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第一章 開關(guān)裝置基礎(chǔ)P19早在1799年，Alessandro Volta發(fā)明了第一個在閉合回路里可以提供連續(xù)電流的電源，這個電源可以根據(jù)需要改變電流。因此打開或閉合電路時，電流隨之導(dǎo)通或斷開。這種用來控制電流開斷的電氣裝置被稱作開關(guān)器件。所有具有改變電流流向能力，可以開啟和關(guān)閉電氣設(shè)備，閉合或開斷電路，導(dǎo)通或斷開電流的所有電器設(shè)備都被定義為開關(guān)器件，開斷電路最簡單的方法是使一組觸點在空氣中打開。觸點斷開時會產(chǎn)生電弧。在觸頭間電壓較低時，電弧電壓也較低，金屬觸點間的電弧會在空氣中自動熄滅。當(dāng)觸頭間電壓較高時，必須通過拉伸電弧以增大電弧電壓，直至電弧不能由觸頭間的電壓維持穩(wěn)定的燃燒。電路在早期的時候用這種方法進(jìn)行開斷的；然而，隨著電力系統(tǒng)電壓等級的不斷提高這種方法很快就已經(jīng)不能適用。在很多種不同類型的開關(guān)器件中，一種可以在高電壓等級電力系統(tǒng)中控制電流流向的開關(guān)器件引起更多的關(guān)注。在實際應(yīng)用中，更多的是使用復(fù)合開關(guān)。例如，在通信設(shè)備中，傳統(tǒng)的機械開關(guān)已經(jīng)被半導(dǎo)體開關(guān)取代，因為半導(dǎo)體材料更利于智能化和自動化。在目前的電力系統(tǒng)中，半導(dǎo)體技術(shù)還未達(dá)到大電流的開斷能力足以應(yīng)用在高壓開關(guān)設(shè)備中。因此傳統(tǒng)的機電工藝仍然不能被取代。P201.1 開關(guān)設(shè)備器件的目標(biāo)因為不同的情況和和條件下開斷電路的要求不同，開關(guān)設(shè)備電器的發(fā)展有以下幾個方向：無負(fù)載狀態(tài)下的開斷，如隔離開關(guān)，接地開關(guān)。正常工作狀態(tài)下的開斷，如開關(guān)，接觸器；;短路狀態(tài)下的開斷，如斷路器，高速接地開關(guān)，關(guān)合開關(guān)，熔斷器，限流器；過電壓狀態(tài)下的開斷，如火花間隙，避雷器。除了從目的進(jìn)行分類之外，還和可以通過開關(guān)設(shè)備器件的特性進(jìn)行分類。例如，根據(jù)額定電壓等級，開斷設(shè)備器件可以分為：低壓開關(guān)（LV:kV）和高壓開關(guān)(HV:kV)。隨著輸電系統(tǒng)電壓等級的提高增加又出現(xiàn)了超高壓開關(guān)（EHV:245kV800kV）和特高壓開關(guān)(UHV: kV)。也可以根據(jù)開斷端電流的類型分為：直流（DC）開關(guān)和交流(AC)開關(guān)。根據(jù)開關(guān)設(shè)備器件的使用地點可以分為:室內(nèi)開關(guān)和室外開關(guān)。根據(jù)開關(guān)器件設(shè)備的工作方式是開斷動作由電路控制或者人為操作，可以將開關(guān)分為自動開關(guān)設(shè)備器件和非自動開關(guān)設(shè)備器件。以滅弧介質(zhì)為分類比較常見常見的滅弧介質(zhì)可有以下幾種：空氣，油，壓縮空氣器，真空（金屬蒸氣蒸汽），SF6，和沙子（熔斷器）1.2 開關(guān)設(shè)備電器的定義開關(guān)設(shè)備器件是用來關(guān)合閉合和開斷一個或多個電路的裝置一個機械開關(guān)設(shè)備器件是一個通過觸頭分離來實現(xiàn)出頭結(jié)構(gòu)閉合關(guān)合和開斷一個或多個電路的開關(guān)裝置。半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備器件是通過控制半導(dǎo)體元件導(dǎo)通的電導(dǎo)率來導(dǎo)通閉合和關(guān)斷開斷電路中的電流的開關(guān)裝置。1.2.1隔離開關(guān)隔離開關(guān)是機械開關(guān)設(shè)備,根據(jù)需要它能在不同的情況下滿足不同的要求，關(guān)合導(dǎo)通時它能在兩回路之間提供很好的電氣連接，斷開時能夠保證有效的電氣隔離。P21絕緣間隔距離是開關(guān)設(shè)備的觸點斷開后觸點觸點間的介電強度的間隙值。設(shè)備的絕緣性能必須滿足保護(hù)人員和絕緣性能設(shè)備的特殊要求，隔離開關(guān)的開斷必須是可看得見的。