变电站一次电气设备原理介绍ppt

t
a)熄灭
b)重燃
四、交流电弧的灭弧方法
• 1、提高触头的分闸进度
——迅速拉长电弧，E↓，冷却与扩散↑
• 2、采用多断口灭弧——拉长迅速↑，行程↓， 灭
弧时间↓提高了灭弧能力
• 3、吹弧——加强冷却和扩散
横吹——将电弧吹弯吹长 纵吹——将电弧吹细
4、利用固体介质的狭缝狭沟灭弧
——冷却， 表面吸附电子，加强复合。 如：介质纵缝灭弧罩
③气体介质的压力：真空度F↓→自由行程缩短→离子浓度↑→复合↑
真空中电子数目少→磁撞游离↓→扩散↑
④介质特性：包括气体的介电强度、导热系数、热容量、电负荷
⑤电极材料：铜、银、铜钨、银钨合金
具有熔点高、导热能力强、热容量大的特点，可减少热电子发射和弧 柱中的金属蒸气。
3.1.2 交流电弧的特性及熄灭
第三章 主要电气一次设备原理
发电厂变电站的主要电气设备有： 高压开关电器、互感器 限流限压设备、导体等
3-1 电弧的基本理论
教学内容
• 掌握电弧的形成及熄灭条件 • 熟悉电弧形成的物理过程、特性 • 掌握交流电弧的特性及熄灭条件 • 掌握开关电器常用的熄弧方法
3.1.1 电弧的形成和熄灭
一、概述
• 3—2 交流电弧电流有何特点？什么叫介质强度 恢复过程？什么叫电压恢复过程？熄灭交流电 弧的条件是什么？
3.2 高压开关电器
开关电器的分类 • 高压开关 、低压开关 • 户内 、户外 • 既能开断正常工作电流又能开断故障电流——断路器
只开断电压——隔离开关类 能开断正常工作电流和过电流——负荷开关类 只能开断故障电流——熔断器
④电弧是一束游离的气体，质量极轻，极易变 形。电弧在气体或液体的流动作用下或电动 力作用下，能迅速移动、伸长或弯曲。
二、电弧的形成和维持
• 1、带电质点的来源
①电极发射自由电子： 热电子发射——触头分离
热 发射电子 强电场发射——触头分离
拉出 发射电子
接触电阻加大 表面发 电场强度加大 电场力
②弧柱区的气体游离，碰撞游离+热游离 产生大量的电子和离子
1万kW以上 ②电弧由阴级区，阳极区和弧柱区组成。
弧柱区温度最高，可达6~7k度到1万度以上在弧柱周 围温度较低，亮度明显减弱的部分叫弧焰，电流几乎都从 弧柱内部流过。
阴极区
阳极区
弧柱
③电弧的气体放电是自持放电，维持电弧燃烧的 电压很低。在大气中，1cm长的直流电弧的 弧柱电压仅15~30V，在变压器油中1cm长的 直流电弧的弧柱电压仅100~220V。
介质填料灭弧管
5、利用短弧原理灭弧
交流电路：电流自然过零时，每一短弧有 150~250V电压。
6、磁吹——利用电磁力驱动和拉长电弧至 固体介质灭弧罩或金属栅灭弧罩中
7、高压气体介质灭弧 ——碰撞游离↓，复合↑
8、真空灭弧 ——碰撞游离↓，热游离↓，扩散↑
习题及思考题
• 3—1 何为电弧？简述断路器触头开断时断口电 弧的形成过程及由此而确定的基本灭弧方法。
3.2.1 高压断路器
一、高压断路器 １.高压断路器的功能
正常工作时开断与闭合电路 配合继电保护装置，自动开断电网中的短 路故障 在跳闸后能够自动重合闸。 ２.高压断路器种类 油断路器 压缩空气断路器 SF６断路器 真空断路器
工程图中符号
少油式断路器
具有用油量少、体积小、结构简单、节省钢材、防火防爆的特 点，但检修周期短，在户外使用时，受大气条件影响大，而且配 套 性差。
1、电弧——一种游离的气体放电现象 开关电器开断电路时，触头间产生耀眼的白光。 物质第四种存在形式： 固态、液态、气态、等离子态 △电弧的存在代表了电流流通到截止的中间过程， 只有当电弧熄灭，触头间隙成为绝缘介质时， 电路才算断开。
2、电弧的特征
①电弧的能量集中，温度极高，亮度很强 例：10kV断路器（QF）断开20kA的电流，电弧功率达到
以SN10-10I型为例：
组成： 导电回路——上出线座→静触头座→瓣形触头→ 动触头→导电杆→动触头→下出线座 灭弧系统——纵横吹灭弧室（纵横油气吹+机械油吹）
逆止阀：电弧形成后分解油，逆止阀钢球上推堵住回油孔， 形成密闭燃弧，使内腔压力升高
油气分离器：a.避免灭弧室完全封死，压力过高 b.避免直接将炽热的带有大量电子和离子的油气混合 物排出箱外，引起自燃和设备绝缘闪络。
• 2、电弧的形成和维持
热电子发射 加 速磁撞游离温度 热游离电弧 强电场发射
三、电弧的熄灭
• 关键是加强去游离作用 去游离——由于复合和扩散使带电质子减少的过程 介质的游离作用→电弧产生 介质的去游离作用→电弧熄灭
• 当 游离>去游离——电弧电流↑ 当 游离=去游离——电弧电流不变（稳定燃烧） 当 游离<去游离——电弧电流↓→（熄灭）
二、交流电弧的熄灭
1、弧隙中介质强度的恢复过程U d
• Ud ——弧隙介质能够承受而不致使弧隙击穿的最小电压
• 过程：电流过零前，θ很高，Rn很小，弧隙为良导电通道
电流过零前后，θ ↓，Rn↑具有一定抗电强度
电流过零后，U
阴极效应。
d恢复不是从零开始,而是有一个起始电压。这种现象称为交流电路的近
电流极性改变后的0.1~1.0秒瞬间, 有 Ud=150~250V的起始介质强度
2、弧隙电压的恢复过程Ur
Ur——电压由熄弧电压恢复到外电源电压的过程。 过程
1、电流过零前，电弧电阻很小，电源电压大部分降落 在线路或负载的阻抗上。
2、电流过零时，电弧熄灭，最后变为绝缘介质，电源 电压全部加在弧隙上。
3、交流电弧的熄灭条件：
Ur Ud
u
u
UUjd
a
UUdj
UUnfr
Ur
0
t0
一、交流电弧特性
1、动态状安特性曲线： 电弧电压（Ua ）和电 流随时间不断变化，每一周期，电流过零2次
UUha
A B
Ua—马鞍形状 A—燃弧电压ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
B—熄t 弧电压
B
A
2、热惯性：电弧温度的变化滞后于电流的变化
A>B
电弧在自然过零时将自动熄灭，但下半周期 随着电压的升高，电弧会重燃。
若电流过零时，电弧不再重燃，电弧就此熄 灭。
• 去游离方式有2种： 复合：正负离子相互吸引，彼此中和 扩散：弧柱中的带电质点由于热运动逸出弧柱外 浓度扩散 温度扩散
四、影响游离和去游离的因素
①电弧温度： 热游离↓→Q↓
速度↓→复合加强→Q↓ 使温度降低的方法有：吹弧、拉长电弧、或与冷却介质表面接触。
②电场强度：E↓ →运动速度↓→复合↑ →Q↓→热游离↓