高压断路器和隔离开关的原理与选择精选文档.ppt

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1、高压断路器和隔离开关的原理与选择本讲稿第一页，共四十九页教学内容教学内容本节教学内容本节教学内容一、电弧的形成与熄灭一、电弧的形成与熄灭二、断路器开断短路电流时的工作状况分二、断路器开断短路电流时的工作状况分析析三、高压断路器的选择三、高压断路器的选择四、隔离开关的选择四、隔离开关的选择首页本讲稿第二页，共四十九页一、电弧的形成与熄灭一、电弧的形成与熄灭 1)1)电弧电弧：是一种气体游离放电现象。是一种气体游离放电现象。2)2)产生电弧的条件产生电弧的条件：用开关电器开断电源电压大于用开关电器开断电源电压大于10 20 10 20 V V，电流大于，电流大于80 100mA80 100mA的电

2、路时，就会发生电弧。的电路时，就会发生电弧。3)3)电弧的特点电弧的特点：能量集中，温度很高，亮度很强；电弧是良导体。能量集中，温度很高，亮度很强；电弧是良导体。4)4)电弧的利用电弧的利用：电弧在工业上有很多有益的应用，例如，利用其电弧在工业上有很多有益的应用，例如，利用其高温的电弧焊接机，电弧炼钢炉等。高温的电弧焊接机，电弧炼钢炉等。5)5)电弧的危害电弧的危害：在开关电器中，电弧是有害的，要求尽快地熄灭，否在开关电器中，电弧是有害的，要求尽快地熄灭，否则会烧坏开关触头，误拉隔离开关会造成相间短路和人身伤亡。则会烧坏开关触头，误拉隔离开关会造成相间短路和人身伤亡。第二节第二节 高压短路器和

3、隔离开关的原理与选择高压短路器和隔离开关的原理与选择一、电弧的形成与熄灭一、电弧的形成与熄灭本讲稿第三页，共四十九页一、电弧的形成与熄灭一、电弧的形成与熄灭1.1.电弧的产生与熄灭电弧的产生与熄灭 游游 离离中性质点分解成自由电子和正离子。中性质点分解成自由电子和正离子。去游离去游离电子和正离子相互吸引还原为中性质点。电子和正离子相互吸引还原为中性质点。1)1)电弧的产生电弧的产生 强电场发射：强电场发射：E E=U U/s s 大于大于3310106 6 V/m V/m时，金属触头阴极时，金属触头阴极表面就会发射自由电子。表面就会发射自由电子。热电子发射热电子发射：在开关分闸时，动静触头之间

4、的接触压力和接在开关分闸时，动静触头之间的接触压力和接触面积减小，接触电阻增大，接触表面发热严重，产生局部高温，触面积减小，接触电阻增大，接触表面发热严重，产生局部高温，阴极金属材料中的电子获得动能而逸出成为自由电子。阴极金属材料中的电子获得动能而逸出成为自由电子。本讲稿第四页，共四十九页 加速运动：自由电子，在强电场的作用下，向阳极作加速加速运动：自由电子，在强电场的作用下，向阳极作加速运动。运动。碰撞游离：加速运动获得动能的自由电子在运动中与中性碰撞游离：加速运动获得动能的自由电子在运动中与中性质点发生碰撞，中性质点中的电子获得能量产生跃迁，跳到能级质点发生碰撞，中性质点中的电子获得能量产

5、生跃迁，跳到能级更高的轨道上，如果获得的能量足够大，自由电子就能脱离原子更高的轨道上，如果获得的能量足够大，自由电子就能脱离原子核的束缚，游离成自由电子和正离子。核的束缚，游离成自由电子和正离子。雪崩：雪崩：游离的游离的结结果果导导致触致触头间头间自由自由电电子数量子数量剧剧增增 。介质击穿产生电弧：介质击穿产生电弧：剧剧增的增的电电子子形成电流，介质被击穿而产生电弧。形成电流，介质被击穿而产生电弧。一、电弧的形成与熄灭一、电弧的形成与熄灭本讲稿第五页，共四十九页 2)2)电弧的维持与发展电弧的维持与发展 由于电弧的由于电弧的 r r 小，电弧形成后，触头间的电压和电场强度很低，小，电弧形成后

6、，触头间的电压和电场强度很低，强电场发射停止。强电场发射停止。由于电弧在燃烧过程中温度很高，可达到几千度甚至上万度，由于电弧在燃烧过程中温度很高，可达到几千度甚至上万度，阴极表面继续进行热电子发射。阴极表面继续进行热电子发射。一、电弧的形成与熄灭一、电弧的形成与熄灭 另一方面介质的分子和原子在高温下将产生强烈的分子热另一方面介质的分子和原子在高温下将产生强烈的分子热运动，获得动能的中性质点之间不断地发生碰撞，游离成自由电运动，获得动能的中性质点之间不断地发生碰撞，游离成自由电子和正离子，此即所谓热游离。子和正离子，此即所谓热游离。热发射和热游离给弧隙提供了大量的自由电子，电流继续流过，热发射和

