电力工程-8 第五章 变电所的一次系统(1-2)
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介质强度：介质能承受而不被击穿的最大外加电压
近阴极效应：弧隙两端电极极性改变，阳极区形成正离子层
——起始介质强度（150～250V）
此后介质强度的恢复取决于Iar、T
弧隙电压的恢复
与线路结构、参数、负荷性质等有关； 电源电压高； 电路功率因数小； 电路固有振荡频率大； 电弧熄灭前电流大
18
交流电弧的熄灭
游离 途径
阴极
强电场 +
发射
碰撞 游离
+
热 游离
热电子
+ 发射
2.电弧熄灭的物理过程：
❖ 去游离：自由电子与正离子相互吸引发生中和的现象
复合： 正、负电荷相遇中和
——电极表面复合、空间复合
扩散： 正、负电荷逸出到周围介质中冷却中和
——温差越大，扩散作用越强
❖ 电弧稳定燃烧：去游离=游离
❖ 熄弧：
去游离>游离
说明：断路器合闸时，操作机构必须克服断路器开断弹簧的阻力和可动部分的 重量及摩擦阻力等，所以合闸操作需做的功很大；断路器跳闸时，只要将维持 机构的脱扣器释放打开，在跳闸弹簧的作用下可迅速跳闸，所以跳闸操作所需 做的功很小。
➢手动式（CS型） ➢能直手流动电跳、磁合式闸（和远C距D离型跳）闸，不能远距离合闸，操作电源为交流。 ➢能作弹手可簧动靠储和，远制能距造式离成（跳本合低C闸，T型，但便需）于直实流现操自作动电化源，，结且构合简闸单功，率零大件。数量少，工
1—静触头 2—吸弧铁片 3—横吹灭弧沟
4—纵吹油囊 5—电弧 6—动触头
25
5.2 高低压开关电器
图5-8为单压式SF6断路器灭弧室的结构。 图5-9为LW36-126型SF6断路器的 外形结构。
图5-6 LW36-126型SF6断路器
图5-8 SF6断路器的灭弧室结构
1—静触头 2—绝缘喷嘴 3—动触头 4—绝缘筒 5—压气活塞 6—电弧 26
9
开关电器的灭弧原理
3.直流电弧的特性及其熄灭 直流电弧的特性
—— 沿弧长的电压分布和伏安特性来表示
电弧压降Uar
阴极区压降U1：与材料、介质有关 弧柱压降U2：与I、弧长L 、介质种类、状态有关
U2∝L/I 阳极区压降U3
近极压降：U1+ U3
Uar=U1+U3+U2=U1+U3+ir
10
直流电弧的伏安特性
图5-5 SN10-10型高压少油断路器
1—铝帽 2—上接线端子 3—油标 4—绝缘筒 5—下接线端子 6—基座 7—主轴 8—框架 9—断路弹簧 23
5.2 高低压开关电器
1—铝帽 2—油气分离室 3—上接线端子 4—油标 5—静触头 6—灭弧室 7—动触头(导电杆) 8—滚动触头
9—下接线端子 10—转轴 11—拐臂 12—基座 13—下支柱瓷瓶
图5-10 真空断路器的灭弧室结构
1—静触头 2—动触头 3—屏蔽罩 4—波纹管 5—导电杆 6—外壳
28
5.2 高低压开关电器
国内生产的真空断路器归纳起来大致可分为三类： 引进技术并国产化的产品，如ZN12-12、 ZN18-12、 ZN21-12、 ZN67-12分别是引进西门子3AF、日本东芝公司 VK、比利时EIB公司产品和日本三菱电机VPR型真空断路 器等。 在借鉴国外同类产品的基础上开发的产品，如ZN63-12和 ZN65-12分别效仿ABB的VD4和西门子的3AH。 自行设计的产品，如ZN15-12、ZN28-12、ZN30-12等。
di/dt
特点：i过零点自动熄灭
熄弧
>0
热惯性作用重燃
电压
di/dt <0
15
开关电器的灭弧原理
6. 交流电弧的特性及其熄灭
燃弧
电压
交流电弧的伏安特性(动态伏安特性)
特点：i过零点自动熄灭
熄弧
热惯性作用重燃
电压
电弧 燃烧段
交流电弧中热惯性作用 使得熄弧电压总是低于
燃弧电压
16
开关电器的灭弧原理
交流电弧的熄灭
电力系统正常运行时—改变运行方式； 故障时—对相关设备的操作 机械式开关设备靠触点位移通断电流
电弧概念
开关电器切断有电流通过 的电路时,尽管触头已经分 开,但仍有电流流过的现象。
