电气设备运行与维护ppt课件(完整版)

1、内容提要：本项目阐述电力系统的组成，各类发电厂的工作原理，电力系统的电气一次设备、电气二次设备等基本概念及工作原理。 项目一 供配电系统概述1.电力工业的发展概况电力工业的发展经历了： 无有，小大，局部全国， 低压高压，小机组大机组100多年的时间里实现了飞速发展，跨越式发展，取得了巨大的辉煌的成就，极大地改善了、美化了、丰富了人们的生活，使我们的世界从黑暗变得光彩夺目，五彩缤纷、绚丽多姿！一、电力系统发展概况及其组成我国第一座火电厂12KW上海(1882年)第一座水电站2240KW-昆明滇池石龙坝(1912年)发展战略是：西电东送、南北互供、全国联网。 我国电网格局2020年，全社会用电量7

2、5110亿千瓦时，同比增长3.1%。2020年，全国6000千瓦及以上电厂发电设备累计平均利用小时为3758小时，同比减少70小时。2020年，全国电源新增装机容量19087万千瓦，其中水电1323万千瓦、风电7167万千瓦、太阳能发电4820万千瓦。（2019年4.5%）大机组大电网超高压高自动化我国电网格局中国电力跨越式发展，使得发电装机容量和发电量先后超过法国日本德国加拿大德国英国俄罗斯跃升世界第二！美国电力工业是基础工业，也是先行工业它是衡量一个国家经济发展水平的主要标志2.电力系统的结构和组成发电厂输电网110kV以上配电网110kV以下电力用户电力系统的组成动力系统=电力系统+动力

3、装置 电力系统=发电厂+变电所+输电线路+用户 电力网=升压变电所+输电线路+降压变电所电力系统的组成发电供电用电同时完成，电能不能储存！电力系统的生产特点： 对电力系统的要求： 完成电能的生产、输送和分配3.电力系统的运行特点安全可靠质量良好电量足够运行稳定经济有效 电力系统是一个有机的整体，其中任何一个主要设备运行情况的改变，都将影响整个电力系统的正常运行。 发电厂发出的交流电不能直接储存，决定了电能的生产、输送、分配和使用必须同时进行。 电力系统的运行状态是时时变化的动态，除了设备的计划停送电外，异常和事故对系统的冲击是随机的；正常情况下电力系统的负荷和机组出力的变化也是随机的。 3.电

4、力系统的运行特点 按供电范围和电压等级，电力网可分为三种类型: 地方电力网:电压不超过35kV 区域电力网:电压为110220kV 超高压输电网:电压为330kV及以上电力网输电网电力用户电力系统的基本概念凝汽式火电厂 这类火电厂利用燃煤（或石油、天然气）燃烧使汽轮机转动，带动发电机转子运转发电。仅向用户供出电能，通常建在能源附近。 生产过程：化学能热能机械能电能二、发电厂、变电所类型 热电厂 热电厂的发电过程与凝汽式火电厂相同。这类电厂不仅向用户供出电能，同时还向用户供蒸汽或热水，由于供热距离限定，热电厂大多建在城市和用户附近 利用水的流量和落差使水轮机转动 生产过程：水能机械能电能水 电

5、站三峡电站全貌 小浪底水电站小浪底水电站全貌水 电 站 内 景核 电 站利用原子能在反应堆的核裂变使汽轮机转动 生产过程：原子能机械能电能 生产过程： 风能机械能电能风力发电站中国最大风能发电基地新疆大阪城风能发电站 生产过程：潮汐能机械能电能潮汐发电站 以地热、风力、潮汐、太阳能等为一次能源的发电厂（站）容量较小，分布在离这些一次能源较近的区域，发电量占总发电量的极小一部分。/upload/zt/ktyjcg/index.html（中国电力企业联合会）地热能发电太阳能发电 为了经济、可靠、快速地把电能从发电厂输送至用户，必须经过变电所升高电压，因此，升压变电所一般安装在发电厂中，不另设变电所

6、。 由于高压危险，距离用户较近时须把传送的高压降低，降压变电所的作用就是在传递电能的同时降低电压。所以，变电所是电力供应的中间转运站，用来提高或降低电压，向用电单位输送和分配电能。 从规模上分，变电所有枢纽变电所、地区变电所、中间变电所和终端变电所。变电所类型变电所的类型枢纽变电所 枢纽变电所电压等级高，供电范围广，在系统中处于举足轻重的地位，全所停电后，将引起系统解列，造成大区域停电，甚至造成电力系统瓦解，使社会的运行处于瘫痪状态。枢纽变电所的一次电压通常为330kV和500kV，二次电压为220kV或110kV。中间变电所 中间变电所起系统功率交换的作用，或使长距离输电线路分段，一般汇集2

7、3个电源，同时有降压给当地用户供电，这样的变电所全所停电后，将引起区域网络的解列，造成大面积停电。地区变电所 地区变电所是以对地区用户供电为主的变电所，全所停电后，将使地区中断电源。地区变电所的一次电压通常为220kV和110kV，二次电压为35kV或10kV。终端变电所 终端变电所处于输电线路的终端，接近负荷点，高压侧一般为11035千伏，经降压后直接给用户供电。终端变电所全所停电后，将使用户中断电源。终端变电所的一次电压大多为110kV，二次电压为10kV或以下等。枢纽变电所和地区变电所有什么区别？你能回答吗？ 一次能源包括哪些？说一说电能属于一次能 源吗？问题与思考热电厂和凝汽式电厂有什

8、么不同？这类火力发电厂通常建在哪些地方？ 发电厂、变电所电气设备概述一、电气一次设备二、电气二次设备三、电气设备的主要额定参数 额定电压（kV） 额定电流（kA） 额定容量（kVA）电气一次设备 在发电厂和变电所中，为了满足用户对电力的需求和保证电力系统运行的安全稳定和经济性，安装有各种电气设备。通常把直接生产、输送、分配和使用电能的设备称为一次设备。它们包括 （1）生产和转换电能的设备。如发电机和变压器等。 （2）接通或断开电路的开关设备。 （3）载流导体。如母线、电缆等。 （4）互感器。互感器分为电压互感器和电流互感器。 （5）保护电器。如电抗器和避雷器等。 （6）接地装置。二次设备 在电

