高压断路器和隔离开关ppt课件

1、6.1 电气设备选择的一般电气设备选择的一般条件条件 引言引言n尽管电力系统中各种设备的作用和工作尽管电力系统中各种设备的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。相同，但对它们的基本要求却是一致的。n电气设备要能可靠地工作，必须电气设备要能可靠地工作，必须按正常按正常工作条件进行选择工作条件进行选择，并，并按短路状态来校按短路状态来校验热稳定和动稳定验热稳定和动稳定。一、按正常工作条件选择电气设备一、按正常工作条件选择电气设备n设计时：设计时：UNUNs。n电网的最高运行电压：电网的最高运行电压：n220kV及以下为及以

2、下为1.15 UN ；n330kV及以下为及以下为1.1 UN 。n电气设备的最高允许电压为设备电气设备的最高允许电压为设备额定电压的额定电压的1.11.15倍。倍。1. 额定电压额定电压一、按正常工作条件选择电气设备一、按正常工作条件选择电气设备n设计时：设计时：INImax。nIN是指在是指在额定环境温度额定环境温度下，电气设备下，电气设备的长期允许电流。的长期允许电流。nImax 为电气设备所在回路的最大持续为电气设备所在回路的最大持续工作电流。不同回路的计算方法不同，工作电流。不同回路的计算方法不同，如：如：2. 额定电流额定电流一、按正常工作条件选择电气设备一、按正常工作条件选择电气

3、设备n发电机、变压器、调相机回路：发电机、变压器、调相机回路： Imax =1.05IGN（由于电压下降（由于电压下降5时，出力不变）。若变压时，出力不变）。若变压器有过负荷运行的情况，按过负荷确定器有过负荷运行的情况，按过负荷确定（1.32倍的变压器额定电流）倍的变压器额定电流） ；n母联断路器回路的母联断路器回路的 Imax 一般可取母线上最大一般可取母线上最大一台发电机或变压器的一台发电机或变压器的Imax ；n母线分段电抗器的母线分段电抗器的 Imax 应为母线上最大一台应为母线上最大一台发电机跳闸时，保证该段母线负荷所需的电发电机跳闸时，保证该段母线负荷所需的电流，或最大一台发电机额

4、定电流的流，或最大一台发电机额定电流的50%80%。n出线：除考虑正常负荷电流外，还应考虑事出线：除考虑正常负荷电流外，还应考虑事故时由其它回路转移过来的负荷故时由其它回路转移过来的负荷一、按正常工作条件选择电气设备一、按正常工作条件选择电气设备n当电气设备安装地点的环境条件如温当电气设备安装地点的环境条件如温度、风速、污秽等级、海拔高度、地度、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等超过一般电气设震烈度和覆冰厚度等超过一般电气设备规定的使用条件时，应采取措施。备规定的使用条件时，应采取措施。3. 环境条件对设备选择的影响环境条件对设备选择的影响一、按正常工作条件选择电气设备一、按正常工

5、作条件选择电气设备n一般非高原型的电气设备使用环境的海拔高度不超过一般非高原型的电气设备使用环境的海拔高度不超过1000 m。n当电器设备的安装在制造厂规定的海拔高度以上时，当电器设备的安装在制造厂规定的海拔高度以上时，由于海拔高度的增加，空气密度和湿度相应减少，使由于海拔高度的增加，空气密度和湿度相应减少，使空气间隙和瓷绝缘的放电特性下降，影响电器设备的空气间隙和瓷绝缘的放电特性下降，影响电器设备的外绝缘强度，制造厂规定的电器设备的最大工作电压外绝缘强度，制造厂规定的电器设备的最大工作电压就要下降。对此须进行校正。就要下降。对此须进行校正。3. 环境条件对设备选择的影响环境条件对设备选择的影

6、响(1) 海拔高度的影响海拔高度的影响一、按正常工作条件选择电气设备一、按正常工作条件选择电气设备n试验指出，海拔高度为试验指出，海拔高度为10003500米范围内，按米范围内，按1/100米进行补偿，即海拔每增高米进行补偿，即海拔每增高100米，电器设米，电器设备最高允许工作电压应降低备最高允许工作电压应降低1。n当最高允许工作电压不能满足要求时，应采用高当最高允许工作电压不能满足要求时，应采用高原型电气设备，或采用外绝缘提高一级的产品。原型电气设备，或采用外绝缘提高一级的产品。3. 环境条件对设备选择的影响环境条件对设备选择的影响(1) 海拔高度的影响海拔高度的影响一、按正常工作条件选择电

7、气设备一、按正常工作条件选择电气设备n电气设备的额定电流是指在基准环境温度下，电气设备的额定电流是指在基准环境温度下，能允许长期通过的最大工作电流。此时电气设能允许长期通过的最大工作电流。此时电气设备的长期发热温升不超过其允许温度。备的长期发热温升不超过其允许温度。n在实际运行中，周围环境温度直接影响电气设在实际运行中，周围环境温度直接影响电气设备的发热温度，所以当环境温度不等于电气设备的发热温度，所以当环境温度不等于电气设备的基准环境温度时，其额定电流必须进行修备的基准环境温度时，其额定电流必须进行修正。正。n我国生产的我国生产的电气设备电气设备一般使用的一般使用的额定环境温度额定环境温度为

8、为+40。3. 环境条件对设备选择的影响环境条件对设备选择的影响(2) 环境温度的影响环境温度的影响当实际环境温度当实际环境温度不同于导体的额定环境温度不同于导体的额定环境温度0时，其时，其长期允许电流应该用下式进行修正。长期允许电流应该用下式进行修正。 不计日照时，裸导体和电缆的综合修正系数不计日照时，裸导体和电缆的综合修正系数K为为 0alalK al导体的长期发热允许最高温度，裸导体一般导体的长期发热允许最高温度，裸导体一般为为70； 0导体的额定环境温度，裸导体一般为导体的额定环境温度，裸导体一般为25。 Ial = KIal Imax (2) 环境温度的影响环境温度的影响 我国生产的

