第三章高压电器1

第三章 高压电器及成套配电装置单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级* * 1第三章 高压电器及成套配电装置李福祥第三章 高压电器及成套配电装置单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级* * 2l 常用的高压电器设备：1.断路器 2.隔离开关 3.负荷开关4.熔断器 5.电容器l 高压电器设备作用：控制 或 保护l 高压电器应用范围：1.发电厂 2. 变电所 3.配电间第一节 高压电器相关知识第三章 高压电器及成套配电装置单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级* * 3第一节 高压电器相关知识一、电力系统短路的基本概念1.短路的概念：电力系统中相与相之间或相与地之间（对中性点直接接地系统而言）通过金属倒替、电弧、或其它较小阻抗联结而形成的非正常状态2.三相电力系统短路类型：（ 1）三相短路 （ 2）两相短路 （ 3）两相接地短路（ 4）单相接地短路三相短路时，三相回路依旧对称，因而又称对称短路外，其余三类均属不对称短路。在中性点接地的电力网络中，以一相对地的短路故障最多，约占全部故障的 90。在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。 在短路后约半个周波（ 0.01秒）时将出现短路电流的最大瞬时值，称为冲击电流。它会产生很大的电动力，其大小可用来校验电工设备在发生短路时机械应力的动稳定性。 从正常的稳定状态过渡到短路的稳定状态，一般需 3 5秒。 第三章 高压电器及成套配电装置单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级* * 4第一节 高压电器相关知识3.危害：（ 1）过热，造成热破坏 ，同时破坏绝缘（ 2）产生电弧，高温烧损设备或烧伤人员，引起火灾 （ 3）产生电动力，造成设备变形或损坏（ 4）短路电流通过变压器、线路等阻抗元件时，产生电压降，影响电器设备的正常运行。短路爆炸后的断路器 短路的母线 短路的产生冲击波，对窗户造成的破坏第三章 高压电器及成套配电装置单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级* * 5二、高压电器中的电弧1.开关电器中电弧的产生与熄灭（ 1）电弧：电弧电流本质时离子导电，即电极之间的正离子（带正电）在电极电场力的作用下向负极运行哦那个、负离子（带负电）和自由电在在电极间电场力的作用下向正极运动而形成的电流。（ 2）恢复电压：恢复电压是指电弧暂时熄灭后外电路施加在触头（电极）间的电压。（ 3）击穿电压：击穿电压是指触头（电极）间产生电弧的最小电压。第三章 高压电器及成套配电装置单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级* * 6二、高压电器中的电弧1.开关电器中电弧的产生与熄灭（ 4）电弧熄灭的要求：介质 恢复电压小于介质击穿电压。交流电系统中，可以利用电流过零点来加速电弧熄灭，因为电流过零点时产生的能量（热能）为零，离子浓度、温度都低。第三章 高压电器及成套配电装置单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级* * 7第一节 高压电器相关知识（ 5）影响电弧熄灭的因素： A.物理因素：u 温度：高温离子活跃不利于灭弧；反之低温利于灭弧u 离子浓度：浓度高，利于电流，不流于灭弧；反之，利于灭弧；u 距离（电弧长度）：距离长，电场强度相对小，击穿电压高，利于灭弧；反之，不利于灭弧。B.恢复电压影响因素u 电源电压：电压电源高，不利于灭弧，原因恢复电压快u 电路中感性（或容性）负载与电阻性负载所占的比例：比例高，不利于灭弧u 电弧电流的变化率：变化率高，产生高的电压，不利于灭弧。第三章 高压电器及成套配电装置单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级* * 82.加速电弧熄灭的方法第一节 高压电器相关知识减少燃弧时间和强度，通常采取的方法有：（ 1）气动吹动电弧：利用低温告诉的气体吹动电弧带走大量带电高能粒子。横吹：与电弧垂直，带走热量、离子，拉长电弧，效果明显纵吹：顺电弧方向（ 2）拉长电弧：加快触头的分离速度，使电弧迅速拉长，电弧表面积增大，降低离子浓度和温度。（ 3）电弧与固体介质接触：固体介质冷却并并吸附大量的带电介质，提高介质击穿电压。第三章 高压电器及成套配电装置单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级* * 9第二节 高压断路器一、高压断路器的用途、类型和主要技术参数l 高压断路器的用途高压断路器在高压电路中起 控制 作用，是重要元器件之一，是在 正常 或 故障 情况下 接通 或 断开 高压电路的 专用电器。家用低压断路器工厂用高压断路器第三章 高压电器及成套配电装置单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级* * 10第二节 高压断路器一、高压断路器的用途、类型和主要技术参数说明：（ 1）正常情况下接通或断开高压电路，是指正常电路的操作。（ 2）故障情况下断开：是由于断路器具有灭弧能力，可以切断故障电路。