新6(设备选择)

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1、第六章第六章 电气设备的原理与选择电气设备的原理与选择主要内容：主要内容：（1）高压断路器的灭弧原理及选择）高压断路器的灭弧原理及选择（2）电流、电压互感器的原理与选择）电流、电压互感器的原理与选择（3）限流电抗器的选择）限流电抗器的选择第一节第一节 高压断路器的原理与选择高压断路器的原理与选择(P.173)高压断路器作用：高压断路器作用：（1）控制作用：正常运行时，倒换运行方式。）控制作用：正常运行时，倒换运行方式。（2）保护作用：故障时，切除故障回路。）保护作用：故障时，切除故障回路。高压断路器特点：高压断路器特点：开、合短路电流开、合短路电流高压断路器的开合能力：高压断路器的开合能力：熄

2、灭电弧的能力熄灭电弧的能力高压断路器的心脏：高压断路器的心脏：灭弧室灭弧室一、电弧的形成与熄灭一、电弧的形成与熄灭 1. 1. 电弧的形成和弧隙介质的游离与去游离电弧的形成和弧隙介质的游离与去游离 在开关触头分离的瞬间，触头间会出现在开关触头分离的瞬间，触头间会出现电弧电弧。此。此时触头虽已分开，但电路中的电流还在继续流通，必时触头虽已分开，但电路中的电流还在继续流通，必须将电弧熄灭，电路才真正断开。须将电弧熄灭，电路才真正断开。 电弧不仅电弧不仅延迟电路断开延迟电路断开，还有下列危害：由于电，还有下列危害：由于电弧的温度很高，可能弧的温度很高，可能烧坏触头烧坏触头，或使触头附近的，或使触头附

3、近的绝缘绝缘遭受破坏遭受破坏；若电弧长久未熄，将会引起；若电弧长久未熄，将会引起电器烧坏电器烧坏，危危害电力系统的安全运行害电力系统的安全运行，所以在切断电路时，必须尽，所以在切断电路时，必须尽快熄灭电弧。快熄灭电弧。电弧的组成：电弧的组成：阴极区、阳极区、弧柱阴极区、阳极区、弧柱 电弧的产生是触头间中性质点（分子和原子）电弧的产生是触头间中性质点（分子和原子）被游离的结果。被游离的结果。游离：游离：中性质点转化为带电质点。中性质点转化为带电质点。游离的四种形式：游离的四种形式：（1）阴极发射阴极发射 强电场发射：强电场发射：阴极触头表面的自由电子在强阴极触头表面的自由电子在强电场作用下被拉出

4、来。电场作用下被拉出来。 热电子发射：热电子发射：高温的阴极表面能够向四周空高温的阴极表面能够向四周空间发射电子。间发射电子。（2）介质游离介质游离 碰撞游离：碰撞游离：从阴极表面发射出来的自由电子，从阴极表面发射出来的自由电子，在奔向阳极的途中与介质的中性质点（原子或分在奔向阳极的途中与介质的中性质点（原子或分子）碰撞。原中性质点游离为自由电子和正离子。子）碰撞。原中性质点游离为自由电子和正离子。 热游离：热游离：具有足够动能的中性质点相互碰撞，具有足够动能的中性质点相互碰撞，游离出自由电子和正离子。游离出自由电子和正离子。 总之，总之，电弧是由强电场发射和热电子发射提电弧是由强电场发射和热

5、电子发射提供最初电荷，由碰撞游离形成，由热游离维持和供最初电荷，由碰撞游离形成，由热游离维持和发展。发展。 这样，触头间就存在大量的自由电子，于是，这样，触头间就存在大量的自由电子，于是，原来绝缘的气体间隙变成了导电的通道，使介质原来绝缘的气体间隙变成了导电的通道，使介质击穿而形成电弧。击穿而形成电弧。 电弧中发生游离的同时，还进行着使带电质点减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。少的去游离过程。去游离：去游离：自由电子和正离子相互吸引发生中和的现象。自由电子和正离子相互吸引发生中和的现象。去游离形式：去游离形式：（1）复合：异号带电质点的电荷彼此中和。）复合：异号带电质

6、点的电荷彼此中和。（2）扩散：弧柱内自由电子与正离子逸出弧柱，到周围）扩散：弧柱内自由电子与正离子逸出弧柱，到周围介质中去的过程。扩散出去的带电质点，因受冷却而介质中去的过程。扩散出去的带电质点，因受冷却而复合为中性质点。复合为中性质点。 总之，利用各种方法，人工强迫总之，利用各种方法，人工强迫冷却电弧内部和冷却电弧内部和表面表面，不仅可以增强复合速度，同时也能增强扩散速，不仅可以增强复合速度，同时也能增强扩散速度，使电弧很快熄灭。度，使电弧很快熄灭。2.交流电弧的熄灭条件交流电弧的熄灭条件 交流电弧具有过零值自然熄灭的特点，即交交流电弧具有过零值自然熄灭的特点，即交流电弧中电流每半周过零一次