9、电气设备的额定环境温度我国生产的电气设备的额定环境温度0=40。在。在4060范围内，当实际环境温度高于范围内，当实际环境温度高于+40时，环境时，环境温度每增高温度每增高1，按减少额定电流，按减少额定电流1.8%进行修正；当进行修正；当实际环境温度低于实际环境温度低于+40时，环境温度每降低时，环境温度每降低1，按，按增加额定电流增加额定电流0.5%进行修正，但其最大过负荷不得超进行修正，但其最大过负荷不得超过额定电流的过额定电流的20%，实际选择时一般不修正。，实际选择时一般不修正。 (2) 环境温度的影响环境温度的影响一、按正常工作条件选择电气设备一、按正常工作条件选择电气设备n根据电气

10、设备的装置地点、使用条根据电气设备的装置地点、使用条件、检修和运行等要求，对电器进件、检修和运行等要求，对电器进行种类（屋内或屋外）和型式（防行种类（屋内或屋外）和型式（防污型、防爆型、湿热型等）的选择。污型、防爆型、湿热型等）的选择。4. 其它选择其它选择二、按短路状态校验二、按短路状态校验1. 短路热稳定校验短路热稳定校验n含义：短路电流通过时，电气设备各含义：短路电流通过时，电气设备各部件温度（或发热效应）应不超过允部件温度（或发热效应）应不超过允许值。许值。n条件：k2tQtI短路电流产生的热效应短路电流产生的热效应It、t 电气设备允许通过的热稳定电流电气设备允许通过的热稳定电流和时

11、间和时间二、按短路状态校验二、按短路状态校验n含义：电气设备承受短路电流机械效含义：电气设备承受短路电流机械效应的能力。应的能力。n条件：条件：iesish 或或 IesIshn式中式中nish、Ish短路冲击电流幅值及其有效值；短路冲击电流幅值及其有效值；nies、Ies电气设备允许通过的动稳定电电气设备允许通过的动稳定电流幅值及其有效值。流幅值及其有效值。2. 电动力稳定校验电动力稳定校验动稳定校验动稳定校验二、按短路状态校验二、按短路状态校验2. 电动力稳定校验电动力稳定校验动稳定校验动稳定校验下列几种情况不校验热稳定或动稳定下列几种情况不校验热稳定或动稳定用熔断器保护的电器，其热稳定由

12、熔断时间保证，故用熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故可不验算热稳定。可不验算热稳定。2.2.采用有限流电阻的熔断器保护的设备。其回路采用有限流电阻的熔断器保护的设备。其回路电流被电阻限制，可不校验动稳定。电流被电阻限制，可不校验动稳定。3.3.装设在电压互感器回路中的裸导体和电器，可装设在电压互感器回路中的裸导体和电器，可不校验动、热稳定。不校验动、热稳定。二、按短路状态校验二、按短路状态校验n 容量：容量：n按本工程设计最终容量计算，并考虑电力系统按本工程设计最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划。远景发展规划。n 接线：接线：n采用可能发生最大短路电流的正常接线方式。采用可能发

13、生最大短路电流的正常接线方式。n 短路种类：短路种类：n一般按三相短路验算，若其他种类短路较三相一般按三相短路验算，若其他种类短路较三相短路严重时，则应按最严重的情况验算。短路严重时，则应按最严重的情况验算。3. 短路电流计算条件短路电流计算条件二、按短路状态校验二、按短路状态校验n 计算短路点：计算短路点：n同一电压等级各短路点的短路电流值均同一电压等级各短路点的短路电流值均相等，但通过各支路的短路电流将随着相等，但通过各支路的短路电流将随着短路点的位置不同而不同。短路点的位置不同而不同。n在校验电气设备和载流导体时，必须确在校验电气设备和载流导体时，必须确定电气设备和载流导体处于最严重的短

14、定电气设备和载流导体处于最严重的短路点，使通过的短路电流校验值为最大。路点，使通过的短路电流校验值为最大。3. 短路电流计算条件短路电流计算条件选择短路计算点 在短路计算接线中，选择通过电器的短路电流为最在短路计算接线中，选择通过电器的短路电流为最大的点为短路计算点。大的点为短路计算点。1.1.两侧都有电源的设备，比较两侧短路电流大小，选两侧都有电源的设备，比较两侧短路电流大小，选择电流大的作为短路计算点。择电流大的作为短路计算点。2. .母联断路器考虑母线向备用母线充电时候，备用母联断路器考虑母线向备用母线充电时候，备用母线故障，流过该备用母线的全部短路电流。母线故障，流过该备用母线的全部短

15、路电流。3.3.带电抗器的出线，断路器与电抗器间的连线很短，带电抗器的出线，断路器与电抗器间的连线很短，可选择短路点于电抗器后，以选用轻型电器。可选择短路点于电抗器后，以选用轻型电器。3. 短路电流计算条件短路电流计算条件二、按短路状态校验二、按短路状态校验n 短路电流热效应计算时间：短路电流热效应计算时间：4. 短路计算时间短路计算时间brprkttt燃弧时间燃弧时间继电保护动作时间继电保护动作时间（后备保护）后备保护）断路器全开断时间断路器全开断时间ainprttt断路器固有分闸时间断路器固有分闸时间 验算裸导体的短路热稳定时，验算裸导体的短路热稳定时，tpr宜采用主保护动作宜采用主保护动

16、作时间，如主保护有死区时，则采用能对该死区起保护时间，如主保护有死区时，则采用能对该死区起保护作用的后备保护动作时间；作用的后备保护动作时间； 验算电器的短路热稳定时，验算电器的短路热稳定时，tpr宜采用后备保护动作宜采用后备保护动作时间。少油断路器的燃弧时间时间。少油断路器的燃弧时间ta为为0.040.06s，SF6断断路器的燃弧时间路器的燃弧时间ta为为0.020.04s。 二、按短路状态校验二、按短路状态校验4. 短路计算时间短路计算时间n 开断电流计算时间：开断电流计算时间：inpr1kttt继电保护动作时间继电保护动作时间（主保护主保护）断路器固有分闸时间断路器固有分闸时间 开断电器

