隔离开关

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隔离开关 [1]  (Isolating switch)是一种主要用于“隔离电源、倒闸操作、用以连通和切断小电流电路”,无灭弧功能的开关器件。隔离开关在分位置时,触头间有符合规定要求的绝缘距离和明显的断开标志;在合位置时,能承载正常回路条件下的电流及在规定时间内异常条件(例如短路)下的电流的开关设备。一般用作高压隔离开关,即额定电压在1kV以上的隔离开关,它本身的工作原理及结构比较简单,但是由于使用量大,工作可靠性要求高,对变电所、电厂的设计、建立和安全运行的影响均较大。隔离开关的主要特点是无灭弧能力,只能在没有负荷电流的情况下分、合电路。词条介绍了隔离开关的功能、特点、类型、应用、防误改进、维护、常见问题等。
中文名
隔离开关
外文名
Isolating switch
作    用
电路隔离
俗    称
刀闸 电闸
特    点
无灭弧装置
领    域
电力能源
学    科
电学、高压、绝缘

隔离开关功能

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1、分闸后,建立可靠的绝缘间隙,将需要检修的设备或线路与电源用一个明显断开点隔开,以保证检修人员和设备的安全 [2] 
隔离开关 隔离开关
2、根据运行需要,换接线路。
3、可用来分、合线路中的小电流,如套管、母线、连接头、短电缆的充电电流,开关均压电容的电容电流,双母线换接时的环流以及电压互感器的励磁电流等。
4、根据不同结构类型的具体情况,可用来分、合一定容量变压器的空载励磁电流。
隔离开关在低压设备中主要适用于民宅、建筑等低压终端配电系统。主要功能:不带负荷分断和接通线路。
1.用于隔离电源,将高压检修设备与带电设备断开,使其间有一明显可看见的断开点。
2.隔离开关与断路器配合,按系统运行方式的需要进行倒闸操作,以改变系统运行接线方式。
3.用以接通或断开小电流电路。
一般在断路器前后二面各安装一组隔离开关,目的均是要将断路器与电源隔离,形成明显断开点;因为原来的断路器采用的是油断路器,油断路器需要经常检修,故二侧就要有明显断开点,以利于检修;一般情况下,出线柜是从上面母线通过开关柜向下供电,在断路器前面需要一组隔离开关是要与电源隔离,但有时,断路器的后面也有来电的可能,如通过其它环路的反送,电容器等装置的反送,故断路器的后面也需要一组隔离开关。
隔离开关主要用来将高压配电装置中需要停电的部分与带电部分可靠地隔离,以保证检修工作的安全。隔离开关的触头全部敞露在空气中,具有明显的断开点,隔离开关没有灭弧装置,因此不能用来切断负荷电流或短路电流,否则在高压作用下,断开点将产生强烈电弧,并很难自行熄灭,甚至可能造成飞弧(相对地或相间短路),烧损设备,危及人身安全,这就是所谓“带负荷拉隔离开关”的严重事故。隔离开关还可以用来进行某些电路的切换操作,以改变系统的运行方式。例如:在双母线电路中,可以用隔离开关将运行中的电路从一条母线切换到另一条母线上。同时,也可以用来操作一些小电流的电路。

隔离开关特点

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1.在电气设备检修时,提供一个电气间隔,并且是一个明显可见的断开点,用以保障维护人员的人身安全 [3] 
2.隔离开关不能带负荷操作:不能带额定负荷或大负荷操作,不能分、合负荷电流和短路电流,但是有灭弧室的可以带小负荷及空载线路操作。
3.一般送电操作时:先合隔离开关,后合断路器或负荷类开关;断电操作时:先断开断路器或负荷类开关,后断开隔离开关。
4.选用时和其它的电气设备相同,其额定电压、额定电流、动稳定电流、热稳定电流等都必须符合使用场合的需要。
隔离开关的作用是断开无负荷电流的电路.使所检修的设备与电源有明显的断开点,以保证检修人员的安全,隔离开关没有专门的灭弧装置不能切断负荷电流和短路电流,所以必须在电路在断路器断开电路的情况下才可以操作隔离开关。

