电力开关的职能和分类

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1、第1章绪　　论1．1电力开关的职能和分类　　开关设备在动作时是关合或开断电路，不动时是连通或隔离电源，其本质的功能是起“阻抗变换器”的作用，即将电路中某点的阻抗由o→∞或∞→o。“电弧”则是这一迅速变换过程中难以避免但也是不可缺少的开断元件1。对于高压大电流电路中的有触头机械开关来说，只有电弧才能完成上述变换2，问题在于如何限制其不利的效应。　　电力开关是指工作于发电、输电、配电和用电单位的各种大功率开关电器(见图1—1)，它们对电力系统的运行起着控制和保护的作用。　　开关设备通常包括元件与成套组合电器

2、两大部分。元件包括断路器、隔离开关、负荷开头、熔断器、低压自动开关等；成套组合电器包括各种开关柜、充气柜、环网柜、箱式，变电站及各类封闭式组合电器。随着现代电力电子技术、传感技术、微电子器件、材料科学及超导技术的不断发展，高低压电力开关设备的概念在不断发展和扩大，将会出现更多新型的成套装置或限流设施，以适应现代化电网的运行需要。本书只讨论各类开关电器或起阻抗变换作用的电流限制与接通设备，现对其功能及作用分述如下。　　i断路器(Circuit—Breaker)　　断路器是电力系统中最重要和性能最全面的一种

3、开关电器。断路器起着控制和保护的双重作用，能在有载、无载(空载变压器和空载输电线)及各种短路工况下完成规定的合分任务或操作循环。它区别于其他开关设备的最显著特点是必须具备高效的灭弧装置。因为在高压强电流的条件下开断电路并不是件容易的事，开断过程产生的电弧不熄灭，电路就不能被开断，无论高压断路器或低压自动空气断路器(习惯称自动开关)都必须具备强有力的灭弧能力。　　i隔离开关(Disconnector)　　隔离开关是一种用来隔离电源或其他带电装置的开关电器。由于高压断路器的触头被封装在灭弧室中，不能直接看到

4、它的触头是分开的还是合拢的，因此，为了使被检设备与带电部分可靠地隔离，也不让通过断路器断口绝缘的泄漏电流(沿灭弧室固体介质表面)对人体造成麻电感觉或伤害，在高压断路器的进出两侧都必须串接一种电压隔离设备，这就是隔离开关。隔离开关打开后，在气体空间形成一个明显可见的绝缘间隙。它区别于其他开关的明显特点就是“明断点、无泄漏”。它的功能决定了它无斋灭弧能力，因而它必须先于断路器合闸、后于断路器分闸。只有当线路电流很小很小，或者说其每相两接线端间在分开状态无明显电压变化时，它才具有分合电路的能力。隔离开关第1页

5、必须能承载正常运行时的电流和异常条件下规定时间内的短路电流。在低压配电系统中与高压隔离开关相类似的是低压刀闸开关(见图l—2)。　　负荷开关(Switch，LoadBreakingSwitch)　　负荷开关是一种有能力分合正常负载电流而无能力分合事故短路电流的开关电第2页<<上一章下一章>>工成网第2章　　电流的热效应和力效应2．1电流效应对电器性能的影响2．1．1概述　　凡是载流的导体或设备在常态下都会因自身导电回路的材料性质及结构特征而承受不同程度的电流热效应和力效应。任何导电构件(触头、母线、线圈

6、等)都因有电阻而产生热损耗，其周围的铁磁体都会在交变磁场的作用下产生涡流和磁滞损耗，支撑导体的绝缘介质在强电场作用下有介质损耗，这些都是造成温度升高的热源。　　任何通电流的导电体都必然处在其自身或电流回路中别的导体(或相邻导电系统)电流所形成的磁场中，因而它会受到力的作用。铁磁体的热损耗、电流的趋肤效应、导体间的力作用等均为电流的磁效应所产生，故电器中的电动力是载流体相互作用的电磁机械力，是洛仑兹力的宏观表现。　　电弧是处于等离子态的导电体，开关电器中的电弧伴随开关触头分离或即将合拢时产生，因而也会受到

7、电动力的作用，它同时又是大功率的热源，当关合或开断短路时伴随巨大的短路电流形成。无论是电弧还是其他导体，在正常电流下与在短路电流下所承受的热效应或力效应给电器工作性能造成的影响有极大差别。为保证电器的正常工作，须对电器的发热和电动力做适当的了解，掌握常用的工程算法以便对温升和电动力做定量的分析。2．1．2最大允许沮升的规定　　电器各零部件及绝缘介质的工作温度对材料物理及化学性质的变化有直接的影响。当温度超过——定的范围时，其机械性能和电气性能会急剧下降，使用寿命会降低。不同的材料及工作部位其所允许的温度

8、是不同的，确定允许温度的原则是保证电器在设计的使用期限内能可靠地工作。　　金属材料的允许温度取决于其机械强度的变化及支撑绝缘的热耐受能力。温度达一定值后，材料软化，机械强度会明显下降。例如，铜在长期工作状态下(即温度缓慢升高时)的软化点为100～200℃(见图2-1)。金属材料的软化点不仅是温度的函数，还与温升速度有关，当铜的温升过程很快时，其软化点升高到约300℃，即铜在短路电流作用下，其允许发热温度较正常工作状态时高一些。　　GBll0