电力工程基础ppt课件.ppt

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1、电力工程基础ppt课件 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能第一节第一节 电气设备的分类电气设备的分类n n一次设备一次设备一次设备一次设备直接直接生产、输送、分配和使用电能的设备，包括：生产、输送、分配和使用电能的设备，包括：（1 1）生产和转换电能的设备，如发电机和变压器等；）生产和转换电能的设备，如发电机和变压器等；（2 2）接通或断开电路的开关设备，如断路器、隔离开）

2、接通或断开电路的开关设备，如断路器、隔离开 关、熔断器、接触器等；关、熔断器、接触器等；（3 3）将有关电气设备连接成电路的载流导体，如母线、）将有关电气设备连接成电路的载流导体，如母线、电缆等；电缆等；（4 4）变换电气量的设备，电压互感器和电流互感器；）变换电气量的设备，电压互感器和电流互感器；（5 5）保护电器，如电抗器和避雷器等；）保护电器，如电抗器和避雷器等；（6 6）接地装置，电力系统中有工作接地、保护接地和）接地装置，电力系统中有工作接地、保护接地和 防雷接地；防雷接地；n n二次设备二次设备二次设备二次设备在在电电力力系系统统中中为为了了能能对对电电气气一一次次设设备备和和系系

3、统统的的运运行行状状况况进进行行测测量、控制、保护和监察量、控制、保护和监察而需要一些专门的设备，包括：而需要一些专门的设备，包括：（1 1）测测量量表表计计。如如电电压压表表、电电流流表表、功功率率表表、电电能能表表、频率表等，用于测量一次电路中的电气参数。频率表等，用于测量一次电路中的电气参数。（2 2）继继电电保保护护及及自自动动装装置置。如如各各种种继继电电器器和和自自动动装装置置等等，用用于于监监视视一一次次系系统统的的运运行行状状况况，迅迅速速反反应应不不正正常常情情况并进行调节或作用于断路器跳闸，切除故障。况并进行调节或作用于断路器跳闸，切除故障。（3 3）直直流流设设备备。如如

4、直直流流发发电电机机、蓄蓄电电池池组组、硅硅整整流流装装置等，为保护、控制和事故照明等提供直流电源。置等，为保护、控制和事故照明等提供直流电源。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能第二节第二节 同步发电机同步发电机发电机将机械能转变为电能的机械水轮机水轮机风力机风力机蒸汽轮机蒸汽轮机燃气轮机燃气轮机柴油机柴油机 定子转子（a）转子定子(b)电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能第三节第三节 电力变压器电力变压器5变压器将一种电压的电能变换为另一种电压的电能的装置单相变压器单相变压器三相变压器三相变压器 电力工

5、程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能（一）变压器的工作原理（一）变压器的工作原理 变压器是通过电磁感应原理，通过电磁耦合实现电能变压器是通过电磁感应原理，通过电磁耦合实现电能传递的一种静止电气设备，主要由铁芯及绕在铁芯上的绕传递的一种静止电气设备，主要由铁芯及绕在铁芯上的绕组组成。组组成。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能（二）变压器的结构（二）变压器的结构 1 1 油浸式变压器油浸式变压器 2 2 干式变压器干式变压器 用环氧树脂浇注的变压器称为环氧树脂干式变压器。用环氧树脂浇注的变压器称为环氧树脂干式变压器

6、。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能（三）变压器基本参数及性能指标（三）变压器基本参数及性能指标 1 1 基本参数基本参数 （1 1）额定电压）额定电压U U1N1N,U U2N2N，三相变压器指线电压；三相变压器指线电压；（2 2）额定容量）额定容量S SN N；（3 3）额定电流）额定电流I I1N1N,I I2N 2N，根据额定电压和额定容量计算得出；根据额定电压和额定容量计算得出；（4 4）额定频率）额定频率f fN N，我国规定工业用电频率为我国规定工业用电频率为50Hz50Hz；（5 5）阻抗电压（短路电压），通常以额定电压的百分数表示

7、）阻抗电压（短路电压），通常以额定电压的百分数表示 由变压器由变压器短路短路试验获得，其反映在变压器在额定负载下运行时，试验获得，其反映在变压器在额定负载下运行时，漏阻抗压降的大小，相应的有漏阻抗压降的大小，相应的有短路损耗短路损耗P Pk k（6 6）空载电流，通常以额定电流的百分数表示）空载电流，通常以额定电流的百分数表示 由变压器由变压器空载空载试验获得，相应的有试验获得，相应的有空载损耗空载损耗P P0 0（7 7）连接组号）连接组号 YY星形连接，星形连接，YNYN星形连接并有中性点引线，星形连接并有中性点引线，dd三角形连接，三角形连接，例例 YNd11YNd11电力工程基础电力工

