高压断路器原理与选择.ppt

5—2 高压断路器原理与选择高压断路器原理与选择 高压断路器的主要功能：把线路或设备投入或退出；既是控制电器---正常运行投切，又是保护电器---切出故障部分它具有完善的灭弧装置，是功能最完善的开关电器设备开断能力是指断路器熄灭电弧的能力一、电弧（一）电弧的产生是中性粒子变为自由电子和正离子的结果---游离的结果（1）强电场发射 当动静触头刚分离开时，由于触头间隙很小，电场强度很强，阴极(金属材料）表面的电子被电场力拉出进入触头间隙成为自由电子，这种游离方式称为强电场发射，也是在弧隙间最初产生的电子EER（2）热电子发射 由于触头和弧隙的高温，使阴极表面不断发射出电子的现象3）碰撞游离 热电子发射和高电场发射的电子，在电场强度的作用下，向阳极方向作加速运动，其动能增加，当电子的动能大于原子或分子的游离能，并发生碰撞时，使原子或分子形成自由电子和正离子，这种现象，称为碰撞游离 连续碰撞有的结果，使间隙存在大量自由的点子，在电场作用下，定向移动，形成电流，即为电弧E++++E++++++（大）（由大到小趋于零） 当电弧形成后，触头间隙由绝缘体转为导电的游离体，触头间隙的电场强度急剧下降，电子与中性粒子不可能再发生碰撞游离，那么应有：触头间隙的电子应越来越少，电弧应越来越小，最后自动熄灭；事实上：电弧不仅没有熄灭，反而越烧越旺，为什么？（4）热游离---使电弧得到了维持燃烧 当电弧形成后，弧隙的电阻损耗，使弧隙的温度升高，中性粒子相互碰撞产生出自由电子和正离子的现象，称为热游离。

去游离---电弧熄灭的过程弧隙带电质点数减少的过程，称为去游离包括两种方式：（1）复合去游离 正负电荷相互吸引，结合变成中性粒子的过程.（2）扩散去游离 带电质点从弧隙逸出弧隙的现象 游离和去游离是电弧燃烧中的两个过程，电弧是燃烧还是熄灭，取决于这两个过程竞争的结果从熄弧角度，希望加强去游离,电弧熄灭，开断电路如冷却电弧、吹弧等方法 （二）交流电弧特性（1）电弧电压波形是马鞍形（2）交流电弧每半周过零一次 交流电弧的熄灭，就是在其过零时，加强去游离，实现灭弧，开断电路iuABA’B’A(A’)点燃弧电压 B(B’) 点熄弧电压为什么燃弧电压比熄弧电压高？（三）交流电弧的熄灭条件 交流电弧过零时，电弧熄灭此时，弧隙上存在两个过程：弧隙绝缘介质的绝缘能力恢复过程和电源电压加到弧隙上的过程电弧是否熄灭，取决这两个过程的竞争结果弧隙介质强度恢复过程–— U d (t) 弧隙绝缘介质的绝缘能力从熄弧状态恢复到正常状态的过程，称为弧隙介质强度恢复过程主要由灭弧装置的结构和灭弧介质的性质决定高压断路器采用不同介质、冷却和吹弧方法，提高弧隙绝缘介质强度的恢复过程。

为什么真空断路器、六氟化硫断路器是推荐使用的断路器？2弧隙电压恢复过程——U r (t) 弧隙电压从熄弧电压恢复到电源电压的过程----电源电压加到弧隙上的过程，称为弧隙电压恢复过程与电路参数、负荷性质有关 电源电压加到弧隙上的过程，既可能是周期性震荡过程，也可能是非周期震荡过程RLCrQFCRLrQU0恢复电压的恢复过程由部分组成：1）瞬态恢复电压—暂态分量电容、电感、充放电过程；因电容是分布参数，充放电频率极高、时间极短，此期间的电源电压可认为是常数触头上电压恢复过程，相当直流电源突然合闸于R、L、C组成的串联回路在电容上的电压变化过程见图5-102）工频恢复电压—稳态分量 弧隙上的电压就是电源电压的过程弧隙电压恢复过程见图5-7Urt图 5-10图 5-7 *电源电压加到弧隙上经历暂态过程：因为电路里有电感和电容的存在及电容上的电压不能突变造成的由电路知识：此过程既可能是周期性震荡过程，也可能是非周期震荡过程从熄弧角度，希望恢复电压幅度低，恢复速度小，即是非周期性振荡过程 *触头上并联电阻的作用：电阻r的分流可减少电容瞬态恢复电压的幅值和速度。

并将恢复电压从周期性震荡过程转为非周期震荡过程提高断路器的开断能力Ud(t)Ur(t)tU3交流电弧的熄灭条件 交流电弧过零后，如有： Ud(t) > Ur (t) 交流电弧将永远熄灭 断路器开断电路 *断路器开断单相短路能力比三相短路能力强： 因三相短路时断路器弧隙上恢复电压的幅值（1.5Um)，比单相短路时恢复电压幅值高(Um)，不易开断减少弧隙恢复电压的恢复速度和幅度，提高开断能力的措施：1)断路器动静触头间并联一个小电阻---起分流作用rQ1Q2rQ1Q2主辅触头接通或断开次序2）多端口断路器的端口上装并联一个大电容-----起均压作用110kV及以上的少油断路器或220kV及以上的六氟化硫断路器用之 少油断路器的标准端口电压是55kV;六氟化硫断路器标准端口电压110kV.*提高弧隙绝缘介质恢复速度和幅度的方法：1）采用灭弧介质2）采用特殊金属材料做灭弧触头—铜钨或银钨合金等3）吹动电弧---增加扩散和复合去游离4）采用多断口熄弧—相当于拉长电弧，增大了介质强度的恢复过程5）拉长电弧并增大断路器触头的分离速度—相当于增加了扩散速度，提高了介质强度恢复过程。

二、高压断路器选择.断路器种类与型式的选择1）种类选择的一般原则：6~35kV屋内：真空断路器35~500kV屋外：六氟化硫断路器2）型式选择的一般原则发电机回路：使用专用断路器---额定电压低，开断电流大；配电装置 ：6~35kV屋内---真空断路器； 35~500kV屋外：六氟化硫断路器2.额定电压 UN≥UNS3.额定电流选择 Kθ IN≥ I max （物理含义）4.额定开断电流选择 I Nbr≥ I kt式中 I kt---动静触头分开时，流过的最大短路电流; t---t br开断计算时间5.短路关合电流的选择 iNcl≥ish (物理含义） 断路器操动机构能关合的最大短路电流断路器操动机构能克服动静触头之间的最大电动斥力，使断路器合闸成功6.热稳定校验 It2t=Q k7 动稳定校验 ies≥ish。