隔离开关类型

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按其安装方式的不同
可分为户外隔离开关与户内高压隔离开关 [4]  。户外隔离开关指能承受风、雨、雪、污秽、凝露、冰及浓霜等作用,适于安装在露台使用的隔离开关。
按其绝缘支柱结构的不同
可分为单柱式隔离开关(single-column disconnector)、双柱式隔离开关(double-column disconnector)、三柱式隔离开关(three-column disconnector)。其中单柱式隔离开关在架空母线下面直接将垂直空间用作断口的电气绝缘,因此,具有的明显优点,就是节约占地面积,减少引接导线,同时分合闸状态特别清晰。在超高压输电情况下,变电所采用单柱式隔离开关后,节约占地面积的效果更为显著 [4] 
按电压等级的不同
低压隔离开关
电气设备进行维修时 [5]  ,需要切断电源,使维修部分与带电部分脱离,并保持有效的隔离距离,要求在其分断口间能承受过电压的耐压水平。刀开关即作为隔离电源的开关电器。隔离电源的刀开关亦称作隔离开关。隔离用刀开关一般属于无载通断电器,只能接通或分断“可忽略的电流”(指带电压的母线、短电缆的电容电流或电压互感器的电流)。也有的开关具有一定的通断能力,在其通断能力与所需通断的电流相适应时,可在非故障条件下接通或分断电气设备或成套设备中的一部分。 用做隔离电源的刀开关必须满足隔离功能,即开关断口明显,并且断口距离合格。 刀开关和熔断器串联组合成一个单元,称为刀开关熔断器组合电器;刀开关的可动部分(动触头)由带熔断体的载熔件组成时,称为熔断器式刀开关。刀开关熔断器组合并增装了辅助元件如操作杠杆、弹簧及弧刀等可组合为负荷开关。负荷开关具有在非故障条件下,接通或分断负荷电流的能力和一定的短路保护功能。
高压隔离开关
GN系列户内高压隔离开关
高压断路器
GW系列户外高压隔离开关
常见高压隔离开关型号
CR 中心断口隔离开关(126kV~252kV)
DR 双面隔离开关(72.5kV~363kV)
KR 双柱水平伸缩式隔离开关(126kV~550kV)
PR 单柱双臂垂直伸缩式隔离开关(126kV to 500kV)
SR 水平旋转单侧断口式隔离开关(40.5kV)
VR V型中心断口隔离开关(126kV)
YR 单柱单臂垂直伸缩式隔离开关(126kV~550kV)

隔离开关应用

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隔离开关配置选型

隔离开关的选择
隔离开关配置在主接线上 [6]  ,保证了线路及设备检修时形成明显的断口与带电部分隔离,由于隔离开关没有灭弧装置及开断能力低,所以操作隔离开关时,必须遵守倒闸操作顺序,即送电时,首先合上母线侧隔离开关,其次合上线路侧隔离开关,最后合上断路器,停电则于上述相反。
隔离开关的配置
1、断路器的两侧均应配置隔离开关,以便在断路器检修时形成明显的断口与电源隔离。
2、中性点直接接地的普通变压器,均应通过隔离开关接地。
3、在母线上的避雷器和电压互感器,宜合用一组隔离开关,保证电器和母线的检修安全,每段母线上宜装设1-2组接地刀闸。
4、接在变压器引出线或中性点的避雷器可不装设隔离开关。
5、当馈电线路的用户侧没有电源时,断路器通往用户的那一侧可以不装设隔离开关。但为了防止雷电过电压,也可以装设。
隔离开关选型
额定电压:
隔离开关额定电压(KV)=回路标称电压*1.2/1.1 倍。
额定电流标准值应大于最大负载电流的150%。
额定热稳定电流:
选择大于系统短路电流的额定热稳定电流值。