电弧熄灭，电流为零
7
电弧的危害及其产生原理
电弧的危害：
触头在高温下易烧毁；
高温对触头绝缘带来不可恢复损伤……
1.电弧产生的物理过程：
➢有足够的动稳定性和热稳定性；
➢有足够的开断能力；
➢动作速度快，熄弧时间短。
21
5.2 高低压开关电器
3. 高压断路器的类型
按灭弧介质不同： ➢油断路器 ➢六氟化硫（SF6）断路器 ➢真空断路器
22
5.2 高低压开关电器
3. 高压断路器的类型 ➢油断路器：分为多油断路器和少油断路器两大类。
图5-5和图5-6分别为 SN10-10型少油断路器的外形结构图 及其一相油箱内部结构 。
➢额定开断容量SN.oc：指断路器额定电压和额定开断电流的
乘积，即
S Noc 3U N I Noc
说明：如果断路器的实际运行电压U低于额定电压 UN而额定开断电
缘；高压气体系统用于灭弧。其优
点是开断容量大，动作迅速，但结
构复杂。
✓单压式：只有一个低压气压系统，
作为断路器的内部绝缘，电弧靠断
路器开断时与触头同时运动的压气
活塞压出SF6的气流来熄灭。其优点 是结构简单，易于制造，可靠性高， 图5-7 SN10-10型少油断路器灭弧原理示意图
便于维护，应用比较广泛。
能手动和远距离跳合闸，结构复杂，零件数量多，且要求加工精度高， 制造工艺复杂，成本高，但可用交流操作电源，还可实现一次重合闸。
33
5.2 高低压开关电器
5. 高压断路器的基本参数
➢额定电压UN：指断路器长期正常工作所能承受的电压。 ➢额定电流IN：指断路器允许长期通过的最大工作电流。 ➢额定开断电流IN.oc：指断路器在额定电压下能够正常开断的 最大短路电流，它表征断路器的开断能力。
5.1 概述
三、电气设备概述 一次系统（一次回路） ： 担负电能的输送和分 配任务的系统。 一次系统中的所有电气设备，称为一次设备。 二次系统（二次回路） ： 对一次系统进行监视、 控制、测量和保护作用的系统。 二次系统中的所有电气设备，称为二次设备。
4
5.1 概述
一次设备按其功能可分为以下几类： ➢变换设备：如电力变压器、电流互感器、电压互 感器等。 ➢开关设备：如断路器、隔离开关、负荷开关等。 ➢保护设备：如熔路器、避雷器、电抗器等。 ➢无功补偿设备：如电力电容器、静止补偿器等。 ➢成套配电装置：如高压开关柜、低压配电屏等。
落地罐式SF6断路器
瓷柱式SF6断路器
LW8-40.5型SF6断路器
其它型号的外形结构Biblioteka 275.2 高低压开关电器
优点：断流能力强、灭弧速度快、电绝缘性能好、检修周 期长、没有燃烧爆炸危险等。
缺点：要求加工精度高，密封性 能好，价格较昂贵。
➢真空断路器：
图5-10为真空断路器灭弧室的结构。
目前，国际上真空断路器的设计、制造 单位主要是德国西门子公司和ABB公司 两大派别。西门子公司的代表产品有 3AF、3AG及3AH等；ABB公司的代表 产品有VD4。
5
第五章 变电所的一次系统
§5-1 概述 §5-2 高低压开关电器 §5-3 高低压保护电器和限流电器 §5-4 电力变压器 §5-5 互感器 §5-6 高低压成套配电装置 §5-7 电器主接线 §5-8 电器设备的选择 §5-9 变电所的总体布置
6
二、 开关电器的灭弧原理 开关电器的两方面作用：
30
VD4型真空断路器
ZN12型真空断路器
ZW10-12型真空断路器
ZW7-40.5型真空断路器
其它型号的外形结构
31
5.2 高低压开关电器
高压断路器的型号：
32
5.2 高低压开关电器
4. 断路器的操作机构
操作机构是指用以进行断路器合闸、保持合闸位置和跳 闸的，每种操作机构均包括合闸机构、跳闸机构和维持机构 三部分。
2
5.1 概述
一 升压变电所: 多与发电厂相连(发电厂升压站) 二 降压变电所:
大电网
1 区域变电所(枢纽) ： 高压侧：330-500kV 发电厂
2 地方变电所(二次) 高: 110～220kV
3 终端变电所（末端）
高压用电设备
用电设备 工业企业变电所
