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1、发电厂电气部分,(第四版),6.1 电气设备选择的一般条件 6.2 高压断路器和隔离开关的原理与选择 6.3 互感器的原理与选择 6.4 限流电抗器的选择 6.5 高压熔断器的选择 6.6 裸导体的选择 6.7 电缆、绝缘子和套管的选择,第六章 导体和电气设备的原理与选择,6.1 电气设备选择的一般条件,作者： 版权所有,电气设备选择的一般条件,电力系统中的各种电气设备，它们的工作条件并不完全一致，它们的具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是相同的。即：,电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并且按短路情况进行各种校验（如热稳定校验和动稳定校验）。,作者： 版权所有,一
2、、按正常工作条件选择电气设备,电气设备的额定电压UN就是铭牌上标出的线电压。 另外，电气设备还有一个最高工作电压Ualm，即电气设备长期运行所允许的最大电压。,1额定电压,选择电气设备时，应使所选电气设备最高工作电压Ualm不低于电气设备装置点的电网最高运行电压Usm ，即UalmUsm 。,作者： 版权所有,一、按正常工作条件选择电气设备,1额定电压,通常，电气设备最高工作电压Ualm(110%115%)UN 而电网最高运行电压Usm(110%)UNS,所以，一般按照电气设备的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNS的条件选择即可。,作者： 版权所有,一、按正常工作条件选择电气设备,电气
3、设备的额定电流IN是指在一定周围环境温度下，长时间内电气设备所能允许通过的电流。,2额定电流,选择电气设备时，应使所选电气设备额定电流IN不低于所工作回路在各种可能运行方式下的最大持续工作电流Imax。即,电气设备工作的回路不同，其最大持续工作电流Imax不同。,作者： 版权所有,一、按正常工作条件选择电气设备,2额定电流,一般可取为等于该段母线上最大 一台发电机或变压器的Imax,一般可取为等于该段母线上最大 一台发电机额定电流的50%-80%,A.海拔修正 电气设备的最高工作电压是按一定的海拔高度设计的。 如果电气设备布置在规定的海拔高度以上，电气设备的最大工作电压就要降低。,作者： 版权
4、所有,一、按正常工作条件选择电气设备,在选择电气设备时，还应考虑电气设备安装地点的环境条件，如温度、海拔高度等。当环境条件超过电气设备的正常使用条件时，应采取相应措施。,3按当地环境进行修正,海拔高度每增加100m，最大工作电压应降低1。高于1000米可选高原型产品或外绝缘高一级的产品,B.温度修正 电器设备的额定环境温度为0+40。 如果周围环境温度高于+40，则设备额定电流要减小。 如果周围环境温度低于+40，则设备额定电流可增大（实际选择时一般不修正）。,作者： 版权所有,一、按正常工作条件选择电器,3按当地环境进行修正,K温度修正系数,即：,作者： 版权所有,二、按短路条件校验电气设备
5、,短路电流通过电气设备时，电气设备各部分温度(或发热效应)应不超过允许值。,1短路热稳定校验,电气设备满足短路热稳定的条件是：,式中： Qk短路电流产生的热效应 It电气设备允许通过的热稳定电流 t电气设备允许通过的热稳定电流的持续时间,作者： 版权所有,二、按短路条件校验电气设备,电动力稳定是指电气设备承受短路电流机械效应的能力，也称动稳定。,2短路电动力稳定校验,电气设备满足短路动稳定的条件是：,式中： ish、Ish 短路冲击电流的幅值及有效值 ies、Ies 电气设备允许通过的动稳定电流的幅值和有 效值,或,作者： 版权所有,二、按短路条件校验电气设备,为使所选电气设备具有足够的可靠性
6、、经济性和合理性，并在一定时期内适应电力系统发展的需要，作校验用的短路电流应按下列条件计算。,3短路电流计算条件,(1)容量和接线,按最终设计容量计算，并考虑远景发展规划 接线应采用可能发生最大短路电流的正常接线方式,(2)短路种类,一般按三相短路计算 若其它种类短路比三相短路严重，则按该情况计算,作者： 版权所有,二、按短路条件校验电气设备,3短路电流计算条件,(3)短路计算点的选择,选择通过电气设备的短路电流为最大的点为短路计算点,发电机变压器回路： 应比较断路器前后短 路时通过断路器的电 流值，择其大者为短 路计算点。,作者： 版权所有,二、按短路条件校验电气设备,3短路电流计算条件,(
