發(fā)電廠及其電氣部分第十講

1、第第1010講講 導(dǎo)體和電氣設(shè)備的導(dǎo)體和電氣設(shè)備的 原理與選擇（原理與選擇（1 1） 內(nèi)容提要： u1 電氣設(shè)備選擇的一般條件 u2 高壓斷路器和隔離開關(guān)的原理與選擇 u3 互感器的原理與選擇 u4 限流電抗器的選擇 u5高壓熔斷器的選擇 u6 裸導(dǎo)體的選擇 u7 電纜、絕緣子和套管的選擇 10.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件 10.2 高壓斷路器和隔離開關(guān)的原理與選擇 電力系統(tǒng)中的各種電氣設(shè)備，它們的工作條件并不完 全一致，它們的具體選擇方法也不完全相同，但對它們的 基本要求卻是相同的。即： 電氣設(shè)備要能可靠地工作，必須按正常工作條件進(jìn)行 選擇，并且按短路情況進(jìn)行各種校驗（如熱穩(wěn)定校驗和動 穩(wěn)定

2、校驗）。 電氣設(shè)備： v 額定電壓UN：銘牌上標(biāo)出的線電壓； v 最高工作電壓Ualm：長期運(yùn)行所允許的最大電壓； 1、按正常工作條件選擇電氣設(shè)備 1）額定電壓： Ualm(110%115%)UN 電網(wǎng)： v 額定電壓USN v 最高運(yùn)行電壓USM USM 1.15USN 一般按照電氣設(shè)備的額定電壓UN不低于裝置地點電網(wǎng) 額定電壓USN的條件選擇即可： 選擇電氣設(shè)備時，應(yīng)使所選電氣設(shè)備最高工作電壓Ualm 不低于電氣設(shè)備裝置點的電網(wǎng)最高運(yùn)行電壓USM ，即。 1、按正常工作條件選擇電氣設(shè)備 Ualm Usm UN USN 1）額定電壓： v 額定電流IN：在額定環(huán)境溫度下，長時間內(nèi)電氣設(shè)備所

3、能允許通過的電流。 選擇電氣設(shè)備時，所選電氣設(shè)備額定電流IN不低于所工 作回路在各種可能運(yùn)行方式下的最大持續(xù)工作電流Imax。 注意：電氣設(shè)備工作的回路不同，其最大持續(xù)工作電流Imax不同。 1、按正常工作條件選擇電氣設(shè)備 IN Imax 2）額定電流： 回路名稱最大持續(xù)工作電流 發(fā)電機(jī) 變壓器 母聯(lián)斷路器 一般可取為等于該段母線上最大一臺發(fā) 電機(jī)或變壓器的Imax 母線分段電抗器 一般可取為等于該段母線上最大一臺發(fā) 電機(jī)額定電流的50%-80% 出線 1、按正常工作條件選擇電氣設(shè)備 2）額定電流： GN maxGN N 1.05 1.05 3 cos P II U TN maxTN N 1.

4、05 1.05 3 S II U L max N 3cos P I U A.海拔修正 電氣設(shè)備的最高工作電壓是按一定的海拔高度設(shè)計的。 如果電氣設(shè)備布置在規(guī)定的海拔高度以上，電氣設(shè)備的最 大工作電壓就要降低。 應(yīng)考慮電氣設(shè)備安裝地點的環(huán)境條件，如溫度、海拔 高度等。當(dāng)環(huán)境條件超過電氣設(shè)備的正常使用條件時，應(yīng) 采取相應(yīng)措施。 海拔高度每增加100m，最大工作電壓應(yīng)降低1。高于 1000米可選高原型產(chǎn)品或外絕緣高一級的產(chǎn)品 1、按正常工作條件選擇電氣設(shè)備 3）環(huán)境條件的影響 B.溫度修正 電器設(shè)備的額定環(huán)境溫度為040。如果周圍環(huán)境溫 度高于40，則設(shè)備額定電流要減小。如果周圍環(huán)境溫度 低于40，

