FDCDQ4-06-02-高壓斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的原理

第六章導(dǎo)體和電氣設(shè)備的

原理與選擇§6.1電氣設(shè)備選擇的一般條件§6.2高壓斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的原理與選擇§6.3互感器的原理與選擇§6.4-7限流電抗器、高壓熔斷器、裸導(dǎo)體、電纜、絕緣子和套管的選擇§6.2高壓斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的原理引言僅用來(lái)在正常情況下，斷開(kāi)或閉合正常工作電流的開(kāi)關(guān)電器，如高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)、低壓閘刀開(kāi)關(guān)、接觸器、磁力啟動(dòng)器等。僅用來(lái)斷開(kāi)故障情況下的過(guò)負(fù)荷電流或短路電流的開(kāi)關(guān)電器，如高、低壓熔斷器。既用來(lái)斷開(kāi)或閉合正常工作電流，也用來(lái)斷開(kāi)或閉合過(guò)負(fù)荷電流或短路電流的開(kāi)關(guān)電器，如高壓斷路器、低壓自動(dòng)空氣斷路器等。不要求斷開(kāi)或閉合電流，只用來(lái)在檢修時(shí)隔離電壓的開(kāi)關(guān)電器，如隔離開(kāi)關(guān)等。開(kāi)關(guān)電器的類型引言斷路器的作用在正常情況下，控制各種電力線路和設(shè)備的開(kāi)斷和關(guān)合。在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)地切除電力系統(tǒng)的短路電流，以保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。用開(kāi)關(guān)電器切斷通有電流的電路時(shí)，只要電源電壓大于10~20V，電流大于80~100mA，在開(kāi)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。此時(shí)，觸頭雖已分開(kāi)，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(kāi)。一、電弧的形成與熄滅電弧的產(chǎn)生陰極發(fā)射電子熱電子發(fā)射強(qiáng)電場(chǎng)電子發(fā)射碰撞游離電弧的維持熱游離去游離電弧的熄滅若游離過(guò)程大于去游離過(guò)程，則電弧繼續(xù)燃燒；若去游離過(guò)程大于游離過(guò)程，則電弧逐漸熄滅。d(-)動(dòng)觸頭(+)靜觸頭復(fù)合去游離擴(kuò)散去游離1.電弧的產(chǎn)生、維持與熄滅電弧溫度隨時(shí)間變化電弧電流數(shù)值隨時(shí)間變動(dòng)，電弧的功率也隨電弧電流變動(dòng)。電弧功率增大時(shí)，電弧的溫度增加；反過(guò)來(lái)，當(dāng)電弧功率減小時(shí)，電弧的溫度降低。電弧有熱慣性電弧的溫度跟不上電流的變化，存在一個(gè)滯后過(guò)程。交流電弧每半周自動(dòng)熄滅一次隨著交流電流的周期性變化，電弧電流每隔半周過(guò)零一次。在電弧電流自然過(guò)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)行，電弧將自然熄滅。(0)交流電弧的特性2.交流電弧的熄滅在交流電流過(guò)零時(shí)，電弧將自動(dòng)熄滅，但不等于最終熄滅。在交流電弧自動(dòng)熄滅后，弧隙中存在兩個(gè)恢復(fù)過(guò)程：弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過(guò)程弧隙電壓恢復(fù)過(guò)程(1)交流電弧的熄滅條件2.交流電弧的熄滅1)弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過(guò)程真空斷路器和SF6

斷路器滅弧性能較好。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(guò)程。以能耐受的電壓ud(t)表示。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2.交流電弧的熄滅油空氣SF6真空近陰極效應(yīng)1)弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過(guò)程ud0t油空氣SF6真空(1)交流電弧的熄滅條件(+)(-)+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-(-)(+)++--+++---++--+++---2.交流電弧的熄滅2)弧隙電壓恢復(fù)過(guò)程含義：弧隙電壓由熄弧電壓逐漸恢復(fù)到電源電壓的過(guò)程。以u(píng)r(t)表示。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)，弧隙電壓恢復(fù)過(guò)程可能是周期性的變化過(guò)程或非周期性的變化過(guò)程。(1)交流電弧的熄滅條件2.交流電弧的熄滅綜上所述，在電弧自然熄滅后，弧隙中同時(shí)存在著兩個(gè)恢復(fù)過(guò)程，即弧隙電壓恢復(fù)過(guò)程ur(t)和介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過(guò)程ud(t)