17、应能在最严重的情况下开断短路电开断电器应能在最严重的情况下开断短路电流。电器的开断时间选择为流。电器的开断时间选择为:6.2 高压断路器和隔离开关高压断路器和隔离开关的原理与选择的原理与选择引言引言n仅用来在正常情况下，断开或闭合正常工作电流仅用来在正常情况下，断开或闭合正常工作电流的开关电器，如高压负荷开关、低压闸刀开关、的开关电器，如高压负荷开关、低压闸刀开关、接触器、磁力启动器等。接触器、磁力启动器等。n仅用来断开故障情况下的过负荷电流或短路电流仅用来断开故障情况下的过负荷电流或短路电流的开关电器，如高、低压熔断器。的开关电器，如高、低压熔断器。n既用来断开或闭合正常工作电流，也用来断开

18、或既用来断开或闭合正常工作电流，也用来断开或闭合过负荷电流或短路电流的开关电器，如高压闭合过负荷电流或短路电流的开关电器，如高压断路器、低压自动空气断路器等。断路器、低压自动空气断路器等。n不要求断开或闭合电流，只用来在检修时隔离电不要求断开或闭合电流，只用来在检修时隔离电压的开关电器，如隔离开关等。压的开关电器，如隔离开关等。n 开关电器的类型开关电器的类型引言引言n 断路器的作用断路器的作用n 在正常情况下，控制各种电力线路和设在正常情况下，控制各种电力线路和设备的开断和关合。备的开断和关合。n 在电力系统发生故障时，自动地切除电在电力系统发生故障时，自动地切除电力系统的短路电流，以保证电

19、力系统的力系统的短路电流，以保证电力系统的正常运行。正常运行。一、电弧的形成与熄灭一、电弧的形成与熄灭n用开关电器切断通有电流的电路时，只要用开关电器切断通有电流的电路时，只要电源电源电压大于电压大于1020V，电流大于，电流大于80100mA，在开，在开关电器的动、静触头分离瞬间，触头间就会出关电器的动、静触头分离瞬间，触头间就会出现电弧。现电弧。n此时，触头虽已分开，但电路中的电流还在继此时，触头虽已分开，但电路中的电流还在继续流通。续流通。只有电弧熄灭，电路才被真正断开只有电弧熄灭，电路才被真正断开。n电弧之所以能形成导电通道，是因为电弧柱中电弧之所以能形成导电通道，是因为电弧柱中了出现

20、大量自由电子的缘故。了出现大量自由电子的缘故。电弧产生的物理过程电弧的产生和维持是触头间中性质点（分子电弧的产生和维持是触头间中性质点（分子和原子）被游离的结果。和原子）被游离的结果。游离就是中性质点游离就是中性质点转化为带电质点转化为带电质点。游离的过程有四种形式：。游离的过程有四种形式：强电场发射：强电场发射：当触头刚分开时，触头间产生很当触头刚分开时，触头间产生很强的电场强度（强的电场强度（E/sE/s），大于），大于3106 V/m时，阴时，阴极表面电子就会被电场力拉出，而形成触头间极表面电子就会被电场力拉出，而形成触头间的自由电子。的自由电子。热电子发射热电子发射: : 触头触头由金

21、属制成，常温下，金属内由金属制成，常温下，金属内部存在有大量的自由电子。随着部存在有大量的自由电子。随着温度升高温度升高，自由，自由电子能量升高，运动加剧，有的电子能量升高，运动加剧，有的电子会跑出金属电子会跑出金属表面表面，形成热电子发射。，形成热电子发射。在开关分闸时，动静触在开关分闸时，动静触头之间的接触压力和接触面积减小，接触电阻增头之间的接触压力和接触面积减小，接触电阻增大，接触表面发热严重，产生局部高温，阴极金大，接触表面发热严重，产生局部高温，阴极金属材料中的电子获得动能而逸出成为自由电子。属材料中的电子获得动能而逸出成为自由电子。 碰撞游离碰撞游离: : 阴极表面发射出的阴极表

22、面发射出的电子电子和弧隙中原有的和弧隙中原有的少数电子在电场力作用下，向阳极方向运动，不断少数电子在电场力作用下，向阳极方向运动，不断地地与其它粒子发生碰撞与其它粒子发生碰撞，如气体原子、分子。只要，如气体原子、分子。只要电子的动能大于原子或分子的游离能，就可电子的动能大于原子或分子的游离能，就可使束缚使束缚在原子核周围的电子释放出来在原子核周围的电子释放出来，形成自由电子和正，形成自由电子和正离子，这种现象称为碰撞游离。新产生的电子同样离子，这种现象称为碰撞游离。新产生的电子同样会使所碰撞的中性质点游离。碰撞游离连续进行，会使所碰撞的中性质点游离。碰撞游离连续进行，导致触头间充满了电子和离子

23、，具有很大的电导，导致触头间充满了电子和离子，具有很大的电导，在外加电压作用下，触头间介质可能被击穿而形成在外加电压作用下，触头间介质可能被击穿而形成电弧。电弧。热游离热游离: : 电弧产生后，弧隙的温度很高，在高温作电弧产生后，弧隙的温度很高，在高温作用下，气体的不规则热运动速度增加。具有用下，气体的不规则热运动速度增加。具有足够动足够动能的中性质点互相碰撞能的中性质点互相碰撞时，又可能游离出电子和正时，又可能游离出电子和正离子，这种现象称为热游离。一般气体开始发生热离子，这种现象称为热游离。一般气体开始发生热游离的温度为游离的温度为900090001000010000；金属蒸气的游离温；金