7、3)短路计算点的选择,母联断路器回路： 应考虑当由母联断路 器向备用母线充电时， 备用母线k4点短路， 则全部短路电流流过 母联断路器的情况。,作者： 版权所有,二、按短路条件校验电气设备,3短路电流计算条件,(3)短路计算点的选择,出线电抗器回路： 一般选电抗器后k8点 为短路计算点。,作者： 版权所有,二、按短路条件校验电气设备,3短路电流计算条件,(4)短路计算时间,校验热稳定,短路计算时间tk为继电保护动作时间tpr和相应断路器 的全开断时间tab之和。,而,即：,式中： tab断路器全开断时间 tpr后备继电保护动作时间 tin断路器固有分闸时间(查产品参数表) ta断路器燃弧时间(
8、少油断路器0.04-0.06s，SF6断路器0.02-0.04s),作者： 版权所有,二、按短路条件校验电气设备,3短路电流计算条件,(4)短路计算时间,校验电气设备开断能力,开断电气设备应能在最严重的情况下开断短路电流，因此短路计算时间tk为主保护动作时间tpr1和断路器固有分闸时间tin之和。,即：,式中： tpr1主继电保护动作时间 tin断路器固有分闸时间(查产品参数表),作者： 版权所有,二、按短路条件校验电气设备,3短路电流计算条件,(4)短路计算时间,6.2 高压断路器和隔离开关的原理与选择,作者： 版权所有,高压断路器,开关电器是电力系统的重要设备之一，其中，又以断路器的地位最
9、重要，结构也最复杂。,高压断路器是用来在正常情况下接通和断开电路、且在故障情况下能自动迅速开断故障电流的开关设备。 对断路器的基本要求是：在各种情况下应具有足够的开断能力，尽可能短的动作时间和高度的工作可靠性。 断路器最重要的任务就是熄灭电弧，所以，各种断路器都有不同结构的灭弧装置。,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,电弧是一种气体游离放电现象。,能量集中，温度很高，亮度很强,三部分组成：阴极区、阳极区和弧柱区,电弧的气体放电是自持放 电，维持电弧稳定燃烧的电 压很低,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(一)电弧的产生、维持及物理过程,触头的周围原本是空气或其 它绝缘介质。 为什么在动
10、静触头分离瞬间会 变成导电的电弧呢？,原因就在于在绝缘介质中出 现了大量的自由电子。,大量自由电子由阴极向阳极的定向运动就形成了电弧。,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(一)电弧的产生、维持及物理过程,1.弧柱中自由电子的来源,A.电极发射大量自由电子，对电弧的产生起决定作用,热电子发射：动静触头分离时，触头间接触电阻增 大，接触处大量发热，使阴极表面温度升高而发射电 子。其数量取决于触头材料和表面温度。,冷电子发射(强电场发射)：动静触头分离时，触头 间的间隙很小，触头间会形成很高的电场强度，将阴 极触头金属表面中的自由电子从中拉出来。其数量取 决于电场强度的大小。,作者： 版权所有,
11、一、电弧的基本理论,(一)电弧的产生、维持及物理过程,1.弧柱中自由电子的来源,B.弧柱区的气体游离，产生大量的自由电子和离子， 对电弧的形成和维持起决定作用,游离是指中性质点变成自由电子和正离子的过程。,电场游离(碰撞游离)：在电场作用下，电子加速向 阳极运动，途中与介质中的中性质点发生碰撞。若自 由电子具有足够动能，就能与中性质点产生碰撞游离， 使其游离为正离子和自由电子。这样的过程连续进行 导致雪崩式碰撞，使触头间充满了自由电子。在外加 电压作用下形成电子流，介质被击穿而形成电弧。,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(一)电弧的产生、维持及物理过程,1.弧柱中自由电子的来源,热游离：
12、电弧形成后，触头间电压立刻降低，但弧 柱的温度很高。处于高温下的介质分子和原子产生剧 烈运动，不断发生碰撞，也会游离出自由电子和离子 (这就是热游离过程)，可以维持电弧的燃烧。,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(一)电弧的产生、维持及物理过程,2.电弧的形成过程,由以上分析可以看出，阴极在强电场作用下发射电子。 发射的电子在触头电压作用下产生碰撞游离，就形成 了电弧。在高温作用下，阴极产生热发射，并在介质 中发生热游离，使电弧维持和发展。这就是电弧形成 的过程。,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(一)电弧的产生、维持及物理过程,3.去游离过程,在电弧中，发生游离过程的同时还进行着使
