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1、电气设备及运行维护 第6、7、8、9、11章 第6章 开关电器 模块1、电弧的形成 和熄灭 一、概述 1、电弧为一种气体游离放电现象 现象：开关电器开断电路时，触关间产 生的耀眼的白光。 电弧的存在说明电路中有电流，只有 当电弧熄灭，触头间隙成为绝缘介质时， 电路才算断开。 2、特征： 强功率的放电现象 自持放电 电弧是一束游离的气体，质量极轻，极 易变形。 电弧可分为：气体电弧（长弧）、真空 电弧（短弧）。 二、电弧的形成 n1、带电质点的来源 电极发射大量自由电子： 热电子+强电场发射 弧柱区的气体游离，产生大量的电子和离子： 碰撞游离+热游离 n2、电弧的组成 n阴极区、阳极区、弧柱 n
2、3、电弧产生的条件 n触头分段、触头击穿、真空或气体击穿、 辉光放电、火花放电 三、电弧特性及参数 n物理特性 n电弧的伏安特性 n电位梯度 n温度 n直径 二、 直流电弧和交 流电弧 一、直流电弧特性： 1、静态伏安特性曲线 2、电弧电压分布图： =阴极区电压+弧柱区电压+阳极区电压 U=阴极区电压U阴极区+弧柱区UH+阳极区 当电路中电源电压不足以维持电弧电压和线路 上的压降时，电弧就熄灭 直流电弧熄灭条件 1、拉长电弧 2、增强冷却 2、交流电弧：在交流电路中产生的电 弧 n一、特性 n1、动态状安特性曲线： 电弧电压和电流随时间 不断变化，每一周期，电流过零2次 nUh马鞍形状。A B
3、 nA燃弧电压 B熄弧电压 w电弧在自然过零时将自动熄灭，但下半周期 随着电压的升高，电弧会重燃。 w若电流过零时，电弧不再重燃，电弧就此熄 灭。 w2、热惯性：电弧温度的变化滞后于电流的 变化 二、交流电弧的熄灭 n强迫熄弧（如直流电弧） n截流熄弧（由电流不稳定产生） n过零熄弧（开关设备如断路器等属于此种类型 ） n电流开断后绝缘强度的恢复 n弧隙从原来的电流通道逐渐变成介质的过程就 是介质强度的恢复过程 n措施：采用介质强度高的灭弧介质、采用各种 灭弧装置加强电弧冷却、拉长电弧 n交流短弧和长弧的熄灭方法：短弧弧长短、 熄弧起主要作用是阴极介质恢复强度，灭弧室 结构采用去离子式狭缝式。
4、 长弧弧长较长 ，熄弧起主要作用的是弧柱的去游离过程，使 介质恢复强度快速上升，灭弧室结构采用磁吹 式、旋弧式等 模块2、开关电器中熄灭交流电弧 的基本方法 n一、空气电弧的熄灭： n1、静态电弧的熄灭：自由燃烧 n2、磁吹及自产气灭弧：电磁力拉长 电弧灭弧装置拉长电弧 n3、压缩空气中电弧的熄灭：高速气流 吹弧冷却 n二、油中电弧的熄灭： n1、静态油：电弧高温油蒸汽气泡 （导热性及压力）电流过零后熄灭 n2、气吹油中电弧熄灭：自能灭弧、外 能灭弧 n三、SF6气体中电弧的熄灭： SF6气 体是至今最好的灭弧介质。 n灭弧利用气吹原理：1、电流过零前（ 散热） 2、电流过零后吹灭电弧 n四、
5、真空中电弧的熄灭 n1、真空的击穿原因三种假设：场致发 射、团粒作用、电极二次发射。 n2、真空电弧的形态与特性： n大电流不移动不易灭，集聚型 n小电流移动易灭，扩散型 n3、外加磁场对电弧的影响：横向电 弧斑点移动，电流过零时易熄灭。 纵向电弧向中心挤压，直径变小， 电弧电压降低。 n4、真空电弧的熄灭： nA、扩散型：横吹熄弧 nB、集聚型：纵吹熄弧 模块3 电气触头基 本知识 分类 1、固定触头如母线的联接，采用 螺柱连接和压接两种； 2、滑动触头如滑环与碳刷； 3、可断触头动静触头可采用对接 式和插入式。 触头按结构分类：梅花型、自力型、 对接型、表带型、螺旋型 触头的接触电阻 接触
