变电工程设计

变电工程设计第1页/共37页第1节开关电器的用途和分类

开关电器基本任务：

在运行方式改变或故障时，可靠、灵活的进行变压器、线路等电气元件的切换操作。根据开关电器的不同性能，可将其分为以下几类：

牛牛文库文档分享第2页/共37页（1）仅用来在正常工作情况下开断或闭合正常工作电流Ig.zd的开关电器。

例如低压刀闸开关、接触器、高压负荷开关等。高压负荷开关

牛牛文库文档分享第3页/共37页（2）仅用来开断过负荷电流或短路电流Id的开关电器。例如熔断器。高压跌落式熔断器

牛牛文库文档分享第4页/共37页（3）只用来在检修时隔离电源，不能用其开断或闭合正常工作电流或短路电流的开关电器。例如高压隔离开关。户外高压隔离开关

牛牛文库文档分享第5页/共37页（4）用来在预定的记忆时间内根据选定的计数次数在无电流的瞬间自动分段故障线路。FDK10-12/D315-10永磁跌落式分段器

牛牛文库文档分享第6页/共37页（5）即用来开断或闭合正常工作电流Ig.zd，也用来开断过负荷电流或短路电流Id的开关电器。例如高压断路器、低压空气开关等。变电站断路器

牛牛文库文档分享第7页/共37页第2节开关电器中电弧的产生和熄灭

1.电弧:一种气体的游离放电现象。2.电弧的组成：

牛牛文库文档分享第8页/共37页3.电弧放电的特征

（1）能量集中，温度高，亮度强。（2）电弧是一种自持放电现象，不利于灭火。（3）电弧是一束游离的的气体，质量较轻，容易变形。4.研究电弧理论的目的

在于掌握电弧形成的理论和熄灭电弧的方法，以便能有效的熄灭电弧。

牛牛文库文档分享第9页/共37页5.电弧的危害（1）电弧的存在延长了开关电器开断故障电路的时间，加重了电力系统短路故障的危害。（2）电弧产生的高温，将使触头表面熔化和蒸化，烧坏绝缘材料。对充油电气设备还可能引起着火、爆炸等危险。（3）由于电弧在电动力、热力作用下能移动，很容易造成飞弧短路和伤人，或引起事故的扩大。

牛牛文库文档分享第10页/共37页一、电弧的产生和维持（1）电弧的电极发射出大量自由电子1）强电场发射——强电场力2）热电子发射——高温

电弧产生的前提条件（2）弧柱区气体游离产生大量自由电子1）碰撞游离——电场力的作用，由高速运动的电子作用产生2）热游离——高温（起弧），由中性质点热运动碰撞产生电弧维持和发展的必要条件

牛牛文库文档分享第11页/共37页二、电弧中的去游离去游离：弧隙中带电质点自身消失或者失去电荷变为中性质点的现象。（1）复合：带有异性电荷的质点相遇而结合成中性质点的现象，称为复合。①空间复合：直接和间接复合②表面复合

间接复合

牛牛文库文档分享第12页/共37页（2）扩散：电弧中的电子和正离子，从浓度高的空间向浓度低的介质周围移动的现象，称为扩散。扩散有三种形式：①温度扩散②浓度扩散③利用吹弧扩散

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▉利用固体介质的狭缝狭沟灭弧

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▉用耐高温金属材料作触头、优质灭弧介质

触头材料对电弧中的去游离也有一定影响，用熔点高、导热系数和热容量大的耐高温金属制作触头，可以减少热电子发射和电弧中的金属蒸汽，从而减弱了游离过程，有利于熄灭电弧。灭弧介质的特性，如导热系数、电强度、热游离温度、热容量等，对电弧的游离程度具有很大影响，这些参数值越大，去游离作用就越强。在高压开关中，广泛采用压缩空气、六氟化硫（SF6）气体、真空等作为灭弧介质。

牛牛文库文档分享第15页/共37页具有直流电弧的R——L电路六、直流电灭弧

牛牛文库文档分享第16页/共37页1、电压方程式

E——电源电压。

iR——电阻电压。

——电感电阻电压

Uh——电弧电压2、直流电弧的熄灭条件

牛牛文库文档分享第17页/共37页3直流电弧的熄灭方法

①拉长电弧②开断电路时在电路中逐级串入电阻③在断口上装灭弧栅④冷却电弧直流电弧的熄灭注意事项在直流电路中不能采用灭弧能力太强的开关电器，避免产生过电压。

牛牛文库文档分享第18页/共37页第3节六氟化硫断路器高压断路器基本知识用途正常时用以接通和切断负荷电流，短路故障时通过继电保护装置的作用可自动切断短路电流。

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高压断路器的典型结构

开断元件操动机构绝缘支柱基座

牛牛文库文档分享第20页/共37页分类（1）按装置地点：户外式、户内式；（2）按断路器动作时间：快速断路器（t≤0.08s）、加快作用断路器（t≤0.15s）、慢速断路器（0.25s≤t≤0.4s）；（3）按操动机构手动、电磁、液压、弹簧和气动等。

