高壓電器技術(shù)原理

1、西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院 高壓電器技術(shù)原理高壓電器技術(shù)原理在在2006年高壓開關(guān)技術(shù)信息培訓(xùn)班上的講座年高壓開關(guān)技術(shù)信息培訓(xùn)班上的講座西安交通大學(xué)西安交通大學(xué) 馬志瀛馬志瀛2006.10.17西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院主要內(nèi)容主要內(nèi)容1 概論概論2 開關(guān)作用與現(xiàn)代高壓斷路器的理論基礎(chǔ)開關(guān)作用與現(xiàn)代高壓斷路器的理論基礎(chǔ)3 開關(guān)電器的共同性問題開關(guān)電器的共同性問題4 六氟化硫（六氟化硫（SF6）技術(shù)）技術(shù)5 真空開關(guān)技術(shù)真空開關(guān)技術(shù)6 高壓開關(guān)絕緣高壓開關(guān)絕緣7 相位控制斷路器相位控制斷路器8 智能操作斷路器智能操作斷路器西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院1 概論概論 1.1 高壓開關(guān)行業(yè)的定位高壓開關(guān)行業(yè)的

2、定位 開關(guān)行業(yè)是電力行業(yè)的主要裝備制造開關(guān)行業(yè)是電力行業(yè)的主要裝備制造業(yè)之一，也是機(jī)電產(chǎn)品工業(yè)之一，是國(guó)業(yè)之一，也是機(jī)電產(chǎn)品工業(yè)之一，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè) 。西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院1 概論概論 我國(guó)雖然是一個(gè)我國(guó)雖然是一個(gè)“電力大國(guó)電力大國(guó)”，但不，但不是是“電力強(qiáng)國(guó)電力強(qiáng)國(guó)”，人均占有量仍是，人均占有量仍是“電力電力弱國(guó)弱國(guó)”，發(fā)展前景很好。，發(fā)展前景很好。 目前全國(guó)裝機(jī)總?cè)萘恳殉^目前全國(guó)裝機(jī)總?cè)萘恳殉^5億億kW，估計(jì)到估計(jì)到2015年可達(dá)年可達(dá)10億億kW。高壓開關(guān)。高壓開關(guān)的需求量仍然很大的需求量仍然很大 。 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院1 前言前言 1.2 開關(guān)電器的

3、定義與用途開關(guān)電器的定義與用途 定義：定義： 開關(guān)電器開關(guān)電器switching device：用作閉合：用作閉合（關(guān)合）或者開斷一個(gè)或幾個(gè)電路電流的器件。（關(guān)合）或者開斷一個(gè)或幾個(gè)電路電流的器件。 機(jī)械開關(guān)電器：用可分離的觸頭來(lái)合、分一機(jī)械開關(guān)電器：用可分離的觸頭來(lái)合、分一個(gè)或幾個(gè)電路的的開關(guān)電器。個(gè)或幾個(gè)電路的的開關(guān)電器。 半導(dǎo)體開關(guān)電器：設(shè)計(jì)用半導(dǎo)體可控導(dǎo)電性半導(dǎo)體開關(guān)電器：設(shè)計(jì)用半導(dǎo)體可控導(dǎo)電性來(lái)閉合（關(guān)合）電路電流的開關(guān)電器。來(lái)閉合（關(guān)合）電路電流的開關(guān)電器。西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院1 前言前言用途：用途：（1）正常工作狀態(tài)時(shí)的分合閘操作（控制用）正常工作狀態(tài)時(shí)的分合閘操作（控制用）

4、（2）故障狀態(tài)時(shí)的保護(hù)操作（保護(hù)用）故障狀態(tài)時(shí)的保護(hù)操作（保護(hù)用） 斷路器互感器繼電保護(hù)斷路器互感器繼電保護(hù) 負(fù)荷開關(guān)熔斷器保護(hù)負(fù)荷開關(guān)熔斷器保護(hù)（3）設(shè)備的隔離）設(shè)備的隔離（4）檢修時(shí)的接地保護(hù)）檢修時(shí)的接地保護(hù)西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院1 前言前言 分類：分類：（1）高壓開關(guān)電器種類可分：斷路器、隔）高壓開關(guān)電器種類可分：斷路器、隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)、接觸器、重合器、分離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)、接觸器、重合器、分段器、接地開關(guān)和熔斷器（參見各自定段器、接地開關(guān)和熔斷器（參見各自定義）。義）。 從不同電器的定義來(lái)看：主要是從功從不同電器的定義來(lái)看：主要是從功能區(qū)分，然后是結(jié)構(gòu)性能的劃分。能區(qū)分，然后是結(jié)

5、構(gòu)性能的劃分。 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院1 前言前言（2）從安裝場(chǎng)所可分：）從安裝場(chǎng)所可分： （a）戶內(nèi)式（）戶內(nèi)式（in door）：設(shè)計(jì)成安裝在建筑）：設(shè)計(jì)成安裝在建筑物（物（building）內(nèi)或遮蔽物（）內(nèi)或遮蔽物（other hosing）內(nèi)使用的電器，這些地方可保護(hù)它們免遭風(fēng)、雨、內(nèi)使用的電器，這些地方可保護(hù)它們免遭風(fēng)、雨、雪、塵埃、凝露、冰和濃霜等侵襲。雪、塵埃、凝露、冰和濃霜等侵襲。 （b）戶外式（）戶外式（out door）：適合安裝于露天）：適合安裝于露天（in the open air）使用的電器，它們能耐受）使用的電器，它們能耐受風(fēng)、雨、雪、積塵（風(fēng)、雨、雪、積塵（di

6、rt deposits）、露）、露（condensation）、冰及濃霜（）、冰及濃霜（hoar frost）等侵襲。等侵襲。西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院2 開關(guān)作用與現(xiàn)代高壓斷路器的理論基礎(chǔ)開關(guān)作用與現(xiàn)代高壓斷路器的理論基礎(chǔ) 2.1 開關(guān)作用開關(guān)作用 所謂開關(guān)作用是指：在具有一定所謂開關(guān)作用是指：在具有一定電位的導(dǎo)體電路的一部分上進(jìn)行導(dǎo)電位的導(dǎo)體電路的一部分上進(jìn)行導(dǎo)體與絕緣體的相互迅速變換。體與絕緣體的相互迅速變換。西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院2 開關(guān)作用與現(xiàn)代高壓斷路器的理論基礎(chǔ)開關(guān)作用與現(xiàn)代高壓斷路器的理論基礎(chǔ) 從原理上講，作為具有這種功能的電路元從原理上講，作為具有這種功能的電路元件有：件有：

7、 1、可分觸頭、可分觸頭 2、半導(dǎo)體（控制固體的電子的能級(jí)來(lái)改變電、半導(dǎo)體（控制固體的電子的能級(jí)來(lái)改變電導(dǎo)率）導(dǎo)率） 3、超導(dǎo)（在低溫超導(dǎo)領(lǐng)域的溫度控制）、超導(dǎo)（在低溫超導(dǎo)領(lǐng)域的溫度控制） 4、真空電子流（電位控制）、真空電子流（電位控制） 5、磁放大器（直流勵(lì)磁控制）等、磁放大器（直流勵(lì)磁控制）等西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院2 開關(guān)作用與現(xiàn)代高壓斷路器的理論基礎(chǔ)開關(guān)作用與現(xiàn)代高壓斷路器的理論基礎(chǔ) 用觸頭分?jǐn)嚯娐?，只要在起弧極限用觸頭分?jǐn)嚯娐?，只要在起弧極限以上，就必然要產(chǎn)生電弧，只有在電弧以上，就必然要產(chǎn)生電弧，只有在電弧熄滅后，電路才能斷開。電弧的高溫、熄滅后，電路才能斷開。電弧的高溫、高壓力