24、属蒸气的游离温度约为度约为4000400050005000。因为开关电器的电弧中总有。因为开关电器的电弧中总有一些金属蒸气，而一些金属蒸气，而弧心温度总大于弧心温度总大于4000400050005000，所以热游离的强度足可维持电弧的燃烧。所以热游离的强度足可维持电弧的燃烧。去游离的形式去游离的形式: : 电弧中发生游离的同时，还进行电弧中发生游离的同时，还进行着使带电质点减少的去游离过程，去游离的主要着使带电质点减少的去游离过程，去游离的主要形式为复合和扩散形式为复合和扩散复合去游离复合去游离: : 复合是指正离子和负离子互相吸引，复合是指正离子和负离子互相吸引，结合在一起，电荷互相中和的过

25、程。两异号电荷要结合在一起，电荷互相中和的过程。两异号电荷要在一定时间内，处在很近的范围内，才能完成复合在一定时间内，处在很近的范围内，才能完成复合过程，两者相对速度值越大，复合的可能性越小。过程，两者相对速度值越大，复合的可能性越小。由于电子质量小，易于加速，其运动速度约为正离由于电子质量小，易于加速，其运动速度约为正离子的子的10001000倍，所以倍，所以电子与正离子直接复合几率很小电子与正离子直接复合几率很小。通常，电子在碰撞时，先附在中性质点上，形成负通常，电子在碰撞时，先附在中性质点上，形成负离子，速度大大减慢，而离子，速度大大减慢，而负离子与正离子的复合比负离子与正离子的复合比电

26、子与正离子间的复合容易得多电子与正离子间的复合容易得多。扩散去游离扩散去游离: : 扩散是指带电质点从电弧内部逸出而扩散是指带电质点从电弧内部逸出而进入周围介质中的现象，使弧道中带电质点减少。进入周围介质中的现象，使弧道中带电质点减少。由于电弧内外的电荷浓度及温差的不同，自由电子由于电弧内外的电荷浓度及温差的不同，自由电子和正离子将向浓度和温度都低的周围介质中扩散，和正离子将向浓度和温度都低的周围介质中扩散，在低温处，电子和离子的速度减慢而复合成为中性在低温处，电子和离子的速度减慢而复合成为中性质点。质点。游离和去游离是电弧燃烧的两个相反过程游离和去游离是电弧燃烧的两个相反过程，游离过，游离过

27、程使弧道中带电离子增加，有助于电弧燃烧；去游程使弧道中带电离子增加，有助于电弧燃烧；去游离过程使弧道中带电离子减少，有利于电弧熄灭。离过程使弧道中带电离子减少，有利于电弧熄灭。 游离作用等于去游离作用，新增加的带电质点数量游离作用等于去游离作用，新增加的带电质点数量与中和的数量相等，电弧稳定燃烧。与中和的数量相等，电弧稳定燃烧。 游离作用大于去游离作用，电弧燃烧加剧。游离作用大于去游离作用，电弧燃烧加剧。 游离作用小于去游离作用，则电弧中的带电质点数游离作用小于去游离作用，则电弧中的带电质点数量减少，最终导致电弧熄灭。量减少，最终导致电弧熄灭。 电弧的熄灭电弧的熄灭 电弧的燃烧是由游离过程维持

28、的，但在电弧中同时电弧的燃烧是由游离过程维持的，但在电弧中同时还进行着相反的使带电质点数量减少的去游离过程。还进行着相反的使带电质点数量减少的去游离过程。 1. 电弧的产生、维持与熄灭电弧的产生、维持与熄灭n电弧的产生电弧的产生n阴极发射电子阴极发射电子n热电子发射热电子发射n强电场电子发射强电场电子发射n碰撞游离碰撞游离n电弧的维持电弧的维持n热游离热游离n去游离去游离n电弧的熄灭电弧的熄灭n若游离过程大于去游离过程，则电弧继续燃烧；若游离过程大于去游离过程，则电弧继续燃烧；n若去游离过程大于游离过程，则电弧逐渐熄灭。若去游离过程大于游离过程，则电弧逐渐熄灭。dUdUE (-)动触头(+)静

29、触头m/V1036E复合去游离复合去游离扩散去游离扩散去游离2. 交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭n电弧温度随时间变化电弧温度随时间变化n电弧电流数值随时间变动，电弧的功率也随电弧电电弧电流数值随时间变动，电弧的功率也随电弧电流变动。电弧功率增大时，电弧的温度增加；反过流变动。电弧功率增大时，电弧的温度增加；反过来，当电弧功率减小时，电弧的温度降低。来，当电弧功率减小时，电弧的温度降低。n电弧有热惯性电弧有热惯性n电弧的温度跟不上电流的变化，存在一个滞后过程。电弧的温度跟不上电流的变化，存在一个滞后过程。n交流电弧每半周自动熄灭一次交流电弧每半周自动熄灭一次n随着交流电流的周期性变化，电弧电流也将

30、每隔半随着交流电流的周期性变化，电弧电流也将每隔半周过零一次。在电弧电流自然过零前后，电源向弧周过零一次。在电弧电流自然过零前后，电源向弧隙输送的能量较少，电弧温度和热游离下降，而去隙输送的能量较少，电弧温度和热游离下降，而去游离作用继续进行，电弧将自然熄灭。游离作用继续进行，电弧将自然熄灭。(0) 交流电弧的特性交流电弧的特性 由于热惯性，弧柱温度的变化滞后于快速变化的由于热惯性，弧柱温度的变化滞后于快速变化的电流，所以电流，所以交流电弧的伏安特性是动态的交流电弧的伏安特性是动态的。如下图：。如下图： 在电流增大时，温度来不及增高（温度变化慢），在电流增大时，温度来不及增高（温度变化慢），弧

31、隙电阻来不及减小弧隙电阻来不及减小, ,因此电压较高；因此电压较高； 在电流减小时，温度来不及降低，弧隙电阻来不及在电流减小时，温度来不及降低，弧隙电阻来不及增大，电压低。增大，电压低。故图中正方向电流增大时的曲线在电流减小时的上方。故图中正方向电流增大时的曲线在电流减小时的上方。 A点是电弧产生时的电压，称为燃弧电压。点是电弧产生时的电压，称为燃弧电压。 B点是电弧熄灭时的电压，称为熄弧电压。点是电弧熄灭时的电压，称为熄弧电压。 2. 交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭n熄灭交流电弧的熄灭交流电弧的最佳时机最佳时机：交流电弧每半周：交流电弧每半周期自然熄灭时。期自然熄灭时。n在交流电流过零时，电弧

