《開關(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 開關(guān)電器 開關(guān)電器是斷開或接通電路的電氣設(shè)備總稱。按功能劃分以下幾類： （1）僅用于斷開或閉合正常工作電流的開關(guān)電器，如高壓負荷開關(guān)、低壓閘刀開關(guān)、接觸器、磁力啟動器等。 （2）僅用于斷開過負荷電流或短路電流的開關(guān)電器，如高、低壓熔斷器。這種電器，在電路開斷后，必須更換部件才能再次使用。 （3）用于斷開或閉合正常工作電流、短路電流的開關(guān)電器；如高壓斷路器、低壓自動空氣斷路器等。直流斷路器。 （4）不要求斷開或閉合電流，但具備一定的切、合電容電流和環(huán)流的能力，只用于檢修時隔離電壓的開關(guān)電器；如隔離開關(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)的斷路器稱為SF6斷路器。這種斷路器具有開斷能力強、體積小等特點，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，金屬消耗量大，價格較貴。SF6斷路器除作為一般開斷電器單獨使用外，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)和觸頭開斷后的弧隙絕緣介質(zhì)，而

3、帶電部分對地之間的絕緣采用瓷介質(zhì)，則稱為少油斷路器。 3空氣斷路器 采用壓縮空氣作為滅弧介質(zhì)的斷路器稱為空氣斷路器。空氣斷路器具有滅弧能力強、動作迅速等特點，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)強度來滅弧的斷路器，稱為真空斷路器。這種斷路器具有滅弧速度快、觸頭材料不易氧化、壽命長、體積小等特點。,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?？諝鈹嗦菲饔玫幂^少。對較小容量的電動機和變壓器可用真空接觸器和限流熔斷器配合電器FC，其特點和使用范圍如下： (1)少油型斷路器，我國以前200MW機組以下大多數(shù)采用，其結(jié)構(gòu)簡單、參數(shù)較齊

4、、價格便宜，但動作速度慢(0.2s及以上)，有火災(zāi)、爆炸危險，不宜頻繁操作，且檢修周期短，故主廠房內(nèi)的廠用系統(tǒng)要求無油化后更少使用。,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，不會引火或噴氣，動作速度快(合閘和跳閘時間約0.060.1s)，不需維護，不可燃，操作時噪聲小，有很高的開斷能力，開斷近區(qū)故障時，不需加電容器或電阻。 但在斷路器合閘和切斷電動機時會產(chǎn)生過電壓，要采用氧化鋅避雷器、壓敏電阻或阻容吸收器等保護過電壓，目前125MW以上機組電廠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、路器開斷時電流截斷趨勢減至最小，并能在開斷容性電流時不產(chǎn)生重燃。SF6氣體為閉路系統(tǒng)，基本不受環(huán)境影響，但存在氣體噪聲問題，其內(nèi)部氣體的泄漏量極小，沒有火災(zāi)和爆炸危險。斷路器的維護周期長。由于對SF6氣體認識不足，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電器及操作過電壓保護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及以上機組的廠用系統(tǒng)中。一般對1200kW以下電動機和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)點如下： 1)分斷能

6、力強，動作速度快，可用于短路電流40kA的廠用系統(tǒng)。當(dāng)預(yù)期短路電流大于其百倍額定電流時，具有很高的限流特性，動作時間小于001s。 2)合閘速度快，可實現(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的限流特性和動作焦耳積分特性，使電纜截面可減少， 4)無燃燒和爆炸危險。 5)檢修周期長，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是指斷路器長期工作的標(biāo)準(zhǔn)電壓。電力系統(tǒng)在運行中允許土5UN的電壓波動，斷路器必須適應(yīng)在允許電壓變化范圍內(nèi)長期工作。斷路器還規(guī)定了最高工作電壓，對額定電壓在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應(yīng)值，見表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度越高、外形尺寸越大、相間距離亦越大。選擇斷路器時，額定電壓是首先應(yīng)滿足的條件之一。 額定電流JN是指在額定頻率下長期通過斷路器且使斷路器無損傷、各部分發(fā)熱不超過長期工作的最高的允許發(fā)熱溫度的電流。我國規(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）額定開斷電流INbr 斷路器在開斷操作時，首先起弧的某相電流稱為開斷電流。在額定電壓下，能保證正常開斷的最大短路電流稱為額定短路開斷電流IbrN。它是標(biāo)志斷路器開斷能力的一個重要參數(shù)。 我國規(guī)定額定短路開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。 由于開斷電流和電壓有關(guān)，因

