變電工程設(shè)計

變電工程設(shè)計第1頁/共37頁第1節(jié)開關(guān)電器的用途和分類

開關(guān)電器基本任務(wù)：

在運行方式改變或故障時，可靠、靈活的進行變壓器、線路等電氣元件的切換操作。根據(jù)開關(guān)電器的不同性能，可將其分為以下幾類：

牛牛文庫文檔分享第2頁/共37頁（1）僅用來在正常工作情況下開斷或閉合正常工作電流Ig.zd的開關(guān)電器。

例如低壓刀閘開關(guān)、接觸器、高壓負荷開關(guān)等。高壓負荷開關(guān)

牛牛文庫文檔分享第3頁/共37頁（2）僅用來開斷過負荷電流或短路電流Id的開關(guān)電器。例如熔斷器。高壓跌落式熔斷器

牛牛文庫文檔分享第4頁/共37頁（3）只用來在檢修時隔離電源，不能用其開斷或閉合正常工作電流或短路電流的開關(guān)電器。例如高壓隔離開關(guān)。戶外高壓隔離開關(guān)

牛牛文庫文檔分享第5頁/共37頁（4）用來在預(yù)定的記憶時間內(nèi)根據(jù)選定的計數(shù)次數(shù)在無電流的瞬間自動分段故障線路。FDK10-12/D315-10永磁跌落式分段器

牛牛文庫文檔分享第6頁/共37頁（5）即用來開斷或閉合正常工作電流Ig.zd，也用來開斷過負荷電流或短路電流Id的開關(guān)電器。例如高壓斷路器、低壓空氣開關(guān)等。變電站斷路器

牛牛文庫文檔分享第7頁/共37頁第2節(jié)開關(guān)電器中電弧的產(chǎn)生和熄滅

1.電弧:一種氣體的游離放電現(xiàn)象。2.電弧的組成：

牛牛文庫文檔分享第8頁/共37頁3.電弧放電的特征

（1）能量集中，溫度高，亮度強。（2）電弧是一種自持放電現(xiàn)象，不利于滅火。（3）電弧是一束游離的的氣體，質(zhì)量較輕，容易變形。4.研究電弧理論的目的

在于掌握電弧形成的理論和熄滅電弧的方法，以便能有效的熄滅電弧。

牛牛文庫文檔分享第9頁/共37頁5.電弧的危害（1）電弧的存在延長了開關(guān)電器開斷故障電路的時間，加重了電力系統(tǒng)短路故障的危害。（2）電弧產(chǎn)生的高溫，將使觸頭表面熔化和蒸化，燒壞絕緣材料。對充油電氣設(shè)備還可能引起著火、爆炸等危險。（3）由于電弧在電動力、熱力作用下能移動，很容易造成飛弧短路和傷人，或引起事故的擴大。

牛牛文庫文檔分享第10頁/共37頁一、電弧的產(chǎn)生和維持（1）電弧的電極發(fā)射出大量自由電子1）強電場發(fā)射——強電場力2）熱電子發(fā)射——高溫

電弧產(chǎn)生的前提條件（2）弧柱區(qū)氣體游離產(chǎn)生大量自由電子1）碰撞游離——電場力的作用，由高速運動的電子作用產(chǎn)生2）熱游離——高溫（起?。芍行再|(zhì)點熱運動碰撞產(chǎn)生電弧維持和發(fā)展的必要條件

牛牛文庫文檔分享第11頁/共37頁二、電弧中的去游離去游離：弧隙中帶電質(zhì)點自身消失或者失去電荷變?yōu)橹行再|(zhì)點的現(xiàn)象。（1）復(fù)合：帶有異性電荷的質(zhì)點相遇而結(jié)合成中性質(zhì)點的現(xiàn)象，稱為復(fù)合。①空間復(fù)合：直接和間接復(fù)合②表面復(fù)合

間接復(fù)合

牛牛文庫文檔分享第12頁/共37頁（2）擴散：電弧中的電子和正離子，從濃度高的空間向濃度低的介質(zhì)周圍移動的現(xiàn)象，稱為擴散。擴散有三種形式：①溫度擴散②濃度擴散③利用吹弧擴散

牛牛文庫文檔分享第13頁/共37頁

▉利用固體介質(zhì)的狹縫狹溝滅弧

牛牛文庫文檔分享第14頁/共37頁

▉用耐高溫金屬材料作觸頭、優(yōu)質(zhì)滅弧介質(zhì)

