電氣工程基礎(chǔ)

1、電氣工程基礎(chǔ)開關(guān)電器開關(guān)電器 主要內(nèi)容主要內(nèi)容v滅弧原理滅弧原理 v高壓斷路器高壓斷路器v隔離開關(guān)隔離開關(guān)v高壓負(fù)荷開關(guān)高壓熔斷器高壓負(fù)荷開關(guān)高壓熔斷器滅弧原理滅弧原理 v1、電弧中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生 當(dāng)切斷路瞬間，動靜觸頭間出現(xiàn)弧光放電， 是由于其間的介質(zhì)迅速游離，存在著一定濃度的帶電質(zhì)點(diǎn)，即帶正電荷的離子和帶負(fù)電荷的電子。 觸頭間電弧燃燒的區(qū)域稱為弧隙?；∠吨袔щ娰|(zhì)點(diǎn)不斷增多的游離過程可以由各種不同途徑發(fā)生：（1）強(qiáng)電場發(fā)射；（2）碰撞游離；（3）熱游離；（4）熱電子發(fā)射。滅弧原理滅弧原理v強(qiáng)電場發(fā)射 在斷路器觸頭分開的最初瞬間，觸頭電極的表面受到外加電壓所形成的強(qiáng)電場的作用，金屬電極表面的電

2、子就會在電場力的作用下被拉出，即發(fā)生了所謂強(qiáng)電場發(fā)射。金屬表面發(fā)射電子的數(shù)量決定于極間電場強(qiáng)度的高低。當(dāng)電場強(qiáng)度超過107V/cm時，即使金屬表面溫度不高，其電子發(fā)射量也會顯著增加。滅弧原理滅弧原理v碰撞游離 當(dāng)有一定強(qiáng)動能的電子撞擊到某種氣體的中性質(zhì)點(diǎn)時，可使其間電子被釋放出來，游離成正離子和新的自由電子。被撞擊的電子和原來的電子又會在電場作用下向陽極作加速運(yùn)動，獲得足夠動能后，又將撞擊其它中性質(zhì)點(diǎn)，產(chǎn)生更多的自由電子和正離子，使帶電質(zhì)點(diǎn)濃度迅速增加。這一游離過程即稱為碰撞游離。滅弧原理滅弧原理v熱游離 在高溫下，氣體分子和原子熱運(yùn)動加快，它們互相碰撞，在溫度足夠高時會撞擊產(chǎn)生離子和自由電子

3、，這種現(xiàn)象稱為熱游離。 滅弧原理滅弧原理v熱電子發(fā)射 在弧光放電過程中，電極表面少數(shù)點(diǎn)上有局部較集中的電流，同時因開關(guān)觸頭分離后，觸頭間接觸壓力及接觸面積逐漸減小，接觸電阻也隨之增加，會使電極表面有相應(yīng)高溫，從而造成其中的電子獲得很大的動能后逸出到周圍空間。這種現(xiàn)象稱為熱電子發(fā)射，其強(qiáng)弱程度與陰極的材料及表面溫度有關(guān)，是氣體介質(zhì)中帶電質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生的主要原因之一。滅弧原理滅弧原理v電弧間隙的去游離電弧間隙的去游離 在電弧放電發(fā)生后，介質(zhì)中同時存在著游離與去游離這樣二個相反過程。去游離對應(yīng)的是弧隙中帶電粒子（正離子或自由電子）減少的過程，它進(jìn)行的方式主要有兩種：1復(fù)合 2擴(kuò)散 滅弧原理滅弧原理v復(fù)合

4、再結(jié)合是指帶異性電荷的質(zhì)點(diǎn)相互接觸，交換多余電荷而形成中性質(zhì)點(diǎn)的現(xiàn)象，又稱復(fù)合。滅弧原理滅弧原理v擴(kuò)散 帶電質(zhì)點(diǎn)從弧燃區(qū)域逃逸至周圍介質(zhì)中去稱作擴(kuò)散。電弧中擴(kuò)散主要因（1）弧燃區(qū)域與周圍介質(zhì)中帶電質(zhì)點(diǎn)濃度不同；（2）兩區(qū)域中溫度的不同而引起?；≈袔щ娰|(zhì)點(diǎn)不斷擴(kuò)散到介質(zhì)中，并在介質(zhì)中發(fā)生再結(jié)合，使得弧燃區(qū)域中導(dǎo)電質(zhì)點(diǎn)數(shù)目減少，發(fā)生去游離。 擴(kuò)散的速率決定于電弧表面上帶電質(zhì)點(diǎn)數(shù)目，故與電弧直徑成反比。滅弧原理滅弧原理v電弧的熄滅電弧的熄滅 電弧中存在的游離與去游離這二個性質(zhì)相反過程的強(qiáng)弱對比就決定了電弧最終發(fā)展趨勢，即當(dāng)游離強(qiáng)于去游離時，電弧就會發(fā)生并燃燒激烈；若去游離與游離過程達(dá)到平衡，電弧就