9、此在不同的電壓下，對同一斷路器所能正常開斷的最大電流值也不相同。斷路器的開斷能力既與開斷電流有關(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斷能力稱為額定斷流容量，,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,必須指出：斷路器在起弧時的開斷電流與熄弧后的工頻恢復(fù)電壓，在時間上并非同時產(chǎn)生，這兩者相乘并無具體物理意義，亦不能確切地表征開斷能力。 根據(jù)國際電工委員會(1EC)的規(guī)定，現(xiàn)只把額定開斷電流作為表征開斷能力的唯一參數(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)未帶電時已經(jīng)存在短路故障，斷路器一合閘就會有短路電

10、流流過，這種故障稱為“預(yù)伏故障”，這種操作，專業(yè)術(shù)語稱為“帶故障合閘”。 當(dāng)斷路器“帶故障合閘”時，在動、靜觸頭接觸前(可能尚距幾毫米)就會發(fā)生擊穿，這種現(xiàn)象稱為“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，它會影響動觸頭合閘速度及觸頭的接觸壓力，當(dāng)操動機構(gòu)合閘功率不足時，甚至出現(xiàn)觸頭彈跳、熔化、焊接以至斷路器爆炸等事故，這遠比在合閘狀態(tài)下通過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，瞬態(tài)電流第一個大半波峰值來表示， 制造部門對關(guān)合電流一般取額定開斷電流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，還與斷路器操動機構(gòu)的合閘功的大小有關(guān)。因此，在選擇斷路器的同時，應(yīng)選擇與之匹配的操動機構(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 斷路器在開斷短路故障時，短路電流也將流過動、靜觸頭，因此，要求斷路器不致因發(fā)熱和電動力的沖擊而損壞，即斷路器應(yīng)有足夠的耐受短路電流作用的能力，簡稱為耐受能力。 (1)額定熱穩(wěn)定電流和額定熱穩(wěn)定電流的持續(xù)時間：斷路器在合閘位置，在規(guī)定的時間內(nèi)可能經(jīng)受的額定短路開斷電流即為“額定熱穩(wěn)定電流”，用It表示，故ItIbrN。 其規(guī)定的時間即為“額定熱穩(wěn)定時間”。額定熱穩(wěn)定時間在

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通過斷路器時，各零部件的溫度不應(yīng)超過短時發(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行的異常現(xiàn)象。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,(2)額定動穩(wěn)定電流： 在規(guī)定的使用條件下，斷路器在合閘位置時所能經(jīng)受的最大電流峰值稱為額定動穩(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通過的短路電流，而imc則是斷路器在關(guān)合過程中所產(chǎn)生的短路電流。 額定動穩(wěn)定電流也是以短路電流的第一個大半波峰值電流來表示，且 iamimc2.55IbrN 顯然，額定動穩(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械強度以及觸頭的結(jié)構(gòu)形式。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,5操作性能 全開斷時間“：這是指斷路器接到分閘命令瞬間起到電弧熄滅為止的時間，全開斷時間由兩部分組成， 即 ttt1+t2 式中： t1稱為固有分閘時間，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間間隔； t2稱為燃弧時間，是指某一相首先起弧瞬間到所有相電弧全部熄滅的時間間隔。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,全開斷時間tt是說明斷路器開斷過程快慢的主要參數(shù)。 它直接影響故障對設(shè)備的損壞程度、故障范圍、傳輸容量和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 斷路器開斷單相電路時，各個時間的關(guān)系如圖9

