电气一次设备原理

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1、发电厂变电站的主要电气设备有：高压开关电器、互感器限流限压设备、导体等3-1 3-1 电弧的基本理论电弧的基本理论教学内容教学内容 掌握电弧的形成及熄灭条件 熟悉电弧形成的物理过程、特性 掌握交流电弧的特性及熄灭条件 掌握开关电器常用的熄弧方法3.1.1 电弧的形成和熄灭 一、概述1、电弧一种游离的气体放电现象 开关电器开断电路时，触头间产生耀眼的白光。 物质第四种存在形式： 固态、液态、气态、等离子态 电弧的存在代表了电流流通到截止的中间过程，只有当电弧熄灭，触头间隙成为绝缘介质时，电路才算断开。2 2、电弧的特征特征电弧的能量集中，温度极高，亮度很强例：10kV断路器（QF）断开20kA的

2、电流，电弧功率达到 1万kW以上电弧由阴级区，阳极区和弧柱区组成。 弧柱区温度最高，可达67k度到1万度以上在弧柱周围温度较低，亮度明显减弱的部分叫弧焰，电流几乎都从弧柱内部流过。弧 柱阳 极 区阴 极 区 电弧的气体放电是自持放电，维持电弧燃烧的电压很低。在大气中，1cm长的直流电弧的弧柱电压仅1530V，在变压器油中1cm长的直流电弧的弧柱电压仅100220V。 电弧是一束游离的气体，质量极轻，极易变形。电弧在气体或液体的流动作用下或电动力作用下，能迅速移动、伸长或弯曲。二、电弧的形成和维持 1、带电质点的来源 电极发射自由电子： 热电子发射触头分离 接触电阻加大 表面发热 发射电子 强电

3、场发射触头分离 电场强度加大 电场力拉出 发射电子 弧柱区的气体游离，碰撞游离+热游离 产生大量的电子和离子 2、电弧的形成和维持强电场发射热电子发射电弧热游离温度磁撞游离加速 三、电弧的熄灭 关键是加强去游离作用 去游离由于复合和扩散使带电质子减少的过程 介质的游离作用电弧产生 介质的去游离作用电弧熄灭 当 游离去游离电弧电流 当 游离=去游离电弧电流不变（稳定燃烧） 当 游离 BUaw电弧在自然过零时将自动熄灭，但下半周期随着电压的升高，电弧会重燃。w若电流过零时，电弧不再重燃，电弧就此熄灭。二、交流电弧的熄灭1、弧隙中介质强度的恢复过程U d Ud弧隙介质能够承受而不致使弧隙击穿的最小电

4、压弧隙介质能够承受而不致使弧隙击穿的最小电压过程：电流过零前，过程：电流过零前，很高，很高，Rn很小，弧隙为良导电通道很小，弧隙为良导电通道 电流过零前后，电流过零前后， ，Rn具有一定抗电强度具有一定抗电强度 电流过零后，电流过零后，U d恢复不是从零开始恢复不是从零开始,而是有一个起始电压。这种现象称为交流电路的而是有一个起始电压。这种现象称为交流电路的近阴极效应近阴极效应。 电流极性改变后的0.11.0秒瞬间, 有Ud=150250V的起始介质强度2、弧隙电压的恢复过程UrUr电压由熄弧电压恢复到外电源电压的过程。 过程1、电流过零前，电弧电阻很小，电源电压大部分降落在线路或负载的阻抗上

5、。2、电流过零时，电弧熄灭，最后变为绝缘介质，电源电压全部加在弧隙上。0aUnfuUjta)熄 灭b)重 燃0tuUj3、交流电弧的熄灭条件：drUUUrUrUdUd四、交流电弧的灭弧方法 1、提高触头的分闸进度 迅速拉长电弧，E，冷却与扩散 2、采用多断口灭弧拉长迅速，行程， 灭弧时间提高了灭弧能力 3、吹弧加强冷却和扩散 横吹将电弧吹弯吹长 纵吹将电弧吹细4、利用固体介质的狭缝狭沟灭弧 冷却， 表面吸附电子，加强复合。如：介质纵缝灭弧罩 介质填料灭弧管5、利用短弧原理灭弧 w交流电路：电流自然过零时，每一短弧有150250V电压。6、磁吹、磁吹利用电磁力驱动和拉长电弧至固体介质灭弧罩或金属

