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1、第二章第二章 开关电器开关电器第1节 开关电器的用途和分类 n n开关电器基本任务：开关电器基本任务：在运行方式改变或故障时，可靠、灵活的进行在运行方式改变或故障时，可靠、灵活的进行变压器、线路等电气元件的切换操作。变压器、线路等电气元件的切换操作。根据开关电器的不同性能，可将其分为以下几类：（1）仅用来在正常工作情况下开断或闭合正常工作电流Ig.zd的开关电器。例如低压刀闸开关、接触器、高压负荷开关等。高高压负压负荷开关荷开关（2）仅用来开断过负荷电流或短路电流Id的开关电器。例如熔断器。高高压压跌落式熔断器跌落式熔断器（3）只用来在检修时隔离电源，不能用其开断或闭合正常工作电流或短路电流的
2、开关电器。例如高压隔离开关。户外高压隔离开关（4）用来在预定的记忆时间内根据选定的计数次数在无电流的瞬间自动分段故障线路。FDK10-12/D315-10永磁跌落式分段器永磁跌落式分段器（5）即用来开断或闭合正常工作电流Ig.zd，也用来开断过负荷电流或短路电流Id的开关电器。例如高压断路器、低压空气开关等。变电站断路器第2节 开关电器中电弧的产生和熄灭 n n1.1.1.1.电电电电弧弧弧弧:一种气体的游离放一种气体的游离放一种气体的游离放一种气体的游离放电现电现电现电现象。象。象。象。n n2.2.2.2.电电电电弧的弧的弧的弧的组组组组成：成：成：成：n n3.电弧放电的特征电弧放电的特
3、征（1）能量集中，温度高，亮度强。（2）电弧是一种自持放电现象，不利于灭火。（3）电弧是一束游离的的气体，质量较轻，容易变形。n n4.研究电弧理论的目的研究电弧理论的目的 在于掌握电弧形成的理论和熄灭电弧的方法，以便能有效的熄灭电弧。n n5.电弧的危害电弧的危害（1）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。（2）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、爆炸等危险。（3）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。一、电弧的产生和维持一、电弧的产生和维持（1 1）电弧的电极发射出
4、大量自由电子）电弧的电极发射出大量自由电子1 1）强电场发射）强电场发射强电场力强电场力2 2）热电子发射）热电子发射高温高温 电弧产生的前提条件电弧产生的前提条件（2 2）弧柱区气体游离产生大量自由电子）弧柱区气体游离产生大量自由电子1 1）碰撞游离）碰撞游离电场力的作用，由高速运动的电场力的作用，由高速运动的电子作用产生电子作用产生2 2）热游离）热游离高温（起弧），由中性质点热运高温（起弧），由中性质点热运动碰撞产生动碰撞产生 电弧维持和发展电弧维持和发展 的必要条件的必要条件二、电弧中的去游离二、电弧中的去游离n n去游离：弧隙中带电质点自身消失或者失去电荷变为中性质点的现象。（1）复
5、合：带有异性电荷的质点相遇而结合成中性质点的现象，称为复合。空间复合：直接和间接复合表面复合表面复合 间接复合（2）扩散：电弧中的电子和正离子，从浓度高的空间向浓度低的介质周围移动的现象，称为扩散。扩散有三种形式：温度扩散浓度扩散利用吹弧扩散 利用固体介质的狭缝狭沟灭弧 用耐高温金属材料作触头、优质灭弧介质 触头材料对电弧中的去游离也有一定影响，用熔点高、导热系数和热容量大的耐高温金属制作触头，可以减少热电子发射和电弧中的金属蒸汽，从而减弱了游离过程，有利于熄灭电弧。灭弧介质的特性，如导热系数、电强度、热游离温度、热容量等，对电弧的游离程度具有很大影响，这些参数值越大，去游离作用就越强。在高压
