FDCDQ4-06-02-高壓斷路器和隔離開關(guān)的原理

第六章導體和電氣設備的

原理與選擇§6.1電氣設備選擇的一般條件§6.2高壓斷路器和隔離開關(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、裸導體、電纜、絕緣子和套管的選擇§6.2高壓斷路器和隔離開關(guān)的原理引言僅用來在正常情況下，斷開或閉合正常工作電流的開關(guān)電器，如高壓負荷開關(guān)、低壓閘刀開關(guān)、接觸器、磁力啟動器等。僅用來斷開故障情況下的過負荷電流或短路電流的開關(guān)電器，如高、低壓熔斷器。既用來斷開或閉合正常工作電流，也用來斷開或閉合過負荷電流或短路電流的開關(guān)電器，如高壓斷路器、低壓自動空氣斷路器等。不要求斷開或閉合電流，只用來在檢修時隔離電壓的開關(guān)電器，如隔離開關(guān)等。開關(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備的開斷和關(guān)合。在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動地切除電力系統(tǒng)的短路電流，以保證電力系統(tǒng)的正常運行。用開關(guān)電器切斷通有電流的電路時，只要電源電壓大于10~20V，電流大于80~100mA，在開關(guān)電器的動、靜觸頭分離瞬間，觸頭間就會出現(xiàn)電弧。此時，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。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)射強電場電子發(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程大于去游離過程，則電弧繼續(xù)燃燒；若去游離過程大于游離過程，則電弧逐漸熄滅。d(-)動觸頭(+)靜觸頭復合去游離擴散去游離1.電弧的產(chǎn)生、維持與熄滅電弧溫度隨時間變化電弧電流數(shù)值隨時間變動，電弧的功率也隨電弧電流變動。電弧功率增大時，電弧的溫度增加；反過來，當電弧功率減小時，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，存在一個滯后過程。交流電弧每半周自動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零一次。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零時，電弧將自動熄滅，但不等于最終熄滅。在交流電弧自動熄滅后，弧隙中存在兩個恢復過程：弧隙介質(zhì)強度恢復過程弧隙電壓恢復過程(1)交流電弧的熄滅條件2.交流電弧的熄滅1)弧隙介質(zhì)強度恢復過程真空斷路器和SF6

斷路器滅弧性能較好。含義：弧隙中介質(zhì)強度恢復到絕緣的正常狀態(tài)的過程。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1)弧隙介質(zhì)強度恢復過程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)弧隙電壓恢復過程含義：弧隙電壓由熄弧電壓逐漸恢復到電源電壓的過程。以ur(t)表示。影響因素：線路參數(shù)、負荷性質(zhì)等。ur0tusrutrutrusr瞬態(tài)恢復電壓工頻恢復電壓對不同的線路參數(shù)，弧隙電壓恢復過程可能是周期性的變化過程或非周期性的變化過程。(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，弧隙中同時存在著兩個恢復過程，即弧隙電壓恢復過程ur(t)和介質(zhì)強度恢復過程ud(t)

。ur0tusrutr可見，斷路器開斷交流電路時，電弧熄滅的條件應為如果弧隙電壓高于介質(zhì)強度耐受電壓，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，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高、導熱系數(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)利用氣體或油吹動電弧吹弧利于冷卻而使復合加強、帶電離子的擴散。4)采用多斷口熄弧電弧被拉長，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電弧，可使弧隙的電場強度驟降；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散。(2)高壓斷路器熄滅交流電弧的基本方法二、開斷短路電流時的工作狀況分析弧隙電壓恢復過程分析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、開斷短路電流時的工作狀況分析弧隙電壓恢復過程分析GT~QFkk~RLrQFGCU0弧隙電壓恢復過程是非周期性的?；謴碗妷鹤畲笾挡粫^U0。微分方程的通解：弧隙電壓恢復過程是周期性振蕩過程?；謴碗妷鹤畲笾悼蛇_2U0?；∠峨妷夯謴瓦^程仍是非周期性的?；謴碗妷鹤畲笾挡粫^U0。二、開斷短路電流時的工作狀況分析弧隙電壓恢復過程分析GT~QFkk~RLrQFGCU0弧隙電壓恢復過程是非周期性的。恢復電壓最大值不會超過U0。弧隙電壓恢復過程是周期性振蕩過程?；謴碗妷鹤畲笾悼蛇_2U0?；∠峨妷夯謴瓦^程仍是非周期性的。恢復電壓最大值不會超過U0。臨界并聯(lián)電阻為當r<rcr時，電壓恢復過程為非周期性；當r>rcr時，電壓恢復過程為周期性。二、開斷短路電流時的工作狀況分析不同短路形式對斷路器開斷能力的影響①開斷單相短路電路當電流過零時，工頻恢復電壓的瞬時值U0=Umsin。通常短路時，角接近90o，所以