8、程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能2 2 性能参数性能参数 （1 1）变压器负载运行，二次侧端电压变化率）变压器负载运行，二次侧端电压变化率 u%u%。变压器外特性变压器外特性电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能（2 2）变压器损耗）变压器损耗p p。（3 3）变压器效率）变压器效率。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能（四）变压器分类（四）变压器分类 电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能第四节第四节 电动机电动机电动机将电能变换为机械

9、能的装置异步电动机同步电动机特种电机电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能第五节第五节 高压断路器高压断路器 额额定定电电压压为为3kV3kV及及以以上上，能能够够关关合合、承承载载和和开开断断运运行行状状态态的的正正常常电电流流，并并能能在在规规定定时时间间内内关关合合、承承载载和和开开断断规规定定的的异异常常电电流流（如如短短路路电电流流、过过负负荷荷电电流流）的的开开关关电电器器称称为为高高压压断断路路器器。高高压压断断路路器器的的作作用用：电电力力网网正正常常工工作作和和发发生生故故障障时时开开断断和和关关合合电电路路。也也即即，控制（操作）作

10、用；控制（操作）作用；保护作用保护作用。n n 工作原理工作原理工作原理工作原理n n 断路器的基本技术参数断路器的基本技术参数断路器的基本技术参数断路器的基本技术参数n n 断路器的型号含义断路器的型号含义断路器的型号含义断路器的型号含义n n 断路器的类型断路器的类型断路器的类型断路器的类型电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能一、高压断路器的工作原理一、高压断路器的工作原理 1.电弧的电弧的概念概念 当开关电器开断电路时，电压和电流达到一定值时，触头当开关电器开断电路时，电压和电流达到一定值时，触头刚刚分离后，触头之间就会产生强烈的白光，称为电弧

11、。刚刚分离后，触头之间就会产生强烈的白光，称为电弧。2.电弧的电弧的本质本质 电弧的实质是一种电弧的实质是一种气体气体放电现象：绝缘气体（或绝缘油受热放电现象：绝缘气体（或绝缘油受热分解出气体）游离产生的自由电子导电。分解出气体）游离产生的自由电子导电。3.电弧放电的电弧放电的特征特征 （1）电弧由三部分组成：阴极区、阳极区和弧柱区；）电弧由三部分组成：阴极区、阳极区和弧柱区；（2）电弧温度很高）电弧温度很高，可达，可达5000-70005000-7000。C C；（3）电弧是一种自持放电现象；）电弧是一种自持放电现象；（4）电弧是一束游离的的气体）电弧是一束游离的的气体。电力工程基础电力工程

12、基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能4.4.电弧的电弧的危害危害 （1 1）电弧的存在延长了开关电器开断故障电路的时）电弧的存在延长了开关电器开断故障电路的时间，加重了电力系统短路故障的危害。间，加重了电力系统短路故障的危害。（2 2）电弧产生的高温，将使触头表面熔化和蒸化，）电弧产生的高温，将使触头表面熔化和蒸化，烧坏绝缘材料。对充油电气设备还可能引起着火、爆炸烧坏绝缘材料。对充油电气设备还可能引起着火、爆炸等危险。等危险。（3 3）由于电弧在电动力、热力作用下能移动，很容）由于电弧在电动力、热力作用下能移动，很容易造成飞弧短路和伤人，或引起事故的扩大。易造成飞弧短路

13、和伤人，或引起事故的扩大。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能5.5.电弧的电弧的形成形成弧柱中自由电子的主要来源弧柱中自由电子的主要来源（1 1）热电子发射）热电子发射 当断路器的动、静触头分离时，触头间的接触压力当断路器的动、静触头分离时，触头间的接触压力及接触面积逐渐缩小，接触电阻增大，使接触部位剧烈及接触面积逐渐缩小，接触电阻增大，使接触部位剧烈发热，导致阴极表面温度急剧升高而发射电子发热，导致阴极表面温度急剧升高而发射电子 ，形成热，形成热电子发射。电子发射。（2 2）强电场发射）强电场发射 开关电器分闸的瞬间，由于动、静触头的距离很小，开

