高压电器总结.docx

1、高压电器总结电器的定义： 电器是指对电能的产生、输送和应用起控制、保护、检测、变换与切换(转换)以及调节作用的电气器具。高压电器的定义： 高压电器是指额定电压3kV及其以上，起控制、保护、安全隔离和测量作用的的电器。它包括高压开关设备、电抗器、避雷器、互感器和电容器等。低压电器的定义。 1985年我国修订的低压电器标准规定：交流电压为1200V，直流电压为1500V以下者属低压电器。IEC标准规定：交流电压为1000V，直流电压为1500V及以下者属低压电器。高压电器的基本技术参数： 1额定电压UN（有效值，kV）：指电器正常工作的线电压，有3、6、10、15、20、25、63、110、154

2、、220、33O、500kV各种电压等级。其中，10kv35kV及以下者称为中压级断路器；110kv220KV者称为高压级断路器；330kV及以上者，称为超高压级断路器。2额定操作顺序：a、输配电断路器有自动重合闸要求，其额定操作顺序按国家标准规定为：分合分 t 合分其中，为0.3或0.5s，是指断路器各极中的电弧完全熄灭起到任意极电流重新通过时止的无电流间隔时间；b、保护发电机、电动机、变压器、电容器组以及电缆线路等的断路器无自动重合闸，操作为：分 t 合分 t 合分其中， “分”为断路器开断电路； “ t ”为相邻两次操作之间的时间间隔，规定为180s； “合分”为断路器合闸后没有任何有意

3、延时而立即开断。关合和开断短路故障时，电弧的燃烧与熄灭：电力系统出现短路故障关合的四种前提：（1）存在“预伏故障”；（2）存在“试探性自动重合闸”；（3）存在“人为接地短路”；（4）存在“误操作”。短路电流最大值：也叫短路冲击电流，以Ich表示由于非周期分量的存在，短路电流的最大值一般在短路发生后的半个周期，即t=/=0.01s-时出现。高压电器短路冲击电流Ich的有关标准规定：短路冲击电流Ich一般为短路电流周期分量幅值的1.8倍或短路电流周期分量有效值的2.55倍。 证明：短路冲击系数Kch由回路的时间常数T决定。在感抗较大的高压电网内，一般取T0.045s，此时，冲击系数Kch为：对高压

4、断路器关合能力的要求应根据短路冲击电流提出；同时，短路冲击电流也决定了电力系统中电气设备所受的机械力。Idm=Icm； Ith=Ib 式中，Idm：短路冲击电流（Ich）； Icm：额定短路关合电流（ING）； Ith：额定热稳定电流（It）； Ib ：额定短路开断电流（INK）。额定短路关合电流是指合闸时出现短路电流下开关绝限能力。比如开关标明的额定短时关合电流(峰值)是 50kA；当外界线路发生短路时而你把闸合上去，这时开关受合闸短路电流作用而跳闸。如果这个瞬间短路电流没有超过50KA，触头灭弧有效。如果超过瞬间50KA触头灭弧不保证，就会拉弧或造成热元件失效等。额定短路开断电流是指开关绝

5、限断开电流的最大能力。比如开关标明的额定短路开断电流为20KA，表示20KA内的短路跳闸触头灭弧热元件动作等有效；超过这个绝限，跳闸触头的灭弧热元件动作不保证，会产生拉弧。考虑到短路时功率因数一般很低，许多情况cos0.15，sin1，由式可得E0=Em，即把工频恢复电压取为电源相电压的幅值。实际上，系统的最大工作电压取为额定电压的1.15倍，因此可得用系统额定电压Ue（三相线电压）表示的瞬态恢复电压最大值Ughm和恢复电压平均上升速度（duhf/dt）p的计算公式：在开断电流周期分量相等情况下，非周期分量的存在虽然有可能提高触头分离瞬间的短路电流瞬时值，但它在某种程度上却有利于电路的开断原因

