电力系统设计第五讲——电气设备的选择(互感器、断路器、隔离开关等)详解.ppt

第五讲发电厂、变电站电气一次系统设计(2) 一、高压断路器原理与选择 1、开关电器的作用和种类 在正常情况下电力系统中的发电机、变压器、线路等由于检修或改变运行方式，需要将它们接入或退出；在故障时，必须迅速切断故障部分，使电力系统恢复正常运行。 仅用来在正常工作情况下，断开或闭合正常工作电流。如：高压负荷开关、低压闸刀开关、接触器、磁力启动器； 仅用来断开故障情况下的过负荷电流或短路电流。如：高、低压熔断器； 既用来断开或闭合正常工作电流，也用来断开或闭合过负荷电流或短路电流。如：高压断路器、低压空气开关（能起控制和保护的作用）； 不要求断开或闭合电流，只用来在检修时隔离电压。如：隔离开关。 2、开关电器电弧形成的物理过程 1）电弧放电的特征及危害 2）电弧形成的过程：电弧的产生和维持是触头间中性质点（分子和原子）被游离的结果。游离就是中性质点转化为带电质点。游离的过程有四种形式： 强电场发射 热电子发射 碰撞游离 热游离 3）去游离的形式 电弧中发生游离的同时，还进行着使带电质点减少的去游离过程 ： a、复合去游离 拉长电弧；加快电弧的冷却；加大气体介质的压力。 b、扩散去游离 浓度扩散 ；温度扩散 ；用高速冷气吹弧 4）游离与去游离 游离和去游离是电弧燃烧的两个相反过程，游离过程使弧道中带电离子增加，有助于电弧燃烧；去游离过程使弧道中带电离子减少，有利于电弧熄灭。 开关电器中，为加强灭弧能力，都采用各种措施减弱游离过程。从等离子体观点看，就是控制温度，使触头间的介质，由等离子体态转化为其它物态。 3、交流电弧的特点 交流电弧具有热惯性。随着交流电流的瞬时值不断变化，电弧的温度、直径、电弧电压也随时间变化。交流电弧每半周过零一次，电弧自然熄灭。 电弧的热惯性：交流电弧的电流瞬时值随时间周期变化，电弧的温度、直径及电弧电压也随时间变化，但弧柱的受热升温或散热降温都有一定过程，跟不上电流的变化，这种现象叫电弧的热惯性。 4、交流电弧的熄灭条件 交流电弧熄灭的基本条件：弧隙介质的绝缘能力达到不被弧隙外施电压击穿的程度，才能保证电弧不被重燃而最终熄灭。电弧过零后，如果电源电压大于介质强度恢复电压，弧隙被击穿，电弧重燃，反之，电弧便熄灭： Ud(t) ≥ Ur(t) Ud(t) ---弧隙介质强度恢复过程中的耐受电压 由灭弧装置的结构和灭弧介质的性质决定 灭弧介质：油、空气、真空、SF6 Ur(t) ---弧隙电压恢复过程中的弧隙电源电压 Ur(t)与线路参数、负荷性质等有关 5、高压断路器熄灭交流电弧的基本方法 1、利用灭弧介质 2、采用特殊金属材料作灭弧触头 3、利用气体或油吹动电弧 4、采用多断口熄弧 5、拉长电弧并增大断路器触头的分离速度 6、高压断路器选择 1）断路器的种类和形式的选择 按灭弧介质和灭弧方式分为：多油、少油、压缩空气、SF6、真空 操动机构：断路器进行合闸、分闸操作，并保持在合闸状态，这些任务全靠操动机构完成。操动系统的动作过程，实际上是使操动元件（如合闸元件或分闸元件）获得动能，再通过拐臂和连杆机构，将动能传到触头，去实现合闸或分闸，操动系统中独立于断路器本体的那一部分，称为操动机构。其它作为传递动力的部分，称传动机构。包括：手动机构、电磁机构、气动机构、弹簧机构、液压机构 2）额定电压选择 UN ≥ UNS 3）额定电流选择 IN ≥ Imax 4）开断电流选择 ---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，不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量Ipt INbr ≥ Ipt 当INbr 比系统短路电流大很多时， INbr ≥ I” 5）短路关合电流的选择 断路器合闸前，线路有短路故障，断路器在合闸过程中，动、静触头在未接触时，产生电弧，有短路电流流过，容易使触头熔焊和受到电动力破坏。且断路器在关合短路电流时，接通后又跳闸，此时还要能够切除短路电流。为保证断路器在关合短路时的安全，其额定关合电流INcl 不应小于短路电流最大冲击值ish ， INcl ≥ ish 6）热稳定校验 7）动稳定校验 8）操作时间 二、隔离开关的选择 1、隔离开关的主要用途 隔离电压 倒闸操作 分合小电流 ： 分、合避雷器、电压互感器和空载母线 分、合励磁电流不超过2A的空载变压器