6、栅灭弧罩中7、高压气体介质灭弧、高压气体介质灭弧 碰撞游离，复合8、真空灭弧、真空灭弧 碰撞游离，热游离，扩散习题及思考题习题及思考题 31 何为电弧？简述断路器触头开断时断口电弧的形成过程及由此而确定的基本灭弧方法。 32 交流电弧电流有何特点？什么叫介质强度恢复过程？什么叫电压恢复过程？熄灭交流电弧的条件是什么？3.2 3.2 高压开关电器高压开关电器开关电器的分类 高压开关 、低压开关 户内 、户外 既能开断正常工作电流又能开断故障电流断路器 只开断电压隔离开关类 能开断正常工作电流和过电流负荷开关类 只能开断故障电流熔断器 工程图中符号少油式断路器少油式断路器 具有用油量少、体积小、结

7、构简单、节省钢材、防火防爆的特点，但检修周期短，在户外使用时，受大气条件影响大，而且配 套性差。 以SN10-10I型为例：组成： 导电回路上出线座静触头座瓣形触头 动触头导电杆动触头下出线座 灭弧系统纵横吹灭弧室（纵横油气吹+机械油吹）逆止阀：电弧形成后分解油，逆止阀钢球上推堵住回油孔， 形成密闭燃弧，使内腔压力升高油气分离器：a.避免灭弧室完全封死，压力过高 b.避免直接将炽热的带有大量电子和离子的油气混合 物排出箱外，引起自燃和设备绝缘闪络。 传动机构：主轴、分相轴、操动轴 框架：依靠两个支持绝缘子将各相与地绝缘LW15-363GCBPSF6断路器的优缺点断路器的优缺点 断口耐压高 允许

8、开断次数多 开断性能好 占地面积小 加工精度高，密封性能好，对水分子与气体的检测要求严格断路器与隔离开关的配合 具有相当完善的灭弧装置，它可以切断正常的负荷电流，也可以切断一定的故障电流。但没有明显的断点，必须借助辅助设备，才能知道断路器处于合闸状态或断开状态。在电路中，需要与隔离开关配合运行3.2.2 隔离开关（隔离开关（QS）1、QS的作用 隔电保安 倒闸操作：等电位操作 切投小电流电路：保证电弧能可靠自行熄灭2、QS的特点 触头暴露在空气中；有明显、清晰可见的断开点 没有专门的灭弧装置不能切断Ig及Id QS应与QF配合使用满足“隔离开关先通后断”原则 （ 即：合闸时，QS先QF后；分闸

9、时，QF先QS后） QS分闸时，应有明显可见的断口 QS合闸时，应能可靠地通过Igmax及Idmax通过时满足动热稳定工程图中符号3、户内型QS: GN6、GN8型 结构：底座绝缘子、导电系统 磁锁装置的作用：散热 增加接触压力 提高动稳定4、户外型QS GW4-35D 导电回路 双柱式绝缘子 接地刀闸与主刀联锁（一分-合） 底座500kV3.2.3 高低压熔断器高低压熔断器1、作用：短路保护或过载保护 缺点：保护性能不稳定、需要更换熔体2、组成： 熔件（熔体）：铜、银 触头、灭弧装置、绝缘底座3、工作过程： 汽化过程发弧过程灭弧过程 全开断时间=熔化时间+发弧时间+燃弧时间4、分类之一： 限

10、流型速度快、高电阻、出现过电压 非限流型速度慢、不出现过电压5、户内型高压熔断路：RN1、RN3电力变压器或线路保护 RN2、RN6电压互感器保护6、户外型高压熔断器：RW3跌落式FU、RW10-35型限流型FU 用于开合负载电流及过载电流的开关电器，具有 一定的灭弧能力，常与熔断器配合使用。负荷开关特点： 1）具有可见断点 2）有简易灭弧装置，可以切断负荷电流 3）具有保护功能，如过负荷保护，但不能切断短路电流 4）与高压熔断器配合使用，可起到切断短路电流的作用负荷开关的作用： 在10kV回路中，可以作为小容量变压器的进线开关、电力电容器的主开关、电压互感器的主开关。工程图中符号互感器的作用

11、 将一次侧的高电压大电流变换成二次侧的标准的低电压、小电流，使二次侧装置标准化、系列化。 将二次侧与高电压隔离，保证设备和人身安全。 使二次侧可以使用低压小截面控制电缆传送电压、电流信号。3.3.1 电流互感器21IKII工程图中符号原理接线图一次侧N1N21221NNIIKNNI 一次侧匝数很少，二次侧匝数多。一次绕组电流完全取决于负荷电流。 正常工作时，二次侧负荷阻抗很小，接近短路状态。 一次侧与被测回路串联，二次侧绕组与仪表电流线圈串联。102211NININI铁心中合成磁动势电流误差 ： 角误差 ：i为I1与I2 之间的夹角。电流互感器的误差与互感器铁心材料、结构、一次侧电流、二次侧负