第六章高压断路器和隔离开关
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发电厂电气部分 复习 第六章
2009-2010《发电厂电气部分》要点 第六章第六章导体和电气设备的原理与选择（重点！） 1. 了解电气设备选择的一般条件1、正常工作条件：额定电流、额定电压额定电压：额定电压>电网额定电压（Ns N U U ≥）额定电流：额定电流>回路最大持续工作电流（max I I N ≥）2、短路条件：热稳定、动稳定 热稳定校验：设备在最严重的短路电流热效应下，发热最高温度不超过最高允许的温度（k t Q t I ≥2，t I 、t 为电气设备允许的热稳定电流和时间，kQ 短路产生的热效应）短路计算时间：继电器工作时间pr t +断路器全断开时间br t （P172） 断路器全断开时间br t ：固有分闸时间in t +电弧持续时间a t动稳定校验：设备最高允许动稳定电流大于短路电流（sh es I I ≥）2. 了解电弧的形成与熄灭过程；掌握高压断路器和隔离开关的功能；掌握高压断路器 和隔离开关的选择方法和步骤。
看懂例题6－1。
P183 1、电弧：电弧的形成（绝缘介质中中性质点转换为带点质点）：阴极表面发射电子（热电子发射、强电场电子发射）——碰撞游离——热游离电弧的熄灭：复合+扩散>游离 交流电弧的熄灭条件：电弧电流过零时，弧隙介质强度恢复速度>弧隙电压上升速度2、高压断路器的功能：1、 正常运行：设备过线路投入和切出（断开负荷电流）2、 设备或线路故障时：切出故障回路（断开短路电流）高压隔离开关：不产生电弧的切换动作（不能用于切换负荷电流和短路电流）3、高压断路器的选择（1）额定电压、额定电流额定电压：额定电压>电网额定电压（Ns N U U ≥）额定电流：额定电流>回路最大持续工作电流（max I I N ≥）（2）开断电流选择 P181 pt Nbr I I ≥（Nbr I 为额定开断电流，pt I 开断瞬间短路电流周期分量）开断时间较长时s t 1.0≥:''I I Nbr ≥（起始次暂态电流）开断时间较短s t 1.0≤：’k Nbr I I ≥（3）关合电流（断路器在闭合短路电流时安全）：关合电流大于短路电流最大冲击值sh Ncl i i ≥（4）热稳定校验和动稳定校验 k t Q t I ≥2sh es I I ≥4、隔离开关的选择（隔离电源、倒闸操作、分合小电流）：不能开断和关合电流，所以不必进行开断电流和关合电流校验（1）额定电压、额定电流额定电压：额定电压>电网额定电压（Ns N U U ≥）额定电流：额定电流>回路最大持续工作电流（max I I N ≥）（2）热稳定校验和动稳定校验 k t Q t I ≥2sh es I I ≥3. 了解互感器作用；了解误差及影响误差的因素；掌握互感器的选择方法和步骤；掌 握电流互感器准确级和额定容量的选择；注意计算长度的概念；掌握连接导线截面 的选择方法；掌握电压互感器的容量和准确级的选择，注意互感器和负荷接线方式 不一致时的折算。
7 第6章-2 电器设备选择的原则
（3）当地环境条件 • 海拔修正UN 一般设备用于<1000m 110kV及以下<2000m 一般设备用于<1000m 110kV及以下 及以下<2000m 1000~3500m -1%/100m 否则采用高原型设备或外绝缘高一级 • 温度修正IN 电气设备额定环境温度40 电气设备额定环境温度40 40~60度 1.8%/度 低于40 40度 +0.5%/度 最大小于1.2I 40~60度，-1.8%/度；低于40度，+0.5%/度，最大小于1.2IN
带电抗器的6 10KV 带电抗器的6～10KV 出线回路： 出线回路：由于 干式电抗器可靠 性高， 性高，且断路器 QF4与电抗器间的 QF4与电抗器间的 连线很短， 连线很短，故障 几率小， 几率小，一般不 K7，而应选K8 K8。 选K7，而应选K8。 母线至母线隔离开 关前的引线和套管： 关前的引线和套管： 应选择母线段K7 K7点 应选择母线段K7点。
1、按正常工作条件选择电器设备
（1）额定电压
UN ≥ UN S UN---电器设备额定电压； UNS ---电网额定电压 电器设备额定电压； ---电网额定电压
（2）额定电流
IN ≥ Imax IN --电器设备在额定环境温度下的长期允许电流 Imax -电器所在回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流
