15 第05章 电器的原理与选择2.pptx

第1页：第5章电器的原理与选择

第5章电器的原理与选择

第2页：5.3断路器的原理与选择

5.3断路器的原理与选择

第3页：一、断路器的作用

一、断路器的作用：3⑴正常运行时起控制作用：倒换运行方式、投入或退出设备；⑵系统故障时起保护作用：切除故障部分。断路器的最大特点：能断开电器中负荷电流和短路电流。

第4页：二、断路器开断短路电流时的弧隙电压

二、断路器开断短路电流时的弧隙电压恢复过程目的：找出恢复电压不振荡的条件及防止振荡的方法。断路器开断短路电流时的电路如图a所示，其等效电路如图b所示，R、L为电源和变压器的电阻和电感，C可以认为是变压器绕组及连接线对地的分布电容，r为断路器触头并联电阻。

第5页：51）熄弧后，从瞬态恢复电压

51）熄弧后，从瞬态恢复电压过渡到电源电压的时间很短，一般不超过几百微秒，可近似认为电源电压不变，故电源用直流电源U0来代替。0dtduC２）t0时，uCur00，i1C３）i=0时是时间的起点，即t=0uCur断路器开断短路电流时的弧隙电压恢复过程相当于二阶电路过渡过程中，电容C两端的电压变化过程，即。

如图2-7b所示，当开关S闭合时，有dtC012CduCuCdtrRiLdiuUiii二、断路器开断短路电流时的弧隙电压恢复过程假设与初始条件：

第6页：60Cd2uCLCR1uU

60Cd2uCLCR1uULduCdt2RCrdtr整理得：此为二阶常系数线性微分方程，其特征根为1211R4LrCLC1R12LrC1,2Cu2112ttAeAeRrrU0Cu1t(A1A2t)eRrrU0当特征根不等时，非齐次通解为当特征根为重根时，非齐次通解为二、断路器

第7页：74LrCLC1R121

74LrCLC1R121RrAurU0r02112RrrU0ur0A2121①当时，特征根为不等负实根。10dtCduCr0Cu0，i可解得根据初始条件：t0时，uRrurU0r01212rU0uCur21tte1eRr代入非齐次通解可解得二、断路器

第8页：一般变压器绕组电阻Rr

一般变压器绕组电阻Rr，ur0U0略去不计，得21121r2tteeuU0112221e1tte一般1，略去不计，故上式最大值不会超过U0，进一步化简得忽略R后，特征根为)10rtuU(1eL4r2C1111LC2rC2rC22rC1112rC二、断路器

第9页：4r2CLL4r2C

4r2CLL4r2C0，1121x1x根据近似计算，当x很小时，2L12rC2rC114r2CrL1LrturU0(1e)对上式微分，可得电流过零时的恢复电压上升速度(V/s)为09LdtdurrUt0由上式可知，触头并联电阻r可以降低恢复电压的上升速度，r越小，恢复电压的上升速度越低。

二、断路器

第10页：②当14LrCLC1R

②当14LrCLC1R12时，特征根为共轭复根。11j0j1,21R12LC4LrC2LrC1R1rCLC2LrC4L1R11R122LrC1R11101R12LC4LrC0二、断路器

第11页：将1、2代入

将1、2代入，得22e1e121tturU011利用欧拉公式化简，得tsin0tcos0te00urU10,LC111002πfα1、α2为共轭复根时，弧隙电压恢复过程为衰减的周期性振荡过程，周期性振荡过程的恢复电压上升速度较快，幅值较大，会给电弧的熄灭带来困难。

如果断路器触头没有装设并联电阻，即r=∞时，忽略R，二、断路器

第12页：a)周期性振荡过程中的弧隙恢复电压

a)周期性振荡过程中的弧隙恢复电压最大值可达2U0，如图2-8曲线1所示。b)上升速度取固有振荡频率的半个周期内的平均速度，由000dtdur000π000π0av0π0π00rdtdurdtdutdt4fUdtUsin得Usint二、断路器