10～110kV－→3 ～10kV；380/220V 3
✓ B：稳定燃烧点：
i↓→(E-iR)﹥Uar → di/dt ﹥ 0 → i↑ B
直流电弧熄灭条件： E-iR< Uar （电压） i ·E-i ·iR< Uar ·i （功率）
13
开关电器的灭弧原理
5. 直流电弧的熄灭
不宜采用过强的灭弧措施！
目标：设法提高电弧的伏安特性，降低电流 手段：提高电弧压降；降低电弧温度
几厘米长弧， Uar主要为U2，
U2∝L/I
12
直流电弧的稳定燃烧点
工作点：
电路的伏安特性与电弧的静态特性曲线交点
E-iR
Uar =f(i)
✓ A：不稳定燃烧点：
i↓→ (E-iR)< Uar → di/dt < 0 → i↓=0 i↑→ (E-iR)﹥Uar → di/dt ﹥ 0 →i↑ → B
➢把长弧分成多个短弧：利用短弧的近极压降 ➢拉长电弧： U2∝L/I ，电动力吹弧，拉长触头间距 ➢增大弧柱的电场强度：即增大 U2 =E2·l ，使
Uar↑→I↓
➢冷却电弧：增强复合过程
分割 冷却
纵吹
横吹
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开关电器的灭弧原理
6. 交流电弧的特性及其熄灭
燃弧
电压
交流电弧的伏安特性(动态伏安特性)
图5-11和图5-12分别为ZN28A-12型户内式和ZW32-12型 户外式真空断路器的外形结构。
29
5.2 高低压开关电器
图5-11 ZN28A-12型真空断路器
图5-12 ZW32-12型户外高压真空断路
优点：体积小、重量轻、动作快、寿命长、操作噪声小、 安全可靠、便于维护。
缺点：价格较贵。
介质强度 的恢复
起始 介质 强度
弧隙电压的恢复
交流电弧熄灭的根本原理：
➢加强介质强度恢复过程， 减弱抑制恢复电压的增长。
19
出发点：
交流电弧的熄灭
交流低压开关熄弧的主要因素：近阴极效应 高压长弧熄弧的主要因素：弧柱中的去游离过程
灭弧方法：
采用新型介质灭弧：SF6、真空 利用气体或油吹动电弧 采用多断口灭弧 采用特殊金属材料作为灭弧触头 并联电阻等……
动态
静态
伏安 特性
E = iR +L·di/dt + Uar
稳定燃烧时， di/dt=0 E=iR+ Uar 静态伏安特性 －Uar =f(i)曲线
若di/dt0 动态伏安特性 若di/dt =-∞ 近极压降 U0≈20V
11
开关电器的灭弧原理 4. 直流电弧的特点
几毫米短弧,Uar主要为近极压降U0， 若E﹤U0, 则电弧熄灭；
南京航空航天大学 《电力工程基础》
电力工程基础
张卓然
Email: apsc-zzr@ 南京航空航天大学
自动化学院 电气工程系
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第五章 变电所的一次系统
§5-1 概述 §5-2 高低压开关电器 §5-3 高低压保护电器和限流电器 §5-4 电力变压器 §5-5 互感器 §5-6 高低压成套配电装置 §5-7 电器主接线 §5-8 电器设备的选择 §5-9 变电所的总体布置
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5.2 高低压开关电器
一、高压断路器
1. 高压断路器的用途和基本结构 用途：不仅能通断正常负荷电流，而且能通断一定的短路 电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。 结构：开断元件、支撑元件、传动元件、基座及操动机构 结构特点：具有相当完善的灭弧结构。
2. 对高压断路器的基本要求
➢绝缘应安全可靠；
取决于弧隙中游离和 去游离的竞争结果
电弧重燃的两个原因：
① 热击穿 电流过零前电流骤降→热惯性→仍导电，小电流
→若输入能量﹥向外散失能量→T高，电弧重燃
② 电击穿
电流过零后，
介质绝缘强度的恢复：取决于冷却条件
弧隙电压的恢复过程：取决于电路参数
电击穿：弧隙电压>绝缘强度电弧重燃
