第二章 开关电器和互感器的原理汇总

1、2022年4月15日星期五发电厂电气主系统发电厂电气主系统第二章第二章 开关电器和互感器的原理开关电器和互感器的原理一一开关电器开关电器二二电流互感器电流互感器三三电压互感器电压互感器2022年4月15日星期五第一节开关电器第一节开关电器 开关电器的作用：开关电器的作用：一开关电器的灭弧原理一开关电器的灭弧原理（一）电弧现象（一）电弧现象n电弧是一种气体游离放电现象，用开关电器开断电源电压大于电弧是一种气体游离放电现象，用开关电器开断电源电压大于1020V，电流大于，电流大于80100mA 的电路时，在开关的动静触的电路时，在开关的动静触头分离瞬间，触头间就会产生电弧。头分离瞬间，触头间就会产

2、生电弧。静触头弧柱动触头静触头弧柱动触头电弧的特点电弧的特点：能量集中、温度高、亮度强、良导体、燃弧电：能量集中、温度高、亮度强、良导体、燃弧电压低、质量轻。有利有弊，压低、质量轻。有利有弊，在开、合电流时需要灭弧。在开、合电流时需要灭弧。2022年4月15日星期五（二）电弧的产生与熄灭（二）电弧的产生与熄灭1.产生电弧的起因产生电弧的起因 强电场发射和热电子发射强电场发射和热电子发射是开关断开时产生电弧是开关断开时产生电弧的起始原因，而开关关合时产生电弧的起始原因的起始原因，而开关关合时产生电弧的起始原因是是强电场发射强电场发射。2 2. 碰撞游离碰撞游离产生电弧（介质击穿）产生电弧（介质击

3、穿）3 3. 电弧的维持与发展电弧的维持与发展 热游离热游离：介质在高温下电离。：介质在高温下电离。热游离热游离给弧隙提供给弧隙提供 大量的自由电子，电流继续流过，电流的燃烧得大量的自由电子，电流继续流过，电流的燃烧得 以维持。以维持。2022年4月15日星期五4. 电弧的熄灭电弧的熄灭复合去游离复合去游离：指正离子和负离子相互吸引而中和成为中性：指正离子和负离子相互吸引而中和成为中性质点的过程。质点的过程。扩散去游离扩散去游离：指自由电子和正离子逸出电弧而进入周围介：指自由电子和正离子逸出电弧而进入周围介质中，被周围介质冷却而复合的过程。质中，被周围介质冷却而复合的过程。2022年4月15日

4、星期五（三）交流电弧的特性（三）交流电弧的特性开断交流电路时，电弧电流随时间作周期性变化，开断交流电路时，电弧电流随时间作周期性变化，每半个周期过零一次每半个周期过零一次，此时电弧因失去能量而自，此时电弧因失去能量而自然熄灭。然熄灭。2022年4月15日星期五（四）交流电弧熄灭的条件（四）交流电弧熄灭的条件2022年4月15日星期五不同的绝缘介质具有不同的介质强度恢复过程：不同的绝缘介质具有不同的介质强度恢复过程：2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五 交流电弧熄灭的条件交流电弧熄灭的条件介质强度恢复过程介质强度恢复过程以耐受的

5、电压表示以耐受的电压表示弧隙电压恢复过程弧隙电压恢复过程用表示用表示交流电弧熄灭的条件应为交流电弧熄灭的条件应为或或介质强度恢复过程弧隙电压恢复过程介质强度恢复过程弧隙电压恢复过程) (tUd)()(tUtUrd)(tUr2022年4月15日星期五（五）断路器开断短路电流时的弧隙电压恢复过程（五）断路器开断短路电流时的弧隙电压恢复过程n断路器开断短路电流时的等效电路为一二阶系统，断路器开断短路电流时的等效电路为一二阶系统，其过渡过程可分为过阻尼、欠阻尼和临界阻尼。忽其过渡过程可分为过阻尼、欠阻尼和临界阻尼。忽略等效电阻略等效电阻R，其过程可由并联电阻，其过程可由并联电阻 r 决定决定2022年

