高压知识学习

1、第二部分 企业产品第一节 高压电器基本知识1 高压电器及其在电力系统中作用1.1 电力系统概述电力工业是国民经济的重要部门之一，它既为现代工业、现代农业、现代科学技术和现代国防 提供必不可少的动力，又和广大人民群众的日常生活有着密切的关系。电力是工业的先行。电力工 业的发展必须优先于其他的工业部门，整个国民经济才能不断前进。据记载，世界上第一个发电厂是于 1882 年在美国纽约市建立的，机组容量只有 30 千瓦。此后， 随着生产和科学技术的进步，电力工业有了迅速的发展，特别是近二、三十年发展得更快。我国具有极其丰富的能源资源。据最新调查，全国水能资源的蕴藏量为 68000 万千瓦（其中可 开发

2、利用的约为 37000 万千瓦），居世界首位。此外，煤、石油、天然气等资源也很丰富。这些优越 的自然条件为我国电力工业的发展提供了良好的物质基础。但是，我国的电力工业与世界上一些发 达国家相比仍有相当大的差距，按每人平均的用电量来说还是相当落后的，即使从国内经济建设来 看，也未能很好地起到先行工业的作用，不能满足国民经济发展和人民生活的需要。所以，必须充 分开发利用我国丰富的能源资源、 大力加速电力工业的建设， 为实现我国现代化而做出应有的贡献。在电力工业发展的初期，发电厂都建设在用户附近，规模很小，而且是孤立运行的。随着生产 的发展和科学技术的进步，用户的用电量和发电厂的容量都在不断增大。由

3、于电能生产是一种能量 形态的转换。发电厂必须建设在动力资源所在地，而蕴藏动力资源的地区与电能用户之间又往往具 有一定距离。例如，水能资源集中在河流落差较大的偏僻地区，热能资源则集中在盛产煤、石油、 天然气的矿区；而大城市、大工业中心等用电部门则由于原材料供应、产品协作配套、运输、销售、 农副产品供应等原因以及各种地理、历史条件的限制，往往与动力资源所在地相距较远为此就必须 架设输电线路将电能送往负荷中心。同时，要实现大容量、远距离输送电能，还必须建设升压变电 所和架设超高压输电线路。而当电能输送到负荷中心后。则必须经过降压变电所降压，再经过配电 线路。才能向各类用户供电。随着生产的发展和用电量

4、的增加，发电厂、输电线路、配电线路、升压变电所、降压变电所等 的数目都将不断增加。当把一个个地理上分散在各处、孤立运行的发电厂通过输电线路、变电所等 而相互连接形成一个“电”的整体以供给用户用电时。就形成了现代的电力系统。换句话说，电力 系统就是指由发电厂、变电所、输配电线路直到用户等在电气上相互连接的这种整体。它包括了从 发电输电、配电直到用电这样一个全过程。另外，还把由输配电线路以及由它所联系起来的各类变 电所总称为电力网络（简称电网） 。所以，电力系统也可以看作是由各类发电厂和电力网以及用户所 组成的。图 11 是高压电力系统的一个例子，它具有较大容量的水力发电厂、火力发电厂和热电厂。图

5、 中的水力发电厂由于容量较大、输电距离较远，所以把电压升高到 220 千伏后经线路送出。火力发 电厂的电压经升压至 110 千伏后由线路把电能送到变电所 3，并通过线路与 110 千伏电网相联。 所谓 热电厂是指装有供热式汽轮发电机组的发电厂，它除了发电外，还兼向附近的工厂供热，这样做可 以提高热能利用效率。由于它要兼供热，所以总是把热电厂建在用户附近，它除了用 10 千伏电压供 给附近地区用电外，还通过升压变压器与 110 千伏电网相联以进行功率交换。图中由变电所 1、变 电所 2、变电所 3、变电所 4、火力发电厂 1、火力发电厂 2、水力发电厂、热电厂以及高压线路所 构成的 110 千伏

6、环形电力网是本系统的主要电力网，它是联系发电厂和用户的核心部分。图 1 1 高压电力系统示例1.2 高压电器在电力系统中的作用高压电器，广义而言，是指额定电压在 3000V 及以上的高压电网中用来实现切合、保护、控 制、调节和测量功能的各种电器设备的统称。参照图 1.2 l 分述主要高压电器设备的各自的功能如下：1断路器一一缩写为 CB。能开断、关合、承载运行线路的正常电流，也能在规定时间内承载、关合开断规定的异常电流（如短路电流）的开关，称断路器。利用CB 的操作能改变电网运行方式、给某条线路送电或停电；利用 CB 的快速切除故障电流的功能来保护电网的运行稳定电网中的发电 机、变压器等电器设

7、备免遭短路电流的损害。2负荷开关一一缩写为 LS。能关合、开断及承载运行线路的正常电流 （包括规定的过载电流） 也能在规定时间内承载规定的异常电流（如额定短路电流）的开关，叫负荷开关。LS 不具备切短路电流的能力。3熔断器一一缩写为 F。能承载运行线路正常电流（包括规定的过载电流）。也能快速断开收障线路的电器，称熔断器。它常与负荷开关配合使用，在故障电流较小的线路中替代价格较贵的断 路器使用。4隔离开关一一缩写为 DS。在分闸位置时，触头间有符合规定要求的绝缘距离和明显的断开 断口；在合闸位置时，能承载正常线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，叫隔离开关。它的首要