7、热游离给弧隙提供了大量的自由电子，电流继续流过，电弧的燃烧得以维持。电弧的燃烧得以维持。本讲稿第六页，共四十九页3)3)电电弧的熄弧的熄灭灭 复合去游离：正离子和负离子相互吸引而中和成为中性质点复合去游离：正离子和负离子相互吸引而中和成为中性质点的过程。自由电子的的过程。自由电子的 v v 远大于正离子，它们直接复合的可能性很小，远大于正离子，它们直接复合的可能性很小，往往是自由电子先附着在中性质点上，形成负离子，运动速度大大往往是自由电子先附着在中性质点上，形成负离子，运动速度大大减慢，此时正离子和负离子更容易复合。减慢，此时正离子和负离子更容易复合。扩散去游离：自由电子和正离子逸出电弧而进

8、入周围介质中，扩散去游离：自由电子和正离子逸出电弧而进入周围介质中，被周围介质冷却而复合的过程。被周围介质冷却而复合的过程。由于电弧内外的电荷浓度及温差的不同，自由电子和正离子将由于电弧内外的电荷浓度及温差的不同，自由电子和正离子将向浓度和温度都低的周围介质中扩散，在低温处，电子和离子的向浓度和温度都低的周围介质中扩散，在低温处，电子和离子的v v减减慢而复合成为中性质点。慢而复合成为中性质点。一、电弧的形成与熄灭一、电弧的形成与熄灭本讲稿第七页，共四十九页 电弧的熄灭：电弧的燃烧是由游离过程维持的，但在电弧中同时电弧的熄灭：电弧的燃烧是由游离过程维持的，但在电弧中同时还进行着相反的使带电质点

9、数量减少的去游离过程。还进行着相反的使带电质点数量减少的去游离过程。游离作用等于去游离作用，新增加的带电质点数量与中和的数游离作用等于去游离作用，新增加的带电质点数量与中和的数量相等，电弧稳定燃烧。量相等，电弧稳定燃烧。游离作用大于去游离作用，电弧燃烧加剧。游离作用大于去游离作用，电弧燃烧加剧。游离作用小于去游离作用，则电弧中的带电质点数量减少，游离作用小于去游离作用，则电弧中的带电质点数量减少，最终导致电弧熄灭。最终导致电弧熄灭。一、电弧的形成与熄灭一、电弧的形成与熄灭本讲稿第八页，共四十九页2.2.交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭 1 1）电弧电流交变，每半个周期过零一次，此时电弧因失去能量而

10、自然熄灭。）电弧电流交变，每半个周期过零一次，此时电弧因失去能量而自然熄灭。2 2）由于热惯性，弧柱温度的变化滞后于快速变化的电流，所以交流电弧的伏安特性是动）由于热惯性，弧柱温度的变化滞后于快速变化的电流，所以交流电弧的伏安特性是动态的，如图态的，如图2-12-1所示。在电流增大时，温度来不及增高，弧隙电阻来不及减小；所示。在电流增大时，温度来不及增高，弧隙电阻来不及减小；在电流减小时，温度来不及减小，弧隙电阻来不及增大。故图在电流减小时，温度来不及减小，弧隙电阻来不及增大。故图6-16-1a a中正方向电中正方向电流增大时的曲线在电流减小时的上方。流增大时的曲线在电流减小时的上方。A A点

11、是电弧产生时的电压，称为燃弧电压。点是电弧产生时的电压，称为燃弧电压。B B点是电弧熄灭时的电压，称为熄弧电压。点是电弧熄灭时的电压，称为熄弧电压。图图6-16-1一、电弧的形成与熄灭一、电弧的形成与熄灭本讲稿第九页，共四十九页（1 1）交流电弧熄灭的条件）交流电弧熄灭的条件 1 1）熄灭交流电弧的最佳时机：交流电弧每半周期自然熄灭是）熄灭交流电弧的最佳时机：交流电弧每半周期自然熄灭是熄灭交流电弧的最佳时机。熄灭交流电弧的最佳时机。2 2）在电流过零后，弧隙中存在着两个恢复过程。）在电流过零后，弧隙中存在着两个恢复过程。a)a)介质强度恢复过程介质强度恢复过程:由于去游离作用的加强，弧隙间的介

12、由于去游离作用的加强，弧隙间的介质逐渐恢复其绝缘性能，以耐受的电压质逐渐恢复其绝缘性能，以耐受的电压UdUd(t t)表示。表示。b)b)弧隙电压恢复过程弧隙电压恢复过程:电源电压要重新作用在触头上，弧隙电源电压要重新作用在触头上，弧隙电压将从熄弧电压逐渐恢复到电源电压，用电压将从熄弧电压逐渐恢复到电源电压，用UrUr(t t)表示。表示。一、电弧的形成与熄灭一、电弧的形成与熄灭本讲稿第十页，共四十九页a.a.弧隙介质强度恢复过程弧隙介质强度恢复过程 起始介质强度（近阴极效应）起始介质强度（近阴极效应）在电流过零后的在电流过零后的0.1 10.1 1s s 的短暂时间内的短暂时间内，阴极附近出

