电气工程概论

和无环境污染
在10kV电力系统中逐步取代少油断路器
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4.2 断路器
4. 断路器的操作机构 操作机构是指用以进行断路器合闸、保持合闸位置和跳 闸的，每种操作机构均包括合闸机构、跳闸机构和维持机构 三部分。
说明：断路器合闸时，操作机构必须克服断路器开断弹簧的阻力和可动部分的 重量及摩擦阻力等，所以合闸操作需做的功很大；断路器跳闸时，只要将维持 机构的脱扣器释放打开，在跳闸弹簧的作用下可迅速跳闸，所以跳闸操作所需 做的功很小。
u d (t ) u r (t )
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4.1 概述 开关电弧的熄灭
介质强度和恢复电压
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4.1 概述
4．开关电器中常用的灭弧方法
加强弧隙的去游离、提高介质强度的恢复速度和降低弧 隙电压的恢复速度与幅值，是高压断路器中熄灭电弧的基本 方法。 1．利用灭弧介质（SF6、真空） 在高压断路器中，广泛采用去游离作用强的灭弧介质灭弧。 2．吹弧 吹弧是指利用各种结构形式的灭弧室，使高温分解 的气体或具有很大压力的新鲜且低温的气体在灭弧室中 按特定的通路，吹动电弧，加强扩散和复合去游离而使 电弧熄灭的方法。
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4.1 概述 产生电弧的游离方式有：
强电场发射：触头电极表面受到外施电压形成的强 电场作用，金属电极表面的电子在电场力的作用下
被拉出。 E=U / s 大于3×106 V/m时，金属触头阴
极表面就会发射自由电子。 热电子发射：在开关分闸时，电极表面少数点上有
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4.1 概述
加装均压电容，来解决各断口的电压分配不均衡的问题： 1）不装均压电容时 断口等效电容
X Q 1 /( C Q )
两断口连接处对地的 等效电容：
X 0 1 /( C 0 )
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4.1 概述
分配在两断口上的电压为(CQ ≈ C0 )：
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4.2 断路器
LW36-126型SF6断路器
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4.2 断路器
LW6B-252断路器
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4.2 断路器
盆式支持绝 缘子
金属罐
LW12-500型落地罐式断路器
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4.2 断路器 SF6断路器小结
绝缘性能和灭弧性能优良 单柱双断口的结构 检修周期长，无火灾的危险 在110kV及以上系统取代油断路器
2)接着断开的辅助触 头Q2，由于r的限流和阻 尼作用，辅助触头上的 电弧也容易熄灭。
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4.2 断路器
1. 高压断路器的用途（功能）
不仅能通断正常负荷电流，而且能通断一定的短路电 流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。
结构特点：具有相当完善的灭弧结构。 2. 对高压断路器的基本要求 绝缘应安全可靠；
SN10-10型高压少油断路器
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1—铝帽 2—上接线端子 3—油标 4—绝缘筒 5—下接线端子 6—基座 7—主轴 8—框架 9—断路弹簧 28
4.2 断路器
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4.2 断路器 油断路器小结
优点: 结构简单，价格便宜 缺点：检修周期短
维护工作量大
潜在火灾危险
手动式（CS型）
能手动跳、合闸和远距离跳闸，不能远距离合闸，操作电源为交流。 直流电磁式（CD型） 作可靠，制造成本低，但需直流操作电源，且合闸功率大。 能手动和远距离跳合闸，结构复杂，零件数量多，且要求加工精度高， 制造工艺复杂，成本高，但可用交流操作电源，还可实现一次重合闸。 2012-6-11 能手动和远距离跳合闸，便于实现自动化，结构简单，零件数量少，工 弹簧储能式（CT型）
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4.2 断路器 高压断路器的结构
（1）断路器的基本结构
接地金属箱型 绝缘子支持型 绝缘套管 金属箱
操动机构
断口
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DW8-35型多油断路器
接地金属箱型结构示意图
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4.2 断路器 开断元件
支持瓷瓶
操动 机构
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SW2-63型少油断路器
绝缘子支持型结构示意 图
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4.2 断路器
分为双压式和单压式两类。 双压式：有两个气压系统，低压气体系统主要用作 断路器的内部绝缘；高压气体系统用于灭弧。其优点 是开断容量大，动作迅速，但结构复杂。已不再生产 单压式：只有一个低压气压系统，作为断路器的内 部绝缘，电弧靠断路器开断时与触头同时运动的压气 活塞压出SF6的气流来熄灭。其优点是结构简单，易 于制造，可靠性高，便于维护，应用比较广泛。需要 有强大的操动机构。
