风力发电课件--电气系统4

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1、风电场电气系统风电场主要一次设备2教学目标基本掌握断路器和隔离开关的结构和工作原理，识记断路器的型式和参数等，对风电场的断路器和隔离开关的功能、结构、外观有具体认知第3章风电场主要一次设备2关注的问题关于电弧的基本知识有哪些？各种开关设备的结构是怎样的？其作用又是什么？§3.3开关设备在电力系统生产运行中，电气设备的相互联系及生产方式的转换，由开关电器的分合来实现。开关电器的分合实现了电路的有选择接通和断开。闸刀开关的原理非常简单：当闸刀落下时，将两侧导体连接为一个导体，接通电路；当闸刀打开后，两侧导体不再有电路联系，相互绝缘。闸刀开关所要达成的目的即通过其自身“导体↔绝缘体”的转换来分合

2、电路。电池电灯闸刀开关电力系统中的高压开关电器要复杂的多常。用的开关电器有断路器、隔离开关、熔断器和接触器，它们的功能各不相同。§3.3.1电弧的基本知识§3.3.1.1电弧的本质和特性开关电器开断电流时候，只要电路中的电流达到几百毫安，电压有几十伏，开关的触头间就会出现电弧电弧是导电体，只有电弧熄灭才能实现电路的开断。气体金属类似复合电离电子正离子中性原子[弱等离子体][强等离子体]电弧是一种气体放电现象，是一种等离子体状态，即带正电荷和负电荷的粒子数量相等的离子集团状态。随着温度的升高能量的输入，物质可以实现由固态、液态、气态和等离子状态的顺序转换。可见，金属与等离子体有相似之处。§3

3、.3.1.1电弧的本质和特性开关分合过程中所产生的电弧，对于开关电器以及整个系统的安全运行都具有重要影响。这主要是因为：1、电弧是强功率放电，在电弧区的任何固体、液体或气体在电弧作用下都会产生强烈的物理及化学变化。2、电弧是一种自持放电，很低的电压就能维持相当长的电弧稳定燃烧。3、电弧是等离子体，质量很轻，极容易变形。§3.3.1.2电弧的物理过程在电弧的形成与维持过程中，游离起了很重要的作用。所谓游离，即中性质点到带电质点的转化。电弧通常可以分为三个区域：阴极区、弧柱区和阳极区在阴极区、弧柱区及阳极区游离过程中产生了带电质点，并使其产生定向移动。电弧的电位和电位梯度分布，如下图§3.3.

4、1.2电弧的物理过程电弧中的电流从微观上看是电子及正离子在电场下移动的结果，其中电子的移动构成电流的主要部分。从电弧半径方向看，电弧中心温度最高，弧柱周围发光较暗的区域称为弧焰，其中电流密度很小。§3.3.1.2电弧的物理过程（1）阴极区：阴极的作用是发射大量电子，在电场作用下趋向阳极方向从而构成阴极区的电流。§3.3.1.2电弧的物理过程（2）弧柱区：弧柱部分导电需要在弧柱区域也能出现大量自由电子，这就要使弧柱区的气体原子游离。气体原子游离的方式通常有电场游离和热游离两种。弧柱中的电子在电场作用下运动，不断与气体原子等粒子碰撞。当电子的动能超过原子的游离能，则可以使束缚在原子周围的电子释

5、放出来，形成自由电子和正离子。这种现象称为电场游离。在弧柱中温度很高，粒子动能很大，其互相之间不断碰撞即可使原子游离，从而产生大量的自由电子。电弧导电的主要原因就在于热游离。去游离包括复合和扩散两种方式。§3.3.1.2电弧的物理过程（3）阳极区：阳极的作用通常不像阴极那样重要。根据阳极作用的不同，可把阳极分为被动型和主动型两种。在被动型中，阳极只起收集电子的作用。在主动型中，阳极不但收集电子而且产生金属蒸汽，因而也可以向弧柱提供带电粒子。对于长度只有几个毫米的电弧，电弧电压主要由阴极区压降和阳极区压降组成，其中的物理过程对电弧起主要作用，这种电弧称为短弧。真空电弧一般属于短弧。而对于长度

6、较大的电弧，弧柱则起主要作用，这种电弧称为长弧。§3.3.1.3交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭主要有以下三种情况：强迫熄弧因电弧电压很高，电源电压不能维持，电弧电流很快被减小到零而熄灭。截流开断在此情况下，电弧因不稳定而熄灭。过零熄弧在这种情况下，电弧是在电流零点时熄灭的。这种熄弧过程称为过零熄弧。§3.3.1.3交流电弧的熄灭如电流过零后，弧隙未复燃，电弧就最后熄灭；反之，如发生复燃，则电弧在电流此次过零时不能熄灭，至少需燃烧至电弧电流下次过零时再熄灭。弧隙是否复燃决定于两方面：一是弧隙的介质强度，另一是加在弧隙上的电压，通常称为恢复电压。介质强度和恢复电压都是时间t的函数，通常称为介质强

7、度恢复过程和电压恢复过程。介质恢复过程取决于电流及断路性能，电压恢复过程主要决定于电网的结构和参数§3.3.1.3交流电弧的熄灭显然，在电弧电流过零后电弧是最终熄灭还是复燃决定于介质强度ud和恢复电压utr交流电弧过零熄灭的条件如下：0utt0u(a)复燃(b)熄灭§3.3.1.3交流电弧的熄灭一般把介质恢复过程分为热击穿阶段和电击穿阶段热击穿阶段在开断大电流时，电弧电流过零后，弧隙的介质温度仍很高，弧隙仍有一定的电导率