13、，阴极附近出现现150 150 250V 250V的起始介质强度，称为近阴极效应。的起始介质强度，称为近阴极效应。一、电弧的形成与熄灭一、电弧的形成与熄灭图图6-46-4 原因：在电流过零的瞬间，弧原因：在电流过零的瞬间，弧隙电压的极性发生变化，弧隙中的隙电压的极性发生变化，弧隙中的自由电子立即向新阳极运动，正离自由电子立即向新阳极运动，正离子质量大，基本未动，在新阴极附子质量大，基本未动，在新阴极附近就形成了只有正电荷的不导电薄近就形成了只有正电荷的不导电薄层，阻碍阴极发射电子，呈现出一层，阻碍阴极发射电子，呈现出一定的介质强度，如图定的介质强度，如图6-46-4所示。所示。起始介质强度出现

14、后的介质强度的恢复起始介质强度出现后的介质强度的恢复 这是一个复杂的过程，它与电弧电流、介质特性、冷却条件这是一个复杂的过程，它与电弧电流、介质特性、冷却条件和触头分断速度有关。和触头分断速度有关。本讲稿第十一页，共四十九页b b弧隙电压恢复过程弧隙电压恢复过程 电弧为纯电阻性质，电弧电流与弧隙电压同相位，电弧电流过零时，电弧为纯电阻性质，电弧电流与弧隙电压同相位，电弧电流过零时，弧隙电压接近零；弧隙电压接近零；短路时电路电阻很小，电路短路时电路电阻很小，电路呈感性呈感性 ，电弧电流与电源电压不，电弧电流与电源电压不同相位，电弧电流过零时，电源电压不等于零；同相位，电弧电流过零时，电源电压不等

15、于零；由于电路参数由于电路参数L L、C C的存在，电弧熄灭后，弧隙电压不可能立的存在，电弧熄灭后，弧隙电压不可能立刻由熄弧电压上升到电源电压，一般弧隙恢复电压是一个过渡过刻由熄弧电压上升到电源电压，一般弧隙恢复电压是一个过渡过程。它将从瞬态（振荡）恢复电压逐渐过渡到工频恢复电压。程。它将从瞬态（振荡）恢复电压逐渐过渡到工频恢复电压。图图6-56-5本讲稿第十二页，共四十九页3)3)交流电弧熄灭的条件交流电弧熄灭的条件 电流过零后，电弧能否熄灭取决于两个恢复过程作用的结果：电流过零后，电弧能否熄灭取决于两个恢复过程作用的结果：如果弧隙电压恢复过程上升速度较快，幅值较大，弧隙电如果弧隙电压恢复过

16、程上升速度较快，幅值较大，弧隙电压恢复过程大于弧隙介质强度恢复过程，介质被击穿，电弧重燃，压恢复过程大于弧隙介质强度恢复过程，介质被击穿，电弧重燃，如图如图6-66-6a a所示。所示。如果弧隙介质强度恢复过程始终大于弧隙电压恢复过程，则电弧如果弧隙介质强度恢复过程始终大于弧隙电压恢复过程，则电弧熄灭，熄灭，如如图图6-66-6b b和和6-66-6c c所示。所示。故交流电弧熄灭的条件应为：故交流电弧熄灭的条件应为：U Ud d(t)(t)U Ur r(t)(t)图图6-66-6本讲稿第十三页，共四十九页 如果能如果能够够采取措施，防止弧隙恢复采取措施，防止弧隙恢复电压电压振振荡荡，将周期性

17、振，将周期性振荡荡特特性的恢复性的恢复电压转变为电压转变为非周期性恢复非周期性恢复过过程，程，电电弧就更容易熄弧就更容易熄灭灭，如，如图图6-66-6c c所示。所示。图图6-66-6一、电弧的形成与熄灭一、电弧的形成与熄灭本讲稿第十四页，共四十九页（2 2）熄灭交流电弧的基本方法）熄灭交流电弧的基本方法 加强弧隙的去游离、提高介质强度的恢复速度和降低弧隙电压的上加强弧隙的去游离、提高介质强度的恢复速度和降低弧隙电压的上升速度与幅值，是高压断路器中熄灭电弧的基本方法。升速度与幅值，是高压断路器中熄灭电弧的基本方法。1)1)利用灭弧介质利用灭弧介质 在高压断路器中，广泛采用去游离作用强的灭弧介质

18、灭弧。在高压断路器中，广泛采用去游离作用强的灭弧介质灭弧。2)2)采用特殊金属材料作灭弧触头采用特殊金属材料作灭弧触头 采用铜、钨合金和银、钨合金等特殊金属材料作触头。这采用铜、钨合金和银、钨合金等特殊金属材料作触头。这些材料在高温下不易熔化和蒸发、抗熔焊，可以减少热电子发些材料在高温下不易熔化和蒸发、抗熔焊，可以减少热电子发射和高温分解产生的金属蒸气，削弱了游离作用。射和高温分解产生的金属蒸气，削弱了游离作用。一、电弧的形成与熄灭一、电弧的形成与熄灭本讲稿第十五页，共四十九页一、电弧的形成与熄灭一、电弧的形成与熄灭3)3)利用气体或油吹动电弧利用气体或油吹动电弧 吹弧是指利用各种结构形式的灭

