FDCDQ4_06_02-斷路器和隔離開關(guān)的原理與選擇

1、6.2 高壓斷路器和隔離開關(guān)的高壓斷路器和隔離開關(guān)的原理與選擇原理與選擇n斷路器：用于正常或事故時(shí)將電路閉合或斷開。既可斷開或閉合正常工作電流，也可斷開或閉合過負(fù)荷電流或短路電流。n隔離開關(guān)：不能斷開或閉合電流，只能在檢修時(shí)隔離電壓。一、電弧的形成與熄滅一、電弧的形成與熄滅n用開關(guān)電器切斷通有電流的電路時(shí)，只要電源電壓大于1020V，電流大于80100mA，在開關(guān)電器的動(dòng)、靜觸頭分離瞬間，觸頭間就會(huì)出現(xiàn)電弧。n電弧產(chǎn)生后，觸頭雖已分開，但電路中的電流還在繼續(xù)流通。只有電弧熄滅，電路才被真正斷開。 電弧的產(chǎn)生n陰極發(fā)射電子n熱電子發(fā)射n強(qiáng)電場(chǎng)電子發(fā)射n碰撞游離 電弧的維持n熱游離n去游離 電弧的

2、熄滅n若游離過程大于去游離過程，則電弧繼續(xù)燃燒；n若去游離過程大于游離過程，則電弧逐漸熄滅。dUdUE m/V1036E復(fù)合去游離擴(kuò)散去游離1. 電弧的產(chǎn)生、維持與熄滅電弧的產(chǎn)生、維持與熄滅動(dòng)觸頭靜觸頭(-)(+)n電弧溫度隨時(shí)間變化n電弧電流數(shù)值隨時(shí)間變動(dòng)，電弧的功率也隨電弧電流變動(dòng)。n電弧功率增大時(shí)，電弧的溫度增加；反過來，當(dāng)電弧功率減小時(shí)，電弧的溫度降低。n電弧有熱慣性n電弧的溫度跟不上電流的變化，存在一個(gè)滯后過程。n交流電弧每半周自動(dòng)熄滅一次n隨著交流電流的周期性變化，電弧電流每隔半周過零一次。n在電弧電流自然過零前后，電源向弧隙輸送的能量較少，電弧溫度和熱游離下降，而去游離作用繼續(xù)進(jìn)

3、行，電弧將自然熄滅。(0) 交流電弧的特性交流電弧的特性2. 交流電弧的熄滅交流電弧的熄滅n在交流電流過零時(shí)，電弧將自動(dòng)熄滅，但不等于最終熄滅。n在交流電弧自動(dòng)熄滅后，弧隙中存在兩個(gè)恢復(fù)過程：n弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程n弧隙電壓恢復(fù)過程(1) 交流電弧的熄滅條件交流電弧的熄滅條件2. 交流電弧的熄滅交流電弧的熄滅1) 弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程真空斷路器和真空斷路器和 SF6 斷路器滅弧性斷路器滅弧性能較好。能較好。n含義：弧隙中介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)到絕緣的正常狀態(tài)的過程。以能耐受的電壓ud(t)表示。n影響因素：主要是斷路器滅弧裝置的結(jié)構(gòu)和滅弧介質(zhì)的性質(zhì)。ud0t油空氣SF6真空(1) 交流電弧的熄滅條件交流

4、電弧的熄滅條件2. 交流電弧的熄滅交流電弧的熄滅油空氣SF6真空n近陰極效應(yīng)1) 弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程ud0t油空氣SF6真空(1) 交流電弧的熄滅條件交流電弧的熄滅條件(+)(-)+ - + - +- + - + -+ - + - +- + - + -(-)(+)+ + - - + + - - -+ + - - + + - - -2. 交流電弧的熄滅交流電弧的熄滅2) 弧隙電壓恢復(fù)過程n含義：弧隙電壓由熄弧電壓逐漸恢復(fù)到電源電壓的過程。以u(píng)r(t)表示。n影響因素：線路參數(shù)、負(fù)荷性質(zhì)等。ur0tusrutrutrusr瞬態(tài)恢復(fù)電壓工頻恢復(fù)電壓對(duì)不同的線路參數(shù)，弧隙電壓對(duì)不同的線路參數(shù)，弧隙電

