开关电器和配电装置模板.ppt
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1、开关电器开关电器 内容简介1 了解常用开关设备的作用、功能、分类2 了解常用开关设备主要性能与参数的含义3 了解常用开关设备的工作原理3/7/202327.1 概述概述开关电器主要用来闭合与开断正常电路和故障电路或用来隔离高压电源的,根据开关电器在电路中担负的任务,可以分为以下几类:1.仅用来在正常工作情况下,断开或闭合正常工作电流的开关电器,(F+C)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。电路开断后,熔断器必须更换部件后才能再次使用。3.既用来断开和闭合正常工作电流,也用来断开和闭合过负荷电流或短路电流
2、的开关电器,如高压断路器、低压自动空气断路器等。4.不要求断开和闭合电流,只用来检修时隔离电压的开关电器,如隔离开关等。3/7/20233第一节 高压断路器1 用途和结构 高压断路器是电力系统最重要的设备之一,其工作最为繁重,地位最为关键,高压断路器是电力系统最重要的设备之一,其工作最为繁重,地位最为关键,结构复杂,所配操作结构各异。结构复杂,所配操作结构各异。断路器在电力系统中起着两方面的作用:一是控制作用,即根据电力系统运行需要,将一部分电力设备或线路投入或退出运行;二是保护作用,即在电力设备或线路发生故障时,通过继电保护装置作用于断路器,将故障部分从电力系统中迅速切除,保证电力系统无故障
3、部分的正常运行。常用来接通和开断的对象有:常用来接通和开断的对象有:输、配电线路输、配电线路电容器及电容器组电容器及电容器组电机电机开断近区故障(开断近区故障(0.8-8km0.8-8km)开断失步故障开断失步故障开断发展性故障和并联故障(断路器在开断小电容或感性负载时,由开断发展性故障和并联故障(断路器在开断小电容或感性负载时,由于过电压引起的短路故障称为发展性故障)于过电压引起的短路故障称为发展性故障)3/7/20234高压断路器的类型高压断路器的类型很多,但就其结构来讲,都是由开断元件、支撑绝缘件、传动元件、基座及操动机构五个基本部分组成。开断元件是断路器的核心元件,控制、保护等方面的任
4、务都需由它来完成。其他组成部分都是配合开断元件,为完成上述任务而设置的。分类油断路器油断路器压缩空气断路器压缩空气断路器真空断路器真空断路器SF6SF6断路器断路器多油断路器:多油断路器:少油断路器少油断路器SN10-10SN10-103/7/20235第一节 高压断路器(1)油断路器:采用变压器油作灭弧介质的断路器,称 为油断路器,如断路器的油还兼作开断后的绝缘和带电部分与接地外壳之间的绝缘介质,称为多油断路器;油仅作为灭弧介质和触头开断后的绝缘介质,而带电部分对地之间的绝缘介质采用瓷或其他介质的,称为少油断路器。(已淘汰)3/7/20236第一节 高压断路器(2)压缩空气断路器(简称空气断
5、路器):采用压缩空气作为灭弧介质的断路器,叫压缩空气断路器。压缩空气除了作为灭弧介质外,还作为触头开断后的弧隙绝缘介质。空气断路器具有灭弧能力强、动作迅速等特点,但结构较复杂、有色金属消耗量较大。3/7/20237第一节 高压断路器(3)六氟化硫(SF6)断路器:采用具有优良灭弧性能和绝缘性能的SF6气体作为灭弧介质的断路器,称为SF6断路器,在电力系统中广泛应用。适用于频繁操作及要求高速开断的场合,在我国推荐在7.240.5选用SF6断路器,特别是126KV以上几乎全部选用SF6断路器。但不适用于高海拔地区。3/7/20238第一节 高压断路器(4)真空断路器:利用真空的高介质强度来灭弧的断
6、路器,称为真空断路器,现已大量应用在7.240.5KV电压等级的供(配)电网络上也主要用于频繁操作及要求高速开断的场合,但在海边地区使用时,应注意防凝露,因为会使断路器灭弧室灭弧能力下降。ZN28-12ZN28-12VD4VD4ZN28A-12ZN28A-12ZN123/7/20239第一节 高压断路器3 型号表示方法(GB标准)高压断路器的型号是由字母和数字组成,表示如下高压断路器的型号是由字母和数字组成,表示如下:3/7/202310第一节 高压断路器4 主要技术参数(1)额定电压额定电压。额定电压是指断路器能承受的正常工作线电压。目前,我国电力系统中断路器采用的额定电压等级为(10KV、
7、35KV、66KV、110KV、220KV、330KV、500KV)。(2)额定电流。额定电流是指断路器可以长期通过的工作电流。断路器长期通过额定电流时,其各部分的发热温度不超过允许值。我国规定额定电流为:200、400、630、(1000)、1250、1600、(1500)、2000、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000A(3)额定开断电流。在额定电压下,规定的时间内断路器能可靠切断的最大电流的有效值,称为额定开断电流Ik,它表示断路器的断路能力。我国规定额定开断电流为:1.6、3.15、6.3、8、10、12.5、16、20、25