8、，給人們帶來(lái)很大麻煩，對(duì)電器高壓力，給人們帶來(lái)很大麻煩，對(duì)電器本身也帶來(lái)危害。本身也帶來(lái)危害。 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院2 開關(guān)作用與現(xiàn)代高壓斷路器的理論基礎(chǔ)開關(guān)作用與現(xiàn)代高壓斷路器的理論基礎(chǔ) 長(zhǎng)期來(lái)，只是努力地去限制電弧或長(zhǎng)期來(lái)，只是努力地去限制電弧或更有效地去熄滅電弧。當(dāng)然這也給開關(guān)、更有效地去熄滅電弧。當(dāng)然這也給開關(guān)、斷路器的技術(shù)不斷帶來(lái)一些進(jìn)步。但總斷路器的技術(shù)不斷帶來(lái)一些進(jìn)步。但總認(rèn)為認(rèn)為“弊多利少弊多利少”，認(rèn)為，認(rèn)為“研究電弧主研究電弧主要在于熄滅電弧要在于熄滅電弧”。 甚至有人不斷地在設(shè)想甚至有人不斷地在設(shè)想“無(wú)電弧無(wú)電弧”的觸頭開斷。的觸頭開斷。西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院2 開

9、關(guān)作用與現(xiàn)代高壓斷路器的理論基礎(chǔ)開關(guān)作用與現(xiàn)代高壓斷路器的理論基礎(chǔ) 由于認(rèn)識(shí)上的局限性，使人們處于由于認(rèn)識(shí)上的局限性，使人們處于“被動(dòng)地位被動(dòng)地位”。因此當(dāng)一種新的不產(chǎn)生。因此當(dāng)一種新的不產(chǎn)生電弧的開關(guān)元件出現(xiàn)時(shí)，就會(huì)夸大其作電弧的開關(guān)元件出現(xiàn)時(shí)，就會(huì)夸大其作用，認(rèn)為可最終用，認(rèn)為可最終“代替代替”有觸點(diǎn)設(shè)備。有觸點(diǎn)設(shè)備。 對(duì)高壓交流斷路器來(lái)說，目前還無(wú)對(duì)高壓交流斷路器來(lái)說，目前還無(wú)法取代，而且在（法取代，而且在（3050）年內(nèi)還看不）年內(nèi)還看不到這一前景。到這一前景。 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院2 開關(guān)作用與現(xiàn)代高壓斷路器的理論基礎(chǔ)開關(guān)作用與現(xiàn)代高壓斷路器的理論基礎(chǔ) 2.2 開關(guān)元件的性能比較

10、開關(guān)元件的性能比較 有觸點(diǎn)開關(guān)元件有觸點(diǎn)開關(guān)元件 無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)元件無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)元件（1）阻抗轉(zhuǎn)換比）阻抗轉(zhuǎn)換比 10101014 104107 （斷開時(shí)與導(dǎo)通時(shí)的阻抗比）（斷開時(shí)與導(dǎo)通時(shí)的阻抗比）（2）耐電壓程度）耐電壓程度 單斷口單斷口可達(dá)可達(dá)550kV 每個(gè)元件每個(gè)元件只達(dá)只達(dá)15kV （3）承受過載能力）承受過載能力 強(qiáng)強(qiáng) 弱弱（4）元件本身的）元件本身的 功率損耗功率損耗 小小 大大西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院2 開關(guān)作用與現(xiàn)代高壓斷路器的理論基礎(chǔ)開關(guān)作用與現(xiàn)代高壓斷路器的理論基礎(chǔ) 2.3 現(xiàn)代交流斷路器的理論基礎(chǔ)現(xiàn)代交流斷路器的理論基礎(chǔ) 高壓交流斷路器由于它分合的電力高壓交流斷路器由于它分合

11、的電力系統(tǒng)的電壓、電流在數(shù)值上特別大，要系統(tǒng)的電壓、電流在數(shù)值上特別大，要求動(dòng)作時(shí)間短，工作條件又特別復(fù)雜，求動(dòng)作時(shí)間短，工作條件又特別復(fù)雜，因而在技術(shù)上存在很大的困難，在現(xiàn)代因而在技術(shù)上存在很大的困難，在現(xiàn)代電力設(shè)備中成為需要最高技術(shù)領(lǐng)域的產(chǎn)電力設(shè)備中成為需要最高技術(shù)領(lǐng)域的產(chǎn)品之一。品之一。西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院2 開關(guān)作用與現(xiàn)代高壓斷路器的理論基礎(chǔ)開關(guān)作用與現(xiàn)代高壓斷路器的理論基礎(chǔ) 其關(guān)鍵還在于其關(guān)鍵還在于“電弧電弧”。電弧屬于。電弧屬于低溫等離子體，其電導(dǎo)率是溫度的強(qiáng)函低溫等離子體，其電導(dǎo)率是溫度的強(qiáng)函數(shù)。斷路器的開斷就是利用了等離子體數(shù)。斷路器的開斷就是利用了等離子體的溫度控制來(lái)實(shí)現(xiàn)

12、的。從導(dǎo)體絕緣的溫度控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。從導(dǎo)體絕緣體的相互變換，電弧等離子體具有重要體的相互變換，電弧等離子體具有重要的地位，利用電弧才能完成這一變換。的地位，利用電弧才能完成這一變換。其它辦法還達(dá)不到要求（設(shè)備大、不經(jīng)其它辦法還達(dá)不到要求（設(shè)備大、不經(jīng)濟(jì)等）。濟(jì)等）。 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院2 開關(guān)作用與現(xiàn)代高壓斷路器的理論基礎(chǔ)開關(guān)作用與現(xiàn)代高壓斷路器的理論基礎(chǔ) 只有產(chǎn)生電弧，才能利用等離子體只有產(chǎn)生電弧，才能利用等離子體的溫度控制來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體絕緣體的迅的溫度控制來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體絕緣體的迅速變換，這個(gè)觀點(diǎn)就是現(xiàn)代高壓交流斷速變換，這個(gè)觀點(diǎn)就是現(xiàn)代高壓交流斷路器的理論基礎(chǔ)。對(duì)斷路器技術(shù)的發(fā)展路器的理論基礎(chǔ)

13、。對(duì)斷路器技術(shù)的發(fā)展起了積極的作用。認(rèn)為電弧是起了積極的作用。認(rèn)為電弧是“利多弊利多弊少少”，而，而“研究電弧主要在于研究電弧主要在于利用利用電電弧弧”。這是積極、進(jìn)取和正確的態(tài)度。這是積極、進(jìn)取和正確的態(tài)度。西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院2 開關(guān)作用與現(xiàn)代高壓斷路器的理論基礎(chǔ)開關(guān)作用與現(xiàn)代高壓斷路器的理論基礎(chǔ) 對(duì)于斷路器中的等離子體來(lái)說，希望具有：對(duì)于斷路器中的等離子體來(lái)說，希望具有：電導(dǎo)率的變化范圍應(yīng)盡可能大電導(dǎo)率的變化范圍應(yīng)盡可能大： 從良導(dǎo)體到完全絕緣體。若真能達(dá)到從良導(dǎo)體到完全絕緣體。若真能達(dá)到電阻從零變到無(wú)限大，這就是電阻從零變到無(wú)限大，這就是“理想電理想電弧弧”。電導(dǎo)率的變化速度應(yīng)盡可