（ 3）故障情况下接通：是指在一些特定情况下，如为减少由于临时接地造成停电时间过长设立的重合闸系统，需要断路器在可能故障没有消除的情况下将电路接通，若故障没有消除，断路器具有再次快速断开并不再重合的功能。第三章 高压电器及成套配电装置单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级* * 11第二节 高压断路器2. 高压断路器的类型 备注种类分类方式能 、不能能否自动重合闸手力储能、电磁、液压、弹簧、气动、电磁操作机构（ 1）油断路器含多油和少油断路器，正逐步淘汰。（ 2）空气式断路器也正在淘汰真空断路器、六氟化硫断路器、油断路器、磁吹断路器、空气断路器、产气断路器灭弧原理或介质户内式 户外式 安装地点第三章 高压电器及成套配电装置单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级* * 12第二节 高压断路器3. 高压断路器的主要参数（ 1） 额定电压额定电压是指断路器正常工作时所能承受的电压等 级，决定了断路器的 绝缘水平 。额定电压（ Un）是指 线 电压。断路器长期工作的标准电压（对三相系统指线电压），常用的电压等级为 3、 10、 20、 35、 60、110kV 电力系统在运行中允许有 5的波动， 断路器必须适应在电压变化范围内能长期工作，为此断路器出厂时都以最高工作电压进行鉴定 。如：对 3220kV范围内，其最高工作电压较额定电压约高 15左右，分别为 3.6、 12、 24、 40.5、 72.5、 126kV. ；对 330kV以上，规定最高工作电压较额定电压高 10%。为和国际标准接轨，国家新规定断路器的额定电压以最高电压标定。但原有的标注方式也在沿用。第三章 高压电器及成套配电装置单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级* * 13第二节 高压断路器3. 高压断路器的主要参数（ 2） 额定电流额定电压是指在规定的环境温度下，断路器长期允许通过的最大工作电流。也就是说在额定电压下，在规定环境温度时长期通过此电流时，断路器无损伤，且各部分发热不超过长期工作时最高允许发热温度。 断路器长期工作的环境温度按照 40摄氏度计算 。常用的断路器的额定电压等级为 200、 400、 630、 1250、 2000、 3150A（ 3） 额定开断电流是指在额定电压下断路器能够可靠开断的最大短路电流值，是表明断路器灭弧能力的技术参数。常用的开断电流为 6.3、 8、 10、 12.5、 16、 20、25、 31.5、 40、 50、 63、 80、 100kA 第三章 高压电器及成套配电装置单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级* * 14第二节 高压断路器3. 高压断路器的主要参数（ 4） 关合电流关合电流是指保证断路器能可靠关合而又不会发生触头熔焊或其它损伤时，断路器允许接通的最大短路电流。 考察断路器耐机械破损和防止熔焊的能力。第三章 高压电器及成套配电装置单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级* * 15第二节 高压断路器3. 高压断路器的主要参数某厂 ZN63A-12真空断路器的技术参数第三章 高压电器及成套配电装置单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级* * 16第二节 高压断路器4. 断路器的型号及含义断路器名称S少油断路器 D多油断路器 K空气断路器 Q产气断路器 Z真空断路器 L六氟化硫断路器C磁吹断路器安装地点W户外式 N户内式 设计序号额定电压（kV）其它标准G改进型 C手车式 额定电流（ A）额定开断电流（ kA）例如： ZN28-12/1250-31.5该断路器型号表示：真空断路器 ，户内安装方式，设计序号为 28，额定电压 12kV，额定电流 1250A，额定开断电流为 31.5kV第三章 高压电器及成套配电装置单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级* * 17第二节 高压断路器二 .真空断路器真空断路器的优点： 体积小、重量轻、噪音小、无可燃物、维护量低、可频繁操作 真空断路器（小车式）真空灭弧室第三章 高压电器及成套配电装置单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级* * 18第二节 高压断路器二 .真空断路器1.真空灭弧室1.排气管保护罩2.排气管密封刀口3.环氧树脂填料4.定端盖版5.定导电杆6.屏蔽罩7.玻壳（或陶瓷壳）8.定触头座9.静触头10.动触头11.动触头座12.动导电杆13.波纹管14.均压罩15.动端盖版16.导向套绝缘灭弧室绝缘外壳：玻璃泡 陶瓷泡玻璃泡：易加工，有一定机械强度、易焊接、透明；受冲击能力差陶瓷泡：机械强度高；焊接困难，不透明；今年工艺提高，成品率提高，应用广泛屏蔽罩：金属圆筒。作用：吸收金属蒸汽，提高弧隙的击穿电压；防止金属蒸汽喷溅到绝缘外壳上，降低外壳的绝缘强度。波纹管：铬 -镍 -钛不锈钢材料，起密封作用，其寿命决定了断路器的机械寿命。第三章 高压电器及成套配电装置单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级* * 19第二节 高压断路器二 .