9、力系统中为了能对电气一次设备和系统的运行状况进行测量、控制、保护和监察而需要一些专门的设备，通常把这些设备称为电气二次设备。它们包括： （1）测量表计。如电压表、电流表、功率表、电能表、频率表等，用于测量一次电路中的电气参数。 （2）继电保护及自动装置。如各种继电器和自动装置等，用于监视一次系统的运行状况，迅速反应不正常情况并进行调节或作用于断路器跳闸，切除故障。 （3）直流设备。如直流发电机、蓄电池组、硅整流装置等，为保护、控制和事故照明等提供直流电源。电气设备的主要额定参数 额定电压 额定电压是国家根据经济发展的的需要，技术经济的合理性，制造能力和产品系列性等各种因素所规定的电气设备的标准

10、电压等级。我国规定的额定电压，按电压高低和使用范围分为三类。 第一类额定电压 第一类额定电压是100V及以下的电压等级，主要用于安全照明、蓄电池及开关设备的直流操作电压。直流为6、12、24、48V；交流单相为12V和36V，三相线电压为36V。 电气设备的主要额定参数 额定电压 第二类额定电压 第二类额定电压是1001000V之间的电压等级。这类额定电压应用最广、数量最多，如动力、照明、家用电器和控制设备等。 第三类额定电压 第三类额定电压是1000V及以上的高电压等级，见表1-1所示，主要用于电力系统中的发电机、变压器、输配电设备和用电设备。电气设备的主要额定参数 第三类额定电压（kV）用

11、电设备额定电压=电力网额定电压发电机额定电压变压器额定电压原边绕组副边绕组接电力网接发电机33.1533.153.15及3.366.366.36.3及6.61010.51010.510.5及11353538.5606066110110121220220242330330363500500550750750825表1-1电气设备的主要额定参数 第三类额定电压对表1-1进行分析，可以发现存在以下规律：（1）用电设备的额定电压与电网的额定电压是相等的。（2）发电机的额定电压比其所在电力网的电压高5%。（3）变压器一次线圈是接受电能，可看成是用电设备，其额定电压与用电设备的额定电压相等，而直接与发电机

12、相连接的升压变压器的一次侧电压应与发电机电压相配合。（4）变压器的二次线圈（副线圈）相当于一个供电电源，它的空载额定电压要比其所在电网的额定电压高10%。但在3、6、10kV电压时，由于这时相应的配电线路距离不长，二次线圈的额定电压仅高出电网电压5%。电气设备的主要额定参数 额定电流 电气设备的额定电流（铭牌中的规定值）是指在规定的周围环境温度和绝缘材料允许温度下允许通过的最大电流值。当设备周围的环境温度不超过介质的规定温度时，按照设备的额定电流工作，其各部分的发热温度不会超过规定值，电气设备有正常的使用寿命。 说明：周围环境温度一般指20。电气设备的主要额定参数 额定容量 发电机、变压器和电

13、动机额定容量的规定条件与额定电流相同。变压器的额定容量都是指视在功率（kVA）值，表明最大一线圈的容量；发电机的额定容量可以用视在功率（kVA）值表示，但一般是用有功功率（kW）值表示，这是因为拖动发电机的原动机（汽轮机、水轮机等）是用有功功率表示的；电动机的额定容量通常用有功功率（kW）值表示，因为它拖动的机械的额定容量一般用有功功率表示。电气一次设备及二次设备的作用及范围是什么？你能回答吗？ 说明火力发电厂的生产过程和变电所的作用。问题与思考 供电设备、用电设备和电力网的额定电压之间有什么关系？ 电力系统中性点的运行方式影响： 供电的可靠性、稳定性、经济性和安全性； 设备绝缘等级的确定、通

14、信的干扰、 继电保护装置的配置、电网造价等方面； 它是一个综合性的问题 。三、电力系统中性点的运行方式电力系统 = 三相电路NZAZBZCNBAC图2-1 负载星行连接的三相电路三相电路组成： 三相电源、三相输电线路、三相负载 负载星形连接的三相电路 负载三角形连接的三相电路电力系统的中性点： 指发电机和变压器三相绕组星行连接时的连接点 即发电机、变压器的中性点中性点运行方式：中性点不接地中性点经消弧线圈接地中性点直接接地 前两种称为小接地电流系统， 后一种称为大接地电流系统。（1）正常运行情况1.中性点不接地系统相对地电压与相电压的关系：线电压与相电压的关系：系统正常运行时相电压对称，线电压

15、对称，相对地电压也对称！三相对地电容电流：结论：三相对地电容电流对称 即流入大地的电流为零 相量图结论： 电源中性点与地同电位，各相的相电压等于各相的对地电压；各相对地电容电流的大小相等c0 xc，它们的相量和为零， 地中没有电容电流通过。（2）单相发生接地故障 结论： 中性点对地电压升为相电压值（-c）； 故障相对地电压为零，非故障相升为线电压值且相位改变;相电压和线电压仍不变，故可以继续运行2小时； 接地点的电流是正常每相对地电容电流的倍。 总接地电容电流的经验公式：电网的工作状态及处理 ： 接地电流产生的弧光接地 cA：瞬时性自然熄灭； c30A：稳定性烧毁设备多相短路； c10A：间歇

16、性串联谐振过电压,高达2.53.5x。 可以继续工作不超过2小时，但应采取必要措施。 用户承受的线电压正常；系统按线电压绝缘； 措施：通过监察装置发现、寻找、排除、转移负荷。 2.中性点经消弧线圈接地系统（1）消弧线圈的工作原理 正常运行（理想）情况 （2）单相接地故障 (如C相完全接地) 电压关系与不接地系统相同；L和d在接地处相互抵消而实现补偿。 结论：接地点的电流与消弧线圈的电流相位相反。 （3）适用范围 35kV及以下系统采用 （4）补偿方式 完全补偿 LC（不采用） 串联谐振过电压危及绝缘。 欠补偿 LC（较少采用） 切除线路或频率下降可能谐振。 过补偿 LC（常采用）中性点经消弧线