7、，此时电弧暂时自流电弧中电流每半周过零一次，此时电弧暂时自然熄灭，若此时采取措施（冷却），使弧隙介质然熄灭，若此时采取措施（冷却），使弧隙介质的绝缘能力达到不会被弧隙外施电压击穿的程度，的绝缘能力达到不会被弧隙外施电压击穿的程度，则下半周电弧不会重燃而最终熄灭。则下半周电弧不会重燃而最终熄灭。 或者说，电弧是否熄灭，决定于电弧电流过或者说，电弧是否熄灭，决定于电弧电流过零时，零时，弧隙介质强度恢复速度弧隙介质强度恢复速度与与系统恢复电压上系统恢复电压上升速度升速度的竞争。的竞争。（1）弧隙介质强度恢复过程）弧隙介质强度恢复过程 电弧电流过零时电弧熄灭，而弧隙的绝缘能力电弧电流过零时电弧熄灭，而

8、弧隙的绝缘能力要恢复到绝缘的正常状态尚需一定的时间，这一过要恢复到绝缘的正常状态尚需一定的时间，这一过程称为程称为弧隙介质强度恢复过程弧隙介质强度恢复过程。 用用耐受电压耐受电压 Ud ( t ) 表示，耐受电压主要由断路表示，耐受电压主要由断路器灭弧室的结构和灭弧介质的性质决定，因此随断器灭弧室的结构和灭弧介质的性质决定，因此随断路器型式而异。路器型式而异。 显然，提高介质强度恢复过程对灭弧有利。显然，提高介质强度恢复过程对灭弧有利。影响弧隙介质强度恢复的主要因素（影响弧隙介质强度恢复的主要因素（4点）：点）：与弧隙的冷却条件有关。冷却条件越好，恢复与弧隙的冷却条件有关。冷却条件越好，恢复越

9、快。越快。与电弧电流大小有关。电流越大，温度越高，与电弧电流大小有关。电流越大，温度越高，恢复越慢。恢复越慢。与触头的分断速度有关。分断速度快，弧隙电与触头的分断速度有关。分断速度快，弧隙电阻增大得快，恢复就快。阻增大得快，恢复就快。与采用的介质特性有关。应采用绝缘强度高与采用的介质特性有关。应采用绝缘强度高的介质。的介质。（2）弧隙电压恢复过程）弧隙电压恢复过程 电弧电流自然过零后，电路施加于弧隙的电电弧电流自然过零后，电路施加于弧隙的电压，将从不大的电弧电压逐渐增长，一直恢复到压，将从不大的电弧电压逐渐增长，一直恢复到电源电压，这一过程中的弧隙电压称为电源电压，这一过程中的弧隙电压称为恢复

10、电压恢复电压，以以 Ur ( t ) 表示。表示。 电压恢复过程与线路参数、负荷性质等因素电压恢复过程与线路参数、负荷性质等因素有关，可能是周期的或非周期的变化过程。有关，可能是周期的或非周期的变化过程。电压恢复过程分为两部分：电压恢复过程分为两部分：（1）瞬态恢复电压）瞬态恢复电压 Utr（首先出现）首先出现）（2）工频恢复电压）工频恢复电压 Usr（以后出现）以后出现） 总之，总之，只要电流过零后，弧隙介质强度只要电流过零后，弧隙介质强度永远大于恢复电压，弧隙即不再被击穿，电永远大于恢复电压，弧隙即不再被击穿，电弧即熄灭。弧即熄灭。 用公式表示：用公式表示： Ud ( t ) Ur ( t

11、 )3.高压断路器熄灭交流电弧的基本方法高压断路器熄灭交流电弧的基本方法 电弧能否熄灭，取决于电弧电流过零时，电弧能否熄灭，取决于电弧电流过零时，弧隙的介质强度恢复速度与系统恢复电压上弧隙的介质强度恢复速度与系统恢复电压上升速度的竞争。加强去游离、降低升速度的竞争。加强去游离、降低Ur的恢复的恢复速度，都可以促使电弧熄灭。速度，都可以促使电弧熄灭。 现代高压断路器中，广泛采用以下几种现代高压断路器中，广泛采用以下几种灭弧方法：灭弧方法：（1）利用灭弧介质）利用灭弧介质 电弧周围介质的特性，决定电弧中的去游离电弧周围介质的特性，决定电弧中的去游离强度。灭弧能力强的介质主要有：油、强度。灭弧能力强