14、关电器分闸的瞬间，由于动、静触头的距离很小，触头间的电场强度就非常大，使触头内部的电子在强电触头间的电场强度就非常大，使触头内部的电子在强电场作用下被拉出来，就形成强电场发射。场作用下被拉出来，就形成强电场发射。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能（3 3）碰撞游离）碰撞游离 从阴极表面发射出的电子在电场力的作用下高速向阳极从阴极表面发射出的电子在电场力的作用下高速向阳极运动，在运动过程中不断地与中性质点（原子或分子）发生运动，在运动过程中不断地与中性质点（原子或分子）发生碰撞。当高速运动的电子积聚足够大的动能时，就会从中性碰撞。当高速运动的电子积聚

15、足够大的动能时，就会从中性质点中打出一个或多个电子，使中性质点游离，这一过程称质点中打出一个或多个电子，使中性质点游离，这一过程称为碰撞游离。为碰撞游离。（4 4）热游离）热游离 弧柱中气体分子在高温作用下产生剧烈热运动，动能很弧柱中气体分子在高温作用下产生剧烈热运动，动能很大的中性质点互相碰撞时，将被游离而形成电子和正离子，大的中性质点互相碰撞时，将被游离而形成电子和正离子，这种现象称为热游离。这种现象称为热游离。弧柱导电就是靠热游离来维持的。弧柱导电就是靠热游离来维持的。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能5.5.电弧的电弧的形成过程形成过程断路

16、器断开过程中电弧是这样形成的：触头刚分离时突然解断路器断开过程中电弧是这样形成的：触头刚分离时突然解除接触压力，阴极表面立即出现高温炽热点，产生除接触压力，阴极表面立即出现高温炽热点，产生热电子发热电子发射射；同时，由于触头的间隙很小，使得电压强度很高，产生；同时，由于触头的间隙很小，使得电压强度很高，产生强电场发射强电场发射。从阴极表面逸出的电子在强电场作用下，加速。从阴极表面逸出的电子在强电场作用下，加速向阳极运动，发生向阳极运动，发生碰撞游离碰撞游离，导致触头间隙中带电质点急剧，导致触头间隙中带电质点急剧增加，温度骤然升高，产生增加，温度骤然升高，产生热游离热游离并且成为游离的的主要因并

17、且成为游离的的主要因素，此时，在外加电压作用下，素，此时，在外加电压作用下，间隙被击穿间隙被击穿，形成电弧。，形成电弧。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能6.6.电弧的电弧的去游离过程：去游离过程：包括包括复合复合和和扩散扩散两种形式。两种形式。（1 1）复合）复合 复合是正、负带电质点相互结合变成不带电质点的现复合是正、负带电质点相互结合变成不带电质点的现象。由于弧柱中电子的运动速度很快，约为正离子的象。由于弧柱中电子的运动速度很快，约为正离子的10001000倍，所以电子直接与正离子复合的几率很小。一般情况下，倍，所以电子直接与正离子复合的几率

18、很小。一般情况下，先是电子碰撞中性质点时，被中性质点捕获变成负离子，先是电子碰撞中性质点时，被中性质点捕获变成负离子，然后再与质量和运动速度相当的正离子互相吸引而接近，然后再与质量和运动速度相当的正离子互相吸引而接近，交换电荷后成为中性质点。交换电荷后成为中性质点。还有一种情况还有一种情况就是电子先被固就是电子先被固体介质表面吸附后，再被正离子捕获成为中性质点。体介质表面吸附后，再被正离子捕获成为中性质点。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能（2 2）扩散）扩散 扩散是弧柱中的带电质点逸出弧柱以外，进入周围扩散是弧柱中的带电质点逸出弧柱以外，进入周围

19、介质的现象。扩散有介质的现象。扩散有三种形式三种形式：温度扩散温度扩散：由于电弧和周围介质间存在很大：由于电弧和周围介质间存在很大温差温差，使，使得电弧中的高温带电质点向温度低的周围介质中扩散，得电弧中的高温带电质点向温度低的周围介质中扩散，减少了电弧中的带电质点；减少了电弧中的带电质点；浓度扩散浓度扩散：因为电弧和周围介质存在：因为电弧和周围介质存在浓度差浓度差，带电质，带电质点就从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，使电弧中的点就从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，使电弧中的带电质点减少；带电质点减少；利用吹弧扩散利用吹弧扩散：在断路器中采用：在断路器中采用高速气体吹弧高速气体吹弧，带走，带走电

20、弧中的大量带电质点，以加强扩散作用。电弧中的大量带电质点，以加强扩散作用。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能7.7.影响去游离的因素影响去游离的因素（1 1）电弧温度）电弧温度 电弧是由电弧是由热游离热游离维持的，降低电弧温度就可以减弱热游维持的，降低电弧温度就可以减弱热游离，减少新的带电质点的的产生。同时，也减小了带电质点离，减少新的带电质点的的产生。同时，也减小了带电质点的运动速度，加强了复合作用。通过的运动速度，加强了复合作用。通过快速拉长电弧，用气体快速拉长电弧，用气体或油吹动电弧，或使电弧与固体介质表面接触或油吹动电弧，或使电弧与固体介质