17、圈接地系统正产情况下的等值图3.中性点直接接地系统（2）单相接地故障 （3）特点 单相故障时形成单相短路，需装继电保护切断短路电流， 供电可靠性差，通过自动重合闸装置来纠正； 不产生过电压，设备绝缘水平低20，造价低。（1）正常运行情况（同前） 大接地系统小接地系统供电可靠性低高绝缘水平相电压线电压继电保护简单灵敏装设绝缘监视通讯干扰大小系统稳定差好中性点接地方式的比较 系统电压等级系统运行方式的选择380/220V 中性点直接接地 310KV Ic30A,中性点经消弧线圈接地2060KV Ic10A,中性点经消弧线圈接地110KV以上 中性点直接接地中性点运行方式的应用范围你能回答吗？ 电力

18、系统中性点接地方式有哪几种？采用中性点不接地系统有何优缺点？ 问题与思考中性点不接地系统若发生单相接地故障时，其故障相对地电压等于多少？此时接地点的电流是正常运行的单相对地电容电流的多少倍？ 谢谢聆听THANK YOU FOR YOUR ATTENTION电弧的形成与熄灭一. 电弧的基本知识 在大气中开断电路时，如果电路电压不低于1020伏，电流不小于80100mA，在触头分离后会产生一团白光。这团白光温度极高，而且能够导电，这就是电弧。电弧是开关电器在开断过程中不可避免的现象。图1 电弧的产生二. 电弧的特点 电弧是一种气体放电现象，在外力作用下会拉长、卷曲、形成十分复杂的形状。1、电弧的特

19、点：（1）电弧有阴极区、弧柱区（包括 弧柱、弧焰）、阳极区三部分组成。（2）电弧是一束质量很轻的游离态气体， 在外力作用下会迅速拉伸变形。（3）电弧能量高度集中，弧柱中心。（4）电弧有良好的导电性能、高的电导值。图2 电弧的组成和特点 三. 电弧的危害 （1）电弧的存在延长了开关电器开断故障电路的时间，加重了电力系统短路故障的危害。 （2）电弧产生的高温，将使触头表面熔化和蒸化，烧坏绝缘材料。对充油电气设备还可能引起着火、爆炸等危险 （3）电弧在电动力、热力作用下能移动，很容易造成飞弧短路和伤人，或引起事故的扩大。 根据以上分析，要保证开关电器正常工作就必须迅速可靠的熄灭电弧。图3 高压断路器

20、电弧引发的闪爆图4 配电柜瞬间电弧引发的闪爆图5 配电柜瞬间电弧引发的闪爆四. 电弧的形成弧柱中自由电子的主要来源（1）热电子发射 当开关电器的动、静触头分离时，触头间的接触压力及接触面积逐渐缩小，接触电阻增大，使接触部位剧烈发热，导致阴极表面温度急剧升高而发射电子，形成热电子发射。（2）强电场发射 开关电器分闸的瞬间，由于动、静触头的距离很小，触头间会形成很强的电场，阴极内部的电子在强电场作用下被拉出来，就形成强电场发射。四. 电弧的形成弧柱中自由电子的主要来源（3）碰撞游离 从阴极表面发射出的电子在电场力的作用下高速向阳极运动，在运动过程中不断地与中性质点（原子或分子）发生碰撞。当高速运动

21、的电子积聚足够大的动能时，就会从中性质点中打出一个或多个电子，使中性质点游离，这一过程称为碰撞游离。连续不断的碰撞游离，使气体中带电质点大量增加，在外电压作用下，气体被击穿，形成电弧放电。 （4）热游离 触头间电弧燃烧的间隙称为弧隙。弧隙温度很高。弧柱中气体分子在高温作用下产生剧烈热运动，动能很大的中性质点互相碰撞时，将被游离而形成电子和正离子，这种现象称为热游离。热游离形成的电子向阳极运动，正离子向阴极运动，撞击阴极，使阴极不断发射电子，因此电流就以电弧的形式在触头间持续流通。电弧的形成弧柱中自由电子的主要来源五. 电弧的形成 电弧产生总结：触头刚分离时突然解除接触压力，阴极表面立即出现高温

22、炙热点，产生热电子发射；同时，由于触头间间隙很小，使得电压强度很高，产生强电场发射。从阴极表面逸出的电子在强电场作用下，加速向阳极运动，发生碰撞游离，导致触头间隙中带电质点急剧增加，温度骤然升高，产生热游离并且成为游离的主要因素，此时，在外加电压作用下，间隙被击穿，形成电弧。六. 电弧的熄灭去游离形式 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过程，称为去游离。如果游离作用大于去游离，电弧燃烧加剧；如果两者持平，电弧稳定燃烧；如果去游离作用大于游离作用, 则熄灭。 1.复合 正离子和负离子相互吸引而中和成为中性质点的过程。因为自由电子的速度远大于正离子，它们

23、直接复合的很少，往往是自由电子先附着在中性质点上形成负离子，运动速度大大减慢，此时正离子和负离子更容易复合。 还有一种情况就是电子先被固体介质表面吸附后，再被正离子捕获成为中性质点。六. 电弧的熄灭去游离形式2.扩散 扩散是弧柱中的带电质点逸出电弧进入周围介质中，被周围介质冷却而复合的过程。温度扩散，由于电弧和周围介质间存在很大温差，使得电弧中的高温带电质点向温度低的周围介质中扩散，减少了电弧中的带电质点。浓度扩散，这是因为电弧和周围介质存在浓度差，带电质点就从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，使电弧中的带电质点减少；利用吹弧扩散，在断路器中采用高速气体吹弧，带走电弧中的大量带电质点，以加强扩散

24、作用。电弧的熄灭去游离形式六. 电弧的熄灭影响去游离的因素 (1) 电弧温度 电弧是由热游离维持的，降低电弧温度就可以减弱热游离，减少新的带电质点的产生。同时，也减小了带电质点的运动速度，加强了复合作用。 使温度降低的方法有：吹弧、拉长电弧、或与冷却介质表面接触。 (2)介质的特性 电弧燃烧时所在介质的特性在很大程度上决定了电弧中去游离的强度，包括：导热系数、热容量、热游离温度、介电强度等。这些参数越大，去游离作用越强，电弧越容易熄灭。 氢气 7.5 空气 六氟化硫 100 空气 电弧的熄灭影响去游离的因素 (3)气体介质的压力 气体介质的压力对电弧去游离的影响很大。因为气体的压力越大，电弧中

