06-02-高压断路器和隔离开关

§6.2高压断路器和隔离开关的原理与选择引言①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、磁力启动器等。②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。③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。④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。1.开关电器的类型引言2.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10~20V，电流大于80~100mA，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。①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②电弧的维持热游离去游离③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。dUdUE(-)动触头(+)静触头m/V1036E复合去游离扩散去游离1.电弧的产生、维持与熄灭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真空断路器和SF6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ud(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。ud0t油空气SF6真空(1)交流电弧的熄灭条件2.交流电弧的熄灭油空气SF6真空近阴极效应1)弧隙介质强度恢复过程ud0t油空气SF6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ur(t)表示。影响因素：线路参数、负荷性质等。ur0tusrutrutrusr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ur(t)和介质强度恢复过程ud(t)。ur0tusrutr可见，断路器开断交流电路时，电弧熄灭的条件应为)(r)(dttuu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。这些参数数值越大，去游离作用就越强，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。如采用铜、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二、开断短路电流时的工作状况分析1.弧隙电压恢复过程分析GT~QFkk~RLrQFGCU0Curui1i2iCruuC0ddutiLiRU21iii微分方程：0CC2C21ddddUurRturLRCtuLC微分方程的通解：ttececrRrUu21210CrCLR1212,1LCrCLR11412rutuCCCdd线性常系数微分方程二、开断短路电流时的工作状况分析1.弧隙电压恢复过程分析GT~QFkk~RLrQFGCU0Curui1i2i为实根。、时，）当21211411LCrCLR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U0。微分方程的通解：ttececrRrUu21210CrCLR1212,1LCrCLR11412为虚根。、时，）当21211412LCrCLR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2U0。为实数重根。、时，）当21211413LCrCLR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U0。二、开断短路电流时的工作状况分析1.弧隙电压恢复过程分析GT~QFkk~RLrQFGCU0Curui1i2i为实根。、时，）当21211411LCrCLR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U0。为虚根。、时，）当21211412LCrCLR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2U0。为实数重根。、时，）当21211413LCrCLR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U0。临界并联电阻为CLr21cr当rrcr时，电压恢复过程为非周期性；当rrcr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2.不同短路形式对断路器开断能力的影响①开断单相短路电路当电流过零时，工频恢复电压的瞬时值U0=Umsin。通常短路时，角接近90º，所以U0=Umsin=Um。二、开断短路电流时的工作状况分析2.不同短路形式对断路器开断能力的影响②开断中性点不直接接地系统中的三相短路电路aQFAbXLAAUXLBBUBIXLO~~~CCUCIkAIABUBCUQFBQFCabUO'首先开断相：电弧电流先过零，电弧先熄灭。OAabUUBCAB21UUAUBUCUABUBCUBC21UOabUOOUA5.1U在A相熄弧后，经过0.005s(90º)，B、C两相电流同时过零，电弧同时熄灭。每个断口电压为0.5UBC=0.866UB(UC)。二、开断短路电流时的工作状况分析2.不同短路形式对断路器开断能力的影响②开断中性点不直接接地系统中的三相短路电路aQFAbXLAAUXLBBUBIXLO~~~CCUCIkAIABUBCUQFBQFCabU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(90º)，B、C两相电流同时过零，电弧同时熄灭。每个断口电压为0.5UBC=0.866UB(UC)。OAabUUBCAB21UUA5.1U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2.不同短路形式对断路器开断能力的影响③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2.不同短路形式对断路器开断能力的影响④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2.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：sm11m32UKUsm1816.0UKK1——首先开断相开断系数；Usm——电网最高运行电压。二、开断短路电流时的工作状况分析3.降低恢复电压上升速度和熄弧过电压的措施①断路器加装并联电阻作用：①改变恢复电压的恢复特性；②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。1Q2Q1Q主触头2Q辅助触头r1Q2Qr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。UU1U2UQCQC0CCC0Q0Q12CCCCUU0QQ22CCCUU0Q0Q1)(2)(CCCCCCUU0QQ2)(2)(CCCCCUU)(2)(QQCCCCU)(2)(QQCCCCUU21U21U32U31二、开断短路电流时的工作状况分析3.降低恢复电压上升速度和熄弧过电压的措施②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SF6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123456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—SF6断路器；Z—真空断路器；Q—产气断路器；C—磁吹断路器等。例如：SN10-10/3000-750型额定开断能力，kA或MVA特殊环境代号78(一)高压断路器型号和技术参数三、高压断路器的选择①额定电压UN(kV)。断路器正常工作时，系统的额定(线)电压。这是断路器的标称电压，断路器应能保证在这一电压的电力系统中使用。②额定电流IN(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。③额定开断电流INbr(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④额定峰值耐受电流ies(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⑤额定短时耐受电流It(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。⑥额定短时关合电流iNcl(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⑦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⑧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。⑨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⑩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11无电流间隔时间(ms)。由断路器各相中的电弧完全熄灭起到任意相再次通过电流止的时间。(一)高压断路器型号和技术参数三、高压断路器的选择1.断路