06-01-02-高压断路器和隔离开关.

第六章导体和电气设备的原理与选择§6.1电气设备选择的一般条件引言尽管电力系统中各种设备的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。一、按正常工作条件选择电气设备设计时：UN≥UNs。电网的最高运行电压：220kV及以下为1.15UN；330kV及以下为1.1UN。电气设备的最高允许电压为设备额定电压的1.1~1.15倍。1.额定电压一、按正常工作条件选择电气设备设计时：IN≥Imax。IN是指在额定环境温度下，电气设备的长期允许电流。Imax为电气设备所在回路的最大持续工作电流。不同回路的计算方法不同，如：2.额定电流一、按正常工作条件选择电气设备发电机、变压器、调相机回路：Imax=1.05IGN（由于电压下降5％时，出力不变）。若变压器有过负荷运行的情况，按过负荷确定（1.3～2倍的变压器额定电流）；母联断路器回路的Imax一般可取母线上最大一台发电机或变压器的Imax；母线分段电抗器的Imax应为母线上最大一台发电机跳闸时，保证该段母线负荷所需的电流，或最大一台发电机额定电流的50%~80%。出线：除考虑正常负荷电流外，还应考虑事故时由其它回路转移过来的负荷一、按正常工作条件选择电气设备当电气设备安装地点的环境条件如温度、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等超过一般电气设备规定的使用条件时，应采取措施。3.环境条件对设备选择的影响一、按正常工作条件选择电气设备一般非高原型的电气设备使用环境的海拔高度不超过1000m。当电器设备的安装在制造厂规定的海拔高度以上时，由于海拔高度的增加，空气密度和湿度相应减少，使空气间隙和瓷绝缘的放电特性下降，影响电器设备的外绝缘强度，制造厂规定的电器设备的最大工作电压就要下降。对此须进行校正。3.环境条件对设备选择的影响(1)海拔高度的影响一、按正常工作条件选择电气设备试验指出，海拔高度为1000～3500米范围内，按1％/100米进行补偿，即海拔每增高100米，电器设备最高允许工作电压应降低1％。当最高允许工作电压不能满足要求时，应采用高原型电气设备，或采用外绝缘提高一级的产品。3.环境条件对设备选择的影响(1)海拔高度的影响一、按正常工作条件选择电气设备电气设备的额定电流是指在基准环境温度下，能允许长期通过的最大工作电流。此时电气设备的长期发热温升不超过其允许温度。在实际运行中，周围环境温度直接影响电气设备的发热温度，所以当环境温度不等于电气设备的基准环境温度时，其额定电流必须进行修正。我国生产的电气设备一般使用的额定环境温度为+40℃。3.环境条件对设备选择的影响(2)环境温度的影响当实际环境温度θ不同于导体的额定环境温度θ0时，其长期允许电流应该用下式进行修正。不计日照时，裸导体和电缆的综合修正系数K为0alalKθal——导体的长期发热允许最高温度，裸导体一般为70℃；θ0——导体的额定环境温度，裸导体一般为25℃。Ialθ=KIal≥Imax(2)环境温度的影响我国生产的电气设备的额定环境温度θ0=40℃。在40~60℃范围内，当实际环境温度高于+40℃时，环境温度每增高1℃，按减少额定电流1.8%进行修正；当实际环境温度低于+40℃时，环境温度每降低1℃，按增加额定电流0.5%进行修正，但其最大过负荷不得超过额定电流的20%，实际选择时一般不修正。(2)环境温度的影响一、按正常工作条件选择电气设备根据电气设备的装置地点、使用条件、检修和运行等要求，对电器进行种类（屋内或屋外）和型式（防污型、防爆型、湿热型等）的选择。4.其它选择二、按短路状态校验1.短路热稳定校验含义：短路电流通过时，电气设备各部件温度（或发热效应）应不超过允许值。条件：k2tQtI短路电流产生的热效应It、t—电气设备允许通过的热稳定电流和时间二、按短路状态校验含义：电气设备承受短路电流机械效应的能力。