14、能快電導(dǎo)率的變化速度應(yīng)盡可能快： 電導(dǎo)率的變化速度反映在電弧熱時(shí)間電導(dǎo)率的變化速度反映在電弧熱時(shí)間常數(shù)的大小。常數(shù)的大小。西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院2 開關(guān)作用與現(xiàn)代高壓斷路器的理論基礎(chǔ)開關(guān)作用與現(xiàn)代高壓斷路器的理論基礎(chǔ) 第一項(xiàng)特性取決于等離子體的第一項(xiàng)特性取決于等離子體的介質(zhì)材料介質(zhì)材料，引，引進(jìn)新的電弧介質(zhì)是技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵，例如進(jìn)新的電弧介質(zhì)是技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵，例如SF6氣體、氣體、金屬蒸汽的采用。金屬蒸汽的采用。 第二項(xiàng)要求也與介質(zhì)材料有關(guān)，但更大程度第二項(xiàng)要求也與介質(zhì)材料有關(guān)，但更大程度上受等離子體的上受等離子體的溫度控制方法溫度控制方法的影響，這也就是的影響，這也就是滅弧原理的作用。滅弧

15、原理的作用。 現(xiàn)代斷路器技術(shù)簡(jiǎn)單來(lái)說是盡可能造成導(dǎo)電現(xiàn)代斷路器技術(shù)簡(jiǎn)單來(lái)說是盡可能造成導(dǎo)電性高的電弧、導(dǎo)通大電流，并在短時(shí)間內(nèi)性高的電弧、導(dǎo)通大電流，并在短時(shí)間內(nèi)“冷卻冷卻”變換成絕緣性能高的氣體間隙。變換成絕緣性能高的氣體間隙。 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院3 開關(guān)電器的共同性問題開關(guān)電器的共同性問題3.1 開關(guān)電器在功能和結(jié)構(gòu)上的共性開關(guān)電器在功能和結(jié)構(gòu)上的共性 要有帶電和導(dǎo)電部分；要有帶電和導(dǎo)電部分； 要有絕緣部分，帶電部分與地及其它要有絕緣部分，帶電部分與地及其它極間的隔離；極間的隔離； 導(dǎo)體與觸頭的電連接部分；導(dǎo)體與觸頭的電連接部分； 觸頭的運(yùn)動(dòng)與機(jī)構(gòu)。觸頭的運(yùn)動(dòng)與機(jī)構(gòu)。西安交通大學(xué)電氣

16、工程學(xué)院3 開關(guān)電器的共同性問題開關(guān)電器的共同性問題3.2 從運(yùn)行角度的共同要求從運(yùn)行角度的共同要求 電的作用；電的作用； 熱的作用；熱的作用； 機(jī)械作用；機(jī)械作用； 大氣環(huán)境的作用。大氣環(huán)境的作用。西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院4 六氟化硫（六氟化硫（SF6）技術(shù)）技術(shù)4.1 SF6氣體的優(yōu)良絕緣和滅弧特性氣體的優(yōu)良絕緣和滅弧特性 與目前使用狀況與目前使用狀況4.1.1 SF6氣體的基本特性：氣體的基本特性： SF6氣體是一種無(wú)色、無(wú)嗅、無(wú)味、無(wú)毒、氣體是一種無(wú)色、無(wú)嗅、無(wú)味、無(wú)毒、不可燃、不溶于水的惰性氣體，是目前世界上不可燃、不溶于水的惰性氣體，是目前世界上最不活潑的著名氣體之一。不侵蝕與它接

17、觸的最不活潑的著名氣體之一。不侵蝕與它接觸的物質(zhì)。物質(zhì)。 SF6是由六個(gè)氟原子以共價(jià)鍵的形式和硫是由六個(gè)氟原子以共價(jià)鍵的形式和硫原子結(jié)合成一個(gè)中性分子，分子量大原子結(jié)合成一個(gè)中性分子，分子量大（146.06）、密度也大，比空氣重）、密度也大，比空氣重5倍多。倍多。西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院4 六氟化硫（六氟化硫（SF6）技術(shù)）技術(shù) 非理想氣體。非理想氣體。SF6靠對(duì)流和擴(kuò)散同空靠對(duì)流和擴(kuò)散同空氣混合是很緩慢的，在未充分混合前，氣混合是很緩慢的，在未充分混合前，SF6氣體有向低處積聚的趨向，但一經(jīng)氣體有向低處積聚的趨向，但一經(jīng)混合，就不分離?；旌?，就不分離。 SF6氣體的液化溫度高，在常溫下稍氣體

18、的液化溫度高，在常溫下稍加高壓力就很容易液化。加高壓力就很容易液化。 純凈的純凈的SF6氣體熱穩(wěn)定性也好，氣體熱穩(wěn)定性也好， SF6氣體是很強(qiáng)的電負(fù)性氣體。氣體是很強(qiáng)的電負(fù)性氣體。 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院4 六氟化硫（六氟化硫（SF6）技術(shù)）技術(shù)4.1.2 SF6氣體的絕緣性：氣體的絕緣性： SF6氣體是高電氣強(qiáng)度的氣體介質(zhì)，絕緣性氣體是高電氣強(qiáng)度的氣體介質(zhì)，絕緣性能好，在均勻電場(chǎng)中，是空氣的能好，在均勻電場(chǎng)中，是空氣的3倍。倍。 其原因：其原因：（1）SF6氣體具有很強(qiáng)的電負(fù)性，其中性分子氣體具有很強(qiáng)的電負(fù)性，其中性分子很容易吸附自由電子而形成負(fù)離子，活動(dòng)性很很容易吸附自由電子而形成負(fù)離子

19、，活動(dòng)性很差，自由電子減少，阻礙放電的形成和發(fā)展；差，自由電子減少，阻礙放電的形成和發(fā)展；（2）SF6分子的直徑大，電子在分子的直徑大，電子在SF6氣體中的平氣體中的平均自由行程短（約為均自由行程短（約為0.22m），不易積累足），不易積累足夠的動(dòng)能，碰撞電離的可能性減少。夠的動(dòng)能，碰撞電離的可能性減少。西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院4 六氟化硫（六氟化硫（SF6）技術(shù)）技術(shù) SF6氣體的擊穿電壓隨間隙距離和氣體氣體的擊穿電壓隨間隙距離和氣體壓力的增加而升高，但并不是線性的，即隨壓力的增加而升高，但并不是線性的，即隨著間距和壓力的增加都會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。著間距和壓力的增加都會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。 由于由于S

20、F6氣體的電氣強(qiáng)度高，通常在氣體的電氣強(qiáng)度高，通常在（0.50.7）MPa下就可得到很高的絕緣性下就可得到很高的絕緣性能，現(xiàn)廣泛地被應(yīng)用為電氣設(shè)備的絕緣介質(zhì)，能，現(xiàn)廣泛地被應(yīng)用為電氣設(shè)備的絕緣介質(zhì)，達(dá)到減少間隙尺寸和縮小設(shè)備的體積。達(dá)到減少間隙尺寸和縮小設(shè)備的體積。 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院4 六氟化硫（六氟化硫（SF6）技術(shù)）技術(shù)4.1.3 SF6氣體的熄弧特性與熄弧原理：氣體的熄弧特性與熄弧原理： （1）SF6氣體具有特異的熱化學(xué)性：氣體具有特異的熱化學(xué)性： （2）具有很強(qiáng)的電負(fù)性）具有很強(qiáng)的電負(fù)性 。 SF6氣體電弧的熄滅原理與其他斷路器不氣體電弧的熄滅原理與其他斷路器不同，它并不僅依靠

21、氣流的壓力梯度所形成的絕同，它并不僅依靠氣流的壓力梯度所形成的絕熱膨脹（等熵）冷卻作用，而主要是利用熱膨脹（等熵）冷卻作用，而主要是利用SF6氣體的特異的熱化學(xué)性和強(qiáng)電負(fù)性，才有特別氣體的特異的熱化學(xué)性和強(qiáng)電負(fù)性，才有特別強(qiáng)的滅弧能力。強(qiáng)的滅弧能力。供給足夠量新鮮的供給足夠量新鮮的SF6氣體中氣體中性分子并使之與電弧接觸是熄滅電弧的有效方性分子并使之與電弧接觸是熄滅電弧的有效方法，這也是法，這也是SF6氣體滅弧的基本原理氣體滅弧的基本原理。西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院4 六氟化硫（六氟化硫（SF6）技術(shù)）技術(shù)4.1.4 SF6氣體是電力設(shè)備中最佳的滅弧氣體是電力設(shè)備中最佳的滅弧和絕緣用氣體介質(zhì)：和