25、质点的浓度就越大，质点间的距离就越小，复合作用越强，电弧就越容易熄灭。比如在高度的真空中，由于发生碰撞的几率减小，抑制了碰撞游离，而扩散作用却很强。因此，真空是很好的灭弧介质。电弧的熄灭影响去游离的因素 (4)触头材料 触头材料也影响去游离的过程。当触头采用熔点高、导热能力强和热容量大的耐高温金属时，减少了热电子发射和电弧中的金属蒸汽，有利于电弧熄灭。电弧的熄灭影响去游离的因素交流电弧的熄灭一. 交流电弧的特点 因为交流回路和直流回路中产生的电弧在特性上有差异，所以熄灭这两种电弧的方法也并不完全相同，在直流电路中产生的电弧叫直流电弧，在开断交流回路中产生的电弧叫交流电弧。 1. 动态伏安特性在

26、 交流电路中，电流瞬时值随时间变化，每个周期有两次通过零点，因而电弧的温度、直径以及电弧电压也随时间变化，电弧的这种特性称为动态伏安特性 2.热惯性 交流电流变化很快，而弧柱的受热升温或散热降温都有过程，跟不上快速变化的电流，所以电弧温度的变化总滞后于电流的变化，这种现象称为电弧的热惯性。一 .交流电弧的特点图6 交流电弧的伏安特性及电压电流波形图 由图可见，电流由负值过零瞬间，电弧暂时熄灭，但触头两端仍有电源电压。在电流上升阶段，当电压升至A点时，电弧重燃，对应于A点的电压称为燃弧电压；从B点以后电流逐渐减少，电弧压降相应回升（BC段），到达C点时电弧再次熄灭，对应电压称为熄弧电压。一 .交

27、流电弧的特点图6 交流电弧的伏安特性及电压电流波形图二. 交流电弧的熄灭 交流电流过零后，电弧是否重燃取决于弧隙介质介电强度和弧隙电压的恢复。1. 弧隙介质介电强度的恢复 弧隙介质能够承受外加电压作用而不致使弧隙击穿的电压称为弧隙的介质强度。当电弧电流过零时电弧熄灭，而弧隙的介质强度要恢复到正常状态值还需一定的时间，此恢复过程称为弧隙介质强度的恢复过程，以耐受电压Ud(t)表示.二. 交流电弧的熄灭2.弧隙电压的恢复过程 电流过零前，弧隙电压呈马鞍形变化，电压值很低，电源电压的绝大部分降落在线路和负载阻抗上。电流过零时，弧隙电压等于熄弧电压，正处于马鞍形的后峰值处。电流过零后，弧隙电压从后峰值

28、逐渐增长，一直恢复到电源电压，这一过程中的弧隙电压称为恢复电压，其电压恢复过程以Ur(t)表示。 电流过零后，电弧能否熄灭取决于两个恢复过程作用的结果： 1）如果弧隙电压恢复过程上升速度较快，弧隙电压恢复过程大于弧隙介质的介电强度恢复过程，介质被击穿,电弧重燃。 2）如果弧隙介质的介电强度恢复过程始终大于弧隙电压恢复过程，则电弧熄灭。 二. 交流电弧的熄灭因此，交流电弧的熄灭条件为： Ud（t） Ur（t）Ud（t）弧隙介质的介电强度；Ur（t）弧隙恢复电压二 .交流电弧的熄灭图7 交流电弧的重燃与熄灭熄灭交流电弧的方法一、提高触头的分闸速度二、采用多断口三、吹弧 吹弧气流产生的方法 吹弧的方

29、向四、短弧原理灭弧五、利用固体介质的狭缝狭沟灭弧六、采用耐高温金属材料制作触头七、采用优质灭弧介质一. 提高触头的分闸速度 熄灭交流电弧的关键在于电弧电流过零后，弧隙的介质强度的恢复过程能否始终大于弧隙电压的恢复过程。为了加强冷却，抑制热游离，增强去游离，在开关电器中装设专用的灭弧装置或使用特殊的灭弧介质，以提高开关的灭弧能力。 迅速拉长电弧，有利于迅速减小弧柱中的电位梯度，增加电弧与周围介质的接触面积，加强冷却和扩散的作用。因此，现代高压开关中都采取了迅速拉长电弧的措施灭弧，如采用强力分闸弹簧，其分闸速度已达16m/s以上。 二. 采用多断口 每一相有两个或多个断口相串联。在熄弧时，多断口把

30、电弧分割成多个相串联的小电弧段。多断口使电弧的总长度加长，导致弧隙的电阻增加；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，使弧隙电阻加速增大，提高了介质强度的恢复速度，缩短了灭弧时间。 采用多断口时，加在每一断口上的电压成倍减少，降低了弧隙的恢复电压，亦有利于熄灭电弧。在要求将电弧拉到同样的长度时，采用多断口结构成倍减小了触头行程，也就减小了开关电器的尺寸。图8 不同断口数的触头示意图1-静触头；2-动触头；3-电弧；4-可动触头；5-导电横担；6-绝缘杆；7-连线 三. 吹弧 用新鲜而且低温的介质吹拂电弧时，可以将带电质点吹到弧隙以外，加强了扩散，由于电弧被拉长变细，使弧隙的

31、电导下降。吹弧还使电弧的温度下降，热游离减弱，复合加快。按吹弧气流的产生方法和吹弧方向的不同，吹弧可分为以下几种。图9 吹弧示意图（1）用油气吹弧 用油气作吹弧介质的断路器称为油断路器。在这种断路器中，有用专用材料制成的灭弧室，其中充满了绝缘油。当断路器触头分离产生电弧后，电弧的高温使一部分绝缘油迅速分解为氢气、乙炔、甲烷、乙烷、二氧化碳等气体，其中氢的灭弧能力是空气的7.5倍。这些油气体在灭弧室中积蓄能量，一旦打开吹口，即形成高压气流吹弧。（2）用压缩空气或六氟化硫气体吹弧 将20个左右大气压的压缩空气或5个大气压左右的六氟化硫气体（SF6）事先储存在专门的储气罐中，断路器分闸时产生电弧，随