6、是当短路电流中存在非周期分量时（图2-10），电弧不管是在电流的大半波过零（图2-10中t1点）时或小半波过零（图2-10中t2点）时熄灭，断口所受的工频恢复电压Ugh1和Ugh2均比电源电压的最大值小，有利于熄弧。降低过电压的措施并联电阻：1、在为限制操作过电压而并联在断路器断口上的电阻中，将几欧到几十欧的称为低值并联电阻；将几百到几千欧的并联电阻称为中值并联电阻；将几万欧及以上的并联电阻称为高值并联电阻，它通常是为断路器每根有多个断口时均压设计的。2、在断路器断口两端并联几欧到几十欧的低值并联电阻可限制短路电流，降低工频恢复电压和振幅系数，以及减慢恢复电压上升速度着手。采用并联电阻阻尼振荡

7、后，恢复电压最大值将不会超过工频恢复电压Ugh。并联电阻Rb愈小，恢复电压的上升速度就愈低，主断口的开断将比较轻松。小规律： “故障形式”和“中性点接地形式”中，只要有一项为“不接地”，则三相的首开极系数K1=1.5，而两相的首开极系数为K1=0.866。例题：1、用10kV高压断路器开断三相短路，已知短路电流为.kA，恢复电压的固有振荡频率为.kHz，问采用.的并联电阻能否阻尼恢复电压的振荡？答： 1、求XL：XL= Umn/Im ()； 2、求L： L=XL/(H)； 3、求C0：因0 = 1/（L C0）0.5，故C0 =1/02 L(F)（问题） 4、将L、C0代入（L/C0）0.5/

8、 2()，求出临界电阻值 Rlj； 5、比较Rb与Rlj ，判断可否可以阻尼恢复电压的振荡。2、有一个安装在35kV三相电网的断路器，已知f 0 ，k1，km ，t3。计算其在满容量（100%Iek）开断试验时，应能满足的瞬态恢复电压的最大值、最大上升速度和平均上升速度。解：由标准，知1、系统最大工作电压Umn=40.5kV，得瞬态恢复电压的最大值uhfm为：uhfm=0.816 Umn k1 km （Kv） 2、瞬态恢复电压的最大上升速度（duhf/dt）max为：(duhf/dt)max =uhfm /t3 (kV/us)3、瞬态恢复电压的平均上升速度（duhfm/dt）p为：（duhfm

9、/dt）p=1.63k1kmf0Umn (kV/us)近区故障的开断近区故障是指距断路器几百米至几公里的线路上发生的短路故障。超高压电力系统中，当短路电流在2565kA范围内，断路器开断近区故障时的工作条件较之开断直接在断路器出线端上的短路故障更为严重。 duhf/dt与短路电流I成正比，因此，随着系统短路容量的增大，恢复电压的上升速度将增加，从而引起开断困难。 电弧是否重燃还和恢复电压的第一个最大值Ul有关。而U1和短路点到断路器的距离L有关。 分析：a） l值很小，短路电流大， duhf/dt大，但U1较小，故电弧也不可能重燃；c）l值大，U1将增大，但短路电流减小，duhf/dt 也减小

10、了，因此电弧也不会重燃；b）：电弧重燃出现在恢复电压的上升速度不低而恢复电压的第一个最大值又较高时。此时，l=0.58km时，称为近区故障。并联电阻在开断近区故障时的作用作用：改善断路器开断近区故障时的工作条件。Rb的数值：不能超过数百欧（低值电阻）的数量级。在0t2l/v的时间间隔，用图2-33（a）等值线路图计算。图中，与c1串联的直流电源表示C1的起始电荷。并联电阻Rb降低了duhf/dt|t=0 。Rb愈小，效果愈好。如取Rb=Z，恢复电压上升速度将减小为无并联电阻时的二分之一。可见，为改善断路器在开断近区故障时的故障条件。近区故障的概念近区故障是指离开断路器几百米至几公里的线路上发生

11、的短路故障。在超高压电力系统中，当短路电流在2565KA范围内，断路器开端近区故障时的工作条件较 之开端直接在断路器出线端上的短路故障更为严重。这种情况一般发生在l=0.58km时。并联电阻可改善工作条件，越小效果越好，电阻取值不能超出数百 欧的数量级。小电感电流的概念、开断及限制过电压的方法。电力系统中小的电感电流的开断主要发生在开断空载变压器、并联电抗器及高压感应电动机等大电感负荷时。由于断路器的灭弧能力较强，在开断这些小的电感电流时，由于电弧不稳定，电弧可能是在某一电流值时背强迫下降到零，此时电感上将感应出过电压。截流值越大则过电压越高，当截流发生在激磁电流的幅值时，UBm=Im(LB/