6、4月15日星期五临界并联电阻值为临界并联电阻值为 当当 时，弧隙电压恢复过程为非周期性；时，弧隙电压恢复过程为非周期性； 当当 时，弧隙电压恢复过程为衰减周期性。时，弧隙电压恢复过程为衰减周期性。 当当 时，可以将弧隙恢复电压由周期性振荡特性恢时，可以将弧隙恢复电压由周期性振荡特性恢复电压转变为非周期性恢复电压，大大降低了恢复电压的上复电压转变为非周期性恢复电压，大大降低了恢复电压的上升升速度和幅值，改善了断路器的灭弧条件。速度和幅值，改善了断路器的灭弧条件。CLrcr21crrr crrr crrr 2022年4月15日星期五（六）熄灭交流电弧的基本方法（六）熄灭交流电弧的基本方法1.利用灭

7、弧介质利用灭弧介质2. 吹弧吹弧3. 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4.提高断路器触头的分离速度提高断路器触头的分离速度5.采用多断口灭弧采用多断口灭弧6.在断路器主触头两端加装低值并联电阻在断路器主触头两端加装低值并联电阻2022年4月15日星期五 横吹横吹 纵吹纵吹吹弧吹弧2022年4月15日星期五采用多断口灭弧采用多断口灭弧2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五二高压断路器二高压断路器（一）高压断路器的作用和类型（一）高压断路器的作用和类型n1. 高压断路器的作用高压断路器的作用 (1)在正常运行时接通或断开有负荷电流的电路；

8、 (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动切断短路电流，断开故障设备。n2. 高压断路器的分类高压断路器的分类油断路器油断路器六氟化硫断路器六氟化硫断路器真空断路器真空断路器压缩空气断路器压缩空气断路器 3. 高压断路器的特点高压断路器的特点有灭弧室，触头在内不可见，可远方手动或自动控制。有灭弧室，触头在内不可见，可远方手动或自动控制。2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五2022年

9、4月15日星期五2022年4月15日星期五（二）高压断路器的技术参数（二）高压断路器的技术参数 额定电压：额定电压：额定电流：额定电流：额定开断电流：额定开断电流：额定关合电流：额定关合电流：热稳定电流：热稳定电流：动稳定电流：动稳定电流：分闸时间：分闸时间：合闸时间：合闸时间：2022年4月15日星期五 三、隔离开关三、隔离开关1.隔离开关的用途隔离开关的用途n(1)隔离电源隔离电源n(2)倒闸操作倒闸操作n(3)分、合小电流电路分、合小电流电路2.隔离开关的形式隔离开关的形式 按装设地点可分为屋内式和屋外式；按绝缘支柱按装设地点可分为屋内式和屋外式；按绝缘支柱的数目可分为单柱式、双柱式和三

10、柱式；按极数的数目可分为单柱式、双柱式和三柱式；按极数屋内式可分为单极和三极式。屋内式可分为单极和三极式。3. 隔离开关的特点隔离开关的特点 触头在外可见，可形成明显的断开点，手动或电触头在外可见，可形成明显的断开点，手动或电动操作动操作2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五n电流互感器的作用电流互感器的作用1）将电气一次回路的大电流变为二次回路标准的小）将电气一次回路的大电流变为二次回路标准的小电流（电流（5A或或1A），供电给测量仪表和保护装置继），供电给测量仪表和保护装置

11、继电器的电流线圈，使测量仪表和继电器标准化、电器的电流线圈，使测量仪表和继电器标准化、小型化、结构轻巧、价格便宜和便于屋内安装。小型化、结构轻巧、价格便宜和便于屋内安装。2）使电气二次设备与一次高压部分隔离，并且互感）使电气二次设备与一次高压部分隔离，并且互感器的二次侧均接地，从而保证二次设备和人身安器的二次侧均接地，从而保证二次设备和人身安全。全。第二节第二节 电流互感器电流互感器2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五202

12、2年4月15日星期五2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五一电磁式电流互感器的工作原理一电磁式电流互感器的工作原理n电流互感器特点：电流互感器特点：1.的一次绕组串联于电气一次电路中，且匝数的一次绕组串联于电气一次电路中，且匝数很小，流过一次绕组的电流仅由被测电路的负荷很小，流过一次绕组的电流仅由被测电路的负荷电流决定，与二次绕组中的电流大小无关。电流决定，与二次绕组中的电流大小无关。2.的二次绕组匝数较多，二次负载的电流线圈