32、后打开喷口，用具有一定压力的气体吹弧。（3）产气管吹弧 产气管由纤维、塑料等有机固体材料制成，电弧燃烧时与管的内壁紧密接触，在高温作用下，一部分管壁材料迅速分解为氢气、二氧化碳等，这些气体在管内受热膨胀，增高压力，向管的端部形成吹弧。 2. 按吹弧的方向分为：（1）纵吹 吹弧的介质（气流或油流）沿电弧方向的吹拂称为纵吹，纵吹能增强弧柱中的带电质点向外扩散，使新鲜介质更好地与炽热电弧接触，加强电弧的冷却，有利于迅速灭弧。（2）横吹 横吹时气流或油流的方向与触头运动方向是垂直的，或者说与电弧轴线方向垂直。横吹不但能加强冷却和增强扩散，还能将电弧迅速吹弯吹长。有介质灭弧栅的横吹灭弧室，栅片能更充分地

33、冷却和吸附电弧，加强去游离。在相同的工作条件下，横吹比纵吹效果要好。（3）纵横吹 横吹灭弧室在开断小电流时因室内压力太小，开断性能较差。为了改善开断小电流时的灭弧性能，可将纵吹和横吹结合起来。在大电流时主要靠横吹，小电流时主要靠纵吹，这就是纵横吹灭弧室。图11 纵横吹灭弧室示意图1-静触头；2-动触头；3-密闭燃弧室；4-变压器油；5-电弧；6-横吹口；7-空气囊 四. 短弧原理灭弧 灭弧装置是一个金属栅灭弧罩，利用将电弧分为多个串联的短弧的方法来灭弧。由于受到电磁力的作用，电弧从金属栅片的缺口处被引入金属栅片内，一束长弧就被多个金属片分割成多个串联的短弧。如果所有串联短弧阴极区的起始介质强度

34、或阴极区的电压降的总和永远大于触头间的外施电压，电弧就不再重燃而熄灭。图12 金属灭弧栅灭弧 五. 利用固体介质的狭缝狭沟灭弧 灭弧装置的灭弧片是由石棉水泥或陶土制成的。触头间产生电弧后，在磁吹装置产生的磁场作用下，将电弧吹入又灭弧片构成的狭缝中，把电弧迅速拉长的同时，使电弧与灭弧片内壁紧密接触，对电弧的表面进行冷却和吸附，产生强烈的去游离。图13所示为狭缝灭弧装置的工作原理图。 图13 狭缝灭弧装置的工作原理1-磁吹铁心；2-磁吹绕组；3-静触头；4-动触头； 5-灭弧片；6-灭弧罩；7-电弧移动 石英砂熔断器中的熔丝熔断时，在石英砂的狭沟中产生电弧。由于受到石英砂的冷却和表面吸附作用，使电

35、弧迅速熄灭。同时，熔丝气化时产生的金属蒸汽渗入石英砂中遇冷而迅速凝结，大大减少了弧隙中的金属蒸汽，使得电弧容易熄灭。原理图如14所示。图14 石英砂灭弧原理1-熔丝；2-铜帽；3-石英砂； 4-管体 六. 用耐高温金属材料作触头、优质灭弧介质 触头材料对电弧中的去游离也有一定影响，用熔点高、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和电弧中的金属蒸汽，从而减弱了游离过程，有利于熄灭电弧。 灭弧介质的特性，如导热系数、电强度、热游离温度、热容量等，对电弧的游离程度具有很大影响，这些参数值越大，去游离作用就越强。在高压开关中，广泛采用压缩空气、六氟化硫（SF6）气体、真空等作为灭弧

36、介质。电气触头的基本知识一、概述二、触头的接触电阻三、触头的动稳定和热稳定四、触头的分类和结构 按接触面的形式分类 按结构形式类 一. 电气触头基本知识概述1. 触头的概念 电气触头是指两个导体或几个导体之间相互接触的部分. 2. 对电气触头的基本要求 （1）结构可靠； （2）接触电阻小且稳定，有良好的导电性能和接触性能； （3）通过规定电流时，发热稳定且不超过允许值； （4）通过短路电流时，具有足够的动稳定性和热稳定性； （5）开断规定短路电流时，触头不被灼伤，不发生熔焊。 二. 触头的接触电阻 触头在正常工作和通过短路电流时的发热都与接触电阻值有关，所以触头的质量在很大程度上取决于触头的接

37、触电阻值。正常情况下，触头间的接触压力、表面加工状况、表面氧化程度及接触情况等都会影响接触电阻值。 1. 触头间的压力 触头间的压力越大，触头间的接触电阻就越小。 2.触头材料及防氧化措施 触头一般由铜、黄铜和青铜等材料制成。为防止触头表面被氧化，一般需要采取镀锡、镀银和涂防腐漆和凡士林油等措施加以防护。 三.触头的热稳定和动稳定 触头在长期负荷电流下工作时，由于接触电阻的存在，触头要发热，使其温度升高，同时也向周围介质散热，当发热量等于散热量时，触头就稳定在工作温度下运行。这个温度值小于触头材料长期允许的温度。因此，触头是安全的。由于负荷电流相对于短路电流要小得多，所产生的电动力不会影响触头

38、的正常工作。 当触头短时间内通过大电流时，如短路电流、电动机的起动电流等，所产生的热效应和电动力具有冲击特性，对触头能否正常工作造成很大威胁，可能使触头熔焊和短时过热、触头接触压力下降等后果。因此，开关电器必须采取有效措施，保证在通过短路电流时有足够的动稳定和热稳定。 四.触头的分类及其结构 1. 按接触面积的形式分类 （1）点接触 是指两个触头间的接触面为点接触的触头，如球面和平面接触、两个球面接触等都是点接触。这种接触点较固定、接触电阻稳定、触头结构简单；但接触面积小不宜通过较大电流、热稳定性差。 （2）线接触 是指两个触头的接触面为线接触的触头，如柱面与平面接触，或两个圆柱面间的接触等都

