6-2高压断路器的原理详解.ppt

主要内容 1、掌握高压断路器电弧的形成与熄灭原理； 2、掌握断路器开断短路电流时的工作状况。 3、掌握高压断路器的选择； 4、掌握隔离开关的选择； 5、掌握断路器的操作机构种类和特点。 一、电弧的形成与熄灭 1、电弧放电的特征和危害 电弧的形成—弧柱中自由电子的主要来源 电弧的熄灭— 电弧的去游离形式 电弧的熄灭— 电弧的去游离形式 电弧的熄灭— 影响去游离的因素 电弧温度 电弧是由热游离维持的，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，也减小了带电质点的运动 速度，加强了复合作用。通过快速拉长电弧，用气体或油吹动 电弧，或使电弧与固体介质表面接触等，都可以降低电弧的温 度。 介质的特性 电弧燃烧时所在介质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、热游离温度、 介电强度等。若这些参数值大，则去游离过程就越强，电弧就 越容易熄灭。 电弧的熄灭— 影响去游离的因素 交流电弧的特性 交流电弧的熄灭 高压开关电器熄灭交流电弧的基本方法 1）利用灭弧介质 SF6、真空、氢气 2）采用特殊金属材料作灭弧触头铜、钨合金或银钨合金。 3）利用气体或油吹动电弧 冷却绝缘介质降低电弧的温度，消弱热发射和热游离，另一 方面，吹弧，可以拉长电弧，增大冷却面，强行迫使弧隙中 游离介质的扩散。有纵吹、横吹两种方式。 二、断路器开断短路电流时的工作状况分析 弧隙电压的恢复过程 如图所示，为电弧电流过零时，电源电压瞬时值，由于过渡 过程时间很短，一般不会超过几百微秒，可用直流电源来代 替，其数值与短路故障类型有关，R、L、C为电路参数。并 假设电源为中性点接地的发电系统，由此可得二阶常系数微 分方程： 根据特征方程的根，分三种情况进行讨论： ①实根， 或 非周期性过程，其恢复电压的最大值不会超过 ，恢复电压的上升速度为 ②一对共扼虚根 或 周期性振荡过程，其恢复电压 的最大值可达 ，恢复电压的上升速度； ③实数重根， 或 非周期性过程（临界状态）。 由以上分析可知，弧隙电压恢复过程，取决于电路的参数， 而触头两端的并联电阻可以改变恢复电压的特性。当并联电 阻的数值低于临界电阻时，将把具有周期性振荡特性的恢复 电压过程变为非周期性恢复过程，从而大大降低恢复电压的 幅值和恢复速度，相应地可以增加断路器的开断能力。 降低恢复电压上升速度和熄弧过电压的措施 ①断路器断口并联小电阻 三、高压断路器的选择 1、种类和型式选择 油断路器（DW、DN）特点：利用变压器油进行灭弧，其灭弧 性能与短路电流的大小有关（属于自能式断路器），由于存 在火灾和爆炸的危险性，基本淘汰。但油断路器价格低廉， 运行维护经验丰富。6-35kV：一般选真空断路器， 110~220kV：一般选SF6断路器。 压缩空气断路器：已经淘汰。 SF6断路器（外能式断路器）：利用惰性气体SF6进行灭 弧，灭弧性能好，免检产品可以连续运行十五年不需要检修。 目前在35kV及以上系统中广泛采用，一般情况下，选用普通 式SF6断路器，在供电可靠性要求高场合，可选用GIS全封闭式 组合电器。 真空断路器（外能式断路器）：利用真空进行灭弧，灭 弧性能好，免检产品可以连续运行十五年不需要检修。目前在 35kV以下系统中广泛采用。 高压断路器的发展方向：上述断路器均属于机械产品，其开断 时间和可控性还不能满足电力系统的要求，现正在利用电力电 子器件研制新型的高压断路器，未来20-30年内将会有可控关 断的高压断路器取代上述产品，形成全控电力系统。 SF6断路器的外观图（1） 断路器的操动机构外形图 中大型发电厂（125MW及以上机组）和枢纽变电站使用快速 保护和高速断路器，其开断时间小于0.1s，当在电源附近 短路时，短路电流的非周期量可能超过周期分量的20%，需 要用短路开断计算时间t‘k对应短路全电流I’k进行校验。 INbr≥Ik 5、动稳定校验 在选用发电机断路器时： 特别对大型机组，应对上述特殊要求给予充分重 视，应选用专用的发电机断路器。 对小型机组，可采用真空断路器；对中大型机 组应采用SF6断路器、压缩空气断路器。 高压隔离开关外观图 高压隔离开关外观图 高压隔离开关外观图 3、开断电流选择 断路器的额定开断电流INbr是表明断路器灭弧能力的参数，指在额定电压下可能开断的最大电流。 INbr应不小于其触头实际开断瞬间(tbr)的短路全电流的有效值IK ，即:INbr≥Ik 一般中小型发电厂和变电站采用中慢速断路器，开断时间较长（≥0.