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一、概述
10KV架空配电线路T接支线路或末端用户内部发生故障时，因其进线开关保护动作时限与变电站出线开关保护时限配合无法合理整定时，将会造成变电站出线开关跳闸。如果故障性质是永久性的，变电站重合将不成功，则一个中压用户界内的局部事故将使整条10KV配电线路停电。 如若在T接处或用户端（责任分界点）安装一台用户分界开关（俗称看门狗），经过判断确认用户界内发生故障（过流、短路、单相接地等故障），自动将故障隔离，则可以确保非故障区用户正常用电。 ZW20A-12F型户外用户分界真空断路器是我公司自主研发的一种用户分界开关。它主要由ZW20A-12型户外柱上真空断路器本体和FDR-02故障检测控制器以及外置电压互感器三大部分组成，三者通过航空插座及户外密封控制电缆进行电气连接。具有故障检测功能、保护控制功能和通讯功能，能可靠判断、检测界内与界外的毫安级零序电流及相间短路故障电流，实现自动切除单相接地故障和相间短路故障。
ZW20A-12F型户外柱上真空断路器为额定电压为12KV，三相交流50Hz的户外配电设备。它采用真空灭弧和SF6气体作为绝缘介质，箱体采用了引进日本东芝公司VSP5的气体密封、防爆、绝缘结构技术，进出线套管也进行了密封性能改进，整体密封性能优良，内部充入的SF6气体不泄漏，不受外界环境影响；其弹簧操作机构进行了小型化设计和可靠性、稳定性优化，采用直动链条主传动和多级脱扣系统，动作可靠性和稳定性比国内传统的弹簧操作机构提高了好几倍；主回路的轴与套之间的接触采用了内收外张式表链结构，主回路的接触电阻小，温升低。 ZW20A-12F型户外柱上用户高压真空分界断路器是一种免维护产品，是户外高压真空分界断路器中的精品，是本公司综合国内外柱上开关的优缺点，自行研制出来的新产品。
本产品主要符合以下国家标准：
开关部分： GB1984
《高压交流断路器》 GB/T11022-1999
《高压开关设备控制和设备标准的共同技术条件》 控制终端部分： GB/T726-2000 《继电器及装置基本试验方法》 GB/T17626-1998
《电磁兼容试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群搞扰度试验》
二、使用环境条件
1、 周围空气温度：-40℃~+40℃；日温差：日温变化不大于25℃； 根据SF6气体物质性质，当环境温度在-40℃时，如箱体内部气压为0.05Mpa，此时SF6仍为气态，保证产品正常工作。（当环境温度-40℃，表压为0.05Mpa时，SF6液化点为-55℃；零表压，SF6液化点不会超过-60℃）。
2、 风速不大于35m/s；
3、 无易燃、爆炸危险、强烈化学腐蚀物（如各种酸、碱或浓烟等）和剧烈振动的场所。
4、 海拔：≯1000m；
5、 覆盖厚度：10mm；
6、 空气污秽程度：IV级；
7、 地震烈度：≯8度；
8、 电网中性点接地方式：中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经低电阻接地。
四、主要技术参数
4.1断路器的额定参数见表1
| 序 号 | 项 目 | 单 位 | 数 值 |
| 1 | 额定电压 | KV | 12 |
| 2 | 额定频率 | Hz | 50 |
| 3 | 额定电流 | A | 630 |
| 4 | 额定短路开断电流 | KA | 20 |
| 5 | 额定峰值耐受电流（峰值） | KA | 50 |
| 6 | 额定短时耐受电流（4S） | KA | 20 |
| 7 | 额定短路关合电流（峰值） | KA | 50 |
| 8 | 机械寿命次数 | 次 | 10000 |
| 9 | 额定短时开断电流开断次数 | 次 | 30 |
| 10 | 工频耐压（1min）：干试（相间、对地/断口） | KV | 42/48 |
| 11 | 雷电冲击耐受电压（峰值）相间、相对/断口 | KV | 75/85 |