隔离开关操作范围

一般规定隔离开关允许操作范围 [6] 
1.正常时拉合电压互感器和避雷器。
2.拉合220kV空载母线。
3.拉合电网没有接地故障时的变压器中性点。
4.拉合经开关或隔离开关闭合的旁路电流。
5.户外垂直分合式三联隔离开关,拉合电压在220kV及以上励磁电流不超过2A的空载变压器和电容电流不超过5A的空载线路。
6.10kV户外三联隔离开关拉合不超过15A的负荷电流
7.10kV隔离开关拉合不超过70A的环路均衡电流。

隔离开关操作顺序

隔离开关的正确操作顺序 [7] 
(1)首先在操作隔离开关时,应先检查相应回路的断路器确实在断开位置,以防止带负荷拉、合隔离开关。
(2)线路停、送电时,必须按顺序拉、合隔离开关。停电操作时,必须先拉断路器,后拉线路侧隔离开关,再拉母线侧隔离开关。送电操作顺序与停电顺序相反。这是因为发生误操作时,按上述顺序可缩小事故范围,避免人为使事故扩大到母线。
(3)操作中,如发现绝缘子严重破损、隔离开关传动杆严重损坏等严重缺陷时,不得进行操作。
(4)隔离开关操作时,应有值班人员在现场逐相检查其分、合闸位置、同期情况、触头接触深度等项目,确保隔离开关动作正确、位置正确。
(5)隔离开关一般应在主控室进行操作。当远控电气操作失灵时,可在现场就地进行手动或电动操作,但必须征得站长或技术负责人的许可,并在有现场监督的情况下才能进行。
(6)隔离开关、接地刀闸和断路器之间安装有防止误操作的电气、电磁和机构闭锁装置。倒闸操作时,一定要按顺序进行。如果闭锁装置失灵或隔离开关和接地刀闸不能正常操作时,必须严格按闭锁的要求条件检查相应的断路器、刀闸位置状态,只有核对无误后,才能解除闭锁进行操作。

隔离开关防误改进

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将隔离开关控制接线与相应断路器闭锁,可有效地防止带负荷拉、合隔离开关。但是在操作母线侧隔离开关与线路侧隔离开关中,由于人为原因,有可能引起操作顺序颠倒,这是开关、刀闸操作原则所不允许的,也是电力系统中造成事故的原因之一。为防止隔离开关操作顺序颠倒,对没采用程序锁防误的厂、站,将其原有隔离开关控制接线加以改进,可防止误操作,减少不必要的事故发生 [8] 
1.隔离开关控制闭锁回路改进原理
在隔离开关控制、闭锁回路中串入隔离开关辅助触点,即母线侧隔离开关控制闭锁回路中串入线路侧隔离开关常闭辅助触点,线路侧隔离开关控制回路串入母线侧隔离开关常开辅助触点。
2.采用电磁锁防误的隔离开关闭锁接线(以单母线馈线为例)图1为原控制接线。此种接线能够有效防止带负荷拉、合隔离开关,但有可能引起隔离开关操作顺序颠倒。
图2改进后单母线馈线隔离开关闭锁接线
改进接线见图2。停电操作:拉开断路器后,只能先拉开线路侧隔离刀闸,才能拉开母线侧隔离刀闸。
送电操作:断路器在断开位置,只能先合母线侧隔离刀闸,才能合线路侧隔离刀闸。此种接线不仅防止带负荷拉、合隔离开关,而且能防止违反开关、刀闸操作原则的违规操作。3.改进接线的优点
(1)此种改进接线不仅保留了原有隔离开关控制接线的优点,最主要的是能有效防止违反开关、刀闸操作原则的违规操作,减少不必要的事故发生。
(2)此种改进接线简单、可靠,投资也较少。适用于采用电磁锁防误的接线及气动操作、电动操作、电动液压操作的隔离开关的控制接线。
(3)在没有采用程序锁防误的装置中,相当于程序锁的作用。