17
交流电弧的熄灭
介质强度的恢复
➢条件:触头间电压>10～20V，电流>80～100mA
➢强电场发射：阴极自由电子被拉出；
➢碰撞游离：自由电子碰撞中性质点游离出新的正离子
和自由电子；
➢热游离：碰撞游离后弧隙温度很高，中性介质剧烈碰
撞，游离出正离子和自由电子－热电子发射；
➢带点质点剧增，电导很大，介质击穿产生电弧。
8
开关电器的灭弧原理
14—上支柱瓷瓶 15—断路弹簧 16—绝缘筒 17—逆止阀 18—绝缘油
图5-6 SN10-10型高压少油断路器的一相油箱内部结构
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5.2 高低压开关电器
SN10-10型少油断路器的灭弧原理可用图5-7表示。
➢六氟化硫（SF6）断路器： 分为双压式和单压式两类。
✓双压式：有两个气压系统，低压
气体系统主要用作断路器的内部绝
近阴极效应：弧隙两端电极极性改变，阳极区形成正离子层
——起始介质强度（150～250V）
此后介质强度的恢复取决于Iar、T
弧隙电压的恢复
与线路结构、参数、负荷性质等有关； 电源电压高； 电路功率因数小； 电路固有振荡频率大； 电弧熄灭前电流大
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交流电弧的熄灭
游离 途径
阴极
强电场 +
发射
碰撞 游离
+
热 游离
热电子
+ 发射
2.电弧熄灭的物理过程：
❖ 去游离：自由电子与正离子相互吸引发生中和的现象
复合： 正、负电荷相遇中和
——电极表面复合、空间复合
扩散： 正、负电荷逸出到周围介质中冷却中和
——温差越大，扩散作用越强
❖ 电弧稳定燃烧：去游离=游离
❖ 熄弧：
去游离>游离
说明：断路器合闸时，操作机构必须克服断路器开断弹簧的阻力和可动部分的 重量及摩擦阻力等，所以合闸操作需做的功很大；断路器跳闸时，只要将维持 机构的脱扣器释放打开，在跳闸弹簧的作用下可迅速跳闸，所以跳闸操作所需 做的功很小。
➢手动式（CS型） ➢能直手流动电跳、磁合式闸（和远C距D离型跳）闸，不能远距离合闸，操作电源为交流。 ➢能作弹手可簧动靠储和，远制能距造式离成（跳本合低C闸，T型，但便需）于直实流现操自作动电化源，，结且构合简闸单功，率零大件。数量少，工
1—静触头 2—吸弧铁片 3—横吹灭弧沟
4—纵吹油囊 5—电弧 6—动触头
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5.2 高低压开关电器
图5-8为单压式SF6断路器灭弧室的结构。 图5-9为LW36-126型SF6断路器的 外形结构。
图5-6 LW36-126型SF6断路器
图5-8 SF6断路器的灭弧室结构
1—静触头 2—绝缘喷嘴 3—动触头 4—绝缘筒 5—压气活塞 6—电弧 26
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开关电器的灭弧原理
3.直流电弧的特性及其熄灭 直流电弧的特性
—— 沿弧长的电压分布和伏安特性来表示
电弧压降Uar
阴极区压降U1：与材料、介质有关 弧柱压降U2：与I、弧长L 、介质种类、状态有关
U2∝L/I 阳极区压降U3
近极压降：U1+ U3
Uar=U1+U3+U2=U1+U3+ir
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直流电弧的伏安特性
图5-5 SN10-10型高压少油断路器
1—铝帽 2—上接线端子 3—油标 4—绝缘筒 5—下接线端子 6—基座 7—主轴 8—框架 9—断路弹簧 23
5.2 高低压开关电器
1—铝帽 2—油气分离室 3—上接线端子 4—油标 5—静触头 6—灭弧室 7—动触头(导电杆) 8—滚动触头
9—下接线端子 10—转轴 11—拐臂 12—基座 13—下支柱瓷瓶
图5-10 真空断路器的灭弧室结构
