大学课件发电厂电气高压断路器和隔离开关.ppt
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1、6.2 高压断路器和隔离开关的高压断路器和隔离开关的原理与选择原理与选择引言引言仅用来在正常情况下,断开或闭合正常工作电流的开关电器,如高压负荷开关、低压闸刀开关、接触器等。仅用来断开故障情况下的过负荷电流或短路电流的开关电器,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的开关电器,如高压断路器、低压自动空气断路器等。不要求断开或闭合电流,只用来在检修时隔离电压的开关电器,如隔离开关等。1.开关电器的类型开关电器的类型引言引言2.断路器的作用断路器的作用n在正常情况下,控制各种电力线路和设备的开断和关合。n在电力系统发生故障时,自动地切除电力系统的短路电
2、流,以保证电力系统的正常运行。引言引言引言引言引言引言一、电弧的形成与熄灭一、电弧的形成与熄灭n用开关电器切断通有电流的电路时,只要电源电压大于1020V,电流大于80100mA,在开关电器的动、静触头分离瞬间,触头间就会出现电弧。n此时,触头虽已分开,但电路中的电流还在继续流通。只有电弧熄灭,电路才被真正断开。n电弧之所以能形成导电通道,是因为电弧柱中了出现大量自由电子的缘故。一、电弧的形成与熄灭一、电弧的形成与熄灭1. 电弧的产生、维持与熄灭电弧的产生、维持与熄灭电弧的产生n强电场发射:动静触头分离初始瞬间,触头距离很小,出现强电场,阴极表面的自由电子在电场力的作用下被强行从金属表面拉出,
3、形成强电场发射。 n碰撞游离从触头表面拉出的自由电子在强电场的作用下加速,以极高的速度向阳极运动,沿途撞击介质中的分子或原子,使之游离出自由电子,进而产生连锁式碰撞,使间隙中的自由电子迅速增加,这一过程称为碰撞游离,由此形成电弧。d(-)动触头(+)静触头1. 电弧的产生、维持与熄灭电弧的产生、维持与熄灭n热发射和热游离电弧形成后,断口由开断初始瞬间的不导电变为导电状态,因此,原来施加于断口的电压迅速下降,不能再靠强电场发射和碰撞游离来维持电弧的燃烧。当切断的电流很大时,会在极短的时间内向断口注入大量的能量,导致触头和间隙的温度迅速升高,触头依靠高温而发射电子,称为热发射。高温下的中性分子具有
4、很高的运动速度,足以在彼此碰撞时游离出大量的自由电子,此过程称为热游离。 1. 电弧的产生、维持与熄灭电弧的产生、维持与熄灭n热发射和热游离一般气体开始发生热游离的温度为900010000;金属蒸气的热游离温度约为40005000。因为开关电气设备的电弧中总有一些金属蒸气,而弧心温度总大于40005000,所以,热游离的强度足可维持电弧的燃烧。因此,大电流产生的高温是维持电弧燃烧的主要因素。1. 电弧的产生、维持与熄灭电弧的产生、维持与熄灭n电弧的稳定燃烧在游离的同时,间隙中存在着自由电子和正离子相结合还原为中性分子和原子的过程,这一现象称为复合。由于电弧温度很高,电弧中的热量向周围介质传递,
5、并有电弧中的部分介质向周围运动而降低弧道中自由电子的密度,这一现象称为扩散。复合和扩散是去游离的过程。n若游离过程大于去游离过程,则电弧继续燃烧;若去游离过程大于游离过程,则电弧逐渐熄灭。2. 交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭n电弧温度随时间变化n电弧电流数值随时间变动,电弧的功率也随电弧电流变动。电弧功率增大时,电弧的温度增加;反过来,当电弧功率减小时,电弧的温度降低。n电弧有热惯性n电弧的温度跟不上电流的变化,存在一个滞后过程。n交流电弧每半周自动熄灭一次n随着交流电流的周期性变化,电弧电流也将每隔半周过零一次。在电弧电流自然过零前后,电源向弧隙输送的能量较少,电弧温度和热游离下降,而去游离作
6、用继续进行,电弧将自然熄灭。(0) 交流电弧的特性交流电弧的特性2. 交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭n在交流电流过零时,电弧将自动熄灭,但不等于最终熄灭。(1) 交流电弧的熄灭条件交流电弧的熄灭条件电弧电压中间大部分平坦,只有在电流靠近零点,电弧电压升高,呈现为电弧尖峰。图中A点是电弧产生时的电压,称为燃弧电压,而B点是电弧熄灭时的电压,称为熄弧电压。显然,由于介质的热惯性,燃弧电压必然大于熄弧电压。2. 交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭n在交流电弧自动熄灭后,弧隙中存在着两个恢复过程:n弧隙介质强度恢复过程n弧隙电压恢复过程(1) 交流电弧的熄灭条件交流电弧的熄灭条件2. 交流电弧的熄灭交流电弧的
7、熄灭1) 弧隙介质强度恢复过程可见,真空断路器和 SF6 断路器灭弧性能较好。n含义:弧隙中介质强度恢复到绝缘的正常状态的过程。以能耐受的电压ud(t)表示。n影响因素:主要是断路器灭弧装置的结构和灭弧介质的性质。ud0t油空气SF6真空(1) 交流电弧的熄灭条件交流电弧的熄灭条件2. 交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭n近阴极效应1) 弧隙介质强度恢复过程ud0t油空气SF6真空(1) 交流电弧的熄灭条件交流电弧的熄灭条件(+)(-)+ - + - +- + - + -+ - + - +- + - + -(-)(+)+ + - - + + - - -+ + - - + + - - -2. 交流电弧
8、的熄灭交流电弧的熄灭2) 弧隙电压恢复过程n含义:弧隙电压由熄弧电压逐渐恢复到电源电压的过程。以ur(t)表示。n影响因素:线路参数、负荷性质等。ur0tusrutrutrusr瞬态恢复电压工频恢复电压对不同的线路参数,弧隙电压恢复过程可能是周期性的变化过程或非周期性的变化过程。(1) 交流电弧的熄灭条件交流电弧的熄灭条件2. 交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭n综上所述,在电弧自然熄灭后,弧隙中同时存在着两个恢复过程,即弧隙电压恢复过程 ur(t)和介质强度恢复过程 ud(t) 。 ur0tusrutr可见,断路器开断交流电路时,熄灭电弧的条件应为n如果弧隙电压高于介质强度耐受电压,则弧隙就被击穿
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