第一章15发电厂变电所电气设备

近阴极效应对低压短弧的熄灭具有重要意义.
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1.5.1近阴极效应图
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1.5.1低压开关中采用灭弧栅装置
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1.5.1利用固体介质的狭缝灭弧
狭缝灭弧装置，由石棉水泥或陶土材料压制成 的灭弧罩和磁吹装置构成。
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1.5.2高压断路器
高压断路器的用途
控制作用：根据电网运行的需要，将部分电气设 备或线路投入或退出运行；
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1.5.3隔离开关
右图所示为110KV
GW 411型0户内隔
离开关的一极（相）。 它由底座、绝缘支柱 及导电部分的触头、 闸刀组成。
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1.5.3隔离开关
2.隔离开关的典型结构 1）户内隔离开关
2）户外隔离开关
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1.5.4高压负荷开关
一、负荷开关的用途
负荷开关主要作用是用于配电系统中 关合、开断正常条件下的电流，通过规定 的异常电流。但不能作为弧的维持与平衡
高温下形成气体热游离，热游离维持电弧稳定燃烧，由 于同时存在着与游离相反的去游离（复合与扩散）过程， 最终达到平衡状态。
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1.5.1电弧的危害和特点
电弧本质上是一种气体放电现象。 电弧燃烧时，产生很高的高温，中心区温度可达到
10000K以上，表面温度也有4000K；同时发出强烈的 白光，故称弧光放电为电弧 电弧的高温，可能烧坏电器触头和触头周围的其他部 件。如果电弧较长时间不能熄灭，将会引起电器被烧 毁甚至有爆炸的可能，危及电力系统的安全运行，造 成人员的伤亡和财产的重大损失。 由于电弧是一种气体导电现象，所以在开关电器中， 即使电器触头已经分开，但是在触头间只要有电弧的 存在，电路就没有断开，回路电流仍然存在。
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1.5.3隔离开关
隔离开关没有灭弧装置，只用来关合和开断有 电压无负荷的线路，不能断开负荷电流和短路电流. 一、隔离开关的用途与要求 1.隔离开关用途
a)将停役电气设备与电网隔离，形成电气设备检 修断口，建立可靠的绝缘回路。
b)根据运行需要换接线路以及开断和关合一定长 度线路的交流电流和一定容量的空载变压器的励磁 电流.
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1.5.4高压负荷开关
压气式高压负荷开关特点：
1）三相可自动脱扣； 2）无六氟化硫泄漏 ； 3） 采用压气灭弧，稳定可靠； 4）体积小，便于安装； 5）构成简单，便于接线； 6）价廉、维护简单、更换方便。
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1.5.4高压负荷开关
3.真空负荷开关
采用真空开关管的灭弧优点以及相应 的操作机构，结构简单，适用于电流小、 动作频繁的场合，有户内型和户外柱上型 两种。
通常，断路器与负荷开关的使用率为 1：5~6。
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1.5.4高压负荷开关
二、负荷开关的类型
1.按结构分： 油负荷开关、真空负荷开关、 六氟化硫负荷开关、产气式负荷开关和压气式 负荷开关。
2.按操作方式分： 手动操作和电动操作负荷 开关。
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1.5.4高压负荷开关
几种常用负荷开关：
1.产气式负荷开关
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1.5.1电弧的熄灭条件
去游离过程是指自由电子和正离子相互吸引而中 和的过程。
去游离的主要方式是复合与扩散。
异性带电质点相遇，电荷中和成为中性质点的现象称为复合； 扩散是指电弧中的自由电子和正离子散溢到电弧外面，并与
周围未被游离的冷介质相混合的过程。
电弧的熄灭条件：去游离的作用大于游离。
在交流电弧的灭弧中，应充分利用交流电流的 自然过零点，采取有效的措施，加大弧隙间去 游离的强度，使电弧不再重燃，最终熄灭。
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1.5.1开关电器中熄灭交流电弧的基本方法
吹弧
利用灭弧介质(如气体、油等)在灭弧室中吹动电弧 吹弧有纵吹和横吹两种方式
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1.5.1开关电器中熄灭交流电弧的基本方法
采用多断口
真空断路器
利用真空的高介质强度来灭弧
六氟化硫(SF6)断路器
利用具有优异的绝缘性能和灭弧性能的六氟化硫气体作为 灭弧介质和绝缘介质,可发展成六氟化硫组合电器。
其安装地点的不同，分为户内式和户外式.
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1.5.2高压断路器的技术参数
额定电压：断路器长时间运行能承受的正常工 作电压。
最高工作电压 220kV及以下：1.15倍额定电压 330kV以上：1.1倍额定电压
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1.5.5高压熔断器
2.限流式熔断器
工作原理： 当通过熔丝的短路电流很大时，被石英砂包
保护作用：在电气设备或电力线路发生故障时， 继电保护自动装置发出跳闸信号，启动断路器， 将故障部分设备或线路从电网中迅速切除，确保 电网中无故障部分的正常运行。
断路器在正常工作时接通和切断负荷电流，短 路时切断短路电流.