作业
计算流过图中标注设备的： 计算流过图中标注设备的： 最大持续工作电流； （1）最大持续工作电流； 最大短路电流（ （2）最大短路电流（说 明短路类型、 明短路类型、标出短 路地点、 路地点、画出计算短 路电流时的等值电路） 路电流时的等值电路）
QF3
QF5
QF2
QF6 G1G2参数：50MW、10kV、 G1G2参数：50MW、10kV、0.8 参数 MW G3G4参数 200MW 10kV、 参数： MW、 G3G4参数：200MW、10kV、0.85 QF1 T1T2参数 90MVA 参数： MVA、 T1T2参数：90MVA、121/35/10kV T3T4参数 250MVA 参数： MVA、 T3T4参数：250MVA、121/10kV 10kV最大一回馈线上的负荷为 最大一回馈线上的负荷为5 10kV最大一回馈线上的负荷为5MW
带电抗器的6 10KV 带电抗器的6～10KV 出线回路： 出线回路：由于 干式电抗器可靠 性高， 性高，且断路器 QF4与电抗器间的 QF4与电抗器间的 连线很短， 连线很短，故障 几率小， 几率小，一般不 K7，而应选K8 K8。 选K7，而应选K8。 母线至母线隔离开 关前的引线和套管： 关前的引线和套管： 应选择母线段K7 K7点 应选择母线段K7点。
1、按正常工作条件选择电器设备
（1）额定电压
UN ≥ UN S UN---电器设备额定电压； UNS ---电网额定电压 电器设备额定电压； ---电网额定电压
（2）额定电流
IN ≥ Imax IN --电器设备在额定环境温度下的长期允许电流 Imax -电器所在回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流
作业
计算流过图中标注设备的： 计算流过图中标注设备的： 最大持续工作电流； （1）最大持续工作电流； 最大短路电流（ （2）最大短路电流（说 明短路类型、 明短路类型、标出短 路地点、 路地点、画出计算短 路电流时的等值电路） 路电流时的等值电路）
QF3
QF5
QF2
QF6 G1G2参数：50MW、10kV、 G1G2参数：50MW、10kV、0.8 参数 MW G3G4参数 200MW 10kV、 参数： MW、 G3G4参数：200MW、10kV、0.85 QF1 T1T2参数 90MVA 参数： MVA、 T1T2参数：90MVA、121/35/10kV T3T4参数 250MVA 参数： MVA、 T3T4参数：250MVA、121/10kV 10kV最大一回馈线上的负荷为 最大一回馈线上的负荷为5 10kV最大一回馈线上的负荷为5MW
第六章 导体和电气设备选择
流电弧的伏安特性为动态特性。 ）交流电弧的伏安特性为动态特性。 1）动态特性 ） 由于交流电为周期函数，电弧的温度、 由于交流电为周期函数，电弧的温度、 电阻和电压都随位时间变化，故交流电弧的伏 电阻和电压都随位时间变化， 安特性为动态特性。 A燃弧电压 安特性为动态特性。 燃弧电压 2）电弧的热惯性 ） B熄弧电压 熄弧电压 因弧柱的升温和散 u 热要有一个过程，电弧 热要有一个过程， i 的温度总是滞后于周期 电流的变化， 电流的变化，这种现象 称为电弧的热惯性。 称为电弧的热惯性。
（3）弧隙介质强度的恢复过程 ） 电弧电流过零时， 电弧电流过零时，弧隙介质的绝缘能力 由起始介质强度逐渐增强的过程， 由起始介质强度逐渐增强的过程，称为弧隙 介质强度的恢复过程。 介质强度的恢复过程。 1）近阴极效应使弧隙出现起始介质强度 ） 电弧电流过零前后弧隙中的电荷分布 － ＋ － ＋
T=0-过零前 过零前
IN≥Imax
3）自然环境条件 • 选择导体和电器时，应按当地环境条件校 选择导体和电器时， 核它们的基本使用条件。 核它们的基本使用条件。 • 当气温、风速、湿度、污秽等级、海拔高 当气温、风速、湿度、污秽等级、 地震烈度、 度、地震烈度、覆冰厚度等环境条件超出 一般电器的规定使用条件时， 一般电器的规定使用条件时，应向制造部 门提出补充要求或采取相应的防护措施。 门提出补充要求或采取相应的防护措施。
(3)带电抗器的出线回 带电抗器的出线回 路在母线和母线隔离 开关隔板前的母线引 线及套管， 线及套管，应按电抗 器前如d7点短路选择 点短路选择。 器前如 点短路选择。 而对隔板后的导体和 电器一般可按电抗器 为短路计算点， 后d8为短路计算点， 为短路计算点 以便出线选用轻型断 路器，节约投资。 路器，节约投资。
