電氣工程基礎第七章

1、電氣工程基礎第七章第1頁，共31頁，2022年，5月20日，5點59分，星期五主要內(nèi)容滅弧原理 高壓斷路器隔離開關高壓負荷開關高壓熔斷器第2頁，共31頁，2022年，5月20日，5點59分，星期五滅弧原理 1、電弧中帶電質點的產(chǎn)生 當切斷路瞬間，動靜觸頭間出現(xiàn)弧光放電， 是由于其間的介質迅速游離，存在著一定濃度的帶電質點，即帶正電荷的離子和帶負電荷的電子。 觸頭間電弧燃燒的區(qū)域稱為弧隙?；∠吨袔щ娰|點不斷增多的游離過程可以由各種不同途徑發(fā)生：（1）強電場發(fā)射；（2）碰撞游離；（3）熱游離；（4）熱電子發(fā)射。第3頁，共31頁，2022年，5月20日，5點59分，星期五滅弧原理強電場發(fā)射 在斷路器

2、觸頭分開的最初瞬間，觸頭電極的表面受到外加電壓所形成的強電場的作用，金屬電極表面的電子就會在電場力的作用下被拉出，即發(fā)生了所謂強電場發(fā)射。金屬表面發(fā)射電子的數(shù)量決定于極間電場強度的高低。當電場強度超過107V/cm時，即使金屬表面溫度不高，其電子發(fā)射量也會顯著增加。第4頁，共31頁，2022年，5月20日，5點59分，星期五滅弧原理碰撞游離 當有一定強動能的電子撞擊到某種氣體的中性質點時，可使其間電子被釋放出來，游離成正離子和新的自由電子。被撞擊的電子和原來的電子又會在電場作用下向陽極作加速運動，獲得足夠動能后，又將撞擊其它中性質點，產(chǎn)生更多的自由電子和正離子，使帶電質點濃度迅速增加。這一游離

3、過程即稱為碰撞游離。第5頁，共31頁，2022年，5月20日，5點59分，星期五滅弧原理熱游離 在高溫下，氣體分子和原子熱運動加快，它們互相碰撞，在溫度足夠高時會撞擊產(chǎn)生離子和自由電子，這種現(xiàn)象稱為熱游離。 第6頁，共31頁，2022年，5月20日，5點59分，星期五滅弧原理熱電子發(fā)射 在弧光放電過程中，電極表面少數(shù)點上有局部較集中的電流，同時因開關觸頭分離后，觸頭間接觸壓力及接觸面積逐漸減小，接觸電阻也隨之增加，會使電極表面有相應高溫，從而造成其中的電子獲得很大的動能后逸出到周圍空間。這種現(xiàn)象稱為熱電子發(fā)射，其強弱程度與陰極的材料及表面溫度有關，是氣體介質中帶電質點產(chǎn)生的主要原因之一。第7頁

4、，共31頁，2022年，5月20日，5點59分，星期五滅弧原理電弧間隙的去游離 在電弧放電發(fā)生后，介質中同時存在著游離與去游離這樣二個相反過程。去游離對應的是弧隙中帶電粒子（正離子或自由電子）減少的過程，它進行的方式主要有兩種：1復合 2擴散 第8頁，共31頁，2022年，5月20日，5點59分，星期五滅弧原理復合 再結合是指帶異性電荷的質點相互接觸，交換多余電荷而形成中性質點的現(xiàn)象，又稱復合。第9頁，共31頁，2022年，5月20日，5點59分，星期五滅弧原理擴散 帶電質點從弧燃區(qū)域逃逸至周圍介質中去稱作擴散。電弧中擴散主要因（1）弧燃區(qū)域與周圍介質中帶電質點濃度不同；（2）兩區(qū)域中溫度的不

5、同而引起?；≈袔щ娰|點不斷擴散到介質中，并在介質中發(fā)生再結合，使得弧燃區(qū)域中導電質點數(shù)目減少，發(fā)生去游離。 擴散的速率決定于電弧表面上帶電質點數(shù)目，故與電弧直徑成反比。第10頁，共31頁，2022年，5月20日，5點59分，星期五滅弧原理電弧的熄滅 電弧中存在的游離與去游離這二個性質相反過程的強弱對比就決定了電弧最終發(fā)展趨勢，即當游離強于去游離時，電弧就會發(fā)生并燃燒激烈；若去游離與游離過程達到平衡，電弧就會穩(wěn)定燃燒；而在去游離占有優(yōu)勢時，電弧的燃燒即將減弱并最終熄滅 在電弧產(chǎn)生后只要抓住有利時機，采取合理措施去減弱熱游離而加強去游離，就將加速促成電弧熄滅。 第11頁，共31頁，2022年，5