32、将自动熄灭，但不在交流电流过零时，电弧将自动熄灭，但不等于最终熄灭。等于最终熄灭。n在交流电弧自动熄灭后，弧隙中存在着两个在交流电弧自动熄灭后，弧隙中存在着两个恢复过程：恢复过程：n弧隙介质强度恢复过程弧隙介质强度恢复过程n弧隙电压恢复过程弧隙电压恢复过程(1) 交流电弧的熄灭条件交流电弧的熄灭条件2. 交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭1) 弧隙介质强度恢复过程弧隙介质强度恢复过程可见，真空断路器和可见，真空断路器和 SF6 断断路器灭弧性能较好。路器灭弧性能较好。n含义：弧隙中介质强度含义：弧隙中介质强度恢复到绝缘的正常状态恢复到绝缘的正常状态的过程。以能耐受的电的过程。以能耐受的电压压ud(t

33、)表示。表示。n影响因素：主要是断路影响因素：主要是断路器灭弧装置的结构和灭器灭弧装置的结构和灭弧介质的性质。弧介质的性质。ud0t油空气SF6真空(1) 交流电弧的熄灭条件交流电弧的熄灭条件 起始介质强度（近阴极效应）起始介质强度（近阴极效应） 在电流过零后的在电流过零后的0.1 1s 的短暂时间内的短暂时间内，阴极附，阴极附近出现近出现150 250V的起始介质强度，称为的起始介质强度，称为近阴极效应。近阴极效应。 原因：原因：在电流过零的瞬间，弧隙电压的极性发生变化，在电流过零的瞬间，弧隙电压的极性发生变化，弧隙中的自由电子立即向新阳极运动，弧隙中的自由电子立即向新阳极运动，正离子质量大

34、，正离子质量大，基本未动，基本未动，在新阴极附近就形成了在新阴极附近就形成了只有正电荷的不导只有正电荷的不导电薄层电薄层，阻碍阴极发射电子，呈现出一定的介质强度。，阻碍阴极发射电子，呈现出一定的介质强度。起始介质强度出现后的介质强度的恢复是一个复杂的起始介质强度出现后的介质强度的恢复是一个复杂的过程，它过程，它与电弧电流、介质特性、冷却条件和触头分与电弧电流、介质特性、冷却条件和触头分断速度有关。断速度有关。2. 交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭n近阴极效应近阴极效应1) 弧隙介质强度恢复过程弧隙介质强度恢复过程ud0t油空气SF6真空(1) 交流电弧的熄灭条件交流电弧的熄灭条件(+)(-)+ -

35、 + - +- + - + -+ - + - +- + - + -(-)(+)+ + - - + + - - -+ + - - + + - - -2. 交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭2) 弧隙电压恢复过程弧隙电压恢复过程n含义：弧隙电压由熄弧含义：弧隙电压由熄弧电压逐渐恢复到电源电电压逐渐恢复到电源电压的过程。以压的过程。以ur(t)表示。表示。n影响因素：影响因素：线路参数、线路参数、负荷性质等。负荷性质等。ur0tusrutrutrusr瞬态恢复电压工频恢复电压对不同的线路参数，弧隙对不同的线路参数，弧隙电压恢复过程电压恢复过程可能是周期可能是周期性的变化过程或非周期性性的变化过程或非周期性

36、的变化过程。的变化过程。(1) 交流电弧的熄灭条件交流电弧的熄灭条件2. 交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭n综上所述，在电弧自然熄灭后，弧隙中综上所述，在电弧自然熄灭后，弧隙中同时存同时存在着两个恢复过程在着两个恢复过程，即弧隙电压恢复过程，即弧隙电压恢复过程 ur(t)和介质强度恢复过程和介质强度恢复过程 ud(t) 。 ur0tusrutr可见，可见，断路器开断交流电路断路器开断交流电路时，熄灭电弧的条件应为时，熄灭电弧的条件应为)( r)(dttuun如果弧隙电压高于介质强如果弧隙电压高于介质强度耐受电压，则弧隙就被度耐受电压，则弧隙就被击穿，电弧重燃。击穿，电弧重燃。n如果弧隙电压低于介质

37、强如果弧隙电压低于介质强度耐受电压，则电弧不再度耐受电压，则电弧不再重燃，即最终熄灭。重燃，即最终熄灭。(1) 交流电弧的熄灭条件交流电弧的熄灭条件（1）如果弧隙电压恢复过程上升速度较快，幅值较大，）如果弧隙电压恢复过程上升速度较快，幅值较大， 弧隙弧隙电压恢复过程大于弧隙介质强度恢复过程，介质被击穿，电弧电压恢复过程大于弧隙介质强度恢复过程，介质被击穿，电弧重燃，如上图重燃，如上图a所示。所示。（2）如果弧隙介质强度恢复过程始终大于弧隙电压恢复过）如果弧隙介质强度恢复过程始终大于弧隙电压恢复过 程，程，则电弧熄灭，则电弧熄灭，如上图如上图b和和c所示。所示。 故交流电弧熄灭的条件应为：故交流

38、电弧熄灭的条件应为： Ud (t) Ur (t) 如果能够采取措施，防止如果能够采取措施，防止弧隙恢复电压弧隙恢复电压振荡，振荡，将周期性振将周期性振荡特性的恢复电压转变为非周期性恢复过程，电弧就更容易熄荡特性的恢复电压转变为非周期性恢复过程，电弧就更容易熄灭，灭，如上图如上图c所示。所示。 熄灭交流电弧的基本方法熄灭交流电弧的基本方法：n1.吹弧n2.采用多断口灭弧 利用灭弧介质（气体、油等）在灭弧室中吹动电利用灭弧介质（气体、油等）在灭弧室中吹动电 弧，广泛应用在开关电器中，特别是高压断路器中。弧，广泛应用在开关电器中，特别是高压断路器中。 横吹横吹: :吹弧方向与电弧轴线相垂直吹弧方向与

