4 第6章-1 断路器的原理和技术参数

1、.发电厂电气部分发电厂电气部分第六章内容第六章内容 断路器和隔离开关的原理和种类断路器和隔离开关的原理和种类主主 讲：张东英讲：张东英 Tel:80798449Tel:80798449 E-mail: E-mail: .一、一、断路器的原理断路器的原理主要内容主要内容（1 1）断路器的基本结构）断路器的基本结构（2 2）电弧的形成与熄灭）电弧的形成与熄灭（3 3）交流电弧的特点、熄灭条件）交流电弧的特点、熄灭条件（4 4）熄灭交流电弧的基本方法）熄灭交流电弧的基本方法（5 5）断路器的种类和型号）断路器的种类和型号断路器作用断路器作用 在正常运行时倒换运行方式，将设备或线路接入电网在正常运行时

2、倒换运行方式，将设备或线路接入电网或退出，起控制作用。或退出，起控制作用。 在设备或线路故障时，迅速切除故障回路，保证无故在设备或线路故障时，迅速切除故障回路，保证无故障部分正常运行，起保护作用。障部分正常运行，起保护作用。特点：能断开电路中负荷电流和短路电流特点：能断开电路中负荷电流和短路电流.1 1、断路器的基本结构、断路器的基本结构灭弧装置灭弧装置（灭弧室）（灭弧室）操纵机构操纵机构 （操作箱）（操作箱）.2 2、电弧的形成与熄灭、电弧的形成与熄灭(1)(1)电弧产生的条件电弧产生的条件：电源电压大于：电源电压大于1020V1020V，电流大于，电流大于80100mA80100mA，动静

3、触头分离瞬间，触头间产生电弧。动静触头分离瞬间，触头间产生电弧。 触头分开后，电路中有电流，电弧导电，电弧中有大量自由触头分开后，电路中有电流，电弧导电，电弧中有大量自由电子。电子。(2)(2)电弧的危害电弧的危害n电弧的温度很高，可达电弧的温度很高，可达5000500070007000度以上，常超过金属的汽化度以上，常超过金属的汽化点，可能烧坏开关电器的金属触头。点，可能烧坏开关电器的金属触头。n烧坏开关电器的绝缘。如，烧坏瓷绝缘的表面，或者使有机绝烧坏开关电器的绝缘。如，烧坏瓷绝缘的表面，或者使有机绝缘材料炭化，以致失去绝缘性能。缘材料炭化，以致失去绝缘性能。 n若电弧长时间不熄灭，不仅烧

4、坏开关电器，而且造成系统事故，若电弧长时间不熄灭，不仅烧坏开关电器，而且造成系统事故，威胁电力系统安全运行。威胁电力系统安全运行。. 电弧的产生和维持是触头间中性质点（分子和原子）被游离电弧的产生和维持是触头间中性质点（分子和原子）被游离的结果。游离就是中性质点转化为带电质点。的结果。游离就是中性质点转化为带电质点。游离的过程有四种形式：游离的过程有四种形式：n热电子发射热电子发射 热运动热运动 触头分离最初瞬间，阴极表面发射电子触头分离最初瞬间，阴极表面发射电子n强电场发射强电场发射 电场力电场力 弧隙间最初产生电子的主要原因弧隙间最初产生电子的主要原因n碰撞游离碰撞游离 电场力电场力 带电

5、粒子撞中性粒子带电粒子撞中性粒子 电弧的形成电弧的形成n热游离热游离 热运动热运动 中性粒子撞中性粒子中性粒子撞中性粒子 维持电弧燃烧维持电弧燃烧( (3) 3) 电弧产生的物理过程电弧产生的物理过程.n复合去游离复合去游离 正负粒子中和正负粒子中和降低电子速度措施：降低电子速度措施： 拉长电弧（降低电场力）；拉长电弧（降低电场力）；加快电弧的冷却（降低热运动）；加快电弧的冷却（降低热运动）；加大气体介质的压力（碰撞阻止电子运动）加大气体介质的压力（碰撞阻止电子运动）气体介质吸附电子能力强（增大电子质量）气体介质吸附电子能力强（增大电子质量） n扩散去游离扩散去游离 带电粒子从电弧内部逸出带电

6、粒子从电弧内部逸出 浓度扩散浓度扩散 ；温度扩散温度扩散 ；措施：用高速冷气吹弧措施：用高速冷气吹弧 (4) (4) 去游离的形式去游离的形式.3 3、交流电弧的特点、交流电弧的特点 过零自然熄灭过零自然熄灭 动态伏安特性动态伏安特性n电弧的热惯性电弧的热惯性 - -交流电弧温度的变化滞后于电流的变化。交流电弧温度的变化滞后于电流的变化。燃弧电压燃弧电压熄弧电压熄弧电压.4 4、交流电弧的熄灭条件、交流电弧的熄灭条件n 弧隙介质强度弧隙介质强度- - 电弧电流过零电弧熄灭时，弧隙绝缘电弧电流过零电弧熄灭时，弧隙绝缘能力的恢复过程，用耐受电压能力的恢复过程，用耐受电压U Ud d(t)(t)表示

7、。表示。 -由灭弧装置的结构和灭弧介质的性质决定由灭弧装置的结构和灭弧介质的性质决定 n 弧隙电源电压弧隙电源电压- - 电弧电流自然过零后，电源施加于弧电弧电流自然过零后，电源施加于弧隙的电压的恢复过程，用恢复电压隙的电压的恢复过程，用恢复电压U Ur r(t)(t)表示。表示。 - -与线路参数、负荷性质等有关与线路参数、负荷性质等有关Ur1Ur2Ud)()(tUtUrd.近阴极效应近阴极效应: :在电流过零瞬间，介质强度突然升高在电流过零瞬间，介质强度突然升高.5 5、高压断路器熄灭交流电弧的基本方法、高压断路器熄灭交流电弧的基本方法(1)(1)利用灭弧介质利用灭弧介质：介质特性决定去游

