高低压电器及配电柜 教案

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1、授课内容：授课内容：课题一课题一 高压断路器基本知识高压断路器基本知识一、开关电器中电弧的产生和熄灭一、开关电器中电弧的产生和熄灭电弧是电力系统及电能利用工程中常见的物理现象。例如，随 处可见的电弧焊接、电弧炼钢炉等利用电弧工作的用电设备；在电 力系统中的开关电器，工作时触头间也会产生电弧，当然这是我们 所不希望产生的。对电弧的了解、分析，采取有效的措施熄灭电弧， 这对电力系统的正常操作与安全运行有很重要的意义。（一）电弧的危害和特点电弧实际上是一种气体放电现象。是在某些因素作用下，气体 强烈游离、由绝缘变为导通的过程。电弧形成后，由电源不断地输 送能量，维持它燃烧，并产生很高的温度。电弧燃烧

2、时，中心区温 度可达到 10000，表面温度也有 30004000。同时发出强烈的 白光，故称弧光放电为电弧。电弧的高温，可能烧坏电器触头和触头周围的其他部件。如果 电弧较长时间不能熄灭，将会引起电器被烧毁甚至有爆炸的可能， 危及电力系统的安全运行，造成人员的伤亡和财产的重大损失。由于电弧是一种气体导电现象，所以在开关电器中，虽然电器 触头已经分开，但是在触头间只要有电弧的存在，电路就没有断开， 回路电流仍然存在，即开关电器失去了开断电路的作用。影响电力 系统的可靠运行。（二）电弧的产生和熄灭条件 电弧的产生和熄灭过程，实际上是气体介质由绝缘变为导通和 由导通又变为截止的过程。1电弧的产生条件

3、（1）触头开断初瞬间自由电子的生成（2）碰撞游离形成电弧 （3）电弧的维持与平衡 3交流电弧的熄灭 在交流电弧的灭弧中，应充分利用交流电流的自然过零点，采 取有效的措施，加大弧隙间去游离的强度，使电弧不再重燃，最终 熄灭。 （三）开关电器中熄灭交流电弧的基本方法 开断交流电弧时，在电流达到零值以后，加强对弧隙的冷却， 抑制热游离，加强去游离。为此，在开关设备中均装设了灭弧装置，图 41 吹弧方法 (a)横吹；(b)纵吹或称为灭弧室，灭弧室的不断改进，大大提高了开关的灭弧能力。 1吹弧 用灭弧介质(如气体、油等)在灭弧室中吹动电弧，这种方法在 开关电器中应用最广。用弧区以外新鲜且低温的介质吹拂电

4、弧，对 熄灭电弧起到多方面的作用。 吹弧有纵吹和横吹两种方式，如 图 41 所示。吹动方向与电弧轴线 相垂直时，称为横吹；吹动方向与 电弧轴线一致时，称为纵吹。横吹 更易于把电弧拉长，增大电弧表面 积，对电弧的冷却效果好；纵吹可 以使新鲜介质更好地与炽热的电弧 相接触，并把电弧吹成若干细条， 易于熄灭。横吹灭弧室尺寸可以小 些，多适用于较低电压的断路器；纵吹灭 弧室常常用于 1 10kV 及以上的断路器。 用变压器油作灭弧介质时，触头周围被油浸没，在触头分离产 生电弧后，电弧的高温把油加热，分解出大量气体(其中有热传导 性能好的氢气)，在灭弧室内造成高气压，高速气流以一定方式吹 向电弧。 2采

5、用多断口 电压高、电流大的断路器多采用每相两个或多个开断口的方式。 多断口使电弧的总长度加长，从而导致弧隙电导下降；使每个断口 的行程缩短，可以加快触头的分离速度，促使弧隙电导迅速下降； 减少了能量的输入，所以弧隙绝缘强度恢复得快。另一方面，加在 每一断口上的电压减小数倍，有利于弧隙绝缘的恢复。 3近阴极效应的应用 在阴极附近很薄的一层空间，一定的介质强度突然形成的效应， 称为近阴极效应。当电流接近零值时，电弧温度下降，热游离强度 降低，但弧隙空间仍有较多的电子和正离子存在。在电流过零后， 触头的电极极性已经改变，如图 4-3(a)所示，在电场的作用下，自 由电子快速地向新阳极运动，而为电子质