19、弧室，使高温分解的气体或具有很吹弧是指利用各种结构形式的灭弧室，使高温分解的气体或具有很大压力的新鲜且低温的气体在灭弧室中按特定的通路，吹动电弧，加强大压力的新鲜且低温的气体在灭弧室中按特定的通路，吹动电弧，加强扩散和复合去游离而使电弧熄灭的方法。扩散和复合去游离而使电弧熄灭的方法。4)4)采用多断口熄弧采用多断口熄弧 某些电压等级较高的断路器采用多个灭弧室串联的多断口灭弧方式。某些电压等级较高的断路器采用多个灭弧室串联的多断口灭弧方式。多断口将电弧分割成多段，在相同触头行程下，增加了电弧的总长度，多断口将电弧分割成多段，在相同触头行程下，增加了电弧的总长度，弧隙电阻迅速增大，介质强度恢复速度

20、加快。使每个断口上的恢复电弧隙电阻迅速增大，介质强度恢复速度加快。使每个断口上的恢复电压减小，降低了恢复电压的上升速度和幅值，提高了灭弧能力。压减小，降低了恢复电压的上升速度和幅值，提高了灭弧能力。本讲稿第十六页，共四十九页5)5)提高断路器触头的分离速度提高断路器触头的分离速度 加快断路器触头的分离速度，可以迅速拉长电弧，使弧隙的加快断路器触头的分离速度，可以迅速拉长电弧，使弧隙的电场强度骤降，弧隙电阻和电弧的表面积突然增大，电弧的冷却电场强度骤降，弧隙电阻和电弧的表面积突然增大，电弧的冷却加快，有利于带电质点的扩散和复合去游离。加快，有利于带电质点的扩散和复合去游离。一、电弧的形成与熄灭一

21、、电弧的形成与熄灭本讲稿第十七页，共四十九页二二、断路器开断短路电流时的工作状况分析断路器开断短路电流时的工作状况分析 目的：找出恢复电压不振荡的目的：找出恢复电压不振荡的条件及防止振荡的方法。条件及防止振荡的方法。断路器开断短路电流时的电断路器开断短路电流时的电路如图路如图6-4a6-4a所示，其等效电路如所示，其等效电路如图图6-4b6-4b所示，所示，R R、L L为电源和变压器为电源和变压器的电阻和电感，的电阻和电感，C C可以认为是变压器可以认为是变压器绕组及连接线对地的分布电容，绕组及连接线对地的分布电容，r r为为断路器触头并联电阻。断路器触头并联电阻。图图6-46-4 1.1.

22、弧隙电压恢复过程分析弧隙电压恢复过程分析二、断路器开断短路电流时的工作状况分析二、断路器开断短路电流时的工作状况分析本讲稿第十八页，共四十九页 熄弧后，从瞬态恢复电压过渡到电源电压的时间很短，一般不超过熄弧后，从瞬态恢复电压过渡到电源电压的时间很短，一般不超过几百微秒，可近似认为电源电压不变，故电源用几百微秒，可近似认为电源电压不变，故电源用直流直流电电源源U U0 0来代替。来代替。假设与初始条件：假设与初始条件：i i=0=0时是时间的起点，即时是时间的起点，即t t=0=0 断路器开断短路断路器开断短路电电流流时时的弧隙的弧隙电压电压恢复恢复过过程相当于二程相当于二阶电阶电路路过过渡渡过

23、过程中，程中，电电容容C C两端的两端的电压变电压变化化过过程，即。程，即。如如图图6-7b6-7b所示，当开关所示，当开关S S闭闭合合时时，有，有:二、断路器开断短路电流时的工作状况分析二、断路器开断短路电流时的工作状况分析本讲稿第十九页，共四十九页整理后整理后,可得线性常系数微分方程：可得线性常系数微分方程：其特征根为其特征根为:微分方程微分方程通解为通解为:二、断路器开断短路电流时的工作状况分析二、断路器开断短路电流时的工作状况分析式中式中 c c1 1、c c2 2 积分常数积分常数,其值由初始条件决定其值由初始条件决定.本讲稿第二十页，共四十九页1)1)当当时，特征根为不等时，特征

24、根为不等负负实根。实根。可解得可解得:代入微分方程的通解可得短路器触头的恢复电压为代入微分方程的通解可得短路器触头的恢复电压为:二、断路器开断短路电流时的工作状况分析二、断路器开断短路电流时的工作状况分析本讲稿第二十一页，共四十九页二、断路器开断短路电流时的工作状况分析二、断路器开断短路电流时的工作状况分析一般一般变压变压器器绕组电绕组电阻阻 ，略去不略去不计计，得，得 从上式可以看出，由于特征根从上式可以看出，由于特征根为负实为负实根，故弧隙根，故弧隙电压电压恢复恢复过过程程为为非周期性的，如非周期性的，如图图6-86-8曲曲线线3 3所示。所示。一般一般，略去不略去不计计，故上式最大，故上