8、、31.5、40、50、63、80、100kA等3/7/202311第一节 高压断路器5 主要技术参数(4)动稳定电流。断路器在闭合位置时,所能通过的最大短路电流,称为动稳定电流,亦称额定峰值耐受电流,它表明断路器在冲击短路电流作用下,承受电动力的能力。这个值的大小由导电及绝缘等部分的机械强度所决定(5)热稳定电流。热稳定电流是断路器在规定时间内,允许通过的最大电流,它表示断路器承受短路电流热效应的 能力。以短路电流的有效值表示。断路器的铭牌规定一定 时间(1、2、4秒)的热稳定电流。3/7/202312第一节 高压断路器7 国内外知名断路器简介(2)ABB公司的HD4系列户内SF6断路器 H
9、D4断路器可用于三相交流40.5KV配电系统中控制和保护线路,变压器、电机、电缆和电容器组等。由于采用SF6自能开断技术,操作过程中不会产生过电压,因此特别适合于绝缘薄弱的场合,同时电路器主要金属部件都进行了电镀处理,可用于湿热及盐雾较重的地区。3/7/2023137.2 交流电弧的产生和熄弧原理 一、气体电弧的产生和熄弧原理一、气体电弧的产生和熄弧原理 气体电弧气体电弧是指在一个绝对大气压及以上气体中燃烧的电弧。是指在一个绝对大气压及以上气体中燃烧的电弧。1.气体电弧的产生气体电弧的产生当高压断路器切断电流时,随着触头逐步分离,动、静触头之间当高压断路器切断电流时,随着触头逐步分离,动、静触
10、头之间的接触电阻急增,在触头最后断开处将产生高热。同时,当触头的接触电阻急增,在触头最后断开处将产生高热。同时,当触头刚刚分离后,动、静触头之间之间在电压作用下形成很高的电场。刚刚分离后,动、静触头之间之间在电压作用下形成很高的电场。在高热及高电场的作用下,触头金属内的电子便向外发射,这些在高热及高电场的作用下,触头金属内的电子便向外发射,这些电子在电场中吸收能量逐渐加速,当高速运动的电子碰到中性气电子在电场中吸收能量逐渐加速,当高速运动的电子碰到中性气体分子后使其游离。被游离出来的新电子同样受电场作用,继续体分子后使其游离。被游离出来的新电子同样受电场作用,继续加速,碰撞其他的中性气体分子,
11、又使它们游离,这样继续下去,加速,碰撞其他的中性气体分子,又使它们游离,这样继续下去,便发生了崩溃似的游离过程,气体因而导电,电弧便这样产生了。便发生了崩溃似的游离过程,气体因而导电,电弧便这样产生了。气体电弧的主要特性是:气体电弧的主要特性是:温度极高,亮度很大,热游离度大,电温度极高,亮度很大,热游离度大,电流密度大。流密度大。3/7/2023142.气体电弧的熄灭气体电弧的熄灭 在交流高压电网中,电弧电流每经过0.01s就要过零一次。电流过零前,输入弧柱的瞬时功率已急剧下降;电流过零时,输入弧柱的的瞬时功率为零,故电弧温度迅速下降,去游离作用大大增加,因而这时是最为有力的熄弧机会。交流高
12、压断路器的灭弧装置,都是利用这个有利时机,在触头断开的同时,用外能(即流动的空气或SF6气体、油流)或者用电弧的能量,分解电弧周围的液体,产生具有较高压力的气流,强烈地冷却电弧,使之熄灭。3/7/2023153.空气和空气和SF6气体介质的灭弧原理及其特点气体介质的灭弧原理及其特点电弧在压缩空气中的熄灭过程,是利用预先贮存在断路器中的高压空气,在灭弧间隙中形成高速气流强烈地吹袭电弧。当电弧在高速气流中燃烧时,弧隙中的热量将及时地被带走,电弧在气流作用下迅速移动,热发射和金属蒸气大大减少。特别是在电流近零和过零时,弧隙温度将迅速下降,电弧直径明显减少。在电流过零后,弧隙温度将迅速降到热游离温度以
13、下,弧隙中的残留物将被清除,并由新鲜压缩空气取代。压缩空气的气流对电弧的冷却作用,主要体现在气体流量和气流速度,因此空气断路器必须贮备有足够的压缩空气,并在灭弧室内装设合适的喷口,使弧隙中的气流获得必要的流速。3/7/2023162)SF6断路器的灭弧特点 SF6气体是目前所知的较理想的气体灭弧介质。因为SF6气体是一种负电性,具有很强的吸附自由电子的能力,这对电弧电流过零后的去游离极为有利。其原因是:一方面,自由电子被大量吸附;另一方面,SF6吸附电子后,形成负离子SF6-,它的运动速度比电子慢得多,容易与SF6+复合为中性分子。由于吸附和复合的综合作用,使弧隙中的带电粒子密度急剧减少。同时
