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1、供配电系统电气设备的选择,各种电气设备的功能尽管不同，但都在供电系统中工作，所以在选择时必然有相同的基本要求。 即在正常工作时，必需保证工作安全可靠、运行维护方便。 在短路情况下，能满足力稳定和热稳定的要求。 一、电气设备选择的通用条件 1、按正常工作条件选择 2、按短路状态校验,（一）按正常工作条件选择,1、按环境条件选型 电气设备在制造上分户内、户外两大类。 户外设备的工作条件较恶劣，故各方面要求较高，成本也高，户内设备不能用于户外； 户外设备虽可用于户内，但不经济。此外选择电气设备，还应根据不同环境考虑防水、防火、防腐、防尘、防爆以及高海拔区与湿热带区等方面的要求。 2、按电网电压选额定
2、电压 高压电气设备可在高于(10%15%)的情况下长期安全运行， 故所选设备的额定电压应不小于装设处电网的额定电压， 海拔1000m，选择普通非高原性设备 1000m3500m，海拔每升高100m，电气设备最高允许工作电压下降1。 当最高工作电压不能满足要求时： 应采用高原型电气设备或采用外绝缘提高一级的产品。,3、按长时工作电流选额定电流 电气设备的长期允许工作电流线路最高持续工作电流 （1）目的：使电气设备的持续最高温度不超过长期发热的最高允许温度。 （2）IN定义 电气设备的额定电流是指周围环境温度为0时，电气设备长期允许通过的最大电流。 额定电流选择条件：IN Imax Imax各支路
3、最大工作电流，决定于支路主要设备 0由产品生产厂家规定。我国普通电器的额定电流所规定的环境温度为+40。,如果设备周围最高环境温度与规定值不符时，应对原有的额定电流值进行修正： 当环境最高温度低于规定的0 时，每低1，额定电流可按增加0.5%修正，但最大电流不得超过额定电流20%。 当环境最高温度高于0 ，但不超过60时，长时允许电流按下式修正： 选择设备时应使修正后的长时允许电流大于或等于通过设备的长时最大工作电流（不包括起动电流），即,-设备允许最高温度，,-实际环境最高温度，取月平均最高温度，,-修正后的长时允许电流。,（二）按短路状态校验,1、短路热稳定性校验 根本条件：短路发热的最高
4、温度不超过短时发热的最高允许温度。 热稳定条件：,-设备在tts内能承受的热稳定电流，KA可由产品样本中查得。,-设备热稳定电流所对应的时间s，可由产品样本查得 。,-短路电流作用的假想时间，s,-稳态短路电流，kA。,-继电保护动作时间,-断路器的分闸时间,路器的分闸时间包括断路器的固有分闸时间和燃弧时间，一般可由产品样本中查得或按下列数值选取。 对快速动作的断路器取0.11s0.16s；对中、低速动作的断路器取0.18s0.25s。,2、短路动稳定性校验,满足动稳定的条件为：i maxish或ImaxIsh ish 、Ish短路冲击电流幅值及其有效值； i max 、Imax电气设备允许通
5、过的动稳定电流幅值及其有效值。 技术规范规定对下列情况不进行动、热稳定性的校验。 （1） 用熔断器保护的电器； （2） 用限流电阻保护的电器及导体； （3） 架空电力线路。 在选择电器时，除按一般条件选择外，还应根据它们的特殊工作条件提出附加要求。,4.1 高压电气设备的选择,一、 开关电弧产生的机理与熄灭方法 （一）电弧产生过程 1、产生条件 电源电压1020V， 电流80100mA 动静触头分离瞬间，触头间就会出现电弧，此时，触头虽已分开，但是电路中的电流还在继续流通。只有电弧熄灭，电路才被真正断开。这说明电弧是导电的。 电弧之所以能形成导电通道，是因为电弧弧核中出现了大量自由电子的结果。