（3）弧隙介质强度的恢复过程 ） 电弧电流过零时， 电弧电流过零时，弧隙介质的绝缘能力 由起始介质强度逐渐增强的过程， 由起始介质强度逐渐增强的过程，称为弧隙 介质强度的恢复过程。 介质强度的恢复过程。 1）近阴极效应使弧隙出现起始介质强度 ） 电弧电流过零前后弧隙中的电荷分布 － ＋ － ＋
T=0-过零前 过零前
IN≥Imax
3）自然环境条件 • 选择导体和电器时，应按当地环境条件校 选择导体和电器时， 核它们的基本使用条件。 核它们的基本使用条件。 • 当气温、风速、湿度、污秽等级、海拔高 当气温、风速、湿度、污秽等级、 地震烈度、 度、地震烈度、覆冰厚度等环境条件超出 一般电器的规定使用条件时， 一般电器的规定使用条件时，应向制造部 门提出补充要求或采取相应的防护措施。 门提出补充要求或采取相应的防护措施。
(3)带电抗器的出线回 带电抗器的出线回 路在母线和母线隔离 开关隔板前的母线引 线及套管， 线及套管，应按电抗 器前如d7点短路选择 点短路选择。 器前如 点短路选择。 而对隔板后的导体和 电器一般可按电抗器 为短路计算点， 后d8为短路计算点， 为短路计算点 以便出线选用轻型断 路器，节约投资。 路器，节约投资。
变电站断路器、隔离开关设备讲解
断路器、六氟化硫断路器、真空断路器等
断路器参数说明
• 额定电压：断路器所在系统的最高电压。
•
规定：12，40.5，126，252kV。
• 额定电流：规定的使用和性能条件下持续通过的电流的有 效值。
• 额定短时耐受电流（热稳定）：在规定的短时间范围内， 断路器在合闸状态下能够承载的电流有效值，等于其额定 短路开断电流。
• 1．隔离开关的作用
——隔离电源：电气设备检修时，用隔离开关将需 要检修的电气设备与带电的电源隔离，形成明显 可见的断开点，以保证检修人员和设备的安全。
——倒换线路或母线：用隔离开关将电气设备或线 路从一组母线切换到另一组母线上。
——关合与开断小电流电路：关合和开断电压互感 器、避雷器电路；等等
正常工作情况下，开合正常工作电流 仅用来断开故障情况下的过负荷电流或短路电流 既用来开合正常工作电流，又开合过负荷电流或短路电流 只用来在检修时隔离电压
断路器
是电力系统中任务最繁重、地位最重要、结构最 复杂的开关电器。
对断路器的基本要求： ✓ 足够的开断能力 ✓ 尽可能短的动作时间 ✓ 高度的工作可靠性 高压断路器的类型 ✓ 按安装地点分 —--户内式、户外式 ✓ 按照使用的灭弧介质分 —- 油断路器、压缩空气
配，满足分闸速度和时间要求。 • 合闸保持：使其保持合闸状态的保持机构。 • 辅助要求：自由脱扣、放跳跃、防失压慢分、计数、状态
指示。
弹簧式机构简介
• 以弹簧为主要储能元件，通过电机带动减速装置经过储能 系统实现。合闸命令发出时，经合闸线圈的电磁力脱扣储 能保持系统，已储能的弹簧释放能量并推动传动系统的运 动完成断路器的合闸操作。
基本构造
• 导电主回路：由动静触头构成，通过两者通断实现电路的 连接与断开。
断路器和隔离开关的原理与选择
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。
1) 弧隙介质强度恢复过程
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。
ud
真空 SF6
油 空气
真空断路器和 SF6 断路器灭弧性 0 能较好。
整理课件
真空 空气
t SF6 油
8
2. 交流电弧的熄灭
(1) 交流电弧的熄灭条件
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。
整理课件
19
三、高压断路器的选择
(一) 高压断路器型号和技术参数
3．技术参数
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。
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；
例如：SN10-10/3000-750型
K—空气断路器；L— SF6 断路器；
Z—真空断路器；Q—产气断路器；
整理C课—件磁吹断路器等。
发电厂电气部分第六章(3)
Kθ θ al θ θ al θ 0
式中：Imax － 导体所在回路的最大持续工作电流 Ial
裸导体的选择
2.选择导体的截面大小 (2)按经济电流密度选择截面
作者：李长松 版权所有
当负荷电流通过载流导体时，将产生电能损耗。电能 损耗的大小与负荷电流的大小、母线截面(或母线电 阻)有关。
