《高低压电器及设计王建华电子课件第三篇第7章第13章高压电器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高低压电器及设计王建华电子课件第三篇第7章第13章高压电器（343页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、李 靖 教授（博士）,高 压 电 器,教 学 内 容,第7章 高压电器概述 第8章 电力系统短路故障的关合与开断 第9章 高压断路器 第10章 六氟化硫断路器和全封闭组合电器 第11章 真空断路器 第12章 其他高压电器 第13章 高压开关设备试验,本章讨论： 什么是高压电器？ 高压电器的作用和特点？电力系统对高压电器有要求和高压电器的工作条件？高压电器的工作环境？高压电器的分类？高压电器的基本技术参数？高压电器设备的发展？,第7章 高压电器概述,一、高压电器 是指运行于电压 及以上， 频率 或 及以下的电力系统中， 起控制、保护、安全隔离和测量作用的电器。 二、高压电器的作用：根据电力系统安
2、全、可靠和经济运行的需要， 开断和关合正常线路和故障线路， 隔离高压电源， 起控制（使电力线路、设备投入或退出运行）、保护（切除故障线路或设备， 建立可靠的绝缘断口， 将停运的电力线路或设备可靠接地） 和安全隔离的作用。 三、高压电器的特点： 可靠性高； 能承受很大的瞬时功率； 动作时间快。,第7章 高压电器概述,四、设计高压电器时，应全面考虑自然工作环境的影响，包括周围空气温度，海拔，湿度，地震，污秽，风力等。 五、高压电器的分类： 分类一：按额定电压高低的不同，可细分为中压级（ 及以下者）、高压级（ 、）、超高压级（ ）和特高压级（ 及以上者）四类电器。 分类二：按用途和功能的不同，分为高
3、压开关电器（ ）、高压限制电器、高压保护电器、高压变换电器、高压成套电器与组合电器五大类 。,第7章 高压电器概述,） 真空断路器 ） 断路器 ） 隔离开关 ） 负荷开关 ） 高压真空接触器,. 高压开关电器,由导电回路、可分触头、灭弧装置、绝缘部件、底座、传动机构、操动机构等组成。,图典型高压开关电器的结构,合分单元 绝缘支撑单元 传动单元 基座 操动机构,. 高压开关电器,. 高压开关电器,（1）高压开关电器按功能和作用不同，可分为： 元件及其组合：包括高压断路器（高压断路器又称高压开关， 是能接通、分断承载线路正常电流， 也能在规定的异常电路条件下（如短路） 和一定时间内接通、分断承载电
4、流的机械式开关电器）、高压隔离开关、高压接地开关、重合器、分断器、高压负荷开关、高压接触器、高压熔断器以及上述元件组合而成的高压负荷开关高压熔断器组合电器、高压接触器高压熔断器（）组合电器，隔离负荷开关、熔断器式开关、敞开式组合电器等。,. 高压开关电器,（1）高压开关电器按功能和作用不同，可分为： 成套设备：将上述元件及其组合与其他电器产品（如变压器、电流互感器、电压互感器、电容器、电抗器、避雷器、母线、进出线套管、电缆终端和二次元件等） 进行合理配置，有机地组合在金属封闭外壳内，具有相对完整使用功能的产品。如金属封闭开关设备（开关柜）、气体绝缘金属封闭开关设备（）和高低压预装式变电站等。,
5、（2）高压开关电器按电路控制器件不同，有利用触头来合分电路的机械开关电器和利用半导体可控导电性来关合电路的半导体开关电器。,2. 高压限制电器（174-175）,主要有电抗器、电阻器、电力电容器、避雷器。,3. 高压保护电器,主要有高压熔断器、高压避雷器，以及负荷开关熔断器组合电器、接触器熔断器（）组合电器、隔离负荷开关、熔断器式开关等。,4. 高压变换电器,又称高压互感器，包括高压电压互感器和高压电流互感器两大类。 用来把电路中的大电量信号按比例变换成小信号，并将相关电量信息传递给测量仪器、仪表和控制装置，以便提供测量和继电保护所需信号。,5. 高压开关设备,包括空气绝缘敞开式高压开关设备（