14、1所示，其中t。為繼電保護裝置動作時間。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,合閘時間ton。 斷路器從接到合閘命令起到主觸頭剛接觸為止的時間。電力系統(tǒng)大部分對合閘時間要求不高，但要求三相合閘同期性好，且合閘時間穩(wěn)定。 （6）自動重合閘性能 架空線路的短路大多是瞬時性故障，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，輸電線路一般裝有自動重合閘裝置。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,自動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稱為無電流間隔時間，指斷路器開斷故障電流從電弧熄滅到電路重新接通的時間，一般為0.3S或0.5S，反映了斷路器內(nèi)介質(zhì)強度恢復(fù)的快慢。 t

15、強送電時間，一般為180S，是指重合后故障未消除，斷路器又跳閘，需經(jīng)時間t后，人工強送電一次。,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：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)。 額定短時耐受(熱穩(wěn)定)電流： 50 kA(有效值)。 額定短路持續(xù)時間： 3s。 額定峰值耐受(動穩(wěn)定)電流： 125 kA(峰值)。,華

16、中科技大學(xué)電氣學(xué)院,開斷時間： 40 ms。 分閘時間： 22 ms。 合閘時間： 90 ms(分相操作) ,114ms(三相聯(lián)動) 燃弧時間：20 ms。 重合閘的無電流間隙時間：300 ms及以上可調(diào)。 合分時間：45(-5,+5)ms(分相操作)， 60(-5,+5) ms(三相聯(lián)動)。 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，除老設(shè)備尚有少量遺留外，現(xiàn)在已很少選用。 少油斷路器也有戶內(nèi)式和戶外式之分。我國生產(chǎn)的20kV及以下的都為戶內(nèi)分相式，35kV以上都為戶外式，均采用高強度瓷筒作為油箱。35kV電壓級有戶內(nèi)式，也有戶外式。 電壓在llOkV及以上的戶外式少油斷路器，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： (1)第一類，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機構(gòu)外，其他均為三相分裝式結(jié)構(gòu)。 11022

18、0kV斷路器每相一個斷口，整體呈“T”型布置。330500kV斷路器每相兩個斷口，整體呈“T型布置。每個斷口由滅弧室、支柱(支持絕緣子)、機構(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，主觸頭Q1先斷開，此時，并聯(lián)電阻r串在電路中，線路上的殘余電荷通過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電壓在Q1開斷后，約1.52個工頻周期，再斷開輔助觸頭Q2，最終開斷電路。 合閘時，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、不僅可以降低過電壓幅值，而且還能提高斷路器的開斷能力除此以外，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，落地罐式SF6斷路器，是把斷路器裝入一個外殼接地的金屬罐中。 該產(chǎn)品除110kV級及部分220kV級產(chǎn)品的三相分裝在一個公用底架上并采用三相聯(lián)動操作外，其余各電壓等級及部分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、操動機構(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斷路器與隔離開關(guān)、接地開關(guān)、電流

20、互感器、電壓互感器和部分母線按主接線要求，依次連接，組成一個整體。各元件的高壓帶電部分均裝在一個用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，我國現(xiàn)已有自行設(shè)計和制造的SF6全封閉組合電器投入運行，詳見第十章。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,一、SF6氣體性能 SF6氣體是無色、無味、無毒、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)所示的共價鍵結(jié)構(gòu)；其分子結(jié)構(gòu)如圖910(b)所示，呈強電負性，體積較大。,在1個大氣壓下，

21、SF6的絕緣能力超過空氣的2倍；當(dāng)壓力為3個大氣壓時，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，但電弧電流過零時，低氟化合物則急速再結(jié)合成SF6，故弧隙介質(zhì)強度恢復(fù)過程極快。 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，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，其氣流是直接在開斷過程中產(chǎn)生的，其壓力一般在(357)X105 Pa范圍內(nèi)。

