供配电系统及其电气设备第九章高压开关电器

1、39.2电弧的形成和熄灭电弧的形成和熄灭9.2.1电弧的形成电弧的形成1概念：概念： 在触头开断有一定电压和电流的电路时，触头间产生强烈而又刺眼的亮光的现象。(1020V，80100mA) 绝缘气体或绝缘油受热分解出气体游离产生的自由电子导电自持放电2特点：特点： 气体导电；温度极高3电弧的形成电弧的形成 阴极发射（起因）碰撞游离（重要因素）击穿（量变到质变）热游离（主要因素）维持发展 电弧的形成过程就是介质向等离子体态的转化过程。9.2.1 电弧的形成电弧的形成4游离过程的四种形式：游离过程的四种形式： 热电子发射 强电场发射 碰撞游离：由高速运动的电子作用产生； 热游离：由中性质点热运动碰

2、撞产生。5去游离去游离 正、负质点相互吸引中和为中性质点。 方式： 复合 异性质点靠近而相互中和的现象。 冷却 扩散 带电质点逸出弧柱外的现象。 吹弧 6熄弧条件熄弧条件 游离与去游离谁主导？ 游离和去游离是电弧燃烧中的两个相反过程， 1）游离过程使弧道中的带电离子增加，有助于电弧的燃烧； 2）去游离过程能使弧道中的带电离子减少，有利于电弧的熄灭。熄弧条件：熄弧条件： 当这两个过程达到动态平衡时，电弧稳定燃烧； 若游离过程大于去游离过程，将使电弧越加剧烈地燃烧； 若去游离过程大于游离过程，将使电弧燃烧减弱，以致最终电弧熄灭。9.2.1 电弧的形成电弧的形成9.2.2电弧的熄灭电弧的熄灭熄灭电弧

3、的基本方法：熄灭电弧的基本方法： 削弱游离过程，加强去游离过程。主要措施为：主要措施为：（1） 提高触头间的开断速度 （2） 冷却电弧（3） 增大绝缘介质气体压力（4） 吹弧（5） 将触头置于真空密室中9.2.3 直流电弧的特性及熄灭直流电弧的特性及熄灭一、直流电弧的特性一、直流电弧的特性 在直流电路中产生的电弧叫直流电弧。 电弧电压沿弧长的分布电弧电压沿弧长的分布 阴极压降区U1 弧柱区U2 阳极压降区U3 沿弧长电压降 UhU1U2U3 直流电弧电压沿弧长的分布直流电弧电压沿弧长的分布一、直流电弧的特性一、直流电弧的特性 电弧的伏安特性电弧的伏安特性 di/dt0，电弧稳定燃烧，称为电弧电

4、弧的静态伏安特性的静态伏安特性。（曲线1） di/dt ur(t) （或两曲线无交点）9.2.4 交流电弧的特性及熄灭交流电弧的特性及熄灭三、交流电弧的灭弧方法三、交流电弧的灭弧方法 电流过零过电弧是否能够重燃，取决于取决于弧隙中去游离过程和游离过程的竞争结果。1. 空气中交流电弧的熄灭空气中交流电弧的熄灭（1） 拉长电弧（2）磁吹熄弧（3）气吹熄弧：2. 油中交流电弧的熄灭方法油中交流电弧的熄灭方法（1）静止油中电弧的熄灭（2）吹弧型油中电弧的熄灭3. 六氟化硫气体灭弧4. 真空灭弧u 电气触头电气触头一、概述一、概述1、概念：、概念：通过接触传导电流的两个或以上的金属导体的端接部分。2、触

5、头的接触形式：、触头的接触形式：点、线、面接触3、接触电阻：、接触电阻：接触电阻是指收缩电阻和表面膜电阻之和4、触头电阻：、触头电阻：接触电阻和触头体电阻之和5、影响接触电阻的因素及降低其值的措施：、影响接触电阻的因素及降低其值的措施：（1）触头材料：铜铝过渡接头片（2）接触压力：（3）接触形式：点、线、面接触的用途（4）接触面的加工情况：平而不是光二、二、 对电气触头的要求对电气触头的要求 （1）结构可靠 （2）由良好的导电性能和接触性能。（3）通过规定的电流时，发热温度不超过规定值。（4）开断规定容量的电流时有足够的抗熔焊和抗电弧烧伤能力。（5）通过短路电流时，具有足够的动稳定和热稳定。u

6、 电气触头电气触头三、三、 触头的分类和结构触头的分类和结构1. 按接触面的形式划分按接触面的形式划分（1） 平面触头（2） 线触头（3） 点触头2. 按结构形式划分按结构形式划分（1）可断触头（2）固定触头（3）滑动触头u 电气触头电气触头1种类种类 按灭弧介质和灭弧方式分 油断路器：包括多油断路器和少油断路器(压缩)空气断路器 SF6断路器 真空断路器 按安装地点分 户内式 户外式 高压断路器型号高压断路器型号9.3 高压断路器高压断路器 由字母和数字两部分组成的：2型号型号123456额定电流，A派生代号：C手车式；G改进式等。额定电压，kV设计序号使用环境：N户内式；W户外式。产品名称

7、：D多油断路器；S少油断路器； K空气断路器；L SF6 断路器； Z真空断路器；Q产气断路器； C磁吹断路器等。例如：SN10-10/3000-750型额定开断能力，kA或MVA特殊环境代号78 高压断路器型号高压断路器型号9.3 高压断路器高压断路器n断路器种类和型式的选择依据各类断路器的特点及使用环境、条件决定。n额定电压和电流的选择UNUNs，INImaxn开断电流的选择INbrIpt (简化计算中， INbrI)n短路关合电流的选择iNclish 高压断路器的选择高压断路器的选择9.3 高压断路器高压断路器n短路热稳定和动稳定校验热稳定校验：It2tQk动稳定校验：iesish 高压

