《開(kāi)關(guān)電器》PPT課件

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1、華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,,,第九章 開(kāi)關(guān)電器 開(kāi)關(guān)電器是斷開(kāi)或接通電路的電氣設(shè)備總稱(chēng)。按功能劃分以下幾類(lèi)： （1）僅用于斷開(kāi)或閉合正常工作電流的開(kāi)關(guān)電器，如高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)、低壓閘刀開(kāi)關(guān)、接觸器、磁力啟動(dòng)器等。 （2）僅用于斷開(kāi)過(guò)負(fù)荷電流或短路電流的開(kāi)關(guān)電器，如高、低壓熔斷器。這種電器，在電路開(kāi)斷后，必須更換部件才能再次使用。 （3）用于斷開(kāi)或閉合正常工作電流、短路電流的開(kāi)關(guān)電器；如高壓斷路器、低壓自動(dòng)空氣斷路器等。直流斷路器。 （4）不要求斷開(kāi)或閉合電流，但具備一定的切、合電容電流和環(huán)流的能力，只用于檢修時(shí)隔離電壓的開(kāi)關(guān)電器；如隔離開(kāi)關(guān)。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,,,高

2、壓斷路器概論 1六氟化硫(SF6)斷路器 采用SF6氣體作為滅弧介質(zhì)的斷路器稱(chēng)為SF6斷路器。這種斷路器具有開(kāi)斷能力強(qiáng)、體積小等特點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，金屬消耗量大，價(jià)格較貴。SF6斷路器除作為一般開(kāi)斷電器單獨(dú)使用外，還常與以SF6作絕緣的其他電器組成封閉式組合電器(GIS)，可以大量節(jié)省占地面積。SF6斷路器常用于110kV電壓級(jí)及以上的電力系統(tǒng)中。 2油斷路器 采用油作為滅弧介質(zhì)的斷路器稱(chēng)為油斷路器。油斷路器中的油除了作為滅弧介質(zhì)外，還作為觸頭開(kāi)斷后弧隙的絕緣介質(zhì)以及帶電部分與接地外殼之間的絕緣介質(zhì)的，稱(chēng)為多油斷路器，,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,油只作滅弧介質(zhì)和觸頭開(kāi)斷后的弧隙絕緣介質(zhì)，而

3、帶電部分對(duì)地之間的絕緣采用瓷介質(zhì)，則稱(chēng)為少油斷路器。 3空氣斷路器 采用壓縮空氣作為滅弧介質(zhì)的斷路器稱(chēng)為空氣斷路器?？諝鈹嗦菲骶哂袦缁∧芰?qiáng)、動(dòng)作迅速等特點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，有色金屬消耗量較大。 4，真空斷路器 利用真空的高介質(zhì)強(qiáng)度來(lái)滅弧的斷路器，稱(chēng)為真空斷路器。這種斷路器具有滅弧速度快、觸頭材料不易氧化、壽命長(zhǎng)、體積小等特點(diǎn)。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,31OkV斷路器主要有少油、真空、SF6型斷路器。空氣斷路器用得較少。對(duì)較小容量的電動(dòng)機(jī)和變壓器可用真空接觸器和限流熔斷器配合電器FC，其特點(diǎn)和使用范圍如下： (1)少油型斷路器，我國(guó)以前200MW機(jī)組以下大多數(shù)采用，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、參數(shù)較齊

4、、價(jià)格便宜，但動(dòng)作速度慢(0.2s及以上)，有火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)，不宜頻繁操作，且檢修周期短，故主廠(chǎng)房?jī)?nèi)的廠(chǎng)用系統(tǒng)要求無(wú)油化后更少使用。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,(2)真空斷路器：它完全自成一體，不需向其中充氣，不會(huì)引火或噴氣，動(dòng)作速度快(合閘和跳閘時(shí)間約0.060.1s)，不需維護(hù)，不可燃，操作時(shí)噪聲小，有很高的開(kāi)斷能力，開(kāi)斷近區(qū)故障時(shí)，不需加電容器或電阻。 但在斷路器合閘和切斷電動(dòng)機(jī)時(shí)會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓，要采用氧化鋅避雷器、壓敏電阻或阻容吸收器等保護(hù)過(guò)電壓，目前125MW以上機(jī)組電廠(chǎng)多采用真空斷路器或真空斷路器與FC組合電器共用。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,(3)SF6斷路器：它使用低氣壓和低流速，可使斷