条件：ies≥ish或Ies≥Ish式中ish、Ish—短路冲击电流幅值及其有效值；ies、Ies—电气设备允许通过的动稳定电流幅值及其有效值。2.电动力稳定校验——动稳定校验二、按短路状态校验2.电动力稳定校验——动稳定校验•下列几种情况不校验热稳定或动稳定1.用熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故可不验算热稳定。2.采用有限流电阻的熔断器保护的设备。其回路电流被电阻限制，可不校验动稳定。3.装设在电压互感器回路中的裸导体和电器，可不校验动、热稳定。二、按短路状态校验①容量：按本工程设计最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划。②接线：采用可能发生最大短路电流的正常接线方式。③短路种类：一般按三相短路验算，若其他种类短路较三相短路严重时，则应按最严重的情况验算。3.短路电流计算条件二、按短路状态校验④计算短路点：同一电压等级各短路点的短路电流值均相等，但通过各支路的短路电流将随着短路点的位置不同而不同。在校验电气设备和载流导体时，必须确定电气设备和载流导体处于最严重的短路点，使通过的短路电流校验值为最大。3.短路电流计算条件•选择短路计算点在短路计算接线中，选择通过电器的短路电流为最大的点为短路计算点。1.两侧都有电源的设备，比较两侧短路电流大小，选择电流大的作为短路计算点。2.母联断路器考虑母线向备用母线充电时候，备用母线故障，流过该备用母线的全部短路电流。3.带电抗器的出线，断路器与电抗器间的连线很短，可选择短路点于电抗器后，以选用轻型电器。3.短路电流计算条件二、按短路状态校验①短路电流热效应计算时间：4.短路计算时间brprkttt燃弧时间继电保护动作时间（后备保护）断路器全开断时间ainprttt断路器固有分闸时间验算裸导体的短路热稳定时，tpr宜采用主保护动作时间，如主保护有死区时，则采用能对该死区起保护作用的后备保护动作时间；验算电器的短路热稳定时，tpr宜采用后备保护动作时间。少油断路器的燃弧时间ta为0.04~0.06s，SF6断路器的燃弧时间ta为0.02~0.04s。二、按短路状态校验4.短路计算时间②开断电流计算时间：inpr1kttt继电保护动作时间（主保护）断路器固有分闸时间开断电器应能在最严重的情况下开断短路电流。电器的开断时间选择为:§6.2高压断路器和隔离开关的原理与选择引言①仅用来在正常情况下，断开或闭合正常工作电流的开关电器，如高压负荷开关、低压闸刀开关、接触器、磁力启动器等。②仅用来断开故障情况下的过负荷电流或短路电流的开关电器，如高、低压熔断器。③既用来断开或闭合正常工作电流，也用来断开或闭合过负荷电流或短路电流的开关电器，如高压断路器、低压自动空气断路器等。④不要求断开或闭合电流，只用来在检修时隔离电压的开关电器，如隔离开关等。1.开关电器的类型引言2.断路器的作用在正常情况下，控制各种电力线路和设备的开断和关合。在电力系统发生故障时，自动地切除电力系统的短路电流，以保证电力系统的正常运行。一、电弧的形成与熄灭用开关电器切断通有电流的电路时，只要电源电压大于10~20V，电流大于80~100mA，在开关电器的动、静触头分离瞬间，触头间就会出现电弧。此时，触头虽已分开，但电路中的电流还在继续流通。只有电弧熄灭，电路才被真正断开。电弧之所以能形成导电通道，是因为电弧柱中了出现大量自由电子的缘故。电弧产生的物理过程电弧的产生和维持是触头间中性质点（分子和原子）被游离的结果。游离就是中性质点转化为带电质点。游离的过程有四种形式：•强电场发射：当触头刚分开时，触头间产生很强的电场强度（E/s），大于3×106V/m时，阴极表面电子就会被电场力拉出，而形成触头间的自由电子。热电子发射:触头由金属制成，常温下，金属内部存在有大量的自由电子。随着温度升高，自由电子能量升高，运动加剧，有的电子会跑出金属表面，形成热电子发射。