摘要：SF6断路器是采用SF6气体作为灭弧介质和绝缘介质的断路器，由于SF6具有绝缘强度高、灭弧性能强、化学性能稳定等特性，因此SF6断路器既可制成高技术参数，又能较好地适应电网的各种运行方式，日益得到广泛的应用，已成为电力系统中主要控制设备之一。
关键词：六氟化硫 断路器 开断性能 应用
我国各电压等级电力系统中应用SF6断路器亦越来越多。为此，进一步了解SF6断路器在电力系统各种运行方式下的开断特性是有必要的。
1 开断短路电流
高压断路器开断短路电流的能力决定于断路器在开断短路电流时能否熄弧。如果弧隙介质强度超过恢复电压强度则电弧熄灭，反之电弧重燃。可见介质强度恢复得越快，峰值越高，断路器就越容易灭弧。所以熄弧条件为ui(t)＞uhf(t).ui(t)主要由断路器灭弧装置性能和灭弧介质觉得；uhf(t)主要取决于电网参数。恢复电压是由瞬态灰度电压和工频恢复电压两部分组成。虽然瞬态恢复电压出现时间只有几微秒，但却是决定能否灭弧的主要因素。瞬态恢复电压消失后，过渡到工频恢复电压。SF6断路器介质强度恢复较空气断路器和油断路器来得快，因此不易被恢复电压击穿而起弧，开断能力大大高于少油和空气断路器。
2 切合空载长线
断路器切、合空载长线是电网常见的操作方式。断路器切合空载长线性能的优劣，对电网安全运行极为重要。
空载长线是一种分布参数电路。断路器在切空载长线时，其开断电流不大，但在开断过程中当电流过零电弧熄灭时，线路电容的充电电压保持不变，电源电压仍按工频电压变化，因此断口间电压：
U=电源电压－电容上充电电压=Umaxsin(wt＋φ)－UC0
式中：Umax―电源电压幅值；φ―初相角；UC0―中充电电压起始值，一般其数值与Umax相等。
如果在wt＋φ=■时线路被开断，经半周波后wt＋φ=■π，电源电压达到反向幅值，此时断口见电压为：
U=Umaxsin■π－UC0=－2Umax
在开断空载长线时，如果断口不发生重燃，即仅出现2Umax的电压，如此时断口间绝缘强度超过2Umax，则电弧熄灭；否则电弧重燃，在线路中产生高频振荡，线路过电压倍数随重燃次数的增加而增加，如断口发生多次重燃，在线路电容C上可能产生3、5、7倍过电压，威胁电网和设备的安全。
从电网和断路器的安全出发，要求断路器切合空载长线在第一次电流过零时，电弧就熄灭，不发生重击穿而引起电弧重燃。开断、关合线路充电电流能力的要求，不但110千伏及以上断路器要满足，而且63千伏及以下电压等级的断路器也同样应满足。由于SF6气体的特性，决定了SF6断路器切空载长线性能远比空气和油断路器优越。
例如LW6―220SF6断路器，连续切合303公里空载长线10次，开断电流154安，没有发生重燃，分闸无过电压，合闸过电压平均值为1.18Uφ（Uφ―相电压），最大值为2.1Uφ；LW6―500在线路不带电抗器的情况下，母线电压545～550千伏，按“分―0.3秒―合―分”重合闸循环，开断301公里线路10次，开断电流396～411安，没有发生重燃，分闸无过电压，合闸过电压最大值3Uφ。
3 切空载变压器
断路器切空载变压器也是运行操作方式之一。目前变压器的铁芯材料采用热轧硅钢片的，其空载电流一般在2.5%IE（IE―变压器额定电流）以上；采用冷轧硅钢片的，变压器的空载电流约在1%IE以下。所以断路器切变压器的空载电流，一般是几安到几十安，远比开断电流小得多，但却发生过电压引起绝缘事故。这是由于熄弧能力强的断路器在开断小电感电流时，电弧常常不稳定，不是按正弦波自然过零熄灭，而是在过零前突然截断，这时储藏在电感的电磁能量在电路产生高频振荡出现过电压。所以切空载变压器产生的操作过电压主要是截流过电压。变压器对地的过电压近似为：
