电气设备原理

电的产生
电的产生
火电厂生产过程
坝式水力发电厂生产过程
电的产生
电的产生
风 力 发 电 原 理 示 意 图
工业发电
创造剩余价值 电力部门是企业 企业的目的是追逐利益最大化 服务社会、民生
电力的传输
电力传输的必要性 电力系统的特点 电力传输的安全性 电力传输的可靠性
电力系统的组成
在弧隙电阻上形成电压降，同时由于电流 的突变，电感Ｌ上产生感应电压
当电弧稳定燃烧时，电感Ｌ上的电压＝０
直流电弧开断特性
电路参数对于熄灭直流电弧的影响
影响直流电弧熄灭的因素
电源电压 电路电阻 燃弧电压 电感Ｌ
交流电弧的熄灭
在交流电路中，当 开断短路故障电流或正 常负荷电流时，都会产 生电弧 。
断路器产品型号
产品名称 安装场所 设计系列序号
（1）产品名称：用下列字母标示：
额定开断电流 额定电流 补充工作特性 额定电压
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；C—磁吹断路器。
（2）安装场所，用下列字母表示：N—户内式；W—户外式。
（3）设计系列序号，用数字表示。
产生电弧 能量最终以热量的形式散发出
去 弧隙温度可高达上万摄氏度 电力开关必须具有熄灭电弧的
装置
电弧现象
电弧是一种等离子体，质量极小 很小的力就会使电弧的形状发生改变 可利用电弧的这个特点快速熄弧，
预防电弧的不利影响及破坏
灭弧室内气体或液体的自然或强制流动 电弧本身产生的电磁力都极易使电弧改变形状
电气&电器
电气是以电能、电气设备和电气技术为手 段来创造、维持与改善限定空间和环境的 一门科学
电器是实物词,指有型器物 按工作电压高低分高压电器和低压电器； 按动作方式分自动切换电器和非自动切换 电器； 按执行功能分触点电器和无触点电器。
几个问题
电是怎么产生的？ 为什么要工业发电？ 电力是如何从电源输送到用户的？ 电力系统由什么组成？ 电力系统中会用到那些电气设备？
动力系统 电力系统 电力网
电气设备
一次设备：直接参与电能的生产及输送
生产及转换电能的设备
发电机、电动机、变压器……
接通、开断电路的开关设备
断路器、隔离开关、熔断器……
……
二次设备：对一次设备的运行状况进行检 测、保护及控制
1.1 电力开关的开断及电弧现象
电弧现象
电弧是一种自持气体放电现象 高压电路触头分断后，往往会
弧隙介质强度的恢复过程 弧隙电压的恢复过程 弧隙介质强度的恢复过程和弧隙电压的恢
复过程是同时进行的 电弧熄灭的条件为：Utr(t) <Uｄ(t)
增强交流电弧熄灭常用的方法
用液体或气体吹弧 采用多断口灭弧 快速拉长电弧 将长电弧分成几段短电弧 用特殊金属材料作触头
1.2 高压断路器
带电粒子的复合
正离子和负离子或电子相遇，发生电荷的传递而互 相中和 ，还原为分子
电弧的稳定燃烧
当电离与去电离达
到平衡时，电弧即进入 -
+
稳定燃烧状态 。
电弧可看成是由阴 极区、弧柱区及阳极区 三部分组成，各部分的 电位有很大的差别 。
阴极区
弧柱
阳极区
电弧形成后的主要特征
电弧温度高。弧柱中心区温度可达10000℃ 左 右 ， 电 弧 表 面 温 度 也 会 达 到 3000 ～ 4000℃。
交流电弧电流的波 形基本是正弦波，弧隙 电压为电弧电流与弧隙 电阻的乘积，呈马鞍形。
交流电弧的熄灭
交流电弧电流每半周 期会自然过零一次。
在电弧电流过零瞬间， 弧隙立即呈现约为 150 ~ 250V的起始介 质强度 ，这种现象称 为近阴极效应。
交流电弧的熄灭
强迫熄弧 截流开断 过零熄弧
交流电弧的熄灭过程
按电流性质可分为交流、直流两大类 按安装地点可分为户内、户外两大类 按安装方式可分为落地式、支持式及悬臂式 较常用的按灭弧介质来划分
油断路器、压缩空气断路器、真空断路器、 六氟化硫断路器
油断路器
多油断路器
油既作灭弧介质和动、静触头的绝缘介质，又 作带电导体对地(外壳)的绝缘介质
用油量很多，钢材耗量大，体积庞大
电 弧 弧 柱 区 电 场 强 度 低 。 一 般 仅 为 10 ～ 200V/cm。
电弧电流密度大，电流密度可达10000A/m2。
直流电弧的熄灭
用一电 阻、电感串 联的等效电 路来说明直 流电弧的熄 灭过程
直流电弧的熄灭
正常运行，电路中开关Ｓ在闭合状态时 开关S打开时，触头间产生电弧，电弧电流
（4）额定电压，kV。
（5）补充工作特性，用字母表示：G—改进型；F—分相操作。
（6）额定电流，A。
（7）额定开断电流，kA。
1.2.2 高压断路器的基本结构
电路通断元件 中间传动机构 绝缘支撑元件 基座 操动机构
电路通断元件
中
绝 间缘
支 传撑
元 动件
操
机
动
构
少油断路器
油只用来作为熄灭电弧和触头断口间的绝缘介 质，不用做对地绝缘。
压缩空气断路器
以压缩空气作为灭弧介质和触头断开后 弧隙绝缘介质，并兼作操动机构的能源。
性能稳定、开断能力大、动作迅速、燃弧时间短、 几乎不受开断电流的影响、触头燃损轻、检修周 期长、无火灾危险、体积和重量较小。
结构比较复杂，工艺要求高，有色金属消耗量较 大，需要一套压缩空气装置(包括空气压缩机、贮 气简、管道等)作为气源，增加了投资、运行和维 护工作量。
电弧的产生与熄灭
自由电子的产生 自由电子的消失 直流电弧及其熄灭 交流电弧及其熄灭 增强交流电弧熄灭常用的方法
自由电子的产生
自由电子从触头金属表面逸出
表面电离 热发射
触头中间的气体分离出自由电子
碰撞电离 热电离
自由电子的消失
去电离过程
带电粒子的扩散
带电粒子由浓度高的区域向浓度低的区域移动
高压断路器的作用
控制作用
根据电网运行需要，用高压断路器把一部分 电力设备或线路投入或退出运行。
保护பைடு நூலகம்用
高压断路器还可以在电力线路或设备发生故 障时将故障部分从电网快速切除，保证电网中的 无故障部分正常运行。
对高压断路器的要求
具有完善的灭弧装置 一般都设有专门的灭弧室 具有快速的传动机构
1.2.1 高压断路器的种类