6、量 1000 多倍的正离子则 基本未动，于是在阴极附近形成了正空间电荷层，同阴极之间形成 一个绝缘层，它能耐受 150250V 的电压，称为起始介质强度。 此介质强度的大小与电极状态和材料有关，在冷阴极情况下可达到 250V。弧隙中近阴极层以外的空间仍被正负离子所充满，电位变 化不大，故有图 4-3(b)所示的电压分布。低压开关中广泛采用灭弧栅装置，由铁磁材料制成的金属片组 成短弧栅格，如图 4-4 所示，触头间产生电弧后，铁磁材料的栅片 在电弧电流产生的磁场中产生电磁力，把电弧吸引到栅片之中，将 长弧分割成一串短弧，使之熄灭。实际中栅片作成缺口形状，是为 了减少电弧进入栅片的阻力，缩短燃弧时

7、间。 4利用固体介质的狭缝灭弧 低压开关也广泛采用狭缝灭弧装置，它由石棉水泥或陶土材料 压制成的灭弧罩和磁吹装置构成，如图 4-5 所示，触头间产生电弧 以后，在磁吹装置产生的磁场作用下，对电弧产生电磁力，将其拉 入由灭弧片构成的狭缝中，起到拉长电弧的作用，并促使电弧与灭 弧片冷壁紧密接触，加强冷却作用；另外，在灭弧罩上，自由电子 更易于附着在中性质点上形成负离子，加速了离子的复合，因而有 较好的灭弧效果。二、高压断路器的作用和种类二、高压断路器的作用和种类 高压断路器是电力系统中非常重要的工作和保护设备，它对维 持电力系统的安全、经济和可靠运行起着非常重要的作用。在负荷 投入或转移时，它应该

8、准确地开、合。在设备(如发电机、变压器、 电动机等)出现故障或母线、输配电线路出现故障时它能自动 地将故障切除，保证非故障部分的安全连续运行。 1高压断路器的作用 高压断路器是高压电器中最重要的部分，是一次电力系统设备 中控制和保护的关键电器。受它控制和保护的电路，无论在空载、 负载或短路故障状态，都应可靠地动作。 总的来讲，高压断路器在电网中起两方面的作用：一是控制作 用，即根据电网运行的需要，将部分电气设备或线路投入或退出运 行；二是保护作用，即在电气设备或电力线路发生故障时，继电保 护自动装置发出跳闸信号，启动断路器，将故障部分设备或线路从 电网中迅速切除，确保电网中无故障部分的正常运行

9、。2高压断路器的基本要求断路器在正常工作时接通和切断负荷电流，短路时切断短路电 流，并受装设地点环境变化的影响。它应满足以下要求。(1)工作可靠性。高压断路器在厂家给定的技术条件下工作时， 应能够可靠地长期正常工作。(2)应具有足够的断路能力。由于电网发生短路时产生很大的 短路电流，所以当断路器在断开电路时，要有很强的灭弧能力才能 可靠断开电路，并保证具有足够的热稳定和动稳定。(3)具有尽可能短的切断时间。当电网发生短路故障时，要求 断路器迅速切断故障电路，这样可以缩短电力网的故障时间和减轻短路电流对电气设备的损害。在超高压电网中，可以提高电力系统 的稳定性。(4)实现自动重合闸。架空输电线路

10、的短路故障，大多数是临 时性的。为了提高供电可靠性并增强电力系统的稳定性，线路保护 多采用自动重合闸方式。当发生瞬时性短路故障时，继电保护使断 路器跳闸，经很短时间后断路器又自动重合。(5)结构简单、价格低廉。在满足安全、可靠的同时，还应考 虑到经济性。故要求断路器结构简单、尺寸小、重量轻、价格低廉。3高压断路器的分类高压断路器一般按灭弧介质的不同进行分类。(1)油断路器。指采用变压器油作灭弧介质的断路器。它又可 分为多油断路器和少油断路器。多油断路器的油除了作灭弧介质和 触头开断后绝缘外，还作为带电部分对地绝缘使用。少油断路器的 油只作为灭弧介质和触头开断后的绝缘，而带电部分对地绝缘采用 瓷

11、件或其他介质。(2)压缩空气断路器(简称空气断路器)。指利用压缩空气作为灭 弧介质的断路器。压缩空气除了作灭弧介质外，还作为触头开断后 的绝缘介质。(3)真空断路器。指利用真空的高介质强度来灭弧的断路器。(4)六氟化硫(SF6)断路器。指利用具有优异的绝缘性能和灭弧 性能的六氟化硫气体作为灭弧介质和绝缘介质。可发展成六氟化硫 组合电器。此外，高压断路器按其安装地点的不同，分为户内式和户外式 两种。三、高压断路器的技术参数和型号含义三、高压断路器的技术参数和型号含义1高压断路器的技术参数(1)额定电压。指断路器长时间运行能承受的正常工作电压。 它不仅决定了断路器的绝缘水平，而且在相当程度上决定了

