高壓斷路器(或稱高壓開關)不僅可以切斷或閉合離壓電路中的空載電流和負荷電流， 而且當系統發生故障時通過繼電保護裝置的作用， 切斷過負荷電流和短路電流， 它具有相當完善的滅弧結構和足夠的斷流能力， 可分為油路器(多油斷路器、少油斷路器)、六氟化硫斷路器(SF6斷路器)、真空斷路器、壓縮空氣斷路器等 。
一、高壓真空斷路器
1、真空斷路器結構的基本要求
①機械性能穩定， 如合閘彈跳時間， 希望在壽命全程中保護同一狀態， 1989年年底能源部電力司提出真空斷路器合閘彈跳時間必須小于2ms；
②足夠的機械強度， 使斷路器本身具有足夠的動穩定度 。
③高壓區和低壓區的分隔， 最好是前后布置， 有助于保證運行中人員的人身安全 。
④操作機構的檢查、調整、維修要有足夠空間 。
⑤配用機構的可選擇性， 有的型號可配彈簧操動機構和電磁操動機構， 有的只能配用一種 。
⑥結構簡單、工作可靠、價格低廉 。
⑦易于實現防誤連鎖 。
所有真空斷路器， 不論是何種結構， 斷路器本體中均裝設有分閘拉力彈簧 。 合閘過程中操動機構既要提供驅動開關運動的功， 又要同時將分閘彈簧儲能 。 當需要分閘時， 操動機構值需完成脫扣解鎖任務， 由分閘彈簧釋能完成分閘運動 。
2、功能部件
真空斷路器按其結構的功能可分為六個部分：
①支架 。 安裝各功能組件的架體 。
②真空滅弧室 。 實現電路的關合與開斷功能的熄弧元件 。
③導電回路 。 與滅弧室的動端及靜端連接構成電流通道 。
④傳動機構 。 把操動機構的運動傳輸至滅弧室， 實現滅弧室的分、合閘操作 。
⑤絕緣支撐 。 絕緣支持件將各功能元件架接起來滿足斷路器的絕緣要求 。
⑥操動機構 。 斷路器合、分閘的動力驅動裝置 。
3、結構型式
真空斷路器的類型， 可從不同角度來劃分， 一般情況下主要從以下兩個方面劃分：
①安使用場所劃分， 可分為戶內式和戶外式， 分別用ZN和ZW來表示 。
②安斷路器主體與操動機構的相關位置劃分， 可分為整體式和分體式 。 整體式真空斷路器操動機構與開關本體安裝在同一骨架上， 體積小重量輕、安裝調試方便、機械性能穩定 。 分體式真空斷路器操動機構與開關本體分別裝與開關柜的不同位置上， 這種安裝方式主要受我國少油斷路器的安裝方式的影響， 比較適合少油開關柜的無油化改造， 優點是巡視和檢修方便， 確定是安裝調整稍麻煩， 機械特性的穩定性和可靠性稍遜 。
4、真空斷路器的操動機構操動機構是真空斷路器的驅動裝置， 主要有電磁操動機構與彈簧操動機構 。
①真空斷路器對操動機構的要求 。 主要如下：
1)機構的輸出特性盡量與真空斷路器的反力特性相匹配；
2)要有足夠的合閘輸出功保證真空斷路器具有關合短路故障電流的能力；
3)合閘后， 即使在事故狀態下也能穩定地保持合閘(即令開關具有動穩定性)；
4)要保證在85%~110%合閘操作電壓下能正常合閘， 在65%~120%分閘電壓下能正常分閘， 而在30%額定操作電壓下不得分閘；
5)可以電動或手動操作；
6)電磁機構應具有自由脫扣的功能；
②真空斷路器合閘的反力特性 。 反之特性是指合閘過程中， 從斷路器的驅動看進去， 需要客服各種阻力(包括彈簧的反作用力、摩擦力、電動力和慣性力等)與行程的關系曲線 。 反力特性告訴我們， 操動機構為斷路器提供合閘功， 必須大于用于客服各種阻力所做的功， 斷路器方能完成合閘動作 。