8、功能是隔离，通过断开的DS （并将两端或一端接地开关接地），使 CB 与电源隔离、确保 CB 检修区处于安全的地电位。正常情况下 DS 不要求开断电流，但在一些 特殊情况下如倒母线操作时，要求这类 DS 具有切母线环流的功能；当电压互感器需从电网上脱离 检修时，通常要求操作的 DS 具有可靠的切、合小电容电流或小电感电流的功能。5接地开关-缩写为ES。用以检修设备时把被检修设备可靠接地，保证检修人员和设备绝 对安全；在合闸位置时，能承载在规定时间内异常条件（例如短路）下的电流的开关，叫接地开关。6 电流互感器缩写为 CT 。用以传递电流信息供给测量仪器、 仪表、保护或控制装置的电 器。称为电流

9、互感器。通过它将高压大电流变换成低压小电流，进行线路工作电流测试并已当电网 发生短路故障时由它传递给二次保护系统，再由二次保护系统向CB 发出分闸命令。7电压互感器一一缩写为 PT。它是一种传递电压信息供给测量仪器、仪表、保护或控制装置 的电器。称为电压互感器。通过它将电网高电压转换成低电压，供电网测量电压与电网保护用。8 避雷器缩写为 LA 。它是一种过电压限制器。 当电网因受雷击或开关操作而出现过电压 时，避雷器两端子问的电压不超过规定值。使电气设备免受过电压损坏；还不影响系统的正常运行。9电抗器缩写为 L。它是一种纯电感性的电器，由于它的电感被电力系统使用。这种电 器叫电抗器。串联于回路

10、中的电抗器用来限制系统故障时的电流或对并联线路进行负载分配。并联 于回路中的电抗器用来补偿系统的无功功率，以限制过电压。10电阻器一一缩写为 R。它是一种纯电阻性的电器，由于它的电阻被电力系统使用。这种电 器叫电阻器。它与熔断器配合使用，用来限制短路电流。图12表示一发电厂向用户输电用的变电所原理接线图。变电所的母线M 可以由发电机 G 供电，也可以在发电机停止工作时由电力系统供电。从此图可以粗略地看到高压电器在电力系统中所 处的地位和作用。断路器CB1, CB2和CB4分别用来在正常工作时将发电机G、变压器TR1和TR2接到母线M上或从 M 上断开。同时 CB1 用来当母线 M 以及接到其上

11、的设备发生故障时开断电路，以免发电机 G遭到损坏。CB2用来当输电线1或变压器TR1本身发生故障时开断电路；CB4用来当输电线2或变压器 TR2 本身发生故障时开断电路，以免它们遭到损坏； CB3 用来在正常工作时，关合和开断变 压器 TR1 右侧电路以及当变压器 TR1 本身发生故障时，使之和输电线 1 断开。隔离开关DS1用来当检修发电机 G和断路器CB1时使之与母线 M隔离，或者当检修母线 M时， 使之与发电机 G 隔离。 DS2 和 DS3 用来当检修断路器 CB2， CB3 或变压器 TR1 时，使之与母线 M 及电力系统隔离。 DS4 用来当检修断路器 CB1 或变压器 TR2 时

12、，使之与母线 M 隔离。 DS4 和 DS5 分别用来当检修电压互感器 TV 或避雷器 LA 时使之与母线 M 隔离。负荷开关LS和熔断器F配合起来，用以代替断路器完成对变压器和输电线3的各种操作和保护。前者担任在正常工作时的关合和开断电路，后者担任在发生过载或短路时开断电路。电抗器用来限制当变压器或输电线 2 发生故障时产生的短路电流，以减轻断路器、变压器和输 电线 2 的工作条件。它在高压线路中不是必需的，只有当短路电流过大使有关的设备不能承受时才装设。避雷器用来限制由于雷电波沿输电线侵入时， 不使母线 M 上的电压过分升高， 以免接到母线 M 上的电气设备遭到损坏。电流互感器用来测量流过

13、发电视 G 出线端的电流，以供电给电流表进行计量；或供电给继电 器，使之当线路发生过载或短路时发出信号，由二次继保系统发出命令令断路器开断电路。电压互感器用来测量加在母线 M 上的电压， 以供电给电压表 V 进行计量； 或供电给继电器， 使 之当母线 M 上电压降低到规定值以下时发出报警信号，或令接到母线 M 上的所有断路器开断。2 电力系统对高压电器的主要要求 电力系统的运行状态和负载性质是多种多样的，作为用来实现切合、保护、控制、调节和 测量功能的高压电器设备，要保证电力系统的安全运行，对它的要求也是多方面的。另外，高压电 器所处场所的自然环境变化也会对断路器的工作性能产生影响。因此应该全

14、面考虑这些要求。归纳 起来，对高压电器的要求，大致可以分为下述几个方面。2.1 一般电气性能方面 高压电器长期在电网中使用时，就应能够耐受各种电压、电流的作用而不致损坏。1）电压方面 高压电器在规定的正常使用和性能条件下，能够连续运行的最高电压称为额定电压。根据 我国国家标准的规定，高压电器的额定电压分为3.6，7.2， 12， 40.5， 72. 5，126，252，363，550 kV 。 绝大部分高压电器工作时还应耐受高于额定电压的各种过电压作用，而不会导致绝缘的损 坏。标志这方面性能的参数有 l min 工频耐受电压、雷电冲击耐受电压和操作冲击耐受电压。具体 数值与高压电器的额定电压有

15、关。2）电流方面 高压电器的导电部分长期通过工作电流时，各部分的温度不得超过允许值，以保证高压电 器的工作可靠。关于高压电器各种情况下的允许温度在有关标准中都有规定。高压电器在通过短路 电流时，能承受短路电动力的作用且不应因电动力受到损坏，各部分温度也不应超过短时工作的允 许值，触头不应发生熔焊和损坏。标志这方面性能的参数是：额定电流，额定峰值耐受电流，额定短时耐受电流和额定短路 持续时间。2.2 可靠的保护功能方面 当线路发生短路故障时，电流互感器应能准确迅速地检测出来反馈给继电保护系统，由继 电保护系统向断路器发出分闸命令。断路器应能可靠地开断短路故障电流。当断路器关合已存在绝 缘故障的线