13、带电质点 减少的去游离过程。,游离过程去游离过程：电弧电流增大，炽热燃烧 游离过程去游离过程：电弧电流不变，稳定燃烧 游离过程去游离过程：电弧电流减小，最终熄灭,因此，要想使电弧熄灭，就必须设法加强去游离过程， 使其大于游离过程。,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(一)电弧的产生、维持及物理过程,3.去游离过程,A.复合去游离：带电质点的电荷彼此中和的现象 电子碰撞中性质点速度慢的负离子与正离子中和,复合去游离进行的快慢与弧隙电场强度的大小、电弧 的温度及电弧的表面积有关。,B.扩散去游离：弧柱中的自由电子和正离子由于热运 动而从弧柱内部逸出进入周围冷介质的现象,浓度扩散；温度扩散,作者
14、： 版权所有,一、电弧的基本理论,(一)电弧的产生、维持及物理过程,3.去游离过程,由上可知，利用各种方法，人工地强迫冷却电弧的内 部和表面，不仅可增强复合去游离的速度，同时也能 增强扩散去游离的强度，使电弧很快熄灭。,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(二)交流电弧的特性,1.交流电弧的特性,电弧电压、电流波形图,随着正弦交流电流的周期 性变化，交流电弧电流也 将随之每半周过零一次。,在电弧电流自然过零时， 电弧向弧隙输送能量减少， 电弧温度和热游离下降， 电弧将自动熄灭。,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(二)交流电弧的特性,1.交流电弧的特性,电弧电压、电流波形图,如果在电流过
15、零电弧自然熄灭时，采取有效措施加强弧隙的冷却，使弧隙介质的绝缘能力达到不会被弧隙外加电压击穿的程度，则在下半周电弧就不会重燃而最终熄灭。,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(三)交流电弧的熄灭,决定交流电弧熄灭的基本因素是“弧隙介质强度的恢复过程”和“弧隙电压的恢复过程”。,弧隙介质强度的恢复过程,电弧电流过零时，输入弧隙的能量减少，弧隙温度剧降，因而弧隙游离程度也下降。当弧隙温度降低到热游离基本停止时，弧隙重新转变为介质状态。此时，虽然不会出现热击穿而重燃，但是弧隙的绝缘能力或称介质强度（以弧隙能耐受的电压表示）要恢复到正确状态仍需要一定时间，此称为“弧隙介质强度的恢复过程”。（图62）
16、,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(三)交流电弧的熄灭,弧隙电压的恢复过程,电弧电流过零后，弧隙电压将由熄弧电压经过一个由电路参数所决定的振荡过程，逐渐恢复到电源电压，此称为“弧隙电压的恢复过程”。,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(三)交流电弧的熄灭,弧隙介质强度的恢复过程：以耐受电压Ud(t)表示,因此，在电弧电流过零后，存在着两个相互联系的对立过程。在恢复过程中，如果恢复电压高于介质强度，弧隙被电击穿，电弧重燃；如果恢复电压低于介质强度，电弧就会真正熄灭。,弧隙电压的恢复过程：以耐受电压Ur(t)表示,交流电弧熄灭的条件是：,Ud(t) Ur(t),(a)在t1时刻发生 击穿
17、，电弧重燃,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(三)交流电弧的熄灭,介质强度和弧隙电压的恢复过程,(b)电弧熄灭,(c)电弧熄灭,介质强度的恢复过程与下列因素有关： 电弧电流的大小 弧隙的冷却条件（灭弧装置的结构） 灭弧介质的特性 触头分离的速度,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(三)交流电弧的熄灭,1.弧隙介质强度的恢复过程,起始介质强度（近阴极效应） 在电流过零后的011us的短暂时间内，阴极附近出现150250伏的起始介质强度。,正离子层空间,弧隙电压的恢复过程与线路参数和负荷性质有关。,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(三)交流电弧的熄灭,2.弧隙电压的恢复过程,周期性
18、振荡过程,非周期性过程,电弧熄灭后，弧隙电压不可能立刻由熄弧电压上升到电源电压，而有一个过渡过程，可能是周期性或非周期性的。,恢复电压由两部分组成：,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(三)交流电弧的熄灭,2.弧隙电压的恢复过程,瞬态恢复电压：首先出现 在弧隙两端，时间很短，具 有过渡过程特性的电压Utr,瞬态恢复电压Utr是从熄弧 电压Ur0过渡到稳态值之间 的暂态分量。,恢复电压由两部分组成：,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(三)交流电弧的熄灭,2.弧隙电压的恢复过程,工频恢复电压：瞬态恢复 电压Utr消失后，在弧隙两端 出现的由工频电源决定的电 压Usr,工频恢复电压Usr是