同一熔断器内，通常可分别接入额定电流 大于熔断器额定电流的任何熔体
6
7
用来保护电路中的电气设备免受过载和电路电流的危害。
不能用来正常地切断和接通电路，必须与其它电器（隔离开关、 接触器、负荷开关等）配合 广泛用在1000V及以下的装置中，在3~110kV高压配电装置作为 小功率电力线路、配电变压器、电力电容器、电压互感器等设备 的保护。
三、高压熔断器的分类
2. 非限流型高压熔断器：自然灭弧
作者：李长松 版权所有
在熔体熔化后，短路电流不减小，一直达到最大值。 在第一次过零或经过几个半周期之后电弧才熄灭。
四、高压熔断器的选择和校验
1. 选择额定电压 非限流型： UN ≥ UNS
作者：李长松 版权所有
限流型：
原因：
UN ≡ UNS
I
IN1 Id
2－截面较大 1－截面较小
三、高压熔断器的分类
分类方式 性能 保护范围 熄弧方式 安装场所 保护对象 型式 结 构 极数 底座绝缘子 限流式、非限流式 一般、后备、全范围 角壮式(大气中熄弧)、石英砂填料、喷射式、真空等 分类名称
户外、户内
变压器、电动机、电压互感器、单台并联电容器、电容 器组、电容器组、供电回路等 插入式、母线式、跌落式、非跌落式、混合式等 单极、三级 单柱、双柱
t 1 电源 2(粗) 1(细) d 2
式中：Imax － 导体所在回路的最大持续工作电流 Ial
裸导体的选择
2.选择导体的截面大小 (2)按经济电流密度选择截面
作者：李长松 版权所有
当负荷电流通过载流导体时，将产生电能损耗。电能 损耗的大小与负荷电流的大小、母线截面(或母线电 阻)有关。
同一熔断器内，通常可分别接入额定电流 大于熔断器额定电流的任何熔体
6
7
用来保护电路中的电气设备免受过载和电路电流的危害。
不能用来正常地切断和接通电路，必须与其它电器（隔离开关、 接触器、负荷开关等）配合 广泛用在1000V及以下的装置中，在3~110kV高压配电装置作为 小功率电力线路、配电变压器、电力电容器、电压互感器等设备 的保护。
三、高压熔断器的分类
2. 非限流型高压熔断器：自然灭弧
作者：李长松 版权所有
在熔体熔化后，短路电流不减小，一直达到最大值。 在第一次过零或经过几个半周期之后电弧才熄灭。
四、高压熔断器的选择和校验
1. 选择额定电压 非限流型： UN ≥ UNS
作者：李长松 版权所有
限流型：
原因：
UN ≡ UNS
I
IN1 Id
2－截面较大 1－截面较小
三、高压熔断器的分类
分类方式 性能 保护范围 熄弧方式 安装场所 保护对象 型式 结 构 极数 底座绝缘子 限流式、非限流式 一般、后备、全范围 角壮式(大气中熄弧)、石英砂填料、喷射式、真空等 分类名称
户外、户内
变压器、电动机、电压互感器、单台并联电容器、电容 器组、电容器组、供电回路等 插入式、母线式、跌落式、非跌落式、混合式等 单极、三级 单柱、双柱
t 1 电源 2(粗) 1(细) d 2
第六章 导体和电气设备的原理与选择
tpr——继电保护动作时间。备在保验护算动电作器时的间短。路热效应时，宜采用后
tbr——相应断路器的全开断时间
tbr =tin+ta
tin ——断路器固有分闸时间，可在手册上查出。 ta ——断路器开断时电弧持续时间。
第二节 高压断路器和隔离开关的原理与选择
回顾 : 高压断路器的主要功能 ①正常状况下，控制各电力线路的开断与闭合。 ②事故时在继电保护装置控制下能自动切除短路电流。
（3）计算短路点
②母联断路器 考虑当采用该母联断路器向备用路线充电时，备
用母线故障流过该备用母线的全部短路电流。 ③带电抗器的出线回路
由于干式电抗器工作可靠性较高，且断路器与电 抗器间的连线很短，故障几率小，一般可选电抗 器后为计算短路点，这样出线可选用轻型断路器， 以节约投资。
系统
k6
k5
It
(2)采用有限流电阻的熔断器保护的设备，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气设 备可不校验动、热稳定。
3、短路电流计算条件：
做校验用的短路电流应按下列情况确定： （1）容量和接线
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 (一般为本工程建成后5～10年)；其接线应采用可能发生最大短 路电流的正常接线方式，但不考虑在切换过程中可能短时并列 的接线方式(如切换厂用变压器时的并列)。
（二）交流电弧特性