觸頭材料對電弧中的去游離也有一定影響，用熔點高、導(dǎo)熱系數(shù)和熱容量大的耐高溫金屬制作觸頭，可以減少熱電子發(fā)射和電弧中的金屬蒸汽，從而減弱了游離過程，有利于熄滅電弧。滅弧介質(zhì)的特性，如導(dǎo)熱系數(shù)、電強度、熱游離溫度、熱容量等，對電弧的游離程度具有很大影響，這些參數(shù)值越大，去游離作用就越強。在高壓開關(guān)中，廣泛采用壓縮空氣、六氟化硫（SF6）氣體、真空等作為滅弧介質(zhì)。

牛牛文庫文檔分享第15頁/共37頁具有直流電弧的R——L電路六、直流電滅弧

牛牛文庫文檔分享第16頁/共37頁1、電壓方程式

E——電源電壓。

iR——電阻電壓。

——電感電阻電壓

Uh——電弧電壓2、直流電弧的熄滅條件

牛牛文庫文檔分享第17頁/共37頁3直流電弧的熄滅方法

①拉長電?、陂_斷電路時在電路中逐級串入電阻③在斷口上裝滅弧柵④冷卻電弧直流電弧的熄滅注意事項在直流電路中不能采用滅弧能力太強的開關(guān)電器，避免產(chǎn)生過電壓。

牛牛文庫文檔分享第18頁/共37頁第3節(jié)六氟化硫斷路器高壓斷路器基本知識用途正常時用以接通和切斷負荷電流，短路故障時通過繼電保護裝置的作用可自動切斷短路電流。

牛牛文庫文檔分享第19頁/共37頁

高壓斷路器的典型結(jié)構(gòu)

開斷元件操動機構(gòu)絕緣支柱基座

牛牛文庫文檔分享第20頁/共37頁分類（1）按裝置地點：戶外式、戶內(nèi)式；（2）按斷路器動作時間：快速斷路器（t≤0.08s）、加快作用斷路器（t≤0.15s）、慢速斷路器（0.25s≤t≤0.4s）；（3）按操動機構(gòu)手動、電磁、液壓、彈簧和氣動等。

牛牛文庫文檔分享第21頁/共37頁（4）按滅弧介質(zhì)①油斷路器②壓縮空氣斷路器③真空斷路器④六氟化硫（SF6）斷路器采用絕緣油作為滅弧介質(zhì)的斷路器

采用壓縮空氣作為滅弧介質(zhì)及操作機構(gòu)能源的斷路器

在真空中開斷電流，利用真空的高絕緣強度來實現(xiàn)滅弧的斷路器

采用具有優(yōu)良滅弧性能的SF6氣體作為滅弧介質(zhì)的斷路器

牛牛文庫文檔分享第22頁/共37頁由字母和數(shù)字兩部分組成的：123456額定電流，A派生代號：C—手動式；G—改進式等。額定電壓，kV設(shè)計序號使用環(huán)境：N—戶內(nèi)式；W—戶外式。產(chǎn)品名稱：D—多油斷路器；S—少油斷路器；

K—空氣斷路器；L—SF6

斷路器；

Z—真空斷路器；Q—產(chǎn)氣斷路器；

C—磁吹斷路器等。例如：SN10-10/3000-750型額定開斷電流，kA特殊環(huán)境代號78高壓斷路器型號（QF）

牛牛文庫文檔分享第23頁/共37頁高壓斷路器的基本要求（1）工作可靠（2）具有足夠的開斷能力（3）動作快速（4）結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟合理

牛牛文庫文檔分享第24頁/共37頁一、油斷路器我國生產(chǎn)的油斷路器35kV以下的為戶內(nèi)式，35kV及其以上的均為戶外式。按絕緣結(jié)構(gòu)不同，可分為少油斷路器與多油斷路器。少油斷路器中的油只作為滅弧和觸頭開斷后弧隙的絕緣介質(zhì)，導(dǎo)電部分與接地部分之間的絕緣主要用瓷件做成。而多油斷路器中的油不僅作為滅弧和觸頭開斷后弧隙的絕緣介質(zhì)，而且還作為導(dǎo)電部分與接地部分之間的絕緣。