6、开关中，广泛采用压缩空气、六氟化硫（SF6）气体、真空等作为灭弧介质。具有直流电弧的RL电路六、直流电灭弧六、直流电灭弧1 1、电压方程式、电压方程式 E电源电压。iR电阻电压。电感电阻电压 Uh电弧电压2 2、直流电弧的熄灭条件直流电弧的熄灭条件3 3 直流电弧的熄灭方法直流电弧的熄灭方法 拉长电弧开断电路时在电路中逐级串入电阻在断口上装灭弧栅冷却电弧 直流电弧的熄灭注意事项直流电弧的熄灭注意事项 在直流电路中不能采用灭弧能力太强的开关电器，避免产生过电压。第3节 六氟化硫断路器高压断路器基本知识高压断路器基本知识n用途用途 正常时用以接通和切断负荷电流，短路故障时通过继电保护装置的作用可自
7、动切断短路电流。高压断路器的典型结构 开断元件开断元件操动机构操动机构绝缘支柱绝缘支柱基座基座n分类分类 （1）按装置地点：户外式、户内式；（2）按断路器动作时间：快速断路器（t0.08s）、加快作用断路器（t 0.15s）、慢速断路器（0.25st0.4s）；（3）按操动机构 手动、电磁、液压、弹簧和气动等。（4）按灭弧介质油断路器压缩空气断路器真空断路器六氟化硫（SF6）断路器 采用绝缘油作为灭弧介质的断路器采用绝缘油作为灭弧介质的断路器 采用压缩空气作为灭弧介质及采用压缩空气作为灭弧介质及操作机构能源的断路器操作机构能源的断路器 在真空中开断电流，利用真空的在真空中开断电流，利用真空的高
8、绝缘强度来实现灭弧的断路器高绝缘强度来实现灭弧的断路器 采用具有优良灭弧性能的采用具有优良灭弧性能的SF6气气体作为灭弧介质的断路器体作为灭弧介质的断路器 n n由字母和数字两部分组成的：由字母和数字两部分组成的：123456额定电流，A派生代号：C手动式；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型额定开断电流，kA特殊环境代号78高压断路器型号（高压断路器型号（QF）n高压断路器的基本要求高压断路器的基本要求（1）工
9、作可靠（2）具有足够的开断能力（3）动作快速（4）结构简单，经济合理 一、油断路器一、油断路器n n我国生产的油断路器35kV以下的为户内式，35kV及其以上的均为户外式。n n按绝缘结构不同，可分为少油断路器与多油断路器。少油断路器中的油只作为灭弧和触头开断后弧隙的绝缘介质，导电部分与接地部分之间的绝缘主要用瓷件做成。而多油断路器中的油不仅作为灭弧和触头开断后弧隙的绝缘介质，而且还作为导电部分与接地部分之间的绝缘。1.1.油断路器的灭弧原理油断路器的灭弧原理 纵吹，横吹，压油吹弧纵吹，横吹，压油吹弧2.油断路器特点（1）多油结构简单，制造方便，配套性强，但不能实现积木式结构，耗钢耗油量大；额
10、定电流不易做大，一般用于较小电流（35kv以下）。易于维护，噪声低，但需要一套油处理装置。2.油断路器特点（2）少油油量少，体积小，重量轻，防爆性能大大提高；采用逆流原理，有利于把带电质点排出弧道，使弧隙中介质电强度得到迅速恢复；采用纵横吹和机械油吹，断开时间一般不超过0.02s；检修工作量小。n n3.油断路器的运行要点（1）消除漏油、渗油现象，油位指示器清洁完好；（2）油断路器内油温应该正常，没有过热现象；（3）对油断路器附件应检查。多油断路器少油断路器二、六氟化硫断路器二、六氟化硫断路器SF6气体发现于1930年1937年应用于电气设备1955年开始用作断路器的灭弧介质 1.六氟化硫气体
11、（SF6）气体的性能SF6气体的物理特性SF6气体的化学特性SF6气体的电气特性SF6气体的分解特性 在标准条件下，在标准条件下，SF6为无色、无味的气体，难溶于水和油，容易液为无色、无味的气体，难溶于水和油，容易液化，化，SF6的工作压力为的工作压力为0.20.7MPa。SF6气体比空气重，有向低处积聚气体比空气重，有向低处积聚的倾向。的倾向。SF6气体在常温（低于气体在常温（低于500）下是一种化学性能非常稳定的惰性气）下是一种化学性能非常稳定的惰性气体。在通常条件下对电气设备中常用的金属和绝缘材料是不起化学作用体。在通常条件下对电气设备中常用的金属和绝缘材料是不起化学作用的，它不侵蚀与它