1、交流电弧的波形 交流电弧具有过零值自然熄灭 及动态的伏安特性两大特点。
i Ua
图中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。
显然，由于介质的热惯性，燃弧电压必然大于熄弧电压。
2、交流电弧的熄灭
在电流过零时，采取有效 措施加强弧隙的冷却，使 弧隙介质的绝缘能力达到 不会被弧隙外施电压击穿 的程度，则在下半周电弧 就不会重燃而最终熄灭。
高压负荷开关、断路器、隔离开关作用与区别
高压负荷开关、断路器、隔离开关作用与区别负荷开关、隔离开关、断路器都在一次回路中承载回路额定电流。
简而言之呢，断路器是用来保护电路的，负荷开关可以断开和接通系统正常的负载电流，隔离开关的作用也不容忽视，隔离开关在电路中起到明显断开点的作用，以保证维修人员的安全。
高压隔离开关高压隔离开关用途：隔离开关主要用来将高压配电装置中需要停电的部分与带电部分可靠地隔离，以保证检修工作的安全。
隔离开关的触头全部敞露在空气中，具有明显的断开点，隔离开关没有灭弧装置，因此不能用来切断负荷电流或短路电流，否则在高压作用下，断开点将产生强烈电弧，并很难自行熄灭。
甚至可能造成飞弧（相对地或相间短路），烧损设备，危及人身安全，这就是所谓“带负荷拉隔离开关”的严重事故。
隔离开关还可以用来进行某些电路的切换操作，以改变系统的运行方式。
例如：在双母线电路中，可以用隔离开关将运行中的电路从一条母线切换到另一条母线上。
同时，也可以用来操作一些小电流的电路。
（1）分闸后，建立可靠的绝缘间隙，将需要检修的设备或线路与电源用一个明显断开点隔开，以保证检修人员和设备的安全。
（2）根据运行需要，换接线路。
开关由底座、棒式支柱绝缘子、导电闸刀、左右触头和传动部分等组成，也称为V型隔离开关。
根据需要该隔离开关可配装接地闸刀，广泛用于35～110kV电压等级中。
高压负荷开关高压负荷开关的作用：（1）用途高压负荷开关是一种功能介于高压断路器和高压隔离开关之间的电器，高压负荷开关常与高压熔断器串联配合使用；用于控制电力变压器。
高压负荷开关具有简单的灭弧装置，因为能通断一定的负荷电流和过负荷电流。
但是它不能断开短路电流，所以它一般与高压熔断器串联使用，借助熔断器来进行短路保护。
（2）特点可以隔离电源，有版明显的断开点，多用于固定式高压设备。
没有灭弧装置，在合闸状态下可以通过正常工作电流和短路电路。
严禁带负荷接通和断开电路，常与高压断路器串连使用。
（3）作用作为开断负荷电流及关合短路电流之用,用于分合负荷电流，闭环电流，空载变压器和电缆充电电流，关合短路电流。
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U
U1
U2
CQ
CQ
C0
三、高压断路器的选择
(一) 高压断路器型号和技术参数
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：结构复杂，价高，声大，户外 SF6断路器：可靠，有毒，户外
真空断路器：低压，过电压
户内式 户外式
按安装地点分
三、高压断路器的选择
usr
可见，断路器开断交流电路 时，熄灭电弧的条件应为
0
t
ud(t ) ur (t )
2. 交流电弧的熄灭
(2) 高压断路器熄灭交流电弧的基本方法 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。这些参数的数值越大，则去游 离作用越强，电弧就越容易熄灭。 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。采用铜、钨合金和银、钨合金等。 吹弧利于冷却而使复合加强、带电离子的扩散。 电弧被拉长，触头分离速度加快，断口电压降低。
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。
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 (+) 静触头
d
碰撞游离
(-)
U U d E 3 106 V / m E
电弧有热惯性
交流电弧每半周自动熄灭一次
2. 交流电弧的熄灭
(1) 交流电弧的熄灭条件
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 恢复过程：
弧隙介质强度恢复过程 弧隙电压恢复过程
2. 交流电弧的熄灭