16、路时，触头间在快要接通时因高压预击穿而流过很大的短路电流。开关应有足够的关合 能力。以抗衡短路电动力的阻力，保证开关触头可靠地合到底。且不发生触头熔焊现象。电网短路故障大多数是雷击、鸟害等瞬时故障。因此，为了提高供电的可靠性并增加电力系统的稳定性，电网要求断路器具有重合闸功能。其操作循环为：“分一0.3s合分一180s合分”。即输电线路发生短路故障时，根据继电保护发出的信号，断路器开断短路故障；然后，经很短时间又再自动关合。若故障是瞬时的，断路器第一次分闸切除了故障，经0.3s后自动重合间成功，线路正常供电。如果线路故障持续时间较长，自动重合失败，断路器再次分闸，经I80s后进行人工强送电，对

17、于一些短时故障，强送可能成功。线路可恢复供电；若是永久性故障，强送失败，断路器第 三次分闸。断路器在这三次分闸中都应可靠地开断额定开断电流。2.3 环境方面 高压电器在周围环境各种条件作用下，都应能可靠工作，这些条件大致叙述如下：1）周围空气温度温度过低，会使高压电器内部可能使用的变压器油、润滑油、液压油的粘度增加，影响高 压开关的分合闸速度。温度过低还可能使某些密封材料的性能劣化，造成高压电器设备漏气、漏油。反之，温度过高可能造成导电部分过热等。2）海拔 海拔会对高压电器的外绝缘产生影响。海拔高的地区，大气压力低，空气稀薄，外绝缘强度 将降低。同时由于高海拔地区空气稀薄，散热差，电器各部分的

18、温升会随之升高。我国标准中规定， 高压电器的正常运行条件是海拔不超过1000rn。对安装于海拔1OOOrn以上的高压电器， 有关技术要求要与制造厂协商。3）湿度我国长江以南地区湿度很大，全年很长时间的湿度在90以上，甚至表面出现凝露。这样大的湿度，容易引起高压电器的金属件锈蚀，绝缘件受潮，油漆层脱落，甚至影响机构的可靠动作和出 现绝缘件表面的闪络事故。4）地震 我国幅源辽阔、处于太平洋和南亚两大地震区之间，是一个多地震国家。在选用高压和超高 压电器时，应根据设备安装点是否在地震区灵活选用。5）污秽 沿海地区和重工业集中地区，尤其是火电厂、炼油厂、水泥厂、化工厂和沿海的油田等地区， 空气中污秽严

19、重，经常发生高压电器外绝缘的污闪事故。特别是秋末冬初和冬末春初之际，以及天 气久晴之后，绝缘件上积秽较多，碰到毛毛雨天气就更为严重。6）风力过大的风力有可能使结构细长的高压电器变形甚至断裂， 断路器结构设计中应考虑这种风力载 荷。7）覆冰 标准中规定了三种不同等级的覆冰厚度， 它们对应的允许覆冰厚度分别为5mm ， 10mm， 20mm。考核较严的是隔离开关在覆冰情况下的破冰操作。2.4 其它方面1 ）允许合分次数 断路器应有一定的允许合分次数，以保证足够长的工作年限。根据标准，一般断路器允许的空 载合分次数（也称机械寿命）为2000 次；控制电容器组、电动机等经常启动的电力设备的断路器，其允

20、许的合分次数应当更多，如5000， 10000次，甚至更高。2）电寿命 一般来说，断路器应有尽可能多的开断额定短路开断电流的次数。对于保护、控制经常启动的电气设备的断路器更应有连续几千次以上开合负荷电流的能力。衡量断路器这方面性能可用允许的 开断额定短路开断电流的次数或是累计开断电流值（ kA ）表示。3）密封性能 对于六氟化硫和真空断路器，其密封性能应有所要求。例如六氟化硫断路器气体的年泄漏率应低于I %或0、5%。4）对周围环境的影响 有些断路器在动作时往往会出现排气、喷烟或喷高温气体等现象，这些现象都不应过分强烈， 以免影响周围设备的正常工作，更不应出现喷油、喷火的现象。对断路器的噪音水

21、平也应规定。另 外对额定电压 126kV 及以上的断路器还规定了无线电干扰电压不得超过 500V。3 高压电器的基本概念3.1 高压电器的绝缘3.1.1 常用的绝缘介质和材料 为了熄灭电弧以及使各个带有不同电位的导体之间和带电导体对地之间进行电的隔离，在高压 电器中采用了各种各样的绝缘介质、 材料和由这些绝缘材料制成的元件。 在这些绝缘介质和材料中， 有些只用作电的绝缘，有些则既可用作电的绝缘，又可用于灭弧。最常用的一些绝缘介质和材料如 表所示。高压电器常用的绝缘介质和材料表可用作灭弧和绝缘的材料仅可用作绝缘材料气体液体固体固体空气、 高度真空、SF6气体变压器油、蒸馏水钢纸板、 有机玻璃、石

22、英砂、 陶土瓷、纸、木材、玻璃丝、布、塑料、 树脂关于表中绝缘材料的性能可参看有关电工材料的书籍。由于瓷具有很多优点，如介质损耗小、击穿强度高、耐高温、被电弧烧灼后不会炭化、价 格便宜、容易加工成各种形状等，因而在高压电器中获得最广泛的应用。近几十年来，由于树脂工业的发展以及树脂在加工方面的优越性，在高压电器中，不少绝 缘元件皆改用树脂制造，从而使电器的体积大为缩小，重量大为减轻。绝缘分类在高压电器中，按内外来分：处于大气中的绝缘称为外绝缘；处于密封容器或其他介质中 的绝缘称为内绝缘。这两部分绝缘的破坏对电气设备所引起的后果是不相同的。外绝缘一一即以大气为绝缘介质的绝缘结构。譬如：载流导体与接

