1. 高压电器绪论

高压电器授课教师：陈仕修教材：陈慈萱，马志瀛合编。高压电器。水利电力出版社。1987年。参考书•关根治主编。高电压工程基础。中国电力出版社。2003年。•徐国政等。高压断路器原理和应用。清华大学出版社。2000年。•尚振球等，高压电器。西安交通大学出版社。1992年。•林莘编著。现代高压电器技术。机械工业出版社。2002年。术语含义•电器设备：对电能的生产、输送和分配进行测量控制、保护和安全隔离的电工设备，包括：开关设备、变换电器、限制电器和组合电器等。•电气设备：生产、输送和分配电能的设备，包括：发电机、变压器、输电线、高压电器、低压电器等。一.高压电器在电力系统中的作用1.控制作用：用断路器将一部分电力设备或线路投入或退出运行，灵活地变更运行方式；2.保护作用：电力线路或设备发生故障时，用高压断路器快速地切除故障部分，保证设备的安全和电网的其余部分正常运行；3.方便地实现维护和检修。二.高压电器的分类按照用途分，有如下四类：1.开关电器用来关合与开断电路的操作装置包括：隔离开关、接地开关、负荷开关、高压断路器（本课程的重点内容）2.限制电器用来限制电路中的过电压或过电流的电器包括：限流电抗器、避雷器、熔断器等3.变换电器用来线性变换电路中的电压与电流的电器，使之便于检测包括：电流互感器、电压互感器、光电变换器（光电电压变换器、光电电流变换器）4.组合电器将以上几类电器按需要组装成一个整体电器，其特点是：体积小、安装方便、可靠性高、美观三.断路器的典型结构1-开断元件，2-绝缘支柱，3-基座，4-操动机构，5-绝缘套管，6-接地外壳四.对高压断路器的性能要求与涉及的理论•在关合状态时，应成为良好的导体，能承受长期工作电流：长时间工作时，各部位的温度和温升分别低于其最大允许的温度和温升，能承受短路情况下的发热温升和机械力（电动力）的作用（即动热稳定性）。涉及的基本理论有发热传热、电动力等，•在开断状态时，能承受开关两个触头间（断口处）的长期工作电压与短时过电压。断口处应成为良好的绝缘体。涉及的基本理论有高电压绝缘。•在开断过程中，能承受电弧的烧蚀，能可靠地灭弧与开断，操作过电压低，应以尽可能短的时间开断额定短路电流及以下的各种故障电流。涉及电弧理论，这是本课程的重点，同时还涉及电路理论（电力系统中的关合与开断过程）。•在关合过程中，能关合有预伏短路故障的电路，具有重合闸功能。要求动作可靠，分合闸速度足够高，机械寿命长。这涉及操动机构。五.对高压断路器的指标要求1.电气指标（1）额定电压Un：能够连续运行的最高电压，实际可达1.15Un，还要承受雷电冲击耐受电压、操作冲击耐受电压、1min工频耐受电压Un确定了断路器的绝缘距离和尺寸大小(2)额定电流In：断路器主回路能长期承受的电流有效值In确定了断路器导电杆和触头部分的尺寸（3）额定短时耐受电流Isw(kA)：又称热稳定电流它是在规定的时间内，断路器在合闸状态时所能承受的电流有效值。与其相应的时间被称为额定短时持续时间tsw(s)，又称热稳定时间，通常为1-4s.（4）额定短路开断电流Ib(kA)：在额定电压下，能正常开断的最大短路电流。要求在直流分量不大于其幅值20%的条件下，用短路电流周期分量的有效值来表示。在数值上，Ib=Isw。（5）额定峰值耐受电流Ipw(kA)：又称动稳定电流，它是在断路器在关合位置时，所能承受的最大峰值电流。该电流为周期分量有效值的。动稳定电流的大小决定了断路器的导电部分及其支持部分所需的机械强度及触头的结构形式（6）额定短路关合电流Ipm(kA)：在额定电压下能正常接通的最大短路电流峰值。断路器在接通这一电流时，不应发生触头熔焊或严重烧损。在数值上，Ipm=Ipw。该电流的大小主要取决于操动机构，与触头结构及回路形式也有关。bI28.12.开断、关合时间*开断电路的物理过程：在开关动、静触头快速分离的过程中，两个触头由较大面积的接触变为较小面积的接触，电流产生的焦耳热使接触部位迅速升温，乃至熔融汽化，大量电子与汽化的金属原子（还包括介质的原子、分子）碰撞，形成由大量的电子和正离子组成的电弧等离子体，电弧是良导体，只有当其熄灭后电路才能真正开断。电流过零时？为快速开断短路故障，开断时间是断路器的一个重要参数（1）分闸时间t0(s)：断路器接到分闸指令瞬间到最后一相触头分离瞬间的时间（2）燃弧时间ta(s)：某相首先起弧瞬间到各相电弧最终熄灭的时间（3）开断时间tb(s)：tb=t0+ta目前水平：tb＞60ms*关合电路的物理过程：在动、静触头之间的距离减小的过程中，触头间发生击穿，形成电弧而流过电流，到最后各相触头都接触（1）关合时间tm(s)：断路器接到合闸指令瞬间到任意一相触头首先流过电流瞬间的时间（2）预击穿时间tpa(s)：关合过程中，从任意一相首先流过电流的瞬间到所有相的触头都接触瞬间的时间间隔（3）合闸时间te(s)：断路器接到合闸指令瞬间到三相触头都接触瞬间的时间间隔te=tm+tpa*自动重合闸六.课程内容安排和特点1.电动力2.发热和温升3.接触电阻4.直流电弧5.交流电弧6.SF6电弧7.真空电弧8.SF6断路器9.真空断路器10.操动机构11.在实验室参观实物12.课堂讨论13.高压电器的发展趋势及考试复习范围14.考试本课程的特点：1.涉及的知识面广2.既涉及基本原理，又涉及具体技术成绩：平时作业与期末闭卷考试课堂作业•一台断路器的额定电流为2kA，额定开断电流为40kA，写出其额定关合电流，额定短时耐受电流与额定峰值耐受电流。