高低压电器及配电柜 教案

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1、授课内容：课题一高压断路器基本知识一、开关电器中电弧的产生和熄灭电弧是电力系统及电能利用工程中常见的物理现象。例如，随处可见的电弧焊接、电弧炼钢炉等利用电弧工作的用电设备；在电力系统中的开关电器，工作时触头间也会产生电弧，当然这是我们所不希望产生的。对电弧的了解、分析，采取有效的措施熄灭电弧，这对电力系统的正常操作与安全运行有很重要的意义。（一）电弧的危害和特点电弧实际上是一种气体放电现象。是在某些因素作用下，气体强烈游离、由绝缘变为导通的过程。电弧形成后，由电源不断地输送能量，维持它燃烧，并产生很高的温度。电弧燃烧时，中心区温度可达到10000℃，表面温度也有

2、3000～4000℃。同时发出强烈的白光，故称弧光放电为电弧。电弧的高温，可能烧坏电器触头和触头周围的其他部件。如果电弧较长时间不能熄灭，将会引起电器被烧毁甚至有爆炸的可能，危及电力系统的安全运行，造成人员的伤亡和财产的重大损失。由于电弧是一种气体导电现象，所以在开关电器中，虽然电器触头已经分开，但是在触头间只要有电弧的存在，电路就没有断开，回路电流仍然存在，即开关电器失去了开断电路的作用。影响电力系统的可靠运行。（二）电弧的产生和熄灭条件电弧的产生和熄灭过程，实际上是气体介质由绝缘变为导通和由导通又变为截止的过程。1．电弧的产生条件（1）触头开断初瞬间自由电子

3、的生成（2）碰撞游离形成电弧（3）电弧的维持与平衡3．交流电弧的熄灭在交流电弧的灭弧中，应充分利用交流电流的自然过零点，采取有效的措施，加大弧隙间去游离的强度，使电弧不再重燃，最终熄灭。（三）开关电器中熄灭交流电弧的基本方法开断交流电弧时，在电流达到零值以后，加强对弧隙的冷却，抑制热游离，加强去游离。为此，在开关设备中均装设了灭弧装置，或称为灭弧室，灭弧室的不断改进，大大提高了开关的灭弧能力。1．吹弧用灭弧介质(如气体、油等)在灭弧室中吹动电弧，这种方法在开关电器中应用最广。用弧区以外新鲜且低温的介质吹拂电弧，对熄灭电弧起到多方面的作用。图4—1吹弧方法(a)横

4、吹；(b)纵吹吹弧有纵吹和横吹两种方式，如图4—1所示。吹动方向与电弧轴线相垂直时，称为横吹；吹动方向与电弧轴线一致时，称为纵吹。横吹更易于把电弧拉长，增大电弧表面积，对电弧的冷却效果好；纵吹可以使新鲜介质更好地与炽热的电弧相接触，并把电弧吹成若干细条，易于熄灭。横吹灭弧室尺寸可以小些，多适用于较低电压的断路器；纵吹灭弧室常常用于110kV及以上的断路器。用变压器油作灭弧介质时，触头周围被油浸没，在触头分离产生电弧后，电弧的高温把油加热，分解出大量气体(其中有热传导性能好的氢气)，在灭弧室内造成高气压，高速气流以一定方式吹向电弧。2．采用多断口电压高、电流大的断

5、路器多采用每相两个或多个开断口的方式。多断口使电弧的总长度加长，从而导致弧隙电导下降；使每个断口的行程缩短，可以加快触头的分离速度，促使弧隙电导迅速下降；减少了能量的输入，所以弧隙绝缘强度恢复得快。另一方面，加在每一断口上的电压减小数倍，有利于弧隙绝缘的恢复。3．近阴极效应的应用在阴极附近很薄的一层空间，一定的介质强度突然形成的效应，称为近阴极效应。当电流接近零值时，电弧温度下降，热游离强度降低，但弧隙空间仍有较多的电子和正离子存在。在电流过零后，触头的电极极性已经改变，如图4-3(a)所示，在电场的作用下，自由电子快速地向新阳极运动，而为电子质量1000多倍的

6、正离子则基本未动，于是在阴极附近形成了正空间电荷层，同阴极之间形成一个绝缘层，它能耐受150～250V的电压，称为起始介质强度。此介质强度的大小与电极状态和材料有关，在冷阴极情况下可达到250V。弧隙中近阴极层以外的空间仍被正负离子所充满，电位变化不大，故有图4-3(b)所示的电压分布。低压开关中广泛采用灭弧栅装置，由铁磁材料制成的金属片组成短弧栅格，如图4-4所示，触头间产生电弧后，铁磁材料的栅片在电弧电流产生的磁场中产生电磁力，把电弧吸引到栅片之中，将长弧分割成一串短弧，使之熄灭。实际中栅片作成缺口形状，是为了减少电弧进入栅片的阻力，缩短燃弧时间。4．利用固

7、体介质的狭缝灭弧低压开关也广泛采用狭缝灭弧装置，它由石棉水泥或陶土材料压制成的灭弧罩和磁吹装置构成，如图4-5所示，触头间产生电弧以后，在磁吹装置产生的磁场作用下，对电弧产生电磁力，将其拉入由灭弧片构成的狭缝中，起到拉长电弧的作用，并促使电弧与灭弧片冷壁紧密接触，加强冷却作用；另外，在灭弧罩上，自由电子更易于附着在中性质点上形成负离子，加速了离子的复合，因而有较好的灭弧效果。二、高压断路器的作用和种类高压断路器是电力系统中非常重要的工作和保护设备，它对维持电力系统的安全、经济和可靠运行起着非常重要的作用。在负荷投入或转移时，它应该准确地开、合。在设备(如发电机、

8、变压器、电动机……等)出