高压断路器原理与选择

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1、5—2高压断路器原理与选择高压断路器的主要功能:把线路或设备投入或退出;既是控制电器---正常运行投切,又是保护电器---切出故障部分。它具有完善的灭弧装置,是功能最完善的开关电器设备。开断能力是指断路器熄灭电弧的能力。一、电弧(一)电弧的产生是中性粒子变为自由电子和正离子的结果---游离的结果(1)强电场发射当动静触头刚分离开时,由于触头间隙很小,电场强度很强,阴极(金属材料)表面的电子被电场力拉出进入触头间隙成为自由电子,这种游离方式称为强电场发射,也是在弧隙间最初产生的电子。+EER(2)热电子发射由于触头和弧隙的高温,使阴极表面不断发射出电子的

2、现象。(3)碰撞游离热电子发射和高电场发射的电子,在电场强度的作用下,向阳极方向作加速运动,其动能增加,当电子的动能大于原子或分子的游离能,并发生碰撞时,使原子或分子形成自由电子和正离子,这种现象,称为碰撞游离。连续碰撞有的结果,使间隙存在大量自由的点子,在电场作用下,定向移动,形成电流,即为电弧。+E++++E++++++(大)(由大到小趋于零)当电弧形成后,触头间隙由绝缘体转为导电的游离体,触头间隙的电场强度急剧下降,电子与中性粒子不可能再发生碰撞游离,那么应有:触头间隙的电子应越来越少,电弧应越来越小,最后自动熄灭;事实上:电弧不仅没有熄灭,反而

3、越烧越旺,为什么?(4)热游离---使电弧得到了维持燃烧当电弧形成后,弧隙的电阻损耗,使弧隙的温度升高,中性粒子相互碰撞产生出自由电子和正离子的现象,称为热游离。去游离---电弧熄灭的过程弧隙带电质点数减少的过程,称为去游离。包括两种方式:(1)复合去游离正负电荷相互吸引,结合变成中性粒子的过程.(2)扩散去游离带电质点从弧隙逸出弧隙的现象。游离和去游离是电弧燃烧中的两个过程,电弧是燃烧还是熄灭,取决于这两个过程竞争的结果。从熄弧角度,希望加强去游离,电弧熄灭,开断电路。如冷却电弧、吹弧等方法。(二)交流电弧特性(1)电弧电压波形是马鞍形(2)交流电弧

4、每半周过零一次交流电弧的熄灭,就是在其过零时,加强去游离,实现灭弧,开断电路。iuABA’B’A(A’)点燃弧电压B(B’)点熄弧电压为什么燃弧电压比熄弧电压高?(三)交流电弧的熄灭条件交流电弧过零时,电弧熄灭。此时,弧隙上存在两个过程:弧隙绝缘介质的绝缘能力恢复过程和电源电压加到弧隙上的过程。电弧是否熄灭,取决这两个过程的竞争结果。1。弧隙介质强度恢复过程–—Ud(t)弧隙绝缘介质的绝缘能力从熄弧状态恢复到正常状态的过程,称为弧隙介质强度恢复过程。主要由灭弧装置的结构和灭弧介质的性质决定。高压断路器采用不同介质、冷却和吹弧方法,提高弧隙绝缘介质强度的

5、恢复过程。为什么真空断路器、六氟化硫断路器是推荐使用的断路器?2。弧隙电压恢复过程——Ur(t)弧隙电压从熄弧电压恢复到电源电压的过程----电源电压加到弧隙上的过程,称为弧隙电压恢复过程。与电路参数、负荷性质有关。电源电压加到弧隙上的过程,既可能是周期性震荡过程,也可能是非周期震荡过程。RLCrQFCRLrQU0恢复电压的恢复过程由部分组成:1)瞬态恢复电压—暂态分量电容、电感、充放电过程;因电容是分布参数,充放电频率极高、时间极短,此期间的电源电压可认为是常数。触头上电压恢复过程,相当直流电源突然合闸于R、L、C组成的串联回路在电容上的电压变化过程

6、。见图5-102)工频恢复电压—稳态分量弧隙上的电压就是电源电压的过程。弧隙电压恢复过程见图5-7Urt图5-10图5-7*电源电压加到弧隙上经历暂态过程:因为电路里有电感和电容的存在及电容上的电压不能突变造成的。由电路知识:此过程既可能是周期性震荡过程,也可能是非周期震荡过程。从熄弧角度,希望恢复电压幅度低,恢复速度小,即是非周期性振荡过程。*触头上并联电阻的作用:电阻r的分流可减少电容瞬态恢复电压的幅值和速度。并将恢复电压从周期性震荡过程转为非周期震荡过程。提高断路器的开断能力。Ud(t)Ur(t)tU3。交流电弧的熄灭条件交流电弧过零后,如有:U

7、d(t)>Ur(t)交流电弧将永远熄灭。断路器开断电路。*断路器开断单相短路能力比三相短路能力强:因三相短路时断路器弧隙上恢复电压的幅值(1.5Um),比单相短路时恢复电压幅值高(Um),不易开断。*减少弧隙恢复电压的恢复速度和幅度,提高开断能力的措施:1)断路器动静触头间并联一个小电阻---起分流作用。rQ1Q2rQ1Q2主辅触头接通或断开次序2)多端口断路器的端口上装并联一个大电容-----起均压作用110kV及以上的少油断路器或220kV及以上的六氟化硫断路器用之少油断路器的标准端口电压是55kV;六氟化硫断路器标准端口电压110kV.*提高弧隙

