断路器开断过程知识分享

此时，电容器上的电荷 u i
因电路已经切断而不能释 放，电压保持着- Um 。
i
u
t2
以t2计算，电源电压的 表达式为：
u = - Um cos ωt t1
C uc
uhf Um cos ωt
t uc= -Um
断路器触头两端的恢复电压为：
uhf= u-uc = - Um cos ωt - (- Um )= Um(1- cos ωt)
2Um
t
t=1/2f0
2Um 实际（1.31.6）
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
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 O 不会同时过零，因此三相 电弧也不能同时熄灭。
当ωt= π，即t=0.01s时，恢复电压达到最大值：
π Uhf.m= Um(1- cos )=2 Um
容性电路切断时，恢 u 复电压最大值比电阻性大 i 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。
uhf
t2
Umcosωt
t
t1
uc= -Um
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。
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。
u=UmSinωt
t2时：电弧电流第一次过零时，电弧暂时自 然熄灭。
Ú gh.A= ÚA，B，
= ÚAB + Ù
B O’
x Ù B O’ = j L Í BC
= jxL ÚBC /2 jxL
=ÚBC /2
ÚAB ÚC
ÙA’ O’
ÚA
0.5ÚBC = Ù B O’ ÚBC
ÍBC
ÚB
Ú gh.A = ÚAB + ÚBC /2 由图可得：Ú gh.A = ÚAB + ÚBC /2=1.5ÚA
D
短路电流：
IS = Uxg / ω(LF1 // LF2 + LAB // LDB)
LF1
IS1 = IS LDB/ (LAB+ LDB)
IS2 = IS LAB/ (LAB+ LDB)
IS
LF2
IS1
LABIS2
LDB
DL1
DL2
B
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。
第七节 断路器开断空载长线
一、开断空载长线
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。
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， 恢复电压的最大值：
t
产生再击穿。
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。
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。
可见，第一相断开后，工频恢复电压为相电压的1.5倍。
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。
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：
Uxg.m
π f1 =1/ 2 √ L1 C1
UAm
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
uhf
TA
从图可知，
近区故障时的恢
复电压起始部分 2UBm
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 ，
TB /2
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： UAB = 2 U1
被联络断路器切断的电流为：
IS = 2U1 / ω（ L1 + 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。
电压依下式变化：
uhf
uA
C1 C2
uB
π u B= UBm cos 2
f2 t
其频率为：
π f2 =1/ （2 √ L2 C2 ）
π =1/ （ 2 S √ L0 C0 ）
uB
UBm
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）。
三、空载开断过程
L
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：
u i
uhf
i t2
Uhf.m
Uhf.m= （1.3-1.6）Um
t uA
t1
电感性电路的电弧是不易熄灭的。
u
t3
电阻、电容、电感电路开断时恢复电压比较
恢复电 压波形
最大值
出现 时间 恢复 速率 灭弧 难易
电阻电路
uhf
Um
电容电路
uhf
2Um
电感电路
uhf
2Um
t
t=0.005s
Um
t
t=0.01s
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) = 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
Uxg
DL
L1 A B
uhf
uA
C1 C2
S Id
L2
uB Id
触头间电弧未熄灭时，A、B两点的电压相 等的，其幅值：
L1
DL
IS
F1
C1
L2
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%。
第六节 并联开断
一、并联开断
在图示接线的B点短 路时，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。
A
DL1
B
IS
DL2
C
二、并联开断的特点
u i Uhf.m= Um
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。
u=UmSinωt
R
u
uA uA ：电弧电压
i
t
断路器的开断过程如下：
u
i
u
t3
uA
t
i
t1
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。
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，
L1 A B
L2
电弧熄灭时， C2上的电压
为UBm电弧熄灭后，
要在 UBm
L2
uxg
和C2串联回路中放电，B点
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：
uB
f2 =1/ 4 √ L2 C2 =1/ 4 √ L0 C0×1/S
UBm
左侧电路中，A点的电压
t
u A也要按振荡形式发生变化：
TB
π u A= uxg– (Uxg.m –UAm ) cos 2
f1 t
uA
TA
其频率为：
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 = UBC /2 xL
ÚA A
xL
A’
ÙA’ O’
ÚB
ÚAB xL
B
Í BC
B’
O’
ÚC
ÚBC xL
C
C’ Í BC
ÚAB
ÚA
ÙA’ O’
0.5ÚBC = Ù B O’ ÚBC
ÚC
Í BC
ÚB
A相断路器断口的工频恢复电压：
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 近区故障短路
一、 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。
IC = UN ωC/√ 3 = UN ω C0 L /√ 3
每公里电容电流：
UN（KV） IC（A/Km）
10
35
60
0.017 0.06 0.1
110 220 0.185 0.37
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。
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。
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。
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。
L F
S C
ZLeabharlann Baidu
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，恢复电压不能使弧隙再击穿。
恢复电压按振荡方式增加f0=1/ （2π√LC） ，在 t=（1/2）f0时出现最大值：
高压断路器的开断过程
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纲
要
第一节 概述 第二节 电阻、电容、电感电路的开断
第三节 断路器开断不同形式的短路
第四节 近区短路故障
第五节 反向开断
第六节 并联开断
第七节 断路器开断空载长线 第八节 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。
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。
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。
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
X
1
DL2
X
2
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。
二、空载电容
流过架空线路首端断路器每相电容电流为：
uj
s1 （小）
uhf1
t
uj
s2 （中）
uhf2
t
uj
s3 （大）
uhf3
t
第五节 反相开断
一、反相开断
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。
U1 DL
1
X
1
IS
DL U2
2
L X
2
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。