13、的二次绕组匝数较多，二次负载的电流线圈相互串联后接于二次绕组的两端。相互串联后接于二次绕组的两端。3.由于二次负载电流线圈的阻抗都非常小，所以正由于二次负载电流线圈的阻抗都非常小，所以正常情况下，二次侧接近于短路状态运行，常情况下，二次侧接近于短路状态运行，不不允许开路允许开路。2022年4月15日星期五二电流互感器的误差二电流互感器的误差1.电流互感器的误差分析电流互感器的误差分析电流误差、相位误差电流误差、相位误差2.电流互感器的运行参数对误差的影响电流互感器的运行参数对误差的影响结构参数对误差的影响结构参数对误差的影响运行参数对误差的影响运行参数对误差的影响电流互感器二次绕组开路电流互感

14、器二次绕组开路电流互感器的误差特性与误差的改善电流互感器的误差特性与误差的改善2022年4月15日星期五三电流互感器的准确级和额定容量三电流互感器的准确级和额定容量1.电流互感器的准确级电流互感器的准确级 电流互感器的准确级是指在规定的二次负荷范围电流互感器的准确级是指在规定的二次负荷范围内，一次电流为额定值时的最大电流误差百分数。内，一次电流为额定值时的最大电流误差百分数。根据用途的不同，可分为测量级和保护级。根据用途的不同，可分为测量级和保护级。2 电流互感器的额定容量电流互感器的额定容量电流互感器的额定容量是指在额定二次电流和额电流互感器的额定容量是指在额定二次电流和额定二次负荷阻抗下运

15、行时，二次绕组所输出的容定二次负荷阻抗下运行时，二次绕组所输出的容量。量。2222NNNZIS2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五第三节电压互感器第三节电压互感器2022年4月15日星期五n电压互感器的作用电压互感器的作用将电气一次回路的高电压变为二次回路标准的将电气一次回路的高电压变为二次回路标准的低电压（低电压（100V或或100/ V），供电给测量仪表），供电给测量仪表和保护装置继电器的电压线圈，使测量仪表和和保护装置继电器的电压线圈，使测量仪表和继电器标准化、小型化、结构轻巧、价格便宜继电器标准化、小型化、结构轻巧、价

16、格便宜和便于屋内安装。和便于屋内安装。 使电气二次设备与一次高压部分隔离，并且互使电气二次设备与一次高压部分隔离，并且互感器的二次侧均接地，从而保证二次设备和人感器的二次侧均接地，从而保证二次设备和人身安全。身安全。32022年4月15日星期五一电磁式电压互感器一电磁式电压互感器n电磁式电压互感器的特点：电磁式电压互感器的特点：电压互感器一次绕组匝数很多，与被测电路并联，电压互感器一次绕组匝数很多，与被测电路并联，类似于一台小容量的降压变压器，额定容量只有类似于一台小容量的降压变压器，额定容量只有几十伏安到数百伏安，但结构上有较高的安全系几十伏安到数百伏安，但结构上有较高的安全系数。数。二次侧

17、所接测量仪表和继电器的电压线圈阻抗很二次侧所接测量仪表和继电器的电压线圈阻抗很大，正常运行时接近于大，正常运行时接近于开路状态开路状态。n电压互感器的误差电压互感器的误差电压误差、相位误差电压误差、相位误差2022年4月15日星期五n电压互感器的额定容量电压互感器的额定容量 电压互感器的额定容量是指在规定的最高准电压互感器的额定容量是指在规定的最高准确下所对应的二次容量。确下所对应的二次容量。n电压互感器的结构电压互感器的结构u三相式结构三相式结构u单相式结构：普通式和串级式单相式结构：普通式和串级式2022年4月15日星期五n普通式双绕组结构普通式双绕组结构n普通式三绕组结构普通式三绕组结构

18、2022年4月15日星期五n串级式三绕组结构串级式三绕组结构1铁心2一次绕组3平衡绕组4连耦绕组5二次绕组6辅助二次绕组2022年4月15日星期五二电容式电压互感器二电容式电压互感器n工作原理：电容式电压互感器实质上是一个电容分工作原理：电容式电压互感器实质上是一个电容分压器，被测电压加到电容和上，根据电容串联分压压器，被测电压加到电容和上，根据电容串联分压原理（按电容量反比分压），得原理（按电容量反比分压），得式中，式中，k 分压比，且分压比，且 ； 上的电压，与一次电压上的电压，与一次电压 成正比例变成正比例变化。化。112112kUUCCCUC2C211/CCCk2CU1U2022年4月15日星期五2022年4月15日星期五n原理接线图注