(1) 交流电弧的熄灭条件 1) 弧隙介质强度恢复过程 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。 可见，真空断路器和 SF6 断 路器灭弧性能较好。
三、高压断路器的选择
(一) 高压断路器型号和技术参数
3．技术参数
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。 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。 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。
§6.2 高压断路器和隔离开关 的原理与选择
引言
1. 开关电器的类型
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。
2) 采用特殊金属材料作灭弧触头
3) 利用气体或油吹动电弧
4) 采用多断口熄弧 5) 拉长电弧并增大断路器触头的分离速度
二、开断短路电流时的工作状况分析
☆ 断路器加装并联电阻 作用：
① 并联电阻起分流作用； ② 改变恢复电压的恢复特性：
Q1
Q2
r
当并联电阻r<rcr时，电压恢复过程为非周期性； 当并联电阻r>rcr时，电压恢复过程为周期性。
三、高压断路器的选择
(二) 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
四、隔离开关的选择
1．隔离开关的作用
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。 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。 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。
ur
utr usr
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。 0 对不同的线路参数，弧隙 电压恢复过程可能是周期 utr 性的变化过程或非周期性 usr 的变化过程。
t 瞬态恢复电压 工频恢复电压
2. 交流电弧的熄灭
U1 U CQ C0
U
C C
并联电容C后：
1 U 2(CQ C ) C0 2(CQ C ) 2 (CQ C ) (CQ C ) 1 U2 U U U 2(CQ C ) C0 2(CQ C ) 2
U1 U U (CQ C ) C0 (CQ C )
动触头
② 电弧的维持
热游离 去游离 复合去游离 扩散去游离
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。
2. 交流电弧的熄灭
(0) 交流电弧的特性 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。 电弧的温度跟不上电流的变化，存在一个滞后过程。 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。
⑧ ⑨
三、高压断路器的选择
(二) 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。 UN≥UNs，IN≥Imax INbr≥Ipt (简化计算中， INbr≥I’’)
2. 额定电压和电流的选择
3. 开断电流的选择
4. 额定关合电流的选择
iNcl≥ish
问题：电弧熄灭后还有短路电流流通。 措施：加辅助触头。
Q1 Q2
Q1 Q2
主触头 辅助触头
r
二、开断短路电流时的工作状况分析
☆ 断路器加装并联电容 问题：对多断口断路器，每一个断口在开断位 置的电压分配和开断过程中的恢复电压分配将 出现不均匀现象，影响到断路器的灭弧能力。
2 U 2CQ C0 3 CQ 1 U2 U U 2CQ C0 3
(1) 交流电弧的熄灭条件 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) 。 ur 如果弧隙电压高于介质强 utr
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。
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。
(一) 高压断路器型号和技术参数
2．型号
由字母和数字两部分组成的：
额定开断能力，kA或MVA
1
2
3
4
5
6