21、表面接触等，都可以降等，都可以降低电弧的温度。低电弧的温度。（2 2）介质的特性）介质的特性 电弧燃烧时所在电弧燃烧时所在介质介质的特性在很大程度上决定了电弧中的特性在很大程度上决定了电弧中去游离的强度，这些特性包括：导热系数、热容量、热游离去游离的强度，这些特性包括：导热系数、热容量、热游离温度、介电强度等。若这些温度、介电强度等。若这些参数值越大参数值越大，则去游离过程就越，则去游离过程就越强，电弧就越容易熄灭。强，电弧就越容易熄灭。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能（3 3）气体介质的压力）气体介质的压力 气体介质的压力对电弧去游离的影响很大

22、。因为，气体气体介质的压力对电弧去游离的影响很大。因为，气体的的压力越大压力越大，电弧中质点的浓度就越大，质点间的距离就越，电弧中质点的浓度就越大，质点间的距离就越小，复合作用越强，小，复合作用越强，电弧就越容易熄灭，电弧就越容易熄灭，如压缩空气如压缩空气。在高度的在高度的真空真空中，由于发生碰撞的几率减小，抑制了碰中，由于发生碰撞的几率减小，抑制了碰撞游离，而扩散作用却很强。因此，撞游离，而扩散作用却很强。因此，真空是很好的灭弧介质真空是很好的灭弧介质。（4 4）触头材料）触头材料 触头材料也影响去游离的过程。当触头采用触头材料也影响去游离的过程。当触头采用熔点高、导熔点高、导热能力强和热容

23、量大的耐高温金属热能力强和热容量大的耐高温金属时，减少了热电子发射和时，减少了热电子发射和电弧中的金属蒸汽，有利于电弧熄灭。电弧中的金属蒸汽，有利于电弧熄灭。除了上述因素以外，去游离还受除了上述因素以外，去游离还受电场电压电场电压等因素的影响。等因素的影响。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能8.8.交流交流电弧的电弧的特性特性 在在交交流流电电路路中中，电电流流瞬瞬时时值值随随时时间间变变化化，因因而而电电弧弧的的温温度度、直直径径以以及及电电弧弧电电压压也也随随时时间间变变化化，电电弧弧的的这这种种特特性性称称为为动动特特性性。由由于于弧弧柱柱的

24、的受受热热升升温温或或散散热热降降温温都都有有一一定定过过程程，跟跟不不上上快快速速变变化化的的电电流流，所所以以电电弧弧温温度度的的变变化化总总滞滞后后于于电电流流的的变化，这种现象称为电弧的变化，这种现象称为电弧的热惯性热惯性。交流电弧在交流电流自然过零时将交流电弧在交流电流自然过零时将自动熄灭自动熄灭，但在下半，但在下半周随着电压的增高，电弧又周随着电压的增高，电弧又重燃重燃。如果电弧过零后，电弧不。如果电弧过零后，电弧不发生重燃，电弧就此熄灭。熄灭交流电弧的发生重燃，电弧就此熄灭。熄灭交流电弧的关键关键在于电弧电在于电弧电流过零后，弧隙的流过零后，弧隙的介质强度的恢复过程介质强度的恢复

25、过程能否始终大于能否始终大于弧隙电弧隙电压的恢复过程压的恢复过程。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能9.9.熄灭熄灭交流交流电弧电弧的的方法方法 本质本质：削弱游离过程，加强去游离过程：削弱游离过程，加强去游离过程（1 1）提高触头的分闸速度）提高触头的分闸速度（2 2）采用多断口）采用多断口（3 3）吹弧）吹弧（4 4）短弧原理灭弧）短弧原理灭弧（5 5）利用固体介质的狭缝狭沟灭弧）利用固体介质的狭缝狭沟灭弧（6 6）用耐高温金属材料作触头、优质灭弧介质）用耐高温金属

26、材料作触头、优质灭弧介质电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能（1 1）提高触头的分闸速度）提高触头的分闸速度迅迅速速拉拉长长电电弧弧，有有利利于于迅迅速速减减小小弧弧柱柱中中的的电电位位梯梯度度，增增加加电电弧弧与与周周围围介介质质的的接接触触面面积积，加加强强冷冷却却和和扩扩散散的的作作用用。因因此此，现现代代高高压压开开关关中中都都采采取取了了迅迅速速拉拉长长电电弧弧的的措措施施灭灭弧弧，如如采采用用强强力力分分闸闸弹弹簧簧，其其分分闸闸速速度度已已达达16m/s16m/s以上。以上。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电