39、属于线接触 。这种接触电阻较小，接触面比较稳定。 （3）面接触 是指两个平面或两个曲面的接触。在受到较大压力时，接触点数和实际接触面积仍比较小 。 五.触头的分类及其结构 2. 按结构形式分类（1）固定触头 固定触头是指连接导体之间不能相对移动的触头。 还可分为可拆卸和不可拆卸两类。（2）可断触头 可断触头按其结构可分为对接式和插入式两大类。（3）可动触头 可动触头也叫中间触头，又称滑动触头，是指在工作 中被连接的导体总是保持接触，能由一个接触面沿着另一个接触面滑动的触头。 六.电弧与电气触头的基本知识思考题（1）电弧有什么特征？对电力系统和电气设备有哪些危害？（2）电弧的游离和去游离方式各有

40、哪些？影响去游离的因素 是什么？（3）交流电弧有什么特征？熄灭交流电弧的条件是什么？（4）什么是弧隙介质强度和弧隙恢复电压？（5）断路器开断短路电流时，弧隙电压的恢复过程有那几种 形式？各有什么特点？（6）开关电器中常采用的基本灭弧方法有哪些？各自的原理 何在？（7）什么是电气触头？电气触头有哪些形式？（8）什么是触头的接触电阻？影响接触电阻的因素有哪些？谢谢聆听THANK YOU FOR YOUR ATTENTION内容提要：本项目阐述电力系统的电气一次设备、电气二次设备等基本概念及工作原理。项目名称 开关电气设备 电气一次设备 在供配电系统中，直接担负生产、运输、分配和使用电能的任务的一次

41、设备包括有：电力变压器高压隔离开关高压负荷开关串联电抗器避雷器电流互感器高压熔断器电压互感器母线电力电缆接地装置高压断路器图1 各种类型的高压设备高压断路器是高压电器中最重要的设备，是一次电力系统中控制和保护电路的关键设备。它具有完善的灭弧装置和高速传动机构，能接通和断开各种情况下高压电路中的电流，用以完成主接线运行方式的改变和尽快切除故障电路。一. 高压断路器图2 高压断路器 1.高压断路器的用途 控制作用 根据电网运行的需要，将部分电气设备或线路投入或退出运行。 保护作用 在电力线路发生故障时，继电保护自动装置发出跳闸信号，起动断路器，将故障部分设备或线路从电网中迅速切除，确保电力系统的正

42、常运行。2.对高压断路器的基本要求工作可靠性 要求在正常和故障情况下准确无误地完成关合和开断电路的指令，不能拒动或误动。具有足够的开断能力 指能够安全切断最大短路电流的能力，这主要取决于灭弧性能，并保证具有足够的热稳定和动稳定。动作快速 当电路发生故障时，要能快速地切除故障电路。具有自动重合闸性能 在切除故障后经很短的时间又自动重合闸。结构简单、经济合理 结构简单、尺寸小、重量轻、价格合理。3.断路器的分类 按电压高低分类 高压断路器和低压断路器。按安装场所分类 户内式和户外式。按灭弧介质分类 油断路器、压缩空气断路器、六氟化硫断路器、真空断路器 图3 多油断路器 图4 少油断路器图5 户外真

43、空断路器图6 户内真空断路器图7 六氟化硫断路器 4.断路器的基本参数1额定电压（UN） 2最高工作电压 3. 额定电流（N） 4额定开断电流（N br）5额定断流容量（SNbr） 6关合电流（iNcl）7动稳定电流（ies） 8热稳定电流（it）9全开断（分闸）时间（tkd）10合闸时间 4.断路器的基本参数 1额定电压（UN） 额定电压是指断路器长时间运行时能承受的正常工作电压。它不仅决定了断路器的绝缘水平，而且在相当程度上决定了断路器的总体尺寸。 2最高工作电压 由于电网不同地点的电压可能高出额定电压10左右，故制造厂规定了断路器的最高工作电压。对于220kV及以下设备，其最高工作电压为

44、额定电压的1.15倍；对于330kV的设备，规定为1.1倍。 4.断路器的基本参数 3. 额定电流（N） 额定电流是指铭牌上标明的断路器可长期通过的工作电流。断路器长期通过额定电流时，各部分的发热温度不会超过允许值。额定电流也决定断路器触头及导电部分的截面。 4额定开断电流（Nbr） 额定开断电流是指断路器在额定电压下能正常开断的最大短路电流的有效值。它表征断路器的开断能力。开断电流与电压有关。当电压不等于额定电压时，断路器能可靠切断的最大短路电流有效值，称为该电压下的开断电流。当电压低于额定电压时，开断电流比额定开断电流有所增大。 4.断路器的基本参数 5额定断流容量（SNbr） 额定断流容

45、量也表征断路器的开断能力。在三相系统中，它和额定开断电流的关系为 式中 UN为断路器所在电网的额定电压，Nbr为断路器的额定开断电流。 6关合电流（iNcl） 保证断路器能关合短路而不致于发生触头熔焊或其它损伤，所允许接通的最大短路电流。 4.断路器的基本参数 7动稳定电流（ies） 动稳定电流是指断路器在合闸位置时，允许通过的短路电流最大峰值。它表明断路器在冲击短路电流下承受电动力的能力。 8热稳定电流（it） 热稳定电流是指在规定的某一段时间内，允许通过断路器的最大短路电流。热稳定电流表明了断路器承受短路电流热效应的能力。 4.断路器的基本参数 9全开断（分闸）时间（tkd） 全开断时间是

46、指断路器接到分闸命令瞬间起到各相电弧完全熄灭为止的时间间隔，它包括断路器固有分闸时间tgf和燃弧时间th，即 tkd = tgf+ th 断路器固有分闸时间是指断路器接到分闸命令瞬间到各相触头刚刚分离的时间；燃弧时间是指断路器触头分离瞬间到各相电弧完全熄灭的时间。 全开断时间tkd是表征断路器开断过程快慢的主要参数。tkd越小，越有利于减小短路电流对电气设备的危害、缩小故障范围、保持电力系统的稳定。如图3-1所示。 4.断路器的基本参数 10合闸时间 合闸时间是指从操动机构接到合闸命令瞬间起到断路器接通为止所需的时间。合闸时间决定于断路器的操动机构及中间传动机构。一般合闸时间大于分闸时间。5.