Ufm=i0■
式中：i0―截断电流值；Xf―变压器励磁电抗；Cf―变压器线圈对外壳和铁芯电容。
Xf与变压器铁芯材料、容量等因素有关；Cf与变压器结构、容量等有关。
由此可见，变压器上过电压与截流成正比，截流愈大过电压愈高。
断路器切空载变压器与切并联电抗器相似，其主要区别是开断电流比切电抗器小。一台500千伏750兆伏安变压器的空载电流为6.9安；而120兆伏安电抗器的额定电流为138安。
油断路器在开断短路电流时，是利用电弧本身能量使电弧熄灭。开断电流越大，灭弧室压力越高，吹弧作用大，燃弧时间缩短。而开断小电流时，燃弧时间长，由电弧能量产生的压力不足以灭弧，使电弧燃烧不稳定，电弧电流出现高频振荡，截流较大，因此过电压高。空气断路器是利用外界能量灭弧，灭弧能量强，在电流过零前强行截断，因此也引起过电压。由于SF6气体具有很强的负电性，容易与电子结合形成负离子，在弧隙进行吸附和复合，导电率下降，电流过零后，介质强度恢复很快；另一方面，SF6具有优良的导热率，在3000K附近，弧柱导电部分边界上的电子导热率特别高，使弧柱的边界周围形成很陡的径向温度梯度，而在弧柱内部，其温度高于3000K，SF6导热率反而降低，电弧弧芯直径很小，电弧电压梯度较低，在较小电流就能维持电弧的稳定燃烧，因此在电流接近零点时不容易发生截流现象。因而开断小电感电流的性能比空气、油断路器优异。
4 并联开断
发电厂和变电所的主接线，采用多角形接线或一个半开关布置，在这种情况下，当一回线路发生短路时，要求与之并联的两台断路器同时动作，两台断路器流过短路电流之和为线路短路电流。并联开断特点是两台断路器同时动作切断短路电流，每台断路器流过短路电流的大小决定于并联支路的阻抗值，其值或相等或不相等。两个断路器电流不平衡严重时可能为10%和90%情况。由于两台断路器动作不会完全同步，假定一台断路器先开断，则另一台断路器触头在拉开相当距离的情况下，突然通过比原先开断短路电流大很多的短路电流。如由原来的10%增加到100%，这样断路器在将要完全分断的情况下，突然来个大电流，会引起灭弧困难，所以对35千伏及以上电压等级的断路器，应作并联开断试验，两个断路器的电流分配应为10：90、30：70、50：50三种情况，两个断路器的分闸时间应不大于3毫秒。
断路器在切110千伏及以上空载长线或空载变压器时，如果出现过电压，可能引起短路。这种情况称为断路器开断发展性故障。它的特点是：断路器先开断小电流，再开断大电流，其情况与并联开断相似。
油断路器属于自能式灭弧。在开断短路电流时，触头间产生电弧，油被蒸发成蒸汽和分解成气体。由于受绝缘筒阻碍，气体压力升高。当吹弧口打开后，气体、油蒸汽和油本身形成一股气流和液体吹向电弧，促使电弧在电流过零后熄灭。开断小电流时，由于电弧能量小，产生压力低，灭弧能量差；当触头已分开一定距离后，突然通过大电流，气体压力迅速增高可能引起断路器爆炸。压缩空气断路器以压缩空气为灭弧介质，在开断小电流时，吹气阀打开进行吹气灭弧，若突然再来大的电流，由于电弧能量大，此时气体压力不足，会造成灭弧困难。
SF6断路器属外能式灭弧。系采用压气式原理，分闸过程中动触头和喷嘴往下运动，压气室内的气体经喷口向外排出吹灭电弧。在分闸过程中压缩气体是靠操动机构提供能量。开断电流越大，要求操作功越大。由于吹气压力和速度不受开断电流大小的影响，所以SF6断路器并联开断能力比油、空气断路器强。