22、絕緣用氣體介質(zhì)： 6070%用于電力設(shè)備：用于電力設(shè)備： 氣體絕緣開關(guān)設(shè)備（氣體絕緣開關(guān)設(shè)備（GIS） 氣體絕緣電纜（氣體絕緣電纜（GICcable）或氣體）或氣體絕緣輸電線路（絕緣輸電線路（GITL） 氣體絕緣變壓器（氣體絕緣變壓器（GIT） 配電電壓等級(jí)的配電電壓等級(jí)的CGIS。 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院4 六氟化硫（六氟化硫（SF6）技術(shù)）技術(shù)4.2 SF6氣體的釋放對(duì)健康和環(huán)境的影響氣體的釋放對(duì)健康和環(huán)境的影響4.2.1 對(duì)健康的潛在影響：對(duì)健康的潛在影響：4.2.2 環(huán)境影響：環(huán)境影響：（1）同溫層的臭氧減?。ǔ粞鯇涌斩矗┩瑴貙拥某粞鯗p?。ǔ粞鯇涌斩矗?這不起作用。破壞臭氧層的是氯氣

23、。這不起作用。破壞臭氧層的是氯氣。（2）平均全球溫度增加（溫室效應(yīng)）平均全球溫度增加（溫室效應(yīng)） 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院4 六氟化硫（六氟化硫（SF6）技術(shù)）技術(shù) 對(duì)氣體溫室效應(yīng)，不僅要看到它所起作用對(duì)氣體溫室效應(yīng)，不僅要看到它所起作用的大小，還應(yīng)看它的潛在作用。目前是以的大小，還應(yīng)看它的潛在作用。目前是以GWP(Global Warming Potential,全球溫暖全球溫暖化趨勢(shì)，或稱全球升溫潛能值化趨勢(shì)，或稱全球升溫潛能值)值來(lái)衡量或評(píng)值來(lái)衡量或評(píng)價(jià)氣體的溫室效應(yīng)，有關(guān)研究報(bào)告指出，價(jià)氣體的溫室效應(yīng)，有關(guān)研究報(bào)告指出，SF6氣體在大氣中的壽命最長(zhǎng)，為氣體在大氣中的壽命最長(zhǎng)，為3200

24、年。如以年。如以CO2（壽命為（壽命為100年）的年）的GWP值為值為1，則，則SF6氣體的氣體的GWP值為值為23900，是氣體中，是氣體中GWP值最值最高的氣體，顯然是最嚴(yán)重的溫室氣體，其潛在高的氣體，顯然是最嚴(yán)重的溫室氣體，其潛在危害也最大。危害也最大。 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院4 六氟化硫（六氟化硫（SF6）技術(shù)）技術(shù)4.3 京都議定書京都議定書規(guī)定了氣體的限制使用規(guī)定了氣體的限制使用 1997年年12月月10在日本京都會(huì)議上提出了在日本京都會(huì)議上提出了決定草案，即決定草案，即聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約 京京都議定書都議定書，在該議定書的附錄，在該議定書的附錄A中，列

25、出了中，列出了六種溫室效應(yīng)氣體：二氧化碳（六種溫室效應(yīng)氣體：二氧化碳（CO2）、甲烷）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（）、氧化亞氮（N2O）、氫氟碳化物）、氫氟碳化物（HFCS）、全氟化碳（）、全氟化碳（PFCS）、六氟化硫）、六氟化硫（SF6）；并列出了與這些溫室氣體相關(guān)的部）；并列出了與這些溫室氣體相關(guān)的部門類別和相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)，基本能源工業(yè)、制造工門類別和相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)，基本能源工業(yè)、制造工業(yè)和建設(shè)、六氟化硫的生產(chǎn)和消費(fèi)等均在被指業(yè)和建設(shè)、六氟化硫的生產(chǎn)和消費(fèi)等均在被指名之列。名之列。 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院4 六氟化硫（六氟化硫（SF6）技術(shù)）技術(shù) 京都議定書京都議定書規(guī)定規(guī)定2008年至年至2

26、012年為年為第一個(gè)排放量限制和削減承諾期，在附件第一個(gè)排放量限制和削減承諾期，在附件B中中列出了有關(guān)締約方的排放量限制或削減承諾列出了有關(guān)締約方的排放量限制或削減承諾（以（以1990為基準(zhǔn)年，對(duì)于六氟化硫等后為基準(zhǔn)年，對(duì)于六氟化硫等后3種氣種氣體則以體則以1995年為基準(zhǔn)年）。年為基準(zhǔn)年）。 歐洲國(guó)家的要求呼聲最高，據(jù)說不久將由歐洲國(guó)家的要求呼聲最高，據(jù)說不久將由歐共體共同制定的有關(guān)歐共體共同制定的有關(guān)SF6氣體的限制或禁用氣體的限制或禁用的法律法規(guī)將出臺(tái)。的法律法規(guī)將出臺(tái)。 我國(guó)已簽署該議定書，也會(huì)按這一要求去我國(guó)已簽署該議定書，也會(huì)按這一要求去做，正如對(duì)氟利昂的態(tài)度一樣。對(duì)做，正如對(duì)氟利

27、昂的態(tài)度一樣。對(duì)SF6氣體的氣體的政策如何還不太明確。政策如何還不太明確。西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院4 六氟化硫（六氟化硫（SF6）技術(shù)）技術(shù) 京都議定書京都議定書對(duì)對(duì)SF6氣體的限制使氣體的限制使用應(yīng)引起我們足夠的重視。減少用應(yīng)引起我們足夠的重視。減少SF6氣體氣體的使用量這一目的應(yīng)該是共同的。如何的使用量這一目的應(yīng)該是共同的。如何減少減少SF6氣體的使用直至最好盡量不用，氣體的使用直至最好盡量不用，將是我們電氣設(shè)備特別是高壓開關(guān)設(shè)備將是我們電氣設(shè)備特別是高壓開關(guān)設(shè)備工作者的工作者的不可推卸的責(zé)任和義務(wù)不可推卸的責(zé)任和義務(wù)。西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院4 六氟化硫（六氟化硫（SF6）技術(shù)）技術(shù)4.

28、4 高壓開關(guān)設(shè)備制造業(yè)的對(duì)策高壓開關(guān)設(shè)備制造業(yè)的對(duì)策4.4.1 作為絕緣用：作為絕緣用：（1） 尋找替代品：尋找替代品： （2） 采用混合氣體，即采用混合氣體，即SF6與與N2的混合的混合氣體氣體 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院4 六氟化硫（六氟化硫（SF6）技術(shù)）技術(shù) 4.4.2 作為滅弧介質(zhì)：作為滅弧介質(zhì)： 對(duì)對(duì)SF6斷路器，混合氣體沒有好處，斷路器，混合氣體沒有好處，隨著隨著SF6氣體用量的減少，則開斷性能也氣體用量的減少，則開斷性能也相應(yīng)下降。這與滅弧原理有關(guān)。相應(yīng)下降。這與滅弧原理有關(guān)。 目前仍無(wú)法取代的超高壓斷路器仍目前仍無(wú)法取代的超高壓斷路器仍可采用可采用SF6斷路器外，應(yīng)逐步減少斷路