27、气设备的原理与功能（2 2）采用多断口）采用多断口 每每一一相相有有两两个个或或多多个个断断口口相相串串联联。在在熄熄弧弧时时，多多断断口口把把电电弧弧分分割割成成多多个个相相串串联联的的小小电电弧弧段段。多多断断口口使使电电弧弧的的总总长长度度加加长长，导导致致弧弧隙隙的的电电阻阻增增加加；在在触触头头行行程程、分分闸闸速速度度相相同同的的情情况况下下，电电弧弧被被拉拉长长的的速速度度成成倍倍增增加加，使使弧弧隙隙电电阻阻加加速速增增大大，提提高高了了介介质强度的恢复速度，缩短了灭弧时间。质强度的恢复速度，缩短了灭弧时间。采采用用多多断断口口时时，加加在在每每一一断断口口上上的的电电压压成成

28、倍倍减减少少，降降低低了了弧弧隙隙的的恢恢复复电电压压，亦亦有有利利于于熄熄灭灭电电弧弧。在在要要求求将将电电弧弧拉拉到到同同样样的的长长度度时时，采采用用多多断断口口结结构构成成倍倍减减小小了了触触头头行行程程，也也就就减减小小了了开关电器的尺寸开关电器的尺寸。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能（3 3）吹弧）吹弧 用新鲜而且低温的介质吹拂电弧时，可以将带电质点吹用新鲜而且低温的介质吹拂电弧时，可以将带电质点吹到弧隙以外，到弧隙以外，加强了扩散加强了扩散，由于电弧被拉

29、长变细，使，由于电弧被拉长变细，使弧隙的弧隙的电导下降电导下降。吹弧还使电弧的。吹弧还使电弧的温度下降温度下降，热游离减弱，复合加，热游离减弱，复合加快。吹弧可分为以下几种：快。吹弧可分为以下几种：n按吹弧气流产生的方法分：按吹弧气流产生的方法分：用油气吹弧用油气吹弧 用压缩空气或六氟化硫气体吹弧用压缩空气或六氟化硫气体吹弧 产气管吹弧产气管吹弧n按吹弧的方向分为：按吹弧的方向分为：纵吹纵吹 横吹横吹 纵横吹纵横吹电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能n 按吹弧气流产生的方法分按吹弧气流产生的方法分用油气吹弧用油气吹弧 用用油油气气作作吹吹弧弧介介质质

30、的的断断路路器器称称为为油油断断路路器器。在在这这种种断断路路器器中中，有有用用专专用用材材料料制制成成的的灭灭弧弧室室，其其中中充充满满了了绝绝缘缘油油。当当断断路路器器触触头头分分离离产产生生电电弧弧后后，电电弧弧的的高高温温使使一一部部分分绝绝缘缘油油迅迅速速分分解解为为氢氢气气、乙乙炔炔、甲甲烷烷、乙乙烷烷、二二氧氧化化碳碳等等气气体体，其其中中氢氢的的灭灭弧弧能能力力是是空空气气的的7.57.5倍倍。这这些些油油气气体体在在灭灭弧弧室室中中积积蓄蓄能能量量，一一旦旦打打开开吹吹口口，即即形形成成高高压气流吹弧。压气流吹弧。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电

31、气设备的原理与功能用压缩空气或六氟化硫气体吹弧用压缩空气或六氟化硫气体吹弧 将将2020个个左左右右大大气气压压的的压压缩缩空空气气或或5 5个个大大气气压压左左右右的的六六氟氟化化硫硫气气体体（SF6SF6）先先储储存存在在专专门门的的储储气气罐罐中中，断断路路器器分分闸闸时时产产生生电电弧弧，随随后后打打开开喷喷口口，用用具具有有一一定定压压力力的的气气体体吹弧。吹弧。产气管吹弧产气管吹弧 产气管由纤维、塑料等有机固体材料制成，电弧燃产气管由纤维、塑料等有机固体材料制成，电弧燃烧时与管的内壁紧密接触，在高温作用下，一部分管壁烧时与管的内壁紧密接触，在高温作用下，一部分管壁材料迅速分解为氢气