5、會穩(wěn)定燃燒；而在去游離占有優(yōu)勢時，電弧的燃燒即將減弱并最終熄滅 在電弧產(chǎn)生后只要抓住有利時機(jī)，采取合理措施去減弱熱游離而加強(qiáng)去游離，就將加速促成電弧熄滅。 滅弧原理滅弧原理v交流電弧的特性及熄滅交流電弧的特性及熄滅 1交流電弧的特性交流電弧的特性 交流電弧存在自然暫時熄弧點(diǎn)。 交流電弧有動態(tài)伏安特性 2交流電弧的熄滅交流電弧的熄滅 介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程 恢復(fù)電壓的變化過程 交流電弧的熄滅 滅弧原理滅弧原理v熄滅交流電弧的基本方法熄滅交流電弧的基本方法1采用新型介質(zhì)熄弧 2利用氣體或油吹動電弧 3采用多斷口滅弧 4. 采用特殊金屬材料作為滅弧觸頭5. 采用并聯(lián)電阻 6. 其它措施 基于交流電弧熄滅的

6、基本原理，還可以在開關(guān)基于交流電弧熄滅的基本原理，還可以在開關(guān)電器滅弧過程中采用固體介質(zhì)狹縫滅弧，把長電器滅弧過程中采用固體介質(zhì)狹縫滅弧，把長弧分成串聯(lián)短弧以及加快斷路器觸頭分離速度弧分成串聯(lián)短弧以及加快斷路器觸頭分離速度等眾多措施，結(jié)合具體的開斷電路特點(diǎn)加以應(yīng)等眾多措施，結(jié)合具體的開斷電路特點(diǎn)加以應(yīng)用。用。 高壓斷路器v開關(guān)電器按功能可分為以下幾種：開關(guān)電器按功能可分為以下幾種： （1）僅用于正常情況下斷開或接通正常工作電流的）僅用于正常情況下斷開或接通正常工作電流的開關(guān)設(shè)備，如高壓負(fù)荷開關(guān)、低壓閘刀開關(guān)、接觸開關(guān)設(shè)備，如高壓負(fù)荷開關(guān)、低壓閘刀開關(guān)、接觸器和磁力啟動器等；器和磁力啟動器等；（

7、2）僅在故障或過負(fù)荷情況下切斷或閉合故障電流）僅在故障或過負(fù)荷情況下切斷或閉合故障電流和過載電流的開關(guān)設(shè)備，如高低壓熔斷器；和過載電流的開關(guān)設(shè)備，如高低壓熔斷器；（3）既能開斷或閉合正常工作電流，又能開斷、閉）既能開斷或閉合正常工作電流，又能開斷、閉合故障電流的開關(guān)設(shè)備，常見的有：高低壓斷路器合故障電流的開關(guān)設(shè)備，常見的有：高低壓斷路器和低壓空氣開關(guān)；和低壓空氣開關(guān)；（4）僅用于檢修時隔離帶電部分的開關(guān)電器，主要）僅用于檢修時隔離帶電部分的開關(guān)電器，主要指隔離開關(guān)。指隔離開關(guān)。高壓斷路器v電力系統(tǒng)對高壓斷路器的要求電力系統(tǒng)對高壓斷路器的要求（1）在正常情況下能開斷和關(guān)合電路。）在正常情況下能開

8、斷和關(guān)合電路。（2 2）在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時應(yīng)以較短時間將）在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時應(yīng)以較短時間將故故 障部分從電力系統(tǒng)中切除，以減輕故障對設(shè)障部分從電力系統(tǒng)中切除，以減輕故障對設(shè)備的損害；備的損害； （3）應(yīng)能配合自動重合閘進(jìn)行多次關(guān)合和開）應(yīng)能配合自動重合閘進(jìn)行多次關(guān)合和開斷。斷。 高壓斷路器v高壓斷路器的基本類型高壓斷路器的基本類型按滅弧介質(zhì)的不同，斷路器可分為（1）油斷路器。 （2）壓縮空氣斷路器。 （3）六氟化硫斷路器。 （4）真空斷路器。 （5）磁吹斷路器。 （6）固體產(chǎn)氣斷路器（簡稱自產(chǎn)氣斷路器）。 按斷路器安裝地點(diǎn)，又可將其分為（1）屋內(nèi)式（2）屋外式。 高壓斷路器v高壓斷路器的基