12、断路器 的总体尺寸和灭弧条件。(2)最高工作电压。考虑输电线路有电压降，线路供电端母线 电压高于受电端母线电压，使断路器可能在高于额定电压下长期工 作，因此，规定了断路器有一最高工作电压。 按国标，220kV 及以下设备，其最高工作电压为额定电压的 1.15 倍；对于 330kV 的设备，规定为 1.1 倍。 (3)额定电流。指断路器在额定容量下允许长期通过的工作电流。 它决定了断路器触头及导电部分的截面，并且在某种程度上也决定 了它的结构。(4)额定开断电流。指在额定电压下，断路器能可靠切断的最大 电流。它表明断路器的断路能力。当电压不等于额定电压时，断路 器能可靠切断的最大电流，称为该电压

13、下的开断电流。当电压低于 额定电压时，开断电流比额定开断电流有所增大，但有一最大值， 并称其为极限开断电流。 (5)额定断流容量。表明断路器的切断能力。在三相电路中，其大小等于额定电压与额定开断电流乘积的倍。3(6)动稳定电流。表明断路器在冲击短路电流的作用下，承受电 动力的能力。其值由导电和绝缘等部件的机械强度决定。 (7)热稳定电流。指断路器在某一规定时间范围内允许通过的最 大电流。它表明断路器承受短路电流热效应的能力。 (8)合闸时间。从发出合闸命令(合闸线圈通电)起至断路器接通 时为止所经过的时间，称为断路器的合闸时间。 (9)分闸时间。从发出分闸命令(分闸线圈通电)起至断路器开断 至

14、三相电弧完全熄灭时所经过的时间。它为断路器固有分闸时间和 电弧熄灭时间之和。一般为 0.060.12s。分闸时间小于 0.06s 的断 路器，称为快速断路器。 固有分闸时间是指发出分闸命令起到灭弧触头刚刚分离时所经 过的时间。灭弧时间指触头分离到各相电弧完全熄灭所经过的时间。2高压断路器型号的含义 断路器型号主要有以下七个单元组成。第一单元产品名称有：S 一少油断路器；D 一多油断路器；K 一空气断路器；L六氟化硫断路器；Z 一真空断路器；Q 一产气 断路器；C 一磁吹断路器。 例如：型号为 SN420G80003000 的断路器，其含义表示 为：少油断路器、户内式、设计序号 4，额定电压 2

15、0kV、改进型， 额定电流为 8000A，额定断流容量 3000MVA。小结：1. 电弧的产生和熄灭2. 高压断路器的作用和种类3. 高压断路器的技术参数授课内容：授课内容：课题二课题二 柱上断路器柱上断路器架空配电线路用柱上断路器又称为柱上开关，它是一种可以在 正常情况下切断或接通线路，并在线路发生短路故障时，通过操作 或继电保护装置的作用，将故障线路手动或自动切断，它是一种担 负控制和保护双重任务的开关设备，通常它没有明显的开断点。 柱上断路器按不同的灭弧介质，通常可分为油式、六氟化硫 （SF6） 、真空式三种形式。由于断路器经多次操作，有的介质强度 将降低，常会发生因灭弧不良而造成断路器

16、喷油、燃油而酿成设备 及人身事故。目前，世界各国都在逐步淘汰柱上油断路器，并趋向 于柱上断路器设备无油化，代之以新的六氟化硫（SF6） 、真空式断 路器。一、多油式柱上断路器一、多油式柱上断路器配电线路用柱上多油式断路器一般都是三相共箱的油浸式断路 器，它的手动操作机构装在油箱的侧面，与断路器连成一体。多油 式断路器一般采用对接式触头，引出线穿过瓷套管固定在箱盖顶部 两侧。它多装有一次过电流瞬时脱扣装置，有的断路器还装有自动 重合闸装置。柱上多油式断路器的操作，一般多采用通过操作绳或 操作连杆等手动装置对操作把加力，利用机械传动机构将动触头断 开或合上的方式。 柱上多油式断路器的型号意义如下：DW 柱上多油式断路器的特点是：触头系统和灭弧用油装置在接地 的油箱中，以油作为绝缘介质；它的结构简单，制造方便，运行经 验丰富，易于维护，噪声小等。但由于它采用油作为绝缘和灭弧介 质，质量和体积都比较大，所以额定电流也不易做大 ，在开断小额定电压，kV 设计序号 户外 多油式断路器电流时燃弧时间长，动作速度慢，并且它的灭弧室油易劣化，需