6、）、气体绝缘金属封闭式高压开关设备（， 全封闭组合电器）及混合技术高压开关设备（，指利用敞开式开关设备组合及气体绝缘金属封闭开关设备组合而成的高压开关设备）。,由高压开关与控制、测量、保护、调节装置以及辅件、外壳和支持件等部件及其电气和机械连接组成的设备，总称为高压开关设备。,1）电压, 高压电器的基本技术参数,标称值是标识一个元件、器件或设备的合适的近似量值。 标称电压是系统被指定的电压。,额定值是由制造厂对一个元件、器件或设备在规定工作条件下所规定的一个量值。,2、电流, 高压电器的基本技术参数,3、时间, 高压电器的基本技术参数,4、压力（密度）, 高压电器的基本技术参数, 高压电器设备
7、的发展,） 将一次设备和控制测量设备一体化， 包含保护、计量和在线检测功能。,） 电力电子开关容易实现快速和选相控制。,） 限流技术。,） 超导故障电流限制器。,） 发展快速开关和同步开关。,我国第一座750kV高压变电站-750kV官亭变电站是目前海拔最高的特高压变电站,对打通我国“西电东送”北通道发挥了重要作用。,第8章 电力系统短路故障的关合与开断,8-1 综 述 一、短路故障关合与开断电路时电弧的燃烧与熄灭 1. 断路器关合和开断电力系统某些元件时，都会出现电弧。关合与开断的电流愈大，电弧愈强烈，工作条件也愈严重，尤以开断为甚。 2. 介质强度ujf（指触头间能承受的电压值）和恢复电压
8、uhf （电流过零后在断口两端出现的外加电压）是影响电力系统开断的两个重要因素，其恢复过程分别用ujf（t）和uhf（t）表示，如图8-1所示。, 当恢复电压的上升速度比介质强度的增长快时， ujf（t）和uhf（t）两曲线将相交（a图），电弧会重燃，电流继续以电弧形式通过断口，电路不能开断。 当介质强度的增长比恢复电压的上升快时， ujf（t）和uhf（t）两曲线将不会相交（b图），电弧不再重燃，电路即被开断。,二、高压断路器关合与开断不同负载时的过电压 在开断小电感电流（如空载变压器、电抗器或电动机）、电容性电流（如空载长线或电容器组）以及关合电容性电流时，高压断路器常产生过电压（危及包括
9、断路器本身在内的电力系统中的各种电气设备）。为此，必须对各种关合和开断情况时，电力系统中电压和电流的过渡过程进行研究。 讨论可先从单相回路着手，阐明物理过程，然后再分析三相问题。,一、电力系统短路 1. 定义：是指电力系统中一相或多相导体接地或互相短接而将负载阻抗短接掉。 2. 形式：单相接地短路、两相接地短路、两相不接地短路、三相接地短路、三相不接地短路和断路器异侧两相接地短路。理想的短路前提是三相负载相等。 3. 类型； （1）正常关合：指关合前线路或电气设备不存在绝缘故障；,8-2 短路故障的关合,（2） 短路故障的关合：指关合前线路或电气设备已存在绝缘故障，甚至处于短路状态的情况。因短
10、路故障关合问题最严重，因此，只讨论短路故障的关合。 出现短路故障关合的四种前提： 存在未被发现的预伏故障； 试探性自动重合闸； 人为的接地短路； 误操作。,二、 短路电流 参看图8-2（a）。设电源电压e=Emsin（ta），a为电源电压的初相角，忽略电源阻抗，可得图8-2（b）所示的计算短路关合电流的等值线路图，图中，L、R分别为包括变压器和输电线回路的电感和电阻。,1、 短路电流 id的表达式： 如t=0时关合，则短路电流id通过解微分方程，为：,式中，第1项为稳态短路电流 iz，也称短路电流周期分量；第2项，是按指数规律衰减的非周期暂态电流，也称为短路电流的非周期分量，用 if表示，其衰