29、器外，應(yīng)逐步減少SF6斷斷路器的產(chǎn)量，同時(shí)也應(yīng)盡量少采用罐式路器的產(chǎn)量，同時(shí)也應(yīng)盡量少采用罐式SF6斷路器。斷路器。 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院4 六氟化硫（六氟化硫（SF6）技術(shù)）技術(shù) 對(duì)于斷路器的介質(zhì)要求，電導(dǎo)率的變化范對(duì)于斷路器的介質(zhì)要求，電導(dǎo)率的變化范圍和變化速度都應(yīng)大或快，真空斷路器是一個(gè)圍和變化速度都應(yīng)大或快，真空斷路器是一個(gè)較好的發(fā)展方向，目前也是斷路器的主要品種較好的發(fā)展方向，目前也是斷路器的主要品種之一，用在之一，用在40.5kV以下斷路器。污染最小的以下斷路器。污染最小的綠色環(huán)保品。綠色環(huán)保品。 126kV斷路器在高壓斷路器中用量最多。斷路器在高壓斷路器中用量最多。目前主要仍

30、是目前主要仍是SF6斷路器。日本已制成斷路器。日本已制成126kV真空滅弧室真空滅弧室,并合作開發(fā)了斷路器并合作開發(fā)了斷路器,但仍用少量但仍用少量SF6作滅弧室外殼的絕緣。作滅弧室外殼的絕緣。 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院4 六氟化硫（六氟化硫（SF6）技術(shù)）技術(shù) 我國(guó)如能在我國(guó)如能在126kV真空滅弧室和斷真空滅弧室和斷路器方面近期內(nèi)能投入力量并取得突破路器方面近期內(nèi)能投入力量并取得突破,以取代以取代126kV的的SF6斷路器，則可大量斷路器，則可大量減少減少SF6在開關(guān)行業(yè)的用量在開關(guān)行業(yè)的用量,對(duì)環(huán)境保護(hù)對(duì)環(huán)境保護(hù)十分有意義。而且也可跟上國(guó)際技術(shù)發(fā)十分有意義。而且也可跟上國(guó)際技術(shù)發(fā)展的步伐，

31、并為在超高壓等級(jí)取代展的步伐，并為在超高壓等級(jí)取代SF6打打下扎實(shí)基礎(chǔ)。下扎實(shí)基礎(chǔ)。 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5 真空開關(guān)技術(shù)真空開關(guān)技術(shù)5.1 真空中滅弧原理真空中滅弧原理 當(dāng)觸頭在真空中分?jǐn)嚯娐窌r(shí)將產(chǎn)生當(dāng)觸頭在真空中分?jǐn)嚯娐窌r(shí)將產(chǎn)生真空電弧。真空電弧實(shí)質(zhì)上是真空容器真空電弧。真空電弧實(shí)質(zhì)上是真空容器內(nèi)在觸頭材料等的金屬蒸汽中產(chǎn)生的電內(nèi)在觸頭材料等的金屬蒸汽中產(chǎn)生的電弧，屬于低氣壓電弧?；?，屬于低氣壓電弧。 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5 真空開關(guān)技術(shù)真空開關(guān)技術(shù)真空電弧有兩種基本形態(tài)：真空電弧有兩種基本形態(tài)： （1）擴(kuò)散型真空電?。寒?dāng)電流小于某一）擴(kuò)散型真空電?。寒?dāng)電流小于某一數(shù)值時(shí)（幾千安）

32、，數(shù)值時(shí)（幾千安）， （2）集聚型真空電弧：當(dāng)電流大于某一）集聚型真空電?。寒?dāng)電流大于某一數(shù)值時(shí)。數(shù)值時(shí)。 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5 真空開關(guān)技術(shù)真空開關(guān)技術(shù)交流真空電弧的熄滅原理：交流真空電弧的熄滅原理：（1）特點(diǎn)：小電流時(shí)始終是擴(kuò)散型的；）特點(diǎn)：小電流時(shí)始終是擴(kuò)散型的；大電流時(shí)，電流值超過集聚值很多時(shí)，大電流時(shí)，電流值超過集聚值很多時(shí)，則轉(zhuǎn)變成集聚型后就始終是集聚型的。則轉(zhuǎn)變成集聚型后就始終是集聚型的。當(dāng)電流只在幅值附近時(shí)超過，則先轉(zhuǎn)變當(dāng)電流只在幅值附近時(shí)超過，則先轉(zhuǎn)變成集聚，后又可轉(zhuǎn)為擴(kuò)散型。成集聚，后又可轉(zhuǎn)為擴(kuò)散型。西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5 真空開關(guān)技術(shù)真空開關(guān)技術(shù)（2）熄弧原理：

33、擴(kuò)散型，過零后，電極陰陽(yáng)極）熄弧原理：擴(kuò)散型，過零后，電極陰陽(yáng)極對(duì)調(diào)，新陰極不會(huì)產(chǎn)生陰極斑點(diǎn)，而真空中介對(duì)調(diào)，新陰極不會(huì)產(chǎn)生陰極斑點(diǎn)，而真空中介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)又特別快，只要間隙（開斷）距離質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)又特別快，只要間隙（開斷）距離足夠，過零后電弧不會(huì)重燃，一次過零熄滅。足夠，過零后電弧不會(huì)重燃，一次過零熄滅。 集聚型，由于陰極和陽(yáng)極都有較大的熔區(qū)，集聚型，由于陰極和陽(yáng)極都有較大的熔區(qū)，需要需要ms級(jí)時(shí)間才能冷卻，在未冷卻前，級(jí)時(shí)間才能冷卻，在未冷卻前， 電極不斷提供大量金屬蒸汽，過零后，在電極不斷提供大量金屬蒸汽，過零后，在恢復(fù)電壓作用下，不可避免地發(fā)生重燃。不采恢復(fù)電壓作用下，不可避免地發(fā)生重燃。

34、不采取相應(yīng)措施，則集聚型交流真空電弧不能熄弧，取相應(yīng)措施，則集聚型交流真空電弧不能熄弧，即沒有開斷能力。即沒有開斷能力。西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5 真空開關(guān)技術(shù)真空開關(guān)技術(shù) 兩種措施：兩種措施： a.在工頻半波末尾使轉(zhuǎn)化為擴(kuò)散型，在工頻半波末尾使轉(zhuǎn)化為擴(kuò)散型，用橫向磁場(chǎng)吹弧的方式，使陰、陽(yáng)極用橫向磁場(chǎng)吹弧的方式，使陰、陽(yáng)極 斑點(diǎn)快速移動(dòng)，降低電極表面溫度。斑點(diǎn)快速移動(dòng)，降低電極表面溫度。 b.提高集聚電流值，在開斷范圍內(nèi)不提高集聚電流值，在開斷范圍內(nèi)不發(fā)生集聚，通常是加縱磁。發(fā)生集聚，通常是加縱磁。 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5 真空開關(guān)技術(shù)真空開關(guān)技術(shù)（3）開斷小電流時(shí)的截流現(xiàn)象：與觸頭）開斷

35、小電流時(shí)的截流現(xiàn)象：與觸頭材料和電流值有關(guān)。材料和電流值有關(guān)。西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5 真空開關(guān)技術(shù)真空開關(guān)技術(shù)5.2 真空滅弧室的結(jié)構(gòu)和工作原理真空滅弧室的結(jié)構(gòu)和工作原理 真空滅弧室是真空開關(guān)的一個(gè)最重要的部真空滅弧室是真空開關(guān)的一個(gè)最重要的部件，由絕緣外殼、端蓋、導(dǎo)電桿、波紋管、觸件，由絕緣外殼、端蓋、導(dǎo)電桿、波紋管、觸頭、屏蔽罩等部件組成。由絕緣外殼、端蓋和頭、屏蔽罩等部件組成。由絕緣外殼、端蓋和波紋管構(gòu)成封閉的容器，波紋管的使用才能實(shí)波紋管構(gòu)成封閉的容器，波紋管的使用才能實(shí)現(xiàn)在滅弧室外帶動(dòng)動(dòng)觸頭作分合運(yùn)動(dòng)。滅弧室現(xiàn)在滅弧室外帶動(dòng)動(dòng)觸頭作分合運(yùn)動(dòng)。滅弧室在無(wú)機(jī)械外力作用時(shí)，由于自閉力，