。ur0tusrutr可見(jiàn)，斷路器開(kāi)斷交流電路時(shí)，電弧熄滅的條件應(yīng)為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。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2.交流電弧的熄滅2.交流電弧的熄滅1)利用滅弧介質(zhì)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。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。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)采用多斷口熄弧電弧被拉長(zhǎng)，觸頭分離速度加快，斷口電壓降低。5)提高觸頭分離速度迅速拉長(zhǎng)電弧，可使弧隙的電場(chǎng)強(qiáng)度驟降；使電弧的表面突然增大，有利于電弧的冷卻和帶電粒子的擴(kuò)散。(2)高壓斷路器熄滅交流電弧的基本方法二、開(kāi)斷短路電流時(shí)的工作狀況分析弧隙電壓恢復(fù)過(guò)程分析GT~QFkk~RLrQFGCU0微分方程：微分方程的通解：線性常系數(shù)微分方程二、開(kāi)斷短路電流時(shí)的工作狀況分析弧隙電壓恢復(fù)過(guò)程分析GT~QFkk~RLrQFGCU0弧隙電壓恢復(fù)過(guò)程是非周期性的?；謴?fù)電壓最大值不會(huì)超過(guò)U0。微分方程的通解：弧隙電壓恢復(fù)過(guò)程是周期性振蕩過(guò)程?；謴?fù)電壓最大值可達(dá)2U0。弧隙電壓恢復(fù)過(guò)程仍是非周期性的。恢復(fù)電壓最大值不會(huì)超過(guò)U0。二、開(kāi)斷短路電流時(shí)的工作狀況分析弧隙電壓恢復(fù)過(guò)程分析GT~QFkk~RLrQFGCU0弧隙電壓恢復(fù)過(guò)程是非周期性的?；謴?fù)電壓最大值不會(huì)超過(guò)U0。弧隙電壓恢復(fù)過(guò)程是周期性振蕩過(guò)程。恢復(fù)電壓最大值可達(dá)2U0?；∠峨妷夯謴?fù)過(guò)程仍是非周期性的?；謴?fù)電壓最大值不會(huì)超過(guò)U0。臨界并聯(lián)電阻為當(dāng)r<rcr時(shí)，電壓恢復(fù)過(guò)程為非周期性；當(dāng)r>rcr時(shí)，電壓恢復(fù)過(guò)程為周期性。二、開(kāi)斷短路電流時(shí)的工作狀況分析不同短路形式對(duì)斷路器開(kāi)斷能力的影響①開(kāi)斷單相短路電路當(dāng)電流過(guò)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90o，所以