25、式最大值值不会超不会超过过U U0 0，进进一步化一步化简简得得:本讲稿第二十二页，共四十九页二、断路器开断短路电流时的工作状况分析二、断路器开断短路电流时的工作状况分析 忽略高忽略高压电压电网的网的R R后，若后，若电电网参数网参数满满足足4r4r2 2C/LC/L0.250.25时时特征根特征根为为:则则:UtoUrUr0图6-5 恢复电压非周期性变化过程 可见可见,恢复电压最大值不会超恢复电压最大值不会超过过U U0 0.如图如图6-56-5所示所示.本讲稿第二十三页，共四十九页二、断路器开断短路电流时的工作状况分析二、断路器开断短路电流时的工作状况分析 对上式微分，可得电流过零时的恢复

26、电压上升速度对上式微分，可得电流过零时的恢复电压上升速度(V/s(V/s)为为:由上式可知，触由上式可知，触头头并并联电联电阻阻r r可以降低恢复可以降低恢复电压电压的上升速度，的上升速度，r r越小，恢复越小，恢复电压电压的上升速度越低。的上升速度越低。本讲稿第二十四页，共四十九页当当时，特征根为共轭复根。时，特征根为共轭复根。式中式中,-,-衰减系数衰减系数;-;-电路固有震荡频率电路固有震荡频率.二、断路器开断短路电流时的工作状况分析二、断路器开断短路电流时的工作状况分析本讲稿第二十五页，共四十九页将将、代入，得代入，得:利用欧拉公式化利用欧拉公式化简简，得，得:从上式可以看出，从上式可

27、以看出，1 1、2 2为为共共轭轭复根复根时时，弧隙，弧隙电压电压恢复恢复过过程程为为衰减的周期性振衰减的周期性振荡荡过过程，如程，如图图6-66-6曲曲线线2 2所示，从所示，从图图中曲中曲线线2 2可以看出，周期性振可以看出，周期性振荡过荡过程的恢复程的恢复电压电压上升速上升速度度较较快，幅快，幅值较值较大，大，给电给电弧的熄弧的熄灭带灭带来来难难 。如果断路器触头没有装设并联电阻如果断路器触头没有装设并联电阻(r r=)=)时，时，忽略忽略R R，则，则:式中式中,震荡频率震荡频率二、断路器开断短路电流时的工作状况分析二、断路器开断短路电流时的工作状况分析本讲稿第二十六页，共四十九页 a

28、)a)周期性振周期性振荡过荡过程中的弧隙恢复程中的弧隙恢复电压电压最大最大值值可达可达2 2U U0 0 ，如，如图图6-6-6 6曲曲线线1 1所示。所示。b)b)上升速度取固有振上升速度取固有振荡频荡频率的半个周期内的平均速度率的半个周期内的平均速度，由，由 得得二、断路器开断短路电流时的工作状况分析二、断路器开断短路电流时的工作状况分析图图6-66-6本讲稿第二十七页，共四十九页二、断路器开断短路电流时的工作状况分析二、断路器开断短路电流时的工作状况分析当当时时，为为相等的相等的负实负实根根(重根重根)。根据初始条件和公式根据初始条件和公式 及其微分表达式，可求得及其微分表达式，可求得:

29、不不计计R R，从而得从而得:由由罗罗彼塔法彼塔法则则可知：可知：时时，当当 在此种情况下，弧隙在此种情况下，弧隙电压电压恢复恢复过过程仍是非周期性的，但程仍是非周期性的，但处处在在临临界情况。忽略界情况。忽略R R，临临界并界并联电联电阻阻值为值为本讲稿第二十八页，共四十九页 a)a)当当 r r r rcrcr 时时，弧隙，弧隙电压电压恢复恢复过过程程为为非周期性。在断路器触非周期性。在断路器触头间头间并并联联低低值电值电阻（几欧至几十欧），可以改阻（几欧至几十欧），可以改变变弧隙弧隙电压电压恢复恢复过过程的程的上升速度和幅上升速度和幅值值，可以将弧隙恢复，可以将弧隙恢复电压电压由周期性振

30、由周期性振荡荡特性恢复特性恢复电压转电压转变为变为非周期性恢复非周期性恢复电压电压，大大降低了恢复，大大降低了恢复电压电压的上升速度和幅的上升速度和幅值值，改，改善了断路器的善了断路器的灭灭弧条件弧条件 。b)b)当当 r r r rcrcr 时，弧隙电压恢复过程为周期振荡性过程，时，弧隙电压恢复过程为周期振荡性过程，对电弧熄灭不利。对电弧熄灭不利。临临界并界并联电联电阻阻值值:二、断路器开断短路电流时的工作状况分析二、断路器开断短路电流时的工作状况分析本讲稿第二十九页，共四十九页 2.2.不同短路形式对断路器开断能力的影响不同短路形式对断路器开断能力的影响（1 1）断路器开断单相短路电路）断

31、路器开断单相短路电路 当电流过零，工频恢复电压瞬时值为当电流过零，工频恢复电压瞬时值为U U0 0U Um m sinsin。通常短路时，功率因数很低，一般通常短路时，功率因数很低，一般cos cos 0.150.15，所以所以sinsin1 1。此时此时 U U0 0 U Um m sin sin U Um m 。即起始工频恢复电压，近似地等于电源电压最即起始工频恢复电压，近似地等于电源电压最大值。大值。二、断路器开断短路电流时的工作状况分析二、断路器开断短路电流时的工作状况分析本讲稿第三十页，共四十九页（2 2）断路器开断中性点不直接接地系统中的三）断路器开断中性点不直接接地系统中的三相短