36、其動(dòng)靜觸在無(wú)機(jī)械外力作用時(shí)，由于自閉力，其動(dòng)靜觸頭始終保持閉合位置。頭始終保持閉合位置。西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5 真空開關(guān)技術(shù)真空開關(guān)技術(shù) 觸頭是真空滅弧室內(nèi)的最為重要的觸頭是真空滅弧室內(nèi)的最為重要的元件，開斷能力和電氣壽命主要由觸頭元件，開斷能力和電氣壽命主要由觸頭結(jié)構(gòu)來(lái)決定。真空開關(guān)的觸頭目前都是結(jié)構(gòu)來(lái)決定。真空開關(guān)的觸頭目前都是對(duì)接式的。對(duì)接式的。n 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5 真空開關(guān)技術(shù)真空開關(guān)技術(shù)非磁吹型觸頭： 圓柱形平板狀，開斷能力與直徑有關(guān)。真空觸頭橫向磁場(chǎng)磁場(chǎng)型觸頭縱向磁場(chǎng)螺旋槽杯狀結(jié)構(gòu)線圈多極西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5 真空開關(guān)技術(shù)真空開關(guān)技術(shù)5.3 真空斷路器的發(fā)展趨勢(shì)

37、真空斷路器的發(fā)展趨勢(shì) 由于真空斷路器的品種和結(jié)構(gòu)繁多，但基本原理由于真空斷路器的品種和結(jié)構(gòu)繁多，但基本原理一樣。也就不詳細(xì)講各種類型，只說明幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。一樣。也就不詳細(xì)講各種類型，只說明幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。（1）電壓等級(jí)：目前真空斷路器已廣泛用在）電壓等級(jí)：目前真空斷路器已廣泛用在40.5kV以以下的配電電壓等級(jí)，今后將向更改電壓等級(jí)發(fā)展，首下的配電電壓等級(jí)，今后將向更改電壓等級(jí)發(fā)展，首先是先是72.5kV126kV。（2）小型化：一方面已采用新的電弧控制技術(shù)，在不降）小型化：一方面已采用新的電弧控制技術(shù)，在不降低開斷能力的條件下不斷縮小真空滅弧室的尺寸和體低開斷能力的條件下不斷縮小真空滅弧室的尺

38、寸和體積，另一是采用新的復(fù)合絕緣技術(shù)和澆注技術(shù)將真空積，另一是采用新的復(fù)合絕緣技術(shù)和澆注技術(shù)將真空滅弧室與非絕緣體澆注在一起使體積縮小。滅弧室與非絕緣體澆注在一起使體積縮小。西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院5 真空開關(guān)技術(shù)真空開關(guān)技術(shù)（3）采用永磁保持式電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)）采用永磁保持式電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)（4）各種專用真空斷路器：）各種專用真空斷路器： 切合電容器：西門子切合電容器：西門子3AH2 60000次；次；3AH4 12000次次 東芝東芝 24kV/1250A/20kA 和和 36kV/1250A/2000A/12.5kA 達(dá)達(dá)12萬(wàn)次萬(wàn)次 選相分合真空斷路器選相分合真空斷路器 合閘和分閘合閘和分閘

39、0.5ms 和和1ms（5）智能型真空斷路器：傳感技術(shù)和數(shù)字控制技術(shù)的應(yīng)）智能型真空斷路器：傳感技術(shù)和數(shù)字控制技術(shù)的應(yīng)用。用。（6 6） 對(duì)于超高電壓等級(jí)，應(yīng)首先解決額定電流的提高對(duì)于超高電壓等級(jí)，應(yīng)首先解決額定電流的提高及滅弧室外殼絕緣的技術(shù)難題。及滅弧室外殼絕緣的技術(shù)難題。 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院6 高壓開關(guān)絕緣高壓開關(guān)絕緣6.1 絕緣的工作條件絕緣的工作條件6.1.1影響絕緣的因素：影響絕緣的因素：（1）電的作用；）電的作用；（2）熱的作用；）熱的作用；（3）機(jī)械力的作用；）機(jī)械力的作用；（4）大氣條件的作用。）大氣條件的作用。西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院6 高壓開關(guān)絕緣高壓開關(guān)絕緣n 內(nèi)

40、絕緣內(nèi)絕緣：處于密封容器或介質(zhì)中的絕緣和各：處于密封容器或介質(zhì)中的絕緣和各種絕緣介質(zhì)，它的電氣絕緣強(qiáng)度由介質(zhì)的擊穿種絕緣介質(zhì)，它的電氣絕緣強(qiáng)度由介質(zhì)的擊穿強(qiáng)度或沿液（氣）體表面的閃絡(luò)強(qiáng)度所決定。強(qiáng)度或沿液（氣）體表面的閃絡(luò)強(qiáng)度所決定。大氣條件對(duì)內(nèi)絕緣不起作用大氣條件對(duì)內(nèi)絕緣不起作用。n 外絕緣外絕緣：處于大氣中以空氣作為介質(zhì)的絕緣。：處于大氣中以空氣作為介質(zhì)的絕緣。它的電氣絕緣強(qiáng)度決定于空氣間隙的擊穿強(qiáng)度它的電氣絕緣強(qiáng)度決定于空氣間隙的擊穿強(qiáng)度或沿空氣中絕緣表面的閃絡(luò)強(qiáng)度?；蜓乜諝庵薪^緣表面的閃絡(luò)強(qiáng)度。大氣條件對(duì)大氣條件對(duì)外絕緣就起很大作用外絕緣就起很大作用 。西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院6 高壓

41、開關(guān)絕緣高壓開關(guān)絕緣6.1.2電氣絕緣強(qiáng)度：電氣絕緣強(qiáng)度：（1）干放電電壓：沿絕緣介質(zhì)的干燥和清潔的表面發(fā)生）干放電電壓：沿絕緣介質(zhì)的干燥和清潔的表面發(fā)生放電（閃絡(luò)）的電壓。放電（閃絡(luò)）的電壓。（2）濕放電電壓：沿被雨淋濕的絕緣介質(zhì)的表面發(fā)生放）濕放電電壓：沿被雨淋濕的絕緣介質(zhì)的表面發(fā)生放電（閃絡(luò)）的電壓。電（閃絡(luò)）的電壓。（3）擊穿電壓：絕緣介質(zhì)發(fā)生擊穿的電壓。）擊穿電壓：絕緣介質(zhì)發(fā)生擊穿的電壓。 絕緣擊穿和閃絡(luò)的電壓值與所施加的電壓類別有關(guān)：絕緣擊穿和閃絡(luò)的電壓值與所施加的電壓類別有關(guān)： 直流還是交流；直流還是交流； 工頻電壓、操作沖擊電壓和雷電沖擊電壓。工頻電壓、操作沖擊電壓和雷電沖擊電

42、壓。 還有還有VFTO的沖擊電壓。的沖擊電壓。西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院6 高壓開關(guān)絕緣高壓開關(guān)絕緣6.2絕緣的部位、材料和結(jié)構(gòu)絕緣的部位、材料和結(jié)構(gòu)6.2.1絕緣部位：絕緣部位： 開關(guān)中的三種不同的絕緣：開關(guān)中的三種不同的絕緣： （1）帶電導(dǎo)體與地之間（對(duì)地絕緣）；）帶電導(dǎo)體與地之間（對(duì)地絕緣）； （2）不同極導(dǎo)體之間（極間絕緣）；）不同極導(dǎo)體之間（極間絕緣）； （3）斷開位置時(shí)同極觸頭之間（開關(guān)同）斷開位置時(shí)同極觸頭之間（開關(guān)同極觸頭間的縱絕緣）。極觸頭間的縱絕緣）。西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院6 高壓開關(guān)絕緣高壓開關(guān)絕緣6.2.2絕緣材料：絕緣材料： （1）氣體；）氣體； （2）液體；）液體；

