《工厂供电 教学课件 ppt 作者 汪永华 第4章 工厂电气设备及一次系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工厂供电 教学课件 ppt 作者 汪永华 第4章 工厂电气设备及一次系统（129页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、工厂供电,主编,第4章 工厂电气设备及一次系统,4.1 电弧的产生与熄灭 4.2 高压一次设备 4.3 低压一次设备 4.4 互感器 4.5 绝缘子和母线,4.1 电弧的产生与熄灭,4.1.1 电弧的产生 开关电器在切断负荷电流或短路电流时，开关触头间隙中(以下简称弧隙)由于强电场或热游离的作用，将出现电弧电流。 1.弧隙中带电质点的产生 研究表明，弧隙中的大量带电质点是由气体分子或原子分裂或由电极表面发射电子产生的。 (1)气体中带电质点的产生：根据引起气体分子或原子游离的因素不同，可把气体分子或原子的游离分为三类，即碰撞游离、光游离和热游离。 1)碰撞游离。 2)光游离。 3)热游离。 4
2、)负离子的形成。,4.1 电弧的产生与熄灭,(2)金属(阴极)的表面游离：前面所述的几种游离都是发生于气体的空间。 2.电弧的产生过程 电弧是有触点开关电器在切断有载电路过程中必然产生的物理现象，现以断路器为例说明电弧产生和维持燃烧的物理过程。 4.1.2 电弧中的去游离 在电弧燃烧过程中，中性介质发生游离的同时，还存在着去游离。 1.复合 带有异性电荷的质点相遇而结合成中性质点的现象，称为复合。 (1)空间复合：在弧隙空间内，自由电子和正离子相遇，可以直接复合成一中性质点。,4.1 电弧的产生与熄灭,(2)表面复合：在金属表面进行的复合，称为表面复合。 2.扩散 弧隙中的电子和正离子，从密度
3、高的空间向密度低的介质周围移动的现象称为扩散。 4.1.3 交流电弧的熄灭 交流电弧每半周期要过零一次，而电流过零时电弧将暂时熄灭，此时弧隙的输入能量为零或趋近于零，电弧的温度下降，弧隙将从导体变成介质，这给熄灭交流电弧创造了有利条件。 1.弧隙介质强度恢复过程 电弧电流过零时，弧隙有一定的介质强度，并随着弧隙温度的不断降低而继续上升，逐渐恢复到正常的绝缘状态。 (1)弧柱区介质强度恢复过程：电弧电流过零前，电弧处在炽热燃烧阶段，热游离很强，电弧电阻很小。,4.1 电弧的产生与熄灭,(2)近阴极区介质强度恢复过程：实验证明，在电弧电流过零后0.11s时间内，阴极附近的介质强度突然升高，这种现象
4、称为近阴极效应。,图4-1 恢复电压 a)周期性的暂态恢复电压 b)非周期性的暂态恢复电压 1暂态恢复电压 2工频恢复电压,4.1 电弧的产生与熄灭,2.弧隙电压恢复过程 交流电弧熄灭时，加在弧隙上的电压是从熄弧电压开始逐渐变化到电源电压，这个过程称为电压恢复过程。 3.交流电弧的熄灭条件 在交流电弧熄灭过程中，介质强度恢复过程和电压恢复过程是同时进行的，电弧能否熄灭取决于两个过程的发展速度。,4.2 高压一次设备,4.2.1 高压断路器 1.真空断路器 以真空作为灭弧和绝缘介质的断路器称为真空断路器。,图4-2 不同介质的绝缘间隙 火花放电电压比较 (注：1atm=101325Pa),4.2
5、 高压一次设备,(1)真空断路器的结构1)真空灭弧室。,图4-3 真空灭弧室的结构 a)玻璃外壳 b)陶瓷外壳 1动触杆 2波纹管 3一外壳 4动触头 5屏蔽罩 6、7静触头 8陶瓷壳 9平板触头,2)触头。,4.2 高压一次设备, 平板触头。如图4-4a所示，早期真空灭弧室的触头大多采用平板触头，结构简单，易于制造。平板触头只能在不大的电流下维持电弧为扩散型。随着开断电流的增大，阳极出现斑点，电弧由扩散转变为集聚型，电弧就难以熄灭了。因此，平板触头一般用于开断电流不超过8 kA的真空断路器。 横磁场触头。为了防止触头局部熔焊，利用电弧沿特殊路径流过触头产生横磁场而驱动电弧在触头表面上运动。这