47、断路器的型号及意义 二.真空断路器 真空断路器利用真空度约为10-4Pa（在运行过程中不低于10-2Pa）的高真空作为内绝缘和灭弧介质。真空间隙的气体稀薄，分子的自由行程较大，发生碰撞游离的几率很小。所以，真空击穿产生电弧，是由触头蒸发出来的金属蒸气帮助形成的。 随着冶金等技术的不断进步，真空断路器的制造水平不断提高，在60年代制成能开断20kA的真空断路器，70年代制造出开断能力达6080kA，电压等级为1035kV的真空断路器，使真空断路器35kV及以下电压等级中处于优势地位。二.真空断路器 真空断路器是由真空灭弧室、绝缘支撑、传动机构、操动机构、机座（框架）等组成，如图3-6所示。导电回

48、路由导电夹、软连接、出线板通过灭弧室两端组成。 真空断路器的固定方式不受安装角度限制，即可以水平安装，又可以垂直安装，还可以任意角度安装。二.真空断路器 按真空灭弧室的布置方式可分为落地式和悬挂式两种基本形式，以及这两种方式相结合的综合式和接地箱式。 （1）落地式 是将真空灭弧室安装在上方，用绝缘子支持，操动机构设置在底座的下方，上下两部分由传动机构通过绝缘杆连接起来。落地式优点：传动效率高，分合闸操作时直上直下，传动环节少，摩擦阻力小；稳定性好，操作时振动小；便于操作人员观察和更换灭弧室；产品系列性强，而且容易实现户内外产品的相互交换。落地式缺点：总体高度较高，操动机构检修不方便。二.真空断

49、路器（）悬挂式真空断路器，是将真空灭弧室用绝缘子悬挂在底座框架前方，而操动机构设置在后方（即框架内部），前后两部分用（绝缘传动）杆连接起来。图3-7所示为ZN12-10型断路器外型图，它采用悬挂式结构，真空断路器装在一个手车上，主要由机架、真空灭弧室及传动系统 组成。悬挂式优点：宜用于手车式开关柜。由于操动机构与高电压隔离，便于检修。悬挂式缺点：总体深度尺寸大，用铁多，质量重；绝缘子承受弯曲力；操作时灭弧室振动大；传动效率不高。因此，悬挂式真空断路器一般只适用于中等电压以下的产品。 二.真空断路器特点：体积小、重量轻、噪声小、无可燃物、维护工作量小 真空灭弧室 真空断路器的关键元件 材料：玻璃

50、或陶瓷1-静导电杆；2-绝缘外壳；3-触头；4-波纹管；5-屏蔽罩；6-动导电杆；7-下端盖；8-上端盖二.真空断路器1-静导电杆；2-绝缘外壳；3-触头；4-波纹管；5-屏蔽罩；6-动导电杆；7-下端盖；8-上端盖 真空灭弧室的外壳是由绝缘筒、两端的金属盖板和波纹管所组成的密封容器。灭弧室内有一对触头，分别焊接在各自的导电杆上，波纹管可以在轴向上自由伸缩。二.真空断路器 （1）外壳。 外壳是真空灭弧室的密封容器，它不仅要容纳和支持灭弧室内的各种部件，而且当动、静触头在断开位置时起绝缘作用。因此，整个外壳通常由绝缘材料和金属组成。对外壳的要求首先是气密封要好；其次是要有一定的机械强度；再是有良

51、好的绝缘性能。 （2）波纹管。 波纹管既要保证灭弧室完全密封，又要在灭弧室外部操动时使触头作分合运动。常用的波纹管有液压成形和膜片焊接两种形式。所用材料以不锈钢为最好。波纹管的侧壁可在轴向上伸缩，其允许伸缩量决定了灭弧室所能获得的触头最大开距。一般情况下，波纹管的疲劳寿命也决定了灭弧室的机械寿命。二.真空断路器 （3）屏蔽罩。 触头周围的屏蔽罩主要是用来吸附燃弧时触头上蒸发的金属蒸气，防止绝缘外壳因金属蒸气的污染而引起绝缘强度降低和绝缘破坏，同时，也有利于熄弧后弧隙介质强度的迅速恢复。屏蔽罩还能起到使灭弧室内部电压均匀分布的作用。在波纹管外面用屏蔽罩，可使波纹管免遭金属蒸气的烧损。 屏蔽罩的导

52、热性能越好，其表面冷却电弧的能力也就越好。因此，制造屏蔽罩常用材料为无氧铜、不锈钢和玻璃，铜是最常用的。二.真空断路器 （4）触头。 触头是真空灭弧室内最为重要的元件，灭弧室的开断能力和电气寿命主要由触头状况来决定。目前真空灭弧室的触头系统，就接触方式而言，都是对接式的。根据触头开断时灭弧的基本原理的不同，可分为非磁吹触头和磁吹触头两大类。图8 ZN28-10系列真空断路器2.真空断路器的操作机构图9 CT19型弹簧操动机构储能过程示意图三.油断路器 原理：油断路器利用变压器油在电弧高温下分解出大量的氢气进行灭弧。油断路器的缺点：易爆炸 、 油泄漏 、 维修周期短 、污染环境在多油断路器中，油

53、不仅作为绝缘介质，而且还作为灭弧介质，因此用油量多，钢材消耗也多；少油断路器中，油只作为灭弧介质，因此用油量少、体积小、耗用钢材少。四.空气断路器 空气断路器以压缩空气作为灭弧介质。优点：具有灭弧能力强、动作迅速等优点。缺点：结构复杂、工艺要求高、有色金属消耗多。用途：空气断路器用在110KV及以上的电力系统中。图10 空气断路器五.SF6断路器 发展： SF6气体出现于1900年，到1940被用来做电气设备的绝缘介质，现广泛应用在高压开关、变压器、电缆等电气设备中，并雄踞高压开关的主导地位，被国内外公认。应用范围：101000kV等级的电力系统 优点：机构简单，操作能量小，机电磨损小等优点，

