中快速切除，以保证无故障部分正常运行，保护电网的安全，此时，开关的触头承载的是故障电流或短路电流。

　　短路电流的最大峰值往往出现在第一个周波内，而且非周期分量很大，通常几个周波内不过零。同时，断路器的动作时间相对于故障发生的时刻有一定的滞后，再加上继电保护所形成的时间差，在开断时间内短路电流的峰值已经数次冲击发电机、断路器和变压器等被保护设备，经过几次重大事故，就有可能造成设备的损坏，进而增加运行维护和检修的成本。另外，断路器正常工作时的额定电流与发生短路故障时的短路电流相差过大，尤其是现代电力系统容量的不断增大，短路电流值也不断上升，强大的短路电流产生的电动力破坏性更大，断路器必须按照开断短路电流进行选择，设备、线路及断路器本身就要求设计有足够的热稳定、动稳定裕度，设备的投资就会加大，造价过高。因此，随着电力系统的不断发展，越来越需要断路器能够在故障瞬时就发现并以最快的速度切断短路电流，避免被保护设备及开关本身受到巨大的热冲击和电动力作用。

　　2 大容量高速开关装置的构成与原理

　　2.1大容量高速开关装置的构成

　　大容量高速开关装置由桥体FS、高压限流熔断器FU、非线性电阻FR及测控单元组成，简称FSR。

　　2.1.1桥体

　　桥体与高压限流熔断器、非线性电阻并联运行。桥体内包含爆炸装置和载流导体，桥体的设计电阻为高压限流熔断器的几十分之一，因此正常时从桥体中流过的电流为从高压限流熔断器中流过的电流的几十倍，而工作电流基本为两者之和，在不增加高压限流熔断器额定电流的情况下，整个装置的额定电流得到了提高。短路时，测控单元发出的脉冲信号点燃爆炸装置，在0.15ms～0.2ms后载流导体从中部断开，在爆炸冲击力的作用下，分开的载流导体向六个方向卷曲，形成隔离断口，将电流转移至高压限流熔断器。

　　2.1.2高压限流熔断器

　　高压限流熔断器具有限流性和快速性。由于故障电流的最大峰值往往出现在第一半波，当桥体断开后全部短路电流转移到高压限流熔断器，熔断器在第一个大半波内短路电流还未来得及升起就完成汽化、击穿、间隙产生电弧和熄灭电弧，限制并强制性地切断短路电流(t﹤2ms)，使电流达不到预期的短路电流峰值。如图3所示，当短路电流上升到Ip时，熔断器熔断并截流，截止电流Ip仅为预期电流峰值的15%左右，将故障电流对发、变电设备的电动力和热效应冲击大幅度减轻。高压限流熔断器产生的弧压可以通过非线性电阻加以限制，通过与桥体在阻值上的配合，解决高压限流熔断器容量不足的问题，提高整个装置的应用范围。