23、地外壳之间的绝缘联结支持 件（瓷套或环氧浇注绝缘子），开关灭弧室断口间暴露在大气中的绝缘件（瓷套或环氧玻璃布棒等）C内绝缘一一高压电器容器内部以油、压缩空气、SF6气体、真空等为绝缘介质的绝缘结构，带电部位对外壳间、触头断口间等部位。在高压电器中，按照工作情况，可以分为三类绝缘：相对地绝缘一一带电导体对地（对接地金属外壳或底座）的绝缘，简称相对地绝缘。 相间绝缘一一各相带电导体之间的绝缘，简称相间绝缘。断口间绝缘一一开关电器在开断位置时，同相触头之间的绝缘，简称断口间的绝缘。影响绝缘强度的主要因素外绝缘其电气强度由大气间隙的击穿强度或大气中沿固体表面的闪络强度所决定。影响外绝缘的主要因素是：间

24、隙长度，在3m以内击穿强度随间隙长度呈线性增长，3m以上随间隙增长，击穿电压的增加有饱和趋势；海拔增高时，空气密度下降，外绝缘强度下降；大气污染 将导致绝缘体沿面闪络电压下降；电场分布对外绝缘也有影响；带有尖棱的电极外表面会导致局部 电场增大使耐受电压能力下降和电晕放电增大，因此这类超高压产品常带有均压环。内绝缘其电气强度由内部绝缘介质中间隙的击穿强度或沿介质中固体绝缘表面闪络强度所决定，与大 气条件无关。在内部绝缘介质如油、SF6、压缩空气和真空，随间隙增大，电场不均匀性增大而使击穿电压的 增加呈饱和趋势。SF6及压缩空气压力的增长将使间隙击穿电压增大，但有饱和趋势。SF6电器最低运行环温和

25、SF6气压值受SF6气体液化压力与温度的限制，SF6液化将导致气态压力下降、其绝缘强度随之下降。真空电器中，真空度低于 102Pa时，其绝缘能力会明显下降。压缩空气中的湿度和尘埃对间隙 击穿也有一定的影响。SF6中导电微粒和水份较大量的侵入会导致击穿电压下降。油中水份、炭粒子和纤维含量的增 大以及温度的升高会使电器内绝缘能力下降。真空中金属蒸汽的增多，会使真空间隙击穿电压下降；在SF6和压缩空气中，电极表面粗糙和导电微粒的存在都会使间隙耐受电压下降，而在SF6介质中这种现象更为明显，但是在油中这种影响不太明显；在真空电器中，电极材料、表面粗糙度与清洁 度、导电微粒等对击穿电压有显著影响。3.2

26、电接触3.2.1 电接触的分类电器的导电回路总是由若干元件构成，其中，两个零件通过机械连接方式互相接触而实现导电 的现象称为电接触现象。电接触按工作方式，一般可分为三大类：1）固定接触：用紧固件如螺钉、螺纹、铆钉等压紧的电接触称为固定接触，固定接触在工作过 程中没有相对运动。2）可动接触（触头） ：在工作过程中可以分离的电接触称为可分接触，又称触头。开关电器触 头中，一个是静触头，一个是动触头。触头关合时，一般靠弹簧力压紧。3）滑动及滚动接触触头：在工作过程中，触头间可以互相滑动或滚动，但不能分离的电接触称 为滑动及滚动接触。开关电器的中间触头就是采用这种电接触。3.2.2 对电接触的主要要求

27、高压电器导电回路电接触的可靠性对产品的运行可靠性是十分重要的。特别是可分触头的工 作可靠性尤其重要的。如果触头的材料、结构或制造质量不好，触头在工作过程中就会发生严重损 坏或因电弧而熔焊，电器工作的可靠性就无法保证。对高压电器电接触在工作中的主要要求是：l 在长期工作中， 要求电接触在长期通过额定电流时， 温升不超过国标规定数值。 接触电阻要求 稳定。2 在短时通过短路电流时，要求电接触不发生熔焊或触头材料的喷溅等。3 在开关关合短路电流时，要求触头能关合短路电流，触头不发生熔焊或严重损坏。4 在开断电路时，要求触头在开断电路时电磨损尽可能小对于固定接触、滑动或滚动接触，它们的工作性质决定了只

28、有前两项要求。3.2.3 接触电阻 电接触的衡量标准就是接触电阻，接触电阻由收缩电阻及表面电阻组成。2.3.1 收缩电阻 在导电件的接触面因表面不平，电流通过的实际接触面积变小，电流线在 接触面附近发生剧烈收缩，使电流通道在这接触表面附近区域变小、电流流动阻力增大，这种电流 收缩现象呈现的电阻叫收缩电阻。2.3.2 表面电阻 在接触表面因金属氧化物、灰尘、污物、油膜的存在而呈现电阻增大的现 象叫表面电阻。3.2.4 影响接触电阻的因素影响接触电阻的因素如下：3.2.4.1 触头材料 银的电阻率小、硬度低、不易氧化。因此银是高压电器较好的触头材料。但因较贵而常采用接 触面镀银或镶银的办法来获得良

