断路器开断过程知识分享

三、断路器开断单相短路
断路器开断单相短路比开断三相短路的第一相容易。 因为单相短路开断时的恢复电压较小（为相电压），一 般认为，断路器开断单相短路的能力比三相大15%。 在中性点直接接地的电力系统中，单相短路电流 可能大于三相短路电流。所以，选用断路器要验算能 否开断同一地点的单相短路故障（断路器的额定开断 电流乘1.15）。 四、中性点直接接地的恢复电压： 三相短路先开断相：1.3Uxg 两相短路：1.25Uxg 单相短路先开断相：1.0Uxg
第四节
一、 近区故障短路
近区故障短路
距离断路器安装地点几公里处发生的短路 故障称近区短路故障。
一般认为，断路器能可靠开断出口短路故 障，就必然能开断近区短路故障。其实不然， 运行经验也充分证实了这一点。 这是因为：虽然近区短路故障的短路电流 比出口短路电流小，可是开断近区短路故障时， 断路器的恢复电压起始部分上升速率却大得多。 恢复电压很快超过介质强度，发生重燃因而不 能熄弧。
R
u
uA
电压恢复速率为： dUhf/dt= 2πf Um cos ωt 恢复电压速率较低电弧容易熄灭。
uA ：电弧电压
i
t
断路器的开断过程如下：
u i
uA
u i
t1
t3
t
t2
t4
t1：断路器开断电路，触头电压按马鞍形的电弧
电压变化。
t2：电弧电流第一次过零，电弧自然熄灭。
t3：弧隙介质强度恢复值较低，电弧重燃。 t4：电弧电流第二次过零时，触头开距加大，介 质 强度恢复也大，电弧熄灭。
uhf
TA
2UBm
TB /2
t
开断近区故障的主要困难就在这里。
本节小结：
S较小时（ s1 ）：恢复 电压uhf1上升很快，但幅值较 小，不易再击穿，能够灭弧。 S很大时（ s3 ）：恢复 电压uhf3上升很慢，虽然幅值 很大，也易不引起再击穿，也 能够灭弧。
uj
s1 （小）
uhf1
t
uj
s2 （中）
第二节 电阻、电容和电感电路的开断
一、开断电阻性电路
断路器切断电阻性电路时，由 于电流与电压是同相位的，在电流 过零时，电弧自然熄灭。 触头间恢复电压与电源电压同相， 恢复电压跟随电源电压增大，当ωt= π/2，即t=0.005s时，恢复电压的最 u 大值： i Uhf.m= Um
u=UmSinωt
三、空载开断过程
当断路器开断空载电 流 i 时，电弧在工频零点 t1时熄灭，此时 uc 恰好为 最大值 - Um 。 电弧熄灭后，C上的电 荷无处流动，保持为-Um ， 而电源电压 u 仍然按正弦 规律变化，经过半波后，在 t2时， u 达到Um 。此时触 头间的恢复电压：
uB
f2 =1/ 4 √ L2 C2 =1/ 4 √ L0 C0×1/S
UBm
左侧电路中，A点的电压u 也要按振荡形式发生变化：
u A= uxg– (Uxg.m –UAm ) cos 2 π f1 t
A
t
TB uA Uxg.m
UAm
TA
其频率为：
f1 =1/ 2 π √ L1 C1
t
通常情况下， f2比f1大得多，即f2 ＞＞f1 。 断路器触头间的恢复电压为： uhf= uA - uB 从图可知， 近区故障时的恢 复电压起始部分 上升很快，在半 个周期内达到第 一个峰值2UBm ， 很容易超过断口 的介质强度Uj ， 产生再击穿。
F
C
Z
uhf
i t2
Uhf.m
uA
t
电感性电路的电弧是不易熄灭的。
t1
u
t3
电阻、电容、电感电路开断时恢复电压比较 电阻电路
uh 恢复 电压 波形 最大 值
出现 时间 恢复 速率
f U
m
电容电路
uh
f
电感电路
uh
f 2U
m
2Um
t
t=0.005s t=0.01s
t
t=1/2f0
t 2Um 实际 （1.3-1.6）
DL L2
对于大电力系统，因 L1和L2都很小，电流IS很大。 联络断路器必须能切断这 样大的电流。并且断路器 跳闸后触头两端的恢复电 压UAB也很大，比开断一般 短路故障严重的多。
F1
IS C1
C2
F2
所以，110KV以上断路器要进行反相开断试验。 规定工频恢复电压为两倍相电压，开断电流为额定 开断电流的25%。
X1
IS
X2
两个系统完全失步时，U1和U2的电压相位可能达 到反相，联络线上出现振荡电流。此时断路器的开断 过程称反相开断。 二、反相开断的特点 失步时，若相位差为180度，则联络断路器触 头两端电压差为： U = 2 U