5、路器開(kāi)斷時(shí)電流截?cái)嘹厔?shì)減至最小，并能在開(kāi)斷容性電流時(shí)不產(chǎn)生重燃。SF6氣體為閉路系統(tǒng)，基本不受環(huán)境影響，但存在氣體噪聲問(wèn)題，其內(nèi)部氣體的泄漏量極小，沒(méi)有火災(zāi)和爆炸危險(xiǎn)。斷路器的維護(hù)周期長(zhǎng)。由于對(duì)SF6氣體認(rèn)識(shí)不足，品種還較少，故應(yīng)用范圍小于真空斷路器。 (4)熔斷器加接觸器(FC)回路：由高壓限流熔斷器、接觸器、集成化的多功能保護(hù)電器及操作過(guò)電壓保護(hù)裝置組成的具有各種功能的回路，它一般與真空斷路器或SF6斷路器聯(lián)合使用于125MW及以上機(jī)組的廠(chǎng)用系統(tǒng)中。一般對(duì)1200kW以下電動(dòng)機(jī)和1600kVA及以下變壓器回路或頻繁操作回路采用。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,(1)FC主要優(yōu)點(diǎn)如下： 1)分?jǐn)嗄?/p>

6、力強(qiáng)，動(dòng)作速度快，可用于短路電流40kA的廠(chǎng)用系統(tǒng)。當(dāng)預(yù)期短路電流大于其百倍額定電流時(shí)，具有很高的限流特性，動(dòng)作時(shí)間小于001s。 2)合閘速度快，可實(shí)現(xiàn)快速切換，由于FC與真空斷路器或SF6斷路器聯(lián)合，合閘速度為70ms左右。 3)由于FC的限流特性和動(dòng)作焦耳積分特性，使電纜截面可減少， 4)無(wú)燃燒和爆炸危險(xiǎn)。 5)檢修周期長(zhǎng)，可頻繁操作。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,高壓斷路器的基本參數(shù) 1額定電壓及額定電流 額定電壓UN是指斷路器長(zhǎng)期工作的標(biāo)準(zhǔn)電壓。電力系統(tǒng)在運(yùn)行中允許土5UN的電壓波動(dòng)，斷路器必須適應(yīng)在允許電壓變化范圍內(nèi)長(zhǎng)期工作。斷路器還規(guī)定了最高工作電壓，對(duì)額定電壓在3220kV范圍

7、內(nèi)的斷路器，其最高工作電壓較額定電壓高15左右；對(duì)330kV以上者，最高工 作電壓較額定電壓高10。斷路器額定電壓與最高工作電壓對(duì)應(yīng)值，見(jiàn)表91。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,額定電壓的大小影響斷路器的外形尺寸和絕緣水平，額定電壓越高要求絕緣強(qiáng)度越高、外形尺寸越大、相間距離亦越大。選擇斷路器時(shí)，額定電壓是首先應(yīng)滿(mǎn)足的條件之一。 額定電流JN是指在額定頻率下長(zhǎng)期通過(guò)斷路器且使斷路器無(wú)損傷、各部分發(fā)熱不超過(guò)長(zhǎng)期工作的最高的允許發(fā)熱溫度的電流。我國(guó)規(guī)定斷路器的額定電流為200、400、630、 (1000)、1250、(1500)、1600、2000、3150、4000、5000、6300、8000、10

8、000、12500、16000、20000A。 額定電流的大小，決定斷路器導(dǎo)電部分和觸頭的尺寸和結(jié)構(gòu)，在相同的允許溫升下，電流越大，則要求導(dǎo)電部分和觸頭的截面積越大，以便減小損耗和增大散熱面積。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,（1）額定開(kāi)斷電流INbr 斷路器在開(kāi)斷操作時(shí)，首先起弧的某相電流稱(chēng)為開(kāi)斷電流。在額定電壓下，能保證正常開(kāi)斷的最大短路電流稱(chēng)為額定短路開(kāi)斷電流IbrN。它是標(biāo)志斷路器開(kāi)斷能力的一個(gè)重要參數(shù)。 我國(guó)規(guī)定額定短路開(kāi)斷電流的周期分量有效值為：1.6，3.15，6.3，8，10，12.5，16，20，25，31.5，40，50，63，80，100kA等。 由于開(kāi)斷電流和電壓有關(guān)，因

9、此在不同的電壓下，對(duì)同一斷路器所能正常開(kāi)斷的最大電流值也不相同。斷路器的開(kāi)斷能力既與開(kāi)斷電流有關(guān)，又受給定電壓的限制，因此以往常采用斷流容量這一概念，即把額定條件下的開(kāi)斷能力稱(chēng)為額定斷流容量，,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,必須指出：斷路器在起弧時(shí)的開(kāi)斷電流與熄弧后的工頻恢復(fù)電壓，在時(shí)間上并非同時(shí)產(chǎn)生，這兩者相乘并無(wú)具體物理意義，亦不能確切地表征開(kāi)斷能力。 根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)(1EC)的規(guī)定，現(xiàn)只把額定開(kāi)斷電流作為表征開(kāi)斷能力的唯一參數(shù)。而斷流容量這一名詞已經(jīng)不再使用了。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,3關(guān)合能力(making capacity) 當(dāng)電力系統(tǒng)未帶電時(shí)已經(jīng)存在短路故障，斷路器一合閘就會(huì)有短路電