在开关分闸时，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，阴极金属材料中的电子获得动能而逸出成为自由电子。碰撞游离:阴极表面发射出的电子和弧隙中原有的少数电子在电场力作用下，向阳极方向运动，不断地与其它粒子发生碰撞，如气体原子、分子。只要电子的动能大于原子或分子的游离能，就可使束缚在原子核周围的电子释放出来，形成自由电子和正离子，这种现象称为碰撞游离。新产生的电子同样会使所碰撞的中性质点游离。碰撞游离连续进行，导致触头间充满了电子和离子，具有很大的电导，在外加电压作用下，触头间介质可能被击穿而形成电弧。热游离:电弧产生后，弧隙的温度很高，在高温作用下，气体的不规则热运动速度增加。具有足够动能的中性质点互相碰撞时，又可能游离出电子和正离子，这种现象称为热游离。一般气体开始发生热游离的温度为9000～10000℃；金属蒸气的游离温度约为4000～5000℃。因为开关电器的电弧中总有一些金属蒸气，而弧心温度总大于4000～5000℃，所以热游离的强度足可维持电弧的燃烧。去游离的形式: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，去游离的主要形式为复合和扩散复合去游离:复合是指正离子和负离子互相吸引，结合在一起，电荷互相中和的过程。两异号电荷要在一定时间内，处在很近的范围内，才能完成复合过程，两者相对速度值越大，复合的可能性越小。由于电子质量小，易于加速，其运动速度约为正离子的1000倍，所以电子与正离子直接复合几率很小。通常，电子在碰撞时，先附在中性质点上，形成负离子，速度大大减慢，而负离子与正离子的复合比电子与正离子间的复合容易得多。扩散去游离:扩散是指带电质点从电弧内部逸出而进入周围介质中的现象，使弧道中带电质点减少。由于电弧内外的电荷浓度及温差的不同，自由电子和正离子将向浓度和温度都低的周围介质中扩散，在低温处，电子和离子的速度减慢而复合成为中性质点。游离和去游离是电弧燃烧的两个相反过程，游离过程使弧道中带电离子增加，有助于电弧燃烧；去游离过程使弧道中带电离子减少，有利于电弧熄灭。游离作用等于去游离作用，新增加的带电质点数量与中和的数量相等，电弧稳定燃烧。游离作用大于去游离作用，电弧燃烧加剧。游离作用小于去游离作用，则电弧中的带电质点数量减少，最终导致电弧熄灭。电弧的熄灭电弧的燃烧是由游离过程维持的，但在电弧中同时还进行着相反的使带电质点数量减少的去游离过程。1.电弧的产生、维持与熄灭①电弧的产生阴极发射电子热电子发射强电场电子发射碰撞游离②电弧的维持热游离去游离③电弧的熄灭若游离过程大于去游离过程，则电弧继续燃烧；若去游离过程大于游离过程，则电弧逐渐熄灭。dUdUE(-)动触头(+)静触头m/V1036E复合去游离扩散去游离2.交流电弧的熄灭电弧温度随时间变化电弧电流数值随时间变动，电弧的功率也随电弧电流变动。电弧功率增大时，电弧的温度增加；反过来，当电弧功率减小时，电弧的温度降低。电弧有热惯性电弧的温度跟不上电流的变化，存在一个滞后过程。交流电弧每半周自动熄灭一次随着交流电流的周期性变化，电弧电流也将每隔半周过零一次。在电弧电流自然过零前后，电源向弧隙输送的能量较少，电弧温度和热游离下降，而去游离作用继续进行，电弧将自然熄灭。(0)交流电弧的特性由于热惯性，弧柱温度的变化滞后于快速变化的电流，所以交流电弧的伏安特性是动态的。如下图：在电流增大时，温度来不及增高（温度变化慢），弧隙电阻来不及减小,因此电压较高；在电流减小时，温度来不及降低，弧隙电阻来不及增大，电压低。故图中正方向电流增大时的曲线在电流减小时的上方。A点是电弧产生时的电压，称为燃弧电压。B点是电弧熄灭时的电压，称为熄弧电压。OAauaua)b)B图2-3iti2.交流电弧的熄灭熄灭交流电弧的最佳时机：交流电弧每半周期自然熄灭时。在交流电流过零时，电弧将自动熄灭，但不等于最终熄灭。在交流电弧自动熄灭后，弧隙中存在着两个