AB 1
被联络断路器切断的电流为：
IS = 2U1 / ω（ L1 + L2 ） L1
二、近区短路故障的恢复电压
1、在S公里处的短路电流
Id = Uxg / ω(L1 + L2) DL S
= Uxg / ω(L1 +L0 S)
L1：电源的电感 C1：电源对地电容 L2：线路的电感 C2：线路对地电容 L0 ：线路每公里电抗
Id
L1 A B L2
uhf
Uxg uA C1 C2 uB I d
Ù B O’ = jxL ÍBC = jxL ÚBC /2 jxL =ÚBC /2 ÚAB ÚA ÙA’ O’ 0.5ÚBC = Ù B O’ ÚBC
ÚC
ÍBC
ÚB
Ú gh.A = ÚAB + ÚBC /2 由图可得：Ú gh.A = ÚAB + ÚBC /2=1.5ÚA
可见，第一相断开后，工频恢复电压为相电压的1.5倍。
触头间电弧未熄灭时，A、B两点的电压相等的， 其幅值：
UAm = UBm =√2 Id ωL2
= L0 S Uxg.m / (L1 + L0 S)
可见，短路点愈远则电压愈大。
当短路电流过零时，电弧熄灭，此时电路被分成 相互独立的两部分。 在右侧部分中，电弧 熄灭时， C2上的电压为UBm 电弧熄灭后， UBm要在L2和 u xg C2串联回路中放电，B点电 压依下式变化：
二、开断电容性电路
断路器切断电容性电路时， 电流超前于电压90度。
t1时：断路器开断，触头间产生 电弧，触头两端的电弧电压为uA。 t2时：电弧电流第一次过零时， 电弧暂时自然熄灭。 u=UmSinωt uc C
此时，电容器上的电 荷因电路已经切断而不能 释放，电压保持着- Um 。 以t2计算，电源电压的 表达式为：
第七节
断路器开断空载长线
一、开断空载长线
在图示双电源线路， 无论谁先开断，后开断的 即构成切断健全的空载线 路。
DL1
X1
DL2
X2
由于开断空载长线触头间易多次重燃，产生 很高的过电压，对输电线路和断路器本身的绝缘 都是很严重的威胁，所以高压断路器必须进行此 项开断试验，给出“空载线开断电流”额定值。
Um
2Um
t=0.005s
低 容易
t=0.01s
低 容易，但重燃时 会出现过电压
t=1/2f0
高
灭弧 难易
不易
第三节 断路器开断不同形式的短路
一、断路器开断三相短路 断路器切断短路电流 时，三相每对触头间都出 现电弧，但各相短路电流 不会同时过零，因此三相 电弧也不能同时熄灭。
Ú
A
A
xL ÚAB
A’ O ’
2、被开断电路的性质。被开断的可能是短 路电流，也可能是负荷电流；可能是空载变压 器的励磁电流，也可能是空载长线的电容电流。 被开断的电路的性质不同，恢复电压的变化规 律不同。 3、发生短路故障的地点和短路种类。 二、电力系统中，断路器的开断情况：
1、切除线路出口短路故障，即紧靠断路 器出口的短路故障。
高压断路器的开断过程
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纲
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 概述
要
电阻、电容、电感电路的开断 断路器开断不同形式的短路 近区短路故障 反向开断
第六节
第七节
并联开断
断路器开断空载长线
第八节
来自百度文库
断路器开断变压器和小电感
第一节 概
述
交流电弧是否熄灭，与断路器开断的电流 大小，灭弧装置的熄弧能力以及电流过零后加 在断路器触头的恢复电压有关。 一、影响恢复电压的主要因素： 1、断路器安装地点的电网接线方式和电 网的参数。断路器在电网中使用时，可能安装 在不同的地点。因此，断路器开断时电网的接 线方式和参数的配合可能不同，于是恢复电压 变化规律不同。
二、空载电容
流过架空线路首端断路器每相电容电流为：
IC = UN ω C/√ 3 = UN ω C0 L /√ 3
每公里电容电流：
UN（KV） IC（A/Km）
10
35
60 0.1
110 0.185
220 0.37
0.017 0.06
对于10-35KV线路，电容电流较小，空载开断问 题不大；220KV以上线路，电容电流可达100A以上， 分裂导线将增加20%，开断困难。