14、当温度愈低时,吸附与复合的作用愈强烈。由于以上原因,SF6气体在电流过零时,去游离过程格外迅速。3/7/202317二、真空电弧的特点和熄弧原理二、真空电弧的特点和熄弧原理 当真空断路器开断电流时,在真空灭弧室中出现的电弧,叫做真空电弧。3/7/202318(1)真空电弧的形式)真空电弧的形式与特性与特性1)扩散型电弧)扩散型电弧 当真空断路器开断56kA以下电流时,通常会出现扩散形电弧。3/7/202319(1)真空电弧的形式与特性)真空电弧的形式与特性2)聚集型电弧)聚集型电弧 当真空断路器开断较大电流时,通常会出现聚集型电弧。3/7/202320(2)真空电弧的熄灭过程真空断路器也是利用
15、交流电流过零这个有利条件熄灭电弧的,开断过程和其它断路器基本相同,不再重述。灭弧室的真空度一般在10-410-3mmHg范围内,但弧柱区的气体压力较高。若弧柱区与周围空间的压力差很大时,则弧柱等离子体会向四周空间迅速扩散。扩散后的带电粒子在触头表面及触头四周的金属屏蔽罩表面复合,金属蒸气也在这些表面上冷凝。强烈的扩散作用,有利于触头间隙介质绝缘强度的迅速恢复。3/7/202321(3)真空电弧的截流现象在真空断路器开断几安到几十安的小电流时,由于电弧生成物少,弧区蒸汽压力很低,带电粒子的密度很小,电弧很不稳定,引起过电压。故必须采取措施。3/7/2023227.3 断路器的操动机构 高压断路器
16、都是带触头的电器,通过触头的分、合动作达到开断与关合电路的目的,因此必须依靠一定的机械操动系统才能完成。在断路器本体以外的机械操动装置称为操动机构,而操动机构与断路器动触头之间连接的部分称为传动机构和提升机构。3/7/202323二、操动机构的性能要求二、操动机构的性能要求 1.合闸。不仅能关合正常工作电流,而且在关合故障回路时,能克服短路电动力的阻碍,关合到底。在操作能源(如电压、气压或液压)在一定范围内(80%110%)变化时,仍能正确、可靠的工作。2.保持合闸。由于合闸过程中,合闸命令的持续时间很短,而且操动机构的操作力也只在短时内提供,因此操动机构中必须有保持合闸的部分,以保证在合闸命
17、令和操作力消失后,断路器仍能保持在合闸位置。3.分闸。操动机构不仅要求能够电动(自动或遥控)分闸,在某些特殊情况下,应该可能在操动机构上进行手动分闸,而且要求断路器的分断速度与操作人员的动作快慢和下达命令的时间长短无关。操动机构应有分闸省力机构。3/7/202324二、操动机构的性能要求二、操动机构的性能要求4.自由脱扣。在断路器合闸过程中,如操动机构又接到分闸命令,则操动机构不应继续执行合闸命令而应立即分闸。5.防跳跃。断路器关合短路而又自动分闸(关合在故障线路上)后,即使合闸命令尚未解除也不会再次合闸。6.复位。断路器分闸后,操动机构中的每个部件应能自动地恢复到准备合闸的位置。7.连锁。为
18、了保证操动机构的动作可靠,要求操动机构具有一定的连锁装置。常用的连锁装置有:分合闸位置连锁。保证断路器在合闸位置时,操动机构不能进行合闸操作;在分闸位置时,不能进行分闸操作。低气(液)压与高气(液)压连锁。当气体或液体压力低于或高于额定值时,操动机构不能进行分、合闸操作。弹簧操动机构中的位置连锁。弹簧储能不到规定要求时,操动机构不能进行分、合闸操作。3/7/202325操动机构的种类及其特点操动机构的种类及其特点1手动操动机构(CS)2电磁操动机构(CD)3电动机操动机构(CJ)4弹簧操动机构(CT)5气动操动机构6液压操动机构3/7/202326第二节 隔离开关1 用途和结构 高压隔离开关主
19、要是用来隔离高压电源、以保证安全检修,因此其结构特点是断开后具有明显可见的断开间隙。它的另一结构特点是没有专门的灭弧装置,因此它不能带负荷操作。但它允许通断一定的小电流,如励磁电流不大于2A 的空载变压器,充电电容电流不大于5A 的空载线路以及电压互感器回路等。开关柜用的户内隔离开关主要有GN19系列、GN6、GN9系列。隔离开关主要由导电部分、绝缘部分、传动部分和底座部分组成。与断路器配合使用时,要严格遵守操作顺序,即停电时,应先使断路器跳闸,后拉开隔离开关;送电时,应先合隔离开关,再闭合断路器)3/7/202327第二节 隔离开关3 主要技术参数(1)额定电压额定电压。额定电压是指隔离开关
20、能承受的正常工作线电压。目前,我国电力系统中隔离开关采用的额定电压等级为(10KV、35KV、66KV、110KV、220KV、330KV、500KV)。(2)额定电流。额定电流是指隔离开关可以长期通过的工作电流。隔离开关长期通过额定电流时,其各部分的发热温度不超过允许值。我国规定额定电流为:200、400、630、(1000)、1250、1600、(1500)、2000、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000A3/7/202328第二节 隔离开关3 主要技术参数(3)动稳定电流。隔离开关在闭合位置时,所能通过的最大短路电流,称为动稳定
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