隔离开关维护

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1)清扫瓷件表面的尘土,检查瓷件表面是否掉釉、破损,有无裂纹和闪络痕迹,绝缘子的铁、瓷结合部位是否牢固。若破损严重,应进行更换 [9] 
2)用汽油擦净刀片、触点或触指上的油污,检查接触表面是否清洁,有无机械损伤、氧化和过热痕迹及扭曲、变形等现象;
3)检查触点或刀片上的附件是否齐全,有无损坏;
4)检查连接隔离开关和母线、断路器的引线是否牢固,有无过热现象;
5)检查软连接部件有无折损、断股等现象;
6)检查并清扫操作机构和传动部分,并加入适量的润滑油脂;
7)检查传动部分与带电部分的距离是否符合要求;定位器和制动装置是否牢固,动作是否正确;
8)检查隔离开关的底座是否良好,接地是否可靠。

隔离开关常见问题

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1.常见引的故障有哪些 [10] 
答:隔离开关的常见故障有:(1)接触部分过热。(2)瓷质绝缘损坏和闪络放电。(3)拒绝拉、合闸。(4)错误拉、合闸。
2.隔离开关在运行中接触部分过热是由什么原因造成的?
答:隔离开关在运行中过热,主要是负荷过重、接触电阻增大、操作时没有完全合好引起的。
3.隔离开关接触电阻增大的原因有哪些?
答:接触电阻增大的原因为:刀片和刀嘴接触处斥力很大,刀口合得不严,造成表面氧化,使接触电阻增大。其次隔离开关拉、合过程中会引起电弧,烧伤触头,使接触电阻增大。
4.如何判断隔离开关触头是否过热?
答:根据隔离开关接触部分变色漆或试温片颜色的变化来判断,也可根据刀片的颜色发暗程度来确定。一般根据红外线测温结果来确定。
5.隔离开关触头、接点过热如何处理?
答:发现隔离开关触头、接点过热时,首先汇报调度,设法减少或转移负荷,加强监视,然后根据不同接线进行处理:
(1)双母线接线。如果一母线侧刀闸过热,通过倒母线,将过热的隔离开关退出运行,停电检修。
(2)单母线接线。必须降低其负荷,加强监视,并采取措施降温,如条件许可,尽可能停止使用。
(3)带有旁路断路器的可用旁路断路器倒换。
(4)如果是线路侧隔离开关过热,其处理方法与单母线处理方法基本相同,应尽快安排停电检修。维持运行期间,应减小负荷并加强监视。
(5)一个半断路器接线的可开环运行。
(6)对母线侧隔离开关过热触头、接点,在拉开隔离开关后,经现场检查,满足带电作业安全距离的,可带电解掉母线侧引下线接头,然后进行处理。
6.隔离开关电动操作失灵应如何检查处理?
答:隔离开关电动操作失灵后,首先检查操作有无差错,然后检查操作电源回路、动力电源回路是否完好,熔断器是否熔断或松动。电气闭锁回路是否正常。
7.隔离开关触头熔焊变形、绝缘子破损、严重放电应如何处理?
隔离开关 隔离开关
答:遇到这些情况应立即停电处理,在停电前应加强监视。
8.隔离开关拒绝分、合闸应如何处理?
答:(1)由于轴销脱落、楔栓退出、铸铁断裂等机械故障,或因为电气回路故障,可能发生刀杆与操作机构脱节,从而引起隔离开关拒绝合闸,此时应用绝缘棒进行操作,或在保证人身安全的情况下,用板手转动每相隔离开关的转轴。
(2)拒绝跳闸。当隔离开关拉不开时,如系操动机构被冰冻结,可以轻轻摇动,并观察支持瓷瓶和机构的各部分,以便根据何处发生变形和变位,找出障碍地点。如果障碍地点发生在隔离开关的接触部分,则不应强行拉开,否则支持瓷瓶可能受破坏而引起严重事故,此时只能改变设备的运行方式加以处理。
9.隔离开关合不到位如何处理?
答:隔离开关合不到位,多数是机构锈蚀、卡涩、检修调试未调好等原因引起的,发生这种情况,可拉开隔离开关再合闸。对220KV隔离开关,可用绝缘棒推入,必要时应申请停电处理。
高压隔离开关应每2年检修1-2次。

