工厂供电 教学课件 作者 汪永华 第4章　工厂电气设备及一次系统.ppt

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1、工厂供电主编第4章　工厂电气设备及一次系统4.1　电弧的产生与熄灭4.2　高压一次设备4.3　低压一次设备4.4　互感器4.5　绝缘子和母线4.1　电弧的产生与熄灭4.1.1　电弧的产生开关电器在切断负荷电流或短路电流时，开关触头间隙中(以下简称弧隙)由于强电场或热游离的作用，将出现电弧电流。1.弧隙中带电质点的产生　研究表明，弧隙中的大量带电质点是由气体分子或原子分裂或由电极表面发射电子产生的。(1)气体中带电质点的产生：根据引起气体分子或原子游离的因素不同，可把气体分子或原子的游离分为三类，即碰撞游离、光游

2、离和热游离。1)碰撞游离。2)光游离。3)热游离。4)负离子的形成。4.1　电弧的产生与熄灭(2)金属(阴极)的表面游离：前面所述的几种游离都是发生于气体的空间。2.电弧的产生过程　电弧是有触点开关电器在切断有载电路过程中必然产生的物理现象，现以断路器为例说明电弧产生和维持燃烧的物理过程。4.1.2　电弧中的去游离在电弧燃烧过程中，中性介质发生游离的同时，还存在着去游离。1.复合　带有异性电荷的质点相遇而结合成中性质点的现象，称为复合。(1)空间复合：在弧隙空间内，自由电子和正离子相遇，可以直接复合成一中性质点

3、。4.1　电弧的产生与熄灭(2)表面复合：在金属表面进行的复合，称为表面复合。2.扩散　弧隙中的电子和正离子，从密度高的空间向密度低的介质周围移动的现象称为扩散。4.1.3　交流电弧的熄灭交流电弧每半周期要过零一次，而电流过零时电弧将暂时熄灭，此时弧隙的输入能量为零或趋近于零，电弧的温度下降，弧隙将从导体变成介质，这给熄灭交流电弧创造了有利条件。1.弧隙介质强度恢复过程　电弧电流过零时，弧隙有一定的介质强度，并随着弧隙温度的不断降低而继续上升，逐渐恢复到正常的绝缘状态。(1)弧柱区介质强度恢复过程：电弧电流过零

4、前，电弧处在炽热燃烧阶段，热游离很强，电弧电阻很小。4.1　电弧的产生与熄灭(2)近阴极区介质强度恢复过程：实验证明，在电弧电流过零后0.1～1μs时间内，阴极附近的介质强度突然升高，这种现象称为近阴极效应。图4-1　恢复电压a)周期性的暂态恢复电压　b)非周期性的暂态恢复电压1—暂态恢复电压　2—工频恢复电压4.1　电弧的产生与熄灭2.弧隙电压恢复过程　交流电弧熄灭时，加在弧隙上的电压是从熄弧电压开始逐渐变化到电源电压，这个过程称为电压恢复过程。3.交流电弧的熄灭条件　在交流电弧熄灭过程中，介质强度恢复过程和

5、电压恢复过程是同时进行的，电弧能否熄灭取决于两个过程的发展速度。4.2　高压一次设备4.2.1　高压断路器1.真空断路器　以真空作为灭弧和绝缘介质的断路器称为真空断路器。图4-2　不同介质的绝缘间隙火花放电电压比较(注：1atm=101325Pa)4.2　高压一次设备(1)真空断路器的结构1)真空灭弧室。图4-3　真空灭弧室的结构a)玻璃外壳　b)陶瓷外壳1—动触杆　2—波纹管　3一外壳　4—动触头　5—屏蔽罩6、7—静触头　8—陶瓷壳　9—平板触头2)触头。4.2　高压一次设备①平板触头。如图4-4a所示，早

6、期真空灭弧室的触头大多采用平板触头，结构简单，易于制造。平板触头只能在不大的电流下维持电弧为扩散型。随着开断电流的增大，阳极出现斑点，电弧由扩散转变为集聚型，电弧就难以熄灭了。因此，平板触头一般用于开断电流不超过8kA的真空断路器。②横磁场触头。为了防止触头局部熔焊，利用电弧沿特殊路径流过触头产生横磁场而驱动电弧在触头表面上运动。这种横磁场触头常见的有两种：一为杯状横磁场触头，如图4-4b所示；另一为螺旋横磁场触头，如图4-4c所示。4.2　高压一次设备图4-4　各种触头结构形状a)平板触头　b)杯状横磁场触头

7、　c)螺旋横磁场触头d)纵磁场触头1　e)纵磁场触头2③纵磁场触头。纵磁场触头沿正极性真空弧柱的轴向施加一磁场，使之熄弧更为强烈，其开断电流在试验室中已达200kA，而且仍有可能开断更大的电流。4.2　高压一次设备纵磁场触头有两种结构形式：一为装在灭弧室外围的线圈产生纵磁场，如图4-4d所示；另一为触头本身的结构产生纵磁场，如图4-4e所示，这是真空灭弧室迈向大容量的巨大进步。(2)真空断路器类型1)户内型10kV真空断路器。图4-5　户内型分离式真空断路器1—开距调整垫　2—主轴　3—触头压力弹簧　4—弹簧座

8、　5—接触行程调整螺栓　6—拐臂7—导向板　8—螺钉　9—动支架　10—导电夹紧固螺栓　11—真空灭弧室　12—真空灭弧室固定螺栓　13—静支架　14—绝缘子　15—绝缘子固定螺栓4.2　高压一次设备图4-6　ZW—10／630—12.5型户外型真空断路器4.2　高压一次设备2)户外型真空断路器。(3)真空断路器的特点：由于真空断路器灭弧部分的工作十分可靠，使得真空断路器具有很多优点：