容性电路切断时，恢 复电压最大值比电阻性大 一倍，但比电阻性电路出 现晚0.005s，并且不是在 电流过零时出现的，在电 弧重燃时将会出现过电压。
u i
t2
Umcosω t
t t1 uc= -Um
三、开断电感性电路
t1：断路器开断。触头间产生电弧， 触头间电压uA如图所示： t2 ：电流过零电弧暂时熄灭，由于恢复 电压较高，弧隙介质强度恢复值较低， 在此点又即刻重燃。 t3 ：触头开距足够大，加之去游离作 用使弧隙介质强度恢复到足够大，恢 u 复电压不能使弧隙再击穿。恢复电压 i 按振荡方式增加f0=1/ （2π√LC） ， 在t=（1/2）f0时出现最大值： Uhf.m= （1.3-1.6）Um L S
u B= UBm cos 2 π f2 t
UBm
L1
A
B
uhf
L2
uA
C1 C2
uB
uB
其频率为：
f2 =1/ （2 π √ L2 C2 ） =1/ （ 2 πS √ L0 C0 ）
t
TB
可见，故障点越远（S越大） ， f2越小；故障 点越近（S越小） ， f2越大 。发生近区短路故障时， S很小， f2很大（可达几万赫兹）。 由于线路L0和C0是分布参数， u B不是上式的余 弦波，而是锯齿波，其频率为：
u = - Um cos ω t
uhf
u t2 Um cos ωt
u i i
t t1 uc= -Um
断路器触头两端的恢复电压为：
uhf= u-uc = - Um cos ω t - (- Um )= Um(1- cos ω t)
当ωt= π，即t=0.01s时，恢复电压达到最大值：
Uhf.m= Um(1- cos π )=2 Um uhf
uhf2
t
uj
S不大不小时（ s2 ）： 恢复电压uhf2的幅值和上升都 很快，容易发生再击穿，电弧 无法熄灭，影响系统安全运行。
s3 （大）
uhf3
t
第五节
一、反相开断
反相开断
U1 DL1 L DL2 U2
如图的两个系统，当K点 发生短路时，两个系统输出 的有功功率将有不同程度的 减少，频率增加的快慢也不 一样，系统失步。
2、切除线路上的近区短路故障，即短路 故障点在线路上距电源几公里处。
3、反向开断。断路器安装在两个电力系 统的联络线上，电力系统出现短路故障后出 现失步现象。因频率不同，断路器跳闸时两 侧电压可能相位相反，被切断的联络线电流 可能很大，触头间的恢复电压也可能很大。 4、开断或接通空载长距离线路。 5、开断或接通空载变压器。 6、开断发展性故障。 7、并联开断。
二、断路器开断两相短路
上述A相电弧熄灭后，就变成了两相短路的情形。 从相量图可以看出，当Í BC过零时，B，C两相 断口的电弧同时熄灭，每段弧隙的恢复电压为： Ugh.B = U
gh.C
= UBC
可见，两相短路开断时，工频恢复电压为相电压 的0.866倍。所以，选用高压断路器时不考虑两相短 路开断。
ÙA ’
Ú
O Ú
B
B
C
xL ÚBC
Í
B’
BC
O’
BC
xL
Í ’ C
ÙA ’
设开断后A相电流首先 过零，则A相电弧首先熄灭。 此时B、C两相电弧形成两 相短路：
I
BC
C
ÚAB
Ú
A
O’
0.5ÚBC = Ù Ú Ú
B O’
ÚBC = UBC /2 xL
C
Í
BC
B
A相断路器断口的工频恢复电压：
Ú gh.A= ÚA，B， = ÚAB + Ù B O’
第六节
一、并联开断
并联开断
A
DL1
在图示接线的B点短路时， IS 断路器并联向短路点供短路 电流，又同时开断短路电流， 称为并联开断。
二、并联开断的特点 短路电流：
IS = Uxg / ω(LF1 // LF2 + LAB // LDB) IS1 = IS LDB/ (LAB+ LDB) IS2 = IS LAB/ (LAB+ LDB) LF1 LF2 D
B
DL2
C
IS IS1
B LAB
IS2
LDB
DL2
DL1
可见，短路电流按电感分流，如果LAB和LDB相 等，则IS1 = IS2 。
假设DL1首先开断并熄弧，则DL2的短路电流可 能从很小的数值猛增至很大的数值，此时DL2的触 头已经分断达很大的开距，电流的猛增将会给断路 器的工作带来很大困难。
并联开断实际上是一种发展性故障，即故障 在断路器的开断过程中。所以，超高压断路器要 进行并联开断试验。