6、,2、产生过程 （1）强电场发射 当触头刚分开时，触头间距离很小，在外加电压U的作用下，则产生很强的电场强度(E=U/S)，当E3106V/m时，阴极表面的电子就会被电场力拉出而形成触头空间的自由电子。 （2）热电子发射 触头是由金属材料做成的，在常温下，金属内部就存在有大量运动着的自由电子。随着温度的升高，自由电子能量增加，运动加剧，有的电子就会跑出金届表面，形成热电子发射。特别是电弧形成后，孤隙间的高温使阴极表面受热会出现强烈的炽热点，不断地发射出电子，在电场力作用下，向阳极作加速运动。,（3）碰撞游离 阴极表面发射出的电子和弧隙中原有的少数电子在强电场能的作用下，向阳极方向运动，并不断地
7、与其他粒子(如气体原子、分子)发生碰撞，将中性粒子中的电子击出，游离成正离子和新的自由电子，新产生的电子也向阳极加速运动，同样也会使它所碰撞的中性质点游离。 碰撞游离连续进行就可能导致在触头间充满了电子和离子，从而介质被击穿，电流急剧增大，从而形成电弧。 电弧的形成主要是碰撞游离所致。 （4）热游离 电弧产生之后，弧隙的温度很高，在高温作用下，气体的不规则热运动速度增加。具有足够动能的中性质点互相碰撞时，又可能游离出电子和正离子，这种现象称为热游离。 一般气体开始发生热游离的温度为900010000；金属蒸气的热游离温度约为40005000 。 因为开关电器的电弧中总有一些金属蒸气，而弧心温度
8、总大于40005000 ，所以，热游离的强度足可维持电弧的燃烧。 维持电弧燃烧所需的过程是热游离。,（5）电弧的稳定燃烧 电弧中发生游离的同时，还进行着使带电质点减少的复合和扩散的去游离过程。 游离去游离：电子与离子浓度增加，电弧加强； 游离=去游离：电弧稳定燃烧； 游离去游离：电弧减小以至熄灭。 所以要促使电弧熄灭，就必须削弱电弧的游离作用，加强其去游离作用。 （6）去游离的两种形式： 复合去游离 复合就是异号带电质点彼此的中和。要带电质点复合，就必须使异号质点在一定时间内处在很近的距离。弧隙中电子的相对速度比正离子快得多，故复合的几率很小。一般规律是电子先附着在中性质点或灭弧室固体介质表面
9、，再与正离子相互吸引复合成中性质点。,复合速率与下列因素有关: A、带电质点浓度越大，复合几率越高。 当弧电流一定时，弧截面越小或介质压力越大，带电质点浓度也越大，复合就越强。故断路器采用小直径的灭弧室，就可以提高弧隙带电质点的浓度，增强其灭弧性能。 B、电弧温度越低，带电质点运动速度越慢，复合就越容易。 故加强电弧冷却，能促进复合。 在交流电弧中，当电流接近零时，弧隙温度骤降，此时复合特别强烈。 C、从弧隙电场强度小，带电质点运动速度慢，复合的可能性增大。 所以提高断路器的开断速度，对复合有利。,扩散 扩散是指带电质点逸出弧道的现象。扩散是由于带电质点不规则的热运动造成的。扩散速度与下列因素
10、有关。 A、 弧区与周围介质的温差越大，扩散越强烈。用冷却介质吹弧，或电弧在周围介质中运动，都可增大弧区与周围介质的温差，加强扩散作用。 B、弧区与周围介质粒子的浓度相差越大，扩散越强烈。电弧的表面积越大，扩散就越快。 断路器综合利用上述原理，制成各式灭弧装置，能迅速有效地熄灭短路电流产生的强大电弧。,3、电弧的危害,电弧产生后，若不能在13个周波内尽快熄灭，将带来很大的危害： （1）电弧的温度很高，可达50007000，常常超过金属的气化点，可能烧坏开关电器的金属触头。 （2）烧坏开关电器的绝缘。 如烧坏瓷绝缘的表面，甚至完全损坏，或者使有机材料碳化，以致失去绝缘性能。 （3）若电弧长时间不
11、能熄灭，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。,4、 电弧的熄灭,（1）、交流电弧的波形 交流电弧具有过零值自然熄灭及动态的伏安特性两大特点。 电弧电压中间大部分平坦，只有在电流靠近零点，瞬时值很小时，电弧电压升高，呈现为电弧尖峰。 图中A点是电弧产生时的电压，称为燃弧电压。而B点是电弧熄灭时的电压，称为熄弧电压。显然，由于介质的热惯性，燃弧电压必然大于熄弧电压。 （2）、交流电弧的熄灭 决定熄弧的基本因素是弧隙的耐压强度（或称介质强度）和加在弧隙上的恢复电压。,A、弧隙介质恢复强度 弧隙介质强度Ud(t)主要由断路器灭弧装置的结构和灭弧介质的性质所决定。 随断路器型式而异