隔离开关设计要素

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应用分类 负载分类 负荷分级 [2] 
变频器、软起动器基本原理 变频器、软起动器选件功能说明 变频器、软起动器一次图常见错误设计 变频器、软起动器而次图常见错误设计 变频器、软起动器招标技术规范书注意事项 变频器、软起动器、电机管理控制器典型应用图集 变频器、软起动器特殊应用方案 变频器、软起动器工程应用方案。

隔离开关应用分类

工业应用
为满足工业生产的需要 如石油开采、石化、冶金、建材、起重、矿山、纺织、造纸、烟草、制糖、 食品生产、水处理、轻工、电力、煤矿等行业 对产品性能、功能、可靠性、控制精度等要求较高 甚至特殊苛刻的要求 一旦故障停机会造成重大财产损失或人员伤亡 施耐德电气变频器ATV71/61适用于工业应用 施耐德电气软起动器ATS48适用于工业应用
建筑应用(民用)
为满足人们日常生活的需要,如舒适性空调 如商场、医院、写字楼、办公楼、会议中心、机场、医院等场所的暖通空调 (HVAC) 对产品无特殊要求 故障停机一般带来生活不便,不会有重大财产损失或人员伤亡 施耐德电气变频器ATV21适用于民用工程应用 施耐德电气软起动器ATS48/ATS22适用于民用工程应用

隔离开关负载分类

根据负载调速特性(负载转矩—转速)划分
风机类负载(或二次方负载) 恒转矩类负载 恒功率类负载 适用于变频器
根据负载起动难易程度
标准负载(10级标准应用) 重型负载(20级重载应用) 适用于软起动器
空载起动 轻载起动
常见负载转矩特性:负载转矩—转速关系
恒转矩负载
位能性,方向总是不变,与运动方向无关, 如起吊的重物 函数关系:TL=f(n)=C 反抗性,方向总是与运动方向相反,如传送带 函数关系:TL=f(n)=± C
位能性恒转矩 反抗性恒转矩
风机类负载
转矩与转速的二次方成正比 函数关系:TL=f(n)= T0+kn2 典型负载:离心泵、风机
风机类负载
恒功率负载
恒功率负载

隔离开关负荷分级

转矩与转速成反比关系 函数关系:TL=f(n)= k/n 常见负载类型:绕线机、卷板机
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参考资料
  • 1.    李林川. 电能生产过程[M]. 科学出版社, 2011.
  • 2.    苑舜, 崔文军. 高压隔离开关设计与改造[M]. 中国电力出版社, 2007.
  • 3.    宣峰, 张新春. 高压隔离开关的检修方法与技术[J]. 精密制造与自动化, 2011(2):55-57.
  • 4.    于中和. 隔离开关类型的选择[J]. 建筑工人, 2012(7):39-39.
  • 5.    张志武, 李岩. 浅谈隔离开关的运行与维护[J]. 中国科技投资, 2014(A15):184-184.
  • 6.    刘江涛. 高压隔离开关的选择[J]. 农村电工, 2011(1):35-35.
  • 7.    马文成, 马存良, 孙润花. 隔离开关操作顺序探讨[J]. 中国科技信息, 2015(23):103-105.
  • 8.    董秀洁, 庄惠震. 隔离开关防误闭锁自控系统设计[J]. 电工技术, 2002(4):52-53.
  • 9.    余宗焕. 隔离开关维护的一种简法[J]. 农村电气化, 1995(6).
  • 10.    张卫东. 高压隔离开关常见问题分析[J]. 硅谷, 2011(1):134-134.