32、、二氧化碳等，这些气体在管内受材料迅速分解为氢气、二氧化碳等，这些气体在管内受热膨胀，增高压力，向管的端部形成吹弧。热膨胀，增高压力，向管的端部形成吹弧。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能n 按吹弧的方向分为按吹弧的方向分为纵吹纵吹 吹弧的介质（气流或油流）沿电弧方向的吹拂称为纵吹，吹弧的介质（气流或油流）沿电弧方向的吹拂称为纵吹，纵吹能增强弧柱中的带电质点向外纵吹能增强弧柱中的带电质点向外扩散扩散，使新鲜介质更好地，使新鲜介质更好地与炽热电弧接触，加强电弧的与炽热电弧接触，加强电弧的冷却冷却，有利于迅速灭弧。，有利于迅速灭弧。横吹横吹 横吹时气流

33、或油流的方向与触头运动方向是垂直的，或横吹时气流或油流的方向与触头运动方向是垂直的，或者说与电弧轴线方向垂直。横吹不但能加强者说与电弧轴线方向垂直。横吹不但能加强冷却冷却和增强和增强扩散扩散，还能将电弧迅速还能将电弧迅速吹弯吹长吹弯吹长。有介质灭弧栅有介质灭弧栅的横吹灭弧室，栅的横吹灭弧室，栅片能更充分地冷却和吸附电弧，加强去游离。片能更充分地冷却和吸附电弧，加强去游离。在相同的工作在相同的工作条件下，横吹比纵吹效果要好条件下，横吹比纵吹效果要好。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备

34、的原理与功能纵横吹纵横吹 横吹灭弧室在开断小横吹灭弧室在开断小电流时因室内压力太小，电流时因室内压力太小，开断性能较差。为了改善开断性能较差。为了改善开断小电流时的灭弧性能，开断小电流时的灭弧性能，可将纵吹和横吹结合起来。可将纵吹和横吹结合起来。在在大电流时大电流时主要靠横吹，主要靠横吹，小电流小电流时主要靠纵吹，这时主要靠纵吹，这就是纵横吹灭弧室。就是纵横吹灭弧室。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能（4 4）短弧原理灭弧）短弧原理灭弧灭弧装置是一个灭弧装置是一个金属栅灭弧罩金属栅灭弧罩，其将电弧分为多个串联的短弧，其将电弧分为多个串联的短弧的方法

35、来灭弧。由于受到电磁力的作用，电弧从金属栅片的缺的方法来灭弧。由于受到电磁力的作用，电弧从金属栅片的缺口处被引入金属栅片内，一束长弧就被多个金属片分割成多个口处被引入金属栅片内，一束长弧就被多个金属片分割成多个串联的短弧。如果所有串联短弧阴极区的起始介质强度串联的短弧。如果所有串联短弧阴极区的起始介质强度或阴极或阴极区的电压降的总和永区的电压降的总和永远大于触头间的外施远大于触头间的外施电压，电弧就不再重电压，电弧就不再重燃而熄灭。采用燃而熄灭。采用缺口缺口铁质栅片铁质栅片，是为了减，是为了减少电弧进入栅片的阻少电弧进入栅片的阻力，缩短燃弧时间。力，缩短燃弧时间。电力工程基础电力工程基础 第二

36、章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能（5 5）利用固体介质的狭缝狭沟灭弧）利用固体介质的狭缝狭沟灭弧 灭弧装置的灭弧装置的灭弧片是由石棉水泥或陶土制成的灭弧片是由石棉水泥或陶土制成的。触头间。触头间产生电弧后，在磁吹装置产生的磁场作用下，将电弧吹入由产生电弧后，在磁吹装置产生的磁场作用下，将电弧吹入由灭弧片构成的狭缝中，把电弧迅速拉长的同时，使电弧与灭灭弧片构成的狭缝中，把电弧迅速拉长的同时，使电弧与灭弧片内壁紧密接触，对电弧的表面进行冷却和吸附，产生强弧片内壁紧密接触，对电弧的表面进行冷却和吸附，产生强烈的去游离。烈的去游离。石英砂熔断器石英砂熔断器中的熔丝熔断时，在石英砂的狭

37、沟中产生中的熔丝熔断时，在石英砂的狭沟中产生电弧。由于受到石英砂的冷却和表面吸附作用，使电弧迅速电弧。由于受到石英砂的冷却和表面吸附作用，使电弧迅速熄灭。同时，熔丝气化时产生的金属蒸汽渗入石英砂中遇冷熄灭。同时，熔丝气化时产生的金属蒸汽渗入石英砂中遇冷而迅速凝结，大大减少了弧隙中的金属蒸汽，使得电弧容易而迅速凝结，大大减少了弧隙中的金属蒸汽，使得电弧容易熄灭。熄灭。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能（6 6）用耐高温金属材料作触头、优质灭弧介质）用耐高温金属材料作触头、

