高压断路器和隔离开关

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,6.2,高压断路器和隔离开关的原理与选择,引言,仅用来在正常情况下，断开或闭合正常工作电流的开关电器，如高压负荷开关、低压闸刀开关、接触器等。,仅用来断开故障情况下的过负荷电流或短路电流的开关电器，如高、低压熔断器。,既用来断开或闭合正常工作电流，也用来断开或闭合过负荷电流或短路电流的开关电器，如高压断路器、低压自动空气断路器等。,不要求断开或闭合电流，只用来在检修时隔离电压的开关电器，如隔离开关等。,开关电器的类型,引言,断路器的作用,在正常情况下，控制各种电力线路和设备的开断和关合。,在电力系统发生故障时，自动地切除电力系统的短路电流，以保证电力系统的正常运行。,一、电弧的形成与熄灭,用开关电器切断通有电流的电路时，只要电源电压大于,1020V,，电流大于,80100mA,，在开关电器的动、静触头分离瞬间，触头间就会出现电弧。,此时，触头虽已分开，但电路中的电流还在继续流通。只有电弧熄灭，电路才被真正断开。,电弧之所以能形成导电通道，是因为电弧柱中了出现大量自由电子的缘故。,一、电弧的形成与熄灭,1.,电弧的产生、维持与熄灭,电弧的产生,阴极发射电子,热电子发射,强电场电子发射,碰撞游离,电弧的维持,热游离,去游离,电弧的熄灭,若游离过程大于去游离过程，则电弧继续燃烧；,若去游离过程大于游离过程，则电弧逐渐熄灭。,d,(-),动触头,(+),静触头,复合去游离,扩散去游离,2.,交流电弧的熄灭,电弧温度随时间变化,电弧电流数值随时间变动，电弧的功率也随电弧电流变动。电弧功率增大时，电弧的温度增加；反过来，当电弧功率减小时，电弧的温度降低。,电弧有热惯性,电弧的温度跟不上电流的变化，存在一个滞后过程。,交流电弧每半周自动熄灭一次,随着交流电流的周期性变化，电弧电流也将每隔半周过零一次。在电弧电流自然过零前后，电源向弧隙输送的能量较少，电弧温度和热游离下降，而去游离作用继续进行，电弧将自然熄灭。,(0),交流电弧的特性,2.,交流电弧的熄灭,在交流电流过零时，电弧将自动熄灭，但不等于最终熄灭。,在交流电弧自动熄灭后，弧隙中存在着两个恢复过程：,弧隙介质强度恢复过程,弧隙电压恢复过程,(1),交流电弧的熄灭条件,2.,交流电弧的熄灭,1),弧隙介质强度恢复过程,可见，真空断路器和,SF,6,断路器灭弧性能较好。,含义：弧隙中介质强度恢复到绝缘的正常状态的过程。以能耐受的电压,u,d(,t,),表示。,影响因素：主要是断路器灭弧装置的结构和灭弧介质的性质。,u,d,0,t,油,空气,SF,6,真空,(1),交流电弧的熄灭条件,2.,交流电弧的熄灭,近阴极效应,1),弧隙介质强度恢复过程,u,d,0,t,油,空气,SF,6,真空,(1),交流电弧的熄灭条件,(+),(-),+-+-+,-+-+-,+-+-+,-+-+-,(-),(+),+-+,+-,+-+,+-,2.,交流电弧的熄灭,2),弧隙电压恢复过程,含义：弧隙电压由熄弧电压逐渐恢复到电源电压的过程。以,u,r(,t,),表示。,影响因素：线路参数、负荷性质等。,u,r,0,t,u,sr,u,tr,u,tr,u,sr,瞬态恢复电压,工频恢复电压,对不同的线路参数，弧隙电压恢复过程可能是周期性的变化过程或非周期性的变化过程。,(1),交流电弧的熄灭条件,2.,交流电弧的熄灭,综上所述，在电弧自然熄灭后，弧隙中同时存在着两个恢复过程，即弧隙电压恢复过程,u,r(,t,),和介质强度恢复过程,u,d(,t,),。,u,r,0,t,u,sr,u,tr,可见，断路器开断交流电路时，熄灭电弧的条件应为,如果弧隙电压高于介质强度耐受电压，则弧隙就被击穿，电弧重燃。,如果弧隙电压低于介质强度耐受电压，则电弧不再重燃，即最终熄灭。,(1),交流电弧的熄灭条件,2.,交流电弧的熄灭,1),利用灭弧介质,不同灭弧介质具有不同的传热能力、介电能力、热游离温度和热容量。