39、电弧轴线相垂直 纵吹纵吹: :吹动方向与电弧轴线一致吹动方向与电弧轴线一致 纵横吹纵横吹: :将纵吹和横吹结合起来将纵吹和横吹结合起来 熄弧时，利用多断口把电弧分解为多个相串联的短电弧，熄弧时，利用多断口把电弧分解为多个相串联的短电弧，使电弧的总长度加长，弧隙电导下降；在触头行程、分闸使电弧的总长度加长，弧隙电导下降；在触头行程、分闸速度相同的情况下，电弧被拉长的速度成倍增加，促使弧速度相同的情况下，电弧被拉长的速度成倍增加，促使弧隙电导迅速下降，提高了介电强度的恢复速度；另一方面，隙电导迅速下降，提高了介电强度的恢复速度；另一方面，加在每一断口上的电压减小数倍，输入电弧的功率和能量加在每一断

40、口上的电压减小数倍，输入电弧的功率和能量减小，降低了弧隙电压的恢复速度，缩短了灭弧时间。减小，降低了弧隙电压的恢复速度，缩短了灭弧时间。 熄灭交流电弧的基本方法熄灭交流电弧的基本方法n3.提高分闸速度 n4.用耐高温金属材料制作触头n5.采用优质灭弧介质 迅速拉长电弧，有利于迅速减小弧柱内的电迅速拉长电弧，有利于迅速减小弧柱内的电位梯度，增加电弧与周围介质的接触面积，加强位梯度，增加电弧与周围介质的接触面积，加强冷却和扩散作用，如采用强力分闸弹簧。冷却和扩散作用，如采用强力分闸弹簧。 用熔解点高、导热系数和热容量大的耐高温金用熔解点高、导热系数和热容量大的耐高温金属制作触头，可以减少热电子发射

41、和电弧中的金属制作触头，可以减少热电子发射和电弧中的金属蒸气，减弱游离过程，利于电弧熄灭。如铜钨属蒸气，减弱游离过程，利于电弧熄灭。如铜钨合金和银钨合金合金和银钨合金 灭弧介质的特性，如导热系数、介电强度、灭弧介质的特性，如导热系数、介电强度、热游离温度、热容量等，对电弧的游离程度有很热游离温度、热容量等，对电弧的游离程度有很大影响，这些参数值越大，去游离作用越强。油、大影响，这些参数值越大，去游离作用越强。油、压缩空气、压缩空气、SF6SF6气体、真空气体、真空熄灭交流电弧的基本方法熄灭交流电弧的基本方法n6.短弧原理灭弧 n7.利用固体介质的狭缝灭弧装置灭弧 利用一个金属灭弧栅将电弧分为多

42、个短利用一个金属灭弧栅将电弧分为多个短弧，利用近阴极效应的方法灭弧。弧，利用近阴极效应的方法灭弧。 常用于低压开关电器中，如自动开关和常用于低压开关电器中，如自动开关和电磁接触器等。电磁接触器等。 2. 交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭1) 利用灭弧介质利用灭弧介质n 不同灭弧介质具有不同的传热能力、介电不同灭弧介质具有不同的传热能力、介电能力、热游离温度和热容量。这些参数的能力、热游离温度和热容量。这些参数的数值越大，则去游离作用越强，电弧就越数值越大，则去游离作用越强，电弧就越容易熄灭。容易熄灭。2) 采用特殊金属材料作灭弧触头采用特殊金属材料作灭弧触头n 采用熔点高、导热系数和热容量大的耐高

43、采用熔点高、导热系数和热容量大的耐高温金属作触头材料。采用铜、钨合金和银、温金属作触头材料。采用铜、钨合金和银、钨合金等。钨合金等。3) 利用气体或油吹动电弧利用气体或油吹动电弧n 吹弧利于冷却而使复合加强、带电离子的吹弧利于冷却而使复合加强、带电离子的扩散。扩散。(2) 高压断路器熄灭交流电弧的基本方法高压断路器熄灭交流电弧的基本方法2. 交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭4)某些电压等级较高的断路器采用多个灭弧某些电压等级较高的断路器采用多个灭弧室串联的多断口灭弧方式室串联的多断口灭弧方式。n多断口将电弧分割成多段，在相同触头多断口将电弧分割成多段，在相同触头行程下，增加了电弧的总长度，弧隙电行

44、程下，增加了电弧的总长度，弧隙电阻迅速增大，介质强度恢复速度加快。阻迅速增大，介质强度恢复速度加快。n使每个断口上的恢复电压减小，降低了使每个断口上的恢复电压减小，降低了恢复电压的上升速度和幅值，提高了灭恢复电压的上升速度和幅值，提高了灭弧能力。弧能力。 2. 交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭5) 拉长电弧并增大断路器触头的分离速度拉长电弧并增大断路器触头的分离速度 加快断路器触头的分离速度，可以迅速拉长加快断路器触头的分离速度，可以迅速拉长电弧，使弧隙的电场强度骤降，弧隙电阻和电弧电弧，使弧隙的电场强度骤降，弧隙电阻和电弧的表面积突然增大，电弧的冷却加快，有利于带的表面积突然增大，电弧的冷却加快

45、，有利于带电质点的扩散和复合去游离。电质点的扩散和复合去游离。 二、开断短路电流时的工作状况分析二、开断短路电流时的工作状况分析n作用：作用：n并联电阻起分流作用；并联电阻起分流作用；n改变恢复电压的恢复特性：改变恢复电压的恢复特性：n当并联电阻当并联电阻rrcr时，电压恢复过程为时，电压恢复过程为周期性周期性。n问题：电弧熄灭后还有短路电流流通。问题：电弧熄灭后还有短路电流流通。措施：加辅助触头。措施：加辅助触头。1Q2Q1Q2Qr1Q主触头2Q辅助触头 断路器加装并联电阻断路器加装并联电阻r二、开断短路电流时的工作状况分析二、开断短路电流时的工作状况分析n问题：对多断口断路器，每一个断口在

