? 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(duì)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(shí)，開關(guān)可將故障部分從電網(wǎng)中快速切除，以保證無(wú)故障部分正常運(yùn)行，保護(hù)電網(wǎng)的安全，此時(shí)，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(gè)周波內(nèi)，而且非周期分量很大，通常幾個(gè)周波內(nèi)不過零。同時(shí)，斷路器的動(dòng)作時(shí)間相對(duì)于故障發(fā)生的時(shí)刻有一定的滯后，再加上繼電保護(hù)所形成的時(shí)間差，在開斷時(shí)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(shí)的額定電流與發(fā)生短路故障時(shí)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(dòng)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(jì)有足夠的熱穩(wěn)定、動(dòng)穩(wěn)定裕度，設(shè)備的投資就會(huì)加大，造價(jià)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(shí)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(dòng)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(cè)控單元組成，簡(jiǎn)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(jì)電阻為高壓限流熔斷器的幾十分之一，因此正常時(shí)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(gè)裝置的額定電流得到了提高。短路時(shí)，測(cè)控單元發(fā)出的脈沖信號(hào)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(gè)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(gè)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(shí)，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(duì)發(fā)、變電設(shè)備的電動(dòng)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(gè)裝置的應(yīng)用范圍。　　

??? 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(shí)能夠抑制瞬時(shí)過電壓，當(dāng)其端電壓低于某一值時(shí)，其中的電流幾乎為零；超過這一值時(shí)，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(shí)產(chǎn)生的弧壓，使氧化鋅非線性電阻導(dǎo)通吸收電感中儲(chǔ)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(shí)氧化鋅電阻良好的非線性特性，可以把開斷時(shí)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(cè)控單元

　　測(cè)控單元是一個(gè)電子邏輯控制器，隨時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)電流瞬時(shí)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(shí)，電子邏輯控制器會(huì)向橋體中的爆炸裝置發(fā)出脈沖點(diǎn)火信號(hào)。檢測(cè)電流變化率的功能由一空心電流互感器實(shí)現(xiàn)，避免了帶鐵芯電流互感器因?yàn)榇棚柡投鸩ㄐ问д?，同時(shí)又可將測(cè)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(shí)，主電路中的電流幅值i和電流變化率di/dt超過整定值，測(cè)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(duì)關(guān)合短路電流及承受短路電流的動(dòng)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性方面則無(wú)要求。