29、好而稳定的电接触。铜的导电性仅次于银，因较便宜而大量被采用。但铜易氧化，氧化铜电阻率较大，常用镀银或 糖锡来消除氧化铜的影响以减小接触电阻。铝的导电性能也较好 （但次于银铜） ，因轻而便宜被大量用作导电元件。 由于其化学性质十分活 泼，在大气中极易生成硬而厚、电阻较大的氧化膜，因此铝材一般只作固定接触元件用，在固定接 触面可涂导电膏防止氧接触。在某些可动接触的铝材表面，应镀银以防铝材表面氧化。铜钨合金具有优良的耐电弧烧损和抗熔焊性能，因而被用作开关的弧触头。因其接触电阻大而 不能被用作主导电触头。3.2.4.2 接触形式 电接触按接触形式分为：点接触、线接触及面接触。点、线、面三种接触形式对接

30、触电阻的影 响很复杂。点接触时，接触点少、收缩电阻大，但每个点的压强较大、表面电阻也可能较小；面接触时，接触点多，收缩电阻小，每个点的压强小，表面电阻也可能较大。线接触时，接触点介于点接触和面接触之间，表面电阻也可能介于两者之间。 因此，在接触压力较小时，面接触的接触电阻反而大，只是在用螺栓固定连接的部位（接触压 力大时），才用面接触。而可动接触或可动接触处多采用线接触或点接触。这两种接触形式在接触压力较大时其接触电阻较小。3.2.4.3 表面粗糙度精工研磨的接触表面，虽然接触点很多，但在接触压力不大时（ 0.IMPa 左右），其接触电阻反 而比一般机加工表面要大几倍，在接触压力较大时（ 6M

31、Pa 左右），其接触电阻与一般机加工表面差 不多。因此，高压电器的各种电接触的表面粗糙度一般都控制较高。3.2.4.4 接触压力必要的接触压力是保证电接触可靠的关键，尤其是在短路电流通过时，若接触压力不足，将导 致接触面熔焊。3.3 载流导体的发热3.3.1 发热高压电器设备在工作中电流通过导体会产生热损耗， 铁磁物质在交变电磁场作用下会有铁损耗， 绝缘材料在突变电磁场作用下会产生介质损耗，所有这些损耗构成了高压电器通电工作时的发热热 源，大部份热量散失到周围介质中、余下的使电器本身温度升高，最后达到平衡，温升不超过一个 定值。高压电器发热的主要问题在于，零部件的温度过高可能使材料的物理、化学

32、性能起变化，机械 性能和电气性能下降，最后导致高压电器的工作故障，甚至造成严重事故。3.3.2 最大允许发热温度为了保证高压电器在工作年限内可靠工作，必须限制各种材料的发热温度，使其不超过一定数 值，这个温度就是最高允许发热温度，简称最高允许温度。高压电器在额定电流作用下长期工作的允许温度及温升应符合国标 GB11022 的规定。譬如在SF6、油及空气中的开关触头允许温升（工作温度与环温之差），如果镀银为65C。GB11022还规定了短路电流通过电器时各部份的允许温度，譬如：与有机绝缘材料或油接触的铜导体为250C，不与这些材料接触的铜导体为 300 C、铝导体为200 C。3.4 电动力3.

33、4.1 电动力现象在磁场中的任一载流导体都要受到力的作用， 这是安培于 1820年发现的。 通电导体的周围有磁 场存在，而磁场对通电导体又有作用力。因此，两个或几个相互有电磁耦合的导体之间必有相互作 用的力，我们把载流导体之间的作用力称为“电动力” 。电气设备的导电部分总是由多个导体构成的，当导体中有电流流过时，各导体之间就有电动力 的作用。电动力的大小与导体间的相互位置以及通过它们的电流的大小有关。正常工作时，断路器 的长期工作电流不大，为几百至几千安，作用在导体上的电动力很小，对断路器的工作一般没有影 响，可以忽略不计。但是当电路发生短路时，短路电流很大，可达几十乃至上百千安，就会产生很

34、大的电动力。通常，当导体内电流超过万安以上时，就应当考虑电动力的问题。此时，电动力可能 达几百牛顿，甚至几千牛顿以上，这样大的电动力可能使断路器的一些结构零件变形或断裂，使原 未处于关合位置的触头被推开，产生电弧，导致触头熔焊；或者使断路器在关合过程中不能顺利关 合，以至造成断路器爆炸等。研究电动力的目的，一方面是要掌握产生电动力的规律性，以便在设计断路器产品时，正 确选择其结构和尺寸，使其机械强度能承受电动力的作用而不致损坏，使断路器不会因电动力的作 用而发生误动作，也就是要克服电动力的危害性；另一方面，还可广泛利用电动力改善、提高断路 器的性能。例如在断路器的灭弧结构中，利用电动力的作用来

35、提高灭弧能力，利用电动力的作用增 加短路时触头间的压力，利用电动力原理设计并制造出迅速推开的斥力式触头结构等。3.4.2 提高产品电动稳固性的措施为了避免短路电动力损坏产品结构，在设计上应注意：导体本身有足够的刚性；导体支持绝缘件有足够的机械强度； 固定联接的导电接触面有足够的面积、表面平整、合适的表面粗糙度及紧固力、足够的联结螺栓；导电软联接的截面足够； 短路电流大时，应采用插入式梅花触头、多点接触的表带式触头，触头的接触点数量与每个接 点的接触压力设计应保证在短路电流冲击下不产生触点熔焊现象；触头及固定接触面上的镀银层不应有气泡、起皮等附着不良的情况； 产品总体布置设计时，应选择正确的电流

36、回路与导体支撑方式，使电动力的分布与支撑件受力 合理。3.5 电弧及灭弧3.5.1 交流电弧l 电弧现象 当开关开断电路时，只要电流达到几百毫安，电源电压有几十伏，在开关的触头间就会出现电 弧。由于电弧是导电体，只有将电弧熄灭才能实现电路的开断。因此电弧现象，也即电弧燃烧和熄 灭过程是开关电器最重要的内容。电弧是一种气体放电现象，也是一种等离子体。等离子体是与固体、液体、气体并列的物质四 态。由温度为 10 K 左右的电子、带正电荷或带负电荷的气体离子、金属离子等组成。电弧在开关断开电路的过程中产生。电弧通常可以分为三个区域：阴极区、弧柱和阳极区（见 图 3）1 ll 阴极区： 触头断开时，由