隔離開關(guān)通常可以很明顯地將斷電的部分電路同導(dǎo)電回路斷開的看見斷開電路的斷點。它們的主要任務(wù)是提供保護(hù),增加工作人員在斷電區(qū)域開斷區(qū)域工作的安全性。在開路區(qū)域增加工作人員在該區(qū)域的工作安全。戶外隔離開關(guān)無論是在開斷還是閉合位置，占地面積小是非常重要至關(guān)重要的，無論是在開通還是斷開狀態(tài)，它所占用的空間都盡可能的小。一方面，隔離開關(guān)的功能防止在極端外界因素作用的下的自動作；如短路、地震或者大風(fēng)。通過適合的合適的接觸觸點系統(tǒng)和聯(lián)鎖機制的設(shè)計實現(xiàn)，以及以由于避免由于導(dǎo)體錯誤不正確的導(dǎo)體的錯誤連接導(dǎo)致在電動力動作作用下，觸點斷開。隔離開關(guān)一般不用于不常用于開斷短路電流的開斷。然而，可以開斷或關(guān)合電路當(dāng)在開斷空載電路時，電路中的空載電流忽略不計時可以忽略不計。，。同樣地，如果隔離開關(guān)的端電壓沒有大變化時，如線路上殘余游剩余電荷也可以忽略不計時。在正常工作狀態(tài)下，隔離開關(guān)也能夠承受并開斷額定電流。在異常條件下，比如短路，在特定一個周期內(nèi)，他們可以承受額定短路電流和峰值電流通?？蛰d電流值 0.5A時，可以忽略不計；包括套管內(nèi)的電流、母線電流、節(jié)點電流、短電纜和、電壓互感器等電容充電電流可以忽略不計；。當(dāng)隔離開關(guān)開斷這類電流時，由于觸點動作延遲接觸器動作延遲，會導(dǎo)致電弧發(fā)生重燃。，發(fā)生重燃，由于接觸，導(dǎo)致瞬變。為了減少這種情況發(fā)生，隔離開關(guān)的觸點系統(tǒng)接觸器需要配備輔助觸點，使觸頭間的距離達(dá)到有效的開斷距離以便有效的防止電弧重燃。另外，隔離開關(guān)可以用來切換當(dāng)前支路，如第二母線，在這種情況下，切換電流可高達(dá)正常額定負(fù)載電流,。因為開關(guān)觸頭間的電壓很小，也稱為環(huán)路開關(guān)。1.2.2接地開關(guān)接地開關(guān)是電路接地部分的機械式開關(guān)。接地開關(guān)能在一定時間內(nèi)承載非正常工作狀態(tài)下的短路電流和峰值電流，如短路狀態(tài)。但不要求它多次承載正常額定電路條件下的電流。接地開關(guān)和隔離開關(guān)經(jīng)常一起使用。在這種情況下，除了具有主觸點開關(guān)，一個隔離開關(guān)還配備用于接地的常開觸點。主觸點和接地開關(guān)通常是通過機械互鎖的方式進(jìn)行連接，當(dāng)接地開關(guān)不能斷開時，要求隔離開關(guān)斷開，當(dāng)主觸點不能關(guān)斷時，要求接地開關(guān)進(jìn)行關(guān)斷。1.2.3 快速接地開關(guān)快速接地開關(guān)是在短路條件下能夠快速關(guān)合導(dǎo)通或開斷關(guān)斷的接地開關(guān)。1.2.4開關(guān)開關(guān)是在正常工作情況下，能夠持續(xù)承載導(dǎo)通和開斷關(guān)斷額定電流的機械設(shè)備。這可能包括特殊的額定過載情況的工作狀態(tài)。；當(dāng)短路時，它們也能夠短時間內(nèi)承載一定額定短路電流和峰值電流。開關(guān)可以承載通過短路電流，但不能開斷短路電流，因此，電路中通常使用熔斷器切斷短路電流。開關(guān)設(shè)備中串聯(lián)的熔斷器熔絲被稱為開關(guān)-的熔斷器。熔斷器是開關(guān)可動觸點的一部分，它被稱為一個熔斷開關(guān)。隔離開關(guān)在其打開位置要時，滿足其規(guī)定的絕緣距離要求。1.2.5負(fù)荷關(guān)合開關(guān)負(fù)荷關(guān)合開關(guān)是能夠承載導(dǎo)通短路電流的機械式開關(guān)設(shè)備，主要應(yīng)用于大功率實驗室。1.2.6 接觸器接觸器是在負(fù)載情況下用于頻繁操作的電器設(shè)備，額定工作狀態(tài)下，具有非常強的機械耐久性能（在免維護(hù)沒有維修的情況下可以操作50000次以上）。P23接觸器能夠承載、連續(xù)動作，并且還能在開斷正常工作狀態(tài)和過載工作狀態(tài)下開斷的額定電流。在異常情況下，例如短路，接觸器可以在分配一定規(guī)定時間內(nèi)承載指定的額定短路電流和峰值電流。它他們沒有開斷短路電流的能力，所以他們通常配有熔斷器或斷路器。