38、优质灭弧介质 触触头头材材料料对对电电弧弧中中的的去去游游离离也也有有一一定定影影响响，用用熔熔点点高高、导导热热系系数数和和热热容容量量大大的的耐耐高高温温金金属属制制作作触触头头，可可以以减减少少热热电电子子发发射射和和电电弧弧中中的的金金属属蒸蒸汽汽，从从而而减减弱弱了了游游离离过程，有利于熄灭电弧。过程，有利于熄灭电弧。灭灭弧弧介介质质的的特特性性，如如导导热热系系数数、电电强强度度、热热游游离离温温度度、热热容容量量等等，对对电电弧弧的的游游离离程程度度具具有有很很大大影影响响，这这些些参参数数值值越越大大，去去游游离离作作用用就就越越强强。在在高高压压开开关关中中，广广泛泛采采用用

39、压压缩缩空空气气、六六氟氟化化硫硫（SF6）气气体体、真真空空等等作作为为灭灭弧弧介质。介质。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能二、高压断路器的基本技术数据二、高压断路器的基本技术数据（1 1）额定电压（）额定电压（kVkV）保保证证断断路路器器长长时时间间正正常常运运行行能能承承受受的的工工作作电电压压（线线电电压压），我我国国采采用用的的额额定定电电压压等等级级：3 3、6 6、1010、3535、6060、110110、220220、330330、500500、750750、1000kV1000kV等。等。（2 2）最高工作电压（）最高工作电

40、压（kVkV）通常规定，通常规定，220kV220kV及以下及以下设备，其最高工作电压为额定电设备，其最高工作电压为额定电 压的压的1.151.15倍；对于倍；对于330kV330kV及以上及以上的设备规定为额定电压的的设备规定为额定电压的1.11.1倍倍 。我国我国采用的最高电压有：采用的最高电压有：3.53.5、6.96.9、11.511.5、40.540.5、6969、126126、252252、363363、550550、825825、1100kV1100kV等。等。（3 3）额定电流（）额定电流（A A）断断路路器器在在规规定定的的基基准准环环境境温温度度下下允允许许长长期期通通过过

41、的的最最大大工工作作电电流流有有效效值值。我我国国采采用用的的额额定定电电流流有有：200200、400400、630630、10001000、12501250、16001600、20002000、25002500、31503150、40004000、50005000、63006300、80008000、1000010000、1250012500、1600016000、20000A20000A等。等。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能（4 4）额定开断电流（）额定开断电流（kAkA）在在额额定定电电压压下下，断断路路器器能能可可靠靠开开断断的的最最

42、大大电电流流有有效效值值，称称为为该该电电压压下下的的额额定定开开断断电电流流 。在在电电压压低低于于额额定定电电压压时时，开开断断电电流流可可以以比比额额定定开开断断电电流流大大，但但由由于于灭灭弧弧装装置置机机械械强强度度的的限限制制，开开断断电电流流有有个个极极限限值值，称称为为极极限限开断电流开断电流。（5 5）额定关合电流（）额定关合电流（kAkA）在在额额定定电电压压下下，断断路路器器能能可可靠靠地地闭闭合合的的最最大大短短路路电电流流峰峰值值。额额定定关关合合电电流流反反映映断断路路器器关关合合短短路路故故障障的的能能力力，主主要要决决定定于于断断路路器器灭灭弧弧装装置置的的性性

43、能能、触触头头构构造造及及操操动动机构的型式。机构的型式。（6 6）额定热稳定电流（）额定热稳定电流（kAkA）断断路路器器在在规规定定时时间间（通通常常为为4s4s）内内允允许许通通过过的的最最大大短短路路电电流流有有效效值值。额额定定热热稳稳定定电电流流表表明明断断路路器器承承受受短短路路电流电流热效应热效应的能力。的能力。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能（7 7）额定动稳定电流（）额定动稳定电流（kAkA）断断路路器器在在闭闭合合状状态态下下，允允许许通通过过的的最最大大短短路路电电流流峰峰值值，又又称称极极限限通通过过电电流流。额额定定动

44、动稳稳定定电电流流表表明明断断路路器器在在冲冲击击短短路路电电流流的的作作用用下下，承承受受电电动动力力效效应应的的能能力力，它决定于导体和绝缘等部件的机械强度它决定于导体和绝缘等部件的机械强度 。（8 8）合闸时间（）合闸时间（s s）断路器从接到合闸命令（合闸回路通电）起到断路器断路器从接到合闸命令（合闸回路通电）起到断路器触头刚接触时所经过的时间间隔，称为合闸时间。触头刚接触时所经过的时间间隔，称为合闸时间。（9 9）分闸时间（）分闸时间（s s）分闸时间是反映断路器分闸时间是反映断路器开断过程快慢开断过程快慢的参数。的参数。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电