9、本技術(shù)參數(shù)高壓斷路器的基本技術(shù)參數(shù)額定電壓額定電壓UN 保證斷路器正常長期工作的線電壓（標(biāo)稱電保證斷路器正常長期工作的線電壓（標(biāo)稱電壓），以壓），以KV為單位。按我國現(xiàn)行國標(biāo)及有關(guān)暫行為單位。按我國現(xiàn)行國標(biāo)及有關(guān)暫行規(guī)定，我國斷路器的額定電壓有規(guī)定，我國斷路器的額定電壓有10，20，35，60，110，220，330，500KV。 按國家標(biāo)準(zhǔn)，額定電壓在按國家標(biāo)準(zhǔn)，額定電壓在220KV及以下的電氣設(shè)及以下的電氣設(shè)備，其最高工作電壓為額定電壓的備，其最高工作電壓為額定電壓的1.15倍；對于倍；對于330KV及以上電氣設(shè)備，規(guī)定為及以上電氣設(shè)備，規(guī)定為 1.1倍。倍。高壓斷路器高壓斷路器高壓斷路器

10、的基本技術(shù)參數(shù)高壓斷路器的基本技術(shù)參數(shù)1 額定電流額定電流IN額定電流是斷路器允許長期通過的最大工作電流，額定電流是斷路器允許長期通過的最大工作電流，以以A為單位。在長期通過額定電流時，斷路器各部分為單位。在長期通過額定電流時，斷路器各部分發(fā)熱溫度不超過國家標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)熱溫度不超過國家標(biāo)準(zhǔn)。 我國斷路器額定電流等級為我國斷路器額定電流等級為200，400，600，（1000），），1250，1600，（，（1500），），2000，3150，4000，5000，6300，8000，10000，12500，16000及及20000A等等 高壓斷路器v高壓斷路器的基本技術(shù)參數(shù)高壓斷路器的基本技術(shù)參數(shù)

11、額定開斷電流額定開斷電流INbr額定開斷電流是指在額定電壓下斷路器能開斷而不致額定開斷電流是指在額定電壓下斷路器能開斷而不致妨礙其繼續(xù)工作的最大短路電流，單位為妨礙其繼續(xù)工作的最大短路電流，單位為KA。 熱穩(wěn)定電流熱穩(wěn)定電流Ith又稱短時耐受電流。它指的是在某一規(guī)定的短時間又稱短時耐受電流。它指的是在某一規(guī)定的短時間t內(nèi)斷路器能耐受的短路電流熱效應(yīng)所對應(yīng)的電流值，內(nèi)斷路器能耐受的短路電流熱效應(yīng)所對應(yīng)的電流值，以以KA為單位。為單位。 動穩(wěn)定電流動穩(wěn)定電流Ies又稱峰值耐受電流，它是斷路器在關(guān)合位置時能允許又稱峰值耐受電流，它是斷路器在關(guān)合位置時能允許通過而不致影響其正常運(yùn)行的短路電流最大瞬時值

12、，通過而不致影響其正常運(yùn)行的短路電流最大瞬時值，以以KA為單位。為單位。 高壓斷路器v高壓斷路器的基本技術(shù)參數(shù)高壓斷路器的基本技術(shù)參數(shù)額定短路關(guān)合電流額定短路關(guān)合電流INcl 額定短路關(guān)合電流是指斷路器在額定電壓下用相應(yīng)操額定短路關(guān)合電流是指斷路器在額定電壓下用相應(yīng)操動機(jī)構(gòu)所能閉合的最大短路電流，單位為動機(jī)構(gòu)所能閉合的最大短路電流，單位為KA。 開斷時間開斷時間tbr 開斷時間是指斷路器的操動機(jī)構(gòu)到分閘指令起到三開斷時間是指斷路器的操動機(jī)構(gòu)到分閘指令起到三相電弧完全熄滅為止的一段時間，它包括斷路器的分相電弧完全熄滅為止的一段時間，它包括斷路器的分閘時間和燃弧時間兩部分。閘時間和燃弧時間兩部分。

13、合閘時間合閘時間tcl：處于分閘位置的斷路器從接到合閘信號瞬間起到斷路處于分閘位置的斷路器從接到合閘信號瞬間起到斷路器三相觸頭全接通為止所經(jīng)歷的時間為合閘時間。器三相觸頭全接通為止所經(jīng)歷的時間為合閘時間。 高壓斷路器高壓斷路器v斷路器的型號斷路器的型號 1 2 3 4 5 / 6 7 8 1表示斷路器的字母代號，有表示斷路器的字母代號，有S少油；少油；D多油；多油；Z真空；真空；K空氣；空氣；LSF6； 2安裝場所代號，安裝場所代號，N表示屋內(nèi)型；表示屋內(nèi)型；W表示屋外型；表示屋外型； 3 設(shè)計(jì)序列號；設(shè)計(jì)序列號； 4額定電壓，額定電壓，KV； 5其它標(biāo)志，如其它標(biāo)志，如G改進(jìn)型，改進(jìn)型，F(xiàn)表