12、。目前，电力系统中常用的灭弧介质有油(变压器油或断路器油)、空气、真空、SF6等。 图62示出其介质强度恢复过程的典型曲线。 从图中可以看出：在电流过零瞬间，介质强度突然出现oa(oa、oa”)升高的现象，称为近阴极效应。,近阴极效应,电弧过零之前，弧隙充满着电子和正离子当电流过零后，弧隙的电极极性发生改变，弧隙中的电子立即向新阳极运动，而比电子质量大一千多倍的正离子则基本未动，从而在新阴极附近出现正离子层，其电导很低，显示出一定的介质强度，约在0.11s的短暂时间内有150250V的起始介质强度。这种近阴极效应特性，特别对交流低压电气设备的熄弧有利。 继续的介质强度的增长速度和恢复过程将与电
13、弧电流的大小、介质特性、触头分离速度和冷却条件等因素有关,B、弧隙电压恢复过程,电弧电流自然过零后，电路施加于弧隙的电压，将从不大的电弧熄灭电压逐渐增长，一直恢复到电源电压的过程，这一过程中的弧隙电压称为恢复电压U r(t) 。 弧隙电压恢复过程主要取决于系统电路的参数，即线路参数、负荷性质等，可能是周期性的或非周期性的变化过程。 综上可知，交流电弧电流过零时，弧隙间同时存在着两个恢复过程，即介质强度恢复过程和电源电压恢复过程。 熄灭电弧的条件应为：Ud(t) U r(t). 如果加强弧隙的去游离或减小弧隙电压的恢复速度，都可以促使电弧熄火。,（3）灭弧的基本方法,采用良好的灭弧介质 电弧中的
14、去游离程度在很大程度上取决于电弧周围介质的特性，如介质的传热能力、介电强度、热游温度和热容导。这些参数的数值越大，则去游离作用越强、电弧就越容易熄灭。 常用介质：油、SF6、真空 用变压器油或断路器油作灭弧介质，使绝缘油在电弧的高温作用厂分解出氢气和其他气体来灭弧，氢的灭弧能力是空气的7.5倍； 六氟化硫是良好的负电性气体，氟原于具有很强的吸附电子的能力，能迅速捕捉自由电子而成为稳定的负离子，为复合创造了有利条件，SF6气体的灭弧能力比空气约强100倍； 用真空(气体压力低于133.3x10-4Pa)作为灭弧介质时，在弧隙间自由电子很少，碰撞游离可能性大大减少，弧柱对真空的带电质点的浓度差和温
15、度差很大，有利于扩散，真空的介质强度比空气约大15倍。 采用不同介质可以制成不同类型的断路器，如空气断路器、油断路器、SF6断路器、真空断路器等。,灭弧触头的选择 A、采用特殊材料做灭弧触头 熔点高、导热系数和热容量大的耐高温金属作触头材料，可以减少热电子发射和电弧中的金属蒸气，抑制游离作用。同时，触头材料还要求有较高的抗电弧、抗熔焊能力。 常用的触头材料有铜、钨合金和银、钨合金等。 B、提高触头开断速度 迅速拉长电弧，可使弧隙的电场强度骤降，同时，使电弧的表面增大，有利于电弧的冷却和带电质点向周围介质中扩散和离子复合。,利用气体或油吹弧 吹弧使带电离子扩散和强烈地冷却而复合。在高压断路器中利
16、用各种结构形式的灭弧室，使气体或油产生巨大的压力并有力地吹向弧隙。 空气断路器利用充入压力约2.3MPa干燥压缩空气作为吹动电弧的灭弧介质。 SF6断路器利用0.3040.608MP纯净SF6气体作为火弧介质； 油断路器利用油和油在电弧作用下分解出的气体吹动电弧。 采用多断口熄弧 每相采用两个或更多的断口串连，把长弧变成短弧，在相等的触头行程下，多断口比单断口的电弧拉长，而且电弧被拉长的速度也增加，加速了弧隙电阻的增大。 同时，由于加在每个断口的电压降低，使弧隙恢复电压降低，有利于熄弧。,二、高压开关设备的选择,（一）高压断路器的选择 回顾： 高压断路器的主要功能： 正常状况下，控制各电力线路的开断与闭合。 事故时在继电保护装置控制下能自动切除短路电流。 具有灭弧装置，可做操作电器。 断路器的选择： 1、按正常工作条件选择 （1）型式的选择 按使用地点的条件选择，如户内式、户外式，在井下及具有爆炸危险的地点要选择防爆型的设备。 按灭弧介质分： 油断路器、SF6断路器、真空断路器、压缩空气断路器,断路器型