10、流流過(guò)，這種故障稱(chēng)為“預(yù)伏故障”，這種操作，專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)稱(chēng)為“帶故障合閘”。 當(dāng)斷路器“帶故障合閘”時(shí)，在動(dòng)、靜觸頭接觸前(可能尚距幾毫米)就會(huì)發(fā)生擊穿，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“預(yù)擊穿”，隨之出現(xiàn)短路電流， 這給斷路器關(guān)合提出了特殊要求，它會(huì)影響動(dòng)觸頭合閘速度及觸頭的接觸壓力，當(dāng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)合閘功率不足時(shí)，甚至出現(xiàn)觸頭彈跳、熔化、焊接以至斷路器爆炸等事故，這遠(yuǎn)比在合閘狀態(tài)下通過(guò)極限電流的情況更為嚴(yán)重。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,衡量斷路器關(guān)合短路故障能力的參數(shù)為額定短路關(guān)合電流mc。其數(shù)值以關(guān)合操作時(shí)，瞬態(tài)電流第一個(gè)大半波峰值來(lái)表示， 制造部門(mén)對(duì)關(guān)合電流一般取額定開(kāi)斷電流IbrN的1.8X2倍，即 imc182I

11、brN2.55IbrN 斷路器關(guān)合短路電流的能力除與滅弧裝置性能有關(guān)外，還與斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的合閘功的大小有關(guān)。因此，在選擇斷路器的同時(shí)，應(yīng)選擇與之匹配的操動(dòng)機(jī)構(gòu)，方能保證足夠的關(guān)合能力。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,4耐受性能 斷路器在開(kāi)斷短路故障時(shí)，短路電流也將流過(guò)動(dòng)、靜觸頭，因此，要求斷路器不致因發(fā)熱和電動(dòng)力的沖擊而損壞，即斷路器應(yīng)有足夠的耐受短路電流作用的能力，簡(jiǎn)稱(chēng)為耐受能力。 (1)額定熱穩(wěn)定電流和額定熱穩(wěn)定電流的持續(xù)時(shí)間：斷路器在合閘位置，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)可能經(jīng)受的額定短路開(kāi)斷電流即為“額定熱穩(wěn)定電流”，用It表示，故ItIbrN。 其規(guī)定的時(shí)間即為“額定熱穩(wěn)定時(shí)間”。額定熱穩(wěn)定時(shí)間在

12、斷路器技術(shù)條件中規(guī)定：330kV及以下為4s；500kV及以上為3s。 It通過(guò)斷路器時(shí)，各零部件的溫度不應(yīng)超過(guò)短時(shí)發(fā)熱最高允許溫度，且不致出現(xiàn)觸頭熔接或軟化變形，以及其他妨礙正常運(yùn)行的異?，F(xiàn)象。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,(2)額定動(dòng)穩(wěn)定電流： 在規(guī)定的使用條件下，斷路器在合閘位置時(shí)所能經(jīng)受的最大電流峰值稱(chēng)為額定動(dòng)穩(wěn)定電流iam。 它與額定關(guān)合電流imc不同的是，iam是斷路器處于合閘位置時(shí)通過(guò)的短路電流，而imc則是斷路器在關(guān)合過(guò)程中所產(chǎn)生的短路電流。 額定動(dòng)穩(wěn)定電流也是以短路電流的第一個(gè)大半波峰值電流來(lái)表示，且 iamimc2.55IbrN 顯然，額定動(dòng)穩(wěn)定電流反映了斷路器承受由于短

13、路電流產(chǎn)生的電動(dòng)力的耐受性能，它決定于斷路器的導(dǎo)電部分和絕緣支持件的機(jī)械強(qiáng)度以及觸頭的結(jié)構(gòu)形式。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,5操作性能 全開(kāi)斷時(shí)間“：這是指斷路器接到分閘命令瞬間起到電弧熄滅為止的時(shí)間，全開(kāi)斷時(shí)間由兩部分組成， 即 ttt1+t2 式中： t1稱(chēng)為固有分閘時(shí)間，是指從斷路器接到分閘命令瞬間到所有各相的觸頭都分離的時(shí)間間隔； t2稱(chēng)為燃弧時(shí)間，是指某一相首先起弧瞬間到所有相電弧全部熄滅的時(shí)間間隔。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,全開(kāi)斷時(shí)間tt是說(shuō)明斷路器開(kāi)斷過(guò)程快慢的主要參數(shù)。 它直接影響故障對(duì)設(shè)備的損壞程度、故障范圍、傳輸容量和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 斷路器開(kāi)斷單相電路時(shí)，各個(gè)時(shí)間的關(guān)系如圖9