6、种横磁场触头常见的有两种：一为杯状横磁场触头，如图4-4b所示；另一为螺旋横磁场触头，如图4-4c所示。,4.2 高压一次设备,图4-4 各种触头结构形状 a)平板触头 b)杯状横磁场触头 c)螺旋横磁场触头 d)纵磁场触头1 e)纵磁场触头2, 纵磁场触头。纵磁场触头沿正极性真空弧柱的轴向施加一磁场，使之熄弧更为强烈，其开断电流在试验室中已达200 kA，而且仍有可能开断更大的电流。,4.2 高压一次设备,纵磁场触头有两种结构形式：一为装在灭弧室外围的线圈产生纵磁场，如图4-4d所示；另一为触头本身的结构产生纵磁场，如图4-4e所示，这是真空灭弧室迈向大容量的巨大进步。 (2)真空断路器类型
7、 1)户内型10kV真空断路器。,图4-5 户内型分离式真空断路器 1开距调整垫 2主轴 3触头压力弹簧 4弹簧座 5接触行程调整螺栓 6拐臂 7导向板 8螺钉 9动支架 10导电夹紧固螺栓 11真空灭弧室 12真空灭 弧室固定螺栓 13静支架 14绝缘子 15绝缘子固定螺栓,4.2 高压一次设备,图4-6 ZW1063012.5型户外型 真空断路器,4.2 高压一次设备,2)户外型真空断路器。 (3)真空断路器的特点：由于真空断路器灭弧部分的工作十分可靠，使得真空断路器具有很多优点：,图4-7 断路器本体内部结构 1机构 2绝缘拐臂 3三相主轴 4连杆 5机构主轴 6电流互感器 7绝缘子 8
8、动端支架 9静端支座 10真空 灭弧室 11绝缘底板,4.2 高压一次设备,1)开断能力强，可达50 kA开断后断口间介质恢复速度快，介质不需要更换。 2)触头开距小，10 kV级真空断路器的触头开距只有10 mm左右，所需的操动功率小，动作快，操动机构可以简化，使用寿命长，一般可达20年左右不需要检修。 3)熄弧时间短，弧压低，电弧能量小，触头损耗小，开断次数多。 4)动导杆的惯性小，适用于频繁操作。 5)开关操作时，动作噪声小，适用于城区使用。 6)灭弧介质或绝缘介质不用油，没有火灾和爆炸的危险。 7)触头部分为完全密封结构，不会因潮气、灰尘、有害气体等影响而降低其性能。,4.2 高压一次
9、设备,8)在真空断路器的使用年限内，触头部分不需要维修、检查，即使维修检查，所需时间也很短。 9)在密封的容器中熄弧，电弧和炽热气体不外露。 10)具有多次重合闸功能，适合配电网中的应用要求。,图4-8 不同介质下断口距离与介质强度曲线,4.2 高压一次设备,图4-9 额定短路开断电流与机械功的关系曲线,4.2 高压一次设备,1)对开断感性小电流，断路器灭弧能力较强的触头材料容易产生截流，引起过电压，在这种情况下要采取相应的过电压保护措施。 2)产品的一次投资较高，其成本主要取决于真空灭弧室的专业生产及机构可靠性要求，如果综合考虑运行维护费用，采用真空断路器是比较经济的。 2. SF6断路器
10、以SF6气体作为灭弧和绝缘介质的断路器称为SF6断路器。,4.2 高压一次设备,(1)SF6断路器的结构原理：SF6断路器根据其灭弧原理可分为双压式、单压式、旋弧式3种结构类型。,图4-10 双压式灭弧室原理,4.2 高压一次设备,1)双压式灭弧室。 2)单压式灭弧室。 预压缩阶段。为了使触头分离后刚产生电弧时即具有一定的吹气能力，于是就利用动、静触头的超行程作为预压气阶段。一旦动、静触头分离，电弧出现，就形成吹气。 吹气阶段。随着触头间距离增大，电弧拉长，此时所需的吹气量也必须加大。因此，要求预压气有足够压力，其次要求分闸速度加快，以形成足够的压气力。 3)旋弧式灭弧室。,4.2 高压一次设
11、备, 旋弧式灭弧过程。旋弧式SF6断路器，结构比较简单，在1035 kV电压等级中得到广泛的应用，特别是灭弧的磁场力随着电流的大小自行调整，减少了对操动机构操作力的要求，开断电流可达31.5kA左右，是很有发展前途的灭弧结构，供配电用1035 kV断路器大多数采用旋弧式结构类型。,4.2 高压一次设备,图4-11 单压式(压气式)灭弧室工作原理,4.2 高压一次设备,图4-12 旋弧式灭弧原理,4.2 高压一次设备,图4-13 旋弧灭弧时电流 与磁场力相位关系,4.2 高压一次设备, 旋弧灭弧室的主要特点。根据旋弧式灭弧室的原理，主要有以下特点：a.利用电流通过弧道(电磁线圈)产生的磁场力直接