③真空斷路器的電磁操動機構 。 由于電磁操動機構螺管電磁鐵的出力特性容易滿足真空斷路器合閘反力特性的要求， 所以在真空斷路器的發展初期主要是配電用電磁操動機構 。 此外電磁機構具有構造簡單、使用簡便、造價低廉等優點， 是目前配電系統各類斷路器的主要配用機構， 運行部門不但十分熟悉而且積累了很多使用維護的寶貴經驗 。 常用的電磁操動機構有CD10、CD17、CD19型 。 CD10型電磁操動機構原是配用SN10-10型少油斷路器的操動機構， 為族傳式輸出 。 真空斷路器發展初期因無專用操動機構而被采用， 現仍有配CD10型操動機構的真空斷路器的生產 。 目前少油開關柜的無油化改造， 也可采用CD10型操動機構 。 CD17電磁機構是專門為真空斷路器設計的操動機構， 為直推式輸出， 它有CD-17-I、CD-17-II、CD-17-III型， 分別配用分斷能力位20、31.5、40kA真空斷路器 。 其體積、重量都比CD-10型機構小得多， 合、分閘操作電流也僅是CD10型機構的2/3， 安裝占用空間小 。
④真空斷路器的彈簧操動機構 。 彈簧操動機構可交直流操作， 操作電流很小， 一般僅為1.5-3A， 即便采用直流操作時所需的直流蓄電裝置容量也較小， 可手動儲能合閘分閘， 并且具有過流脫扣功能 。 在一般的終端配電室可以取消直流蓄電裝置而節省投資， 國外一般中壓等級的斷路器大多配用彈簧操動機構 。
國內初期真空斷路器的彈簧操動機構常用CT7、CT8型， 由于這些產品投入運行以來故障較多、維修部便、體積較大， 因而不夠理想 。 對于使用中需頻繁操作的真空斷路器來說， 不但要求彈簧操動機構壽命長， 而且工作要十分可靠 。
我國目前多采用兩種新型的彈簧機構， 一種是CT17型， 另一種是CT19型 。 前者為直推式輸出， 后者為轉動式輸出 。 這兩種產品都小巧玲瓏， 體積、重量比電磁機構都小得多， 如CT17機構的重量僅為CD17型機構的2/3 。 從多家工廠進行產品型式試驗看來， 產品在安裝時驚呼不用調整， 運行可靠， 機械壽命長， 特別是CT19， 在多次研究性試驗中都達到2-3萬次， 被認為是具有90年代先進水平的產品， 是真空斷路器的理想配用操動機構 。
彈簧機構的結構比較復雜， 零件的加工精度和裝配要求高， 所以價格較貴， 增加了真空斷路器的成本與售價 。 但對整個配電站來說， 可以節省直流蓄電池裝置的投資， 且對電壓穩定性要求不高， 提高了運行的安全性， 減少了維護工作量 。
5、真空斷路器的傳動與合、分閘操作
真空斷路器的傳動鏈一般由機構傳動連桿、拐臂、主軸、絕緣推桿、三角拐臂和觸頭彈簧裝置等構成， 設計時應盡量簡化傳動環節以提高傳動的效率 。
以配用電磁機構ZN39型真空斷路器為例， 真空斷路器的合、分閘操作過程如下：
合閘時操動機構合閘線圈得電-合閘鐵芯動作-機構及傳動連桿動作-開關主軸轉動-絕緣推桿前推-三角拐臂轉動-下壓觸頭彈簧裝置-滅弧室動導電桿向下運動使觸頭接觸-觸頭彈簧亞索至接觸行程終點 。 與此同時， 機構的輔助開關切斷合閘接觸線圈電源， 分閘彈簧拉長儲能， 電磁機構的扣板由半軸扣車保持在合閘位置， 合閘結束 。
分閘時， 機構中的分閘線圈得電-分閘鐵芯動作-扣板與半軸脫扣-斷路器在觸頭彈簧和分閘彈簧的作用下迅速分斷-機構的輔助開關切斷分閘線圈電源-機構復原， 并由分閘彈簧保持在分閘位置 。
二、高壓油斷路器
高壓油斷路器以密封的絕緣油作為開斷故障的滅弧介質的一種開關設備， 有多油斷路器和少油斷路器兩種形式 。 它較早應用于電力系統中， 技術已經十分成熟， 價格比較便宜， 廣泛應用于電壓等級的電網中， 油斷路器用來切斷和接通電源， 并在短路時能迅速可靠地切斷電流 。
最早在1895年就已制成了這種油斷路器 。 1930年以前， 用油作為滅弧介質來提高斷路器的開斷能力是最有成效的方法 。 油斷路器中通常采用的是礦物油(如變壓器油)， 它具有較高的介質強度和較強的熄滅電弧能力 。