这些参数的数值越大，则去游离作用越强，电弧就越容易熄灭。,2),采用特殊金属材料作灭弧触头,采用熔点高、导热系数和热容量大的耐高温金属作触头材料。采用铜、钨合金和银、钨合金等。,3),利用气体或油吹动电弧,吹弧利于冷却而使复合加强、带电离子的扩散。,4),采用多断口熄弧,电弧被拉长，触头分离速度加快，断口电压降低。,5),拉长电弧并增大断路器触头的分离速度,(2),高压断路器熄灭交流电弧的基本方法,2.,交流电弧的熄灭,二、开断短路电流时的工作状况分析,弧隙电压恢复过程分析,G,T,QF,k,k,R,L,r,QF,G,C,U,0,微分方程：,微分方程的通解：,线性常系数微分方程,二、开断短路电流时的工作状况分析,弧隙电压恢复过程分析,G,T,QF,k,k,R,L,r,QF,G,C,U,0,弧隙电压恢复过程是非周期性的。,恢复电压最大值不会超过,U,0,。,微分方程的通解：,弧隙电压恢复过程是周期性振荡过程。,恢复电压最大值可达,2,U,0,。,弧隙电压恢复过程仍是非周期性的。,恢复电压最大值不会超过,U,0,。,二、开断短路电流时的工作状况分析,弧隙电压恢复过程分析,G,T,QF,k,k,R,L,r,QF,G,C,U,0,弧隙电压恢复过程是非周期性的。,恢复电压最大值不会超过,U,0,。,弧隙电压恢复过程是周期性振荡过程。,恢复电压最大值可达,2,U,0,。,弧隙电压恢复过程仍是非周期性的。,恢复电压最大值不会超过,U,0,。,临界并联电阻为,当,r,r,cr,时，电压恢复过程为周期性。,二、开断短路电流时的工作状况分析,不同短路形式对断路器开断能力的影响,开断单相短路电路,当电流过零时，,工频恢复电压的瞬时值,U,0,=,U,m,sin,。,通常短路时，,角接近,90,，所以,U,0,=,U,m,sin,=,U,m,。,二、开断短路电流时的工作状况分析,不同短路形式对断路器开断能力的影响,开断中性点不直接接地系统中的三相短路电路,a,QF,A,b,X,L,A,X,L,B,X,L,O,C,k,QF,B,QF,C,O,首先开断相：,电弧电流先过零，电弧先熄灭。,O,在,A,相熄弧后，经过,0.005s(90),，,B,、,C,两相电流同时过零，电弧同时熄灭。,每个断口电压为,0.5,U,BC,=0.866,U,B,(,U,C,),。,二、开断短路电流时的工作状况分析,不同短路形式对断路器开断能力的影响,开断中性点不直接接地系统中的三相短路电路,a,QF,A,b,X,L,A,X,L,B,X,L,O,C,k,QF,B,QF,C,O,首先开断相：,电弧电流先过零，电弧先熄灭。,在,A,相熄弧后，经过,0.005s(90),，,B,、,C,两相电流同时过零，电弧同时熄灭。,每个断口电压为,0.5,U,BC,=0.866,U,B,(,U,C,),。,结论：,首先开断相的恢复电压最大，为,1.5,倍的相电压；,后续开断相的燃弧时间比首先开断相延长,0.005s,。,二、开断短路电流时的工作状况分析,不同短路形式对断路器开断能力的影响,开断中性点直接接地系统中的三相接地短路电路,三相接地短路：,当零序阻抗与正序阻抗之比不大于,3,时，,首先开断相恢复电压的工频分量为相电压的,1.3,倍；,第二开断相恢复电压的工频分量为相电压的,1.25,倍；,最后开断相恢复电压的工频分量为相电压。,三相直接短路：,各相工频恢复电压与中性点,不直接接地系统中的三相短路分析结果相同，即,首先开断相恢复电压的工频分量为相电压的,1.5,倍。,二、开断短路电流时的工作状况分析,不同短路形式对断路器开断能力的影响,开断两相短路电路,中性点直接接地系统,：,工频恢复电压可达相电压的,1.3,倍。,其余情况：,工频恢复电压为相电压的,0.866,倍。,二、开断短路电流时的工作状况分析,不同短路形式对断路器开断能力的影响,小结：,影响,工频恢复电压的因素：,中性点接地方式,短路故障类型,三相开断顺序,首先开断相的工频恢复电压最大值：,K,1,首先开断相开断系数；,U,sm,电网最高运行电压。