14、示分相操作；表示分相操作； 6 額定電流，額定電流，A； 7額定開斷能力（額定開斷能力（KA或或MVA）；）； 8特殊環(huán)境代號。特殊環(huán)境代號。隔離開關(guān) v隔離開關(guān)是一種沒有滅弧裝置的開關(guān)設(shè)備。它一般只用來關(guān)合和開斷有電壓無負(fù)荷的線路，而不能用以開斷負(fù)荷電流和短路電流，它需要與斷路器配合使用，由斷路器來完成關(guān)合、開斷任務(wù)。隔離開關(guān)v隔離開關(guān)用途 （1）、將停役的電氣設(shè)備與帶電電網(wǎng)隔離，以形成安全的電氣設(shè)備檢修斷口，建立可靠的絕緣回路；（2）、根據(jù)運(yùn)行需要換接線路以及開斷和關(guān)合一定長度線路的交流電流和一定容量的空載變壓器的勵磁電流。隔離開關(guān)v對隔離開關(guān)的特殊要求 1）、隔離開關(guān)在分閘狀態(tài)時應(yīng)有明顯

15、可見的斷口，使運(yùn)行人員能明確區(qū)分電器是否與電網(wǎng)斷開，但在全封閉式配電裝置中除外；（2）、隔離開關(guān)斷點(diǎn)之間應(yīng)有足夠的距離，可靠的絕緣，在任何狀態(tài)下都不能被擊穿而引起過電壓危及工作人員的安全；（3）、具有足夠的短路穩(wěn)定性，包括動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。（4）、隔離開關(guān)應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單，動作可靠；（5）、帶有接地閘刀的隔離開關(guān)應(yīng)有保證操作順序的閉鎖裝置，以供安全檢修和檢修完成后恢復(fù)正常運(yùn)行。隔離開關(guān) 隔離開關(guān)的分類 按安裝地點(diǎn)的不同，隔離開關(guān)可劃分為戶內(nèi)、戶外兩種; 按絕緣支柱的數(shù)目，隔離開關(guān)可分為單柱式、雙柱式和三柱式三種； 按刀閘的運(yùn)行方式，隔離開關(guān)可分為水平旋轉(zhuǎn)式、垂直旋轉(zhuǎn)式、擺動式和插入式四種； 按有無接地

16、閘刀，它又可分為帶接地刀閘和不帶接地刀閘兩種。隔離開關(guān)v隔離開關(guān)的典型結(jié)構(gòu) （1） 戶內(nèi)隔離開關(guān)：戶內(nèi)隔離開關(guān)有三極式和單極式兩種，一般為刀閘隔離開關(guān); （2）戶外隔離開關(guān):戶外隔離開關(guān)有單柱式、雙柱式和三柱式三種。 高壓負(fù)荷開關(guān)v負(fù)荷開關(guān)的用途負(fù)荷開關(guān)的用途負(fù)荷開關(guān)用于電網(wǎng)中，其主要作用是用于配電系統(tǒng)中關(guān)合、開斷正常條件下的電流，并能通過規(guī)定的異常電流，即負(fù)荷開關(guān)可以分、合正常的負(fù)荷電流和關(guān)合短路電流，但不能作為電路中的保護(hù)開關(guān)，因此它必須與具有開斷短路電流能力的斷路器或熔斷器配合使用，一般將負(fù)荷開關(guān)與高壓熔斷器相配合，故障電流的開斷由熔斷器來完成，負(fù)荷開關(guān)則負(fù)責(zé)完成正常負(fù)荷電流的分合操作。高壓負(fù)荷開關(guān)v負(fù)荷開關(guān)的類型負(fù)荷開關(guān)的類型（1） 產(chǎn)氣式負(fù)荷開關(guān) （2）壓氣式高壓負(fù)荷開關(guān) （3）真空負(fù)荷開關(guān) （4）SF6負(fù)荷開關(guān) 高壓熔斷器v熔斷器作用熔斷器作用 熔體工作時串聯(lián)在被保護(hù)回路中，正常情況下工作電流不應(yīng)使熔體熔斷，當(dāng)流過熔體的電流超過一定數(shù)值（如短路電流或過負(fù)荷電流）時，熔體會因自身產(chǎn)