U0=Umsin=Um。二、開(kāi)斷短路電流時(shí)的工作狀況分析不同短路形式對(duì)斷路器開(kāi)斷能力的影響②開(kāi)斷中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)中的三相短路電路aQFAbXLAXLBXLO~~~CkQFBQFCO'首先開(kāi)斷相：電弧電流先過(guò)零，電弧先熄滅。O在A相熄弧后，經(jīng)過(guò)0.005s(90o)，B、C兩相電流同時(shí)過(guò)零，電弧同時(shí)熄滅。每個(gè)斷口電壓為0.5UBC=0.866UB(UC)。二、開(kāi)斷短路電流時(shí)的工作狀況分析不同短路形式對(duì)斷路器開(kāi)斷能力的影響②開(kāi)斷中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)中的三相短路電路aQFAbXLAXLBXLO~~~CkQFBQFCO'首先開(kāi)斷相：電弧電流先過(guò)零，電弧先熄滅。在A相熄弧后，經(jīng)過(guò)0.005s(90o)，B、C兩相電流同時(shí)過(guò)零，電弧同時(shí)熄滅。每個(gè)斷口電壓為0.5UBC=0.866UB(UC)。結(jié)論：首先開(kāi)斷相的恢復(fù)電壓最大，為1.5倍的相電壓；后續(xù)開(kāi)斷相的燃弧時(shí)間比首先開(kāi)斷相延長(zhǎng)0.005s。二、開(kāi)斷短路電流時(shí)的工作狀況分析不同短路形式對(duì)斷路器開(kāi)斷能力的影響③開(kāi)斷中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中的三相接地短路電路三相接地短路：當(dāng)零序阻抗與正序阻抗之比不大于3時(shí)，首先開(kāi)斷相恢復(fù)電壓的工頻分量為相電壓的1.3倍；第二開(kāi)斷相恢復(fù)電壓的工頻分量為相電壓的1.25倍；最后開(kāi)斷相恢復(fù)電壓的工頻分量為相電壓。三相直接短路：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(kāi)斷相恢復(fù)電壓的工頻分量為相電壓的1.5倍。二、開(kāi)斷短路電流時(shí)的工作狀況分析不同短路形式對(duì)斷路器開(kāi)斷能力的影響④開(kāi)斷兩相短路電路中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)：工頻恢復(fù)電壓可達(dá)相電壓的1.3倍。其余情況：工頻恢復(fù)電壓為相電壓的0.866倍。二、開(kāi)斷短路電流時(shí)的工作狀況分析不同短路形式對(duì)斷路器開(kāi)斷能力的影響小結(jié)：影響工頻恢復(fù)電壓的因素：中性點(diǎn)接地方式短路故障類型三相開(kāi)斷順序首先開(kāi)斷相的工頻恢復(fù)電壓最大值：K1——首先開(kāi)斷相開(kāi)斷系數(shù)；Usm——電網(wǎng)最高運(yùn)行電壓。二、開(kāi)斷短路電流時(shí)的工作狀況分析降低恢復(fù)電壓上升速度和熄弧過(guò)電壓的措施①斷路器加裝并聯(lián)電阻作用：①

改變恢復(fù)電壓的恢復(fù)特性；②

使電弧電流被分流。問(wèn)題：電弧熄滅后還有短路電流流通。措施：增加輔助觸頭。主觸頭輔助觸頭問(wèn)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。二、開(kāi)斷短路電流時(shí)的工作狀況分析降低恢復(fù)電壓上升速度和熄弧過(guò)電壓的措施②斷路器加裝并聯(lián)電容并聯(lián)電容后：1．種類按滅弧介質(zhì)和滅弧方式分油斷路器：包括多油斷路器和少油斷路器(壓縮)空氣斷路器SF6斷路器真空斷路器按安裝地點(diǎn)分戶內(nèi)式戶外式三、高壓斷路器的型號(hào)和技術(shù)參數(shù)220kV少油斷路器500kVSF6斷路器220kVSF6斷路器由字母和數(shù)字兩部分組成的：2．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)氣斷路器；

C—磁吹斷路器等。例如：SN10-10/3000-750型額定開(kāi)斷能力，kA或MVA特殊環(huán)境代號(hào)78三、高壓斷路器的型號(hào)和技術(shù)參數(shù)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(guò)的最大電流。當(dāng)額定電流長(zhǎng)期通過(guò)高壓斷路器時(shí)，其發(fā)熱溫度不應(yīng)超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的數(shù)值。額定開(kāi)斷電流INbr(kA)。在規(guī)定條件下能保證正常開(kāi)斷的電流。3．技術(shù)參數(shù)三、高壓斷路器的型號(hào)和技術(shù)參數(shù)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)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。三、高壓斷路器的型號(hào)和技術(shù)參數(shù)開(kāi)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(kāi)斷時(shí)間由分閘時(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)合閘時(shí)間(ms)。從斷路器開(kāi)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。三、高壓斷路器的型號(hào)和技術(shù)參數(shù)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)無(wú)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(guò)電流止的時(shí)間。三、高壓斷路器的型號(hào)和技術(shù)參數(shù)隔離電壓在檢修電氣設(shè)備時(shí)，用隔離開(kāi)關(guān)將被