高低压电器及配电柜-教案

授课内容：

课题一 高压断路器基本知识

一、开关电器中电弧的产生和熄灭

电弧是电力系统及电能利用工程中常见的物理现象。例如，随处可见的电弧焊接、电弧炼钢炉等利用电弧工作的用电设备；在电力系统中的开关电器，工作时触头间也会产生电弧，当然这是我们所不希望产生的。对电弧的了解、分析，采取有效的措施熄灭电弧，这对电力系统的正常操作与安全运行有很重要的意义。 （一）电弧的危害和特点

电弧实际上是一种气体放电现象。是在某些因素作用下，气体强烈游离、由绝缘变为导通的过程。电弧形成后，由电源不断地输送能量，维持它燃烧，并产生很高的温度。电弧燃烧时，中心区温度可达到10000℃，表面温度也有3000～4000℃。同时发出强烈的白光，故称弧光放电为电弧。

电弧的高温，可能烧坏电器触头和触头周围的其他部件。如果电弧较长时间不能熄灭，将会引起电器被烧毁甚至有爆炸的可能，危及电力系统的安全运行，造成人员的伤亡和财产的重大损失。

由于电弧是一种气体导电现象，所以在开关电器中，虽然电器触头已经分开，但是在触头间只要有电弧的存在，电路就没有断开，回路电流仍然存在，即开关电器失去了开断电路的作用。影响电力系统的可靠运行。

（二）电弧的产生和熄灭条件

电弧的产生和熄灭过程，实际上是气体介质由绝缘变为导通和由导通又变为截止的过程。 1．电弧的产生条件（1）触头开断初瞬间自由电子的生成（2）碰撞游离形成电（3）电弧的维持与平衡

3．交流电弧的熄灭

在交流电弧的灭弧中，应充分利用交流电流的自然过零点，采取有效的措施，加大弧隙间去游离的强度，使电弧不再重燃，最终熄灭。

（三）开关电器中熄灭交流电弧的基本方法

开断交流电弧时，在电流达到零值以后，加强对弧隙的冷却，抑制热游离，加强去游离。为此，在开关设备中均装设了灭弧装置，或称为灭弧室，灭弧室的不断改进，大大提高了开关的灭弧能力。

1．吹弧

用灭弧介质(如气体、油等)在灭弧室中吹动电弧，这种方法在开关电器中应用最广。用弧区以外新鲜且低温的介质吹拂电弧，对熄灭电弧起到多方面的作用。

吹弧有纵吹和横吹两种方式，如图4—1所示。吹动方向与电弧轴线相垂直时，称为横吹；吹动方向与电弧轴线一致时，称为纵吹。横吹更易于把电弧拉长，增大电弧表面积，对电弧的冷却效果好；纵吹可以使新鲜介质更好地与炽热的电弧相接触，并把电弧吹成若干细条，易于熄灭。横吹灭弧室尺寸可以小些，多适用于较低电压的断路器；纵吹灭弧室常常用于1 10kV及以上的断路器。

用变压器油作灭弧介质时，触头周围被油浸没，在触头分离产生电弧后，电弧的高温把油加热，分解出大量气体(其中有热传导性能好的氢气)，在灭弧室内造成高气压，高速气

图4—1吹弧方法 (a)横吹；(b)纵吹

流以一定方式吹向电弧。

2．采用多断口

电压高、电流大的断路器多采用每相两个或多个开断口的方式。多断口使电弧的总长度加长，从而导致弧隙电导下降；使每个断口的行程缩短，可以加快触头的分离速度，促使弧隙电导迅速下降；减少了能量的输入，所以弧隙绝缘强度恢复得快。另一方面，加在每一断口上的电压减小数倍，有利于弧隙绝缘的恢复。