14、1所示，其中t。為繼電保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,合閘時(shí)間ton。 斷路器從接到合閘命令起到主觸頭剛接觸為止的時(shí)間。電力系統(tǒng)大部分對(duì)合閘時(shí)間要求不高，但要求三相合閘同期性好，且合閘時(shí)間穩(wěn)定。 （6）自動(dòng)重合閘性能 架空線(xiàn)路的短路大多是瞬時(shí)性故障，當(dāng)短路電流切斷后，故障原因就迅速消除。為了提高供電的可靠性，輸電線(xiàn)路一般裝有自動(dòng)重合閘裝置。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,自動(dòng)重合閘性能是斷路器應(yīng)具有固有的特性，其操作循環(huán)為： 分Q合分 t 合分 式中Q稱(chēng)為無(wú)電流間隔時(shí)間，指斷路器開(kāi)斷故障電流從電弧熄滅到電路重新接通的時(shí)間，一般為0.3S或0.5S，反映了斷路器內(nèi)介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)的快慢。 t

15、強(qiáng)送電時(shí)間，一般為180S，是指重合后故障未消除，斷路器又跳閘，需經(jīng)時(shí)間t后，人工強(qiáng)送電一次。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,3.1 設(shè)備名稱(chēng)：瓷柱式單斷口斷路器252kV SF6斷路器。 3.2 該斷路器為合資產(chǎn)品。 3.3 技術(shù)參數(shù) 3.3.1額定電壓： 252 kV。 3.3.2額定頻率：50Hz。 3.3.3斷口數(shù)： 1 。 額定電流： 4000A 額定短路開(kāi)斷電流： 50 kA(有效值)。 額定短路關(guān)合電流： 125 kA(峰值)。 額定短時(shí)耐受(熱穩(wěn)定)電流： 50 kA(有效值)。 額定短路持續(xù)時(shí)間： 3s。 額定峰值耐受(動(dòng)穩(wěn)定)電流： 125 kA(峰值)。,華

16、中科技大學(xué)電氣學(xué)院,開(kāi)斷時(shí)間： 40 ms。 分閘時(shí)間： 22 ms。 合閘時(shí)間： 90 ms(分相操作) ,114ms(三相聯(lián)動(dòng)) 燃弧時(shí)間：20 ms。 重合閘的無(wú)電流間隙時(shí)間：300 ms及以上可調(diào)。 合分時(shí)間：45(-5,+5)ms(分相操作)， 60(-5,+5) ms(三相聯(lián)動(dòng))。 分閘不同期性： 相間不大于： 2 ms。 合閘不同期性 相間不大于： 3 ms。 3.3.8 額定操作順序：O0.3sCO180sCO。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,第二節(jié) 油斷路器 油斷路器按用油量的多少，有多油與少

17、油之分。因多油斷路器有很多缺點(diǎn)，除老設(shè)備尚有少量遺留外，現(xiàn)在已很少選用。 少油斷路器也有戶(hù)內(nèi)式和戶(hù)外式之分。我國(guó)生產(chǎn)的20kV及以下的都為戶(hù)內(nèi)分相式，35kV以上都為戶(hù)外式，均采用高強(qiáng)度瓷筒作為油箱。35kV電壓級(jí)有戶(hù)內(nèi)式，也有戶(hù)外式。 電壓在llOkV及以上的戶(hù)外式少油斷路器，采用串聯(lián)滅弧室積木式結(jié)構(gòu)，如圖93(a),華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,SF6斷路器 利用SF6氣體作為絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)的新型高壓斷路器。 SF6斷路器可分為兩大類(lèi)： (1)第一類(lèi)，為瓷瓶式SF6斷路器，可用于110kV及以上的電力系統(tǒng)中。該系列產(chǎn)品除ll0kV斷路器三相共用一個(gè)機(jī)構(gòu)外，其他均為三相分裝式結(jié)構(gòu)。 11022

18、0kV斷路器每相一個(gè)斷口，整體呈“T”型布置。330500kV斷路器每相兩個(gè)斷口，整體呈“T型布置。每個(gè)斷口由滅弧室、支柱(支持絕緣子)、機(jī)構(gòu)箱組成，其中330500kV斷路器還帶有均壓電容器、合閘電阻等，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖9-8所示。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,分閘時(shí)，主觸頭Q1先斷開(kāi)，此時(shí)，并聯(lián)電阻r串在電路中，線(xiàn)路上的殘余電荷通過(guò)r泄漏，使恢復(fù)電壓降低，避免電弧重燃即使重燃，由于r 阻尼作用也可以降低過(guò)電壓在Q1開(kāi)斷后，約1.52個(gè)工頻周期，再斷開(kāi)輔助觸頭Q2，最終開(kāi)斷電路。 合閘時(shí)，操作順序相反即先合Q2， 再合Q1短接Q2和r，完成合閘任務(wù)這樣，

19、不僅可以降低過(guò)電壓幅值，而且還能提高斷路器的開(kāi)斷能力除此以外，也可利用電網(wǎng)中的避雷器或并聯(lián)電抗器兼起限制過(guò)電壓的作用,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,(2)第二類(lèi)，落地罐式SF6斷路器，是把斷路器裝入一個(gè)外殼接地的金屬罐中。 該產(chǎn)品除110kV級(jí)及部分220kV級(jí)產(chǎn)品的三相分裝在一個(gè)公用底架上并采用三相聯(lián)動(dòng)操作外，其余各電壓等級(jí)及部分220kV產(chǎn)品均為三相分裝結(jié)構(gòu)，每相由接地的金屬罐、充氣套管、電流互感器、操動(dòng)機(jī)構(gòu)和底架等部件組成。 其外形示意圖如圖9-9所示。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,為充分利用SF6氣體優(yōu)良的絕緣性能，將SF6斷路器與隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、電流