19、电弧熄 灭以后加在弧隙上的恢复 电压稳态值。,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(三)交流电弧的熄灭,2.弧隙电压的恢复过程,如果能采取措施，防止弧隙恢复电压振荡，将周期性恢复电压转变为非周期性恢复过程，电弧就更容易熄灭。,假设断路器在电弧燃烧时 弧隙电阻为零，而电弧熄 灭后弧隙电阻为无穷大， 则等值电路如图所示。,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(四)断路器开断短路电流时的物理过程,分析如图所示的中性点接地的电路中，在电源出口处短路，断路器开断时的电压恢复过程。,由于发生短路时，电容C与断 路器QF并联，所以，断路器触 头间的电压恢复过程就是交流 电压u通过R、L对C充电的过程。,
20、作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(四)断路器开断短路电流时的物理过程,由于电压恢复过程在很短时间 内完成，电源电压变化很小， 因此在分析电压恢复过程时， 可近似地把交流电源u简化为 电压为U0的直流电源。,于是，电压恢复过程就相当于在电压为U0的直流电源 突然合闸时，在电容C两端的电压变化过程。如图：,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(四)断路器开断短路电流时的物理过程,U0 是当电弧电流过零时，电源电压的瞬时值，称为 “开断瞬间工频恢复电压”。它与不同的短路形式有关。,1. 弧隙电压恢复过程的分析,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(四)断路器开断短路电流时的物理过程,当开关
21、K闭合后，有方程,整理后，得：,1. 弧隙电压恢复过程的分析,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(四)断路器开断短路电流时的物理过程,通解：与上式相对应的齐次 线性方程的通解,特解：K闭合瞬间t=0时，电 容C上的稳态电压,式的通解为：,1. 弧隙电压恢复过程的分析,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(四)断路器开断短路电流时的物理过程,式中：C1、C2 积分常数，其值由初始条件决定 1、2 特征方程的根,1. 弧隙电压恢复过程的分析,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(四)断路器开断短路电流时的物理过程,0 时：1、2为不相等实根，UC为非周期过程,0 时：1、2为虚根，UC为周
22、期性振荡过程,0 时：1、2为相等实根，UC亦为非周期性过程,1. 弧隙电压恢复过程的分析,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(四)断路器开断短路电流时的物理过程,求得,可见，断路器触头间并联电阻r 越小，恢复电压上升速度越低。,恢复电压上升速度为,1. 弧隙电压恢复过程的分析,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(四)断路器开断短路电流时的物理过程,求得,并联电阻r对恢复起阻尼作用， 使恢复电压幅值和速度都降低。,半周期内电压恢复平均速度为,1. 弧隙电压恢复过程的分析,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(四)断路器开断短路电流时的物理过程,恢复电压也是非周期过程，最大值不超过U0
23、。,此时是电压恢复过程的临界情况，即：,略去电阻R，则在临界条件下 的并联电阻r临界值为：,1. 弧隙电压恢复过程的分析,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(四)断路器开断短路电流时的物理过程,当并联电阻rrcr时，电压恢复为非周期性过程； 当并联电阻rrcr时，电压恢复为周期性振荡过程；,并联电阻r临界值为：,即是说，可以通过适当减小并联电阻r，使之小于临 界值rcr，则电压恢复过程将从周期性振荡过程转变 为非周期性过程，从而大大降低恢复电压的幅值和恢 复速度，相应地可增加断路器的开断能力。,1. 弧隙电压恢复过程的分析,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(四)断路器开断短路电流时的