| 12 | 额定操作顺序 | KV | 分-0.3s-合分-180s-合分 |
| 13 | 额定操作电压辅助回路额定电压 | Kg | 220 |
注：当产品使用场地的海拔超过1000m时，绝缘耐压应按GB/T11022-1999进行相应的修正。
4.2 断路器装配调整参数见表2
| 序 号 | 项 目 | 单 位 | 数 值 |
| 1 | 触头开距 | mm | 9+1-0.5 |
| 2 | 触头超行程 | mm | 3+1-0.5 |
| 3 | 平均分闸速度 | m/s | 1.2±0.2 |
| 4 | 平均合闸速度 | m/s | 0.6±0.2 |
| 5 | 触头合闸弹跳时间 | ms | ≤2 |
| 6 | 箱体内极间中心距离 | mm | 135 |
| 7 | 箱体外极间中心距离 | mm | 280 |
| 8 | 三相分闸同期性时差 | ms | ≤2 |
| 9 | 每极回路直流电阻 | µΩ | ≤200 |
| 10 | 合闸时间 | ms | ≤45 |
| 11 | 分闸时间 | ms | ≤45 |
| 12 | 动触头允许磨损厚度 | mm | 3 |
| 13 | 合闸时触头压力 | N | 2000±200 |
| 14 | SF6气体额定压力（表压） | MPa | “0” |
| 15 | 净重 | Kg | 185 |
4.3 操作机构主要技术参数
4.3.1 、储能电机：采用直流串激电动机，其技术数据如表3
| 型号 | 额定电压（V） | 额定功率（W） | 正常工作范围 | 额定电压下储能时间（s） |
| YJ220-5301BS | -220 | 20 | 85%~120%额定工作电压 | ≥5 |
4.3.2 、手动储能操作力：采用机构所配储能手柄时最大操作力小于25公斤。
4.3.3 、合闸电磁铁：采用螺管式电磁铁，其线圈技术数据如表4。
| 额定电压（V） | 额定电流（A） | 额定功率（W） | 20℃时线圈电阻（Ω） | 正常工作电压范围 |
| -220 | 3．9 | 860 | 56 | 65%~110%额定工作电压 |
4.3.4 分闸电磁铁线圈技术参数，同合闸线圈。
4.4 电流互感器 在断路器的本体内A、C相各配置1只电流互感器，变比600/1，用于相间保护。
4.5 零序电流互感器
在断路器本体内配置零序电流互感器1只，变比20/1，在零序电流0.1~5A区段，有着良好的线性关系，额定负载下（0.1VA）的变比误差小于3%，当零序电流为400A时，二次输出电流不小于5A。
4.6 、操作电源
4.6.1 断路器工作时需要操作电源。操作电流可以外引交流或直流220V电源，但一般是在10KV线路上外置操作电源变压器或电压互感器，以获得交流220V操作电源。 4.6.2 外置操作电源奕压器或电压互感器型号由用户选配，建议选用户外型带熔断器的产品，以方便安装。如外置操作电源变压器或电压互感器不带熔断器，用户还得另行加装户外式熔断器，以保护外置式操作电源变电压器或电压互感器。
4.6.3 操作电源的二次侧熔断器配置，详见发货随机文件。
4.7 控制器技术参数见表5
| 序号 | 项 目 | 单 位 | 参 数 |
| 1 | 输入工作电压 | V | AC220 |
| 2 | 输入工作电压频率 | HZ | 50 |
| 3 | 输入工作电压允许波动范围 | % | ±20 |
| 4 | 整机功耗 | W | ＜10 |
| 5 | 采样相电流一次输入值 | A | 0~3600 可调 |
| 6 | 采样零序电流一次输入值 | 0~20 | |
| 7 | 电量输入值采样误差 | % | ±5 |
| 8 | 过流保护一次电流整定范围（二次） | A | 0~1500 可调 |
| 9 | 速断保护一次电流整定范围（二次） | 0~3600 可调 | |
| 10 | 过流保护动作延时时间值 | ms | 0~5000 可调 |
| 11 | 零序保护一次电流整定范围 | A | 0~20 可调 |
| 12 | 零序保护动作延时时间值 | S | 0~1200 可调 |