20、互感器、電壓互感器和部分母線(xiàn)按主接線(xiàn)要求，依次連接，組成一個(gè)整體。各元件的高壓帶電部分均裝在一個(gè)用SF6氣體絕緣的金屬外殼中，構(gòu)成全封閉組合電器GIS，其優(yōu)越性更為顯著。 SF6組合電器的發(fā)展極為迅速，我國(guó)現(xiàn)已有自行設(shè)計(jì)和制造的SF6全封閉組合電器投入運(yùn)行，詳見(jiàn)第十章。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,一、SF6氣體性能 SF6氣體是無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒、不可燃亦不助燃的非金屬化合物，在常溫常壓下，其密度為空氣的五倍。它具有很高的電氣絕緣特性和滅弧能力。 1SF6氣體的絕緣性能 SF6的電子結(jié)構(gòu)具有如圖910(a)所示的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)；其分子結(jié)構(gòu)如圖910(b)所示，呈強(qiáng)電負(fù)性，體積較大。,在1個(gè)大氣壓下，

21、SF6的絕緣能力超過(guò)空氣的2倍；當(dāng)壓力為3個(gè)大氣壓時(shí)，其絕緣能力就和變壓器油相當(dāng)。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,2SF6氣體的滅弧性能 SF6在電弧作用下接受電能而分解成低氟化合物，但電弧電流過(guò)零時(shí)，低氟化合物則急速再結(jié)合成SF6，故弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過(guò)程極快。 所以，SF6的滅弧能力相當(dāng)于同等條件下空氣的100倍；此外，電弧弧柱的電導(dǎo)率高、燃弧電壓低、弧柱能量小。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,,二、SF6斷路器滅弧室結(jié)構(gòu) SF6氣體作為滅弧介質(zhì)時(shí)，只需要較小的氣壓和壓差，所以，SF6斷路器的滅弧室可以按壓氣活塞原理制成單壓式，其氣流是直接在開(kāi)斷過(guò)程中產(chǎn)生的，其壓力一般在(357)X105 Pa范圍內(nèi)。

22、 國(guó)產(chǎn)的SF6斷路器均為單壓式。目前，單壓式滅弧室有定開(kāi)距和變開(kāi)距兩種結(jié)構(gòu)。 但是，無(wú)論哪種結(jié)構(gòu)，都必須保證在吹弧過(guò)程中，作為熄弧和絕緣介質(zhì)的SF6氣體，永遠(yuǎn)不排向大氣，只在封閉系統(tǒng)中循環(huán)使用。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,2定開(kāi)距 圖5-2表示單壓式定開(kāi)距滅弧室。觸頭間的開(kāi)距不變。 圖5-2(a)表示觸頭在合閘位置。分閘時(shí)，操動(dòng)機(jī)構(gòu)帶著動(dòng)觸頭和壓氣缸運(yùn)動(dòng)，在活塞與壓汽缸之間的被壓縮，產(chǎn)生高氣壓。當(dāng)動(dòng)觸頭脫離左邊的噴嘴觸頭后，產(chǎn)生電弧，而且被壓縮的SF6氣體產(chǎn)生吹弧作用如圖5-2(b)所示， 這種吹弧方式類(lèi)似雙向縱向吹弧。當(dāng)電弧熄滅之后，觸頭處在圖5-2(c)所示的分閘位置。,華中科技大學(xué)電

23、氣學(xué)院,單壓式滅弧室中的SF6氣體只有一種氣壓，其值約為5個(gè)大氣壓。當(dāng)分閘時(shí)，由于壓氣缸與活塞的作用，吹弧系統(tǒng)的SF6的壓力可比原來(lái)壓力提高一倍。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,1變開(kāi)距 圖5-1表示變開(kāi)距滅弧室的工作原理圖，活塞是固定不動(dòng)的。圖(a)表示觸頭在合閘位置。分閘時(shí)，操動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)連桿使帶有動(dòng)觸頭和絕緣噴口的工作汽缸(壓力缸)向右運(yùn)動(dòng)，在活塞5與壓氣缸4之間產(chǎn)生壓力。圖5-1(b)表示產(chǎn)生壓力的情況。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,等到絕緣噴口脫離靜觸頭后，在觸頭間產(chǎn)生電弧，同時(shí)氣缸內(nèi)氣體在壓力作用下縱向吹向電弧，使電弧熄滅，如圖5-1(c)所示。 圖5-1(d)表示電弧熄滅后，觸頭在分閘位置。在

