断路器和隔离开关的原理与选择

§5.2高压断路器和隔离开关的原理与选择引言①断路器：既可断开或闭合正常工作电流，也可断开或闭合过负荷电流或短路电流。如高压断路器、低压自动空气断路器等。②负荷开关：只能断开或闭合正常情况下的工作电流。如高压负荷开关、低压闸刀开关、接触器、磁力启动器等。③熔断器：只能断开故障情况下的过负荷电流或短路电流。如高压熔断器、低压熔断器。④隔离开关：不能断开或闭合电流，只能在检修时隔离电压。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。电弧产生后，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。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m/V1036E复合去游离扩散去游离1.电弧的产生、维持与熄灭动触头静触头(-)(+)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2.交流电弧的熄灭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，弧隙中存在两个恢复过程：弧隙介质强度恢复过程弧隙电压恢复过程(1)交流电弧的熄灭条件2.交流电弧的熄灭1)弧隙介质强度恢复过程真空断路器和SF6断路器灭弧性能较好。含义：弧隙中介质强度恢复到绝缘的正常状态的过程。以能耐受的电压ud(t)表示。影响因素：主要是断路器灭弧装置的结构和灭弧介质的性质。ud0t油空气SF6真空(1)交流电弧的熄灭条件2.交流电弧的熄灭油空气SF6真空近阴极效应1)弧隙介质强度恢复过程ud0t油空气SF6真空(1)交流电弧的熄灭条件(+)(-)+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-(-)(+)++--+++---++--+++---2.交流电弧的熄灭2)弧隙电压恢复过程含义：弧隙电压由熄弧电压逐渐恢复到电源电压的过程。以ur(t)表示。影响因素：线路参数、负荷性质等。ur0tusrutrutrusr瞬态恢复电压工频恢复电压对不同的线路参数，弧隙电压恢复过程可能是周期性的变化过程或非周期性的变化过程。(1)交流电弧的熄灭条件2.交流电弧的熄灭综上所述，在电弧自然熄灭后，弧隙中同时存在着两个恢复过程，即弧隙电压恢复过程ur(t)和介质强度恢复过程ud(t)。ur0tusrutr可见，断路器开断交流电路时，电弧熄灭的条件应为)(r)(dttuu如果弧隙电压高于介质强度耐受电压，则弧隙就被击穿，电弧重燃。如果弧隙电压低于介质强度耐受电压，则电弧不再重燃，即最终熄灭。(1)交流电弧的熄灭条件2.交流电弧的熄灭2.交流电弧的熄灭1)利用灭弧介质不同灭弧介质具有不同的传热能力、介电能力、热游离温度和热容量。这些参数数值越大，去游离作用就越强，电弧就越容易熄灭。2)采用特殊金属材料作灭弧触头采用熔点高、导热系数和热容量大的耐高温金属作触头材料。如采用铜、钨合金和银、钨合金等。3)利用气体或油吹动电弧吹弧利于冷却而使复合加强、带电离子的扩散。4)采用多断口熄弧电弧被拉长，触头分离速度加快，断口电压降低。5)提高断路器触头的分离速度，迅速拉长电弧(2)高压断路器熄灭交流电弧的基本方法1．种类按灭弧介质和灭弧方式分油断路器：包括多油断路器和少油断路器(压缩)空气断路器SF6断路器真空断路器按安装地点分户内式户外式(一)高压断路器型号和技术参数三、高压断路器的选择220kV少油断路器500kVSF6断路器220kVSF6断路器由字母和数字两部分组成的：2．型号123456额定电流，A派生代号：C—手车式；G—改进式等。额定电压，kV设计序号使用环境：N—户内式；W—户外式。产品名称：D—多油断路器；S—少油断路器；K—空气断路器；L—SF6断路器；Z—真空断路器；Q—产气断路器；C—磁吹断路器等。例如：SN10-10/3000-750型额定开断能力，kA或MVA特殊环境代号78(一)高压断路器型号和技术参数三、高压断路器的选择①额定电压UN(kV)。断路器正常工作时，系统的额定(线)电压。这是断路器的标称电压，断路器应能保证在这一电压的电力系统中使用。②额定电流IN(A)。断路器可以长期通过的最大电流。当额定电流长期通过高压断路器时，其发热温度不应超过国家标准中规定的数值。③额定开断电流INbr(kA)。在规定条件下能保证正常开断的电流。3．技术参数(一)高压断路器型号和技术参数三、高压断路器的选择④额定峰值耐受电流ies(kA)。在规定条件下，断路器在合闸位置时所能经受电流的峰值。它反映设备经受短路电流引起的电动效应能力。3．技术参数⑤额定短时耐受电流It(kA)。在规定条件和时间下断路器在合闸位置时所能经受电流的峰值。它反映设备经受短路电流引起的热效应能力。⑥额定短时关合电流iNcl(kA)。在规定条件下断路器保证正常关合的最大预期峰值电流。(一)高压断路器型号和技术参数三、高压断路器的选择⑦开断时间(ms)。从断路器分闸线圈通电起至三相电弧完全熄灭为止的时间。开断时间由分闸时间和电弧燃烧时间或燃弧时间组成。3．技术参数⑧合闸时间(ms)。从断路器开始接到合闸命令时起到三相均合闸为止的时间。⑨分(合)闸不同期时间(ms)。指断路器各相间或同相各断口间分(合)时间的最大差异。(一)高压断路器型号和技术参数三、高压断路器的选择⑩金属短接时间(ms)。指断路器在合分操作时从动、静触头刚接触到刚分离时的一段时间。3．技术参数11无电流间隔时间(ms)。由断路器各相中的电弧完全熄灭起到任意相再次通过电流止的时间。(一)高压断路器型号和技术参数三、高压断路器的选择1.断路器种类和型式的选择依据各类断路器的特点及使用环境、条件决定。2.额定电压和电流的选择UN≥UNs，IN≥Imax3.开断电流的选择INbr≥Ipt(简化计算中，INbr≥I’’)4.短路关合电流的选择iNcl≥ish(二)高压断路器的选择三、高压断路器的选择5.短路热稳定和动稳定校验热稳定校验：It2t≥Qk动稳定校验：ies≥ish(二)高压断路器的选择三、高压断路器的选择①隔离电压在检修电气设备时，用隔离开关将被检修的设备与电源电压隔离，以确保检修的安全。②倒闸操作投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时，常用隔离开关配合断路器，协同操作来完成。③分、合小电流分、合避雷器、电压互感器和空载母线；分、合励磁电流不超过2A的空载变压器；关合电容电流不超过5A的空载线路。1．隔离开关的作用四、隔离开关的选择按装置地点分①户内式②户外式按每相绝缘支柱的数目分①单柱式②双柱式③三柱式2．隔离开关的类型四、隔离开关的选择GW4系列GW5系列GW6-500DGW7-220GW12系列①型式的选择②额定电压的选择③额定电流的选择④短路热稳定校验⑤短路动稳定校验3．隔离开关的选择和校验项目四、隔离开关的选择