37、于触头间高压电场的作用，在触头表面微观的突出部份 因场强很高，电子从触头表面拉出，在触头表面形成阴极区的电流，这种现象为阴极电子发射。阴 极发射出的电子经电场加速后碰撞电极间的气体分子使其游离成正离子及电子。电子奔向阳极，正 离子受阴极吸引而撞击阴极使阴极加热， 形成明亮的直径小于弧柱的阴极斑点， 高温的阴极斑点中， 又有大量的电子因激烈热运动而从触头表面脱出，形成阴极热电子发射。2 弧柱 除真空开关之外一般开关电弧的孤柱都很长。弧柱中的气体因电子的高速碰撞而释放 电子和正离子这称为电场游离；弧柱中温度很高，离子高速运动而且都具有较大的动能。相互 间不断碰撞可能使原子游离而产生大量自由电子这称

38、为热游离。弧柱在不断游离的同时，正离 子与负离子互相接近、吸引而复合成中性原子，弧往中高浓度的带电粒子还不断地因热运动而扩散 到孤柱周围粒子浓度较低的区域。扩散与复合是一种去游离。稳定燃烧的电弧，单位时间游离与去 游离是平衡的。从外观上看，电弧由温度（10000k）及亮度极高的弧柱及温度（4000k）及亮度较低的光圈组成。电弧直径da大致相当于电弧中间明亮的弧柱直径，电弧电流几乎全部从弧柱通过，四周的光 圈基本上不导电。对于开关长电弧，弧柱特性起主要作用。113 阳极区 长电弧中的阳极区很小。阳极不仅收集电子也产生金属蒸气、向孤柱提供带 电粒子。3.5.2 交流电弧的熄灭 熄弧机理：交流电弧在

39、燃烧期游离与去游离同时并在。在交流电流过零期间，电网输入孤隙的 能量逐渐减小至零。如游离作用渐弱；而处于开关灭弧室内的电弧，由于受到熄弧介质（压缩空气、 SF6 或变压器油及其分解气体）强烈的吹拂冷却，去游离作用逐步增强。从能量平衡观点分析；电 流过零期间， 只要去游离作用 （亦电弧能量的排出） 大于游离作用 （电弧能量的注入） 。电弧就熄灭。 电流过零后不再重燃；否则弧隙会重燃、电弧继续燃烧。第二节高压电器分类及型号编制1 高压电器分类 按照用途，高压电器可以分成下列几类：一、开关电器用来切合电路的电器。它包括：1 断路器（ CB） 用来在电路正常工作和发生故障（例如发生短路）时关合和开断电

40、路。2 隔离开关（ DS ） 主要用来将高压设备与电源隔离，以保证检修工作人员的安全。3 接地开关（ ES） 主要用来在检修时将高压设备与地接通，以保证检修工作人员的安全。4 熔断器（ F ）用来在电路发生过载或短路时依靠熔件的熔断开断电路。5 负荷开关（ LS ）用来在正常工作或规定的过载电流时关合和开断电路。二、保护用电器用来限制电路中电压或电流的电器，对电网起到保护作用。它包括：l电抗器（L）主要用来限制电路中的短路电流或工频过电压。某些型式的熔断器也有限制短路电流的作用。2 避雷器（LA）用来限制电路中出现的过电压。三、测量用电器一一用来变换电路中的电压和电流使之便于检测的电器。它包括

41、：1电流互感器（CT）用来变换电路中的电流，以便供电给测量仪表或继电器，并使之与 高电压隔离。2电压互感器（VT）用来变换电路的电压，以便供电给测量仪表或继电器，并使之与高 电压隔离。四、组合电器一一将上述某几种电器，可按一定的线路装配成一个整体的电器。它组成：1 气体绝缘金属封闭开关设备 （GIS）它将断路器、隔离开关、接地开关、母线、互感器、 避雷器等主要元件均装入密封的金属容器，内充以 SF6 绝缘气体做为绝缘及灭弧介质。2 敞开式高压复合电器 （AIS） 包括敞开式 SF6 断路器、互感器、隔离开关、接地开关等 组件经过有机的组合而成。3 六氟化硫复合电器（HGIS）它的基本元件是由气

42、体绝缘金属封闭开关设备（GIS）用断路器、隔离开关、接地开关、快速接地开关、电流互感器、充气套管组成，并与敞开式电压互感 器、避雷器、架空母线配合使用构成新型开关站。按照放置场所，高压电器又可以分为1户内式一一装在建筑物内，防风、雨、雪、灰尘、露、冰和浓霜等性能较差。2户外式一一适于装在露天，能承受风、雨、雪、灰尘、露、冰和浓霜等作用。 按照极数，高压电器又可以分为1三极式一一适用于三极交流电路。2. 单极式适用于单极交流电路。2 高压电器型号含义示例2.1 断路器型号 口/特征技术参数（额定电流等） 额定电压 设计序号 产品特征代号例如：户外SF6断路器、额定电压 126V、设计序号为25的

43、产品型号为LW25 一 126 户外少油断路器、户外空气断路器及户外 SF6 断路器的产品特征号分别为SW、 KW 及 LW。户内多油、户内少油、户内空气、户内SF6及户内真空断路器的产品特征号分别为DN、SN、KN 、 LN 及 ZN 。2.2 隔离开关型号分户外及户内产品两种，例如：GW10 550额定电压 500kV 设计序号 10 户外隔离开关GNI910额定电压 500kV设计序号 19户内隔离开关在户外隔离开关型号尾部有时带字母W （表示用于污秽地区的产品）或 D （带接地闸刀）。2.3 电流互感器型号西安高压开关厂电流互感器型号有两个系列：L 110（W）污秽地区用额定电压 11