54、基本做到运行期内无维修。与真空和油开关相比在结构、安全性、耐过电压、使用寿命和价格方面都优越得多。3 .SF6气体的特点 SF6气体是一种无色、无味、无毒和不可燃且透明的惰性气体，是目前最优良的灭弧介质和绝缘介质。在均匀电场下，其绝缘性是空气的3倍，在4个大气压下，其绝缘性相当于变压器油。 SF6气体是电负性气体，其分子和原子具有很强的吸附自由电子的能力，可以大量吸附弧隙中的自由电子，生成负离子。负离子的运动比自由电子慢得多，很容易和正离子复合成中性的分子和原子，大大加快了电流过零时的弧隙介质强度的恢复。图11 支柱式SF6断路器的类型SF6断路器采用具有优良的灭弧性能和绝缘能力的SF6气体作

55、为灭弧介质。优点：具有开断能力强、动作快、体积小等优点。缺点：金属消耗多，价格较贵。SF6气体泄露与空气作用生成有毒的低氟化硫，危害人体健康。用途：110KV以上的高压系统。SF6断路器Y布置T布置I布置图12 SF6断路器的类型落地罐式落地罐式图13 SF6断路器的类型1.隔离开关是一种没有专门灭弧装置的开关设备，在分闸状态有明显可见的断口，在合闸状态能可靠通过正常工作电流和短路故障电流，但不能用其开断正常工作电流和短路故障电流。六.隔离开关图15 隔离开关2. 隔离开关的主要作用 在电力系统中，隔离开关的主要作用有：隔离电源。在检修电气设备时，为了安全，需要用隔离开关将停电检修的设备与带电

56、运行的设备隔离，形成明显可见的断口。隔离电源是隔离开关的主要用途。倒闸操作。在双母线接线倒换母线或接通旁路母线时，某些隔离开关可以在“等电位”的情况下进行分、合闸，配合断路器完成改变运行方式的倒闸操作。3.隔离开关的主要作用拉合电压互感器、避雷器电路。拉合母线和直接与母线相连设备的电容电流。拉合激磁电流小于2A的空载变压器拉合电容电流不超过5A的空载线路3.隔离开关的主要参数 隔离开关的技术参数包括下列内容: （1）额定电压 指隔离开关长期运行时所能承受的工作电压。 （2）最高工作电压 指隔离开关能承受的超过额定电压的最高电压。 （3）额定电流 指隔离开关可以长期通过的工作电流。 （4）热稳定

57、电流 指隔离开关在规定的时间内允许通过的最大电流。 （5）极限通过电流峰值 指隔离开关所能承受的最大瞬时冲击短路电流。4.隔离开关的操作原则QS应与QF配合使用满足“隔离开关先通后断”原则停电操作：先断断路器，再断负荷侧隔离开关，最后断电源侧隔离开关送电操作：先合电源侧隔离开关，再合负荷侧隔离开关，最后合断路器（1）按装设地点可分为：屋内式（GN型）和屋外式（GW型）；（2）按绝缘支柱的数目可分为：单柱式、双柱式和三柱式；（3）按极数可分为：单极、双极和三极式； （4）按动触头运动方式可分为：水平旋转式、垂直旋转式、 摆动式、插入式等；（5）按有无接地闸刀可分为：无、单侧有、两侧有三种；（6）

58、按操动机构分为：手动式、电动式、气动式和液压式等。5.隔离开关的分类6.隔离开关型号GN22系列GN19系列GN2系列GN10系列图16 户内隔离开关屋外式GW4系列GW7系列GW5系列GW8系列GW9系列户外式高压隔离开关外形图17 户外隔离开关图18隔离开关的分类三极式单极式单柱式双柱式三柱式 导电回路主要由闸刀（动触头）、静触头和接 线端等组成。静触头固定在支柱绝缘子上。动 触头是每相两条铜制闸刀片，合闸时用弹簧紧紧地夹在静触头两边形成线接触，以保证触头间的接触压力和压缩行程。对额定电流大的隔离开关普遍采用磁锁装置来加强动、静触头间通过短路电流时的接触压力。所谓磁锁装置，就是由装在两闸刀

59、外侧的两片钢片组成，当短路电流沿闸刀流向静触头时，闸刀外侧的两片钢片受磁力的作用互相吸引，增加了两闸刀对静触头的接触压力，从而保证触头对短路电流的稳定性。 7.隔离开关的操作机构作用：操作隔离开关，保证安全；安装防误闭锁装置种类：手动式、电动式、液压式电动机启动-齿轮和蜗杆-涡轮转动-传动杆、拐臂、拉杆-隔离开关触头转动合闸七.高压熔断器作用：切断短路和过载电流，保护电路的安全1.基本知识组成：金属熔体、触头、灭弧装置和绝缘底座。工作原理：当电路发生短路和过载时，熔件被加热而熔断，使电路断开，设备得到保护。 熔件材料: 铅锡合金、铅、 锌、 铜 、 银 200C 327C 420C 1080C

60、 960C作用和特点 优点：结构简单、体积小、布置紧凑、使用方便；动作直接，不需要继电保护和二次回路相配合；价格低。 缺点：每次熔断后须停电更换熔件才能再次使用，增加了停电时间；保护特性不稳定，可靠性低；保护选择性不易配合。熔断器按电压等级可分为高压熔断器和低压熔断器。高压熔断器的基本结构 熔断器主要由金属熔件（熔体）、支持熔件的触头、灭弧装置和绝缘底座等部分组成。其中决定其工作特性的主要是熔体和灭弧装置。 熔体是熔断器的主要部件。熔体应具备材料熔点低、导电性能好、不易氧化和易于加工等特点。一般选用铅、铅锡合金、锌、铜、银等金属材料。高压熔断器的基本结构 熔断器必须采取措施熄灭熔体熔断时产生的