第三章 电力系统的一次设备.doc

第三章 电力系统的一次设备 本章发电厂和变电所的电气设备根据它们的功能分为一次设备和二次设备。　　1.强电场发射 加有电压的开关电器触头在开始分离时，触头间的距离超过3×106V/m以上时，在强电场作用下，阴极触头表面的自由电子就会被拉出，在电场的作用下向正极发射，形成强电场发射接触处的温度急剧升高，阴极表面自由电子在获得足够的能后形成热电子发射由于强电场发射和热电子发射，在空间产生大量自由电子，过程使介质带电质点剧增触头间形成电流电弧温(5000K以上)作用下，阴极表面产生热电子发射，并在介质中产生热游离，使电弧得以维持和发展。由上述可知碰撞游离产生电弧而维持电弧的主要因素是热游离。　弧柱中带正电和带负电的质点，在运动过程中互相吸引结合成中性质点的现象称。利能迅速冷却电弧减小离子运动速度加强复合过程此外也可以加强复合过程电角度）要暂时熄灭两次。 当电弧电流按正弦变化时，如图3-3（a）中曲线所示。电弧在稳定燃烧的情况下，如果弧长不变，且介质对电弧的冷却作用不太强，则电弧电压的波形如图3-3（a）中曲线所示。交流电弧的伏安特性如图3-3（b），曲线上的箭头表示电流变化的方向。 图3-3 交流电弧的电压、电流波形图及伏安特性 （a） 波形图 （b）伏安特性 图3-3（a）中电弧电压的波形呈马鞍形变化。其中A点为电弧产生时的电压，称为燃弧电压；C点为电弧熄灭时的电压，称为熄弧电压。 由图3-3（b）所示交流电弧的伏安特性可知，在电弧电流过零期间，弧柱输入功率为零；由于散热作用，弧柱的温度下降，弧柱电阻增大，由于电流较小而未能形成电弧，电极两端的电压随电流以很大的斜率上升，如图3-3（b）中OA部分；当电流达到对应于A点的数值后，弧隙被击穿，形成电弧；此后，电压随电流的增大而减小，如伏安特性曲线中AB部分；当电弧电流达到最大值后又减小时，电弧电压随电流的减小而上升，因为热惯性作用，沿曲线BC上升，BC段低于AB段；当电流达到对应于C点的数值后，由于输入功率减小，不能继续维持电弧燃烧，电弧熄灭；电弧熄灭后，加在弧隙上的电压随电流的减小而迅速减小。显然，由于热惯性的影响，熄弧电压低于燃弧电压。 电弧电流过零时，是熄灭电弧的有利时机，但电弧是否能熄灭，取决于去游离速度是否大于游离速度。 对于交流电弧，在电流过零前，两电极一正一负，弧隙间充满着电子和正离子。在电流过零后，由于弧隙的电极性发生了转换，弧隙中带电介质的运动方向也随之变化，质量轻的自由电子立刻反向运动，而正离子由于质量大几乎未动；于是，在新的阴极附近便形成缺少导电的自由电子而充满几乎不导电的正离子的正电荷空间，呈现出一定的介质强度。这种在阴极附近的薄层空间介质强度突然升高的现象，称为近阴极效应。实验证明，电流过零后，约在0.1～1μs极短的时间内立即出现大约150V～250V的起始介质强度。 近阴极效应对几万伏以上的高压断路器的灭弧不起多大作用，对低于电器的作用就很大。 第三节 熄灭交流电弧的基本方法 开关电器中经常采用的有以下几种灭弧方法： 一、速拉灭弧法 迅速拉长电弧是开关电器中普遍采用的最基本的灭弧方法。电弧的迅速拉长，将使弧隙的电场强度骤降，从而导致带电质点的复合迅速增强，有助于加速电弧的熄灭。 二、吹弧灭弧法 利用外力(如气流、油流或电磁力)来吹动电弧，加速电弧的冷却，同时拉长电弧，使电弧变细，降低电弧中的电场强度，使带电质点的复合和扩散增强，最终加速电弧的熄灭。按外力的性质来分，有气吹、油吹、磁吹等。 三、采用灭弧能力强的灭弧介质 电弧中的去游离强度，在很大程度上取决于周围介质的特性。高压断路器中广泛采用的灭弧介质有真空、SF6、变压器油、压缩空气。 1.真空 如果将开关触头装在真空容器内，由于真空的气体稀薄（其气体压力低于133.3×10-4 Pa），弧隙中的自由电子和中性质点都很少，则触头在分断时产生的电弧（真空电弧）一般较小，并在电流第一次过零时就能使电弧熄灭。真空气体的绝缘强度比变压器油、1个大气压下的SF6、空气都大（比空气大15倍）。 2.SF6气体 SF6气体具有优良的绝缘性能和灭弧性能。SF6气体中氟原子具有很强的吸附电子的能力，为复合创造了有利的条件，因而具有很强的灭弧能力，其灭弧能力比空气强100倍，绝缘强度约为空气的3倍。采用SF6（H2 将粗大的电弧分成若干平行的细小电弧，加大电弧与周围介质的接触面积，改善电弧的散热条件，降低电弧的温度，使电弧中离子的复合和扩散都得到加强，从而使电弧加速熄灭。 五、长弧切短灭弧法 这种方法常用于低压电器中。由于电弧的电压降主要降落在阴极和阳极上，其中阴极电压降又比阳极电压降大得多，弧柱上的电压降是很小的，因此把触头间产生的电弧引入与电弧垂直放置的金属栅片内，将一个长电弧切割成若干个短电弧