24、物理过程,具有并联电阻的断路器的接线原理如图所示：,断路器开断电路时，主触头 Q1先开断，由于有并联电阻r 接入，使主触头间产生的电弧 容易熄灭。,当主触头间的电弧熄灭后， 辅助触头Q2接着开断，切断并 联电阻中的电流，最终使电路 完全开断。,灭弧室,电弧中的去游离强度，很大程度上取决于电弧周围介质 的特性，如介质的传热能力、介电强度、热游离温度和 热容量等。这些参数的数值越大，则去游离作用越强， 电弧就越容易熄灭。,作者： 版权所有,二、高压断路器熄灭电弧的基本方法,1.利用灭弧介质,常用的灭弧介质有：空气，油(变压器油或断路器油)， SF6，真空。,电弧中的去游离强度，很大程度上取决于触头
25、材料。若 采用熔点高、导热系数和热容量大的耐高温金属作触头 材料，可以减少热电子发射和电弧中的金属蒸气，抑制 游离作用。同时，触头材料还要求有较高的抗电弧、抗 熔焊能力。,作者： 版权所有,二、高压断路器熄灭电弧的基本方法,2.采用特殊金属材料作灭弧触头,常用的触头材料有：铜钨合金，银钨合金。,电弧在气流或油流中被强烈地冷却而使复合加强，吹弧 也有利于带电离子的扩散。,作者： 版权所有,二、高压断路器熄灭电弧的基本方法,3.利用气体或油吹动电弧,在高压断路器中利用各种结构形式的灭弧室，使气体或 油产生巨大的压力并有力地吹向电弧，使电弧熄灭。,吹动的方式有：纵吹和横吹。 纵吹：吹动方向与弧柱轴线
26、平行。主要使电弧冷却变细，最后熄灭。 横吹：吹动方向与弧柱轴线垂直。主要把电弧拉长，表面积增大并加强冷却。,高压断路器常制成每相有两个或更多 个串联的断口。 如图为双断口的灭弧方式。,作者： 版权所有,二、高压断路器熄灭电弧的基本方法,4.利用多断口灭弧,采用多断口是把电弧分割成很多小电弧段，在相等的触 头行程下，多断口比单断口的电弧拉长了，从而增大了 弧隙电阻，而且电弧被拉长的速度(即触头分离速度)也 增加，加速了弧隙电阻的增大，同时，也增大了介质强 度的恢复速度。由于加在每个断口的电压更低，使弧隙 的恢复电压降低，因此灭弧性能更好。,采用多断口的结构后，每一个断口在开断位置的电压分 配和开
27、断过程中的恢复电压分配出现了不均匀现象。,作者： 版权所有,二、高压断路器熄灭电弧的基本方法,4.利用多断口灭弧,如图为单相断路器在开断 接地故障后的电路图。,U：电源电压,U1、U2：两个断口的电压,Cd：断口的等效电容,C0：底座对地等效电容,则断口电压分布的计算可按下图进行：,作者： 版权所有,二、高压断路器熄灭电弧的基本方法,4.利用多断口灭弧,可见，U1U2两个断口上的电压相差很大，第一个断口 的工作条件比第二个断口要严重。,为了充分发挥每个灭弧室的作用，应该使两个断口的工 作条件接近相等。通常在每个断口并联一个比Cd和C0都 大得多的电容C，称为“均压电容”。,作者： 版权所有,二
28、、高压断路器熄灭电弧的基本方法,4.利用多断口灭弧,可见，U1U2，电压平均分布在两个断口上，每个断 口工作条件基本上一致。,作者： 版权所有,三、高压断路器的种类和基本参数,迅速拉长电弧，可使弧隙的电场强度骤降，同时，使弧 隙的表面积突然增大，有利于电弧的冷却和带电质点向 周围介质扩散，使热游离作用减弱，加强了离子的复合 速度，从而加速电弧的熄灭。,作者： 版权所有,二、高压断路器熄灭电弧的基本方法,5.拉长电弧并增大断路器触头的分离速度,为此，在高压断路器中都装有强有力的断路弹簧，以 加快触头的分离速度。,作者： 版权所有,二、高压断路器熄灭电弧的基本方法,5.拉长电弧并增大断路器触头的分
29、离速度,断路器分闸速度的快慢，通常由断路器全开断时间来衡 量，它包括断路器固有动作时间和燃弧时间两部分。,0.12s，称为低速断路器 0.08s，称为快速断路器 0.08s0.12s ，称为中速断路器,当全开断时间,作者： 版权所有,三、高压断路器的种类和基本参数,(一)高压断路器的种类,1.油断路器,利用电弧本身的能量，将油加热，形成油蒸汽和大量 气体所组成的高压力气泡实现吹弧。,这种靠电弧本身能量熄灭电弧的方法，称为“自能式” 灭弧室。,特点：灭弧时不需要外界供给很大能量，但灭弧能力 与电弧电流有关。其燃弧时间随着开断电流减小而增大。,作者： 版权所有,三、高压断路器的种类和基本参数,(一