12、CB)，可见截流过电压的大小UBm和变压器激磁电流Im的大小以及变压器绕组电容CB的大小有关。用冷轧硅钢片的高压变压器其激磁电流仅达额定电流的0.5%左右，故开断这种变压器时过电压倍数一般不大于2 。联高值电阻可以限制过电压，Rb需和变压器激磁绕组的阻抗值具有同一数量级。另外灭弧能力不是很强的断路器也可以限制过电压。事实上，电力系统中的开端空载变压器的过电压可以用普通阀型避雷器来保护。额定短时耐受电流（热稳定电流）It：定义：指在某一规定短时间t内，高压断路器能承载的电流有效值，单位kA。短时耐受时间：1s、2s、4s、5s或10s。高压断路器的额定短时耐受电流： 是GB1984-80规定的与

13、2s相对应的短时耐受电流。数值上与额定开断电流相等。It值也将影响到高压断路器触头和导电部分的结构和尺寸。额定峰值耐受电流（动稳定电流） If： 定义：高压断路器在关合位置时所能耐受的最大峰值电流，单位kA。该值决定高压断路器导电部分和支持部分所需的机械强度以及触头的结构形式。高压断路器额定峰值耐受电流为额定开断电流的2.5倍。 断路器分类按灭弧原理划分为：l. 油断路器液体介质 ：利用变压器油作灭弧介质的断路器。吹弧气体靠电弧能量产生的，气流大小与电弧能量有关，属自能灭弧方式。2. 气吹断路器气体介质：包括空气断路器、压缩空气断路器和六氟化硫断路器。(1) 压缩空气断路器: 利用高压力的空气

14、来吹弧的断路器，属外能式灭弧；(2)六氟化硫断路器: 利用高压力的六氟化硫吹弧的断路器。熄弧能力强于压缩空气断路器，原因是： 电弧电流过零时，其介质强度恢复率远高于油断路器及压缩空气断路器的； 气体被冻结在单原子状态，使电弧能量不能全部被释放等。此外，分解出的气体来熄灭电弧的断路器。3. 真空断路器：触头在真空中开断。 真空作为绝缘介质和灭弧介质。4. 磁吹断路器：在空气中，利用电磁力，将电弧吹入灭弧栅片，使之延长、冷却而熄灭； 5. 固体产气断路器：利用灭弧室的主体-产气绝缘管-中的固体产气物质在电弧高温作用下，分解的气体来熄灭电弧。用途不同，分为：1. 发电机保护用断路器(QFH)：用来切

15、断发电机母线的短路故障。其额定电压一般只有624kV，但额定电流较大(500024000A，甚至更高)。由于发电机母线短路电流很大，因此相应的断路器应具有较大的额定开断电流和动热稳定电流。其动作的快慢，不影响系统稳定性；分闸时间允许加长，且不需自动重合闸。2. 线路用高压断路器：有输电断路器(QFA、QFB、QFC、QFD ) 和配电断路器（ QFE ） ：3. 控制断路器：用于来控制和保护高压电动机和电弧炉等设备的高压断路器。4. 特殊断路器（高压直流断路器）。 按安装地点不同高压断路器分户内（N）和户外式（W）。按总体结构形式与对地绝缘方式不同，分为： 1. 接地箱壳断路器：2. 瓷瓶支持

16、的带电箱壳断路器：填空题1高压电器按照电流制式分（交流电器）和（直流电器）。2高压电器按照安装地点分（户外式）和（户内式）。3高压电器按照用途分，有（开关电器）、（限制电器）、（变换电器）和（组合电器）。4高压开关电器可分为（高压断路器）、（高压隔离开关）、（高压熔断器）和（高压负荷开关）等。5高压电器中的限制电器分为(避雷器)和(电抗器)。6高压电器中的变换电器分为（电压互感器）和（电流互感器）。7将断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、闭雷器等按一定线路装配成一个电器整体的电器组合，称（组合电器）。8一般来讲，所有的高压电器都应满足（运行可靠）、（工作灵活），同时还必须考虑(经济)条件