6、电阻直接反映触头的工作状况 其大小决定了触头的发热触头的工作情况 触头的工作情况 1、在长期负载电流下的工作 负载电流I触头RcI2Rc 发 热 需采用 降低温度及提高通流 能力、严防金属氧化层造成的恶 性循环的方法。 2、在短时大电流下的工作 w在t很短的瞬间，电流很大会在某一点 集聚大热量触头的熔焊 机械强度 弹力 w对策：规定短时发热最高温度限值 w3、在大电流下的关合和分断 会出现： 弹跳现象 在可断触头的触头间产生的电弧可能 会烧坏触头 模块4、高压断路器 一、高压断路器的分类（按使用条件） n高压开关 、低压开关 n户内 、户外 n断路器、隔离开关类、负荷开关类、熔断 器、结合型开
7、关 二、高压断路器分类（按灭弧介质） 油断路器、压缩空气断路器、SF6断路器、 真空断路器、低压空气断路器和磁吹断路器 5、少油式断路器 多油QF相比：具有用油量少、体积小、结构简单、节省钢材、防火 防爆的特点，但检修周期短，在户外使用时，受大气条件影响大， 而且配 套性差。 以SN10-10I型为例： 组成： 导电回路上出线座静触头座辨形触头 动触头导电杆动触头下出线座 灭弧系统纵横吹灭弧室（纵横油气吹+机械油吹） 逆止阀：电弧形成后分解油，逆止阀钢球上推堵住回油孔， 形成密闭燃弧，使内腔压力升高 油气分离器：a.避免灭弧室完全封死，压力过高 b.避免直接将炽热的带有大量电子和离子的油气混合
8、 物排出箱外，引起自燃和设备绝缘闪络。 传动机构：主轴、分相轴、操动轴 框架：依靠两个支持绝缘子将各相与地绝缘 6、SF6断路器的优缺点 n断口耐压高 n允许断路次数多 n开断性能好 n占地面积小 n加工精度高，密封性能好，对水分子与 气体的检测要求严格 主要性能及技术参数 n1、电流通过能力： n额定电流和温升 n额定短时耐受电流（热稳定电流） n额定峰值耐受电流：标准规定应等于 2.5倍额定短时耐受电流 n2、绝缘耐受能力 n额定电压 n额定绝缘水平 n3、开断能力：能可靠开断故障电流 n4、关合能力及操作性能 n额定短路关合电流及合闸能力 n操作性能与动作时间 n5、机械和电气使用寿命
9、n6、各种条件下的开断与关合性能 n7、环境耐受及其他性能 n三、高压断路器的发展趋势：大容量 、自能化、小型化、组合化、智能化 、高可靠。 模块5、高压断路器的操动机构 n要求：合闸、合闸保持、分闸、辅助 要求（自由脱扣、防跳跃、复位、防 失压慢分、连锁、计数、状态指示等 ）。 n分类：电磁式、弹簧式、气动式、液 压式。 n主要技术参数： n1、储能单元：电机型号、输出功率、 额定电压、额定电流、工作电压范围 、空载转速、储能时间 n2、分合闸单元：电、气、油的额定值 、额定功率、线圈电阻、工作电压范 围 n3、机械传动单元：合闸功率、输出角 度、行程等 n4、其他参数：机构质量、气/油压降
10、 、频繁启动建压次数、泄漏率等 模块6、隔离开关 1、QS的作用: 隔电保安 倒闸操作：等电位操作 切投小电流电路：保证电弧能可靠自行熄灭 2、QS的特点 没有专门的灭弧装置 QS分闸时，应有明显可见的断口 QS合闸时，应能可靠地满足动热稳定 3、技术参数：额定电流及温升、额定峰值耐受电流（动 稳定电流）、额定短时耐受电流（热稳定电流）、母线转 换电流。 分类：户内（外）、绝缘支柱数量、运动方式、接地形式 操动机构：电动、手动操动机构 发展方向：高电压、大容量、高可靠、少维护、小型化 3、户内型QS: GN6、GN8型 结构：底座绝缘子、导电系统 磁锁装置的作用：散热 增加接触压力 提 高动稳