5、則設(shè)備額定電流可增大（實際選擇時一般不修 正）。 K溫度修正系數(shù) 1、按正常工作條件選擇電氣設(shè)備 3）環(huán)境條件的影響 0 al NNN al IIK I 短路電流通過電氣設(shè)備時，電氣設(shè)備各部分溫度(或發(fā) 熱效應(yīng))應(yīng)不超過允許值。 短路熱穩(wěn)定的條件： 式中：Qk短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng) It 電氣設(shè)備允許通過的熱穩(wěn)定電流 t 電氣設(shè)備允許通過的熱穩(wěn)定電流的持續(xù)時間 2、按短路條件校驗電氣設(shè)備 1）短路熱穩(wěn)定校驗 2 k t ItQ 電動力穩(wěn)定是指電氣設(shè)備承受短路電流機(jī)械效應(yīng)的能 力，也稱動穩(wěn)定。 短路動穩(wěn)定的條件是： 式中： ish、Ish 短路沖擊電流的幅值及有效值 ies、Ies 電氣設(shè)備允許通

6、過的動穩(wěn)定電流的幅值和有效值 2、按短路條件校驗電氣設(shè)備 2）短路電動力穩(wěn)定校驗 或 esshessh iiII 為使所選電氣設(shè)備具有足夠的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和合理 性，并在一定時期內(nèi)適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，作校驗用 的短路電流應(yīng)按下列條件計算。 A.容量和接線 按最終設(shè)計容量計算，并考慮遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃 接線應(yīng)采用可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式 B.短路種類 一般按三相短路計算 若其它種類短路比三相短路嚴(yán)重，則按該情況計算 2、按短路條件校驗電氣設(shè)備 3）短路電流計算條件 C.短路計算點的選擇 選擇通過電氣設(shè)備的短路電流為 最大的點為短路計算點。 v發(fā)電機(jī)變壓器回路： 應(yīng)比較斷路器前后短 路時通

7、過斷路器的電流 值，擇其大者為短路計 算點。 QF1QF2 QF3QF4 QF5 Ig1Ig2 It k1 k2 k3 k5 k4 k6 k7 k8 2、按短路條件校驗電氣設(shè)備 3）短路電流計算條件 v母聯(lián)斷路器回路： 應(yīng)考慮當(dāng)由母聯(lián)斷路 器向備用母線充電時， 備用母線（k4點）短路， 則全部短路電流流過母 聯(lián)斷路器的情況。 C.短路計算點的選擇 2、按短路條件校驗電氣設(shè)備 3）短路電流計算條件 QF1QF2 QF3QF4 QF5 Ig1Ig2 It k1 k2 k3 k5 k4 k6 k7 k8 v出線電抗器回路： 一般選電抗器后k8 點為短路計算點。 C.短路計算點的選擇 2、按短路條件校

8、驗電氣設(shè)備 3）短路電流計算條件 QF1QF2 QF3QF4 QF5 Ig1Ig2 It k1 k2 k3 k5 k4 k6 k7 k8 熱穩(wěn)定短路計算時間tk：為繼保動作時間tpr和相應(yīng)斷路 器的全開斷時間tbr之和。即： D. 短路計算時間 2、按短路條件校驗電氣設(shè)備 3）短路電流計算條件 tk = tpr + tbr 式中：tin斷路器固有分閘時間(查產(chǎn)品參數(shù)表) ta斷路器燃弧時間 (少油斷路器0.04-0.06s，SF6斷路器0.02-0.04s) 同時：tbr = tin + ta 開斷電氣設(shè)備應(yīng)能在最嚴(yán)重的情況下開斷短路電流。 短路開斷計算時間tk：為主保護(hù)動作時間tpr1和斷路

9、器固 有分閘時間tin之和，即： D. 短路計算時間 2、按短路條件校驗電氣設(shè)備 3）短路電流計算條件 tk = tpr1 + tin tpr1 tk tk tinta tbr 動靜觸頭分開 短路開始電弧熄滅發(fā)出跳閘命令 2、按短路條件校驗電氣設(shè)備 3）短路電流計算條件 D. 短路計算時間 10.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件 10.2 高壓斷路器和隔離開關(guān)的原理與選擇 開關(guān)電器是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，其中，又以斷 路器的地位最重要，結(jié)構(gòu)也最復(fù)雜。 高壓斷路器是用來在正常情況下接通和斷開電路、且 在故障情況下能自動迅速開斷故障電流的開關(guān)設(shè)備。 對斷路器的基本要求是：在各種情況下應(yīng)具有足夠的 開斷