1—静触头 2—动触头 3—屏蔽罩 4—波纹管 5—导电杆 6—外壳
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5.2 高低压开关电器
国内生产的真空断路器归纳起来大致可分为三类： 引进技术并国产化的产品，如ZN12-12、 ZN18-12、 ZN21-12、 ZN67-12分别是引进西门子3AF、日本东芝公司 VK、比利时EIB公司产品和日本三菱电机VPR型真空断路 器等。 在借鉴国外同类产品的基础上开发的产品，如ZN63-12和 ZN65-12分别效仿ABB的VD4和西门子的3AH。 自行设计的产品，如ZN15-12、ZN28-12、ZN30-12等。
di/dt
特点：i过零点自动熄灭
熄弧
>0
热惯性作用重燃
电压
di/dt <0
15
开关电器的灭弧原理
6. 交流电弧的特性及其熄灭
燃弧
电压
交流电弧的伏安特性(动态伏安特性)
特点：i过零点自动熄灭
熄弧
热惯性作用重燃
电压
电弧 燃烧段
交流电弧中热惯性作用 使得熄弧电压总是低于
燃弧电压
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开关电器的灭弧原理
交流电弧的熄灭
电力系统正常运行时—改变运行方式； 故障时—对相关设备的操作 机械式开关设备靠触点位移通断电流
电弧概念
开关电器切断有电流通过 的电路时,尽管触头已经分 开,但仍有电流流过的现象。
电弧熄灭，电流为零
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电弧的危害及其产生原理
电弧的危害：
触头在高温下易烧毁；
高温对触头绝缘带来不可恢复损伤……
1.电弧产生的物理过程：
➢有足够的动稳定性和热稳定性；
➢有足够的开断能力；
➢动作速度快，熄弧时间短。
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5.2 高低压开关电器
3. 高压断路器的类型
按灭弧介质不同： ➢油断路器 ➢六氟化硫（SF6）断路器 ➢真空断路器
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5.2 高低压开关电器
3. 高压断路器的类型 ➢油断路器：分为多油断路器和少油断路器两大类。
图5-5和图5-6分别为 SN10-10型少油断路器的外形结构图 及其一相油箱内部结构 。
➢额定开断容量SN.oc：指断路器额定电压和额定开断电流的
乘积，即
S Noc 3U N I Noc
说明：如果断路器的实际运行电压U低于额定电压 UN而额定开断电
缘；高压气体系统用于灭弧。其优
点是开断容量大，动作迅速，但结
构复杂。
✓单压式：只有一个低压气压系统，
作为断路器的内部绝缘，电弧靠断
路器开断时与触头同时运动的压气
活塞压出SF6的气流来熄灭。其优点 是结构简单，易于制造，可靠性高， 图5-7 SN10-10型少油断路器灭弧原理示意图
便于维护，应用比较广泛。
能手动和远距离跳合闸，结构复杂，零件数量多，且要求加工精度高， 制造工艺复杂，成本高，但可用交流操作电源，还可实现一次重合闸。
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5.2 高低压开关电器
5. 高压断路器的基本参数
➢额定电压UN：指断路器长期正常工作所能承受的电压。 ➢额定电流IN：指断路器允许长期通过的最大工作电流。 ➢额定开断电流IN.oc：指断路器在额定电压下能够正常开断的 最大短路电流，它表征断路器的开断能力。
5.1 概述
三、电气设备概述 一次系统（一次回路） ： 担负电能的输送和分 配任务的系统。 一次系统中的所有电气设备，称为一次设备。 二次系统（二次回路） ： 对一次系统进行监视、 控制、测量和保护作用的系统。 二次系统中的所有电气设备，称为二次设备。
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5.1 概述