17、。静止状态的变压器油比空气熄弧能力强，原因有三： 电弧在油中燃烧，分解出大量H2，H2导热性比N2高，散热热量多，冷却作用强； 油气内压力增大，去游离作用增强； 扰动作用（液气）。油断路器的型号可按下述方式识别油断路器分类1.多油式：油是灭弧介质、触头间绝缘介质、对地绝缘介质。2.少油式：油作灭弧介质、触头在分闸位置的绝缘介质。少油断路器的优、缺点：优点： 装有灭弧室以及油气分离器； 能采用积木式组装成高电压等级的断路器； 用油少，体积小、重量轻。缺点： 消耗有色金属和绝缘材料少； 维修量大； 有火灾危险油断路器灭弧室的工作原理油断路器灭弧室有自能式、外能式和混合式三种，目前大多采用自能式或混

18、合式。 吹弧方式：横吹，纵吹，机械油吹。1.自能式：利用电弧放出能量将油蒸发、分解成油气，提高灭弧装置的压力，以驱动油气或油进行吹弧。2.外能式：利用其它能量熄灭电弧。3.混合式： 压气式 + 电弧堵塞。自能式灭弧室的工作原理：从触头分开产生电弧起，到电弧熄灭、灭弧室内重新充满油为止，灭弧室的工作分为三个阶段：封闭泡阶段、气吹阶段和回油阶段油断路器的均压问题少油断路器之所以采用多断口结构，原因之一就是通过增加断口数目，断路时将一个电弧分割成几个串联电弧，降低每个断口上的电弧电压，提高断路器的灭弧能力。以上分析可见，采用两断口结构虽然降低了断口灭弧电压，但两个断口间电压分布差别较大，非故障侧灭弧

19、室的灭弧条件显然比故障侧灭弧室的灭弧条件更严重得多。为使两个灭弧室的灭弧条件基本相同，使各断口均衡、合理地承担灭弧任务，常常在两个灭弧室外侧分别并联一个比Y形体各侧电容值大得多的电容均压电容，以使每个断口上的电压分布接近相等。积木式少油断路器均压电容，虽然改善了灭弧室的工作条件，大大提高了断路器的灭弧性能，但是对这种结构的断路器，在均压电容损坏或其他原因造成实际电容值偏离额定值较大时，均压电容不仅起不到均压作用，反而会加剧断口电压分布的差异，恶化某一断口的灭弧条件。所以在安装带均压电容器的少油断路器时，必须实测均压电容器的电容值，并妥善搭配：在检修中，将均压电容值的实测作为一项必不可少的大修内

20、容，也是很有必要的。高压少油断路器中,灭弧室普遍采用多断口串联式结构。在开断过程中,各断口上的电压分配出现不均匀,为了使每个灭弧室工作条件达到一致,断口间需并接均压电容,但串联的灭弧室数量太多,断口上的电压分布将会愈来愈不均匀,使断口上的均压问题更难解决。为解决这一问题,普遍采用减少串联灭弧室的数量,提高每个灭弧室的工作电压,来解决高压少油断路器断口的均压问题。压缩空气断路器:用压缩空气吹弧和操作能源的断路器。操作：先用压缩空气机将压缩空气储藏在储气筒或灭弧室内，当进行分闸操作时，打开阀系统使之按一定的要求自喷口喷出，对电弧进行强烈的气吹和冷却，从而使电弧熄灭。型号：户内为KN，户外为KW。灭

21、弧装置： 主要由喷口组成，电弧在喷口处燃烧，利用喷口喷出的气流对弧柱的散热作用熄灭电弧，属外能式灭弧装置。其灭弧能力取决于喷口处气体的流量（单位时间通过喷口的气体重量）与气流速度。喷口处有电弧存在：在电弧热量的作用下，喷口处的气体体积将发生膨胀。气体的膨胀增大了喷口处的压力，导致喷口喉部流速下降和流量减小，并随电弧电流增大而加剧。在极限情况下，喷口喉部的气流速度和流量会下降到零，出现喷口堵塞，喷口堵塞会引起熄弧困难，因此引起喷口堵塞的电流决定了灭弧室的极限开断电流。提高断路器开断能力的措施：1、加大喷口的喉部截面2、增大压缩空气断路器的工作压力。3、改变触头的开距4、在喷口处设置定弧极5. 采