當油斷路器開斷電路時， 只要電路中的電流超過0.1A， 電壓超過幾十伏， 在斷路器的動觸頭和靜觸頭之間就會出現電弧， 而且電流可以通過電弧繼續流通， 只有當觸頭之間分開足夠的距離時， 電弧熄滅后電路才斷開 。 10kV少油斷路器開單20kA電流時的電弧功率可達1萬kW以上， 斷路器觸頭之間產生的電弧弧柱溫度可達六七千度， 甚至超過1萬度 。
多油斷路器和少油斷路器都要充油， 其作用是滅弧、散熱和絕緣 。 其危險性不僅是在發生故障時發生爆炸， 而且爆炸后由于油斷路器內的高溫油發生噴濺， 形成了大面積的燃燒， 引起相間短路或對地短路， 破壞電力系統的正常運行， 使事故擴大， 甚至造成嚴重的人身傷亡事故 。
電弧熄滅過程：當斷路器的動觸頭和靜觸頭互相分離的時候產生電弧， 電弧高溫使其附近的絕緣油蒸發汽化和發生熱分解， 形成滅弧能力很強的氣體(主要是氫氣)和壓力較高的氣泡， 使電弧很快熄滅 。
油斷路器爆炸的原因有以下六個方面：
①油面過低， 油斷路器觸電至油面的油層過薄， 油受電弧作用而分解的可燃氣體冷卻不良， 這部分可燃氣體進入頂蓋下面的空間而與空氣混合， 形成爆炸性氣體， 在自身的高溫下就有可能爆炸燃燒 。
②油箱內的油面過高， 油分解出的氣體在油箱內得不到空間緩沖， 形成過高的壓力， 也可能引起油箱爆炸起火 。
③油的絕緣強度劣化、雜質或水分過多， 引起油斷路器內部閃絡 。
④操作機構調整不當、部件失靈， 會使操作時動作緩慢或合閘后解除不良， 當電弧不能及時被切斷和熄滅時， 在油箱內產生過多的可燃氣體， 便可能引起爆炸和燃燒 。
⑤遮斷容量小， 油開關的遮斷容量對輸配電系統來說是個很重要的參數 。 當遮斷容量小于系統的短路容量時， 斷路器無能力切斷系統強大的短路電流， 致使斷路器燃燒爆炸， 造成輸配電系統的重大事故 。
⑥其他油斷路器的進、出線都通過絕緣套管， 當絕緣套管與油箱蓋、油箱蓋與油箱體密封不嚴時， 油箱進水受潮， 或油箱不潔， 絕緣套管有機械損傷都可造成對地短路引起爆炸或火災事故 。
因此， 斷路器在安裝前應嚴格檢查是否符合制造廠的技術要求 。 斷路器的遮斷容量必須大于裝設該斷路器回路的短路容量 。 檢修時， 應進行操作試驗， 保證機件靈活可靠， 并且調整好三相動作的同期性 。 斷路器與電氣回路的連接要緊密， 并可用試溫蠟片觀察溫度， 觸頭損壞應調換 。 檢修完畢應進行絕緣測試， 并有專人負責清點工具， 以防工具掉入油箱內發生事故 。 投入運行前， 還應檢查絕緣套管的油箱蓋的密封性能， 以防油箱進水受潮， 造成斷路器爆炸燃燒 。 斷路器切斷嚴重短路故障后， 即應進行檢查觸點損壞情況和油質情況 。
在運行時應常檢查油面高度， 油面必須嚴格控制在油位指示器范圍之內 。 發現異常， 如漏油、滲油、有不正常聲音等時， 應采取措施， 必要時須立即降低負荷或停電檢修 。 當故障跳閘重復合閘不良， 而且電流變化很大， 斷路器噴油有瓦斯氣味時， 必須停止運行， 嚴禁強行送電， 以免發生爆炸 。
油斷路器滅弧室由絕緣材料制成并裝設在觸頭周圍， 用以限制電弧， 并產生告訴氣流對電弧進行強烈氣吹而使電弧熄滅 。 按照產生氣吹的能源， 滅弧室可以分為三類：
①自能氣吹式滅弧室， 利用電弧自身的能量使油分解出氣體， 提高滅弧室中的壓力， 當吹弧口打開時， 由于滅弧室內外的壓力差而在吹弧口產生高速油氣流， 對電弧進行氣吹而使之熄滅 。
②外能氣吹式滅弧室也稱為強迫油吹式滅弧室， 利用外界能量(通常是由油斷路器合閘過程中被儲能的彈簧提供)在分斷過程中推動活塞， 提高滅弧室的壓力驅動油氣吹弧而熄滅電弧 。