第13页：③当4LrCLC1R121

③当4LrCLC1R121时，为相等的负实根(重根)。根据初始条件和公式C13u1t(A1A2t)eRrrU0及其微分表达式，可求得A1U0,不计R，从而得urU0[1(11t)e1t]A21U0t时，urU0由罗彼塔法则可知：二、断路器

第14页：a)当r≤rcr时

a)当r≤rcr时，弧隙电压恢复过程为非周期性。在断路器触头间并联低值电阻（几欧至几十欧），可以改变弧隙电压恢复过程的上升速度和幅值，可以将弧隙恢复电压由周期性振荡特性恢复电压转变为非周期性恢复电压，大大降低了恢复电压的上升速度和幅值，改善了断路器的灭弧条件。

b)当r > rcr时，弧隙电压恢复过程为周期振荡性过程，对电弧熄灭不利。在此种情况下，弧隙电压恢复过程仍是非周期性的，但处在临界情况。忽略R，临界并联电阻值为r14cr1L2C二、断路器

第15页：三、断路器熄灭电弧

三、断路器熄灭电弧的基本方法15加强弧隙的去游离、提高介质强度的恢复速度和降低弧隙电压的上升速度与幅值，是高压断路器中熄灭电弧的基本方法。1．利用灭弧介质在高压断路器中，广泛采用去游离作用强的灭弧介质灭弧。

2、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

第16页：3、利用短弧原理灭弧交流电路

3、利用短弧原理灭弧交流电路：电流自然过零时，每一短弧有150~250v电压。直流电路：每一短弧的阴极区有8~11v电压降。4．吹弧（横吹、纵吹、纵横吹）吹弧是指利用各种结构形式的灭弧室，使高温分解的气体或具有很大压力的新鲜且低温的气体在灭弧室中按特定的通路，吹动电弧，加强扩散和复合去游离而使电弧熄灭的方法。

16三、

第17页：5.采用特殊金属材料作灭弧触头采用铜

5.采用特殊金属材料作灭弧触头采用铜、钨合金和银、钨合金等特殊金属材料作触头。这些材料在高温下不易熔化和蒸发、抗熔焊，可以减少热电子发射和高温分解产生的金属蒸气，削弱了游离作用。6.提高断路器触头的分离速度加快断路器触头的分离速度，可以迅速拉长电弧，使弧隙的电场强度骤降，弧隙电阻和电弧的表面积突然增大，电弧的冷却加快，有利于带电质点的扩散和复合去游离。

7.采用多断口灭弧某些电压等级较高的断路器采用多个灭弧室串联的多断口灭弧方式。17三、

第18页：多断口将电弧分割成多段

多断口将电弧分割成多段，在相同触头行程下，增加了电弧的总长度，弧隙电阻迅速增大，介质强度恢复速度加快。2使每个断口上的恢复电压减小，降低了恢复电压的上升速度和幅值，提高了灭弧能力。

加装均压电容，来解决各断口的电压分配不均衡的问题：1不装均压电容时断口等效电容XQ1/(CQ)两断口连接处对地的等效电容：X01/(C0)18三、

第19页：分配在两断口上的电压

分配在两断口上的电压为(CQ≈C0)：31U2UXQUCQC0U2CQC0CQX0XQ//X0XQ//X02UU1UX0XQ//X02CQC03UU1UU1U2(CQC)C02(CQC)2(CQC)C0CQC可以看出，第一个断口的工作条件比第二个要恶劣，如其电弧不能熄灭，电压将全部加在第二断口上，它也将被击穿。

2）在断口上并联均压电容C时，C=2000pF，远大于C0(几十pF)，则三、

第20页：202UU1U2(CQC)C

202UU1U2(CQC)C02(CQC)2CQCCQCU可见并联均压电容后，断口上的电压分布均匀，在i过零后，两断口上的电弧可以同时熄灭。8.在断路器主触头两端加装低值并联电阻1)主触头Q1先断开，产生电弧，因有并联电阻，恢复电压为非周期性，降低了恢复电压的上升速度和幅值，主触头上的电弧很快熄灭。