46、开断位问题：对多断口断路器，每一个断口在开断位置的电压分配和开断过程中的恢复电压分配将置的电压分配和开断过程中的恢复电压分配将出现不均匀现象，影响到断路器的灭弧能力。出现不均匀现象，影响到断路器的灭弧能力。UU1U2UQCQC0CCC0Q0Q12CCCCUU0QQ22CCCUU并联电容并联电容C后后：0Q0Q1)(2)(CCCCCCUU0QQ2)(2)(CCCCCUU)(2)(QQCCCCU)(2)(QQCCCCUU21U21U32U31 断路器加装并联电容断路器加装并联电容1高压断路器的作用高压断路器的作用 高压断路器内有灭弧介质和灭弧装置，可以熄灭接通或高压断路器内有灭弧介质和灭弧装置，可

47、以熄灭接通或开断电路时产生的电弧，其作用是开断电路时产生的电弧，其作用是:(1)在正常运行时接通或断开有负荷电流的电路；在正常运行时接通或断开有负荷电流的电路；(2)在电气设备出现故障时，能够在继电保护装置的控制下自在电气设备出现故障时，能够在继电保护装置的控制下自动切断短路电流。动切断短路电流。 2高压断路器的分类高压断路器的分类 根据灭弧介质的不同，高压断路器可以分为以下几种类型。根据灭弧介质的不同，高压断路器可以分为以下几种类型。 （1）油断路器）油断路器 以具有绝缘能力的矿物油作为灭弧介质的断路器。以具有绝缘能力的矿物油作为灭弧介质的断路器。 多油断路器：多油断路器：断路器中的油除作为

48、灭弧介质外，还作为触头断断路器中的油除作为灭弧介质外，还作为触头断开后的间隙绝缘介质和带电部分与接地外壳间的绝缘介质。开后的间隙绝缘介质和带电部分与接地外壳间的绝缘介质。 三、高压断路器的选择三、高压断路器的选择少油断路器：少油断路器：油只作为灭弧介质和触头断开后的间隙绝缘介质，油只作为灭弧介质和触头断开后的间隙绝缘介质，而带电部分对接地之间采用固体绝缘（例如瓷绝缘）。而带电部分对接地之间采用固体绝缘（例如瓷绝缘）。 （2）六氟化硫）六氟化硫(SF6)断路器断路器 采用采用SF6气体作为灭弧介质和触头断开后的间隙绝缘介质的断气体作为灭弧介质和触头断开后的间隙绝缘介质的断路器路器 。SF6气体是

49、一种无色、无味、无毒、不燃的惰性气体，气体是一种无色、无味、无毒、不燃的惰性气体，具有优良的灭弧性能和绝缘性能。具有优良的灭弧性能和绝缘性能。 （3）真空断路器）真空断路器 以真空的高介质强度实现灭弧和绝缘的断路器。以真空的高介质强度实现灭弧和绝缘的断路器。 （4）压缩空气断路器）压缩空气断路器 采用压缩空气作为灭弧介质和触头断开后的间隙绝缘介质的断采用压缩空气作为灭弧介质和触头断开后的间隙绝缘介质的断路器。路器。 类型类型灭弧能力灭弧能力（对比空气）（对比空气）特性特性空气断路器空气断路器空气空气空气断路器空气断路器氢氢7.5倍倍绝缘油在高绝缘油在高温下分解出温下分解出氢气氢气油断路器油断路

50、器SF6100倍倍负电性，吸负电性，吸附电子附电子SF6断路器断路器真空真空15倍倍碰撞游离小、碰撞游离小、浓度差和温浓度差和温度差大度差大真空断路器真空断路器DW8-35型多油断路器SW2-110型少油断路器 每相单柱双断口SW2-220型少油断路器每相双柱四断口型少油断路器每相双柱四断口SW6-220型少油断路器每相双柱四断口型少油断路器每相双柱四断口LW-110W六氟化硫六氟化硫( (SF6) )断路器断路器LW-220W六氟化硫六氟化硫( (SF6) )断路器断路器LW15-363GCBP500kV SF6断路器断路器三、高压断路器的选择三、高压断路器的选择1种类种类n按灭弧介质和灭弧

51、方式分按灭弧介质和灭弧方式分n油断路器：包括多油断路器和少油断路器油断路器：包括多油断路器和少油断路器n( (压缩压缩) )空气断路器空气断路器nSF6断路器断路器n真空断路器真空断路器n按安装地点分按安装地点分n户内式户内式n户外式户外式( (一一) ) 高压断路器型号和技术参数高压断路器型号和技术参数三、高压断路器的选择三、高压断路器的选择n由字母和数字两部分组成的：2型号型号123456额定电流，A派生代号：C手车式；G改进式等。额定电压，kV设计序号使用环境：N户内式；W户外式。产品名称：D多油断路器；多油断路器；S少油断路器；少油断路器； K空气断路器；空气断路器；L SF6 断路器

52、；断路器； Z真空断路器；真空断路器；Q产气断路器；产气断路器； C磁吹断路器等。磁吹断路器等。例如：SN10-10/3000-750型额定开断能力，kA或MVA特殊环境代号78( (一一) ) 高压断路器型号和技术参数高压断路器型号和技术参数三、高压断路器的选择三、高压断路器的选择n额定电压额定电压UN(kV)。断路器正常工作时，系统的额定断路器正常工作时，系统的额定( (线线) )电压。这是断路器的标称电压，断路器应能保电压。这是断路器的标称电压，断路器应能保证在这一电压的电力系统中使用。证在这一电压的电力系统中使用。n额定电流额定电流IN(A)。断路器可以长期通过的最大电流。断路器可以长