一次设备按其功能可分为以下几类： ➢变换设备：如电力变压器、电流互感器、电压互 感器等。 ➢开关设备：如断路器、隔离开关、负荷开关等。 ➢保护设备：如熔路器、避雷器、电抗器等。 ➢无功补偿设备：如电力电容器、静止补偿器等。 ➢成套配电装置：如高压开关柜、低压配电屏等。
落地罐式SF6断路器
瓷柱式SF6断路器
LW8-40.5型SF6断路器
其它型号的外形结构Biblioteka 275.2 高低压开关电器
优点：断流能力强、灭弧速度快、电绝缘性能好、检修周 期长、没有燃烧爆炸危险等。
缺点：要求加工精度高，密封性 能好，价格较昂贵。
➢真空断路器：
图5-10为真空断路器灭弧室的结构。
目前，国际上真空断路器的设计、制造 单位主要是德国西门子公司和ABB公司 两大派别。西门子公司的代表产品有 3AF、3AG及3AH等；ABB公司的代表 产品有VD4。
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第五章 变电所的一次系统
§5-1 概述 §5-2 高低压开关电器 §5-3 高低压保护电器和限流电器 §5-4 电力变压器 §5-5 互感器 §5-6 高低压成套配电装置 §5-7 电器主接线 §5-8 电器设备的选择 §5-9 变电所的总体布置
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二、 开关电器的灭弧原理 开关电器的两方面作用：
30
VD4型真空断路器
ZN12型真空断路器
ZW10-12型真空断路器
ZW7-40.5型真空断路器
其它型号的外形结构
31
5.2 高低压开关电器
高压断路器的型号：
32
5.2 高低压开关电器
4. 断路器的操作机构
操作机构是指用以进行断路器合闸、保持合闸位置和跳 闸的，每种操作机构均包括合闸机构、跳闸机构和维持机构 三部分。
2
5.1 概述
一 升压变电所: 多与发电厂相连(发电厂升压站) 二 降压变电所:
大电网
1 区域变电所(枢纽) ： 高压侧：330-500kV 发电厂
2 地方变电所(二次) 高: 110～220kV
3 终端变电所（末端）
高压用电设备
用电设备 工业企业变电所
10～110kV－→3 ～10kV；380/220V 3
✓ B：稳定燃烧点：
i↓→(E-iR)﹥Uar → di/dt ﹥ 0 → i↑ B
直流电弧熄灭条件： E-iR< Uar （电压） i ·E-i ·iR< Uar ·i （功率）
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开关电器的灭弧原理
5. 直流电弧的熄灭
不宜采用过强的灭弧措施！
目标：设法提高电弧的伏安特性，降低电流 手段：提高电弧压降；降低电弧温度
几厘米长弧， Uar主要为U2，
U2∝L/I
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直流电弧的稳定燃烧点
工作点：
电路的伏安特性与电弧的静态特性曲线交点
E-iR
Uar =f(i)
✓ A：不稳定燃烧点：
i↓→ (E-iR)< Uar → di/dt < 0 → i↓=0 i↑→ (E-iR)﹥Uar → di/dt ﹥ 0 →i↑ → B
➢把长弧分成多个短弧：利用短弧的近极压降 ➢拉长电弧： U2∝L/I ，电动力吹弧，拉长触头间距 ➢增大弧柱的电场强度：即增大 U2 =E2·l ，使
Uar↑→I↓
➢冷却电弧：增强复合过程
分割 冷却
纵吹
横吹
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开关电器的灭弧原理
6. 交流电弧的特性及其熄灭
燃弧
电压
交流电弧的伏安特性(动态伏安特性)
图5-11和图5-12分别为ZN28A-12型户内式和ZW32-12型 户外式真空断路器的外形结构。
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5.2 高低压开关电器