③綜合室滅弧室， 綜合了自能吹弧和外能吹弧的優點， 利用電弧自身的能量來熄滅大電流電弧， 利用外界能量來熄滅小電流電弧， 并可改善分段特性， 這種滅弧室結構稍微復雜， 但分段性能好， 超高壓少油斷路器中大多數采用這種滅弧室 。
油斷路器滅弧室中吹弧形式主要有4種：
①縱吹， 油氣沿電弧軸線方向吹過電弧表面；
②橫吹， 油氣垂直于電弧軸線方向吹??；
③縱橫吹， 既利用橫吹又利用縱吹的負荷吹弧形式；
④環吹， 油氣從四周垂直于電弧軸線方向吹弧 。 按照主要吹弧形式可將油斷路器的滅弧室分別稱為縱吹滅弧室、橫吹滅弧室、縱橫吹滅弧室和環吹滅弧室等 。
三、高壓SF6斷路器
SF6斷路器是用SF6氣體作為滅弧和絕緣介質的斷路器 。 它與空氣斷路器同屬于氣吹斷路器， 不同之處在于：
①工作氣壓較低；
②在吹弧過程中， 氣體不排向大氣， 而在封閉系統中循環使用 。
SF6的分子和自由電子有非常好的混合性 。 當電子和SF6分子接觸的幾乎100%的混合而組成重的負離子， 這種性能對剩余弧柱的消電離及滅弧有極大的使用價值， 即SF6具有很好的負電性， 它的分子能迅速捕捉自由電子而形成負離子， 這些負離子的導電作用十分遲緩， 從而加速了電弧間隙介質強度的恢復率， 因此有很好的滅弧性能 。 在1.01*105Pa氣壓下， SF6的滅弧性能是空氣的100倍， 并且滅弧后不變質， 可重復使用 。
SF6氣體優良的絕緣和滅弧性能， 使SF6斷路器具有如下優點：開斷能力強， 斷口電壓便于做的較高， 允許連續開斷次數較多， 適用于頻繁操作， 噪聲小， 無火災危險， 機電磨損小等， 是一種性能優異的“無維修”斷路器 。 在高壓電路中SF6斷路器應用越來越多 。 常見的SF6斷路器有LN1-35型、HB36型兩種 。
在正常情況下， SF6是一種不燃、無臭、無毒的惰性氣體， 密度約有空氣的兩倍 。 但SF6氣體在電弧作用下， 小部分會被分解， 生產一定有毒的低氟化物， 如SOF4、SF4、SOF4和SO2F2等， 對人體健康有影響， 對金屬部件也有腐蝕和劣化作用 。 因此， 在SF6斷路器中， 一般均裝有吸附裝置， 吸附劑為活性氧化鋁、活性炭和分子篩等 。 吸附裝置可完全吸附SF6等氣體在電弧的高溫下分解生成的毒質 。 若用于頻繁操作的電弧作用， 金屬蒸汽與SF6氣體分解物起反應， 結合而生成絕緣性很好的細粉末(氫氟酸鹽、硫基酸鹽等)， 沉積在觸頭表面， 并嚴重腐蝕觸頭材料， 從而接觸電阻急劇增加， 使充油SF6氣體的密封觸頭不能可靠地工作 。 因此對于頻繁操作的低壓電器不適宜用SF6做滅弧介質 。
因為SF6氣體在放電時的高溫下回分解出有腐蝕性的氣體， 對鋁合金有很重的腐蝕作用， 對酚醛樹脂層壓材料、瓷絕緣也有損害 。 若把SF6和N2混合使用， 當SF6含量超過20%~30%時， 其絕緣強度已與全充SF6時絕緣強度相同， 而腐蝕性又大大減少， 因此SF6?；睾螻2使用 。 在SF6斷路器中， SF6氣體的含水量必須嚴格規定不能超過標準 。 水會與電弧分解物中的SF4產生氫氟酸(H2O+SF4→SOF2+2HF)而腐蝕材料 。 當水分含量達到飽和時， 還會在絕緣件表面凝露， 使絕緣強度顯著降低， 甚至引起沿面放電 。 運行經驗及上述論析都表面， SF6斷路器由于絕緣結構體積較小， 若SF6氣體的含水量較高， 則將使絕緣水平大大下降， 接觸電阻急劇增加， 在運行中易發生損壞或爆炸事故 。
因此， 各制造廠及運行部門都要求有嚴格的密封工藝， 同時規定SF6氣體的含水量不得超過標準 。
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