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2019/8/51项目五电气一次设备第一节开关电器中的电弧第二节高压断路器第三节高压隔离开关第四节互感器第五节高压开关柜2019/8/52一、电弧产生的物理过程二、交流电弧的熄灭与重燃三、开关电器熄灭电弧基本方法第一节：开关电器中的电弧2019/8/53一、电弧产生的物理过程1.电弧的危害电弧的存在使电路不能断开，开关电器失去了开断电路的作用，影响电力系统的安全运行；电弧的高温可能会烧坏触头或触头周围的其它部件。如果电弧长时间不能熄灭，引起开关电器并爆炸，危及电力系统的安全运行。2019/8/542.电弧的形成电弧是一种气体放电现象，电弧的产生是触头间中性质点被游离的过程。电弧中带电质点的产生－游离游离强电场发射热电子发射碰撞游离热游离2019/8/55强电场发射在动、静触头刚分离的瞬间，触头间隙距离很小，触头间隙的电场强度很高,阴极触头表面自动逸出电子。2.电弧的形成热电子发射在弧光放电过程中，一方面电极表面少数点上有局部集中的电流，另一方面触头分离后，触头接触压力及接触面积逐渐减小，接触电阻逐渐增加，会使电极表面产生高温，从而造成其中的电子获得很大的动能后逸出到周围空间。2019/8/56碰撞游离当电子的运动速度足够快，其动能大于中性质点的游离能，当电子与中性质点相碰撞时就会使中性质点分离为正离子和自由电子，这种游离称为碰撞游离。碰撞游离示意图2.电弧的形成2019/8/57热游离在高温的作用下，气体分子不规则热运动的速度增加。具有足够动能的中性质点相互碰撞时，游离出正离子和自由电子，这种游离称为热游离。电弧由碰撞游离产生，由热游离来维持电弧燃烧。2.电弧的形成2019/8/58弧隙带电质点的去游离在电弧形成的过程中，中性质点发生游离的同时，还存在与游离相反的过程，即去游离。去游离的作用是减轻弧柱中的游离程度，使电弧熄灭。去游离复合扩散2.电弧的形成2019/8/59复合复合是指两种带异性电荷的质点相接触而形成中性质点的过程。直接复合间接复合（主要形式）A++e→AA+e→A-A-+A+→2A影响复合的主要因素是温度，温度下降时，带电质点的运动速度降低，复合的速度迅速增加。2.电弧的形成2019/8/510扩散扩散是带电质点从电弧间隙逸出到周围介质中的现象。高浓度→低浓度影响扩散的主要因素是弧柱直径。将电弧拉长或用气体、液体吹弧，能带走弧柱中的大量带电质点，加强扩散作用。2.电弧的形成2019/8/511小结电弧形成：阴极发射（起因）→碰撞游离（重要因素）→击穿（量变到质变）→热游离（主要因素）→维持发展。游离和去游离是电弧形成时两个相反的过程，游离使弧隙中带电质点数量增加，有助于电弧燃烧；去游离使弧隙中带电质点数量减少，有利于电弧熄灭。由此可见，要熄灭电弧，就要减弱游离，加强去游离。2.电弧的形成2019/8/512二、交流电弧的熄灭与重燃交流电弧电流每半周过零一次，给熄灭交流电弧创造了有利条件。只要在电流过零后，电弧不发生重燃，电弧就能最终熄灭，因此熄灭交流电弧要比直流电弧容易.1.交流电弧的特点2.交流电弧的熄灭电弧过零后是否重燃，取决于电压恢复过程和介质强度的恢复过程的“竞赛”，如果恢复电压在某一时刻高于介质强度，弧隙将被击穿，电弧再次重燃；反之电弧熄灭，间隙恢复成绝缘介质。2019/8/513utuj1uj2uht1图4—2介质强度与恢复电压曲线121—电弧不重燃2—电弧在t1时刻重燃uj(t)＞uh(t)交流电弧熄灭条件uj(t)－弧隙介质强度；uh(t)—弧隙恢复电压二、交流电弧的熄灭与重燃2019/8/514三、开关电器灭弧基本方法用液体或气体吹弧1.高压断路器灭弧方法（a)(b)纵吹横吹（a)(b)纵吹：吹弧方向与弧柱轴线平行；主要使电弧冷却变细最后熄灭；横吹：吹弧方向与弧柱轴线；主要将电弧拉长，增大电弧的表面积，冷却效果好。