10、能力，盡可能短的動作時間和高度的工作可靠性。 斷路器最重要的任務(wù)就是熄滅電弧，所以，各種斷路 器都有不同結(jié)構(gòu)的滅弧裝置。 電弧是介質(zhì)被擊穿的放電現(xiàn)象，主要特征有： 能量集中，溫度很高，亮度很強(qiáng)； 靜觸頭靜觸頭 陽極區(qū)陽極區(qū) 弧柱區(qū)弧柱區(qū) 陰極區(qū)陰極區(qū) 動觸頭動觸頭 電弧的氣體放電是自持放電， 即電弧一旦形成，維持電弧穩(wěn) 定燃燒所需的電壓很低； 電弧是一束游離的氣體，質(zhì)量 極輕，容易變形。在氣體或液 體的流動作用下，或在電動力 的作用下，電弧能迅速移動、 伸長或彎曲 三部分組成：陰極區(qū)、陽極區(qū)和弧柱區(qū)； 1、電弧的產(chǎn)生與維持 觸頭的周圍原本是空氣或其它絕 緣介質(zhì)。為什么在動靜觸頭分離瞬 間會變成

11、導(dǎo)電的電弧呢？ 原因就在于在絕緣介質(zhì)中出現(xiàn)了 大量的自由電子，大量自由電子由 陰極向陽極的定向運(yùn)動就形成了電 弧。 靜觸頭靜觸頭 陽極區(qū)陽極區(qū) 弧柱區(qū)弧柱區(qū) 陰極區(qū)陰極區(qū) 動觸頭動觸頭 A、電極發(fā)射大量自由電子，對電弧的產(chǎn)生起決定作用 q熱電子發(fā)射：動靜觸頭分離時，觸頭間接觸電阻增大， 接觸處大量發(fā)熱，使陰極表面溫度升高而發(fā)射電子。其數(shù) 量取決于觸頭材料和表面溫度。 q冷電子發(fā)射(強(qiáng)電場發(fā)射)：動靜觸頭分離時，觸頭間的 間隙很小，觸頭間會形成很高的電場強(qiáng)度，將陰極觸頭金 屬表面中的自由電子從中拉出來。其數(shù)量取決于電場強(qiáng)度 的大小。 1、電弧的產(chǎn)生與維持 B、弧柱區(qū)的氣體游離，產(chǎn)生大量的自由電子

12、和離子，對 電弧的形成和維持起決定作用 游離是指中性質(zhì)點變成自由電子和正離子的過程。 q電場游離(碰撞游離)：在電場作用下，電子加速向陽極 運(yùn)動，途中與介質(zhì)中的中性質(zhì)點發(fā)生碰撞。若自由電子具 有足夠動能，就能與中性質(zhì)點產(chǎn)生碰撞游離，使其游離為 正離子和自由電子。這樣的過程連續(xù)進(jìn)行導(dǎo)致雪崩式碰撞， 使觸頭間充滿了自由電子。在外加電壓作用下形成電子流， 介質(zhì)被擊穿而形成電弧。 1、電弧的產(chǎn)生與維持 q熱游離：電弧形成后，觸頭間電壓立刻降低，但弧柱的 溫度很高。處于高溫下的介質(zhì)分子和原子產(chǎn)生劇烈運(yùn)動， 不斷發(fā)生碰撞，也會游離出自由電子和離子(這就是熱游離 過程)，可以維持電弧的燃燒。 B、弧柱區(qū)的氣

13、體游離，產(chǎn)生大量的自由電子和離子，對 電弧的形成和維持起決定作用 1、電弧的產(chǎn)生與維持 由以上分析可以看出，陰極在 強(qiáng)電場作用下發(fā)射電子。發(fā)射的電 子在觸頭電壓作用下產(chǎn)生碰撞游離， 就形成了電弧。在高溫作用下，陰 極產(chǎn)生熱發(fā)射，并在介質(zhì)中發(fā)生熱 游離，使電弧維持和發(fā)展。這就是 電弧形成的過程。 1、電弧的產(chǎn)生與維持 C、去游離過程 在電弧中，發(fā)生游離過程的同時還進(jìn)行著使帶電質(zhì)點 減少的去游離過程。 游離過程去游離過程：電弧電流增大，熾熱燃燒 游離過程去游離過程：電弧電流不變，穩(wěn)定燃燒 游離過程去游離過程：電弧電流減小，最終熄滅 因此，要想使電弧熄滅，就必須設(shè)法加強(qiáng)去游離過程， 使其大于游離過程