44、0kV电流互感器L B 220额定电压 220kV支持式结构 电流互感器24 组合电器型号敞开式组合电器为 ZH1 363、ZH1 252 等。SF6全封闭组合电器为 ZF7 126等等。西开产品介绍一、概述西安高压开关厂是高压及超高压开关设备制造和开发基地， 是高压开关行业的大型骨干企业， 主要生产40.5550kV高压开关设备。西开厂研制生产SF6开关设备至今已有三十多年历史，是我国研制最早生产历史最长、生产量最大、投入运行产品最多的国内开关设备制造厂。自从一九八六年九月开始交货的第一套中日合作SF6气体绝缘开关设备产品（南京西华门变电站126kVGIS工程及陕西马营变电站 LW13-36

45、3断路器）至今，西开已先后为用户提供了近三百个 工程两千多个间隔的 GIS产品及五千多台 SF6断路器产品，随着国民经济的高速度发展带动着输变 电行业进入了良好的发展阶段，而SF6气体绝缘开关设备以其无法比拟的优势越来越广泛的被国内外用户所推崇，特别是随着SF6气体绝缘开关设备产品的核心技术已完全被我国掌握，加之西开厂SF6气体绝缘开关设备制造水平及管理水平的大幅度的提高，大大降低了SF6气体绝缘开关设备产品成本，使西开厂 SF6气体绝缘开关设备已成为高压及超高压输变电行业的首选产品。二、西开SF6气体绝缘开关设备发展过程建厂以来，西开厂气体绝缘金属封闭开关设备 （GIS） 经历以下四个阶段。

46、1、早期自行设计 , 开发生产阶段2、技术引进 , 消化吸收设计和制造技术阶段；3、提高产品的设计水平和制造能力，加快国产化进度阶段；4、发展高技术、高性能产品阶段。1、早期自行设计 , 开发生产阶段1967年，西安高压开关厂在国内率先开始自主研制开发SF6断路器及气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）产品。1971年6月研制成功我国第一套110kV气体绝缘金属封闭开关设备 （GIS）。1973 年10月我国第一个自行研制生产的110kVGIS产品在湖北丹江水电站投入运行。1980 年研制成功我国第一台 LW1-220 SF6断路器（GCB）, 1984 年研制成功 LW2-220/500 SF6

47、断 路器 （P-GCB）。2、技术引进 , 消化吸收设计和制造技术阶段西开与日本三菱电机株式会社技术合作生产SF6气体绝缘开关设备产品已经整整十五个年头了。在这十几年当中，西开的决策层清醒地看到，要发展企业、提高企业的经济效益。就必须在 掌握产品的核心技术、提高SF6气体绝缘开关设备国产化上下功夫，就必须加大科研开发力度并进行技术改造，扩大机加工和焊接能力，扩大装配面积。由于“七五”和“八五”技术改造的顺利完成，同时许多新产品研究结出硕果。大大提高了设计生产能力、降低了SF6 气体绝缘开关设备产品的成本，使西开的产品具有很强的国际竞争实力。1985 年西开厂与日本三菱电机株式会社开始合作进行

48、40.5-550kV SF6 产品生产 , 西开厂在 短期内掌握了 GIS/GCB产品的设计，制造装配、试验和管理技术并培养了一大批GIS/GCB设计和制造骨干，积累了一定的经验。此阶段的主要目标是消化吸收三菱SF6气体绝缘开关设备设计和制造技术。制定了详细的国产化计划，转化日本三菱公司技术标准，组织了技术攻关，在国内承接了 28个GIS/GCB工程，提供186台（套）GIS/GCB产品。3、提高产品的设计水平和制造能力，加快国产化进度阶段在此阶段中，西开厂的重点放在提高 GIS/GCB产品的设计水平和制造能力，努力加快国产化进度上。工厂投入 10949万元进行七五和八五技术改造， 新增建筑面

49、积 24892平方米；增添加工中心、 数控机床、自动焊机等先进设备536台（套）：建成国内最大的 GIS/GCB装配厂房，组建了两个大型专业化装配车间；从德国引进了两条先进的环氧浇注生产线和试验装置；建立了专业化SF6壳体加工生产线，树脂砂铸铝生产线，大型铝铜镀银等七条生产线及以加工中心、数控设备为主的机加工 车间。先后进行了 87项工艺技术攻关，其中重大项目 17 项。主要新产品成果如下：1. 1993 年 7 月，126-145kVGIS、550kVGIS、126kV 瓷柱式 SF6 断路器（P GCB）、252kV 瓷柱式 SF6断路器（P GCB、363kV罐式SF6断路器（T GCB

50、、550kV罐式SF6断路器（TGCB等6种GIS/GCB 国产化样机通过两部一委（国家科委）鉴定。2. 126-145kVGIS及126-145瓷柱式SF6断路器（P GCB于1994年在荷兰 KEMA试验站按145kV 电压等级通过强电流试验，取得试验合格证。3. GIS产品零部件开始返销三菱。4. 为用户提供近1800台（套）GIS/GCB产品。4、发展高技术、高性能产品阶段。在此阶段中， 西开厂重点放在以三峡工程为依托的大水电项目和发展高新技术、高性能产品提供满足市场要求的高水平产品上。主要新产品成果如下：1 . 1995年，在日本完成了 550kVGIS用断路器及550kV罐式SF6