5、壓恢復(fù)過程可能是周期性的變化恢復(fù)過程可能是周期性的變化過程或非周期性的變化過程。過程或非周期性的變化過程。(1) 交流電弧的熄滅條件交流電弧的熄滅條件2. 交流電弧的熄滅交流電弧的熄滅n綜上所述，在電弧自然熄滅后，弧隙中同時(shí)存在著兩個(gè)恢復(fù)過程，即弧隙電壓恢復(fù)過程 ur(t) 和介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程 ud(t) 。 ur0tusrutr可見，斷路器開斷交流電路時(shí)，可見，斷路器開斷交流電路時(shí)，電弧熄滅的條件應(yīng)為電弧熄滅的條件應(yīng)為)( r)(dttuun如果弧隙電壓高于介質(zhì)強(qiáng)度耐受電壓，則弧隙就被擊穿，電弧重燃。n如果弧隙電壓低于介質(zhì)強(qiáng)度耐受電壓，則電弧不再重燃，即最終熄滅。(1) 交流電弧的熄滅條件交

6、流電弧的熄滅條件2. 交流電弧的熄滅交流電弧的熄滅2. 交流電弧的熄滅交流電弧的熄滅1) 利用滅弧介質(zhì)n不同滅弧介質(zhì)具有不同的傳熱能力、介電能力、熱游離溫度和熱容量。n這些參數(shù)數(shù)值越大，去游離作用就越強(qiáng)，電弧就越容易熄滅。2) 采用特殊金屬材料作滅弧觸頭n采用熔點(diǎn)高、導(dǎo)熱系數(shù)和熱容量大的耐高溫金屬作觸頭材料。n如采用銅、鎢合金和銀、鎢合金等。3) 利用氣體或油吹動(dòng)電弧n吹弧利于冷卻而使復(fù)合加強(qiáng)、帶電離子的擴(kuò)散。4) 采用多斷口熄弧n電弧被拉長(zhǎng)，觸頭分離速度加快，斷口電壓降低。5) 提高斷路器觸頭的分離速度，迅速拉長(zhǎng)電弧(2) 高壓斷路器熄滅交流電弧的基本方法高壓斷路器熄滅交流電弧的基本方法二、

7、開斷短路電流時(shí)的工作狀況分析二、開斷短路電流時(shí)的工作狀況分析1. 弧隙電壓恢復(fù)過程分析弧隙電壓恢復(fù)過程分析GTQFkkRLrQFGCU0Curui1i2iCruu C0ddutiLiRU21iii微分方程：0CC2C21ddddUurRturLRCtuLC微分方程的通解：ttececrRrUu21210CrCLR1212, 1LCrCLR11412rutuCCCdd線性常系數(shù)微分方程二、開斷短路電流時(shí)的工作狀況分析二、開斷短路電流時(shí)的工作狀況分析1. 弧隙電壓恢復(fù)過程分析弧隙電壓恢復(fù)過程分析GTQFkkRLrQFGCU0Curui1i2i為實(shí)根。、時(shí)，）當(dāng)21211411LCrCLR弧隙電壓恢

8、復(fù)過程是非周期性的。恢復(fù)電壓最大值不會(huì)超過U0。微分方程的通解：ttececrRrUu21210CrCLR1212, 1LCrCLR11412為虛根。、時(shí)，）當(dāng)21211412LCrCLR弧隙電壓恢復(fù)過程是周期性振蕩過程?；謴?fù)電壓最大值可達(dá)2U0。為實(shí)數(shù)重根。、時(shí)，）當(dāng)21211413LCrCLR弧隙電壓恢復(fù)過程仍是非周期性的?；謴?fù)電壓最大值不會(huì)超過U0。二、開斷短路電流時(shí)的工作狀況分析二、開斷短路電流時(shí)的工作狀況分析1. 弧隙電壓恢復(fù)過程分析弧隙電壓恢復(fù)過程分析GTQFkkRLrQFGCU0Curui1i2i為實(shí)根。、時(shí)，）當(dāng)21211411LCrCLR弧隙電壓恢復(fù)過程是非周期性的?；謴?fù)電壓

9、最大值不會(huì)超過U0。為虛根。、時(shí)，）當(dāng)21211412LCrCLR弧隙電壓恢復(fù)過程是周期性振蕩過程?；謴?fù)電壓最大值可達(dá)2U0。為實(shí)數(shù)重根。、時(shí)，）當(dāng)21211413LCrCLR弧隙電壓恢復(fù)過程仍是非周期性的?；謴?fù)電壓最大值不會(huì)超過U0。臨界并聯(lián)電阻為CLr21crn當(dāng)r rcr時(shí)，電壓恢復(fù)過程為周期性。二、開斷短路電流時(shí)的工作狀況分析二、開斷短路電流時(shí)的工作狀況分析2. 不同短路形式對(duì)斷路器開斷能力的影響不同短路形式對(duì)斷路器開斷能力的影響 開斷單相短路電路當(dāng)電流過零時(shí)，工頻恢復(fù)電壓的瞬時(shí)值U0 = Umsin。通常短路時(shí)，角接近90，所以 U0 = Umsin = Um。二、開斷短路電流時(shí)的工

