断路器原理、运行、检修

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1、2断路器原理、运行、检修和维护断路器第一节高压断路器的原理与选择据统计在发电厂和变电所中，每一万千瓦发电设备需100—120台高压断路器，400—500台隔离开关和其它相应的高压电器配套没备。可见，高压断路器是主系统的重要设备之一。高压断路器的主要功能是：正常运行时，用它来倒换运行方式，把设备或线路接入电路或退出运行，起着控制作用；当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路、保证无故障部分正常运行，能起保护作用。高压断路器是开关电器中最为完善的一种设备。其最大特点是能断开电路中负荷电流和短路电流。因此，在运行中其开断能力是标志性能的基本

2、指标。所谓开断能力，就是指断路器在切断电流时熄灭电弧的能力，以保证顺利地分、合电路的任务。一、电弧(一)电弧的产生与熄灭用开关电器切断有电流通过的线路时，只要电源电压大于10—20V，电流大于80—100mA，在开关电器的动、静触头分离瞬间，触头间就会出现电弧。此时，触头虽已分开，但是电路中的电流还在继续流通。只有电弧熄灭，电路才被真正断开。这说明电弧是导电的。电弧之所以能形成导电通道，是因为电弧弧柱中出现了大量自由电子的结果。触头周围的介质是绝缘的，电弧的产生，说明绝缘介质变成了导电的，发生了物态的转化。任何—种物质都有三态，即固态、

3、液态和气态。这三态随着温度的升高而改变。当物质变为气态后，若温度再升高，一般要到5000℃以上，物质就会转化为第四态，即等离子体态。任何等离子体态的物质都是以离子状态存在的，具有导电的特性。因此，电弧的形成过程就是介质向等离子体态的转化过程。那么，在高压断路器动、静触头分开后，电弧最初是如何形成的呢?等离子体态的高温又是怎样提供能量的?电弧的产生和维持是，触头间中性质点(分子和原子)被游离的结果，游离就是中性质点转化为带电质点。从电弧形成过程来看，游离过程主要有以下四种形式：(1)强电场发射当触头刚分开时，触头间距离s很小，虽然触头间电

4、压U不一定－6很高，则可能产生很强的电场强度E(E=U/S)。如果电场强度超过3×10V／m以上，阴331极表面的电子就会被电场力拉出而形成触头空间的自由电子。这种游离方式称为强电场发射，也是在弧隙间最初产生电子的原因。(2)热电子发射触头是由金属材料做成的，在常温下，金属内部就存在有大量运动着的自由电子。随着温度的升高，自由电子能量增加，运动加剧，有的电子就会跑出金属表面，形成热电子发射。特别是电弧形成后，弧隙间的高温使阴极表面受热会出现强烈的炽热点，不断地发射出电子，在电场力作用下，向阳极作加速运动。(3)碰撞游离阴极表面发射出的电

5、子和弧隙中原有的少数电子在电场作用下，向阳极方向运动，不断地与其它粒子(如气体原子、分子)、发生碰撞。只要电子的运动速度2v足够高，电子的动能A=1/2mv大于原子或分子的游离能，则在电子与气体分子或原子碰撞时，就可使束缚在原子核周围的电子释放出来，形成自由电子和正离子，这种现象，就称为碰撞游离。新产生的电子也向阳极加速运动，同样也会使它所碰撞的中性质点游离。碰撞游离连续进行就可能导致在触头间充满了电子和离子，它具有很大的电导，在外加电压作用下，触头间介质可能被击穿而形成电弧。(4)热游离电弧产生之后，弧隙的温度很高，在高温作用下，气体

6、的不规则热运动速度增加。具有足够动能的中性质点互相碰撞时，又可能游离出电子和正离子，这种现象称为热游离。一般气体开始发生热游离的温度为9000—10000℃；金属蒸气的游离能较小，其热游离温度约为4000—5000℃。因为开关电器的电弧中总有一些金属蒸气，而弧心温度总大于4000—5000℃，所以，热游离的强度足可维持电弧的燃烧。电弧中发生游离的同时，还进行着使带电质点减少的去游离过程，去游离主要形式为复合和扩散。(1)复合去游离复合是指正离子和负离子互相吸引，结合在一起，电荷互相中和的过程。两异号电荷要在一定时间内，处在很近的范围内才

7、能完成复合过程，两者相对速度值越大，复合可能性就越小。因电子质量小，易于加速，其运动速度约为正离子的1000倍，所以电子与正离子直接复合几率很小。通常，电子在碰撞时，先附在中性质点上形成负离子，速度大大减慢，而负离子与正离子的复合比电子与正离子间的复合容易得多。加快复合去游离可以加速电弧的熄灭。一般常采用的加快复合的方法有：拉长电弧，在同样的外加电压下，可以使电场强度E(E=U/S)下降，电子的速度降低。有利于复合；设法加快对电弧的冷却，降低电弧温度，减小电子的热运动速度，也有利于复合去游离；加大气体介质的压力，提高气体介质的浓度，使得

8、电子的自由行程变小，和正离子相遇机会增多，使其复合机会增加等。332(2)扩散去游离扩散是指带电质点从电弧内部逸出而进入周围介质中的现象。扩散去游离有三种形式：其一是浓度扩散，由于弧道中带电质点浓度高，而弧