7
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
8
特殊环境代号
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； 例如：SN10-10III/3000 C—磁吹断路器等。
② 倒闸操作
③ 分、合小电流
四、隔离开关的选择
2．隔离开关的类型
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
四、隔离开关的选择
3．隔离开关的选择和校验项目
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
ud
0 油 空气
t
SF6 真空
2. 交流电弧的熄灭
(1) 交流电弧的熄灭条件 1) 弧隙介质强度恢复过程 近阴极效应 (+)
+ + + + + + + + + + -
ud
(-)
(-)
+ + + +
+ + + +
-
-
+ + -
0
t
油 空气 SF6 真空
(+)
2. 交流电弧的熄灭
(1) 交流电弧的熄灭条件
三、高压断路器的选择
(一) 高压断路器型号和技术参数
3．技术参数
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。
U1
U2
CQ
CQ
C0
三、高压断路器的选择
(一) 高压断路器型号和技术参数
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：结构复杂，价高，声大，户外 SF6断路器：可靠，有毒，户外
真空断路器：低压，过电压
户内式 户外式
按安装地点分
三、高压断路器的选择
usr
可见，断路器开断交流电路 时，熄灭电弧的条件应为
0
t
ud(t ) ur (t )
2. 交流电弧的熄灭
(2) 高压断路器熄灭交流电弧的基本方法 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。这些参数的数值越大，则去游 离作用越强，电弧就越容易熄灭。 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。采用铜、钨合金和银、钨合金等。 吹弧利于冷却而使复合加强、带电离子的扩散。 电弧被拉长，触头分离速度加快，断口电压降低。
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。
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 (+) 静触头
d
碰撞游离
(-)
U U d E 3 106 V / m E
电弧有热惯性
交流电弧每半周自动熄灭一次
2. 交流电弧的熄灭
(1) 交流电弧的熄灭条件
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 恢复过程：
弧隙介质强度恢复过程 弧隙电压恢复过程
2. 交流电弧的熄灭
(1) 交流电弧的熄灭条件 1) 弧隙介质强度恢复过程 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。 可见，真空断路器和 SF6 断 路器灭弧性能较好。
三、高压断路器的选择
(一) 高压断路器型号和技术参数
3．技术参数
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。 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。 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。
§6.2 高压断路器和隔离开关 的原理与选择
引言
1. 开关电器的类型
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。
2) 采用特殊金属材料作灭弧触头
3) 利用气体或油吹动电弧
4) 采用多断口熄弧 5) 拉长电弧并增大断路器触头的分离速度
二、开断短路电流时的工作状况分析
☆ 断路器加装并联电阻 作用：
① 并联电阻起分流作用； ② 改变恢复电压的恢复特性：
Q1
Q2
r
当并联电阻r<rcr时，电压恢复过程为非周期性； 当并联电阻r>rcr时，电压恢复过程为周期性。
三、高压断路器的选择