8、断路器的选择高压断路器的选择9.3 高压断路器高压断路器 隔离开关都配有手动操作机构，操作时要先拔出定位销，分、合闸要果断、迅速，终了时不要用力过猛，操作完毕一定要用定位销锁住，并目测触头位置是否符合要求。 操作隔离开关之前，必须先检查与之串联的断路器，应确实处于断开位置。 如果发生了带负荷切投隔离开关的误操作，应冷静地避免可能发生的另一种反方向的误操作。限流电器的作用：限流电器的作用： 增加电路的短路阻抗，从而达到限制短路电流的目的。常用的设备：常用的设备： 限流电抗器 分裂变压器 电网中所采用的电抗器是指具有一定电抗电网中所采用的电抗器是指具有一定电抗值的自感线圈。值的自感线圈。 有串联电

9、抗器、并联电抗器、限流电抗器有串联电抗器、并联电抗器、限流电抗器和消弧线圈四种。和消弧线圈四种。 限流电抗器分三种：限流电抗器分三种：一、限流电抗器一、限流电抗器常做成空心的混凝土结构， 这种电抗器都做成单相。组成三相组时有四种排列方式：即垂直排列、水平排列、两重一并排列、品字形排列。带中间抽头的混凝土柱式电抗器称分裂电抗器。35kV的限流电抗器，一般做成夹装、油浸式、户外装置，在油箱内壁加磁分路或电磁屏蔽，以减少箱壁的损耗和发热。电抗器主要参数有额定电压电抗器主要参数有额定电压 、额定电流、额定电流 和百分电抗和百分电抗 。 电抗器的电抗值为电抗器的电抗值为: )(3100%eLeLLLIU

10、XXxxxUUU21sin%eLfhlIIXU 正常工作时，电抗器中的功率损耗通常不大，约为正常工作时，电抗器中的功率损耗通常不大，约为通过电抗器功率通过电抗器功率0.15%0.4%。 安装电抗器后，当电路发生短路时，电抗器可以限安装电抗器后，当电路发生短路时，电抗器可以限制短路电流，同时由于电抗器有较大的电压降，可制短路电流，同时由于电抗器有较大的电压降，可以维持母线有较高的剩余电压，使其他未故障用户以维持母线有较高的剩余电压，使其他未故障用户受到的影响较小。受到的影响较小。 当在电抗器后发生三相短路时，母线剩余电压的百当在电抗器后发生三相短路时，母线剩余电压的百分数为：分数为： 一般要求线

11、路电抗器能维持母线剩余电压在一般要求线路电抗器能维持母线剩余电压在（60%70%）。）。eLLeLLsyIIXUXIU %1003%母线分段电抗器母线分段电抗器线路出线电抗器线路出线电抗器变压器负荷侧串变压器负荷侧串联电抗器电抗器联电抗器电抗器变压器负荷侧并变压器负荷侧并联电抗器电抗器联电抗器电抗器 分裂电抗器与普通电抗器类似，不同点是：分类电抗器的绕组有中间抽头。分裂电抗器的图形符号分裂电抗器的图形符号 单相电路单相电路 在正常工作时：在正常工作时：其中， 为每臂的自感抗； 为互感电抗； m为互感系数。所以，若，取m=0.5，则在正常运行时，每臂的运行电抗： 1I2II231XMXLXL*1

12、2/ 2III121L2MLM()2IUI XI XXXLXMX12L(1)2IUm XLL(1)0.5Xm XX 设分支2短路，若忽略分支3的负荷电流，则： 即短路时，臂2的电抗为（称为单臂型电抗） 当当2端短路，端短路，1端接电源时：端接电源时：12312kLUI XLX 若分支3接电源，可能送来的短路电流为 1端开路，如左图。 若m =0.5， 则： 当当2端短路，端短路，1端开路，端开路，3端接电源时：端接电源时：123kGI32kGLkGMkGL2() 2(1)UIXIXIm X32L3XX分裂电抗器的优点：分裂电抗器的优点： a正常运行时电抗小，而在故障时电抗大； b占地面积减小（

13、一个电抗器可供2路负荷）。分裂电抗器的缺点：分裂电抗器的缺点： 当两个分支负荷不等或者负荷变化过大时，将引起两臂电压产生偏差，造成电压波动，甚至可能出现过电压。 分裂变压器是一种多绕组变压器，它是将普通的双绕组变压器的低压绕组分裂成额定容量相等的两个完全对称的绕组。 作用：能在正常工作和低压侧短路时，使变压器呈现不同的电抗值，从而限制短路电流。二、二、 分裂变压器分裂变压器分裂变压器等值电路图分裂变压器等值电路图通常两个低压分裂绕组容量相同，一般为通常两个低压分裂绕组容量相同，一般为变压器额定容量的变压器额定容量的 50%；阻抗相等。；阻抗相等。1）当低压分裂绕组并联时，当低压分裂绕组并联时，高压和低压绕组高压和低压绕组间的电抗为穿越电抗，用间的电抗为穿越电抗，用 表示，表示， 有：有：2）当一个分裂绕组断开时，当一个分裂绕组断开时，如绕组如绕组2断开，断开，高压和低压绕组间的电抗为高压和低压绕组间的电抗为 ，则，则3）当高压绕组断开时，当高压绕组断开时