2019/8/515采用多断口灭弧断路器的积木组合方式示意图采用多个断口串联，使电弧被分割成多个小电弧段。在相同的行程下，多断口的电弧比单断口拉得更长，并且电弧拉长的速度加快，有利于弧隙介质强度的恢复。由于加在每个断口的电压降低，使弧隙恢复电压降低，有利于电弧熄灭。1.高压断路器灭弧方法2019/8/516SW2-110型少油断路器每相单柱双断口高压断路器采用多断口结构后，由于断口之间导电部分对地电容的影响，会造成每个断口的电压分布不均匀，使承受较高电压的断口首先被击穿。为了改善断口的电压分布，通常在每个断口上并联电容。1.高压断路器灭弧方法2019/8/517采用性能优良的灭弧介质电弧中的去游离作用，在很大程度上取决于电弧周围介质的特性。介质的灭弧性能越好，则去游离作用越强，电弧越容易熄灭。SF6气体和真空是理想的灭弧和绝缘介质。采用特殊金属材料作为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，可以减少热电子发射和电弧中的金属蒸汽，抑制游离作用，有利于电弧的熄灭。常用的触头材料有：铜—钨合金、银—钨合金等。1.高压断路器灭弧方法2019/8/518迅速拉长电弧，可使弧隙的电场强度降低，电弧的长度和表面积增大，有利于电弧的冷却和带电质点向周围介质的扩散，从而加速电弧的熄灭。高压断路器常采用强力的分闸弹簧，以加快触头的分断速度。迅速拉长电弧1.高压断路器灭弧方法2019/8/5192.中、低压断路器灭弧方法利用短弧的近阴极效应灭弧++++++++--++++++++--+++++正离子层空间＋-图4—1电流过零后电荷重新分布近阴极效应：实验表明，开关开断过程中，当电流过零后，触头电极极性发生了变化，在新的阴极附近会出现介质强度升高的现象，称为近阴极效应。这个突然升高的介质强度可达150～250V，又叫起始介质强度。2019/8/520灭弧栅灭弧:由于近阴极效应的存在，在低压开关电器中，将电弧引入用钢片制成的灭弧栅中，整个电弧被分割成若干短弧，每个短弧在阴极附近形成150～250V的起始介质强度，如果起始介质强度之和大于加在触头两端的电压，即可将电弧熄灭.2.中、低压断路器灭弧方法2019/8/521利用固体介质的狭缝灭弧利用固体介质壁的冷却作用使电弧熄灭。在低压电器中，接触器、磁力起动器的灭弧都是采用这种方式。低压开关中广泛采用的狭缝灭弧装置。灭弧片是由石棉水泥或陶土材料制成的。当触头间产生电弧后，在磁场线圈产生的磁场作用下，对电弧产生电动力，将电弧拉入灭弧片的狭缝中。在把电弧拉长的同时将电弧直接与灭弧片冷壁紧密接触，加强冷却作用，促使电弧熄灭。磁吹力的产生靠外加磁场，使电弧在磁场中受力向灭弧室狭缝中移动。产生磁场的方法一般有三种：磁吹线圈与电气回路串联；磁吹线圈与电气回路并联；采用永久磁铁。2.中、低压断路器灭弧方法2019/8/522第二节高压断路器一、高压断路器基本知识二、SF6断路器三、真空断路器四、断路器操动机构2019/8/523一、高压断路器基本知识1.高压断路器分类及作用2.高压断路器基本结构3.高压断路器型号4.高压断路器发展2019/8/5241.高压断路器作用及分类作用：控制和保护作用油断路器压缩空气断路器SF6断路器真空断路器固体产气断路器少油断路器多油断路器分类2019/8/525结构开断部分操动和传动部分绝缘部分2.高压断路器结构SW2-110型少油断路器2019/8/5263.高压断路器的型号LW6-126G/3150–40产品名称代号安装场所代号其他标志代号额定电压（kV)额定电流(A)额定短路开断电流（kA）设计序号2019/8/5274.高压断路器发展多油—少油—压缩空气—SF6、真空的发展历程，前三种高压断路器现已淘汰。（1）从灭弧介质看高压断路器发展SW2-110型少油断路器2019/8/528（2）从绝缘看高压断路器发展空气绝缘开关设备（AIS）依靠空气和绝缘子使带电部分与地、相与相之间绝缘。4.