12、接触的物质。的，它不侵蚀与它接触的物质。具有优异的绝缘性能，在均匀电场中，具有优异的绝缘性能，在均匀电场中，SF6气体的绝缘强度为空气气体的绝缘强度为空气的的2.53倍；具有优异灭弧性能，倍；具有优异灭弧性能，SF6气体的灭弧能力为空气的气体的灭弧能力为空气的100倍，倍，开断能力大约为空气的开断能力大约为空气的23倍。这是由于倍。这是由于SF6气体及其分解物具有极强气体及其分解物具有极强的电负性，它不仅具有优良的绝缘特性，还具有独特的热特性和电特性。的电负性，它不仅具有优良的绝缘特性，还具有独特的热特性和电特性。电流过零前的截流小，能避免产生较高的过电压。电流过零前的截流小，能避免产生较高的
13、过电压。SF6气体的分解主要有三种情况，即在电弧作用下的分解；在电气体的分解主要有三种情况，即在电弧作用下的分解；在电晕、火花和局部放电下的分解；在高温下的催化分解。晕、火花和局部放电下的分解；在高温下的催化分解。SF6气体在断路器操作中和出现内部故障时，会产生不同量的分气体在断路器操作中和出现内部故障时，会产生不同量的分解物，高毒性的分解物，（如解物，高毒性的分解物，（如SF4、S2F2、S2F10、SOF2、HF及及SO2）会刺激皮肤、眼睛、粘膜，如果大量吸入，还会引起头晕和肺）会刺激皮肤、眼睛、粘膜，如果大量吸入，还会引起头晕和肺水肿。水肿。纯纯SF6气体无腐蚀，但其分解物遇水后会变成腐
14、蚀性强的电解质，气体无腐蚀，但其分解物遇水后会变成腐蚀性强的电解质，会对设备内部某些材料造成损害及运行故障。（玻璃、瓷、绝缘纸及会对设备内部某些材料造成损害及运行故障。（玻璃、瓷、绝缘纸及类似材料易受损害）类似材料易受损害）采用合适的材料和采取合理的结构，可以排除潮气和防止腐蚀。在采用合适的材料和采取合理的结构，可以排除潮气和防止腐蚀。在设备运行中可以采用吸附剂（如氧化铝、碱石灰、分子筛或它们的混合设备运行中可以采用吸附剂（如氧化铝、碱石灰、分子筛或它们的混合物）清除设备内的潮气和物）清除设备内的潮气和SF6气体的分解物。气体的分解物。2.SF6断路器的种类和灭弧原理（1）双压气式逐步被单压气
15、式取代（2）单压气式：变开距、定开距110KV及以上广泛使用（3）旋弧式广泛用于10KV、35KVSF6（4）自能式多用于110220KV断路器多用于110220KV断路器，当动静触头分开产生电弧后，被电弧加热的气体通过气孔进入主气室，使主气室的压力升高，高压气体对喷口吹弧使电弧熄灭。如果开断的电流较小，电弧产生的热量小使主气室的压力不够时，辅助气室中的气体将通过上部开启的阀门进入到主气室内起肋吹作用，从而增强了开断小电流的吹弧能力。3.SF3.SF6 6断路器的特点断路器的特点（1 1）优点（教材）优点（教材）具有断口耐压高、开断容量大具有断口耐压高、开断容量大具有断口耐压高、开断容量大具有断口耐压高、开断容量大 、电寿命长、检修间、电寿命长、检修间、电寿命长、检修间、电寿命长、检修间隔周期长隔周期长隔周期长隔周期长 六氟化硫断路器开断电路时触头烧损六氟化硫断路器开断电路时触头烧损六氟化硫断路器开断电路时触头烧损六氟化硫断路器开断电路时触头烧损轻微，电寿命长、开断性能优异的特点。轻微，电寿命长、开断性能优异的特点。轻微，电寿命长、开断性能优异的特点。轻微，电寿命长、开断性能优异的特点。（2 2）缺点）缺点需要专门的需要专门的SF6SF6气体系统；气体系统；严格密封，制造复杂；严格密封，制造复杂；电离产生毒气（电离产生毒气（AL2O3AL2O3吸附）。吸附）。