22、 國產(chǎn)的SF6斷路器均為單壓式。目前，單壓式滅弧室有定開距和變開距兩種結(jié)構(gòu)。 但是，無論哪種結(jié)構(gòu)，都必須保證在吹弧過程中，作為熄弧和絕緣介質(zhì)的SF6氣體，永遠不排向大氣，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定開距 圖5-2表示單壓式定開距滅弧室。觸頭間的開距不變。 圖5-2(a)表示觸頭在合閘位置。分閘時，操動機構(gòu)帶著動觸頭和壓氣缸運動，在活塞與壓汽缸之間的被壓縮，產(chǎn)生高氣壓。當(dāng)動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個大氣壓。當(dāng)分閘時，由于壓氣缸與活塞的作用，吹弧系統(tǒng)的SF6的壓力可比原來壓力提高一倍。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,1變開距 圖5-1表示變開距滅弧室的工作原理圖，活塞是固定不動的。圖(a)表示觸頭在合閘位置。分閘時，操動機構(gòu)通過連桿使帶有動觸頭和絕緣噴口的工作汽缸(壓力缸)向右運動，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，電弧可能在觸頭運動的過程中熄滅，所以稱為變開距。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,三、SF6斷路器特點 (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)簡單，使制造、安裝、調(diào)試和運行都比較方便。 (2)允許斷路次數(shù)多，檢修周期長。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，生成物沒有腐蝕性。因此，檢修周期相應(yīng)也長。 (3)開斷性能很好。SF6斷路器的開斷電流大、滅弧時間短、無嚴(yán)重的截流和截流過電壓。 (4)占地少。,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,(5)無噪聲和無線電干擾。 (6)要求加工精度高、密封性能良好

25、。 SF6氣體本身雖無毒，但在電弧作用下，少量分解物(如SF4)對人體有害，一般需設(shè)置吸附劑來吸收。 在我國，SF6斷路器在高壓和超高壓系統(tǒng)中將占有主導(dǎo)地位，并且正在向中壓級發(fā)展，在1060kV電壓級系統(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”是相對而言的，從廣義上講，指的是絕對壓力低于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，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表示在均勻電場作用下，不同介質(zhì)的絕緣間隙的擊穿電壓。由圖可見，真空的絕緣強度比變壓器油、101325Pa氣壓下的SF6和空氣的絕緣強度都高得多。 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，也會引起電場能量集中，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,真空斷路器的特點如下： (1)觸頭開距短。10kV級真空斷路器的觸頭開距只有10mm左右。因為開距短，可使真空 滅弧室做得小巧，所需的操作功小、動作快、機械壽命也長。 (2)燃弧時間短，且與開斷電流大小無關(guān)，一般只有半個周波，故有半周波斷路器之稱。 (3)熄弧后觸頭間隙介質(zhì)恢復(fù)速度快，對開斷近區(qū)故障性能較好。 (4)由于觸頭在開斷電流時燒損量很小，所以觸頭壽命長。 (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玻璃外殼內(nèi)，屏蔽罩的作用是為了防止觸頭間隙燃弧時飛出電弧生成物(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，屏蔽罩吸收的熱量容易通過傳導(dǎo)的方式散發(fā)，有利于提高滅弧室的開斷能力。,,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，并形成可見的斷開點。,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，在電弧電流達峰值以前快速熄滅，熔斷時會產(chǎn)生過電壓。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，電弧重燃無法再度熄滅，熔斷器將燒壞；若低于，過電壓可達3.54倍，有損于電網(wǎng)中設(shè)備的安全。若等于，過電壓22.5倍，不會超過電網(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) 斷路器操動機構(gòu) 斷路器是一種開關(guān)電器，通過觸頭的分、合動作達到開斷與關(guān)合電路的目的，因此必須依靠一定的機械操動系統(tǒng)才能完成。 在斷路器本體以外的機械操動裝置稱為操動機構(gòu)，而操動機構(gòu)與 斷路器動觸頭之間連接的部分稱為傳動機構(gòu)和提升機構(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、操動機構(gòu)種類及其特點 1手動操動機構(gòu)(CS) 2電磁操動機構(gòu)(CD) 3電動機操動機構(gòu)(CJ) 4彈簧操動機構(gòu)(CT) 5氣動操動機構(gòu) 6液壓操動機構(gòu),華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,隔離開