14、。 1、電弧的產(chǎn)生與維持 p復(fù)合去游離：帶電質(zhì)點的電荷彼此中和的現(xiàn)象，電子碰 撞中性質(zhì)點速度慢的負(fù)離子與正離子中和 復(fù)合去游離進(jìn)行的快慢與弧隙電場強(qiáng)度的大小、電弧 的溫度及電弧的表面積有關(guān)。 p擴(kuò)散去游離：弧柱中的自由電子和正離子由于熱運(yùn)動而 從弧柱內(nèi)部逸出進(jìn)入周圍介質(zhì)的現(xiàn)象 濃度擴(kuò)散；溫度擴(kuò)散 C、去游離過程 1、電弧的產(chǎn)生與維持 由上可知，利用各種方法，人工地強(qiáng)迫冷卻電弧的內(nèi) 部和表面，不僅可增強(qiáng)復(fù)合去游離的速度，同時也能增強(qiáng) 擴(kuò)散去游離的強(qiáng)度，使電弧很快熄滅。 C、去游離過程 1、電弧的產(chǎn)生與維持 電弧電壓、電流波形圖 隨著正弦交流電流的周期性變化，交流電弧電流也將 隨之每半周過零一次。

15、 q在電弧電流自然過零時，電弧 向弧隙輸送能量減少，電弧溫度 和熱游離下降，電弧將自動熄滅。 2、交流電弧的特性 t 0 A B i Uarc 燃弧電壓燃弧電壓 熄弧電壓熄弧電壓 q 電弧溫度的變化滯后于電流 變化，此現(xiàn)象稱為電弧的熱慣性 ；熱慣性使得交流電弧的伏安特 性為動態(tài)特性。 q電弧電壓波形呈馬鞍形變化。 如果在電流過零電弧自然 熄滅時，采取有效措施加強(qiáng) 弧隙的冷卻，使弧隙介質(zhì)的 絕緣能力達(dá)到不會被弧隙外 加電壓擊穿的程度，則在下 半周電弧就不會重燃而最終 熄滅。 2、交流電弧的特性 電弧電壓、電流波形圖 t 0 A B i Uarc 燃弧電壓燃弧電壓 熄弧電壓熄弧電壓 電弧電流過零時

16、，是熄滅電弧的有力時機(jī)，但電弧是 否能熄滅，取決于上述“弧隙介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)過程”和 “弧隙電壓的恢復(fù)過程”兩個方面競爭的結(jié)果。 3、交流電弧的熄滅 在電弧電流過零前后，存在著兩個相互聯(lián)系的對立過 程?；∠度ビ坞x和它的介質(zhì)強(qiáng)度（即弧隙的絕緣能力或 稱弧隙的耐壓能力）的增大；加于弧隙的電壓（稱為恢 復(fù)電壓）的增大。 q弧隙介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)過程 3、交流電弧的熄滅 電弧電流過零后，弧隙介質(zhì)的絕緣能力由起始介質(zhì)強(qiáng) 度逐漸增強(qiáng)，恢復(fù)到絕緣的正常狀態(tài)的過程，以耐受電壓 Ud(t)表示。 v起始介質(zhì)強(qiáng)度（近陰極效應(yīng)） + - 正離子層空間 在電流過零后的0.11s的 短暫時間內(nèi)，陰極附近出現(xiàn) 150250伏的

17、起始介質(zhì)強(qiáng)度。 q弧隙介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)過程 3、交流電弧的熄滅 v弧柱區(qū)介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)過程 電弧電流過零前后，輸入弧隙的能量減少，弧隙溫度 劇降，因而弧隙游離程度也下降。當(dāng)弧隙溫度降低到熱游 離基本停止時，弧隙重新轉(zhuǎn)變?yōu)榻橘|(zhì)狀態(tài)。此時，雖然不 會出現(xiàn)熱擊穿而重燃，但是弧隙的介質(zhì)強(qiáng)度要恢復(fù)到正確 狀態(tài)仍需要一定時間（圖62） q弧隙介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)過程 3、交流電弧的熄滅 介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)過程與下列因素有關(guān)： q 電弧電流的大小 q 弧隙的冷卻條件（滅弧裝置的結(jié)構(gòu)） q 滅弧介質(zhì)的特性 q 觸頭分離的速度 電弧電流過零后，弧隙電壓將由熄弧電壓經(jīng)過一個由 電路參數(shù)所決定的振蕩過程，逐漸恢復(fù)到電源電壓，此