10、作狀況分析二、開斷短路電流時(shí)的工作狀況分析2. 不同短路形式對(duì)斷路器開斷能力的影響不同短路形式對(duì)斷路器開斷能力的影響 開斷中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)中的三相短路電路aQFAbXLAAUXLBBUBIXLOCCUCIkAIABUBCUQFBQFCabUOn首先開斷相：n電弧電流先過零，電弧先熄滅。OAabUUBCAB21UUAUBUCUABUBCUBC21UOabUOOUA5 . 1 Un在A相熄弧后，經(jīng)過0.005s( 90)，B、C兩相電流同時(shí)過零，電弧同時(shí)熄滅。n每個(gè)斷口電壓為0.5UBC=0.866UB(UC)。二、開斷短路電流時(shí)的工作狀況分析二、開斷短路電流時(shí)的工作狀況分析2. 不同短路形式

11、對(duì)斷路器開斷能力的影響不同短路形式對(duì)斷路器開斷能力的影響 開斷中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)中的三相短路電路aQFAbXLAAUXLBBUBIXLOCCUCIkAIABUBCUQFBQFCabUOn首先開斷相：n電弧電流先過零，電弧先熄滅。n在A相熄弧后，經(jīng)過0.005s( 90)，B、C兩相電流同時(shí)過零，電弧同時(shí)熄滅。n每個(gè)斷口電壓為0.5UBC=0.866UB(UC)。OAabUUBCAB21UUA5 . 1 Un結(jié)論：n首先開斷相的恢復(fù)電壓最大，為1.5倍的相電壓；n后續(xù)開斷相的燃弧時(shí)間比首先開斷相延長(zhǎng)0.005s 。二、開斷短路電流時(shí)的工作狀況分析二、開斷短路電流時(shí)的工作狀況分析2. 不同短路形

12、式對(duì)斷路器開斷能力的影響不同短路形式對(duì)斷路器開斷能力的影響 開斷中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中的三相接地短路電路n三相接地短路：n當(dāng)零序阻抗與正序阻抗之比不大于3時(shí)，n首先開斷相恢復(fù)電壓的工頻分量為相電壓的1.3倍；n第二開斷相恢復(fù)電壓的工頻分量為相電壓的1.25倍；n最后開斷相恢復(fù)電壓的工頻分量為相電壓。n三相直接短路：n各相工頻恢復(fù)電壓與中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)中的三相短路分析結(jié)果相同，即首先開斷相恢復(fù)電壓的工頻分量為相電壓的1.5倍。二、開斷短路電流時(shí)的工作狀況分析二、開斷短路電流時(shí)的工作狀況分析2. 不同短路形式對(duì)斷路器開斷能力的影響不同短路形式對(duì)斷路器開斷能力的影響 開斷兩相短路電路n中性點(diǎn)直接接

13、地系統(tǒng)：n工頻恢復(fù)電壓可達(dá)相電壓的1.3倍。n其余情況：n工頻恢復(fù)電壓為相電壓的0.866倍。二、開斷短路電流時(shí)的工作狀況分析二、開斷短路電流時(shí)的工作狀況分析2. 不同短路形式對(duì)斷路器開斷能力的影響不同短路形式對(duì)斷路器開斷能力的影響小結(jié)：n影響工頻恢復(fù)電壓的因素：n中性點(diǎn)接地方式n短路故障類型n三相開斷順序n首先開斷相的工頻恢復(fù)電壓最大值：sm11m32UKUsm1816. 0UKnK1首先開斷相開斷系數(shù)；nUsm電網(wǎng)最高運(yùn)行電壓。二、開斷短路電流時(shí)的工作狀況分析二、開斷短路電流時(shí)的工作狀況分析3. 降低恢復(fù)電壓上升速度和熄弧過電壓的措施降低恢復(fù)電壓上升速度和熄弧過電壓的措施 斷路器加裝并聯(lián)電

14、阻n作用： 改變恢復(fù)電壓的恢復(fù)特性； 使電弧電流被分流。n問題：n電弧熄滅后還有短路電流流通。n措施：n增加輔助觸頭。1Q2Q1Q主觸頭2Q輔助觸頭r1Q2Qrn問題：多斷口斷路器，斷口電壓分配不均勻，影響斷路器的滅弧能力。UU1U2UQCQC0CCC0Q0Q12CCCCUU0QQ22CCCUU0Q0Q1)(2)(CCCCCCUU0QQ2)(2)(CCCCCUU)(2)(QQCCCCU)(2)(QQCCCCUU21U21U32U31二、開斷短路電流時(shí)的工作狀況分析二、開斷短路電流時(shí)的工作狀況分析3. 降低恢復(fù)電壓上升速度和熄弧過電壓的措施降低恢復(fù)電壓上升速度和熄弧過電壓的措施 斷路器加裝并聯(lián)電