,二、开断短路电流时的工作状况分析,降低恢复电压上升速度和熄弧过电压的措施,断路器加装并联电阻,作用：,改变恢复电压的恢复特性；,使电弧电流被分流。,问题：,电弧熄灭后还有短路电流流通。,措施：,增加辅助触头。,主触头,辅助触头,问题：多断口断路器，断口电压分配不均匀，影响断路器的灭弧能力。,二、开断短路电流时的工作状况分析,降低恢复电压上升速度和熄弧过电压的措施,断路器加装并联电容,并联电容后：,1,种类,按灭弧介质和灭弧方式分,油断路器：包括多油断路器和少油断路器,(,压缩,),空气断路器,SF,6,断路器,真空断路器,按安装地点分,户内式,户外式,(,一,),高压断路器型号和技术参数,三、高压断路器的选择,220kV,少油断路器,500kVSF6,断路器,220kVSF6,断路器,由字母和数字两部分组成的：,2,型号,1,2,3,4,5,6,额定电流，,A,派生代号：,C,手车式；,G,改进式等。,额定电压，,kV,设计序号,使用环境：,N,户内式；,W,户外式。,产品名称：,D,多油断路器；,S,少油断路器；,K,空气断路器；,L SF,6,断路器；,Z,真空断路器；,Q,产气断路器；,C,磁吹断路器等。,例如：,ZW32-12/630-20,型,额定开断能力，,kA,或,MVA,特殊环境代号,7,8,(,一,),高压断路器型号和技术参数,三、高压断路器的选择,额定电压,U,N,(kV,),。断路器正常工作时的额定,(,线,),电压。,额定电流,I,N,(A),。断路器可以长期通过的最大电流。当额定电流长期通过高压断路器时，其发热温度不应超过国家标准中规定的数值。,额定开断电流,I,Nbr,(kA,),。在规定条件下能保证正常开断的电流。,3,技术参数,(,一,),高压断路器型号和技术参数,三、高压断路器的选择,额定峰值耐受电流,i,es,(kA,),。在规定条件下，断路器在合闸位置时所能经受电流的峰值。它反映设备经受短路电流引起的电动效应能力。,3,技术参数,额定短时耐受电流,I,t,(kA,),。在规定条件和时间下断路器在合闸位置时所能经受电流的峰值。它反映设备经受短路电流引起的热效应能力。,额定短时关合电流,i,Ncl,(kA,),。在规定条件下断路器保证正常关合的最大预期峰值电流。,(,一,),高压断路器型号和技术参数,三、高压断路器的选择,开断时间,(ms),。从断路器分闸线圈通电起至三相电弧完全熄灭为止的时间。开断时间由分闸时间和电弧燃烧时间或燃弧时间组成。,3,技术参数,合闸时间,(ms),。从断路器开始接到合闸命令时起到三相均合闸为止的时间。,分,(,合,),闸不同期时间,(ms),。指断路器各相间或同相各断口间分,(,合,),时间的最大差异。,(,一,),高压断路器型号和技术参数,三、高压断路器的选择,金属短接时间,(ms),。指断路器在合分操作时从动、静触头刚接触到刚分离时的一段时间。,3,技术参数,(,一,),高压断路器型号和技术参数,三、高压断路器的选择,断路器种类和型式的选择,依据各类断路器的特点及使用环境、条件决定。,额定电压和电流的选择,U,N,U,Ns,，,I,N,I,max,开断电流的选择,I,Nbr,I,pt,(,简化计算中，,I,Nbr,I,),短路关合电流的选择,i,Ncl,i,sh,(,二,),高压断路器的选择,三、高压断路器的选择,短路热稳定和动稳定校验,热稳定校验：,I,t,2,t,Q,k,动稳定校验：,i,es,i,sh,(,二,),高压断路器的选择,三、高压断路器的选择,隔离电压,在检修电气设备时，用隔离开关将被检修的设备与电源电压隔离，以确保检修的安全。,倒闸操作,投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时，常用隔离开关配合断路器，协同操作来完成。,分、合小电流,分、合避雷器、电压互感器和空载母线；,分、合励磁电流不超过,2A,的空载