11、定 4、户外型QS GW4-35D 导电回路 双柱式绝缘子 接地刀闸与主刀联锁（一分-合） 底座 模块7、高低压熔断器 1、作用：短路保护或过载保护 缺点：保护性能不稳定 2、组成： 熔件（熔体）：铜、银 触头、灭弧装置、绝缘底座 3、工作过程： n 汽化过程发弧过程灭弧过程 全开断时间=熔化时间+发弧时间+燃弧时间 4、分类之一： 限流型速度快、高电阻、出现过电压 非限流型速度慢、不出现过电压 5、分类之二： 户内型高压熔断路：RN1、RN3电力变压器或线路保 护 RN2、RN6电压互感器保护 户外型高压熔断器：RW3跌落式FU、RW10-35型限流型 FU 模块8、高压负荷开关 n它具有简
12、单灭弧装置和一定的分合闸速度， 能开断正常负荷电流和过负荷电流，但不能 开断短路电流。 n在分闸状态有明显可见的断口，可起到隔离 开关的作用，但性能又优于隔离开关，是介 于隔离开关与断路器之间的一种开关电器。 n高压负荷开关常常与高压熔断器串联合用， 前者作为操作电器投切电路的正常负荷电流 ，而由后者作为保护电器开断电路的短路电 流及过载电流。 n适用范围及分类： n1、适用范围：35KV小型化变电站进 线开关、10KV母线分段开关及电容器 组投切开关、与熔断器配合为配电变 高压侧保护、联络开关等 n2、分类：产气式、压气式、真空、 SF6 n典型高压负荷开关：户内、户 外（P121） n负荷
13、开关运行与维护：（ P122） 模块9：自动重合器与自动分段器 n一、作用：配电网中的智能化设备，起到自 动隔离线路中故障区域的作用。 n1、重合器：自动检测回路故障按定时限 或反时限保护特性断开故障电流给定次数 重合（和断路器区别在控制器，可进行多次 重合）永久性故障闭锁 n2、分段器：记忆故障电流次数达到整定 次数无电流自动分闸并闭锁 n瞬时性故障分段器合闸状态（保证供电） n永久性故障分段器分闸闭锁 n二、类型： n1、重合器与分段器分类：油、真空、SF6 n2、故障识别与恢复方案： n电流时间型：重合器跳闸故障电流重合 n电压时间型：线路失压分闸来电延时重 合闸 n重合器与分段器的构成
14、和结构：本体、机构 、控制三部分组成 n重合器与分段器介绍（p125）及应用（ P126） 模块10：组合电器 n概念：将两种或以上的高压电气设备 按电力系统主接线要求组成一个有机 的整体，而各元件保持原功能的装置 。 n优势：占地面积小、可靠性高 n分类：封闭式GIS、复合式HIS、敞开 式HGIS n发展方向：环保型、小型化、智能型 、复合化开关设备、高电压大容量 n二、 GIS组合电器（P130） 第七章 互感器 1、分类：电压互感器、电流互感器 2、作用： n将一次回路的高电压和大电流变为二 次回路标准的低电压和小电流，使测 量仪表和保护装置标准化、小型化， 并使其结构轻巧、价格便宜，并便于 屏内安装。 n使二次设备与高电压部分隔离，且互 感器二次侧均接地，从而保证了设备 和人身的安全。 3、电流互感器 额定变比 ： 特点： 1）一次绕组串联在电路中，并且匝数很少；故一次绕组中的电 流完 全取决于被测电路的负荷电流，而与二次电流大小无关； 2）正常情况下，电流互感器在近于短路的状态下运行。 3）运行中的电流互感器二次回路不允许开路。 4）为了防止绝缘损坏是高压窜入二次侧，危及人身和设备安全 ，电流互感器副绕组一端及铁芯必须接地。 4、电压互感器 1）电压互感器的一次侧并联接入电网 2)电压互感器正