(二) 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
四、隔离开关的选择
1．隔离开关的作用
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。 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。 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。
ur
utr usr
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。 0 对不同的线路参数，弧隙 电压恢复过程可能是周期 utr 性的变化过程或非周期性 usr 的变化过程。
t 瞬态恢复电压 工频恢复电压
2. 交流电弧的熄灭
U1 U CQ C0
U
C C
并联电容C后：
1 U 2(CQ C ) C0 2(CQ C ) 2 (CQ C ) (CQ C ) 1 U2 U U U 2(CQ C ) C0 2(CQ C ) 2
U1 U U (CQ C ) C0 (CQ C )
动触头
② 电弧的维持
热游离 去游离 复合去游离 扩散去游离
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。
2. 交流电弧的熄灭
(0) 交流电弧的特性 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。 电弧的温度跟不上电流的变化，存在一个滞后过程。 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。
⑧ ⑨
三、高压断路器的选择
(二) 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。 UN≥UNs，IN≥Imax INbr≥Ipt (简化计算中， INbr≥I’’)
2. 额定电压和电流的选择
3. 开断电流的选择
4. 额定关合电流的选择
iNcl≥ish
问题：电弧熄灭后还有短路电流流通。 措施：加辅助触头。
Q1 Q2
Q1 Q2
主触头 辅助触头
r
二、开断短路电流时的工作状况分析
☆ 断路器加装并联电容 问题：对多断口断路器，每一个断口在开断位 置的电压分配和开断过程中的恢复电压分配将 出现不均匀现象，影响到断路器的灭弧能力。
2 U 2CQ C0 3 CQ 1 U2 U U 2CQ C0 3
(1) 交流电弧的熄灭条件 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) 。 ur 如果弧隙电压高于介质强 utr
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。
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。
(一) 高压断路器型号和技术参数
2．型号
由字母和数字两部分组成的：
额定开断能力，kA或MVA
1
2
3
4
5
6
7
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
8
特殊环境代号
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； 例如：SN10-10III/3000 C—磁吹断路器等。
② 倒闸操作
③ 分、合小电流
四、隔离开关的选择
2．隔离开关的类型
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
四、隔离开关的选择
3．隔离开关的选择和校验项目
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
ud
0 油 空气
t
SF6 真空
2. 交流电弧的熄灭
(1) 交流电弧的熄灭条件 1) 弧隙介质强度恢复过程 近阴极效应 (+)
+ + + + + + + + + + -
ud
(-)
(-)
+ + + +
+ + + +
-
-
+ + -
0
t
油 空气 SF6 真空
(+)
2. 交流电弧的熄灭
(1) 交流电弧的熄灭条件
三、高压断路器的选择
(一) 高压断路器型号和技术参数
3．技术参数
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。