6、月20日，5點59分，星期五滅弧原理交流電弧的特性及熄滅 1交流電弧的特性 交流電弧存在自然暫時熄弧點。 交流電弧有動態(tài)伏安特性 2交流電弧的熄滅 介質強度恢復過程 恢復電壓的變化過程 交流電弧的熄滅 第12頁，共31頁，2022年，5月20日，5點59分，星期五滅弧原理熄滅交流電弧的基本方法1采用新型介質熄弧 2利用氣體或油吹動電弧 3采用多斷口滅弧 4. 采用特殊金屬材料作為滅弧觸頭5. 采用并聯(lián)電阻 6. 其它措施 基于交流電弧熄滅的基本原理，還可以在開關電器滅弧過程中采用固體介質狹縫滅弧，把長弧分成串聯(lián)短弧以及加快斷路器觸頭分離速度等眾多措施，結合具體的開斷電路特點加以應用。 第13頁

7、，共31頁，2022年，5月20日，5點59分，星期五高壓斷路器開關電器按功能可分為以下幾種： （1）僅用于正常情況下斷開或接通正常工作電流的開關設備，如高壓負荷開關、低壓閘刀開關、接觸器和磁力啟動器等；（2）僅在故障或過負荷情況下切斷或閉合故障電流和過載電流的開關設備，如高低壓熔斷器；（3）既能開斷或閉合正常工作電流，又能開斷、閉合故障電流的開關設備，常見的有：高低壓斷路器和低壓空氣開關；（4）僅用于檢修時隔離帶電部分的開關電器，主要指隔離開關。第14頁，共31頁，2022年，5月20日，5點59分，星期五高壓斷路器電力系統(tǒng)對高壓斷路器的要求（1）在正常情況下能開斷和關合電路。（2）在電力系

8、統(tǒng)發(fā)生故障時應以較短時間將故障部分從電力系統(tǒng)中切除，以減輕故障對設備的損害； （3）應能配合自動重合閘進行多次關合和開斷。 第15頁，共31頁，2022年，5月20日，5點59分，星期五高壓斷路器高壓斷路器的基本類型按滅弧介質的不同，斷路器可分為（1）油斷路器。 （2）壓縮空氣斷路器。 （3）六氟化硫斷路器。 （4）真空斷路器。 （5）磁吹斷路器。 （6）固體產(chǎn)氣斷路器（簡稱自產(chǎn)氣斷路器）。 按斷路器安裝地點，又可將其分為（1）屋內(nèi)式（2）屋外式。 第16頁，共31頁，2022年，5月20日，5點59分，星期五高壓斷路器高壓斷路器的基本技術參數(shù)額定電壓UN 保證斷路器正常長期工作的線電壓（標稱

9、電壓），以KV為單位。按我國現(xiàn)行國標及有關暫行規(guī)定，我國斷路器的額定電壓有10，20，35，60，110，220，330，500KV。 按國家標準，額定電壓在220KV及以下的電氣設備，其最高工作電壓為額定電壓的1.15倍；對于330KV及以上電氣設備，規(guī)定為 1.1倍。第17頁，共31頁，2022年，5月20日，5點59分，星期五高壓斷路器高壓斷路器的基本技術參數(shù)1額定電流IN額定電流是斷路器允許長期通過的最大工作電流，以A為單位。在長期通過額定電流時，斷路器各部分發(fā)熱溫度不超過國家標準。 我國斷路器額定電流等級為200，400，600，（1000），1250，1600，（1500），200

10、0，3150，4000，5000，6300，8000，10000，12500，16000及20000A等 第18頁，共31頁，2022年，5月20日，5點59分，星期五高壓斷路器高壓斷路器的基本技術參數(shù) 額定開斷電流INbr額定開斷電流是指在額定電壓下斷路器能開斷而不致妨礙其繼續(xù)工作的最大短路電流，單位為KA。 熱穩(wěn)定電流Ith又稱短時耐受電流。它指的是在某一規(guī)定的短時間t內(nèi)斷路器能耐受的短路電流熱效應所對應的電流值，以KA為單位。 動穩(wěn)定電流Ies又稱峰值耐受電流，它是斷路器在關合位置時能允許通過而不致影響其正常運行的短路電流最大瞬時值，以KA為單位。 第19頁，共31頁，2022年，5月2