43、 （3）固體；）固體； （4）高真空。）高真空。西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院6 高壓開關(guān)絕緣高壓開關(guān)絕緣6.2.3絕緣結(jié)構(gòu)：絕緣結(jié)構(gòu)：（1）固體絕緣；）固體絕緣；（2）氣體絕緣；）氣體絕緣；（3）液體絕緣。）液體絕緣。 對(duì)于開關(guān)柜的絕緣結(jié)構(gòu)，有空氣（大氣）對(duì)于開關(guān)柜的絕緣結(jié)構(gòu)，有空氣（大氣）絕緣、氣體（主要是絕緣、氣體（主要是SF6氣體）絕緣，還沒有氣體）絕緣，還沒有看到固體絕緣的開關(guān)柜。目前有的在宣傳的所看到固體絕緣的開關(guān)柜。目前有的在宣傳的所謂謂“固體絕緣開關(guān)柜固體絕緣開關(guān)柜”，只是在空氣和氣體絕，只是在空氣和氣體絕緣的開關(guān)柜中，較多地采用固體絕緣，而元件緣的開關(guān)柜中，較多地采用固體絕緣，而元

44、件與柜體金屬外殼間仍有較多的空氣和氣體絕緣。與柜體金屬外殼間仍有較多的空氣和氣體絕緣。西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院6 高壓開關(guān)絕緣高壓開關(guān)絕緣6.3開關(guān)部件的絕緣配合和電場(chǎng)計(jì)算開關(guān)部件的絕緣配合和電場(chǎng)計(jì)算6.3.1部件的絕緣配合：部件的絕緣配合： 在同一絕緣強(qiáng)度要求下，給各部件在同一絕緣強(qiáng)度要求下，給各部件有不同的裕度（安全系數(shù)）。有不同的裕度（安全系數(shù)）。6.3.2電場(chǎng)計(jì)算：電場(chǎng)計(jì)算： 用計(jì)算機(jī)和有限元方法對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行用計(jì)算機(jī)和有限元方法對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算和分析計(jì)算和分析 。西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院7 相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)）相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)） 相控?cái)嗦菲鳎ㄋ追Q同步開關(guān)），是相控?cái)嗦菲鳎ㄋ追Q同步開關(guān)

45、），是指具有分指具有分/合閘相位控制的高壓交流斷路合閘相位控制的高壓交流斷路器，或具有選（定）相（位）分器，或具有選（定）相（位）分/合閘功合閘功能的高壓交流斷路器。能的高壓交流斷路器。 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院7 相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)）相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)） 傳統(tǒng)斷路器由于分傳統(tǒng)斷路器由于分/合閘信號(hào)本身合閘信號(hào)本身的隨機(jī)性和斷路器（包括操動(dòng)機(jī)構(gòu)）的隨機(jī)性和斷路器（包括操動(dòng)機(jī)構(gòu)）動(dòng)作的分散性，斷路器觸頭閉合或斷動(dòng)作的分散性，斷路器觸頭閉合或斷開的相位也是隨機(jī)的，可在一個(gè)周波開的相位也是隨機(jī)的，可在一個(gè)周波360的任一相位下閉合或斷開，而的任一相位下閉合或斷開，而且通常認(rèn)為各相位是等概率事件。

46、且通常認(rèn)為各相位是等概率事件。 固有分/合閘時(shí)間西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院7 相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)）相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)） 選相分選相分/合閘（或稱相位控制）技術(shù)的合閘（或稱相位控制）技術(shù)的概念在幾十年前就早已經(jīng)被提出，相控?cái)喔拍钤趲资昵熬驮缫呀?jīng)被提出，相控?cái)嗦菲鞯慕Y(jié)構(gòu)框圖路器的結(jié)構(gòu)框圖: 控控制制器器斷斷路路器器分分/ /合合閘閘信信號(hào)號(hào)電電網(wǎng)網(wǎng)信信號(hào)號(hào)采采集集西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院7 相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)）相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)） 從圖可看出，相控?cái)嗦菲饕簿褪窃趥鲝膱D可看出，相控?cái)嗦菲饕簿褪窃趥鹘y(tǒng)的斷路器上外加了一個(gè)控制器，以便實(shí)統(tǒng)的斷路器上外加了一個(gè)控制器，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)分合閘信號(hào)的選相控制

47、。這里要解決現(xiàn)對(duì)分合閘信號(hào)的選相控制。這里要解決兩個(gè)問題：兩個(gè)問題： （1） 控制器的相位控制要正確和可靠；控制器的相位控制要正確和可靠； （2） 斷路器固有分?jǐn)嗦菲鞴逃蟹?合閘時(shí)間的分散性合閘時(shí)間的分散性應(yīng)足夠小。應(yīng)足夠小。 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院7 相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)）相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)） 斷路器在電網(wǎng)中起到重要的控制和斷路器在電網(wǎng)中起到重要的控制和保護(hù)作用。運(yùn)行中經(jīng)常需要進(jìn)行正常開保護(hù)作用。運(yùn)行中經(jīng)常需要進(jìn)行正常開合的操作，在操作過程中常伴隨著電網(wǎng)合的操作，在操作過程中常伴隨著電網(wǎng)中電壓和電流出現(xiàn)的浪涌現(xiàn)象，造成操中電壓和電流出現(xiàn)的浪涌現(xiàn)象，造成操作過電壓和過電流，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安

48、作過電壓和過電流，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。全運(yùn)行。 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院7 相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)）相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)） 理論分析和實(shí)踐證明：操作中出現(xiàn)理論分析和實(shí)踐證明：操作中出現(xiàn)的暫態(tài)現(xiàn)象不僅與所控制的電路參數(shù)有的暫態(tài)現(xiàn)象不僅與所控制的電路參數(shù)有關(guān)，還與斷路器實(shí)際分、合閘的相位有關(guān)，還與斷路器實(shí)際分、合閘的相位有關(guān)。一般來(lái)講，合閘和分閘時(shí)發(fā)生的機(jī)關(guān)。一般來(lái)講，合閘和分閘時(shí)發(fā)生的機(jī)理不相同，合閘過程中出現(xiàn)的暫態(tài)過程理不相同，合閘過程中出現(xiàn)的暫態(tài)過程是由于線路中的電磁暫態(tài)振蕩所引起，是由于線路中的電磁暫態(tài)振蕩所引起，而開斷時(shí)所出現(xiàn)的過電壓則由于弧隙的而開斷時(shí)所出現(xiàn)的過電壓則由于弧隙的復(fù)燃或

49、重?fù)舸┒a(chǎn)生。復(fù)燃或重?fù)舸┒a(chǎn)生。 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院7 相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)）相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)） 對(duì)于合閘操作，從理論上講，斷路對(duì)于合閘操作，從理論上講，斷路器能選定相位合閘是最好的。器能選定相位合閘是最好的。 對(duì)于對(duì)于感性感性負(fù)載（空載變壓器、電抗負(fù)載（空載變壓器、電抗器）則應(yīng)在器）則應(yīng)在電壓峰值時(shí)關(guān)合電壓峰值時(shí)關(guān)合； 而對(duì)于而對(duì)于容性容性負(fù)載（空載長(zhǎng)線、電容負(fù)載（空載長(zhǎng)線、電容器組）則應(yīng)在器組）則應(yīng)在電壓為零時(shí)關(guān)合電壓為零時(shí)關(guān)合。 這樣就可以抑止合閘過程產(chǎn)生的各這樣就可以抑止合閘過程產(chǎn)生的各種涌流和合閘過電壓。種涌流和合閘過電壓。 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院7 相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_