51、断路器（TGCB 67kA的开断 试验。2 .1997年，252kVGIS、363kVGIS国产化样机通过了两部专家鉴定。3 . 1997年，新引进 3个品种规格的 40.5-145kVGCB（ 自能灭弧、 配弹簧操动机构 ）通过两部鉴定。4 . 126-145kVGIS、145kV瓷柱式SF6断路器（PGCB 及 300 kV瓷柱式SF6断路器（PGCB应用户要求于1997-1998年在意大利CESI试验站进行了开断试验、高压试验、机械试验，取得试验合格 证。5. 1998年7月，550kVGIS完成了国家检测中心历时一年的长期带电试验。1999年4季度完成了两部鉴定。6 . 1998年开始

52、126kVGIS全弹簧操动机构的试制和型式试验工作，于1999年4月27日完成两部鉴定。7 . 1999年4季度完成了 363kVTGCB/GIS（断路器单断口、两部鉴定，该产品 DS FES配用电动/弹簧机构，ES配用电动机构或手动机构，为发展800kV双断口 GCB作好技术准备。8 . LW25-252/T4000-40（ 自能灭弧、配弹簧操动机构 ） 通过样机试制，经各种型式试验考核，于 2001 年 2 月通过机械部、电力部两部鉴定。9.ZF7A-126 全弹簧操动机构于 2001 年 5月 19日在中国高压电器质量监督检验中心通过了 40Ka 的增容试验。10 .为提高GIS/GCB

53、中灭弧室和各种类型机构的制造水平和质量，1996年西开厂与日本三菱公司 合资兴建了西菱输变电设备制造公司。该公司为生产上述部件之专业化生产厂。按照协议该公司生 产之产品，一半输出日本三菱公司，其余一半为西开厂配套。三、西开 SF6 气体绝缘开关设备的特点1丰富的制造实绩、齐全的品种规格 1丰富的制造实绩、齐全的品种规格 西开厂生产的 SF6 气体绝缘开关设备包括有高压瓷柱式六氟化硫断路器、高压罐式六氟化硫 断路器、 高压六氟化硫电流互感器、 六氟化硫气体绝缘金属封闭开关设备及复合电器等 5 大类产品 .以下为部分典型产品照片：2、高可靠的电气性能和机械性能SF6 气体绝缘开关设备产品高可靠性是

54、用户选型的基础， SF6 气体绝缘开关设备内部的每一种 关键部件都必须完成全套的型式试验，如绝缘件的局部放电试验，工频试验、水压试验等；机构的 万次寿命试验；波纹管的万次寿命试验；壳体的水压破坏试验等等。只有通过试验的零件才能用于 产品之中。除了型式试验对产品结构和各种零件的考核外， 每一台出厂的 SF6 气体绝缘开关设备产品都必 须经过严格的检查、全部零部件的总装，并做全套的出厂试验。并且六氟化硫气体绝缘金属封闭开 关设备（GIS）也是在厂内全部零部件按现场状况在厂内进行总装，并做全套的出厂试验这与欧洲国 家的GIS产品只是组装部分件在厂内试验是不同的，在厂内总装可以克服各种可能出现的制造缺

55、陷，使产品中的不良隐患克服在出厂以前，同时在厂内的试验耐压水平比现场高（最低SF6气压下，100%工频耐受电压） ，因此可靠性更高。3、先进的产品结构西开不但有良好的制造、试验手段，同时，西开SF6气体绝缘开关设备产品的结构也是非常优秀的。ZF7A126GIS 系新型的气体绝缘金属封闭开关设备。其结构为三相共箱式。所有的 CBDSFESES 均配用了弹簧 / 电动操动机构，由一台机构操作，三相联动。由于无需压缩空气供给 系统，从而实现了操作机构的无油化、无气化。断路器采用了自能熄弧研究的最新成果气吹压力 与开断电流自适应熄弧原理。开断额定短路电流所需的能量大部分取自电弧本身，大幅度减少了对 操

56、作能量的需求，操作功约为同等开断容量压气式断路器的2025%。断路器配置了低操作功、无维护或少维护、高可靠性的弹簧操动机构。ZF9-252kVGIS 整体结构采用主母线三相共箱其余部分采用分相式结构 . 壳体材料采用铝筒 及铸铝壳体材料，可避免磁滞和涡流循环引起的发热且重量轻。隔离开关和接地开关可采用电动、 弹簧操作机构，并已通过型式试验为高电压等级 GIS 的操动机构向无油化、无气化迈进一大步，在 LW25-252 自能式瓷柱断路器（配弹簧机构操作）的基础上正在研制 252kVGIS 用自能式断路器（配 弹簧机构操作）届时将可在252kVGIS上全面实现全弹簧操作.达到无气化、无油化、高可靠

57、。ZF9-363 是在原 ZF8-363 的基础上， 开发设计出更先进更可靠的单断口六氟化硫断路器及为隔 离开关和接地开关设计开发了电动、弹簧操动机构 ,于 1999年 12 月 26日通过了国家机械工业局、 国家电力公司的样机鉴定。该产品和原 ZF8-363 相比，占地面积更为缩小该产品双母线典型间隔总 体积比原ZF8-363减少55.1 %。，便于维护检修。单断口断路器，单断口电压高、开断电流大、开 断次数多、绝缘水平高，已达到国际同类产品先进水平，填补了国内空白。隔离开关和接地开关配 电动和弹簧机构。LW25-126瓷柱式高压六氟化硫断路器是我国126kV级第一个通过型式试验并批量生产的自能式配弹簧机构的高压六氟化硫断路器。灭弧室采用自能式，变熄弧距，双喷结构。灭弧室的设计 是在电场计算、流场分析、电弧物理研究和机械特性理想配合的基础上，优化设计灭弧室结构，实 现了气吹压力与开断电流自适应这一可靠的自能熄弧方式。配C