24、這種滅弧室結(jié)構(gòu)中，電弧可能在觸頭運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中熄滅，所以稱(chēng)為變開(kāi)距。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,三、SF6斷路器特點(diǎn) (1)斷口耐壓高。所以SF6斷路器的串聯(lián)斷口數(shù)和絕緣支柱較少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使制造、安裝、調(diào)試和運(yùn)行都比較方便。 (2)允許斷路次數(shù)多，檢修周期長(zhǎng)。由于SF6氣體分解后可以復(fù)原，且在電弧作用下的分解物不含有碳等影響絕緣能力的物質(zhì)，在嚴(yán)格控制水分的情況下，生成物沒(méi)有腐蝕性。因此，檢修周期相應(yīng)也長(zhǎng)。 (3)開(kāi)斷性能很好。SF6斷路器的開(kāi)斷電流大、滅弧時(shí)間短、無(wú)嚴(yán)重的截流和截流過(guò)電壓。 (4)占地少。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,(5)無(wú)噪聲和無(wú)線(xiàn)電干擾。 (6)要求加工精度高、密封性能良好

25、。 SF6氣體本身雖無(wú)毒，但在電弧作用下，少量分解物(如SF4)對(duì)人體有害，一般需設(shè)置吸附劑來(lái)吸收。 在我國(guó)，SF6斷路器在高壓和超高壓系統(tǒng)中將占有主導(dǎo)地位，并且正在向中壓級(jí)發(fā)展，在1060kV電壓級(jí)系統(tǒng)中也正逐步取代目前廣泛使用的少油斷路器。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,第五節(jié) 真空斷路器 所謂“真空”是相對(duì)而言的，從廣義上講，指的是絕對(duì)壓力低于101325Pa(相當(dāng)于latm)的氣體稀薄的空間。氣體稀薄程度用“真空度”表示。氣體的絕對(duì)壓力值愈低“真空度”就越高。 氣體間隙的擊穿電壓與氣體壓力有關(guān)。在“真空”這一區(qū)間內(nèi)，擊穿電壓隨氣體壓力的提高而降低，當(dāng)氣體壓力高于1.33X10-2pa(

26、相當(dāng)于10-4mmHg)以上時(shí)，擊穿電壓迅速降低。所以，在真空斷路器內(nèi)的“真空”，指的是氣體壓力在1.35X10-2Pa以下的空間。 在這種氣體稀薄的空間里，不同介質(zhì)的絕緣間隙，擊穿電壓不一樣，其絕緣強(qiáng)度愈高，電弧愈容易熄滅。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,,圖915表示在均勻電場(chǎng)作用下，不同介質(zhì)的絕緣間隙的擊穿電壓。由圖可見(jiàn)，真空的絕緣強(qiáng)度比變壓器油、101325Pa氣壓下的SF6和空氣的絕緣強(qiáng)度都高得多。 真空間隙內(nèi)的氣體稀薄，分子的自由行程大，發(fā)生碰撞的幾率小，因此，碰撞游離不是真空間隙擊穿產(chǎn)生電弧的主要因素。真空中的電弧是在由觸頭電極蒸發(fā)出來(lái)的金屬蒸汽中形成的，電極表面

27、即使只有微小的突起部分，也會(huì)引起電場(chǎng)能量集中，使這部分發(fā)熱而產(chǎn)生金屬蒸汽。因此，電弧特性主要取決于觸頭材料的性質(zhì)及其表面狀況。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,真空斷路器的特點(diǎn)如下： (1)觸頭開(kāi)距短。10kV級(jí)真空斷路器的觸頭開(kāi)距只有10mm左右。因?yàn)殚_(kāi)距短，可使真空 滅弧室做得小巧，所需的操作功小、動(dòng)作快、機(jī)械壽命也長(zhǎng)。 (2)燃弧時(shí)間短，且與開(kāi)斷電流大小無(wú)關(guān)，一般只有半個(gè)周波，故有半周波斷路器之稱(chēng)。 (3)熄弧后觸頭間隙介質(zhì)恢復(fù)速度快，對(duì)開(kāi)斷近區(qū)故障性能較好。 (4)由于觸頭在開(kāi)斷電流時(shí)燒損量很小，所以觸頭壽命長(zhǎng)。 (5)體積小，質(zhì)量輕。 (6)能防火防爆。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,真空

28、滅弧室宛如一只大型電子管，所有的滅弧零件都密封在一個(gè)玻璃外殼內(nèi)，屏蔽罩的作用是為了防止觸頭間隙燃弧時(shí)飛出電弧生成物(如金屬離子、金屬蒸氣、熾熱的金屬液滴等)沾污玻璃外殼內(nèi)壁而破壞其絕緣性能。 屏蔽罩固定在玻璃外殼的腰部，燃弧時(shí)，屏蔽罩吸收的熱量容易通過(guò)傳導(dǎo)的方式散發(fā)，有利于提高滅弧室的開(kāi)斷能力。,,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,第六節(jié) 熔 斷 器 一、高壓熔斷器 電壓在1kV以上的熔斷器稱(chēng)為高壓熔斷器。 高壓熔斷器主要由熔體和本體兩部分構(gòu)成。熔體是由鉛、錫、銅、銀等金屬組成的合金，能承受正常工作電流。 熔斷器的本體包括安裝在熔體外面的纖維管、瓷套管和管座。 高壓熔斷器可分為有限