| 13 | 重合闸次数 | 次 | 0~1 |
| 14 | 第一次重合时间 | S | 0~9.9 |
| 15 | 简单遥控器距离 | 米 | 100 |
五、断路器本体的基本结构
5.1 断路器本体结构见图1
断路器本体结构由导电回路、绝缘系统、密封件及壳体组成（如图1），其外形如图2。 导电回路由进出线导电杆、导电夹、软连结与真空灭弧室连接而成。 本产品采用SF6气体绝缘。进出线绝缘套管采用环氧树脂和硅橡胶整体浇注，为减少开关体积，A、C两相采用拐角套管，保证良好的外绝缘；内部采用复合绝缘结构，在不充SF6气体的情况下，也能达到相应的绝缘水平。 本产品采用成熟的密封结构。机构罩及壳体上盖采用冲压成型槽密封，输出指针轴采用双层“O”型圈密封，进出线套管整体浇注，保证良好的气密性。
5.2 操动机构 本产品操动机构为电动储能，电动分合，同时具有手动储能，手动分合，整个结构合闸弹簧、储能系统、过流脱扣器、分合闸线圈、手动分合闸系统、辅助开头及储能指示等部件组成（如图4、图5）
5.3 吊装和防爆装置 吊装装置供产品安装、固定、搬运和吊装用，并与防爆装置相配合，使产品防爆性能提高，为了使检查和巡视人员在杆下就能发现开关是否发生了爆炸，设有翻板式爆炸指示器。发生了爆炸，指示器的翻板由正常时的下垂翻成水平状，并在可见翻板式防爆指示翻板下面“检修”二字。
图1 断路器内部结构示意图
图2外形图
六、断路器本体的工作原理
6.1 储能
机构储能如图3所示，图3（a）为合闸弹簧未储能状态，图3（b）为合闸弹簧已储能状态。
6.1.1电动储能原理：电动机将输出扭矩作用于机构的小齿轮，经链条，传动至主轴上的大链轮，从而带动拐臂旋转，使合闸弹簧储能，当拐臂上的螺丝压下行程开关时，切断电动机电源、弹簧储能完毕。
6.1.2手动储能原理：由手动储能传动机构输出轴，通过输出轴上的小齿轮将旋转扭矩传递给小齿轮，充分啮合的大齿轮（位于主轴上，并与大链轮铆紧），从而带动拐臂旋转，使合闸弹簧储能。
6.2 合闸 图4为机构合闸操作示意图。
6.2.1电动合闸：机构接到合闸信号以后，合闸电磁铁的动铁心向上运动，推动合闸脱扣杆向上运动，使合闸半轴逆时针方向旋转，解除对合闸挚子的约束；与此同时，合闸挚子受滚子的压迫而逆时针转动，解除储能维持，位于主轴上的凸轮因合闸弹簧的释放产生冲击力，撞上手动储能轴（即输出轴）上的摇臂，通过连杆传动给开关，从而完成合闸操作。
6.2.2手动操作：拉动合闸手动手柄，施加外力（约为80~120N）带动合闸半轴上的拔插逆时针转动时，带动合闸半轴沿逆时针方向旋转，从而产生与合闸电磁铁操作同样的效果。
6.2.3重合闸操作：机构释放储能弹簧的能量后，完成合闸操作；在合闸状态下，机构再进行储能操作，完成储能操作，机构处于合闸已储能状态；在此状态一旦接到正确的信号，机构便能实现一次自动重合闸操作。
6.3 分闸 图5为机构分闸操作示意图
6.3.1电动分闸：机构接到分闸信号后，分闸电磁铁的动铁心向上运动，推动分闸脱扣杆作向上运动，使分闸半轴逆时针方向旋转，解除对分闸挚子的约束。与此同时，分闸挚子受滚子的压迫而逆时针转动，摇臂因受开关内部分闸弹簧的推动而逆时针方向旋转，从而完成合闸操作。
6.3.2手动分闸：拉动分闸手动手柄，施加外力（约为80~120N）带动分闸半轴上的拔插逆时针转动时，带动分闸半轴沿逆时针方向旋转，从而产生与分闸电磁铁操作同样的效果。
6.3.3过流脱扣操作：当过流脱扣器中过流线圈通过规定的脱扣电流时，电磁铁动作使推杆顶动脱扣杆，分闸半轴逆时针方向旋转，解除对分闸挚子的约束从而产生与分闸电磁铁操作相同的效果，完成断路器过流脱扣操作。
6.4 操动机构二次控制回路电气原理图 在图6中，当机构处于末储能状态时，行程开关 WD常闭接点接通，电动机M带动合闸弹簧开始储能， 储能完成后，行程开关WD常闭接点断开，切断电源， 电动机停转。 合闸弹簧储能结束后，机构如果处于分闸位置，辅 助开关常闭接点S1接通，只要有合闸信号，合闸电磁铁HQ通电，机构进行电动合闸。电动合闸结束，辅助开关
