? 1 概述

　　開關(guān)又稱斷路器，是電力系統(tǒng)中最重要的電力設(shè)備之一。它在電網(wǎng)中的基本任務(wù)是：第一，根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行的需要，將一部分線路或電力設(shè)備投入或退出運(yùn)行，以此對電網(wǎng)的運(yùn)行方式進(jìn)行控制，在這種情況下，開關(guān)的觸頭承載的是負(fù)荷電流；第二，當(dāng)線路或電力設(shè)備發(fā)生故障時，開關(guān)可將故障部分從電網(wǎng)中快速切除，以保證無故障部分正常運(yùn)行，保護(hù)電網(wǎng)的安全，此時，開關(guān)的觸頭承載的是故障電流或短路電流。

　　短路電流的最大峰值往往出現(xiàn)在第一個周波內(nèi)，而且非周期分量很大，通常幾個周波內(nèi)不過零。同時，斷路器的動作時間相對于故障發(fā)生的時刻有一定的滯后，再加上繼電保護(hù)所形成的時間差，在開斷時間內(nèi)短路電流的峰值已經(jīng)數(shù)次沖擊發(fā)電機(jī)、斷路器和變壓器等被保護(hù)設(shè)備，經(jīng)過幾次重大事故，就有可能造成設(shè)備的損壞，進(jìn)而增加運(yùn)行維護(hù)和檢修的成本。另外，斷路器正常工作時的額定電流與發(fā)生短路故障時的短路電流相差過大，尤其是現(xiàn)代電力系統(tǒng)容量的不斷增大，短路電流值也不斷上升，強(qiáng)大的短路電流產(chǎn)生的電動力破壞性更大，斷路器必須按照開斷短路電流進(jìn)行選擇，設(shè)備、線路及斷路器本身就要求設(shè)計有足夠的熱穩(wěn)定、動穩(wěn)定裕度，設(shè)備的投資就會加大，造價過高。因此，隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，越來越需要斷路器能夠在故障瞬時就發(fā)現(xiàn)并以最快的速度切斷短路電流，避免被保護(hù)設(shè)備及開關(guān)本身受到巨大的熱沖擊和電動力作用。

??? 2 大容量高速開關(guān)裝置的構(gòu)成與原理

??? 2．1大容量高速開關(guān)裝置的構(gòu)成

　　大容量高速開關(guān)裝置由橋體FS、高壓限流熔斷器FU、非線性電阻FR及測控單元組成，簡稱FSR。

??? 2．1．1橋體

　　橋體與高壓限流熔斷器、非線性電阻并聯(lián)運(yùn)行。橋體內(nèi)包含爆炸裝置和載流導(dǎo)體，橋體的設(shè)計電阻為高壓限流熔斷器的幾十分之一，因此正常時從橋體中流過的電流為從高壓限流熔斷器中流過的電流的幾十倍，而工作電流基本為兩者之和，在不增加高壓限流熔斷器額定電流的情況下，整個裝置的額定電流得到了提高。短路時，測控單元發(fā)出的脈沖信號點(diǎn)燃爆炸裝置，在0.15ms~0.2ms后載流導(dǎo)體從中部斷開，在爆炸沖擊力的作用下，分開的載流導(dǎo)體向六個方向卷曲，形成隔離斷口，將電流轉(zhuǎn)移至高壓限流熔斷器。

??? 2．1．2高壓限流熔斷器

　　高壓限流熔斷器具有限流性和快速性。由于故障電流的最大峰值往往出現(xiàn)在第一半波，當(dāng)橋體斷開后全部短路電流轉(zhuǎn)移到高壓限流熔斷器，熔斷器在第一個大半波內(nèi)短路電流還未來得及升起就完成汽化、擊穿、間隙產(chǎn)生電弧和熄滅電弧，限制并強(qiáng)制性地切斷短路電流（t﹤2ms），使電流達(dá)不到預(yù)期的短路電流峰值。如圖3所示，當(dāng)短路電流上升到Ip時，熔斷器熔斷并截流，截止電流Ip僅為預(yù)期電流峰值的15%左右，將故障電流對發(fā)、變電設(shè)備的電動力和熱效應(yīng)沖擊大幅度減輕。高壓限流熔斷器產(chǎn)生的弧壓可以通過非線性電阻加以限制，通過與橋體在阻值上的配合，解決高壓限流熔斷器容量不足的問題，提高整個裝置的應(yīng)用范圍?！　?/p>

??? 2．1．3非線性電阻

　　高能氧化鋅非線性電阻具有非線性伏安特性，同時能夠抑制瞬時過電壓，當(dāng)其端電壓低于某一值時，其中的電流幾乎為零；超過這一值時，其電流將隨著端電壓U的增大而急劇增加。其非線性特性見圖4所示。在高壓限流熔斷器熔斷時產(chǎn)生的弧壓，使氧化鋅非線性電阻導(dǎo)通吸收電感中儲存的磁能及電源注入的能量，氧化鋅非線性電阻導(dǎo)通，使高壓限流熔斷器順利熄弧。同時氧化鋅電阻良好的非線性特性，可以把開斷時的過電壓限制在2.5倍額定相電壓之內(nèi)，使電器設(shè)備不再受到大電流的沖擊。

??? 2．1．4測控單元

　　測控單元是一個電子邏輯控制器，隨時檢測系統(tǒng)電流瞬時值i和電流變化率di/dt，一旦有短路故障發(fā)生，當(dāng)i和di/dt大于整定值時，電子邏輯控制器會向橋體中的爆炸裝置發(fā)出脈沖點(diǎn)火信號。檢測電流變化率的功能由一空心電流互感器實現(xiàn)，避免了帶鐵芯電流互感器因為磁飽和而引起波形失真，同時又可將測量控制線路與主電路隔離。

??? 2．2 大容量高速開關(guān)裝置的原理

　　當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，主電路中的電流幅值i和電流變化率di/dt超過整定值，測控單元判斷有短路電流，向橋體中發(fā)送電脈沖引爆爆炸裝置，載流導(dǎo)體斷開，將全部電流加在高壓限流熔斷器上，高壓限流熔斷器在2ms內(nèi)熔斷，產(chǎn)生的弧壓由高能氧化鋅非線性電阻限制并吸收。

　　在大容量高速開關(guān)裝置完成了短路斷開功能后，與熔斷器配合的負(fù)荷開關(guān)只要求能夠開斷額定電流和一般過載電流，對關(guān)合短路電流及承受短路電流的動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性方面則無要求。