30、)高压断路器的种类,1.油断路器,多油式断路器,缺点：体积大，用油量多，有爆炸火灾危险，检修工 作量大。,特点：内部带有电流互感器。,断路器中的油除了作灭弧介质外，还作为触头开断后的 弧隙绝缘以及带电部分与接地外壳之间的绝缘介质。,作者： 版权所有,三、高压断路器的种类和基本参数,(一)高压断路器的种类,1.油断路器,少油式断路器,优点：结构简单，体积小，材料消耗少，用油量少， 重量轻，性能稳定，运行方便。应用广泛。,缺点：抗震性稍差,断路器中的油只作灭弧介质和触头开断后的弧隙绝缘介 质，而带电部分对地之间的绝缘采用瓷柱。,作者： 版权所有,三、高压断路器的种类和基本参数,(一)高压断路器的种
31、类,2.压缩空气断路器(简称空气断路器),采用压缩空气作为灭弧介质。,压缩空气除了作灭弧介质外，还作为触头开断后的弧 隙绝缘介质。,优点：“外能式”灭弧室。灭弧能力强；灭弧时间短； 无火灾危险；尺寸小，重量轻。,缺点：结构复杂；有色金属消耗量大，价格昂贵；需 要装设空气压缩机、复杂的压缩空气系统、贮气筒和管 道；噪声大。,作者： 版权所有,三、高压断路器的种类和基本参数,(一)高压断路器的种类,3.六氟化硫（SF6）断路器,采用六氟化硫(SF6)气体作为灭弧介质和绝缘介质。,SF6气体是无色、无味、不燃、无毒的惰性气体。,优点：允许断路次数多，检修周期长；断路性能好； 多用于SF6封闭式组合电
32、器，大大减少占地面积。,它具有很高的电气绝缘强度(是空气的2.53倍)和良好 的灭弧性能(灭弧能力比空气高100倍)。,缺点：要求加工精度高，密封性能好。对气体和水分 的检测控制要求更严。,作者： 版权所有,三、高压断路器的种类和基本参数,作者： 版权所有,三、高压断路器的种类和基本参数,(一)高压断路器的种类,4.真空断路器,以真空作为灭弧介质和绝缘介质。,所谓“真空”是相对而言的，指的是绝对压力低于1个大气压的气体稀薄的空间。在这样的空间里，其绝缘强度很高，电弧很容易熄灭。,优点：触头开距短(10kV级只需10mm，而油断路器需 125mm)；燃弧时间短，且与开断电流无关，一般只有半 个周
33、期；触头寿命长，开断次数多；体积小，重量轻；,缺点：对灭弧室工艺及触头材料要求高,作者： 版权所有,三、高压断路器的种类和基本参数,(二)高压断路器的技术参数,1.额定电压UN,产品铭牌上注明的电压是指正常工作的线电压。,我国采用的额定电压等级有： 3、6、10、35、60、110、220、330、500、750、1000、500、800kV。,考虑到输电线始端和末端的电压可能不同，以及电力 系统调压的要求，对电器又规定了与各级额定电压相应 的最高工作电压。断路器应能在其最高工作电压下长期 正常工作。,保证断路器长期工作的电压。,作者： 版权所有,三、高压断路器的种类和基本参数,(二)高压断路
34、器的技术参数,2.额定电流IN,电器长期通过额定电流时，其发热温度不会超过允许值。,3.额定开断电流INbr,断路器在额定电压下能正常可靠开断的最大短路电流。 它标志断路器的开断能力。,断路器可以长期通过的最大电流。,4.额定开断容量SNbr,对三相电路有,作者： 版权所有,三、高压断路器的种类和基本参数,(二)高压断路器的技术参数,5.额定动稳定电流ies (额定极限通过电流),6.额定热稳定电流It,表示断路器能承受短路电流热效应的能力。 通常 It = INbr,表示断路器对短路电流的电动稳定性。,7.热稳定电流作用时间t,在此时间内，当热稳定电流通过断路器时，其发热温 度不超过规定允许
35、值。,作者： 版权所有,三、高压断路器的种类和基本参数,(二)高压断路器的技术参数,8.合闸时间,9.分闸时间,断路器跳闸线圈通电起到三相内电弧完全熄灭为止。,断路器合闸线圈通电起到主触头刚接触为止的时间。,固有分闸时间：跳闸线圈通电起到触头刚分离为止,燃弧时间：触头分离到各相电弧完全熄灭为止,分闸时间等于断路器固有分闸时间和燃弧时间之和。,作者： 版权所有,三、高压断路器的种类和基本参数,(三)高压断路器的型号含义,作者： 版权所有,三、高压断路器的种类和基本参数,(三)高压断路器的型号含义,SN1010/600350,S 少油 D 多油 K 压缩空气 Z 真空 L SF6 F SF6封闭式
36、,N 户内 W 户外,产品设计序号,额定电压(kV),额定电流(A),额定开断 容量(kVA),作者： 版权所有,四、高压断路器的选择与校验,(一)高压断路器的选择,1.选择断路器的种类和形式,作者： 版权所有,四、高压断路器的选择与校验,(一)高压断路器的选择,1.选择断路器的种类和形式,作者： 版权所有,四、高压断路器的选择与校验,(一)高压断路器的选择,1.选择断路器的种类和形式,作者： 版权所有,四、高压断路器的选择与校验,(一)高压断路器的选择,2.选择断路器的额定电压,UN UNS,3.选择断路器的额定电流,IN Imax,4.选择断路器的额定开断电流,Inbr Ipt,或 Inb