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4.1 概述 二、高压断路器的灭弧原理
电弧现象 1) 电弧：是一种气体游离放电现象。 2) 产生电弧的条件：用开关电器开断电源电压大于 10 -20 V，电流大于80 - 100mA的电路时，就会发生电弧。 3) 电弧的特点：能量集中，温度很高，亮度很强； 电弧是良导体。 4) 电弧的利用：电弧在工业上有很多有益的应用， 例如，利用其高温的电弧焊接机，电弧炼钢炉等。 5) 电弧的危害：在开关电器中，电弧是有害的，要 求尽快地熄灭，否则会烧坏开关触头，误拉隔离开关会造 成相间短路和人身伤亡。
UA ——燃弧电压 UB ——熄弧电压
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交流电弧的伏安特性
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4.1 概述
⑵ 交流电弧的熄灭 电弧电流过零时，电弧自然瞬时熄灭，此时存在两个过程： 介质强度恢复过程：在电弧电流过零之前，弧隙中充满正 离子和电子，在电流过零后弧隙极性发生变化，电子向新 的阳极迅速移动，而质量大的正离子基本不动，使得新阳 极附近积累了一定厚度的电导很低的正电荷离子层，显示 出一定的介质强度。介质强度恢复的过程以 表示。 u d (t ) 恢复电压的变化过程：当电流过零电弧熄灭时，电源电压 并不等于零，孤隙电压上升到电源电压有一个恢复过程， 以 表示。 u r (t ) 断路器开断交流电路时，熄灭电弧的条件是
局部集中的电流，同时动静触头之间的接触压力和
接触面积减小，接触电阻增大，接触表面发热严重， 产生局部高温，使电子获得很大的动能。
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4.1 概述
碰撞游离：获得动能的自由电子碰撞中性质点，释放
新电子，使带电质点浓度迅速增加，使介质击穿。
热游离：在高温下气体分子和原子热运动加快，撞击 产生离子和自由电子。
4．提高断路器触头的分离速度 加快断路器触头的分离速度，可以迅速拉长电弧， 使弧隙的电场强度骤降，弧隙电阻和电弧的表面积突然 增大，电弧的冷却加快，有利于带电质点的扩散和复合 去游离。 5．采用多断口灭弧 某些电压等级较高的断路器采用多个灭弧室串联的多断 口灭弧方式。 1）多断口将电弧分割成多段，在相同触头行程下，增 加了电弧的总长度，弧隙电阻迅速增大，介质强度恢复速 度加快。 2）使每个断口上的恢复电压减小，降低了恢复电压的 上升速度和幅值，提高了灭弧能力。
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4.2 断路器
真空断路器：
利用真空的高介质强
度来熄灭电弧和作为 绝缘
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4.2 断路器
真空断路器结构 绝缘子
真空 灭弧 室
操动 机构
ZN12-12系列真空断路器
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传动 绝缘拉杆 机构 真空断路器结构外型图
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4.2 断路器
ZN28A-12型真空断路器
ZW32-12型户外高压真空断路
优点：体积小、重量轻、动作快、寿命长、操作噪声小、 安全可靠、便于维护。 缺点：价格较贵。
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4.2 断路器
真空断路器小结
绝缘性能好 ，触头的开距可以做得很小 只需配置操作功小的操动机构 灭弧能力强 ，适用于频繁操作的场合 结构简单，维修工作量小 ，无火灾危险
有足够的动稳定性和热稳定性；
有足够的开断能力； 动作速度快，熄弧时间短。
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4.2 断路器
高压断路器的型号：
SN10-10 /3000 – 43.3
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4.2 断路器
高压断路器的结构
开 组 操动和传动部分 成 绝 缘 部 分 断 部 分
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第四章 发电厂和变电站的主 设备及主系统
高压开关电器
高压断路器 隔离开关 熔断器
负荷开关
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4.1 概述 一、电气设备概述 一次系统（一次回路） ：
担负电能的输送和分配任务的系统。
一次系统中的所有电气设备，称为一次设备。 二次系统（二次回路） ： 对一次系统进行监视、控制、测量和保护作用的系
电场游离（碰撞游离）示意图
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4.1 概述
2．电弧的熄灭 在实际电弧放电发生后，介质中同时存在着游离 和去游离两个相反的过程。 电弧熄灭的条件：使触头间电弧中的去游离率大于游离 率，即使离子消失的速度大于离子产生的速度。
去游离的主要方式有：
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4.1 概述
带异性电荷的质点相互接 触
统。 二次系统中的所有电气设备，称为二次设备。
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4.1 概述 一次设备按其功能可分为以下几类： 变换设备：如电力变压器、电流互感器、电压互
感器等。
开关设备：如断路器、隔离开关、负荷开关等。
保护设备：如熔路器、避雷器、电抗器等。
无功补偿设备：如电力电容器、静止补偿器等。 成套配电装置：如高压开关柜、低压配电屏等。