53、期通过的最大电流。当额定电流长期通过高压断路器时，其发热温度不当额定电流长期通过高压断路器时，其发热温度不应超过国家标准中规定的数值。应超过国家标准中规定的数值。 n额定开断电流额定开断电流INbr(kA)。在规定条件下能保证正常在规定条件下能保证正常开断的电流。开断的电流。 3技术参数技术参数( (一一) ) 高压断路器型号和技术参数高压断路器型号和技术参数三、高压断路器的选择三、高压断路器的选择n额定峰值耐受电流额定峰值耐受电流ies(kA)。 在规定条件下，断路器在规定条件下，断路器在合闸位置时所能经受电流的峰值。它反映设备经在合闸位置时所能经受电流的峰值。它反映设备经受短路电流引起的电

54、动效应能力。受短路电流引起的电动效应能力。3技术参数技术参数n额定短时耐受电流额定短时耐受电流It(kA)。在规定条件和时间下断。在规定条件和时间下断路器在合闸位置时所能经受电流的峰值。它反映设路器在合闸位置时所能经受电流的峰值。它反映设备经受短路电流引起的热效应能力。备经受短路电流引起的热效应能力。 n额定短时关合电流额定短时关合电流iNcl(kA)。在规定条件下断路器保。在规定条件下断路器保证正常关合的最大预期峰值电流。证正常关合的最大预期峰值电流。 ( (一一) ) 高压断路器型号和技术参数高压断路器型号和技术参数三、高压断路器的选择三、高压断路器的选择n开断时间开断时间(ms)。从断路

55、器分闸线圈通电起至三相电从断路器分闸线圈通电起至三相电弧完全熄灭为止的时间。开断时间由分闸时间和电弧完全熄灭为止的时间。开断时间由分闸时间和电弧燃烧时间或燃弧时间组成。弧燃烧时间或燃弧时间组成。3技术参数技术参数n合闸时间合闸时间(ms)。从断路器开始接到合闸命令时起到从断路器开始接到合闸命令时起到三相均合闸为止的时间。三相均合闸为止的时间。 n分分( (合合) )闸不同期时间闸不同期时间(ms)。指断路器各相间或同相。指断路器各相间或同相各断口间分各断口间分( (合合) )时间的最大差异。时间的最大差异。 ( (一一) ) 高压断路器型号和技术参数高压断路器型号和技术参数三、高压断路器的选择

56、三、高压断路器的选择n金属短接时间金属短接时间(ms)。 指断路器在合分操作时从动、指断路器在合分操作时从动、静触头刚接触到刚分离时的一段时间。静触头刚接触到刚分离时的一段时间。 3技术参数技术参数( (一一) ) 高压断路器型号和技术参数高压断路器型号和技术参数三、高压断路器的选择三、高压断路器的选择n 断路器种类和型式的选择断路器种类和型式的选择n依据各类断路器的特点及使用环境、条件依据各类断路器的特点及使用环境、条件决定。决定。n 额定电压和电流的选择额定电压和电流的选择nUNUNs，INImax( (二二) ) 高压断路器的选择高压断路器的选择三、高压断路器的选择三、高压断路器的选择3

57、. 开断电流的选择开断电流的选择( (二二) ) 高压断路器的选择高压断路器的选择1) 对于非快速动作断路器（其对于非快速动作断路器（其tbr0.1s），可略去短路电流非周），可略去短路电流非周期分量的影响，简化用短路电流周期分量期分量的影响，简化用短路电流周期分量0s有效值有效值I”校验断路校验断路器的开断能力，即器的开断能力，即 INbrI” 2) 对于快速动作断路器（其对于快速动作断路器（其tbr0.1s），开断短路电流中非周期），开断短路电流中非周期分量可能超过周期分量的分量可能超过周期分量的20%，需要用，需要用tbr时刻的短路全电流有时刻的短路全电流有效值校验断路器的开断能力，即效

58、值校验断路器的开断能力，即 三、高压断路器的选择三、高压断路器的选择( (二二) ) 高压断路器的选择高压断路器的选择X、R分别为电源至短路点的等效电抗和等效电阻。分别为电源至短路点的等效电抗和等效电阻。为短路电流非周期分量衰减时间常数，其中，为短路电流非周期分量衰减时间常数，其中， RXT a 2/2ptkabre2TtIII Ipt为触头刚刚分开为触头刚刚分开tbr时的短路电流周期分量有效值，在此可取时的短路电流周期分量有效值，在此可取Ipt = I”； 三、高压断路器的选择三、高压断路器的选择4. 短路关合电流的选择短路关合电流的选择niNclish( (二二) ) 高压断路器的选择高压

59、断路器的选择n5. 短路热稳定和动稳定校验短路热稳定和动稳定校验n热稳定校验：热稳定校验：It2tQkn动稳定校验：动稳定校验：iesishish短路冲击电流的幅值，短路冲击电流的幅值， ish为：为：2shshIKi I”为为0s短路电流周期分量有效值；短路电流周期分量有效值；Kes为冲击系数，发电机机端为冲击系数，发电机机端取取1.9，发电厂高压母线及发电机电压电抗器后取，发电厂高压母线及发电机电压电抗器后取1.85，远离发，远离发电机时取电机时取1.8。四、隔离开关的选择四、隔离开关的选择n隔离电压隔离电压n在检修电气设备时，用隔离开关将被检修的设备在检修电气设备时，用隔离开关将被检修的

60、设备与电源电压隔离，以确保检修的安全。与电源电压隔离，以确保检修的安全。n倒闸操作倒闸操作n投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时，投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时，常用隔离开关配合断路器，协同操作来完成。常用隔离开关配合断路器，协同操作来完成。n分、合小电流分、合小电流n分、合避雷器、电压互感器和空载母线；分、合避雷器、电压互感器和空载母线；n分、合励磁电流不超过分、合励磁电流不超过2A的空载变压器；的空载变压器；n关合电容电流不超过关合电容电流不超过5A的空载线路。的空载线路。1隔离开关的作用隔离开关的作用n对隔离开关的基本要求：对隔离开关的基本要求：n 具有明显的断点。具有明显