29、流作用的快速熔斷器和不具限流作用的普通熔斷器。 非限流型使用最廣泛的是跌落式熔斷器，其熔體放置于產(chǎn)氣的絕緣紙管中，依靠作用在熔體上的拉力使熔斷器保持在合閘位置，當(dāng)熔體熔斷后，鎖扣脫扣，絕緣紙管跌落，將電路切斷，并形成可見(jiàn)的斷開(kāi)點(diǎn)。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,具有限流作用的熔斷器（內(nèi)充石英砂）滅弧能力強(qiáng)，在電弧電流達(dá)峰值以前快速熄滅，熔斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓。所以只能用在等于，不能用在高于或低于熔斷器額定電壓的電網(wǎng)中。若高于，電弧重燃無(wú)法再度熄滅，熔斷器將燒壞；若低于，過(guò)電壓可達(dá)3.54倍，有損于電網(wǎng)中設(shè)備的安全。若等于，過(guò)電壓22.5倍，不會(huì)超過(guò)電網(wǎng)中電氣設(shè)備的絕緣水平。 二、低壓熔斷器 低壓熔斷器與高

30、壓熔斷器的結(jié)構(gòu)和原理完全一樣，只是使用電壓在1kV以下。低壓熔斷器一般沒(méi)有限流型和非限流型之分。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,第七節(jié) 斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu) 斷路器是一種開(kāi)關(guān)電器，通過(guò)觸頭的分、合動(dòng)作達(dá)到開(kāi)斷與關(guān)合電路的目的，因此必須依靠一定的機(jī)械操動(dòng)系統(tǒng)才能完成。 在斷路器本體以外的機(jī)械操動(dòng)裝置稱(chēng)為操動(dòng)機(jī)構(gòu)，而操動(dòng)機(jī)構(gòu)與 斷路器動(dòng)觸頭之間連接的部分稱(chēng)為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和提升機(jī)構(gòu)。上述關(guān)系可用圖917表示。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,二、操動(dòng)機(jī)構(gòu)種類(lèi)及其特點(diǎn) 1手動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)(CS) 2電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)(CD) 3電動(dòng)機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)(CJ) 4彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)(CT) 5氣動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu) 6液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu),華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,隔離開(kāi)

31、關(guān) 隔離開(kāi)關(guān)的主要特點(diǎn)是在有電壓、無(wú)負(fù)荷電流情況下，分、合線(xiàn)路。其主要功用為： (1)分閘后，建立可靠的絕緣間隙，將需要檢修的線(xiàn)路或電氣設(shè)備與電源隔開(kāi)，以保證檢修人員及設(shè)備的安全。 (2)根據(jù)運(yùn)行需要，換接線(xiàn)路。 (3)可用來(lái)分、合線(xiàn)路中的小電流，如套管、母線(xiàn)、連接頭和短電纜的充電電流，斷路器均壓電容的電容電流，雙母線(xiàn)換接時(shí)的環(huán)流以及電壓互感器的勵(lì)磁電流等。 (4)根據(jù)不同結(jié)構(gòu)類(lèi)型的具體情況，可用來(lái)分、合一定容量的空載變壓器的勵(lì)磁電流。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,五、磁吹斷路器 磁吹斷路器是利用磁吹原理滅弧的低壓斷路器。利用磁場(chǎng)對(duì)弧柱的電磁

32、力驅(qū)使電弧進(jìn)入由一組柵片形成的滅弧室，由于電弧與柵片壁接觸，加速了電弧的冷卻，去游離作用加強(qiáng)，使電弧快速熄滅。按照柵片材質(zhì)的不同，磁吹斷路器一般分為金屬柵片式和絕緣板柵片式兩種。,金屬柵片式磁吹斷路器的結(jié)構(gòu)原理如圖923所示，其柵片是金屬導(dǎo)體，電弧在電磁力作用下進(jìn)入 一組金屬柵片后，被分割成若干短電弧，當(dāng)電流過(guò)零后，每個(gè)短弧隙上的介電強(qiáng)度可高達(dá)數(shù)百伏(由于陰極效應(yīng)，介電強(qiáng)度可恢復(fù)到200V)。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,在金屬柵片中的熾熱氣體是金屬蒸氣和空氣的混合體。據(jù)一般的規(guī)律，高電離電位、低沸點(diǎn)材料柵片間隙的陰極效應(yīng)，使得柵片間隙具有較高的介電強(qiáng)度。 絕緣柵片式磁吹斷路器具有“之”字形迷宮式的