18、稱 為“弧隙電壓的恢復(fù)過程”。以恢復(fù)電壓Ur(t)表示 q弧隙電壓的恢復(fù)過程 3、交流電弧的熄滅 弧隙電壓的恢復(fù)過程與線路參數(shù)和負(fù)荷性質(zhì)有關(guān)。 電弧熄滅后，弧隙電壓不可能立刻由熄弧電壓上升到電 源電壓，而有一個過渡過程，可能是周期性或非周期性的。 t u Ur t u Ur 周 期 性 振 蕩 過 程 非 周 期 性 過 程 q弧隙電壓的恢復(fù)過程 3、交流電弧的熄滅 恢復(fù)電壓由兩部分組成： v瞬態(tài)恢復(fù)電壓： 首先出現(xiàn)在弧隙兩端，時間很 短，具有過渡過程特性的電壓Utr t u Utr Ur0 Usr U0 q弧隙電壓的恢復(fù)過程 3、交流電弧的熄滅 v工頻恢復(fù)電壓： 瞬態(tài)恢復(fù)電壓Utr消失后，在

19、弧 隙兩端出現(xiàn)的由工頻電源決定的 電壓Usr q弧隙電壓的恢復(fù)過程 3、交流電弧的熄滅 瞬態(tài)恢復(fù)電壓Utr是從熄弧電 壓Ur0過渡到穩(wěn)態(tài)值之間的暫態(tài)分 量；工頻恢復(fù)電壓Usr是電弧熄滅 以后加在弧隙上的恢復(fù)電壓穩(wěn)態(tài) 值。 t u Utr Ur0 Usr U0 q 如果能采取措施，防止弧隙恢 復(fù)電壓振蕩，將周期性恢復(fù)電壓 轉(zhuǎn)變?yōu)榉侵芷谛曰謴?fù)過程，電弧 就更容易熄滅。 因此，在恢復(fù)過程中，如果恢復(fù)電壓高于介質(zhì)強(qiáng)度， 弧隙被電擊穿，電弧重燃；如果恢復(fù)電壓低于介質(zhì)強(qiáng)度， 電弧就會真正熄滅。 交流電弧熄滅的條件是： Ud(t) Ur(t) 3、交流電弧的熄滅 (a) 在t1時刻發(fā)生 擊穿，電弧重燃 介質(zhì)

20、強(qiáng)度和弧隙電壓的恢復(fù)過程 t u 0 Ud(t) Ur(t) t u 0 Ud(t) Ur(t) t u 0 Ud(t) Ur(t) t1 (b) 電弧熄滅(c) 電弧熄滅 3、交流電弧的熄滅 假設(shè)斷路器在電弧燃 燒時弧隙電阻為零，而 電弧熄滅后弧隙電阻為 無窮大，則等值電路如 圖所示。 分析如圖所示的中性 點接地的電路中，在電 源出口處短路，斷路器 開斷時的電壓恢復(fù)過程。 Cr RL U QF G QF r C K 4、斷路器開斷短路電流時的物理過程 由于發(fā)生短路時，電容C 與斷路器QF并聯(lián)，所以，斷 路器觸頭間的電壓恢復(fù)過程 就是交流電壓U通過R、L對C 充電的過程。 t u Utr Ur

21、0 Usr U0 由于電壓恢復(fù)過程在很短 時間內(nèi)完成，電源電壓變化 很小，因此在分析電壓恢復(fù) 過程時，可近似地把交流電 源U簡化為電壓為U0的直流 電源。 Cr RL U QF 4、斷路器開斷短路電流時的物理過程 于是，電壓恢復(fù)過程就相當(dāng)于在電壓為U0的直流電源 突然合閘時，在電容C兩端的電壓變化過程。如圖： U0是當(dāng)電弧電流 過零時，電源電壓的 瞬時值，稱為“開斷 瞬間工頻恢復(fù)電壓” 。它與不同的短路形 式有關(guān)。 C r RL U0 K UC i1 i i2 4、斷路器開斷短路電流時的物理過程 Ur(t) = UC(t) 當(dāng)開關(guān)K閉合后，有方程： 整理后，得： 4、斷路器開斷短路電流時的物理

22、過程 Cr RL U0 K UC i1 i i2 0 12 d d d d C CC i URiLU t UU iiiC tr 2 0 dd ()(1) dd CC C UULR LCRCUU trtr 通解： 4、斷路器開斷短路電流時的物理過程 2 0 dd ()(1) dd CC C UULR LCRCUU trtr 12 0 12 tt C r U UC eC e Rr 式中：C1、C2積分常數(shù)，其值由初始條件決定 1、2特征方程的根 2 1,2 11111 () () 24 RR rrCrrCLC 因此，斷路器的恢復(fù)電壓為： 特解初始條件，當(dāng)t=0 時， UC = -Ur0（熄弧電壓）