3．近阴极效应的应用

在阴极附近很薄的一层空间，一定的介质强度突然形成的效应，称为近阴极效应。当电流接近零值时，电弧温度下降，热游离强度降低，但弧隙空间仍有较多的电子和正离子存在。在电流过零后，触头的电极极性已经改变，如图4-3(a)所示，在电场的作用下，自由电子快速地向新阳极运动，而为电子质量1000多倍的正离子则基本未动，于是在阴极附近形成了正空间电荷层，同阴极之间形成一个绝缘层，它能耐受150～250V的电压，称为起始介质强度。此介质强度的大小与电极状态和材料有关，在冷阴极情况下可达到250V。弧隙中近阴极层以外的空间仍被正负离子所充满，电位变化不大，故有图4-3(b)所示的电压分布。

低压开关中广泛采用灭弧栅装置，由铁磁材料制成的金属片组成短弧栅格，如图4-4所示，触头间产生电弧后，铁磁材料的栅片在电弧电流产生的磁场中产生电磁力，把电弧吸引到栅片之中，将长弧分割成一串短弧，使之熄灭。实际中栅片作成缺口形状，是为了减少电弧进入栅片的阻力，缩短燃弧时间。

4．利用固体介质的狭缝灭弧

低压开关也广泛采用狭缝灭弧装置，它由石棉水泥或陶土材料压制成的灭弧罩和磁吹装置构成，如图4-5所示，触头间产生电弧以后，在磁吹装置产生的磁场作用下，对电弧产生电磁力，将其拉入由灭弧片构成的狭缝中，起到拉长电弧的作用，并促使电弧与灭弧片冷壁紧密接触，加强冷却作用；另外，在灭弧罩上，自由电子更易于附着在中性质点上形成负离子，加速了离子的复合，因而有较好的灭弧效果。

二、高压断路器的作用和种类

高压断路器是电力系统中非常重要的工作和保护设备，它对维持电力系统的安全、经济和可靠运行起着非常重要的作用。在负荷投入或转移时，它应该准确地开、合。在设备(如发电机、变压器、电动机……等)出现故障或母线、输配电线路出现故障时它能自动地将故障切除，保证非故障部分的安全连续运行。

1．高压断路器的作用

高压断路器是高压电器中最重要的部分，是一次电力系统设备中控制和保护的关键电器。受它控制和保护的电路，无论在空载、负载或短路故障状态，都应可靠地动作。

总的来讲，高压断路器在电网中起两方面的作用：一是控制作用，即根据电网运行的需要，将部分电气设备或线路投入或退出运行；二是保护作用，即在电气设备或电力线路发生故障时，继电保护自动装置发出跳闸信号，启动断路器，将故障部分设备或线路从电网中迅速切除，确保电网中无故障部分的正常运行。 2．高压断路器的基本要求

断路器在正常工作时接通和切断负荷电流，短路时切断短路电流，并受装设地点环境变化的影响。它应满足以下要求。

(1)工作可靠性。高压断路器在厂家给定的技术条件下工作时，应能够可靠地长期正常工作。

(2)应具有足够的断路能力。由于电网发生短路时产生很大的短路电流，所以当断路器在断开电路时，要有很强的灭弧能力才能可靠断开电路，并保证具有足够的热稳定和动稳定。

(3)具有尽可能短的切断时间。当电网发生短路故障时，要求断路器迅速切断故障电路，这

样可以缩短电力网的故障时间和减轻短路电流对电气设备的损害。在超高压电网中，可以提高电力系统的稳定性。

(4)实现自动重合闸。架空输电线路的短路故障，大多数是临时性的。为了提高供电可靠性并增强电力系统的稳定性，线路保护多采用自动重合闸方式。当发生瞬时性短路故障时，继电保护使断路器跳闸，经很短时间后断路器又自动重合。

(5)结构简单、价格低廉。在满足安全、可靠的同时，还应考虑到经济性。故要求断路器结构简单、尺寸小、重量轻、价格低廉。 3．高压断路器的分类

高压断路器一般按灭弧介质的不同进行分类。

(1)油断路器。指采用变压器油作灭弧介质的断路器。它又可分为多油断路器和少油断路器。多油断路器的油除了作灭弧介质和触头开断后绝缘外，还作为带电部分对地绝缘使用。少油断路器的油只作为灭弧介质和触头开断 …… 此处隐藏：3528字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……