高压断路器原理与选择

高压断路器原理与选择第一页，共十一页，编辑于2023年，星期六（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）第二页，共十一页，编辑于2023年，星期六

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。第三页，共十一页，编辑于2023年，星期六（二）交流电弧特性（1）电弧电压波形是马鞍形（2）交流电弧每半周过零一次交流电弧的熄灭，就是在其过零时，加强去游离，实现灭弧，开断电路。iuABA’B’A(A’)点燃弧电压B(B’)点熄弧电压为什么燃弧电压比熄弧电压高？（三）交流电弧的熄灭条件交流电弧过零时，电弧熄灭。此时，弧隙上存在两个过程：弧隙绝缘介质的绝缘能力恢复过程和电源电压加到弧隙上的过程。电弧是否熄灭，取决这两个过程的竞争结果。第四页，共十一页，编辑于2023年，星期六1。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。RLCrQF第五页，共十一页，编辑于2023年，星期六CRLrQU0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第六页，共十一页，编辑于2023年，星期六*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。第七页，共十一页，编辑于2023年，星期六*断路器开断单相短路能力比三相短路能力强：因三相短路时断路器弧隙上恢复电压的幅值（1.5Um)，比单相短路时恢复电压幅值高(Um)，不易开断。*减少弧隙恢复电压的恢复速度和幅度，提高开断能力的措施：1)断路器动静触头间并联一个小电阻---起分流作用。rQ1Q2rQ1Q2主辅触头接通或断开次序2）多端口断路器的端口上装并联一个大电容-----起均压作用110kV及以上的少油断路器或220kV及以上的六氟化硫断路器用之少油断路器的标准端口电压是55kV;六氟化硫断路器标准端口电压110kV.第八页，共十一页，编辑于2023年，星期六*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。第九页，共十一页，编辑于2023年，星期六二、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≥UNS第十页，共十一页，编辑于2023年，星期六3.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