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1.5.2高压断路器的基本要求
工作可靠性 应具有足够的断路能力，并保证具有足够
合闸时间
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1.5.2
分闸时间
从发出分闸命令(分闸线圈通电)起至断路器开断至三 相电弧完全熄灭时所经过的时间。
分为断路器固有分闸时间和电弧熄灭时间。一般为 0.06~0.12s。
分闸时间小于0.06s的断路器，称为快速断路器 固有分闸时间：发出分闸命令起到灭弧触头刚刚分
离时所经过的时间 灭弧时间：触头分离到各相电弧完全熄灭所经过的
主要特点：无明显电弧、可靠性好， 体积小，可用于各种成套配电装置。
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1.5.4高压负荷开关
4. SF 6 负荷开关
SF 6负荷开关适用于10KV户外安装， 用于关合负荷电流及额定短路电流，一 般作为分段开关或分支线的配电开关。
开断能力是油开关的2~4倍，单位开 断容量的重量为油开关的1/8。
主要优点：无老化现象，燃弧时间 短，触头烧损轻，无爆炸、燃烧的可能。
如果去游离的强度大于游离的强度，弧隙中导电质点的数目 减少，电导下降，电弧越来越弱，弧温下降，使热游离下降 或停止，最终导致电弧熄灭。
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1.5.1交流电弧的熄灭
交流电弧电流每半个周期(0．01s)均通过一次 自然过零值，这有利于交流电弧的熄灭(直流电 弧相对困难些)。
电弧中的发热过程和电弧与周围介质间的热交 换过程，对电弧的持续燃烧或熄灭起着重要的 作用。
时间 从发出合闸命令(合闸线圈通电)起至断路器接通时为
止所经过的时间
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1.5.2高压断路器型号
第一单元产品名称：S--少油断路器、D--多油断路器、K--空 气断路器、L—六氟化硫断路器、Z--真空断路器、Q—产 气断路器、C--磁吹断路器。
例如：型号为SN4-20G／8000-3000的断路器，其含义表示 为：少油断路器、户内式、设计序号4，额定电压20kV、 改进型，额定电流为8000A，额定断流容量3000MVA。
1.5发电厂、变电所电气设备
信电学院电气系 2021/3/4
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1.5发电厂、变电所电气设备
发电厂：生产电能的场所 变电所：分配电能的场所 设备需求：
发电机、变压器 开关设备
断路器、隔离开关、接地开关、负荷开关、熔断器 保护设备
熔断器、避雷器、电抗器等 测量设备
电流互感器、电压互感器
的热稳定和动稳定 具有尽可能短的切断时间 实现自动重合闸 结构简单、价格低廉
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1.5.2高压断路器的分类
油断路器：采用变压器油作灭弧介质
多油断路器：油除了作灭弧介质和触头开断后绝缘外，还 作为带电部分对地绝缘
少油断路器：油只作灭弧介质和触头间的绝缘
压缩空气断路器(简称空气断路器)
利用压缩空气作为灭弧介质触头开断后的绝缘介质，带电 部分对地绝缘采用瓷件或其他介质。
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1.5.1多断口的电压分布
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1.5.1近阴极效应的应用
电流接近零值时，电弧温度下降，热游离强度降低，但弧 隙空间仍有较多的电子和正离子存在。在电流过零后，触 头的电极极性已经改变，在电场的作用下，自由电子快速 地向新阳极运动，而为电子质量1000多倍的正离子则基 本未动，于是在阴极附近形成了正空间电荷层，同阴极之 间形成一个绝缘层，它能耐受150～250V的电压，称为起 始介质强度。此介质强度的大小与电极状态和材料有关， 在冷阴极情况下可达到250V。弧隙中近阴极层以外的空 间仍被正负离子所充满，电位变化不大.
产气式负荷开关采用了相应的产气型 绝缘材料，在电路电弧开断时，产气材 料产生气压，以一定方向吹动电弧，使 其拉长熄灭，从而起灭弧作用。
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1.5.4高压负荷开关
2.压气式高压负荷开关
压气式高压负荷开关为框架式结构， 三相回路部件由六只环氧树脂支件固定， 动触杆上下运动时在空腔内的活塞形成 压气，由顶部的耐弧塑料喷口喷出，吹 动电弧，使之熄灭。
额定电流：在额定容量下允许长期通过的工作 电流
额定开断电流
：在额定电压下，断路器能可靠切断的最大电流。表明断 路器的断路能力。当电压不等于额定电压时，断路器能可 靠切断的最大电流，称为该电压下的开断电流。当电压低 于额定电压时，开断电流比额定开断电流有所增大，但有 一最大值，并称其为极限开断电流。
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1.5发电厂、变电所电气设备
开关电弧理论 断路器 隔离开关 负荷开关 熔断器 仪用互感器 避雷器
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1.5.1电弧的产生和熄灭
电弧的产生和熄灭过程，实际上是介质由绝缘变为 导通和由导通又变为截止的过程。
触头开断初瞬间，强场发射生成自由电子； 触头间接触面积减少，电阻增大，导致热电发射； 碰撞游离形成电弧
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1.5.3隔离开关
二、隔离开关的典型结构 1.隔离开关的分类
按安装地点：户内（GN），户外（GW）。 按绝缘子数目：单柱式，双柱式和三柱式。 按刀闸运行方式：水平旋转式、垂直旋转式。 按有无接地闸刀：带接地刀闸和不带接地刀闸。
摆动式和插入式。
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1.5.3隔离开关
右图为10KV