高壓斷路器原理與選擇

5—2高壓斷路器原理與選擇高壓斷路器的主要功能：把線路或設(shè)備投入或退出；既是控制電器---正常運行投切，又是保護(hù)電器---切出故障部分。它具有完善的滅弧裝置，是功能最完善的開關(guān)電器設(shè)備。開斷能力是指斷路器熄滅電弧的能力。一、電?。ㄒ唬╇娀〉漠a(chǎn)生是中性粒子變?yōu)樽杂呻娮雍驼x子的結(jié)果---游離的結(jié)果（1）強(qiáng)電場發(fā)射當(dāng)動靜觸頭剛分離開時，由于觸頭間隙很小，電場強(qiáng)度很強(qiáng)，陰極(金屬材料）表面的電子被電場力拉出進(jìn)入觸頭間隙成為自由電子，這種游離方式稱為強(qiáng)電場發(fā)射，也是在弧隙間最初產(chǎn)生的電子。+EER高壓斷路器原理與選擇共11頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!（2）熱電子發(fā)射由于觸頭和弧隙的高溫，使陰極表面不斷發(fā)射出電子的現(xiàn)象。（3）碰撞游離熱電子發(fā)射和高電場發(fā)射的電子，在電場強(qiáng)度的作用下，向陽極方向作加速運動，其動能增加，當(dāng)電子的動能大于原子或分子的游離能，并發(fā)生碰撞時，使原子或分子形成自由電子和正離子，這種現(xiàn)象，稱為碰撞游離。連續(xù)碰撞有的結(jié)果，使間隙存在大量自由的點子，在電場作用下，定向移動，形成電流，即為電弧。+E++++E++++++（大）（由大到小趨于零）高壓斷路器原理與選擇共11頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!

當(dāng)電弧形成后，觸頭間隙由絕緣體轉(zhuǎn)為導(dǎo)電的游離體，觸頭間隙的電場強(qiáng)度急劇下降，電子與中性粒子不可能再發(fā)生碰撞游離，那么應(yīng)有：觸頭間隙的電子應(yīng)越來越少，電弧應(yīng)越來越小，最后自動熄滅；事實上：電弧不僅沒有熄滅，反而越燒越旺，為什么？（4）熱游離---使電弧得到了維持燃燒當(dāng)電弧形成后，弧隙的電阻損耗，使弧隙的溫度升高，中性粒子相互碰撞產(chǎn)生出自由電子和正離子的現(xiàn)象，稱為熱游離。去游離---電弧熄滅的過程弧隙帶電質(zhì)點數(shù)減少的過程，稱為去游離。包括兩種方式：（1）復(fù)合去游離正負(fù)電荷相互吸引，結(jié)合變成中性粒子的過程.（2）擴(kuò)散去游離

帶電質(zhì)點從弧隙逸出弧隙的現(xiàn)象。游離和去游離是電弧燃燒中的兩個過程，電弧是燃燒還是熄滅，取決于這兩個過程競爭的結(jié)果。從熄弧角度，希望加強(qiáng)去游離,電弧熄滅，開斷電路。如冷卻電弧、吹弧等方法。高壓斷路器原理與選擇共11頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!（二）交流電弧特性（1）電弧電壓波形是馬鞍形（2）交流電弧每半周過零一次