23、 ；i1(0) = C(dUC / dt)=0： 4、斷路器開斷短路電流時的物理過程 02 10 21 01 20 21 () () r r rU CU Rr rU CU Rr 2 0 dd ()(1) dd CC C UULR LCRCUU trtr 12 0021 0 12 () tt rCr rUrUee UUU RrRr 時，1 2為不相等實根(1) 當(dāng) t U Ur0 Ur U0 4、斷路器開斷短路電流時的物理過程 2 111 ()0 4 R rrCLC 0 ( )(1) r t L r U tUe 通常Ur0 U0 ，RC，若不計高壓電網(wǎng)R，且 參數(shù)滿足 ，則斷路器的恢復(fù)電壓可簡化

24、為：/ 4rL C 弧隙電壓恢復(fù)過程是非周期性 的，且按指數(shù)規(guī)律變化；恢復(fù)電壓 最大值Urm不會超過U0，不會發(fā)生 過電壓。 4、斷路器開斷短路電流時的物理過程 斷路器觸頭間并聯(lián)電阻r越小， 恢復(fù)電壓上升速度越低。 曲線上任一點的斜率代表該瞬 間電壓恢復(fù)速度，表明電壓恢復(fù) 的快慢。 電流過零時的恢復(fù)電壓上升速 度為： 0 t 0 d( ) d r U tr U tL 時，1 2為不相等實根(1) 當(dāng) 2 111 ()0 4 R rrCLC t U Ur0 Ur U0 可求得： 并聯(lián)電阻r對恢復(fù)起阻尼作用，使 恢復(fù)電壓幅值和速度都降低。 半周期內(nèi)電壓恢復(fù)平均速度為 t U Ur0 1 2U0 2

25、 U0 4、斷路器開斷短路電流時的物理過程 時，1 2為共軛復(fù)數(shù)虛根(2) 當(dāng) 2 111 ()0 4 R rrCLC 00 ( )(1 cos) t r U tUt e 0 2 rm UU 00 d( ) 4 d r av U t f U t 周期性振蕩 恢復(fù)電壓也是非周期過程，最大值不超過U0。此時是 電壓恢復(fù)過程的臨界情況。 v略去電阻R，則在臨界條件下的并聯(lián)電阻 r 臨界值為： 時，1 2為相相等實根(3) 當(dāng) 4、斷路器開斷短路電流時的物理過程 2 111 ()0 4 R rrCLC 1 2 cr L r C 當(dāng)并聯(lián)電阻rrcr時，電壓恢復(fù)為非周期性過程； 當(dāng)并聯(lián)電阻rrcr時，電壓

26、恢復(fù)為周期性振蕩過程； 并聯(lián)電阻r臨界值為： 即是說，可以通過適當(dāng)減小并聯(lián)電阻r，使之小于臨界 值rcr，則電壓恢復(fù)過程將從周期性振蕩過程轉(zhuǎn)變?yōu)榉侵芷?性過程，從而大大降低恢復(fù)電壓的幅值和恢復(fù)速度，相應(yīng) 地可增加斷路器的開斷能力。 4、斷路器開斷短路電流時的物理過程 1 2 cr L r C v具有并聯(lián)電阻的斷路器的接線原理如圖所示： q斷路器開斷電路時，主觸頭Q1 先開斷，由于有并聯(lián)電阻r接入 ，使主觸頭間產(chǎn)生的電弧容易熄 滅。 C r L GQ1 Q2 q 當(dāng)主觸頭間的電弧熄滅后， 輔助觸頭Q2接著開斷，切斷并聯(lián) 電阻中的電流，最終使電路完全 開斷。 滅弧室滅弧室 4、斷路器開斷短路電流時

27、的物理過程 電弧中的去游離強(qiáng)度，很大程度上取決于電弧周圍介 質(zhì)的特性，如介質(zhì)的傳熱能力、介電強(qiáng)度、熱游離溫度和 熱容量等。這些參數(shù)的數(shù)值越大，則去游離作用越強(qiáng)，電 弧就越容易熄滅。 常用的滅弧介質(zhì)有：空氣，油(變壓器油或斷路器油)， SF6，真空。 1、利用滅弧介質(zhì) 電弧中的去游離強(qiáng)度，很大程度上取決于觸頭材料。 若采用熔點高、導(dǎo)熱系數(shù)和熱容量大的耐高溫金屬作觸頭 材料，可以減少熱電子發(fā)射和電弧中的金屬蒸氣，抑制游 離作用。同時，觸頭材料還要求有較高的抗電弧、抗熔焊 能力。 常用的觸頭材料有：銅鎢合金，銀鎢合金。 2、采用特殊金屬材料作滅弧觸頭 電弧在氣流或油流中被強(qiáng)烈地冷卻而使復(fù)合加強(qiáng)，吹