50、關(guān)）相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)） 但由于當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的限制，斷路但由于當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的限制，斷路器最終控制的正確性和可靠性難以保證，器最終控制的正確性和可靠性難以保證，得不到推廣使用。得不到推廣使用。 只得采取斷路器斷口并聯(lián)合閘電阻只得采取斷路器斷口并聯(lián)合閘電阻或其他措施來(lái)抑止過電壓和涌流?；蚱渌胧﹣?lái)抑止過電壓和涌流。 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院7 相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)）相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)） 隨著技術(shù)水平的不斷提高，特別是隨著技術(shù)水平的不斷提高，特別是半導(dǎo)體器件和微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，控制器半導(dǎo)體器件和微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，控制器本身的正確性和可靠性已基本得到解決，本身的正確性和可靠性已基本得到解決，相控?cái)嗦菲?/p>

51、在國(guó)外已開始實(shí)際應(yīng)用，取相控?cái)嗦菲髟趪?guó)外已開始實(shí)際應(yīng)用，取得了較好的成果。得了較好的成果。 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院7 相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)）相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)） 國(guó)內(nèi)也開始重視這一問題，對(duì)相控?cái)嗦菲鲊?guó)內(nèi)也開始重視這一問題，對(duì)相控?cái)嗦菲鞯男枨笠膊粩嗟靥岢?，特別是對(duì)空載長(zhǎng)線和并的需求也不斷地提出，特別是對(duì)空載長(zhǎng)線和并聯(lián)電容器組的投切問題。聯(lián)電容器組的投切問題。 例如，在例如，在500kV系統(tǒng)中已有安裝系統(tǒng)中已有安裝ABB公司公司的同步合閘裝置的同步合閘裝置CAT和和Simens公司的同步裝公司的同步裝置。據(jù)報(bào)道，云南太朝山置。據(jù)報(bào)道，云南太朝山500kV系統(tǒng)中就是采系統(tǒng)中就是采用用CAT裝置，

52、解決了系統(tǒng)的內(nèi)過電壓?jiǎn)栴}。裝置，解決了系統(tǒng)的內(nèi)過電壓?jiǎn)栴}。 無(wú)功補(bǔ)償?shù)男枰?，大量電容器組在系統(tǒng)中無(wú)功補(bǔ)償?shù)男枰?，大量電容器組在系統(tǒng)中被應(yīng)用，又特別關(guān)心電容器組的投切問題。被應(yīng)用，又特別關(guān)心電容器組的投切問題。 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院7 相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)）相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)）關(guān)合電容電流的等值電路圖（圖中假定為集中參數(shù)）關(guān)合電容電流的等值電路圖（圖中假定為集中參數(shù)） C U0 L線路電感，R電阻，C電容，U0電容上的初始電壓 ,合閘瞬間的電源電壓相位角 RLAC西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院7 相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)）相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)）可得： 式中： 。00sin()(sin)costcmm

53、UUtUUt e01,2RLL C西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院7 相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)）相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)） 其最大值：其最大值： 過電壓大小與合閘相位角、電容上的初始過電壓大小與合閘相位角、電容上的初始電壓和極性有關(guān)。電壓和極性有關(guān)。 在在U00時(shí)，時(shí)， 當(dāng)當(dāng)90時(shí)，時(shí)， Ucm2Um，最大；，最大； 而當(dāng)而當(dāng)0時(shí)，沒有暫態(tài)，按正弦規(guī)律上升，時(shí)，沒有暫態(tài)，按正弦規(guī)律上升，也就沒有過電壓；也就沒有過電壓； 偏離偏離0時(shí)，有暫態(tài)，與偏離角大小有關(guān)，時(shí)，有暫態(tài)，與偏離角大小有關(guān)，一般講不發(fā)生過電壓。一般講不發(fā)生過電壓。 02sincmmUUU西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院7 相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)）相控?cái)嗦?/p>

54、器（同步開關(guān)）在在U00時(shí)，同極性時(shí)，時(shí)，同極性時(shí)，Ucm2Um； 反極性時(shí)，反極性時(shí)，Ucm2Um。若若U0Um， 當(dāng)當(dāng)90時(shí)，則時(shí)，則Ucm3Um； 而當(dāng)而當(dāng)0時(shí)，有過渡過程，但時(shí)，有過渡過程，但Ucm不會(huì)超過不會(huì)超過Um；而偏離；而偏離0時(shí)就會(huì)有過電壓，時(shí)就會(huì)有過電壓，但數(shù)值受到抑止。但數(shù)值受到抑止。 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院7 相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)）相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)） 從上面分析中可以看出：從上面分析中可以看出： 當(dāng)當(dāng)90時(shí)合閘出現(xiàn)的過電壓最高，時(shí)合閘出現(xiàn)的過電壓最高，有可能達(dá)有可能達(dá)23倍。倍。 而當(dāng)而當(dāng)0時(shí)合閘，就不會(huì)有過電壓時(shí)合閘，就不會(huì)有過電壓（偏離零度時(shí)，會(huì)有過電壓，但已

55、受到（偏離零度時(shí)，會(huì)有過電壓，但已受到抑止）。抑止）。西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院7 相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)）相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)） 對(duì)于不同電壓等級(jí)的系統(tǒng)和設(shè)備，對(duì)于不同電壓等級(jí)的系統(tǒng)和設(shè)備，承受過電壓的能力是不相同的。過電壓承受過電壓的能力是不相同的。過電壓的允許倍數(shù)也有不同的規(guī)定和要求。對(duì)的允許倍數(shù)也有不同的規(guī)定和要求。對(duì)于于110kV以下，通常能承受以下，通常能承受3倍倍以下的以下的過電壓，而過電壓，而500kV已要求為已要求為2.0，750kV為為1.8，1000kV為為1.7。 對(duì)于超高壓斷路器來(lái)說，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于超高壓斷路器來(lái)說，能夠?qū)崿F(xiàn)相控和同步合閘是很有必要的。相控和同步合閘是很有必

56、要的。 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院7 相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)）相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)） 在配電電壓等級(jí)，通常由于合電容在配電電壓等級(jí)，通常由于合電容器組而產(chǎn)生的過電壓是能夠承受的，同器組而產(chǎn)生的過電壓是能夠承受的，同時(shí)又由于中壓斷路器原都為三極一個(gè)操時(shí)又由于中壓斷路器原都為三極一個(gè)操動(dòng)機(jī)構(gòu)，三相本身的合閘相位就不同，動(dòng)機(jī)構(gòu)，三相本身的合閘相位就不同，也無(wú)法控制，所以并非急于需要解決合也無(wú)法控制，所以并非急于需要解決合閘過電壓?jiǎn)栴}。閘過電壓?jiǎn)栴}。 但終究電容器雖能承受頻繁操作所但終究電容器雖能承受頻繁操作所出現(xiàn)的過電壓，卻影響了其使用壽命。出現(xiàn)的過電壓，卻影響了其使用壽命。因此實(shí)現(xiàn)同步合閘也是有好處的。因此實(shí)現(xiàn)同步合閘也是有好處的。 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院7 相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)）相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)） 配永磁機(jī)構(gòu)的真空斷路器為分極操配永磁機(jī)構(gòu)的真空斷路器為分極操作提供了可能性，實(shí)現(xiàn)相位控制也較為作提供了可能性，實(shí)現(xiàn)相位控制也較為現(xiàn)實(shí)，據(jù)報(bào)道已經(jīng)能做到同步投入在現(xiàn)實(shí)，據(jù)報(bào)道已經(jīng)能做到同步投入在0.5ms以內(nèi)。以內(nèi)。 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院7 相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)）相控?cái)嗦菲鳎ㄍ介_關(guān)） 從目前的技術(shù)水平來(lái)看，要實(shí)現(xiàn)同從目前的技術(shù)水平來(lái)看，要實(shí)現(xiàn)