33、窄縫，多用于15kV及以下的系統(tǒng)中。 其原理與金屬柵片式相同。但因電壓較高，為了加長(zhǎng)電弧，并使動(dòng)、靜觸頭間的電弧能很快進(jìn)入柵片組，采用了能形成強(qiáng)烈磁吹的幾個(gè)線(xiàn)圈，它們?cè)谡９ぷ鳡顟B(tài)下并不接入線(xiàn)路，而是跨接在電弧路徑中的幾個(gè)區(qū)段上。當(dāng)電孤向柵片內(nèi)延伸時(shí)，這些磁吹線(xiàn)圈被依次接人主回路，電磁力迫使電弧進(jìn)入柵片區(qū)，電孤被拉長(zhǎng)，弧柱與絕緣柵片表面接觸后，柵片受熱釋放出大量氣體，電弧被冷卻而熄滅(不是由于陰極效應(yīng))。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,磁吹斷路器通常難于開(kāi)斷電力電纜線(xiàn)路的短路故障。因?yàn)?，電纜線(xiàn)路形成的恢復(fù)電壓上升率較低，電弧在發(fā)展初期較易熄滅，此時(shí)電弧路徑尚未發(fā)展到柵片區(qū)，只處在離觸頭不遠(yuǎn)的空間內(nèi)。這

34、一區(qū)域充滿(mǎn)高溫電離化蒸氣，在高的恢復(fù)電壓峰值到來(lái)時(shí)形成熱擊穿。電纜線(xiàn)路電容中儲(chǔ)存的能量釋放出來(lái)，使這種短路難于順利開(kāi)斷。 磁吹斷路器以其無(wú)油、無(wú)火災(zāi)危險(xiǎn)，能適應(yīng)頻繁操作的優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。但是，它的開(kāi)斷能力和電壓等級(jí)都不高，且價(jià)格較貴。在更高電壓等級(jí)的系統(tǒng)中，其地位被空氣斷路器、六氟化硫斷路器或真空斷路器所取代。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,1、6.3kV廠(chǎng)用配電裝置采用金屬鎧裝全封閉手車(chē)中置式，由兩部分組成，一部分為真空斷路器的中置式開(kāi)關(guān)柜，另一部分為F-C組成的手車(chē)式開(kāi)關(guān)柜。 容量小于1000kW的電動(dòng)機(jī)和容量小于1250kVA變壓器回路采用F-C柜，其余回路采用真空斷路器柜。 4.1 斷路

35、器制造廠(chǎng)ABB德國(guó)CALOR-EMAG/廈門(mén)ABB開(kāi)關(guān)有限公司。 型號(hào)： VD4 額定電壓：12kV 額定電流：4000 A、2000 A、1250A 額定開(kāi)斷短路電流：50kA 短路關(guān)合電流： 150kA,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,額定短路開(kāi)斷電流的直流分量： 45% 額定操作循環(huán)：分-180s-合分-180s-合分 合閘時(shí)間： 66ms 分閘時(shí)間： 45ms 燃弧時(shí)間： 15ms 全分?jǐn)鄷r(shí)間： 60ms 2 斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要技術(shù)參數(shù) 機(jī)構(gòu)形式：彈簧操作機(jī)構(gòu),華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,接觸器主要部件為意大利SACE進(jìn)口，由廈門(mén)ABB開(kāi)關(guān)有限公司組裝。 型號(hào)：VSC 額定電壓 ： 6.3 kV 額

36、定電流：400A 額定接通電流：4kA 額定開(kāi)斷電流：3.24kA 額定熱穩(wěn)定電流：6kA（1s） 額定短時(shí)耐受電流：6kA （1s） 4.6 真空接觸器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要技術(shù)參數(shù) 機(jī)構(gòu)形式：永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu),華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,4.7 熔斷器波蘭ABB 型號(hào)： CEF/CMF 額定電壓： 6.3 kV 額定電流 400A 最大預(yù)期開(kāi)斷電流有效值：50kA 開(kāi)斷額定預(yù)期開(kāi)斷電流時(shí)的限流值50KA 開(kāi)斷電流時(shí)的最大過(guò)電壓水平小于2.5倍,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,復(fù)習(xí)思考題九 9.1 斷路器按滅弧介質(zhì)不同可分為哪幾種類(lèi)型? 9.2 什么叫斷路器額定電流?什么叫額定短路開(kāi)斷電流?什么叫關(guān)合能力?什么叫耐受性能?什么叫操作性能?什么叫循環(huán)操作性能? 9.3 說(shuō)明SF6氣體的絕緣性能和滅弧性能。 9.4 真空斷路器有哪些特點(diǎn)? 9.5 高壓熔斷器與高壓斷路器有什么區(qū)別? 9.6 高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)有哪些技術(shù)要求?什么叫防跳躍原理? 9.7 隔離開(kāi)關(guān)有哪些技術(shù)要求? 9.8 滅磁開(kāi)關(guān)是屬于哪一類(lèi)開(kāi)關(guān)，如何消弧的?,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,本章結(jié)束 點(diǎn)此進(jìn)入下一章,