8、离程度，传热能力、介电：介质特性决定去游离程度，传热能力、介电强度、热游温度和热容量。强度、热游温度和热容量。空气空气1 1油（氢）油（氢）7.57.5SF6SF6100100真空真空1515(2)(2)采用特殊金属材料作灭弧触头采用特殊金属材料作灭弧触头：铜钨和银钨合金：铜钨和银钨合金 熔点高、导热系数和热容量大的金属，减少热电子发射。熔点高、导热系数和热容量大的金属，减少热电子发射。(3)(3)利用气体或油吹动电弧利用气体或油吹动电弧 ：扩散和冷却：扩散和冷却空气：空气：2.3MPa SF6: 0.30.6MPa2.3MPa SF6: 0.30.6MPa纵吹、横吹、环吹纵吹、横吹、环吹(4

9、)(4)采用强有力的分闸机构采用强有力的分闸机构，提高触头分离速度，拉长电弧，提高触头分离速度，拉长电弧.C0C0CQCQC0C0CQCQCQCQCQCQ(5)(5)采用多断口熄弧采用多断口熄弧 ：在相等的触头行程下，拉长电弧：在相等的触头行程下，拉长电弧 缺点：缺点：各断口电压分布不相等各断口电压分布不相等 措施：各断口加并联电容措施：各断口加并联电容U1U1U2U2U U0012CCCCUUQQ022CCCUUQQ U UC CC CC CQ , C0C CQ , C0U1 = U2U1 = U2均均压压电电容容.二、断路器的种类和型号二、断路器的种类和型号1 1、断路器的种类、断路器的种

10、类n按灭弧介质和灭弧方式分为：按灭弧介质和灭弧方式分为：SF6SF6真空真空 多油、少油多油、少油压缩空气压缩空气n操动机构：断路器进行合闸、分闸操作，并保持在合闸状操动机构：断路器进行合闸、分闸操作，并保持在合闸状态，这些任务全靠操动机构完成。包括：态，这些任务全靠操动机构完成。包括：气动机构、弹簧机构、液压机构气动机构、弹簧机构、液压机构 手动机构、电磁机构、手动机构、电磁机构、.SF6压力表断路器实物图断路器实物图1 1：220220kV SF6 kV SF6 两断口两断口 液压机构液压机构机构箱机构箱.弹簧储能弹簧储能指示指示断路器实物图断路器实物图2 2：220220kV SF6 k

11、V SF6 单断口单断口 弹簧机构弹簧机构SF6SF6压压力力表表断路器断路器分合位分合位置指示置指示.断路器实物图断路器实物图3 3：220220kV kV 少油少油 4 4断口断口 液压机构液压机构油压力表油压力表断路器断路器分合位分合位置指示置指示油位计油位计.2 2、断路器的型号、断路器的型号额定开断电流（额定开断电流（KA）额定电流（额定电流（KA）其他标志其他标志额定电压（额定电压（KV）设计序号设计序号安装场所安装场所产品名称产品名称产品名称：产品名称：S S少油断路器，少油断路器，Z Z真空断路器，真空断路器，D D多油断路器，多油断路器， L LSF6SF6断路器断路器安装场

12、所：安装场所：N N户内型，户内型，W W户外型户外型其他标志：其他标志：G G改进型；改进型；I I、IIII、III III 断流能力代号；断流能力代号；Q Q防震型；防震型；C C手车式手车式举例举例：SN10-10I 、SW2-110I、ZN10/1250、LW2-220.三、隔离开关的种类和型号三、隔离开关的种类和型号2 2、隔离开关的种类、隔离开关的种类安装地点：屋内式和屋外式安装地点：屋内式和屋外式绝缘支柱数目：单柱、双柱、三柱绝缘支柱数目：单柱、双柱、三柱1 1、隔离开关的主要用途、隔离开关的主要用途 隔离电压隔离电压倒闸操作倒闸操作 分合小电流：分、合避雷器、电压互感器和空载

13、母线分合小电流：分、合避雷器、电压互感器和空载母线 分、合励磁电流不超过分、合励磁电流不超过2 2A A的空载变压器的空载变压器 关、合电容电流不超过关、合电容电流不超过5 5A A的空载线路的空载线路.隔离开关实物图隔离开关实物图1 1：单柱：单柱 垂直伸臂垂直伸臂 连接软母线连接软母线连接硬母线连接硬母线注意接地刀闸注意接地刀闸.隔离开关实物图隔离开关实物图2 2：双柱：双柱 握手握手 .隔离开关实物图隔离开关实物图3 3：双柱：双柱 伸臂伸臂 .隔离开关实物图隔离开关实物图4 4：三柱：三柱.3 3、隔离开关的型号、隔离开关的型号其他标志其他标志额定电压（额定电压（KV）设计序号设计序号安装场所安装场所产品名称产品名称产品名称：产品名称：G G隔离开关隔离开关安装场所：安装场所：N N户内型，户内型，W W户外型户外型其他标志：其他标志：D D带有接地刀；带有接地刀；K K快分型快分型举例：举例：GN-10 、GW2-110、 GW2-110D.作业作业n1.高压断路器有哪些功能？由哪些部分组成？按灭弧介质有哪些种类？ n2.交流电弧电流有何特点？熄灭