U0=Umsin=Um。二、開斷短路電流時的工作狀況分析不同短路形式對斷路器開斷能力的影響②開斷中性點不直接接地系統(tǒng)中的三相短路電路aQFAbXLAXLBXLO~~~CkQFBQFCO'首先開斷相：電弧電流先過零，電弧先熄滅。O在A相熄弧后，經(jīng)過0.005s(90o)，B、C兩相電流同時過零，電弧同時熄滅。每個斷口電壓為0.5UBC=0.866UB(UC)。二、開斷短路電流時的工作狀況分析不同短路形式對斷路器開斷能力的影響②開斷中性點不直接接地系統(tǒng)中的三相短路電路aQFAbXLAXLBXLO~~~CkQFBQFCO'首先開斷相：電弧電流先過零，電弧先熄滅。在A相熄弧后，經(jīng)過0.005s(90o)，B、C兩相電流同時過零，電弧同時熄滅。每個斷口電壓為0.5UBC=0.866UB(UC)。結(jié)論：首先開斷相的恢復電壓最大，為1.5倍的相電壓；后續(xù)開斷相的燃弧時間比首先開斷相延長0.005s。二、開斷短路電流時的工作狀況分析不同短路形式對斷路器開斷能力的影響③開斷中性點直接接地系統(tǒng)中的三相接地短路電路三相接地短路：當零序阻抗與正序阻抗之比不大于3時，首先開斷相恢復電壓的工頻分量為相電壓的1.3倍；第二開斷相恢復電壓的工頻分量為相電壓的1.25倍；最后開斷相恢復電壓的工頻分量為相電壓。三相直接短路：各相工頻恢復電壓與中性點不直接接地系統(tǒng)中的三相短路分析結(jié)果相同，即首先開斷相恢復電壓的工頻分量為相電壓的1.5倍。二、開斷短路電流時的工作狀況分析不同短路形式對斷路器開斷能力的影響④開斷兩相短路電路中性點直接接地系統(tǒng)：工頻恢復電壓可達相電壓的1.3倍。其余情況：工頻恢復電壓為相電壓的0.866倍。二、開斷短路電流時的工作狀況分析不同短路形式對斷路器開斷能力的影響小結(jié)：影響工頻恢復電壓的因素：中性點接地方式短路故障類型三相開斷順序首先開斷相的工頻恢復電壓最大值：K1——首先開斷相開斷系數(shù)；Usm——電網(wǎng)最高運行電壓。二、開斷短路電流時的工作狀況分析降低恢復電壓上升速度和熄弧過電壓的措施①斷路器加裝并聯(lián)電阻作用：①

改變恢復電壓的恢復特性；②

使電弧電流被分流。問題：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、開斷短路電流時的工作狀況分析降低恢復電壓上升速度和熄弧過電壓的措施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分戶內(nèi)式戶外式三、高壓斷路器的型號和技術(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123456額定電流，A派生代號：C—手車式；G—改進式等。額定電壓，kV設計序號使用環(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型額定開斷能力，kA或MVA特殊環(huán)境代號78三、高壓斷路器的型號和技術(shù)參數(shù)額定電壓UN(kV)。斷路器正常工作時，系統(tǒng)的額定(線)電壓。這是斷路器的標稱電壓，斷路器應能保證在這一電壓的電力系統(tǒng)中使用。額定電流IN(A)。斷路器可以長期通過的最大電流。當額定電流長期通過高壓斷路器時，其發(fā)熱溫度不應超過國家標準中規(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)三、高壓斷路器的型號和技術(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所能經(jīng)受電流的峰值。它反映設備經(jīng)受短路電流引起的電動效應能力。3．技術(shù)參數(shù)額定短時耐受電流It(kA)。在規(guī)定條件和時間下斷路器在合閘位置時所能經(jīng)受電流的峰值。它反映設備經(jīng)受短路電流引起的熱效應能力。額定短時關(guān)合電流iNcl(kA)。在規(guī)定條件下斷路器保證正常關(guān)合的最大預期峰值電流。三、高壓斷路器的型號和技術(shù)參數(shù)開斷時間(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間。開斷時間由分閘時間和電弧燃燒時間或燃弧時間組成。3．技術(shù)參數(shù)合閘時間(ms)。從斷路器開始接到合閘命令時起到三相均合閘為止的時間。分(合)閘不同期時間(ms)。指斷路器各相間或同相各斷口間分(合)時間的最大差異。三、高壓斷路器的型號和技術(shù)參數(shù)金屬短接時間(ms)。指斷路器在合分操作時從動、靜觸頭剛接觸到剛分離時的一段時間。3．技術(shù)參數(shù)無電流間隔時間(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間。三、高壓斷路器的型號和技術(shù)參數(shù)隔離電壓在檢修電氣設備時，用隔離開關(guān)將被