真空断路器1.真空灭弧室真空灭弧室是用密封在真空中的一对触头来实现电力电路的接通与分断功能的一种电真空器件，是利用高真空座绝缘介质。当其断开一定数值的电流时，动、定触头在分离的瞬间，电流收缩到触头刚分离的某一点或某几点上，表现电极间电阻剧烈增大和温度迅速提高，直至发生电极金属的蒸发，同时形成极高的电场强度，导致剧烈的场致发射和间隙的击穿，产生了真空电弧，当工作电流接近零时，同时触头间距的增大，真空电弧的等离子体很快（约几微秒）向四周扩散，电弧电流过零后，触头间隙的介质迅速由导电体变为绝缘体，于是电流被分断，开断结束。 第三章 高压电器及成套配电装置单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级* * 20第二节 高压断路器2. ZN28-12系列真空断路器该型断路器在少油断路器改造过程中得到了大量应用静触头支架动触头支架真空灭弧室主轴拐壁支撑钢架支持绝缘子第三章 高压电器及成套配电装置单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级* * 21第二节 高压断路器三 .SF6(六氟化硫）断路器1.SF6气体SF6气体在断路器中的作用： 绝缘介质和灭弧介质（ 1） SF6气体无色、无味、无毒、不可燃、不爆、易液化、对电气设备不腐蚀。注意：该气体密度比大气重，防止在封闭环境造成窒息伤害。（ 2） SF6气体绝缘性和灭弧能力强，可使断路器结构简单、尺寸小、减少占地。（ 3） SF6气体自身性能稳定，检修周期长。（ 4） SF6气体与水或其它杂质混合后，在电弧作用下会分解为低氟化合物和低氟氧化物。对金属有腐蚀，产生的部分气体有毒。在使用时，要严格控制水和杂质的含量（防止产生化学反应和降低绝缘水平）。（ 5） SF6断路器应该设有气体检漏设备和气体回收装置。保护环境。第三章 高压电器及成套配电装置单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级* * 22第二节 高压断路器三 .SF6(六氟化硫）断路器2.SF6断路器的结构SF6断路器在结构上可分为支柱式和罐式（含 GIS）支柱式断路器特点（相比较罐式）：价格便宜，安装方便，工艺简单，体积小（单个断路器）罐式断路器：设备中心低，结构稳定，抗震性能好，防污性能好（母线全封闭），占地少（设备单元），多用于多震、污染严重，土地昂贵的地方。第三章 高压电器及成套配电装置单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级* * 23第二节 高压断路器三 .SF6(六氟化硫）断路器2.SF6断路器的结构（ 1）支柱式 SF6断路器灭弧过程（ p62）在接到分断命令时，动触头带动压气缸运动，在缸体内建立压力，当喷口被打开时，高压 SF6气体吹动电弧，使电弧熄灭。该过程中，高温造成的 SF6气体分解，有利于气缸内压力建立，增强灭弧能力，电弧熄灭后，低氟化合物重新结合成 SF6气体，使SF6气体在封闭的断路器内循环使用。（ 2）对断路器 SF6气体的要求水分会造成绝缘降低；同时水分与 SF6气体在高温下产生有严重腐蚀性的氟化物和低氟氧化物（有毒），会腐蚀部件，威胁人身安全。因此，对断路器中 SF6气体要求：u 新装断路器投运前必须复测气体含水量和漏气率：灭弧室内含水量小于 150ppm，其它气室小于 250ppm；气体年漏气量小于 1%。u 运行中断路器应定期测量 SF6气体含水量，断路器新装或大修后，每 3个月测量一次，待含水量稳定后可每年测量一次。第三章 高压电器及成套配电装置单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级* * 24第二节 高压断路器四 . 断路器操作机构1.断路器操作机构的作用与要求（ 1）断路器操作机构的作用：用来控制断路器跳闸、合闸和维持合闸状态，其性能好坏直接影响断路器的工作性能。（ 2）对断路器操作机构的基本要求u 足够的操作功u 较高的可靠性u 动作迅速u 具有自由脱扣装第三章 高压电器及成套配电装置单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级* * 25第二节 高压断路器四 . 断路器操作机构2.断路器操作机构的分类分类原则：按照合闸能源取得方式进行分类。断路器操作机构的种类：u 电磁操作机构：优点：结构简单，价格低、工艺要求低、可靠性高缺点：合闸功率大、配大功率直流电源、机构笨重、耗材多u 弹簧操作机构：优点：需要的电源容量小，电源要求低缺点：工艺要求高、结构复杂、机件要求强度高、安装调试困难第三章 高压电器及成套配电装置单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级* * 26第二节 高压断路器2.断路器操作机构的分类分类原则：按照合闸能源取得方式进行分类。液压操作机构：优点：体积小、操作功大、动作平稳、无噪音、速度快、电源容量要求小缺点：结构复杂、工艺要求高、动作受温度影响u 手动操作机构：不推荐，尽量避免u 气动操作机构：结构复杂、稳定性查，逐步淘汰液压操作机构第三章 高压电器及成套配电装置单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级* * 27第二节 高压断路器四 . 断路器操作机构3.操动机构型号及含义C表示操动机构D电磁式 T弹簧式 Y液压式 S