牛牛文库文档分享第21页/共37页（4）按灭弧介质①油断路器②压缩空气断路器③真空断路器④六氟化硫（SF6）断路器采用绝缘油作为灭弧介质的断路器

采用压缩空气作为灭弧介质及操作机构能源的断路器

在真空中开断电流，利用真空的高绝缘强度来实现灭弧的断路器

采用具有优良灭弧性能的SF6气体作为灭弧介质的断路器

牛牛文库文档分享第22页/共37页由字母和数字两部分组成的：123456额定电流，A派生代号：C—手动式；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：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型额定开断电流，kA特殊环境代号78高压断路器型号（QF）

牛牛文库文档分享第23页/共37页高压断路器的基本要求（1）工作可靠（2）具有足够的开断能力（3）动作快速（4）结构简单，经济合理

牛牛文库文档分享第24页/共37页一、油断路器我国生产的油断路器35kV以下的为户内式，35kV及其以上的均为户外式。按绝缘结构不同，可分为少油断路器与多油断路器。少油断路器中的油只作为灭弧和触头开断后弧隙的绝缘介质，导电部分与接地部分之间的绝缘主要用瓷件做成。而多油断路器中的油不仅作为灭弧和触头开断后弧隙的绝缘介质，而且还作为导电部分与接地部分之间的绝缘。

牛牛文库文档分享第25页/共37页1.油断路器的灭弧原理纵吹，横吹，压油吹弧

牛牛文库文档分享第26页/共37页2.油断路器特点（1）多油①结构简单，制造方便，配套性强，但不能实现积木式结构，耗钢耗油量大；②额定电流不易做大，一般用于较小电流（35kv以下）。③易于维护，噪声低，但需要一套油处理装置。

牛牛文库文档分享第27页/共37页2.油断路器特点（2）少油①油量少，体积小，重量轻，防爆性能大大提高；②采用逆流原理，有利于把带电质点排出弧道，使弧隙中介质电强度得到迅速恢复；③采用纵横吹和机械油吹，断开时间一般不超过0.02s；④检修工作量小。

牛牛文库文档分享第28页/共37页3.油断路器的运行要点（1）消除漏油、渗油现象，油位指示器清洁完好；（2）油断路器内油温应该正常，没有过热现象；（3）对油断路器附件应检查。

牛牛文库文档分享第29页/共37页多油断路器

牛牛文库文档分享第30页/共37页少油断路器

牛牛文库文档分享第31页/共37页二、六氟化硫断路器SF6气体发现于1930年1937年应用于电气设备1955年开始用作断路器的灭弧介质

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牛牛文库文档分享第33页/共37页1.六氟化硫气体（SF6）气体的性能①SF6气体的物理特性②SF6气体的化学特性③SF6气体的电气特性④SF6气体的分解特性

在标准条件下，SF6为无色、无味的气体，难溶于水和油，容易液化，SF6的工作压力为0.2～0.7MPa。SF6气体比空气重，有向低处积聚的倾向。SF6气体在常温（低于500℃）下是一种化学性能非常稳定的惰性气体。在通常条件下对电气设备中常用的金属和绝缘材料是不起化学作用的，它不侵蚀与它接触的物质。

具有优异的绝缘性能，在均匀电场中，SF6气体的绝缘强度为空气的2.5～3倍；具有优异灭弧性能，SF6气体的灭弧能力为空气的100倍，开断能力大约为空气的2～3倍。这是由于SF6气体及其分解物具有极强的电负性，它不仅具有优良的绝缘特性，还具有独特的热特性和电特性。电流过零前的截流小，能避免产生较高的过电压。SF6气体的分解主要有三种情况，即在电弧作用下的分解；在电晕、火花和局部放电下的分解；在高温下的催化分解。SF6气体在断路器操作中和出现内部故障时，会产生不同量的分解物，高毒性的分解物，（如SF4、S2F2、S2F10、SOF2、HF及SO2）会刺激皮肤、眼睛、粘膜，如果大量吸入，还会引起头晕和肺水肿。

纯SF6气体无腐蚀，但其分解物遇水后会变成腐蚀性强的电解质，会对设备内部某些材料造成损害及运行故障。（玻璃、瓷、绝缘纸及类似材料易受损害）

采用合适的材料和采取合理的结构，可以排除潮气和防止腐蚀。在设备运行中可以采用吸附剂（如氧化铝、碱石灰、分子筛或它们的混合物）清除设备内的潮气和SF6气体的分解物。

牛牛文库文档分享第34页/共37页2.SF6断路器的种类和灭弧原理（1）双压气式逐步被单压气式取代（2）单压气式：变开距、定开距110KV及以上广泛使用（3）旋弧式广泛用于10KV、35KVSF6（4）自能式多用于110~220KV断路器多用于110~220KV断路器，当动静触头分开产生电弧后，被电弧加热的气体通过气孔进入主气室，使主气室的压力升高，高压气体对喷口吹弧使电弧熄灭。如果开断的电流较小，电弧产生的热量小使主气室的压力不够时，辅助气室中的气体将通过上部开