31、關(guān) 隔離開關(guān)的主要特點是在有電壓、無負荷電流情況下，分、合線路。其主要功用為： (1)分閘后，建立可靠的絕緣間隙，將需要檢修的線路或電氣設(shè)備與電源隔開，以保證檢修人員及設(shè)備的安全。 (2)根據(jù)運行需要，換接線路。 (3)可用來分、合線路中的小電流，如套管、母線、連接頭和短電纜的充電電流，斷路器均壓電容的電容電流，雙母線換接時的環(huán)流以及電壓互感器的勵磁電流等。 (4)根據(jù)不同結(jié)構(gòu)類型的具體情況，可用來分、合一定容量的空載變壓器的勵磁電流。,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。利用磁場對弧柱的電磁

32、力驅(qū)使電弧進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，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入 一組金屬柵片后，被分割成若干短電弧，當(dāng)電流過零后，每個短弧隙上的介電強度可高達數(shù)百伏(由于陰極效應(yīng)，介電強度可恢復(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，為了加長電弧，并使動、靜觸頭間的電弧能很快進入柵片組，采用了能形成強烈磁吹的幾個線圈，它們在正常工作狀態(tài)下并不接入線路，而是跨接在電弧路徑中的幾個區(qū)段上。當(dāng)電孤向柵片內(nèi)延伸時，這些磁吹線圈被依次接人主回路，電磁力迫使電弧進入柵片區(qū)，電孤被拉長，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斷電力電纜線路的短路故障。因為，電纜線路形成的恢復(fù)電壓上升率較低，電弧在發(fā)展初期較易熄滅，此時電弧路徑尚未發(fā)展到柵片區(qū)，只處在離觸頭不遠的空間內(nèi)。這

34、一區(qū)域充滿高溫電離化蒸氣，在高的恢復(fù)電壓峰值到來時形成熱擊穿。電纜線路電容中儲存的能量釋放出來，使這種短路難于順利開斷。 磁吹斷路器以其無油、無火災(zāi)危險，能適應(yīng)頻繁操作的優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。但是，它的開斷能力和電壓等級都不高，且價格較貴。在更高電壓等級的系統(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廠用配電裝置采用金屬鎧裝全封閉手車中置式，由兩部分組成，一部分為真空斷路器的中置式開關(guān)柜，另一部分為F-C組成的手車式開關(guān)柜。 容量小于1000kW的電動機和容量小于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ABB德國CALOR-EMAG/廈門ABB開關(guān)有限公司。 型號： VD4 額定電壓：12kV 額定電流：4000 A、2000 A、1250A 額定開斷短路電流：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 合閘時間： 66ms 分閘時間： 45ms 燃弧時間： 15ms 全分斷時間： 60ms 2 斷路器操動機構(gòu)的主要技術(shù)參數(shù) 機構(gòu)形式：彈簧操作機構(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進口，由廈門ABB開關(guān)有限公司組裝。 型號：VSC 額定電壓 ： 6.3 kV 額

36、定電流：400A 額定接通電流：4kA 額定開斷電流：3.24kA 額定熱穩(wěn)定電流：6kA（1s） 額定短時耐受電流：6kA （1s） 4.6 真空接觸器操動機構(gòu)的主要技術(shù)參數(shù) 機構(gòu)形式：永磁操動機構(gòu),華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,4.7 熔斷器波蘭ABB 型號： CEF/CMF 額定電壓： 6.3 kV 額定電流 400A 最大預(yù)期開斷電流有效值：50kA 開斷額定預(yù)期開斷電流時的限流值50KA 開斷電流時的最大過電壓水平小于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型? 9.2 什么叫斷路器額定電流?什么叫額定短路開斷電流?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? 9.5 高壓熔斷器與高壓斷路器有什么區(qū)別? 9.6 高壓斷路器操動機構(gòu)有哪些技術(shù)要求?什么叫防跳躍原理? 9.7 隔離開關(guān)有哪些技術(shù)要求? 9.8 滅磁開關(guān)是屬于哪一類開關(guān)，如何消弧的?,華中科技大學(xué)電氣學(xué)院,本章結(jié)束 點此進入下一章,