15、容n并聯(lián)電容后：1種類種類n按滅弧介質(zhì)和滅弧方式分n油斷路器：包括多油斷路器和少油斷路器n(壓縮)空氣斷路器nSF6斷路器n真空斷路器n按安裝地點(diǎn)分n戶內(nèi)式n戶外式( (一一) ) 高壓斷路器型號(hào)和技術(shù)參數(shù)高壓斷路器型號(hào)和技術(shù)參數(shù)三、高壓斷路器的選擇三、高壓斷路器的選擇220kV少油斷路器少油斷路器500kVSF6斷路器斷路器220kVSF6斷路器斷路器n由字母和數(shù)字兩部分組成的：2型號(hào)型號(hào)123456額定電流，A派生代號(hào)：C手車式；G改進(jìn)式等。額定電壓，kV設(shè)計(jì)序號(hào)使用環(huán)境：N戶內(nèi)式；W戶外式。產(chǎn)品名稱：D多油斷路器；S少油斷路器； K空氣斷路器；L SF6 斷路器； Z真空斷路器；Q產(chǎn)氣斷

16、路器； C磁吹斷路器等。例如：SN10-10/3000-750型額定開斷能力，kA或MVA特殊環(huán)境代號(hào)78( (一一) ) 高壓斷路器型號(hào)和技術(shù)參數(shù)高壓斷路器型號(hào)和技術(shù)參數(shù)三、高壓斷路器的選擇三、高壓斷路器的選擇 額定電壓UN(kV)。斷路器正常工作時(shí)，系統(tǒng)的額定(線)電壓。這是斷路器的標(biāo)稱電壓，斷路器應(yīng)能保證在這一電壓的電力系統(tǒng)中使用。 額定電流IN(A)。斷路器可以長(zhǎng)期通過的最大電流。當(dāng)額定電流長(zhǎng)期通過高壓斷路器時(shí)，其發(fā)熱溫度不應(yīng)超過國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的數(shù)值。 額定開斷電流INbr(kA)。在規(guī)定條件下能保證正常開斷的電流。 3技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)( (一一) ) 高壓斷路器型號(hào)和技術(shù)參數(shù)高壓斷路

17、器型號(hào)和技術(shù)參數(shù)三、高壓斷路器的選擇三、高壓斷路器的選擇額定峰值耐受電流ies(kA)。 在規(guī)定條件下，斷路器在合閘位置時(shí)所能經(jīng)受電流的峰值。它反映設(shè)備經(jīng)受短路電流引起的電動(dòng)效應(yīng)能力。3技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)額定短時(shí)耐受電流It(kA)。在規(guī)定條件和時(shí)間下斷路器在合閘位置時(shí)所能經(jīng)受電流的峰值。它反映設(shè)備經(jīng)受短路電流引起的熱效應(yīng)能力。 額定短時(shí)關(guān)合電流iNcl(kA)。在規(guī)定條件下斷路器保證正常關(guān)合的最大預(yù)期峰值電流。 ( (一一) ) 高壓斷路器型號(hào)和技術(shù)參數(shù)高壓斷路器型號(hào)和技術(shù)參數(shù)三、高壓斷路器的選擇三、高壓斷路器的選擇開斷時(shí)間(ms)。從斷路器分閘線圈通電起至三相電弧完全熄滅為止的時(shí)間。開斷時(shí)間

18、由分閘時(shí)間和電弧燃燒時(shí)間或燃弧時(shí)間組成。3技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)合閘時(shí)間(ms)。從斷路器開始接到合閘命令時(shí)起到三相均合閘為止的時(shí)間。 分(合)閘不同期時(shí)間(ms)。指斷路器各相間或同相各斷口間分(合)時(shí)間的最大差異。 ( (一一) ) 高壓斷路器型號(hào)和技術(shù)參數(shù)高壓斷路器型號(hào)和技術(shù)參數(shù)三、高壓斷路器的選擇三、高壓斷路器的選擇金屬短接時(shí)間(ms)。 指斷路器在合分操作時(shí)從動(dòng)、靜觸頭剛接觸到剛分離時(shí)的一段時(shí)間。 3技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)無電流間隔時(shí)間(ms)。 由斷路器各相中的電弧完全熄滅起到任意相再次通過電流止的時(shí)間。 ( (一一) ) 高壓斷路器型號(hào)和技術(shù)參數(shù)高壓斷路器型號(hào)和技術(shù)參數(shù)三、高壓斷路器的選擇三、高壓斷路器的選擇1.斷路器種類和型式的選擇n依據(jù)各類斷路器的特點(diǎn)及使用環(huán)境、條件決定。2.額定電壓和電流的選擇nU