高压断路器原理与选择

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二、高压断路器选择
.断路器种类与型式的选择
1）种类选择的一般原则：
6~35kV屋内：真空断路器
35~500kV屋外：六氟化硫断路器
2）型式选择的一般原则
发电机回路：使用专用断路器---额定电压低，开断电流大；
配电装置 ：6~35kV屋内---真空断路器；
35~500kV屋外：六氟化硫断路器
（1）强电场发射
当动静触头刚分离开时，由于触
头间隙很小，电场强度很强，阴极
(金属材料）表面的电子被电场力
拉出进入触头间隙成为自由电子，
E
这种游离方式称为强电场发射，也
是在弧隙间最初产生的电子。
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+
R
1
（2）热电子发射
由于触头和弧隙的高 温，使阴极表面不断发射 出电子的现象。
（3）碰撞游离
2.额定电压
UN≥UNS
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3.额定电流选择
Kθ IN≥ I max （物理含义） 4.额定开断电流选择
I Nbr≥ I kt 式中 I kt---动静触头分开时，流过的最大短路电流;
t---t br开断计算时间。 5.短路关合电流的选择
iNcl≥ish (物理含义）
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*提高弧隙绝缘介质恢复速度和幅度的方法： 1）采用灭弧介质 2）采用特殊金属材料做灭弧触头—铜钨或银钨合金等 3）吹动电弧---增加扩散和复合去游离 4）采用多断口熄弧—相当于拉长电弧，增大了介质强度的恢复过程 5）拉长电弧并增大断路器触头的分离速度—相当于增加了扩 散速度，提高了介质强度恢复过程。
5—2 高压断路器原理与选择
高压断路器的主要功能：把线路或设备投入或退出；既是控 制电器---正常运行投切，又是保护电器---切出故障部分。它具有完 善的灭弧装置，是功能最完善的开关电器设备。
开断能力是指断路器熄灭电弧的能力。
一、电弧
（一）电弧的产生
是中性粒子变为自由电子和
E
正离子的结果---游离的结果
2。弧隙电压恢复过程——U r (t)
弧隙电压从熄弧电压恢复到电源 电压的过程----电源电压加到弧隙
R
L
QF
上的过程，称为弧隙电压恢复过程。
与电路参数、负荷性质有关。
r
电源电压加到弧隙上的过程，
C
既可能是周期性震荡过程，也可能
是非周期震荡过程。
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恢复电压的恢复过程由部分 组成：
Q
R
L
1)断路器动静触头间并联一个小电阻---起分流作用。
Q2 Q1
r
Q1 Q2
r
主辅触头接通或断 开次序
2）多端口断路器的端口上装并联一个大电容-----起均压作用
110kV及以上的少油断路器或220kV及以上的六氟化硫断路器用之
少油断路器的标准端口电压是55kV;
六氟化硫断路器标准端口电压110k可V编. 辑ppt
电压的过程。
t
弧隙电压恢复过程见图5-7
可编辑ppt 图 5-7
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*电源电压加到弧隙上经历暂态过程：因为电路里有电感和电容 的存在及电容上的电压不能突变造成的。由电路知识：此过程既可
能是周期性震荡过程，也可能是非周期震荡过程。从熄弧角度，希 望恢复电压幅度低，恢复速度小，即是非周期性振荡过程。
*触头上并联电阻的作用：电阻r的分流可减少电容瞬态恢复电 压的幅值和速度。并将恢复电压从周期性震荡过程转为非周期震荡 过程。提高断路器的开断能力。
A’
为什么燃弧电压比熄弧电压高？
（三）交流电弧的熄灭条件
交流电弧过零时，电弧熄灭。此时，弧隙上存在两个过程：
弧隙绝缘介质的绝缘能力恢复过程和电源电压加到弧隙上的过
程。电弧是否熄灭，取决这两个过程的竞争结果。
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1。弧隙介质强度恢复过程–— U d (t)
弧隙绝缘介质的绝缘能力从熄弧状态恢复到正常状态的 过程，称为弧隙介质强度恢复过程。主要由灭弧装置的结构 和灭弧介质的性质决定。高压断路器采用不同介质、冷却和 吹弧方法，提高弧隙绝缘介质强度的恢复过程。为什么真空 断路器、六氟化硫断路器是推荐使用的断路器？
1）瞬态恢复电压—暂态分量
电容、电感、充放电过程；
因电容是分布参数，充放电
U0
频率极高、时间极短，此期
间的电源电压可认为是常数。
触头上电压恢复过程，相当 直流电源突然合闸于R、L、 Ur
C组成的串联回路在电容上
的电压变化过程。见图5-10
C
r
图 5-10
2）工频恢复电压—稳态分量
弧隙上的电压就是电源
灭，取决于这两个过程竞争的结果。从熄弧角度，希望加强去游
离,电弧熄灭，开断电路。如冷可编却辑电ppt 弧、吹弧等方法。
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（二）交流电弧特性
A
i
（1）电弧电压波形是马鞍形
B
（2）交流电弧每半周过零一次
u
交流电弧的熄灭，就是在其
过零时，加强去游离，实现灭
弧，开断电路。
B’
A(A’)点燃弧电压 B(B’) 点熄弧电压
热电子发射和高电场发射的电子， 在电场强度的作用下，向阳极方向作 加速运动，其动能增加，当电子的动 能大于原子或分子的游离能，并发生 碰撞时，使原子或分子形成自由电子 和正离子，这种现象，称为碰撞游离。
连续碰撞有的结果，使间隙存在大 量自由的点子，在电场作用下，定向 移动，形成电流，即为电弧。
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E （大）
+
+
+ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
+
E （由大到小趋于零）
++
++
+
++
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当电弧形成后，触头间隙由绝缘体转为导电的游离体，触头间隙的电场强
度急剧下降，电子与中性粒子不可能再发生碰撞游离，那么应有：触头间隙的 电子应越来越少，电弧应越来越小，最后自动熄灭；事实上：电弧不仅没有熄 灭，反而越烧越旺，为什么？
（4）热游离---使电弧得到了维持燃烧
当电弧形成后，弧隙的电阻损耗，使弧隙的温度升高，中性粒 子相互碰撞产生出自由电子和正离子的现象，称为热游离。 去游 离---电弧熄灭的过程
弧隙带电质点数减少的过程，称为去游离。包括两种方式：
（1）复合去游离 正负电荷相互吸引，结合变成中性粒子的过程.
（2）扩散去游离 带电质点从弧隙逸出弧隙的现象。
游离和去游离是电弧燃烧中的两个过程，电弧是燃烧还是熄
U
3。交流电弧的熄灭条件 交流电弧过零后，如有：
Ud(t)
Ud(t) > Ur (t)
Ur(t)
交流电弧将永远熄灭。
断路器开断电路。
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t
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*断路器开断单相短路能力比三相短路能力强：
因三相短路时断路器弧隙上恢复电压的幅值（1.5Um)，比单相 短路时恢复电压幅值高(Um)，不易开断。
*减少弧隙恢复电压的恢复速度和幅度，提高开断能力的措施：