交流電弧的熄滅，就是在其過零時，加強(qiáng)去游離，實現(xiàn)滅弧，開斷電路。iuABA’B’A(A’)點燃弧電壓B(B’)點熄弧電壓為什么燃弧電壓比熄弧電壓高？（三）交流電弧的熄滅條件交流電弧過零時，電弧熄滅。此時，弧隙上存在兩個過程：弧隙絕緣介質(zhì)的絕緣能力恢復(fù)過程和電源電壓加到弧隙上的過程。電弧是否熄滅，取決這兩個過程的競爭結(jié)果。高壓斷路器原理與選擇共11頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!CRLrQU0恢復(fù)電壓的恢復(fù)過程由部分組成：1）瞬態(tài)恢復(fù)電壓—暫態(tài)分量電容、電感、充放電過程；因電容是分布參數(shù)，充放電頻率極高、時間極短，此期間的電源電壓可認(rèn)為是常數(shù)。觸頭上電壓恢復(fù)過程，相當(dāng)直流電源突然合閘于R、L、C組成的串聯(lián)回路在電容上的電壓變化過程。見圖5-102）工頻恢復(fù)電壓—穩(wěn)態(tài)分量弧隙上的電壓就是電源電壓的過程?；∠峨妷夯謴?fù)過程見圖5-7Urt圖5-10圖5-7高壓斷路器原理與選擇共11頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!*斷路器開斷單相短路能力比三相短路能力強(qiáng)：因三相短路時斷路器弧隙上恢復(fù)電壓的幅值（1.5Um)，比單相短路時恢復(fù)電壓幅值高(Um)，不易開斷。*減少弧隙恢復(fù)電壓的恢復(fù)速度和幅度，提高開斷能力的措施：1)斷路器動靜觸頭間并聯(lián)一個小電阻---起分流作用。rQ1Q2rQ1Q2主輔觸頭接通或斷開次序2）多端口斷路器的端口上裝并聯(lián)一個大電容-----起均壓作用110kV及以上的少油斷路器或220kV及以上的六氟化硫斷路器用之少油斷路器的標(biāo)準(zhǔn)端口電壓是55kV;六氟化硫斷路器標(biāo)準(zhǔn)端口電壓110kV.高壓斷路器原理與選擇共11頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!二、高壓斷路器選擇.斷路器種類與型式的選擇1）種類選擇的一般原則：6~35kV屋內(nèi)：真空斷路器35~500kV屋外：六氟化硫斷路器2）型式選擇的一般原則發(fā)電機(jī)回路：使用專用斷路器---額定電壓低，開斷電流大；配電裝置：6~35kV屋內(nèi)---真空斷路器；35~500kV屋外：六氟化硫斷路器2.額定電壓

UN≥UNS高壓斷路器原理與選擇共11頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!1。弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程–—Ud(t)弧隙絕緣介質(zhì)的絕緣能力從熄弧狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)的過程，稱為弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程。主要由滅弧裝置的結(jié)構(gòu)和滅弧介質(zhì)的性質(zhì)決定。高壓斷路器采用不同介質(zhì)、冷卻和吹弧方法，提高弧隙絕緣介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)過程。為什么真空斷路器、六氟化硫斷路器是推薦使用的斷路器？2?；∠峨妷夯謴?fù)過程——Ur(t)

弧隙電壓從熄弧電壓恢復(fù)到電源電壓的過程----電源電壓加到弧隙上的過程，稱為弧隙電壓恢復(fù)過程。與電路參數(shù)、負(fù)荷性質(zhì)有關(guān)。電源電壓加到弧隙上的過程，既可能是周期性震蕩過程，也可能是非周期震蕩過程。RLCrQF高壓斷路器原理與選擇共11頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!*電源電壓加到弧隙上經(jīng)歷暫態(tài)過程：因為電路里有電感和電容的存在及電容上的電壓不能突變造成的。由電路知識：此過程既可能是周期性震蕩過程，也可能是非周期震蕩過程。從熄弧角度，希望恢復(fù)電壓幅度低，恢復(fù)速度小，即是非周期性振蕩過程。*觸頭上并聯(lián)電阻的作用：電阻r的分流可減少電容瞬態(tài)恢復(fù)電壓的幅值和速度。并將恢復(fù)電壓從周期性震蕩過程轉(zhuǎn)為非周期震蕩過程。提高斷路器的開斷能力。Ud(t)Ur(t)tU3。交流電弧的熄滅條件交流電弧過零后，如有：Ud(t)>Ur(t)交流電弧將永遠(yuǎn)熄滅。斷路器開斷電路。高壓斷路器原理與選擇共11頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!*提高弧隙絕緣介質(zhì)恢復(fù)速度和幅度的方法：1）采用滅弧介質(zhì)2）采用特殊金屬材料做滅弧觸頭—銅鎢或銀鎢合金等3）吹動電弧---增加擴(kuò)散和復(fù)合去游離4）采用多斷口熄弧—相當(dāng)于拉長電弧，增大了介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)過程5）拉長電弧并增大斷路器觸頭的分離速度—相當(dāng)于增加了擴(kuò)散速度，提高了介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程。高壓斷路器原理與選擇共11頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!3.額定電流選擇

KθIN≥Imax（物理含義）4.額定開斷電流選擇INbr≥Ikt式中

Ikt---動靜觸頭分開時，流過的最大短路電流;

t---tbr開斷計算時間。5.短路關(guān)合電流的選擇iNcl≥