8、绝缘介质恢复速度和幅度的方法:1)采用灭弧介质2)采用特殊金属材料做灭弧触头—铜钨或银钨合金等

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1、5—2高压断路器原理与选择高压断路器的主要功能:把线路或设备投入或退出;既是控制电器---正常运行投切,又是保护电器---切出故障部分。它具有完善的灭弧装置,是功能最完善的开关电器设备。开断能力是指断路器熄灭电弧的能力。一、电弧(一)电弧的产生是中性粒子变为自由电子和正离子的结果---游离的结果(1)强电场发射当动静触头刚分离开时,由于触头间隙很小,电场强度很强,阴极(金属材料)表面的电子被电场力拉出进入触头间隙成为自由电子,这种游离方式称为强电场发射,也是在弧隙间最初产生的电子。+EER(2)热电子发射由于触头和弧隙的高温,使阴极表面不断发射出电子的

2、现象。(3)碰撞游离热电子发射和高电场发射的电子,在电场强度的作用下,向阳极方向作加速运动,其动能增加,当电子的动能大于原子或分子的游离能,并发生碰撞时,使原子或分子形成自由电子和正离子,这种现象,称为碰撞游离。连续碰撞有的结果,使间隙存在大量自由的点子,在电场作用下,定向移动,形成电流,即为电弧。+E++++E++++++(大)(由大到小趋于零)当电弧形成后,触头间隙由绝缘体转为导电的游离体,触头间隙的电场强度急剧下降,电子与中性粒子不可能再发生碰撞游离,那么应有:触头间隙的电子应越来越少,电弧应越来越小,最后自动熄灭;事实上:电弧不仅没有熄灭,反而

3、越烧越旺,为什么?(4)热游离---使电弧得到了维持燃烧当电弧形成后,弧隙的电阻损耗,使弧隙的温度升高,中性粒子相互碰撞产生出自由电子和正离子的现象,称为热游离。去游离---电弧熄灭的过程弧隙带电质点数减少的过程,称为去游离。包括两种方式:(1)复合去游离正负电荷相互吸引,结合变成中性粒子的过程.(2)扩散去游离带电质点从弧隙逸出弧隙的现象。游离和去游离是电弧燃烧中的两个过程,电弧是燃烧还是熄灭,取决于这两个过程竞争的结果。从熄弧角度,希望加强去游离,电弧熄灭,开断电路。如冷却电弧、吹弧等方法。(二)交流电弧特性(1)电弧电压波形是马鞍形(2)交流电弧

4、每半周过零一次交流电弧的熄灭,就是在其过零时,加强去游离,实现灭弧,开断电路。iuABA’B’A(A’)点燃弧电压B(B’)点熄弧电压为什么燃弧电压比熄弧电压高?(三)交流电弧的熄灭条件交流电弧过零时,电弧熄灭。此时,弧隙上存在两个过程:弧隙绝缘介质的绝缘能力恢复过程和电源电压加到弧隙上的过程。电弧是否熄灭,取决这两个过程的竞争结果。1。弧隙介质强度恢复过程–—Ud(t)弧隙绝缘介质的绝缘能力从熄弧状态恢复到正常状态的过程,称为弧隙介质强度恢复过程。主要由灭弧装置的结构和灭弧介质的性质决定。高压断路器采用不同介质、冷却和吹弧方法,提高弧隙绝缘介质强度的

5、恢复过程。为什么真空断路器、六氟化硫断路器是推荐使用的断路器?2。弧隙电压恢复过程——Ur(t)弧隙电压从熄弧电压恢复到电源电压的过程----电源电压加到弧隙上的过程,称为弧隙电压恢复过程。与电路参数、负荷性质有关。电源电压加到弧隙上的过程,既可能是周期性震荡过程,也可能是非周期震荡过程。RLCrQFCRLrQU0恢复电压的恢复过程由部分组成:1)瞬态恢复电压—暂态分量电容、电感、充放电过程;因电容是分布参数,充放电频率极高、时间极短,此期间的电源电压可认为是常数。触头上电压恢复过程,相当直流电源突然合闸于R、L、C组成的串联回路在电容上的电压变化过程

6、。见图5-102)工频恢复电压—稳态分量弧隙上的电压就是电源电压的过程。弧隙电压恢复过程见图5-7Urt图5-10图5-7*电源电压加到弧隙上经历暂态过程:因为电路里有电感和电容的存在及电容上的电压不能突变造成的。由电路知识:此过程既可能是周期性震荡过程,也可能是非周期震荡过程。从熄弧角度,希望恢复电压幅度低,恢复速度小,即是非周期性振荡过程。*触头上并联电阻的作用:电阻r的分流可减少电容瞬态恢复电压的幅值和速度。并将恢复电压从周期性震荡过程转为非周期震荡过程。提高断路器的开断能力。Ud(t)Ur(t)tU3。交流电弧的熄灭条件交流电弧过零后,如有:U

7、d(t)>Ur(t)交流电弧将永远熄灭。断路器开断电路。*断路器开断单相短路能力比三相短路能力强:因三相短路时断路器弧隙上恢复电压的幅值(1.5Um),比单相短路时恢复电压幅值高(Um),不易开断。*减少弧隙恢复电压的恢复速度和幅度,提高开断能力的措施:1)断路器动静触头间并联一个小电阻---起分流作用。rQ1Q2rQ1Q2主辅触头接通或断开次序2)多端口断路器的端口上装并联一个大电容-----起均压作用110kV及以上的少油断路器或220kV及以上的六氟化硫断路器用之少油断路器的标准端口电压是55kV;六氟化硫断路器标准端口电压110kV.*提高弧隙

8、绝缘介质恢复速度和幅度的方法:1)采用灭弧介质2)采用特殊金属材料做灭弧触头—铜钨或银钨合金等

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