第三章 开关电器开断时弧隙上电压的变化过程

1、第 三 章开关电器开断时弧隙上电压的变化过程本章的知识点分布1、开断三相短路时首开极上的恢复电压2、线路系数3、开断近区故障时恢复电压4、入射波和反射波,行波理论5、开断失步故障时弧隙上的恢复电压6、开断异相接地故障时弧隙上的恢复电压第三章的重点与难点重点： 开断三相短路时首开极上的工频恢复电压 固有恢复电压波形和参数 行波理论难点： 开断近区故障和开断失步故障时弧隙上的恢复电压波形分析3.1 开断三相短路时首开极弧隙上的恢复电压开断三相短路时首开极弧隙上的恢复电压 13.2 开断近区故障时弧隙上的恢复电压开断近区故障时弧隙上的恢复电压23.3 行波理论行波理论33.4 开断失步故障时弧隙上恢

2、复电压开断失步故障时弧隙上恢复电压43.5 讨论与课后思考讨论与课后思考53 开关电器开断时弧隙上电压的变化过程开关电器开断时弧隙上电压的变化过程目 录3.1开断三相短路时首开极弧隙上的恢复电压关键词：三相短路、首开极、弧隙、恢复电压1、什么是瞬态恢复电压？ 交流电流过零后 弧隙上出项的电压叫做恢复电压包含两部分一个是瞬态恢复电压，一个是周期恢复电压。2、首开极弧隙上的恢复电压： 当开断三相短路电流时，以首开极弧隙上的工频恢复电压为最高，因而其恢复电压的瞬时值也相应最高,而且弧隙间承受恢复电压的条件也最为苛刻。本章所要研究的就是首开极弧隙间的恢复电压。工频电流过零后，弧隙上的恢复电压的幅值和上

3、升梯度都是和下面一个因素密切相关的。这就是 在工频电流过零时，工频电压的瞬时值Ug0而这里Ug0的计可以按照下面公式： Ug0=Ugmsin=其中Ugm为工频恢复电压的幅值 U为短路前工频电压相电压的有效值 为短路电流落后于开关电器安装地点电源电压的相位角，2sinqdxK K K U通常90，（电压等级越高，电路中的电抗比例就越大，当完全是电感支路时，我们就可以认定电压超前与电流90） Kx为线路系数Kq为发电机的横轴电抗系数Kd为发电机的电枢反应系数说明：对于远离发电厂的输配电系统中的开关电器，我们可以近似认定Kq和Kd都等于1那么在这种情况下，就可以将等式3-1化简为Ug0=1.414K

4、xUsin关于线路系数的几点说明Kz：线路系数 中性点不接地系统:kz=1.5、0.866、0.866 中性点接地系统： kz=1.3、1.25、1分别对应这三相、两相和单相电力系统的中性点接地方式： 主要分为两类：中性点接地和中性点不接地两类而中性点不接地又可以具体分为不接地和经过消弧线圈接地两种。 根据电压等级，处于3-35kv之间的高压电力系统，大都是不接地的。而对于110kv及其以上的高压电力系统，为了降低绝缘投资，都是采用中性点直接接地的。下面就针对这两种不同的中性点接地情况，我们讨论一下三相短路故障时，首开极工频恢复电压中线路系数的计算，其等效电路如图3.1所示： 当电流iA过零时

5、， iB与iC分别落后和超前iA 120，其弧隙中的电弧正在燃烧可以认为弧隙仍然处于闭合状态。于是此时由三相短路变成两相短路。其相应三相的向量图如图3.1所示。此时 A相弧隙左边的电位相当于电源电压的A点，而弧隙的右边则为m点，m处于BC的中点，这时我们可以求出A相弧隙之间的电压为1.5倍的U，即其相应的线路系数为1.5。此后 系统由三相短路简化为两相短路，电流iB与iC大小相等方向相反。不妨设iB=- iC。而此时两个弧隙之间的电压为线电压UBC为1.732倍的相电压。因此每一相上的线路系数为kX=0.866.正序、负序、零序正序电压、负序电压、零序电压 不对称故障一定伴随着负序（电流），接