28、弧也有利于帶電離子的擴(kuò)散。 在高壓斷路器中利用各種結(jié)構(gòu)形式的滅弧室，使氣體 或油產(chǎn)生巨大的壓力并有力地吹向電弧，使電弧熄滅。 吹動的方式有：縱吹和橫吹。 q 縱吹：吹動方向與弧柱軸線平行。主要使電弧冷卻變 細(xì)，最后熄滅。 q 橫吹：吹動方向與弧柱軸線垂直。主要把電弧拉長， 表面積增大并加強(qiáng)冷卻。 3、利用氣體或油吹動電弧 高壓斷路器常制成每相有兩個或 更多個串聯(lián)的斷口。如圖為雙斷口的 滅弧方式。 采用多斷口是把電弧分割成很多小電弧段，在相等的 觸頭行程下，多斷口比單斷口的電弧拉長了，從而增大了 弧隙電阻，而且電弧被拉長的速度(即觸頭分離速度)也增 加，加速了弧隙電阻的增大，同時，也增大了介質(zhì)強(qiáng)

29、度的 恢復(fù)速度。由于加在每個斷口的電壓更低，使弧隙的恢復(fù) 電壓降低，因此滅弧性能更好。 I II 動觸頭動觸頭 靜觸頭靜觸頭 4、利用多斷口滅弧 采用多斷口的結(jié)構(gòu)后，每一個斷口在開斷位置的電壓 分配和開斷過程中的恢復(fù)電壓分配出現(xiàn)了不均勻現(xiàn)象。 如圖為單相斷路器在開斷 接地故障后的電路圖。 U：電源電壓 U1、U2：兩個斷口的電壓 Cd：斷口的等效電容 C0：底座對地等效電容 4、利用多斷口滅弧 斷口電壓分布的計算可按下圖進(jìn)行： v 可見，U1U2兩個斷口上的電壓相差很大，第一個斷 口的工作條件比第二個斷口要嚴(yán)重。 U U1U2 CdCd C0 4、利用多斷口滅弧 0 1 0 2 0 2 23

30、1 23 d d d d CC UUU CC C UUU CC 為了充分發(fā)揮每個滅弧室的作用，應(yīng)該使兩個斷口的 工作條件接近相等。通常在每個斷口并聯(lián)一個比Cd和C0 都大得多的電容C，稱為“均壓電容”。 v 可見，U1U2，電壓平均分布在兩個斷口上，每個斷口 工作條件基本上一致。 U U1U2 Cd C0 Cd CC 4、利用多斷口滅弧 0 1 0 2 0 () 2()2 2()2 d d d d CCCU UU CCC CCU UU CCC 迅速拉長電弧，可使弧隙的電場強(qiáng)度驟降，同時，使 弧隙的表面積突然增大，有利于電弧的冷卻和帶電質(zhì)點向 周圍介質(zhì)擴(kuò)散，使熱游離作用減弱，加強(qiáng)了離子的復(fù)合速

31、度，從而加速電弧的熄滅。 為此，在高壓斷路器中都裝有強(qiáng)有力的斷路彈簧，以 加快觸頭的分離速度。 5、拉長電弧并增大斷路器觸頭的分離速度 斷路器分閘速度的快慢，通常由斷路器全開斷時間來 衡量，它包括斷路器固有動作時間和燃弧時間兩部分。 q0.12s，稱為低速斷路器 q0.08s，稱為快速斷路器 q0.08s0.12s ，稱為中速斷路器 當(dāng)全開斷時間 5、拉長電弧并增大斷路器觸頭的分離速度 油斷路器 利用電弧本身的能量，將油加熱，形成油蒸汽和大量 氣體所組成的高壓力氣泡實現(xiàn)吹??；這種靠電弧本身能量 熄滅電弧的方法，稱為“自能式”滅弧室。 特點：滅弧時不需要外界供給很大能量，但滅弧能力 與電弧電流有

