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1、52 高压断路器原理与选择 高压断路器的主要功能：把线路或设备投入或退出；既是控制电器-正常运行投切，又是保护电器-切出故障部分。它具有完善的灭弧装置，是功能最完善的开关电器设备。开断能力是指断路器熄灭电弧的能力。,一、电弧（一）电弧的产生是中性粒子变为自由电子和正离子的结果-游离的结果（1）强电场发射 当动静触头刚分离开时，由于触头间隙很小，电场强度很强，阴极(金属材料）表面的电子被电场力拉出进入触头间隙成为自由电子，这种游离方式称为强电场发射，也是在弧隙间最初产生的电子。,+,E,E,R,（2）热电子发射 由于触头和弧隙的高温，使阴极表面不断发射出电子的现象。,（3）碰撞游离 热电子发射和
2、高电场发射的电子，在电场强度的作用下，向阳极方向作加速运动，其动能增加，当电子的动能大于原子或分子的游离能，并发生碰撞时，使原子或分子形成自由电子和正离子，这种现象，称为碰撞游离。 连续碰撞有的结果，使间隙存在大量自由的点子，在电场作用下，定向移动，形成电流，即为电弧。,+,E,+,+,+,+,E,+,+,+,+,+,+,（大）,（由大到小趋于零）,当电弧形成后，触头间隙由绝缘体转为导电的游离体，触头间隙的电场强度急剧下降，电子与中性粒子不可能再发生碰撞游离，那么应有：触头间隙的电子应越来越少，电弧应越来越小，最后自动熄灭；事实上：电弧不仅没有熄灭，反而越烧越旺，为什么？（4）热游离-使电弧得
3、到了维持燃烧 当电弧形成后，弧隙的电阻损耗，使弧隙的温度升高，中性粒子相互碰撞产生出自由电子和正离子的现象，称为热游离。 去游离-电弧熄灭的过程弧隙带电质点数减少的过程，称为去游离。包括两种方式：（1）复合去游离 正负电荷相互吸引，结合变成中性粒子的过程.（2）扩散去游离 带电质点从弧隙逸出弧隙的现象。 游离和去游离是电弧燃烧中的两个过程，电弧是燃烧还是熄灭，取决于这两个过程竞争的结果。从熄弧角度，希望加强去游离,电弧熄灭，开断电路。如冷却电弧、吹弧等方法。,（二）交流电弧特性（1）电弧电压波形是马鞍形（2）交流电弧每半周过零一次 交流电弧的熄灭，就是在其过零时，加强去游离，实现灭弧，开断电路
4、。,i,u,A,B,A,B,A(A)点燃弧电压 B(B) 点熄弧电压为什么燃弧电压比熄弧电压高？,（三）交流电弧的熄灭条件 交流电弧过零时，电弧熄灭。此时，弧隙上存在两个过程：弧隙绝缘介质的绝缘能力恢复过程和电源电压加到弧隙上的过程。电弧是否熄灭，取决这两个过程的竞争结果。,1。弧隙介质强度恢复过程 U d (t) 弧隙绝缘介质的绝缘能力从熄弧状态恢复到正常状态的过程，称为弧隙介质强度恢复过程。主要由灭弧装置的结构和灭弧介质的性质决定。高压断路器采用不同介质、冷却和吹弧方法，提高弧隙绝缘介质强度的恢复过程。为什么真空断路器、六氟化硫断路器是推荐使用的断路器？,2。弧隙电压恢复过程U r (t)
5、 弧隙电压从熄弧电压恢复到电源电压的过程-电源电压加到弧隙上的过程，称为弧隙电压恢复过程。与电路参数、负荷性质有关。 电源电压加到弧隙上的过程，既可能是周期性震荡过程，也可能是非周期震荡过程。,R,L,C,r,QF,C,R,L,r,Q,U0,恢复电压的恢复过程由部分组成：1）瞬态恢复电压暂态分量电容、电感、充放电过程；因电容是分布参数，充放电频率极高、时间极短，此期间的电源电压可认为是常数。触头上电压恢复过程，相当直流电源突然合闸于R、L、C组成的串联回路在电容上的电压变化过程。见图5-102）工频恢复电压稳态分量 弧隙上的电压就是电源电压的过程。弧隙电压恢复过程见图5-7,Ur,t,图 5-
6、10,图 5-7,*电源电压加到弧隙上经历暂态过程：因为电路里有电感和电容的存在及电容上的电压不能突变造成的。由电路知识：此过程既可能是周期性震荡过程，也可能是非周期震荡过程。从熄弧角度，希望恢复电压幅度低，恢复速度小，即是非周期性振荡过程。 *触头上并联电阻的作用：电阻r的分流可减少电容瞬态恢复电压的幅值和速度。并将恢复电压从周期性震荡过程转为非周期震荡过程。提高断路器的开断能力。,Ud(t),Ur(t),t,U,3。交流电弧的熄灭条件 交流电弧过零后，如有： Ud(t) Ur (t) 交流电弧将永远熄灭。 断路器开断电路。,*断路器开断单相短路能力比三相短路能力强： 因三相短路时断路器弧隙
7、上恢复电压的幅值（1.5Um)，比单相短路时恢复电压幅值高(Um)，不易开断。*减少弧隙恢复电压的恢复速度和幅度，提高开断能力的措施：1)断路器动静触头间并联一个小电阻-起分流作用。,r,Q1,Q2,r,Q1,Q2,主辅触头接通或断开次序,2）多端口断路器的端口上装并联一个大电容-起均压作用110kV及以上的少油断路器或220kV及以上的六氟化硫断路器用之 少油断路器的标准端口电压是55kV;六氟化硫断路器标准端口电压110kV.,*提高弧隙绝缘介质恢复速度和幅度的方法：1）采用灭弧介质2）采用特殊金属材料做灭弧触头铜钨或银钨合金等3）吹动电弧-增加扩散和复合去游离4）采用多断口熄弧相当于拉长
8、电弧，增大了介质强度的恢复过程5）拉长电弧并增大断路器触头的分离速度相当于增加了扩散速度，提高了介质强度恢复过程。,二、高压断路器选择.断路器种类与型式的选择1）种类选择的一般原则：635kV屋内：真空断路器35500kV屋外：六氟化硫断路器2）型式选择的一般原则发电机回路：使用专用断路器-额定电压低，开断电流大；配电装置 ：635kV屋内-真空断路器； 35500kV屋外：六氟化硫断路器2.额定电压 UNUNS,3.额定电流选择 K IN I max （物理含义）4.额定开断电流选择 I Nbr I kt式中 I kt-动静触头分开时，流过的最大短路电流; t-t br开断计算时间。5.短路关合电流的选择 iNclish (物理含义） 断路器操动机构能关合的最大短路电流。断路器操动机构能克服动静触头之间的最大电动斥力，使断路器合闸成功。6.热稳定校验 It2t=Q k7 动稳定校验 iesish,