牛牛文庫文檔分享第25頁/共37頁1.油斷路器的滅弧原理縱吹，橫吹，壓油吹弧

牛牛文庫文檔分享第26頁/共37頁2.油斷路器特點（1）多油①結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，配套性強，但不能實現(xiàn)積木式結(jié)構(gòu)，耗鋼耗油量大；②額定電流不易做大，一般用于較小電流（35kv以下）。③易于維護，噪聲低，但需要一套油處理裝置。

牛牛文庫文檔分享第27頁/共37頁2.油斷路器特點（2）少油①油量少，體積小，重量輕，防爆性能大大提高；②采用逆流原理，有利于把帶電質(zhì)點排出弧道，使弧隙中介質(zhì)電強度得到迅速恢復(fù)；③采用縱橫吹和機械油吹，斷開時間一般不超過0.02s；④檢修工作量小。

牛牛文庫文檔分享第28頁/共37頁3.油斷路器的運行要點（1）消除漏油、滲油現(xiàn)象，油位指示器清潔完好；（2）油斷路器內(nèi)油溫應(yīng)該正常，沒有過熱現(xiàn)象；（3）對油斷路器附件應(yīng)檢查。

牛牛文庫文檔分享第29頁/共37頁多油斷路器

牛牛文庫文檔分享第30頁/共37頁少油斷路器

牛牛文庫文檔分享第31頁/共37頁二、六氟化硫斷路器SF6氣體發(fā)現(xiàn)于1930年1937年應(yīng)用于電氣設(shè)備1955年開始用作斷路器的滅弧介質(zhì)

牛牛文庫文檔分享第32頁/共37頁

牛牛文庫文檔分享第33頁/共37頁1.六氟化硫氣體（SF6）氣體的性能①SF6氣體的物理特性②SF6氣體的化學(xué)特性③SF6氣體的電氣特性④SF6氣體的分解特性

在標準條件下，SF6為無色、無味的氣體，難溶于水和油，容易液化，SF6的工作壓力為0.2～0.7MPa。SF6氣體比空氣重，有向低處積聚的傾向。SF6氣體在常溫（低于500℃）下是一種化學(xué)性能非常穩(wěn)定的惰性氣體。在通常條件下對電氣設(shè)備中常用的金屬和絕緣材料是不起化學(xué)作用的，它不侵蝕與它接觸的物質(zhì)。

具有優(yōu)異的絕緣性能，在均勻電場中，SF6氣體的絕緣強度為空氣的2.5～3倍；具有優(yōu)異滅弧性能，SF6氣體的滅弧能力為空氣的100倍，開斷能力大約為空氣的2～3倍。這是由于SF6氣體及其分解物具有極強的電負性，它不僅具有優(yōu)良的絕緣特性，還具有獨特的熱特性和電特性。電流過零前的截流小，能避免產(chǎn)生較高的過電壓。SF6氣體的分解主要有三種情況，即在電弧作用下的分解；在電暈、火花和局部放電下的分解；在高溫下的催化分解。SF6氣體在斷路器操作中和出現(xiàn)內(nèi)部故障時，會產(chǎn)生不同量的分解物，高毒性的分解物，（如SF4、S2F2、S2F10、SOF2、HF及SO2）會刺激皮膚、眼睛、粘膜，如果大量吸入，還會引起頭暈和肺水腫。

純SF6氣體無腐蝕，但其分解物遇水后會變成腐蝕性強的電解質(zhì)，會對設(shè)備內(nèi)部某些材料造成損害及運行故障。（玻璃、瓷、絕緣紙及類似材料易受損害）

采用合適的材料和采取合理的結(jié)構(gòu)，可以排除潮氣和防止腐蝕。在設(shè)備運行中可以采用吸附劑（如氧化鋁、堿石灰、分子篩或它們的混合物）清除設(shè)備內(nèi)的潮氣和SF6氣體的分解物。

牛牛文庫文檔分享第34頁/共37頁2.SF6斷路器的種類和滅弧原理（1）雙壓氣式逐步被單壓氣式取代（2）單壓氣式：變開距、定開距110KV及以上廣泛使用（3）旋弧式廣泛用于10KV、35KVSF6（4）自能式多用于110~220KV斷路器多用于110~220KV斷路器，當(dāng)動靜觸頭分開產(chǎn)生電弧后，被電弧加熱的氣體通過氣孔進入主氣室，使主氣室的壓力升高，高壓氣體對噴口吹弧使電弧熄滅。如果開斷的電流較小，電弧產(chǎn)生的熱量小使主氣室的壓力不夠時，輔助氣室中的氣體將通過上部開