22、用外能式熄弧原理的压缩空气断路器6. 采用外能式熄弧原理，六氟化硫断路器 定义： 触头在六氟化硫气体中分合的断路器1. 利用SF6气体作熄弧和绝缘介质。2. SF6气体性能： 热化学性： a 分解温度低，分解能量高，导热率好，有利于熄弧； b 温度相同时，SF6游离度大，电弧电压小； 强负电性：能吸附电子或负离子，然后与正离子复合，去游离作用强，不易重燃。3. 优点：（1）灭弧能力强，介质强度高。单断口的电压可以做得很高，因此，与少油和空气断路器相比，同一额定电压等级下，SF6断路器所用的串联单元数较少。（2）介质恢复速度特别快，开断近区故障性能特别好。通常不加并联电阻就能可靠切断各种故障而不

23、产生过电压。（3）由于SF6气体的电弧分解物中不含有碳等影响绝缘能力的物质，在严格控制水分的情况下分解物又没有腐蚀性，再加触头在SF6中的烧损极轻微，因此SF6断路器允许开断的次数多，检修周期长。 六氟化硫（SF6）断路器的灭弧装置：按熄弧能量分为自能式、外能式和混合式。自能式是熄灭大电流，而外能式是熄灭小按灭弧装置不同，分为双压式、单压式和旋弧式三种。有瓷瓶支柱式和落地罐式两大类。高压SF6断路器的操动机构操动机构的组成：由储能机构、传动机构和控制机构（脱扣机构和缓冲器）组成。高压SF6断路器的操动机构型式多样，有弹簧操动机构、气动机构、液压机构、液压弹簧机构等六氟化硫全封闭组合电器（GIS

24、）SF6全封闭组合电器：国外称充气绝缘变电所（GIS）。1、定义：是将两种或两种以上的高压电器按主接线要求组合成一个整体的一种设备，一般以断路器为主，加上隔离开关、接地开关、电流互感器和出线套管等，按几种标准方式组装在一起，封闭于落地的金属罐内。用户选购后可以自行组合成各种主接线。2、特点：这种结构既能发挥封闭式组合电器节省占地面积的优点，又有主接线变动容易，扩建、改建不受限制的好处。由于规格标准，设计制造方便，因此价格适中。在500kV等级的电站中使用复合电器可以比全封闭组合电器节省投资30。可以预料在未米的特高压电网中这类产品将占很大的比重。3、组成元件：一般包括断路器、隔离开关、接地开关

25、、电流互感器、母线、避雷器、电缆终端（或引线套管）等。各元件间按电站主接线的要求连接并组装成一个整体，内充SF6气体。真空电弧：是高真空（气压低于1.33*10-2Pa）下，触头材料的金属蒸汽的电弧放电。真空电弧不是靠电极间气体分子的电离来维持的，它是依靠电极材料蒸发所形成的金属蒸汽的电离维持的。当真空灭弧室的触头在真空中带电分离时，电接触表面积迅速减小，最后只留下一个或几个微小的接触点（金属桥），在金属桥上电流密度非常大。随着金属桥缩小，其电流密度增大，温度也越来越高。最后金属桥熔化并蒸发出大量的金属蒸汽。金属蒸汽温度很高，同时又存在很强的电场，这样就会导致强烈的场致发射和金属蒸汽的电离，从

26、而发展成真空电弧。由于触头的特殊构造，可使电弧均匀分布在触头表面，从而减小电弧能量和触头的电腐蚀速度，并使真空灭弧室具有较高的弧后介质强度恢复速度。燃弧过程中产生的金属蒸汽被屏蔽罩表面冷凝，释放的少量气体中的一部分被凝聚的金属蒸汽所吸收，一部分被管内吸气剂吸收，使真空灭弧室内一直维持高的真空度。熄弧原理：1、聚集型真空电弧：在恢复电压作用下，由于原来阳极被熔融而来不及冷却，不可避免地要重燃。为此，集聚型采取下述熄弧措施：a.加纵向磁场，提高聚集电流值；b.加横向磁场，把聚集型变为扩散型。 2、扩散型真空电弧：电流过零后，新阴极不会产生阴极斑点，真空容器间隙只要距离足够，电弧就不会重燃。平板、非