37、r I”,Ipt断路器开断瞬间的短路电流周期分量有效值,I” 短路次暂态电流有效值,作者： 版权所有,四、高压断路器的选择与校验,对快速断路器,电源附近短路时,短路电流非周期分量可 能超过周期分量的20%,按短路全电流校验,Inbr Ik,5.短路关合电流选择,iNcl ish,作者： 版权所有,四、高压断路器的选择与校验,(二)高压断路器的校验,1.校验断路器的热稳定,It2t Qk,2.校验断路器的动稳定,ies ish(3),隔离开关的主要用途是保证装置中检修工作的安全。,作者： 版权所有,五、隔离开关的主要用途,1. 隔离电压,2. 倒闸操作,投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时，
38、常用 隔离开关配合断路器，进行电路的切换操作。,在需要检修的部分和其它带电部分之间，用隔离开关 构成足够大的明显可见的空气绝缘间隔。,隔离开关没有灭弧装置，不能开断或闭合负荷电流和 短路电流但具有一定的分、合小电感电流和电容电流的 能力。,作者： 版权所有,五、隔离开关的主要用途,3. 分、合小电流,分、合避雷器、电压互感器和空载母线 分、合励磁电流不超过2A的空载变压器 分、合电容电流不超过5A的空载线路,作者： 版权所有,六、隔离开关的种类,1.按安装地点分：户内式、户外式,2.按绝缘支柱数目分：单柱式、双柱式、三柱式,3.按闸刀运动方向分：水平旋转式、垂直旋转式、 摆动式、插入式,GW5
39、110GD/1000,隔离开关,N 户内 W 户外,产品设计序号,额定电压(kV),改进型,额定电流(A),带接地刀闸,隔离开关的型号含义：,作者： 版权所有,六、隔离开关的种类,作者： 版权所有,七、隔离开关的选择和校验,(一)隔离开关的选择,1.选择隔离开关的种类和形式,2.选择隔离开关的额定电压,UN UNS,3.选择隔离开关的额定电流,IN Imax,作者： 版权所有,七、隔离开关的选择和校验,(二)隔离开关的校验,1.校验隔离开关的热稳定,It2t Qk,2.校验隔离开关的动稳定,ies ish(3),6.3 互感器的原理与选择,将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低 电压(
40、100V)和小电流(5A或1A)，从而使测量仪表和保护 装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜和便 于屏内安装；并可采用小截面电缆进行远距离测量。,互感器是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别 向测量仪表、继电器的电流线圈和电压线圈供电，正确 反映电气设备的正常运行和故障情况。,互感器的作用是：,作者： 版权所有,互感器的作用,将二次设备与高压部分隔离，保护工作人员的安全； 同时，互感器二次侧均接地，这样可防止当一、二次绝 缘损坏时，在二次设备上发生高压危险。,电流互感器的原理接线如图：,作者： 版权所有,一、电流互感器的工作原理,电力系统中广泛采用的是电磁式电流互感器，它的工作 原
41、理和变压器相似。,电流互感器的工作特点：,一次绕组串联在所测量 的一次回路中，并且匝数 很少。因此，一次绕组中 的电流I1完全取决于被测 回路的负荷电流，而与二 次绕组电流I2大小无关。,电流互感器的原理接线如图：,作者： 版权所有,一、电流互感器的工作原理,电力系统中广泛采用的是电磁式电流互感器，它的工作 原理和变压器相似。,电流互感器的工作特点：,二次绕组匝数N2很多， 是一次绕组匝数的若干倍。 二次绕组中的电流I2完全 取决于一次绕组电流I1。,即有：,作者： 版权所有,二、电流互感器的工作状态,电流互感器的二次回路 中所串接的负载，是测量 仪表和继电器的电流线圈。 它们的阻抗都很小，因
42、此 电流互感器在正常工作时， 二次侧接近于短路状态， 这是与普通电力变压器的 主要区别。,电流互感器在正常工作时，二次绕组绝对不允许开路,作者： 版权所有,二、电流互感器的工作状态,电流互感器在正常工作 状态时，二次负荷电流I2 所产生的二次磁势F2对一 次磁势F1有去磁作用，因 此合成磁势F0及铁芯中的 合成磁通数值都不大， 在二次绕组内所感应的电 势E2数值不超过几十伏。,为了减小电流互感器的尺寸、重量和造价，其铁芯 截面是按正常工作状态（即合成磁势F0及铁芯中合成 磁通数值都不大的状态）设计的。,I1N1-I2N2= I0N1,作者： 版权所有,二、电流互感器的工作状态,因此，如果运行中