1.2.7 熔斷器熔斷器溶地區(qū)你是一種可以通過熔斷一個或多個內(nèi)部元件（設(shè)計這類元件的目的就是熔斷保護(hù)）而使電流所在支路斷開的安全裝置，當(dāng)如果電流在一段固定時間內(nèi)超過額定值，它可以起到開斷電路的作用。它是一種可以在電路中由于不恰當(dāng)操作引起過電流或短路情況時或出現(xiàn)過電流情況時起到保護(hù)電氣元件的安全裝置。1.2.8火花間隙火花間隙是由兩個分別連接在相線和地底線上的電極組成。由于縮短了相與地之間的距離，在出現(xiàn)過電壓時，火花間隙可以斷開電路被擊穿。當(dāng)火花間隙兩端的電壓達(dá)到足夠高時，電火花會貫穿整個氣隙并引起短路，當(dāng)發(fā)生這種情況時需要在最短的時間內(nèi)斷開電路。在一些特殊應(yīng)用中，具有高能量觸發(fā)特點的火花間隙在某些特定的電力系統(tǒng)應(yīng)用中也可以用來快速切斷高電壓和大電流，例如，合成回路試驗中的綜合測試電流中引入電壓源或電流源的導(dǎo)通以及變電所的保護(hù)。1.2.9避雷器避雷器的作用是用來保護(hù)電力系統(tǒng)中的重要電器設(shè)備和裝置（尤其是電力變壓器）免受雷電過電壓和操作過電壓。避雷器通常連接在電相線與地線之間，然而有時也并聯(lián)在開關(guān)電器或變壓器之間。金屬氧化物避雷器一種根據(jù)金屬氧化物電阻呈非線性特點而制成的避雷器，由于它的電壓和電流非線性的特點，這種避雷器通常被串聯(lián)或者并聯(lián)連接在電路中，當(dāng)出現(xiàn)過電壓時，金屬氧化物避雷器呈現(xiàn)低阻抗，用來限制避雷器兩端的電壓；工頻電壓下呈現(xiàn)出高阻抗的特性。P241.2.10故障電流限制器限流器限流器故障電流限制器是一種可以減小短路時電路中所有元件的機械應(yīng)力和熱效應(yīng)的裝置，這種裝置也可以通過斷路器切斷電壓以達(dá)到減小電流幅值作用。它只有在故障情況下才動作。故障電流限制器的作用就是當(dāng)故障電流超過額定值峰值或者短路耐受電流時仍然能夠使設(shè)備正常工作；如果故障電流超過額定斷路器的額定短路電流或者額定短路開斷電流時就會斷開電路。1.2.11啟動器啟動器是各種開關(guān)電器的組合，這意味著它可以啟動或者停止一臺電機，也可以切換電機的連接方式，通過改變參數(shù)把電機的某一個操作值（如電流或是轉(zhuǎn)矩等）限定在預(yù)定值以內(nèi)。這個組合具有適當(dāng)?shù)倪^載保護(hù)功能。1.2.12開關(guān)調(diào)節(jié)器開關(guān)調(diào)節(jié)器可以將某一個量(例如電壓，電流，速度，溫度等等)自動保持在一個固定的值，也可以按照某一個規(guī)律調(diào)節(jié)這個量。1.2.13繼電器繼電器是一種當(dāng)輸入量的變化達(dá)到規(guī)定值時在一個或多個輸出電路中產(chǎn)生突變或是預(yù)定的變化的電控器件，是當(dāng)輸入量的變化達(dá)到規(guī)定值時，在電氣輸出電路中使被控制量發(fā)生預(yù)定的階躍變化的一種電器。它可以用較小的電或機械力將低壓電路切換成高壓電路。繼電器的類型分為兩種：測量繼電器和輔助繼電器。測量繼電器是一種如果達(dá)到具有規(guī)定的精確準(zhǔn)確度的輸入特征性量值 (包括電壓,電流,功率,匝數(shù)，壓力,溫度,等等)達(dá)到動作值時就會動作的電氣設(shè)備。輔助繼電器不測量激勵量，而是當(dāng)激勵量出現(xiàn)或者發(fā)生明顯變化時做出相應(yīng)。P251.2.14斷路器 斷路器是一種可以在正常條件下，導(dǎo)通，持續(xù)承載承受和開斷額定電流的機械開關(guān)。它也可以導(dǎo)通或者在一段特定時間內(nèi)承受或開斷達(dá)到額定短路電流值的電流。斷路器和保護(hù)繼電器或的觸發(fā)單元聯(lián)合使用可以在電流超過預(yù)先設(shè)定值時控制斷路器的開斷，具有過電流保護(hù)功能。因此，總的來說，斷路器是一種可以對電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的多種任務(wù)和多需求進(jìn)行及時響應(yīng)的開關(guān)裝置。1.2.15隔離斷路器隔離斷路器是一種當(dāng)當(dāng)斷路器觸頭點處于在打開位置時，能夠滿足隔離開關(guān)需求的提供所需絕緣能力的電氣裝置。隔離斷路器應(yīng)該具有以下幾個特點：具有和隔離開關(guān)一樣起到絕緣作用的開斷獨立單元（或者幾個串聯(lián)的獨立單元）；具