11、0日，5點59分，星期五高壓斷路器高壓斷路器的基本技術參數(shù)額定短路關合電流INcl 額定短路關合電流是指斷路器在額定電壓下用相應操動機構所能閉合的最大短路電流，單位為KA。 開斷時間tbr 開斷時間是指斷路器的操動機構到分閘指令起到三相電弧完全熄滅為止的一段時間，它包括斷路器的分閘時間和燃弧時間兩部分。合閘時間tcl：處于分閘位置的斷路器從接到合閘信號瞬間起到斷路器三相觸頭全接通為止所經(jīng)歷的時間為合閘時間。 第20頁，共31頁，2022年，5月20日，5點59分，星期五高壓斷路器斷路器的型號 1 2 3 4 5 / 6 7 8 1表示斷路器的字母代號，有S少油；D多油；Z真空；K空氣；LSF6

12、； 2安裝場所代號，N表示屋內(nèi)型；W表示屋外型； 3 設計序列號； 4額定電壓，KV； 5其它標志，如G改進型，F(xiàn)表示分相操作； 6 額定電流，A； 7額定開斷能力（KA或MVA）； 8特殊環(huán)境代號。第21頁，共31頁，2022年，5月20日，5點59分，星期五隔離開關 隔離開關是一種沒有滅弧裝置的開關設備。它一般只用來關合和開斷有電壓無負荷的線路，而不能用以開斷負荷電流和短路電流，它需要與斷路器配合使用，由斷路器來完成關合、開斷任務。第22頁，共31頁，2022年，5月20日，5點59分，星期五隔離開關隔離開關用途 （1）、將停役的電氣設備與帶電電網(wǎng)隔離，以形成安全的電氣設備檢修斷口，建立可

13、靠的絕緣回路；（2）、根據(jù)運行需要換接線路以及開斷和關合一定長度線路的交流電流和一定容量的空載變壓器的勵磁電流。第23頁，共31頁，2022年，5月20日，5點59分，星期五隔離開關對隔離開關的特殊要求 1）、隔離開關在分閘狀態(tài)時應有明顯可見的斷口，使運行人員能明確區(qū)分電器是否與電網(wǎng)斷開，但在全封閉式配電裝置中除外；（2）、隔離開關斷點之間應有足夠的距離，可靠的絕緣，在任何狀態(tài)下都不能被擊穿而引起過電壓危及工作人員的安全；（3）、具有足夠的短路穩(wěn)定性，包括動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。（4）、隔離開關應結構簡單，動作可靠；（5）、帶有接地閘刀的隔離開關應有保證操作順序的閉鎖裝置，以供安全檢修和檢修完成后恢復

14、正常運行。第24頁，共31頁，2022年，5月20日，5點59分，星期五隔離開關 隔離開關的分類 按安裝地點的不同，隔離開關可劃分為戶內(nèi)、戶外兩種; 按絕緣支柱的數(shù)目，隔離開關可分為單柱式、雙柱式和三柱式三種； 按刀閘的運行方式，隔離開關可分為水平旋轉式、垂直旋轉式、擺動式和插入式四種； 按有無接地閘刀，它又可分為帶接地刀閘和不帶接地刀閘兩種。第25頁，共31頁，2022年，5月20日，5點59分，星期五隔離開關隔離開關的典型結構 （1） 戶內(nèi)隔離開關：戶內(nèi)隔離開關有三極式和單極式兩種，一般為刀閘隔離開關; （2）戶外隔離開關:戶外隔離開關有單柱式、雙柱式和三柱式三種。 第26頁，共31頁，2

15、022年，5月20日，5點59分，星期五高壓負荷開關負荷開關的用途負荷開關用于電網(wǎng)中，其主要作用是用于配電系統(tǒng)中關合、開斷正常條件下的電流，并能通過規(guī)定的異常電流，即負荷開關可以分、合正常的負荷電流和關合短路電流，但不能作為電路中的保護開關，因此它必須與具有開斷短路電流能力的斷路器或熔斷器配合使用，一般將負荷開關與高壓熔斷器相配合，故障電流的開斷由熔斷器來完成，負荷開關則負責完成正常負荷電流的分合操作。第27頁，共31頁，2022年，5月20日，5點59分，星期五高壓負荷開關負荷開關的類型（1） 產(chǎn)氣式負荷開關 （2）壓氣式高壓負荷開關 （3）真空負荷開關 （4）SF6負荷開關 第28頁，共31頁，2022年，5月20日，5點59分，星期五高壓熔斷器熔斷器作用 熔體工作時串聯(lián)在被保護回路中，正常情況下工作電流不應使熔體熔斷，當流過熔體的電流超過一定數(shù)值（如短路電流或過負荷電流）時，熔體會因自身產(chǎn)生的熱量而自行熔斷，從而達到切斷電路保護電網(wǎng)和設備的目的。 熔體從通過非正常電流到開斷整個過程由三個階段構成：從短路電流開始通過熔體至熔體熔斷所需的時間即熔體熔化時