32、路电路相短路电路 （a a）电路图）电路图 （b b）相量图）相量图 图图6 67 A7 A相电弧熄灭后等值电路及相量图相电弧熄灭后等值电路及相量图二、断路器开断短路电流时的工作状况分析二、断路器开断短路电流时的工作状况分析本讲稿第三十一页，共四十九页 A A相首先开断，电流过零后电弧熄灭。此时，相首先开断，电流过零后电弧熄灭。此时，B B、C C相仍由相仍由电弧短接。电弧短接。A A相断路器靠近短路侧触头的电位，此时仍相当相断路器靠近短路侧触头的电位，此时仍相当于于B B、C C两相线电压的中点电位。由图两相线电压的中点电位。由图6 67 7（b b）可知）可知 可知，可知，A A相开断后，

33、断口上的工频恢复电压为相电压的一倍相开断后，断口上的工频恢复电压为相电压的一倍半。半。（6 62424）二、断路器开断短路电流时的工作状况分析二、断路器开断短路电流时的工作状况分析本讲稿第三十二页，共四十九页 经过经过0.005s(0.005s(电角度电角度 9090)后，后，B B、C C两相的短路电流同两相的短路电流同时过零，电弧同时熄灭。电源电压加在时过零，电弧同时熄灭。电源电压加在B B、C C两相弧隙上，两相弧隙上，每个断口将承受一半电压值。即每个断口将承受一半电压值。即 断路器开断三相电路时，其恢复电压通常是首先开断相为断路器开断三相电路时，其恢复电压通常是首先开断相为最大，所以，

34、断口电弧的熄灭，关键在于首先开断相。最大，所以，断口电弧的熄灭，关键在于首先开断相。（5 53232）二、断路器开断短路电流时的工作状况分析二、断路器开断短路电流时的工作状况分析本讲稿第三十三页，共四十九页 经分析，当系统零序阻抗与正序阻抗之比不大于经分析，当系统零序阻抗与正序阻抗之比不大于3 3时，其首先开断相的恢复电压的工频分量为相电压的时，其首先开断相的恢复电压的工频分量为相电压的1.31.3倍。第二开断相恢复电压的工频分量可为相电压的倍。第二开断相恢复电压的工频分量可为相电压的1.251.25倍。最后开断相就变为单相情况，也就是相电压。即：倍。最后开断相就变为单相情况，也就是相电压。即

35、：（3 3）断路器开断中性点直接接地系统中的三相接地短路电路）断路器开断中性点直接接地系统中的三相接地短路电路二、断路器开断短路电流时的工作状况分析二、断路器开断短路电流时的工作状况分析本讲稿第三十四页，共四十九页三、高压断路器选择三、高压断路器选择（一）高压断路器的作用和类型（一）高压断路器的作用和类型 1 1高压断路器的作用高压断路器的作用 高压断路器内有灭弧介质和灭弧装置，可以熄灭接通或开断电路时产生的电弧，高压断路器内有灭弧介质和灭弧装置，可以熄灭接通或开断电路时产生的电弧，其作用是其作用是:1)1)在正常运行时接通或断开有负荷电流的电路；在正常运行时接通或断开有负荷电流的电路；2)2

36、)在电气设备出现故障时，能够在继电保护装置的控制下自动切断短路在电气设备出现故障时，能够在继电保护装置的控制下自动切断短路电流。电流。2 2高压断路器的分类高压断路器的分类 根据灭弧介质的不同，高压断路器可以分为以下几种类型。根据灭弧介质的不同，高压断路器可以分为以下几种类型。（1 1）油断路器）油断路器 以具有绝缘能力的矿物油作为灭弧介质的断路器。以具有绝缘能力的矿物油作为灭弧介质的断路器。多油断路器：多油断路器：断路器中的油除作断路器中的油除作为灭为灭弧介弧介质质外，外，还还作作为为触触头头断开后的断开后的间间隙隙绝缘绝缘介介质质和和带电带电部分与接地外壳部分与接地外壳间间的的绝缘绝缘介介

37、质质。本讲稿第三十五页，共四十九页 少油断路器：少油断路器：油只作油只作为灭为灭弧介弧介质质和触和触头头断开后的断开后的间间隙隙绝缘绝缘介介质质，而而带电带电部分部分对对接地之接地之间间采用固体采用固体绝缘绝缘（例如瓷（例如瓷绝缘绝缘）。）。（2 2）六氟化硫）六氟化硫(SF6)(SF6)断路器断路器 采用采用SF6SF6气体作气体作为灭为灭弧介弧介质质和触和触头头断断开后的开后的间间隙隙绝缘绝缘介介质质的断路器。的断路器。SF6SF6气体是一种无色、无味、无毒、气体是一种无色、无味、无毒、不燃的惰性气体，具有不燃的惰性气体，具有优优良的良的灭灭弧性能和弧性能和绝缘绝缘性能。性能。（3 3）真