32、關(guān)。其燃弧時間隨著開斷電流減小而增大。 1、高壓斷路器的種類 按照斷路器所采用的滅弧介質(zhì)及滅弧方式分類 A、多油式斷路器 q 缺點：體積大，用油量多，有爆炸火災(zāi)危險，檢修工 作量大。 q 特點：內(nèi)部帶有電流互感器。 斷路器中的油除了作滅弧介質(zhì)外，還作為觸頭開斷后 的弧隙絕緣以及帶電部分與接地外殼之間的絕緣介質(zhì)。 油斷路器 1、高壓斷路器的種類 q 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，體積小，材料消耗少，用油量少， 重量輕，性能穩(wěn)定，運(yùn)行方便。應(yīng)用廣泛。 q 缺點：抗震性稍差 斷路器中的油只作滅弧介質(zhì)和觸頭開斷后的弧隙絕緣 介質(zhì)，而帶電部分對地之間的絕緣采用瓷柱。 B、少油式斷路器 油斷路器 1、高壓斷路器的種類

33、v采用壓縮空氣作為滅弧介質(zhì)。 v壓縮空氣除了作滅弧介質(zhì)外，還作為觸頭開斷后的弧隙 絕緣介質(zhì)。 q 優(yōu)點：“外能式”滅弧室。滅弧能力強(qiáng)；滅弧時間短； 無火災(zāi)危險；尺寸小，重量輕。 q 缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜；有色金屬消耗量大，價格昂貴；需 要裝設(shè)空氣壓縮機(jī)、復(fù)雜的壓縮空氣系統(tǒng)、貯氣筒和 管道；噪聲大。 壓縮空氣斷路器(簡稱空氣斷路器) 1、高壓斷路器的種類 采用六氟化硫(SF6)氣體作為滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)。SF6 氣體是無色、無味、不燃、無毒的惰性氣體。 q 優(yōu)點：允許斷路次數(shù)多，檢修周期長；斷路性能好； 多用于SF6封閉式組合電器，大大減少占地面積。 它具有很高的電氣絕緣強(qiáng)度(是空氣的2.53倍)和良

34、好 的滅弧性能(滅弧能力比空氣高100倍)。 q 缺點：要求加工精度高，密封性能好。對氣體和水分 的檢測控制要求更嚴(yán)。 六氟化硫（SF6）斷路 1、高壓斷路器的種類 以真空作為滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)。所謂“真空”是相 對而言的，指的是絕對壓力低于1個大氣壓的氣體稀薄的 空間。在這樣的空間里，其絕緣強(qiáng)度很高，電弧很容易熄 滅。 q 優(yōu)點：觸頭開距短(10kV級只需10mm，而油斷路器需 125mm)；燃弧時間短，且與開斷電流無關(guān)，一般只有 半個周期；觸頭壽命長，開斷次數(shù)多；體積小，重量 輕； q 缺點：對滅弧室工藝及觸頭材料要求高 真空斷路器 1、高壓斷路器的種類 額定電壓UN 2、高壓斷路器的技術(shù)

35、參數(shù) 額定電流IN 額定開斷電流INbr 斷路器在額定電壓下能正?？煽块_斷的最大短 路電流。它標(biāo)志斷路器的開斷能力。 額定開斷容量SNbr 對三相電路有：3 NbrNNbr SU I 額定動穩(wěn)定電流ies (額定極限通過電流) 額定熱穩(wěn)定電流It 表示斷路器能承受短路電流熱效應(yīng)的能力。通常 It =INbr 表示斷路器對短路電流的電動穩(wěn)定性。 熱穩(wěn)定電流作用時間t 在此時間內(nèi)，當(dāng)熱穩(wěn)定電流通過斷路器時，其發(fā)熱溫 度不超過規(guī)定允許值。 2、高壓斷路器的技術(shù)參數(shù) 合閘時間 分閘時間 斷路器跳閘線圈通電起到三相內(nèi)電弧完全熄滅為止。 斷路器合閘線圈通電起到主觸頭剛接觸為止的時間。 固有分閘時間：跳閘線圈通電起到觸頭剛分離為止 燃弧時間：觸頭分離到各相電弧完全熄滅為止 分閘時間等于斷路器固有分閘時間和燃弧時間之和。 2、高壓斷路器的技術(shù)參數(shù) 3、高壓斷路器的型號含義 SN1010/600350 S 少油 D 多油 K 壓縮空氣 Z 真空 L SF6 F SF6封閉式 N 戶內(nèi) W 戶外 產(chǎn)品設(shè)計序號額定電壓(kV) 額定電流(A) 額定開斷容量 (kVA) 1、高壓斷路器的選擇 種類與形式 特點 安裝場所