45、气设备的原理与功能电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能1 1）固有分闸时间）固有分闸时间t t1 1 指断路器接到分闸命令指断路器接到分闸命令起到灭弧触头刚分离时起到灭弧触头刚分离时所经过的时间所经过的时间2 2）灭弧时间）灭弧时间t t2 2触头分离到各相电弧完触头分离到各相电弧完全熄灭所经过的时间全熄灭所经过的时间 3 3）全分闸时间）全分闸时间t tt t 断路器从接到分闸命令断路器从接到分闸命令起到断路器触头开断至起到断路器触头开断至三相电弧完全熄灭时所三相电弧完全熄灭时所经过的时间间隔。经过的时间间隔。t tt t=t=t1 1+t+t2

46、2（1010）额定开断容量（）额定开断容量（MVAMVA）断路器的开断能力也可间接用开断容量来表示，断路器的开断能力也可间接用开断容量来表示，其大小与额定电压与额定开断电流的有关：其大小与额定电压与额定开断电流的有关：电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能三、高压断路器的型号含义三、高压断路器的型号含义1234567产品名称；产品名称；S S少油断路器，少油断路器，D D多油断路器，多油断路器，L L六氟六氟化硫（化硫（SF6SF6）断路器，）断路器，Z Z真空断路器，真空断路器，K K压缩空气断压缩空气断路器，路器，Q Q自产气断路器，自产气断路器，

47、C C磁吹断路器磁吹断路器 安装地点；安装地点；N N户内户内型，型，W W户外型户外型 设计序号设计序号 额定电压（或最高工额定电压（或最高工作电压）（作电压）（kVkV）补充特性：补充特性：C C手车式，手车式，G G改进型，改进型，W W防污型，防污型，Q Q防震型防震型 额定电流额定电流（A A）额定开断电额定开断电流（流（kAkA）例如：例如：ZN28ZN2812/125012/12502525，表示户内式真空断路，表示户内式真空断路器，设计序号为器，设计序号为2828，最高工作电压，最高工作电压12kV12kV，额定电流为，额定电流为1250A1250A，额定开断电流为，额定开断电

48、流为25kA25kA。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能四、高压断路器的类型四、高压断路器的类型 按灭弧介质的不同分类按灭弧介质的不同分类 （1 1）油断路器）油断路器 采用采用绝缘油绝缘油作为作为灭弧介质灭弧介质的断路器，的断路器，逐渐被淘汰。逐渐被淘汰。（2 2）压缩空气断路器）压缩空气断路器 采用采用压缩空气压缩空气作为作为灭弧介质灭弧介质及操作机构能源的断路器。及操作机构能源的断路器。（3 3）真空断路器）真空断路器 在真空中开断电流，利用在真空中开断电流，利用

49、真空真空的高绝缘强度来实现的高绝缘强度来实现灭弧灭弧的断路器。的断路器。（4 4）六氟化硫（）六氟化硫（SF6SF6）断路器）断路器 采用具有优良灭弧性能的采用具有优良灭弧性能的SF6SF6气体气体作为作为灭弧介质灭弧介质的断路器。的断路器。（1 1）油断路器）油断路器n 多油断路器多油断路器多多油油断断路路器器的的触触头头和和灭灭弧弧系系统统放放置置在在由由钢钢板板焊焊接接成成的的装装有有大大量量绝绝缘缘油油的的油油箱箱中中，其其绝绝缘缘油油既既是是灭灭弧弧介介质质，又又是是主主要要的的绝绝缘缘介介质质，承承受受不不同同的的导导体体之之间间及及导导体体与与地地之之间间的绝缘。的绝缘。结结构构

50、特特点点：结结构构简简单单，制制造造方方便便，便便于于在在套套管管上上加加装装电电流流互互感感器器，配配套套性性强强；耗耗钢钢、耗耗油油量量大大、体体积积大大、重重量量重；属自能式灭弧结构。重；属自能式灭弧结构。技技术术特特点点：额额定定电电流流不不易易做做得得很很大大；开开断断小小电电流流时时，燃燃弧弧时时间间较较长长；开开断断电电路路的的速速度度较较慢慢；油油量量多多，有有发发生生爆爆炸和火灾的危险性。炸和火灾的危险性。运行维护特点：运行维护特点：运行维护简单；噪声低；检修周期短；运行维护简单；噪声低；检修周期短；需配备一套油处理装置。需配备一套油处理装置。电力工程基础电力工程基础 第二章