43、的电流互感器二次绕组开路，则二 次磁势F2等于零，而一次磁势F1不变，且全部用于激磁。 此时合成磁势F0等于F1，比正常状态的合成磁势增大了 许多倍，使铁芯中的磁通急剧增加而达到饱和状态。,铁芯饱和致使随时间变化的 磁通波形变为平顶波。在波形 上升和下降处，因磁通急剧变 化在开路的二次绕组内所感应 的电势E2可达几千伏甚至更高， 对设备和人员是极其危险的。,I1N1-I2N2= I0N1,作者： 版权所有,三、电流互感器的误差,Z2f,r1,x1,I1,r2,x2,r0,x0,I2,I0,E2,U2,1.误差的来源,I1= I0+ I2 I1= I0 + kiI2,I1N1= I0N1+ I2
44、N2,作者： 版权所有,三、电流互感器的误差,1.误差的来源,(1)电流误差fi：为二次电流的测量值乘以额定电流比 所得的值与实际一次电流之差，占后者的百分数。,因为,所以,作者： 版权所有,三、电流互感器的误差,1.误差的来源,(1)电流误差fi：,当i很小时，,所以有：,作者： 版权所有,三、电流互感器的误差,1.误差的来源,(2)相位误差i：,当i很小时：,所以：,作者： 版权所有,三、电流互感器的误差,2.影响误差的因素,可见，fi和i都与激磁磁势F0(I0N1)及一次磁势F1(I1N1) 有关。F0 F1 fii；F0 F1 fii。,作者： 版权所有,三、电流互感器的误差,具体影响
45、电流互感器的误差的因素有： 一、二次绕组的匝数；一次电流的大小； 铁芯材料质量、结构尺寸；二次回路的负载阻抗等,由电磁感应定律有 二次回路电压方程有,计及,得,作者： 版权所有,三、电流互感器的误差,A. 运行时，应使一次实际电流接近一次额定电流。,当I1为额定值时,值最大误差最小。,增大铁芯的横截面S，磁路不易饱和,作者： 版权所有,三、电流互感器的误差,B. 为了减小磁势F0，必须减小铁芯的磁阻rm。,缩短磁路长度L(如采用圆形截面铁芯),采用磁导率高的电工钢,Z2L一般包括测量仪表阻抗、继电器的电流线圈阻抗、 连接电缆电阻和接头电阻。,作者： 版权所有,三、电流互感器的误差,C. 要尽量
46、减小二次回路的负载Z2L。,Cos2降低， 2增大，增大，fi增大，i减小,作者： 版权所有,三、电流互感器的误差,D. 功率因数cos2,电流互感器的准确级以电流误差fi来定义的。即： 在规定的二次负荷变化范围内，一次电流为额定值时的 最大电流误差。（准确级越大，误差越大，精度越低）,作者： 版权所有,四、电流互感器的准确级与额定容量,1.电流互感器的准确级,测量用：0.2级 0.5级 1级 3级 10级,保护用：P级 TP级 （相当于 3级10级）,只有二次负载阻抗Z2f在一定范围内（小于某个值）， 才能保证电流互感器达到一定的准确级。,同一台电流互感器工作在不同准确级时，可以带不同 范围
47、（上限值）的二次负载阻抗。,电流互感器的额定容量SN2是指在二次额定电流IN2和 额定二次阻抗ZN2下运行时，二次绕组输出的容量。即：,作者： 版权所有,四、电流互感器的准确级与额定容量,2.电流互感器的额定容量,可见，额定容量和额定阻抗只差一个系数，所以，额定 容量常用二次额定阻抗来表示。,同一台电流互感器工作在不同准确级时，会有不同的 额定容量，即可以带不同范围的额定二次阻抗。,作者： 版权所有,四、电流互感器的准确级与额定容量,2.电流互感器的额定容量,要想保证准确级，就要保证： Z2fZN2 (或 S2fSN2),仪表,继电器,电缆,接头,作者： 版权所有,五、电流互感器的分类和结构,
48、电流互感器的种类很多，型号中的字母符号代表了其类型，其表示方式如下：,作者： 版权所有,五、电流互感器的分类和结构,如图为电流互感器的结构原理图。,作者： 版权所有,五、电流互感器的分类和结构,单匝式电流互感器是由载流导体（作为一匝原绕组）穿过绕有副绕组的环形铁芯构成。它结构简单、体积小、价格低。但由于原绕组是单匝，当被测电流很小时，原边磁势小，测量精确度很低。当一次额定电流为400A及以下时，为提高其测量准确度，将一次绕组制成两匝或两匝以上，就构成了复匝式。,作者： 版权所有,五、电流互感器的分类和结构,不同的二次负荷对电流互感器有不同的精度要求。为了节省空间和成本，往往几个铁芯（各自绕着相应的二次绕组）共享一个一次线圈，构成一台电流互感器。一般335kV电流互感器均有两个二次绕组；110kV电流互感器有34个二次绕组；而220kV则有45个二次绕组。,另外，为了适应不同一次负荷电流的要求，110kV及以上的电流互感器常常将一次绕组分成几组，通过改变一次绕组的串并联关系，即可方便地获得23个额定电流比。,作者： 版权所有,六、电流互感器的接线,单相式接线,单相式接线仅反映三相电流平衡系统的