2)接着断开的辅助触头Q2，由于r的限流和阻尼作用，辅助触头上的电弧也容易熄灭。三、

第21页：种类根据装设地点

种类根据装设地点：户内式和户外式根据灭弧介质：油断路器（多、少）、空气断路器、六氟化硫（SF6）断路器、真空断路器、磁吹断路器、自产气断路器等；四、高压断路器的种类和型号

第22页：额定电压（UN）

额定电压（UN）：长期工作标准电压；其影响断路器的外形尺寸和绝缘水平。2、额定电流（IN）：在规定的环境温度下，当断路器的绝缘和载流部分不超过其长期工作的最高允许温度时，断路器允许通过的最大电流值。

3、额定开断电流（INbr）：额定电压下正常开断最大短路电流，它是标志断路器开断能力的一个重要参数；4、额定断流容量（SNbr）：额定开断电流与额定电压的乘积；5、额定关合电流（INcl）：短路时，断路器能够关合而不发生触头熔焊或其他损伤的最大电流；

五、高压断路器的主要技术参数Snbr3UNINbrIncl2INbr1.8

第23页：6、额定短时耐受电流（热稳定电流

6、额定短时耐受电流（热稳定电流It）：规定时间内，通过断路器而使各部分发热不超过允许温度的最大短路电流；其表明断路器能承受短路电流热效应作用的能力；7、额定峰值耐受电流（动稳定电流Ies）：在合闸位置时，允许通过的短路电流最大峰值；

其表明断路器能承受短路电流电动力作用的能力；8、动作时间1分闸时间：从得到分闸命令到所有触头均分离的时间；2燃弧时间：从触头刚脱离到所有电弧都熄灭的时间；3开断时间：分闸时间和燃弧时间之和；

4合闸时间：从得到合闸命令到主触头均接触的时间23五、高压断路器的主要技术参数

第24页：六、六氟化硫（SF6）断路器

六、六氟化硫（SF6）断路器241、SF6气体的特点：⑴安全可靠，无火灾和爆炸危险，无材料腐蚀和氧化可能；⑵减小设备体积和重量，便于运输和安装；⑶设备操作、维护方便；⑷温度、压力适用范围大；

⑸无噪声，不受无线电干扰；⑹冷却性能好；⑺有利于电气设备的紧凑布置。

第25页：油断路器是电力系统最常用的一种

油断路器是电力系统最常用的一种。可分为多油断路器和少油断路器两种；在少油断路器中，油仅作为灭弧和触头开断后弧隙的绝缘介质；在多油断路器中，油还作为导电部分和接地部分之间的主绝缘。25七、油断路器

第26页：少油断路器主要特点

少油断路器主要特点：⑴油仅作为灭弧介质而不做绝缘；⑵导电部分的主绝缘由空气和陶瓷构成；⑶油量少、重量轻；⑷油箱体积小、占据空间少、结构坚固；⑸操作安全、使用方便；⑹油箱采用环氧树脂玻璃筒，节省钢材、减少涡流损耗；

⑺适用频繁操作的场合和电容器组的开断；⑻能进行快速自动重合闸操作。26七、油断路器

第27页：真空开关以真空为绝缘和灭弧介质

真空开关以真空为绝缘和灭弧介质；真空度为133.3×10-4Pa(即10-4mmHg)以下；特点：灭弧速度快、触头材料不易氧化、寿命长、体积小等；缺点：制造工艺要求高；适用：3―35kV配电装置。

八、真空开关

第28页：九、断路器的选择

九、断路器的选择281、断路器种类和型式的选择SF6断路器、真空断路器或空气断路器,少油断路器；2、额定电压和额定电流选择4、短路关合电流的选择5、短路热稳定和动稳定校验ImaxUNUNSIN3、开断电流选择INbrI''iNclishshesktiiI2tQ

第29页：思考题断路器的作用？

思考题断路器的作用？工作原理？各主要类型的特点？