发电厂电气部分第6章断路器和隔离开关原理

1、第六章第二节断路器和隔离开关的原理（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（6 6）隔离开关的种类和型号）隔离开关的种类和型号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）断路器作用断路器作用正常运行正常运行 断开负荷电流断开负荷电流 倒换运行方式，将设备或线路接倒换运行方式，将设备或线路接 入电网或退出，起控制作用。入电网或

2、退出，起控制作用。设备故障设备故障 迅速切除故障回路迅速切除故障回路 保证无故障部分正常运行，保证无故障部分正常运行， 起保护作用。起保护作用。(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10-20V10-20V - - 电流大于电流大于80-100mA80-100mA动静触头分离瞬间，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，电弧中有大量自由电子。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。(2)(2)电弧的危害电弧的危害- - 电弧的温度很高，可达电弧的温度很高，可达5000500070007000度

3、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。- - 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。 - - 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，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。电弧的形成与熄灭电弧的形成与熄灭( (3) 3) 电弧产生的物理过程电弧产生的物理过程电弧的产生和维持是触头间中性质点（分子和原子）被游离的结电弧的

4、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。果。游离就是中性质点转化为带电质点。E E电场力电场力E=U/dE=U/d热运动热运动阳极阳极 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 碰撞游离碰撞游离 电场力电场力 带电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 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 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，阴极表面发射电子游离过程有四种形式：游离过程有四种形

5、式：电场力电场力电弧的形成与熄灭电弧的形成与熄灭 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） 扩散去游离扩散去游离 带电粒子从电弧内部逸出带电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电弧的形成与熄

6、灭电弧的形成与熄灭交流电弧的特点交流电弧的特点燃弧电压燃弧电压熄弧熄弧电压电压特点特点1 1：电流过零时，电弧自然熄灭：电流过零时，电弧自然熄灭 电弧电流：正弦波，过零时（电弧电流：正弦波，过零时（4 4点），电弧自然熄灭点），电弧自然熄灭电弧的热惯性：交流电弧温电弧的热惯性：交流电弧温度的变化滞后于电流的变化度的变化滞后于电流的变化特点特点2 2：动态伏安特性：动态伏安特性- - 燃弧电压大于熄弧电压燃弧电压大于熄弧电压- - 电压随电流周期变化，马鞍形电压随电流周期变化，马鞍形A :A :电流增大温度升高，产生弧电流增大温度升高，产生弧B :B :电流过零，电弧熄灭电流过零，电弧熄灭A:A

7、:电弧重燃电弧重燃交流电弧的熄灭条件交流电弧的熄灭条件弧隙介质强度弧隙介质强度- - 电弧电流过零电弧熄灭时，弧隙绝缘能力的恢复过电弧电流过零电弧熄灭时，弧隙绝缘能力的恢复过程，用耐受电压程，用耐受电压U Ud d(t)(t)表示。表示。 - -与灭弧装置的结构和灭弧介质的性质有关与灭弧装置的结构和灭弧介质的性质有关电弧自然熄灭后，不再重燃，与哪些因素有关？电弧自然熄灭后，不再重燃，与哪些因素有关？阳阳极极阴阴极极+正离子层正离子层近阴极效应近阴极效应电流过零瞬电流过零瞬间，介质强间，介质强度突然升高度突然升高近阴极效应对熄弧有利近阴极效应对熄弧有利弧隙电源电压弧隙电源电压- - 电弧电流自然

8、过零后，电弧电流自然过零后，电源施加于弧隙的电压的恢复过程，用电源施加于弧隙的电压的恢复过程，用恢复电压恢复电压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)()(tUtUrdUr1Ur2Ud电弧熄灭的条件：电弧熄灭的条件：否则电弧重燃否则电弧重燃交流电弧的熄灭条件交流电弧的熄灭条件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）7.5

9、7.5SF6SF6100100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)(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(5)(5)采用多断口熄弧采用多断口熄弧

10、：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C0C0CQCQCQCQU1U1U2U2U U0012CCCCUUQQ022CCCUUQQ C0C0CQCQCQCQU UC CC CC CQ , C0C CQ , C0U1 = U2U1 = U2均均压压电电容容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：各断口加并联电容断路器的种类断路器的种类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

11、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、SF6SF6压力表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SF6SF6压力表压力表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 kV 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

12、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断路器的型号断路器的型号额定开断电流（额定开断电流（KAKA）额定电流（额定电流（KAKA）其他标志其他标志额定电压（额定电压（KVKV）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：SS少油断路器，少油断路器，ZZ真空断路器，真空断路器，DD多油断路器，多油断路器， LSF6LSF6断路器断路器安装场所：安装场所：NN户内型，户内型，WW户外型户外型其他标志：其他标志：GG改进型；改进型；I I、IIII、III III

13、 断流能力代号；断流能力代号；QQ防震型；防震型；CC手车式手车式举例：举例：SN10-10ISN10-10I、SW2-110ISW2-110I、ZN10/1250ZN10/1250、LW2-220LW2-220隔离开关的作用和种类隔离开关的作用和种类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 2

14、A 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连接软母线连接软母线连接硬母线连接硬母线注意观察：注意观察：- -动静触头动静触头- -导电路径导电路径- -附属的接地刀闸附属的接地刀闸合合分分合合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 隔离开关实物图隔离开关实物图2 2：双柱：双柱 握手握手 合合分分隔离开关实物图隔离开关实物图3 3：双柱：双柱 伸臂伸臂 合合分分隔离开关实物图隔离开关实物图4 4：三柱：三柱合合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（KVKV）设计序号设计序号安装场所

15、安装场所产品名称产品名称产品名称：产品名称：GG隔离开关隔离开关安装场所：安装场所：NN户内型，户内型，WW户外型户外型其他标志：其他标志：DD带有接地刀；带有接地刀；KK快分型快分型举例：举例：GN-10 GN-10 、GW2-110GW2-110、 GW2-110D GW2-110D作业作业1.1.高压断路器有哪些功能？由哪些部分组成？按灭弧介质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？有哪些种类？ 2.2.交流电弧电流有何特点？熄灭交流电弧的条件是什么？交流电弧电流有何特点？熄灭交流电弧的条件是什么？ 3.3.什么叫介质强度恢复过程？什么叫电压恢复过程？它们什么叫介质强度恢复过程？什么叫电压恢复过程？它们与哪些因素有关？与哪些因素有关？ 4.4.高压断路器熄弧的主要