6、地故障往往带有零序（电流）任何不对称的分量或者向量都可以分解成为3组大小相等旋转方向不同的零序、正序和负序三组向量。 三、固有恢复电压三、固有恢复电压 1、开断单频电路时弧隙上的固有恢复电压 单频：近发电机点发生短路 固有：理想弧隙 、单频电路：一组RLC，二阶方程（对照图3.3、3.7） 适用于近发电机点发生短路 多频电路：n组RLC，高阶方程，多数情况下适合 、不同情况下Uhf的波形 令 ，当 时,振荡(典型二阶响应) 时,单调上升0.5ljRL CljRRljRR、单频振荡的Uhf，二参数法参见图3.5 二参数:恢复电压峰值UC 、峰值时间t3 时延td:为了描述曲线起始上升部分的凹度(

7、由于电源侧局部电容影响产生)2、多频电路 四参数法参见图3.11 四参数：第一波幅值U1、第一波幅时间t1、峰值Uc、峰值时间t2四、断路器应能开断的电路固有恢复电压四、断路器应能开断的电路固有恢复电压 表3.13.4 例：发电厂附近情况，IdeIdm ， 小 Idm熄弧所在半波预期短路电流周期分量的有效值 Ide开始短路时预期短路电流周期分量的有效值 dmddeIKI= 预期电流定义： 例：要求某开关开断5kA，如何确定电流？ 答：以电阻R0的导线将三相短接，调节入线端使得I=5kA，当调节好后，断入开关，则认为开关即为开断5kA，此电流即为预期电流，而非实际电流（因为实际开关接入后可能存在

8、电阻） 验证开关特性：将开关放于线路中试验 提供的额定开断电流 考察开关，除了要求能开断一定电流以外，还要求能承受一定恢复电压,由 提供，根据表3.1及表3.2。3.23.2开断近区故障时弧隙上的恢复电压开断近区故障时弧隙上的恢复电压1、近区故障：指在距断路器出线端较短距离的架空线上发生短路2、熄弧前： 式中， ，此时C0被充电到UAm3、熄弧后：、电源侧：单频振荡电路 振荡频率 1012 ()mAmBmdllULlUUI ZLLlww=+1lZL lA0u()cos2mmAmUUUf tp=-00012fL Cp=、架空线侧uB：、 波形参见图3.16、3.17 电弧熄灭抑或重燃条件：Uhf

9、 与 Ujf 长度 （故障点距离断路器出线端的距离）会同时影响：第一峰值大小 、起始上升速度4、标准规定，仅对额定电压110kV及以上，额定开断电流在12.5kA及以上的断路器进行开断近区故障的试验hfABuuu=-1111444vfL Ct=交流电弧熄灭的条件在交流电弧电流过零时，电弧自然熄灭。此时，弧隙中同时存在着两个恢复过程：介质强度恢复过程和电源电压恢复过程。如果电源恢复电压高于介质恢复电压，介质就被击穿，弧隙中的电弧就会重燃;相反，如果电源恢复电压低于介质恢复电压，弧隙中的电弧就不会重燃。短路点距离断路器出线端的长度不同对（1）第一峰值电压峰值（2）其实峰值上升速度的影响 （L1 L

10、2 L3）3.3行波理论 本部分以补充材料的形式给出，请参考补充材料，及课本29页图3.143.4 3.4 开断失步故障时的恢复电压开断失步故障时的恢复电压1、两发电机并列运行条件：幅值相位相序 当同步装置检测到三者一致时，QD1才能合闸 若发电机失步运行时,必须解列，QD1开断失步故障2、最严重的情况：电源反相180 失步电流 ，其中 工频恢复电压Ug0，接地系统Ug0=2U 不接地系统Ug0=3U122sekUIIZZ=+12max(,)ekU UIZZ=3、规定的试验参数：参见P33 临界电流：当故障电流很小时，开断也存在问题 断路器分为： 自能随着故障电流，灭弧能力，若电流过小时，可能无法灭弧，临界值故障电流过大，可能能量不足，无法开断外能故障电流过小，可能在电流未过0时，强行过零，引起过电