高压断路器发展2019/8/529气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）依靠SF6气体和绝缘子使带电部分与地、相与相之间绝缘。4.高压断路器发展2019/8/530混合技术开关设备（MTS）介于GIS和敞开式开关设备之间的一种的组合电器，是空气绝缘和气体绝缘组合的紧凑型开关设备。MTS可分两类:一类为敞开式组合电器;另一类为H-GIS即复合式GIS。4.高压断路器发展2019/8/531ZCW10-126/T2000-31.5敞开式组合电器4.高压断路器发展2019/8/532荆门特高压变电站HGIS4.高压断路器发展2019/8/533（3）智能型高压开关设备4.高压断路器发展2019/8/534二、SF6断路器1.SF6气体性能2.SF6断路器外形结构3.运行维护中应注意问题2019/8/5351.SF6气体的性能SF6气体是一种无色、无味、无毒的惰性气体，在常温常压下，密度约为空气的5倍。在空气中不燃烧，不助燃。SF6呈强烈的电负性，容易吸附电子而形成负离子迁移率低的负离子容易与正离子结合形成中性质点。SF6气体电弧中弧心部分导热率低，温度高，电导率大，其外焰部分导热率高，温度低，电导率小，所以电弧电流几乎集中在弧心部分。当电弧电流减小趋近于零时，细小的弧心一直存在到极小的电流。开断小电流时，不会由于截流作用而产生操作过电压。2019/8/536瓷柱式结构示意图开断元件支持瓷瓶操动机构LW6-252型SF6断路器2.SF6断路器外形结构瓷柱式（GCBP）SF6断路器结构2019/8/537落地罐式（GCBT）SF6断路器结构LW12-550型落地罐式断路器2.SF6断路器外形结构2019/8/5383.SF6断路器运行维护注意事项纯净的SF6气体是无毒的，但含有杂质的SF6气体在电弧的作用下可能分解出不同程度的毒性气体，对人体造成伤害。SF6断路器的微水含量超标和泄漏是断路器运行中最常见的故障。为了防止泄漏的有害气体被人体吸收，必须在良好的通风条件下进行操作。2019/8/539运行中SF6气体的密度监视SF6断路器通常设有二级警告信号，即补气压力信号和闭锁压力信号。补气压力信号和闭锁压力信号的动作值一般为额定密度值的90％和85％。考虑长年运行造成的密封件老化，气体绝缘设备的年漏气率应不大于1％。3.SF6断路器运行维护注意事项2019/8/540三、真空断路器1.真空断路器特点2.真空断路器结构2019/8/541真空灭弧室真空度：1.33×10-2Pa—1.33×10-5Pa，属于高真空范畴。真空一般是指气体稀薄的空间。绝对压力低于正常大气压力的状态都可称为真空状态。真空的程度以气体的绝对压力值来表示，压力越低称之真空度越高。在国际单位制中，压力以帕(Pa)为单位。一个工程大气压约为0.1MPa(兆帕)。过去习惯使用毫米汞柱(mmHg).（1）“真空”含义1、真空断路器特点2019/8/542（2）真空断路器特点真空断路器是以真空作为绝缘和灭弧介质，在真空容器中进行电流开断和关合的断路器。特点：真空介质绝缘强度高、恢复速度快、断路器触头行程很短、因而所需操作功小，在开断电弧时弧压降低，触头磨损小，断路器电寿命和机械寿命长。1.真空断路器特点2019/8/543ZN63A-12(VS1)真空断路器ZW17-40.5系列真空断路器2.真空断路器结构外形结构2019/8/544真空灭弧室结构真空灭弧室外形1－进线杆；2－扭转保护环3－波纹管4－端盖5－屏蔽罩6－陶瓷外壳7－屏蔽罩8－触头9－出线杆10－端盖2.真空断路器结构2019/8/545四、操动机构1.电磁机构2.弹簧机构3.液压机构2019/8/546操动机构组成2019/8/5471.电磁机构靠电磁铁将电能转化为机械能作为合闸动力的机构。优点：结构简单、工作可靠、制造成本较低；缺点：合闸线圈消耗的功率大，需要配备蓄电池作为操作电源，使用和维护复杂。2019/8/5482.弹簧机构利用已储能的弹簧作为