27、磁场型触头 圆柱形触头：触头的圆柱端面作为电接触和燃弧的表面，真空电弧在触头间燃烧时不受磁场的作用。当开断电流增大使真空电弧发生集聚时，它就失去了开断电流的能力。在触头直径较小时，其极限开断电流和直径几乎成线性关系，但当触头直径大于5060mm后，继续加大直径，极限开断电流就很少增加了。触头材料：真空断路器触头材料的性能： 开断能力高； 抗熔焊性能好； 导电能力很好； 击穿耐压性能好； 截流值小； 低含气量。真空断路器的操作过电压 真空断路器主要的3种操作过电压：1截流过电压：2切断电容性负载时，重击穿产生的过电压：3. 高频多次重燃过电压：抑制操作过电压的方法（1）采用低电涌真空灭弧室：采用

28、低截流值的触头材料与纵向磁场触头组成的灭弧室，既可降低截流过电压，又可提高开断能力。（2）负载端并联电容：这既可降低截流过电压，也可减缓恢复电压的上升陡度。保护变压器时，一般可在高压端并联0.10.2F的电容器，（3）负载端并联“电阻-电容”：不仅能降低截流过电压及其上升陡度，而且在高频重燃时可使振荡过程强烈衰减，对抑制多次重燃过电压有较好的效果。电阻一般选为100200，电容为0.10.2uF。（4）安装避雷器：只能限制过电压的幅值。近年来除碳化硅外，又发展了氧化锌（ZnO）非线性电阻，用它构成无间隙避雷器。如将氧化锌电阻与火花间隙串联，可减轻氧化锌电阻的工作条件。其火花间隙比碳化硅避雷器的

29、要小，且工频续流也很小。（5）串联电感：用它可降低过电压的上升陡度和幅值。隔 离 开 关隔离开关是使用最多的一种高压电器，因为它没有灭弧装置，所以不允许带负荷电流操作，更不能开断短路电流。用途：分闸后建立可靠的绝缘间隙，将被检修线路和设备与电源隔开；有的还附接接地闸刀，供检修时将隔离开关的出线端接地，以保安全。根据运行需要，倒换母线。在双母线制的线路中，利用隔离开关将设备或供电线路从一种母线切换到另一组母线，亦称倒闸操作接地开关：接地开关的型号用JN或JW表示。用途：接地开关通常装在降压变压器的高压侧。1）在输电线向只有一个变压器的终端变电站供电时（图9-8 a），当受电端发生故障的情况下，接

30、地开关应自动关合，造成人为接地短路，迫使送电端断路器分闸，切断故障。2) 对进线上有支线的变电站（图9-8 b），为了使一个变电站的故障不影响到线路对其他变电站的供电，接地开关应与快分隔离开关联合使用。这样，当变电站B1发生故障，接地开关关合迫使送端断路器开断后，快分隔离开关GK可立即分闸将故障变电站B1切除。送电端断路器藉自动重合闸装置在快分隔离开关分闸后重新关合线路，恢复对其它变电所的供电。高压熔断器概述：1、高压熔断器一般用在电压低于35kV的小容量电网中。2、高压熔断器由置放熔件的熔断器管、接触导电件、绝缘支持件等组成。3、高压熔断器的主要元件熔件工作时串联在电路中。在正常工作情况下通

31、过熔件的电流不应使熔件熔断。当系统中出现过载或短路时，熔件将因过热而自行熔断，切断电路，达到保护电网和电气设备的目的。负 荷 开 关用途：1、负荷开关主要工作在1035kV的小容量配电系统中，用来开断和关合负荷电流及规定的过载电流，也可用来开断和关合电容器组和大容量输电线路中的空载变压器和空载线路。2、负荷开关的型号用GH和GW表示。按其灭弧方式可分为油浸式负荷开关、固体产气式负荷开关、压气式负荷开关等。近年来伴随着SF6断路器与真空断路器的发展也发展了SF6负荷开关和真空负荷开关。 3、负荷开关与熔断器一起使用，称为组合电器。避 雷 器用途：避雷器主要用于保护变配电所或其他建筑物及电气设备。避雷器与被保护物是并联关系，当被保护物在工作电压下运行时，避雷器对地不通；