12、驱动电弧高速旋转，灭弧能力强。大电流时容易开断，小电流时也不产生截流现象，所以不致引起操作过电压。开断电容电流时，触头间的绝缘也较高，不致引起重燃现象。b.灭弧室结构简单，操作功需求小，使操动机构大大简化。机械可靠性高，成本低。c.电弧局限在圆筒或在线圈上高速运动，电极烧损均匀，不是集中在某一部位；烧损轻微，电寿命长。 (2)SF6断路器类型：目前，国内外生产的各种电压等级的SF6断路器品种繁多，企业供配电系统中常见的有LW310型和LW835型。 1)LW310型柱上SF6断路器。,4.2 高压一次设备, 电接触部分。静触指为梅花触指，引弧触指由铜钨整体材料制成。动触头的端部为铜钨合金，尾部
13、装有软连接的青铜动触片，使动触头在运动时能与导电杆保持良好的电接触，主轴上的绝缘拨叉在机构动作时，驱动导电杆与静触指分合。 吸附剂。在充SF6气体时要严格控制水分，水量控制在标准规定值以下，并对本体内部进行干燥，抽真空，然后充入SF6气体。但是，由于各种原因，外部环境温度的变化，开关内部会产生相应的水蒸气，为了吸收这些水分和SF6气体在电弧作用下分解的低氟化物，在壳体内装有一定数量的二氧化二铝(Al2O2)粒状吸附剂。,4.2 高压一次设备, 外壳。外壳是由大于6 mm的钢板卷制而成，各密封面及充气口采用专用工具，以保持一定的表面粗糙度和良好的焊接，保证产品不漏气。为了便于观察内部气体，在壳体
14、上装有真空压力计及单向阀便于产品装备后抽真空、充气以及检修充放气之用。,图4-14 断路器内部结构图 1灭弧室 2静触指 3外壳 4吸附剂 5动触头 6绝 缘拨叉 7主轴 8引 弧触指动触杆,4.2 高压一次设备,4.2 高压一次设备, 出线端子。开关主回路的出线通过瓷件引出，为防止引线松动和漏气现象，瓷套采用环氧树脂灌封，在搬运、安装中应防止其受力。 电流互感器。互感器主要用于开关本身的保护和信号检测，采用穿心式电流互感器，可以根据用户需要确定电流比值。 密封。为了防止SF6气体泄漏和水分的进入，密封面除要求较细的表面粗糙度外，在各静止的密封部位和主轴转动密封面还要有O形橡胶密封圈。另外涂以
15、其他辅助密封材料，以加强密封性能及润滑作用。断路器的内部结构如图4-14所示。 2)LW835型SF6断路器。,4.2 高压一次设备,图4-15 LW835型S断路器外形图 1出线帽 2瓷套 3电流互感器 4互感器连线护管 5吸附器 6外壳 7底架 8气体管道 9分合指示 10铭牌 11传 动箱 12分闸弹簧 13螺套 14起吊环 15弹簧操动机构,4.2 高压一次设备,(3)SF6断路器的特点：SF6气体所具有的许多优点使得SF6断路器设计的更加精巧、可靠、使用方便，其主要特点为： 1)绝缘性能好，使断路器结构更为紧凑，节省空间，而且操作功小，噪声小。 2)由于带电部分及断口均被密封在金属容
16、器内，金属外部接地，更好地防止意外接触带电部位和防止外部物体侵入设备内部，安全可靠。 3)无可燃性物质，避免了爆炸和燃烧，使变电所的安全可靠性提高。 4)SF6气体在低气压下使用，能够保证电流在过零附近切断，避免截流而产生的操作过电压，降低了对设备绝缘的要求，并在开断电容电流时不产生重燃。,4.2 高压一次设备,5)SF6气体密封条件好，能够保持装置内部干燥，不受外界潮气的影响。 6)SF6气体良好的灭弧特性，使得燃弧时间短，电流开断能力大，触头的烧损、腐蚀小。 7)燃弧后，装置内没有碳的沉淀物，不会发生绝缘的击穿。 8)由于SF6气体具有良好的绝缘性能，故可以大大减少装置的电气距离。 9)由于SF6开关装置是全封闭的，可以适用于户内、居民区、煤矿或其他有爆炸危险场所。,4.2 高压一次设备,图4-16 灭弧室结构 1导电杆 2外壳 3上绝缘子 4冷却室 5静触头 6静弧 触头 7喷嘴 8