38、空断路器）真空断路器 以真空的高介质强度实现灭弧和绝缘的断路器。以真空的高介质强度实现灭弧和绝缘的断路器。（4 4）压缩空气断路器）压缩空气断路器 采用压缩空气作为灭弧介质和触头断开后的采用压缩空气作为灭弧介质和触头断开后的间隙绝缘介质的断路器。间隙绝缘介质的断路器。三、高压断路器选择三、高压断路器选择 本讲稿第三十六页，共四十九页（二）高压断路器的技术参数（二）高压断路器的技术参数 高压断路器的技术性能常用以下技术参数来表征：高压断路器的技术性能常用以下技术参数来表征：三、高压断路器选择三、高压断路器选择 额定电压是指高压断路器长期正常工作的线电压有效值，额定电压是指高压断路器长期正常工作的

39、线电压有效值，该该参数表征了断路器参数表征了断路器长长期正常工作的期正常工作的绝缘绝缘能力。能力。额定电流是指高压断路器在规定条件下，可以长期通过的最大电流，额定电流是指高压断路器在规定条件下，可以长期通过的最大电流，该该参数表征了断参数表征了断路器承受路器承受长长期工作期工作电电流流产产生的生的发热发热量的能力。量的能力。在额定电压下，高压断路器能可靠开断的最大短路电流有效值，在额定电压下，高压断路器能可靠开断的最大短路电流有效值，该该参数表征了断路器的参数表征了断路器的灭灭弧能力。弧能力。3 3额定开断电流额定开断电流 2 2额定电流额定电流 1 1额定电压额定电压 额定关合电流是指在规定

40、条件下，断路器能关合不致产生触头熔焊及其他妨碍额定关合电流是指在规定条件下，断路器能关合不致产生触头熔焊及其他妨碍继续正常工作的最大电流峰值。继续正常工作的最大电流峰值。4 4额定关合电流额定关合电流 本讲稿第三十七页，共四十九页 热稳热稳定定电电流是指在断路器在合流是指在断路器在合闸闸位置位置t t（单单位位为为秒）秒）时间时间所能承受的最所能承受的最大大电电流有效流有效值值。5 5热稳定电流热稳定电流 该该参数表征了断路器耐受短路参数表征了断路器耐受短路电电流流热热效效应应的能力。的能力。t t 称称为热稳为热稳定定时间时间。动稳动稳定定电电流是指断路器在合流是指断路器在合闸闸位置所能承受

41、的最大位置所能承受的最大电电流峰流峰值值，该该参数表征了断参数表征了断路器承受短路路器承受短路电电流流电动电动力效力效应应的能力。的能力。6 6动稳定电流动稳定电流 7 7分闸时间分闸时间 分闸时间（也称全开断时间）是指断路器从接到分闸命令起到各相触头电分闸时间（也称全开断时间）是指断路器从接到分闸命令起到各相触头电弧完全熄灭为止的一段时间，它等于断路器的固有分闸时间与燃弧时间之和。弧完全熄灭为止的一段时间，它等于断路器的固有分闸时间与燃弧时间之和。三、高压断路器选择三、高压断路器选择 8 8合闸时间合闸时间 合闸时间是指断路器从接到合闸命令起到各相触头完全接触为止的一段时间。合闸时间是指断路

42、器从接到合闸命令起到各相触头完全接触为止的一段时间。本讲稿第三十八页，共四十九页(三三)、高压断路器的选择、高压断路器的选择 1种类和型式的选择种类和型式的选择 种类：种类：610kV610kV电网一般选择少油、真空和六氟化硫断路器。电网一般选择少油、真空和六氟化硫断路器。35kV 35kV电网一般选择少油、真空和六氟化硫断路器，某些电网一般选择少油、真空和六氟化硫断路器，某些35kV35kV屋外配电装屋外配电装置也可用多油断路器。置也可用多油断路器。110330kV 110330kV电网一般选择少油和六氟化硫断路器。电网一般选择少油和六氟化硫断路器。500kV 500kV电网一般选择六氟化硫

43、断路器。电网一般选择六氟化硫断路器。2额定电压选择：额定电压选择：UN UNs 安装地点：屋内和屋外。安装地点：屋内和屋外。3额定电流选择：额定电流选择：IN Imax 4额定开断电流选择额定开断电流选择 断路器的断路器的额额定开断定开断电电流流I INbrNbr应应不小于其触不小于其触头刚刚头刚刚分开分开时时的短路的短路电电流有效流有效值值I Ik k，即即 I INbrNbr I Ik k三、高压断路器选择三、高压断路器选择 本讲稿第三十九页，共四十九页 开断开断计计算算时间时间tbr：从：从发发生短路到断路器的触生短路到断路器的触头刚刚头刚刚分开所分开所经历经历的的时间时间。为为保保证证

44、断路器能开断最断路器能开断最严严重情况下的短路重情况下的短路电电流，开断流，开断计计算算时间时间等等于主保于主保护动护动作作时间时间tpr1与断路器固有分与断路器固有分闸时间闸时间tin之和，即之和，即:tbr=tpr1+tin 1)对对于非快速于非快速动动作断路器（其作断路器（其tbr0.1s），可略去短路），可略去短路电电流非周期流非周期分量的影响，分量的影响，简简化用短路化用短路电电流周期分量流周期分量0s有效有效值值I”校校验验断路器的开断能断路器的开断能力，即力，即:INbrI”2)对对于快速于快速动动作断路器（其作断路器（其tbr0.1s），开断短路），开断短路电电流中非周期分流中

