高压断路器原理与选择课件

5—2高压断路器原理与选择高压断路器的主要功能：把线路或设备投入或退出；既是控制电器---正常运行投切，又是保护电器---切出故障部分。它具有完善的灭弧装置，是功能最完善的开关电器设备。开断能力是指断路器熄灭电弧的能力。一、电弧（一）电弧的产生是中性粒子变为自由电子和正离子的结果---游离的结果（1）强电场发射当动静触头刚分离开时，由于触头间隙很小，电场强度很强，(金属材料）表面的电子被电场力拉出进入触头间隙成为自由电子，这种游离方式称为强电场发射，也是在弧隙间最初产生的电子。+EER（2）热电子发射由于触头和弧隙的高温，使阴极表面不断发射出电子的现象。（3）碰撞游离热电子发射和高电场发射的电子，在电场强度的作用下，向阳极方向作加速运动，其动能增加，当电子的动能大于原子或分子的游离能，并发生碰撞时，使原子或分子形成自由电子和正离子，这种现象，称为碰撞游离。连续碰撞有的结果，使间隙存在大量自由的点子，在电场作用下，定向移动，形成电流，即为电弧。+E++++E++++++（大）（由大到小趋于零）

当电弧形成后，触头间隙由绝缘体转为导电的游离体，触头间隙的电场强度急剧下降，电子与中性粒子不可能再发生碰撞游离，那么应有：触头间隙的电子应越来越少，电弧应越来越小，最后自动熄灭；事实上：电弧不仅没有熄灭，反而越烧越旺，为什么？（4）热游离---使电弧得到了维持燃烧当电弧形成后，弧隙的电阻损耗，使弧隙的温度升高，中性粒子相互碰撞产生出自由电子和正离子的现象，称为热游离。去游离---电弧熄灭的过程弧隙带电质点数减少的过程，称为去游离。包括两种方式：（1）复合去游离正负电荷相互吸引，结合变成中性粒子的过程.（2）扩散去游离

带电质点从弧隙逸出弧隙的现象。游离和去游离是电弧燃烧中的两个过程，电弧是燃烧还是熄灭，取决于这两个过程竞争的结果。从熄弧角度，希望加强去游离,电弧熄灭，开断电路。如冷却电弧、吹弧等方法。1。弧隙介质强度恢复过程–—Ud(t)弧隙绝缘介质的绝缘能力从熄弧状态恢复到正常状态的过程，称为弧隙介质强度恢复过程。主要由灭弧装置的结构和灭弧介质的性质决定。高压断路器采用不同介质、冷却和吹弧方法，提高弧隙绝缘介质强度的恢复过程。为什么真空断路器、六氟化硫断路器是推荐使用的断路器？2。弧隙电压恢复过程——Ur(t)

弧隙电压从熄弧电压恢复到电源电压的过程----电源电压加到弧隙上的过程，称为弧隙电压恢复过程。与电路参数、负荷性质有关。电源电压加到弧隙上的过程，既可能是周期性震荡过程，也可能是非周期震荡过程。RLCrQFCRLrQU0恢复电压的恢复过程由部分组成：1）瞬态恢复电压—暂态分量电容、电感、充放电过程；因电容是分布参数，充放电频率极高、时间极短，此期间的电源电压可认为是常数。触头上电压恢复过程，相当直流电源突然合闸于R、L、C组成的串联回路在电容上的电压变化过程。见图5-102）工频恢复电压—稳态分量弧隙上的电压就是电源电压的过程。弧隙电压恢复过程见图5-7Urt图5-10图5-7*电源电压加到弧隙上经历暂态过程：因为电路里有电感和电容的存在及电容上的电压不能突变造成的。由电路知识：此过程既可能是周期性震荡过程，也可能是非周期震荡过程。从熄弧角度，希望恢复电压幅度低，恢复速度小，即是非周期性振荡过程。*触头上并联电阻的作用：电阻r的分流可减少电容瞬态恢复电压的幅值和速度。并将恢复电压从周期性震荡过程转为非周期震荡过程。提高断路器的开断能力。Ud(t)Ur(t)tU3。交流电弧的熄灭条件交流电弧过零后，如有：Ud(t)>Ur(t)交流电弧将永远熄灭。断路器开断电路。*提高弧隙绝缘介质恢复速度和幅度的方法：1）采用灭弧介质2）采用特殊金属材料做灭弧触头—铜钨或银钨合金等3）吹动电弧---增加扩散和复合去游离4）采用多断口熄弧—相当于拉长电弧，增大了介质强度的恢复过程5）拉长电弧并增大断路器触头的分离速度—相当于增加了扩散速度，提高了介质强度恢复过程。二、高压断路器选择.断路器种类与型式的选择1）种类选择的一般原则：6~35kV屋内：真空断路器35~500kV屋外：六氟化硫断路器2）型式选择的一般原则发电机回路：使用专用断路器---额定电压低，开断电流大；配电装置：6~35kV屋内---真空断路器；35~500kV屋外：六氟化硫断路器2.额定电压

UN≥UNS3.额定电流选择

KθIN≥Imax（物理含义）4.额定开断电流选择INbr≥Ikt式中

Ikt---动静触头分开时，流过的最大短路电流;

t---tbr开断计算时间。5.短路关合电流的选择iNcl≥ish(