图5-11 ZN28A-12型真空断路器
图5-12 ZW32-12型户外高压真空断路
优点：体积小、重量轻、动作快、寿命长、操作噪声小、 安全可靠、便于维护。
缺点：价格较贵。
介质强度 的恢复
起始 介质 强度
弧隙电压的恢复
交流电弧熄灭的根本原理：
➢加强介质强度恢复过程， 减弱抑制恢复电压的增长。
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出发点：
交流电弧的熄灭
交流低压开关熄弧的主要因素：近阴极效应 高压长弧熄弧的主要因素：弧柱中的去游离过程
灭弧方法：
采用新型介质灭弧：SF6、真空 利用气体或油吹动电弧 采用多断口灭弧 采用特殊金属材料作为灭弧触头 并联电阻等……
动态
静态
伏安 特性
E = iR +L·di/dt + Uar
稳定燃烧时， di/dt=0 E=iR+ Uar 静态伏安特性 －Uar =f(i)曲线
若di/dt0 动态伏安特性 若di/dt =-∞ 近极压降 U0≈20V
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开关电器的灭弧原理 4. 直流电弧的特点
几毫米短弧,Uar主要为近极压降U0， 若E﹤U0, 则电弧熄灭；
南京航空航天大学 《电力工程基础》
电力工程基础
张卓然
Email: apsc-zzr@ 南京航空航天大学
自动化学院 电气工程系
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第五章 变电所的一次系统
§5-1 概述 §5-2 高低压开关电器 §5-3 高低压保护电器和限流电器 §5-4 电力变压器 §5-5 互感器 §5-6 高低压成套配电装置 §5-7 电器主接线 §5-8 电器设备的选择 §5-9 变电所的总体布置
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5.2 高低压开关电器
一、高压断路器
1. 高压断路器的用途和基本结构 用途：不仅能通断正常负荷电流，而且能通断一定的短路 电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。 结构：开断元件、支撑元件、传动元件、基座及操动机构 结构特点：具有相当完善的灭弧结构。
2. 对高压断路器的基本要求
➢绝缘应安全可靠；
取决于弧隙中游离和 去游离的竞争结果
电弧重燃的两个原因：
① 热击穿 电流过零前电流骤降→热惯性→仍导电，小电流
→若输入能量﹥向外散失能量→T高，电弧重燃
② 电击穿
电流过零后，
介质绝缘强度的恢复：取决于冷却条件
弧隙电压的恢复过程：取决于电路参数
电击穿：弧隙电压>绝缘强度电弧重燃
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交流电弧的熄灭
介质强度的恢复
➢条件:触头间电压>10～20V，电流>80～100mA
➢强电场发射：阴极自由电子被拉出；
➢碰撞游离：自由电子碰撞中性质点游离出新的正离子
和自由电子；
➢热游离：碰撞游离后弧隙温度很高，中性介质剧烈碰
撞，游离出正离子和自由电子－热电子发射；
➢带点质点剧增，电导很大，介质击穿产生电弧。
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开关电器的灭弧原理
14—上支柱瓷瓶 15—断路弹簧 16—绝缘筒 17—逆止阀 18—绝缘油
图5-6 SN10-10型高压少油断路器的一相油箱内部结构
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5.2 高低压开关电器
SN10-10型少油断路器的灭弧原理可用图5-7表示。
➢六氟化硫（SF6）断路器： 分为双压式和单压式两类。
✓双压式：有两个气压系统，低压
气体系统主要用作断路器的内部绝