45、非周期分量可能超量可能超过过周期分量的周期分量的20%，需要用，需要用tbr时时刻的短路全刻的短路全电电流有效流有效值值校校验验断路器的开断能力，即断路器的开断能力，即:三、高压断路器选择三、高压断路器选择 本讲稿第四十页，共四十九页I Iptpt为为触触头刚刚头刚刚分开分开t tbrbr时的短路电流周期分量有效值，在此可取时的短路电流周期分量有效值，在此可取I Iptpt=I”I”；为为短路短路电电流非周期分量衰减流非周期分量衰减时间时间常数，其中，常数，其中，X X、R R分别为电源至短路点的等效电抗和等效电阻。分别为电源至短路点的等效电抗和等效电阻。5额定关合电流选择额定关合电流选择 如

46、果在断路器关合前已存在短路故障，如果在断路器关合前已存在短路故障，则则断路器合断路器合闸时闸时也会也会产产生生电电弧，弧，为为了保了保证证断路器关合断路器关合时时不不发发生触生触头头熔熔焊焊及合及合闸闸后能在后能在继电继电保保护护控制下自控制下自动动分分闸闸切切除故障，断路器除故障，断路器额额定关合定关合电电流流i iNclNcl不不应应小于短路小于短路电电流最大冲流最大冲击值击值，即，即:iNclish 三、高压断路器选择三、高压断路器选择 本讲稿第四十一页，共四十九页6热稳定校验热稳定校验 Q Qk k为为短路短路电电流流热热效效应应(kA)(kA)2 2ss；I It t为制造厂家给出的

47、为制造厂家给出的t t秒内允许通过的热稳定电流（秒内允许通过的热稳定电流（kAkA）。）。7动稳定校验动稳定校验 iesish 三、高压断路器选择三、高压断路器选择 本讲稿第四十二页，共四十九页四、隔离开关的选择四、隔离开关的选择 隔离开关没有专门的灭弧装置，不能用来接通或切断负荷电流和短隔离开关没有专门的灭弧装置，不能用来接通或切断负荷电流和短路电流，否则，将产生强烈的电弧，造成人身伤亡，设备损坏或引起相路电流，否则，将产生强烈的电弧，造成人身伤亡，设备损坏或引起相间短路故障。隔离开关的作用如下。间短路故障。隔离开关的作用如下。（1 1）隔离电源）隔离电源 在检修电气设备时，为了安全，需要用

48、隔在检修电气设备时，为了安全，需要用隔离开关将停电检修的设备与带电运行的设备隔离，形成明显可见离开关将停电检修的设备与带电运行的设备隔离，形成明显可见的断口。隔离电源是隔离开关的主要用途。的断口。隔离电源是隔离开关的主要用途。（2 2）倒闸操作）倒闸操作 在双母线接线倒换母线或接通旁路母线时，在双母线接线倒换母线或接通旁路母线时，某些隔离开关可以在某些隔离开关可以在“等电位等电位”的情况下进行分、合闸，配合断路的情况下进行分、合闸，配合断路器完成改变运行方式的倒闸操作。器完成改变运行方式的倒闸操作。四、隔离开关的选择四、隔离开关的选择 （3 3）分、合小电流电路）分、合小电流电路 可用来合电压

49、互感器、避雷器和空载母可用来合电压互感器、避雷器和空载母线；分、合励磁电流小于线；分、合励磁电流小于2A2A的空载变压器；关合电容电流不超过的空载变压器；关合电容电流不超过5A5A的空的空载线路载线路 。本讲稿第四十三页，共四十九页 隔离开关的型式较多，按装设地点可分为屋内式（隔离开关的型式较多，按装设地点可分为屋内式（GNGN型）和屋外式型）和屋外式（GWGW型）；按绝缘支柱的数目可分为单柱式、双柱式和三柱式；按极数屋型）；按绝缘支柱的数目可分为单柱式、双柱式和三柱式；按极数屋内式可分为单极和三极式。内式可分为单极和三极式。四、隔离开关的选择四、隔离开关的选择 隔离开关的选择隔离开关的选择

50、1.隔离开关的型号隔离开关的型号应应根据其安装地点，配根据其安装地点，配电电装置的布置特点装置的布置特点等等选择选择。2.由于隔离开关没有由于隔离开关没有灭灭弧装置，故没有开断弧装置，故没有开断电电流和关合流和关合电电流的校流的校验验，隔离开关的隔离开关的额额定定电压电压、额额定定电电流流选择选择和和热稳热稳定、定、动稳动稳定校定校验项验项目与断路目与断路器相同。器相同。本讲稿第四十四页，共四十九页四、隔离开关的选择四、隔离开关的选择【例【例6-4】选择例】选择例6-1中变压器低压侧的高压断路器和隔离开关。中变压器低压侧的高压断路器和隔离开关。解解 根据安装地点在屋内和例根据安装地点在屋内和例