11、减快慢由回路时间常数T决定。,2.短路冲击电流：当正弦电压过零（即 =0） 时合闸， 将出现的短路电流最大值Ich 。 由于非周期分量的存在，短路电流的最大值 Ich 一般在短路发生后的半个周期（即 t=/=0.01s） 时出现。 Ich可由下式求出：,高压电器标准规定：短路冲击电流Ich一般为短路电流周期分量幅值的1.8倍，为短路电流周期分量有效值的2.55倍。（试证？）,Ith = Ib 式中， Ith：额定热稳定电流（It）； Ib ：额定短路开断电流（INK）。 Idm = Icm 式中，Idm：短路冲击电流（Ich）； Icm：额定短路关合电流（ING）,3. 各电流额定值之间的相互
12、关系：,一、恢复电压 1、图8-3（a）：开断中性点直接接地发电机电路中的母线单相接地故障。 2、图8-3（b）：其等值线路图。图中，L、R分别为发电机的电感和电阻，C为发电机的对地电容。,8-3 单相短路故障的开断,图 开断中性点直接接地发电机电路中的母线单相短路故障,设触头分离瞬间，短路电流的非周期分量已衰减完，即不考虑短路电流的非周期分量；忽略电弧压降uh。 由三要素法，经简化计算，可得断口的恢复电压hf为：,8-3 单相短路故障的开断,二、 恢复电压的上升速度（duhf/dt）p 用高频振荡第一个半周内的恢复电压平均升速表示。 不考虑振荡衰减（假设无衰减）时：,其中，Km是恢复电压的振
13、幅系数，取1.41.5。,式中，f0：固有振荡频率； Ugh：工频恢复电压。, 考虑衰减：, 恢复电压上升速度：是从原点至幅值点Ughm所作的直线，如图8-4的直线1；tm称为 峰值时间。 最大平均速度：是从原点作恢复电压曲线的切线，如图8-4的直线2。按此速度上升，恢复电压最大值的对应时间为t3，称为 峰值参考时间。,图 瞬态恢复电压的波形, 考虑到在短路故障时功率因数一般很低，cos0.15，sin1，得E0 = Em，即将工频恢复电压取为电源相电压的幅值，实际取系统最大工作电压等于额定电压的1.15倍。 用系统额定电压Ue（三相线电压）表示的瞬态恢复电压最大值Ughm和恢复电压的平均上升
14、速度的计算公式分别为：,式中，Km是恢复电压的振幅系数。,二、开断电流 指触头分离瞬间，流过断路器断口的电流。 根据继电保护整定值的快慢和断路器动作的快慢不同，触头的分离可以出现在非周期分量尚未全部衰减完时，也可以出现在非周期分量已全部衰减完后 。 表示方法： 触头分离瞬间短路电流周期分量的有效值 Iz = Izm /2； 非周期分量的相对值 If / Izm。 思考：为什么在高压开关试验条件中要规定开断电流的非周期分量平均值或直流分量不能大于周期分量最大值或交流分量峰值的20？,三、降低过电压的措施并联电阻 1、在为限制操作过电压而并联在断路器断口上的电阻中，将几欧到几十欧的称为低值并联电阻
15、；将几百到几千欧的并联电阻称为中值并联电阻；将几万欧及以上的并联电阻称为高值并联电阻，它通常是为断路器每根有多个断口时均压设计的。 2、在断路器断口两端并联低值并联电阻，可以限制短路电流、降低工频恢复电压和振幅系数、减慢恢复电压上升速度。,3、图8-5是采用并联电阻的断路器开断发电机母线单相接地故障时的电路图。设高压断路器有主断口QF1和辅助断口QF2，并联电阻Rb并联在主断口QFl上。 当断路器开断电路时，主断口先打开，把并联电阻接入；当主断口间的电弧熄灭后，再打开辅助断口QF2，开断流经并联电阻的电流，使电路完全开断。,采用并联电阻阻尼振荡后，恢复电压最大值将不会超过工频恢复电压Ugh。,并联电阻Rb愈小，恢复电压的上升速度就愈低，主断口开断将比较轻松。,恢复电压最大上升速度出现在t=0时，该值为：,思考：为什么说“辅助断口的开断条件远比主断口轻松”？,8-4 三相短路故障的开断 三相短路故障的开断与系统接地方式和短路性质有关。 一、三相不接地短路故障的开断 图8-6为开断三相不接地短路故障的等值线路图。电源中性点一般不接地（也可以接地，如图中虚线所示）。电源相电压的幅值为Em。 考虑到通常相间电容C很小，略去短路电流的电容分量，则短路电流的稳
