高压电器及成套配电装置讲义（精品）.pptVIP

全国电工进网作业培训教材  第三章 高压电器及成套配电装置 3kV～35kV常用的高压电器有断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器和电容器等多种设备。高压电器在高压电路中起着控制或保护等作用。高压电器广泛地应用在发电厂、变电所中，它们安全、可靠地运行对电力系统是极其重要的。 第一节高压电器相关知识 一、电力系统短路基本概念 电力系统正常运行时，各相之间是绝缘的。电力系统中相与相之间或相与地之间(对中性点直接接地系统而言)通过金属体、电弧或其他较小阻抗连结而形成的非正常状态称为短路。 三相电力系统中短路的基本类型有：三相短路、两相短路、两相接地短路和单相短路等。各种短路示意图如图3一l所示。注意：在中性点不接系统单相接地不视为短路。 电力系统发生三相短路时，由于短路回路阻抗很小，所以短路回路电流(称为短路电流)很大，可能达到几万甚至几十万安培。短路电流由电源流到短路点，会对电力系统和电器设备产生严重的影响。 短路电流危害主要有以下几个方面： 1)短路电流通过电气设备时，将引起导体严重发热，造成导体温度升高甚至熔化，并且会损坏绝缘。 2)短路电流通过电器设备时，在相间产生大的电动力作用于导体之上，可能造成设备的变形或损坏。 3)短路处往往有电弧产生，高温电弧会烧毁故障设备或烧伤周围人员，甚至会引起火灾。 4)短路电流通过变压器、线路等阻抗元件时，将产生很大的电压降，还会引起发电机端电压的降低，因此影响电力系统的正常供电。 二、高压电器中的电弧 1．开关电器中电弧的产生与熄灭 高压电路中开关电器切断电路时，断开的触头之间将会产生电弧。电弧电流的本质是离子导电，即触头之间的正离子(带正电)在触头间电场力的作用下向负极运动、负离子(带负电)和自由电子在触头间电场力的作用下向正极运动而形成的电流。显然，触头断开后，触头之间如果有电弧存在，则电路实际上没有被切断，直到触头问电弧熄灭后电路才真正断开。 在交流电路中，当电流瞬时值为零时，断开的触头之间无电流通过，触头间的电弧将消失(称为电弧暂时熄灭)；在下半个周期内触头问能否再次产生电弧，则由触头间介质击穿电压与触头间恢复电压互相比较来决定，如果再次产生电弧称为电弧重燃，若不再产生电弧则称为电弧熄灭。触头间介质击穿电压是指使触头间产生电弧的最小电压。触头问恢复电压是指触头间电弧暂时熄灭后外电路施加在触头之间的电压。显然，电弧暂时熄灭后，如果触头问的恢复电压大于触头间的介质击穿电压，电弧将重燃；反之，触头间的恢复始终小于触头间的介质击穿电压，电弧将彻底熄灭。 触头间介质击穿电压的大小与触头之间的温度、离子浓度和距离(电弧长度)等因素有关。当温度低、离子浓度低、触头之间距离长(电弧长度长)时，触头之间的介质击穿电压高；反之，触头之间的介质击穿电压低。 触头之间的恢复电压主要由电路中电源电压、电路中电感(或电容)性负载与电阻性负载所占比例，以及电弧暂时熄灭前电弧电流的变化速率等因素有关。当电感(或电容)性负载所占比例大(即电压与电流相位差较大)时，恢复电压增加较快。不利于灭弧。电路为纯电阻性负荷时，恢复电压等于电源电压，则有利于灭弧。一般电路中均有电感存在，如果电弧暂时熄灭前，电流变化速率很大，将在电感元件上产生很大的感应电动势，这时电弧暂时熄灭后，触头问的恢复电压将等于电源电压再加上一个很大的感应电动势，能使恢复电压增长速率加快，不利于电弧熄灭。 2．加速电弧熄灭方法 在开关电器中，为加速电器触头之间电弧的熄灭，各种开关电器可采用不同的灭弧措施与方法。加速开关电器中灭弧的措施与方法主要有如下几种： (1)气体吹动电弧利用温度较低的气体吹动电弧，吹动电弧的气流会使电弧温度降低，并带有大量带电质点(正离子、负离子和自由电子)，从而提高了弧隙的介质击穿电压，使电弧加速熄灭。 按照吹动电弧气体的流动方向不同，吹动电弧的方法又可分为纵向吹动(简称纵吹)和横向吹动(简称横吹)两种。纵向吹动，为气体吹动方向与电弧轴向相平行的吹弧方式。横向动，为气体吹动方向与电弧轴向相互垂直的吹动方式。横吹时还能拉长电弧、增大电弧冷却面积，并带走大量带电质点，其灭弧效果较好 (2)拉长电弧采用加快触头之间的分离速度等措施，使电弧的长度迅速增长、电弧表面积迅速增大，从而提高触头间的介质击穿强度，加速电弧熄灭。 (3)电弧与固体介质接触 当电弧与优质固体灭弧介质(如石英砂等)接触时，固体介质能使电弧迅速冷却，并由于金属蒸气大量在介质表面凝结减少了弧隙的金属蒸气，使触头问的带电质点(正离子、负离子和自由电子)急剧减少，迅速提高介质击穿电压，从而达到加速电弧熄灭的的。 本节例题 1、电力系统发生三相短路时与负荷电流相比，短路电