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1、高壓開關(guān)電器基本參數(shù),高國強(qiáng) ,高壓開關(guān)電器基本參數(shù),控制：使電力線路、設(shè)備投入或退出運(yùn)行 保護(hù)：切除故障線路或設(shè)備；建立可靠的絕緣斷口；停運(yùn)的電力線路或設(shè)備可靠接地,高壓開關(guān)電器基本功能：,高壓開關(guān)電器的性能特點(diǎn)：,通常要求高壓電器具有以下性能特點(diǎn)：可靠性高。高壓電器是電力系統(tǒng)中的控制和保護(hù)裝置，若可靠性不高，在線路發(fā)生故障時(shí)不能正?？刂?，則影響范圍會(huì)迅速擴(kuò)大，造成大面積停電。能承受很大的瞬時(shí)功率。電力系統(tǒng)中的故障電流往往幾倍、幾十倍于額定電流，持續(xù)時(shí)間達(dá)幾秒鐘，要求高壓電器能承受、斷開和關(guān)合這類故障電流。動(dòng)作時(shí)間快。開斷故障電流的時(shí)間快慢，影響電力系統(tǒng)傳輸功率的大小和運(yùn)行穩(wěn)定性。,電力系統(tǒng)

2、對高壓開關(guān)電器的基本要求,（1）絕緣：對地、斷口間、相間長期承受電力系統(tǒng)最高工作電壓；短時(shí)承受工頻、雷電沖擊電壓及操作過電壓。 （2）切合電流：承載及切合負(fù)荷電流；短時(shí)承載及切合短路故障電流；切合電容電流；切合小電感電流 （3）自然環(huán)境（溫度、海拔、濕度、地震、污穢、風(fēng)力、覆冰） （4）其他方面（機(jī)械壽命、電壽命、密封性能、對周圍環(huán)境的影響）,高壓開關(guān)電器的基本構(gòu)成,由導(dǎo)電回路、可分觸頭、滅弧裝置、絕緣部件、底座、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、操動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。導(dǎo)電回路用來承載電流；可分觸頭是使電路接通或分?jǐn)嗟膱?zhí)行元件；滅弧裝置則是用來迅速、可靠地熄滅電弧,使電路最終斷開。與其他開關(guān)相比，斷路器的滅弧裝置的熄弧能力

3、最強(qiáng)，結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。觸頭的分合運(yùn)動(dòng)是靠操動(dòng)機(jī)構(gòu)作功并經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞力來帶動(dòng)的。其操作方式可分為手動(dòng)、電動(dòng)、氣動(dòng)和液壓等。有些斷路器（如油斷路器、六氟化硫斷路器等）的操動(dòng)機(jī)構(gòu)并不包括在斷路器的本體內(nèi)，而是作為一種獨(dú)立的產(chǎn)品提供斷路器選配使用。,高壓開關(guān)電器的基本工作原理,,,,,,,,,,,開關(guān)觸頭機(jī)械分離,燃弧,工頻電流過零、熄弧、開斷,所謂開關(guān)作用，就是在具有一定電位的導(dǎo)體電路的一部分上進(jìn)行導(dǎo)體與絕緣體的相互迅速變換。從原理上講，作為具有這種功能的電路元件，除可分觸頭外、還有由半導(dǎo)體、超導(dǎo)、真中電子流等物理現(xiàn)象所構(gòu)成的元件。,從開關(guān)電器發(fā)展的初期，不希望在開斷電路時(shí)觸頭間隙產(chǎn)生電弧，認(rèn)為電

4、弧的產(chǎn)生，一方面使電路仍舊保持導(dǎo)通狀態(tài)，延遲了電路的開斷；另一方面，將燒損觸頭以及可能破壞絕緣，在最嚴(yán)重的情況下，甚至能引起開關(guān)電路的爆炸和火災(zāi)。因此，研究電弧，不在于如何利用電弧的特性而在于采取怎樣的措施使電弧不產(chǎn)生，或者產(chǎn)生后使電弧存在時(shí)間盡量縮短。簡言之，研究電弧的目的是為了盡快地熄滅電弧。 從導(dǎo)體到絕緣體的相互變換這個(gè)開關(guān)作用的根本觀點(diǎn)來看，電弧具有極為重要的特性，對于高電壓大電流電路的分合來說，只有產(chǎn)生電弧才能完成這個(gè)作用，這樣一種觀點(diǎn)作為開關(guān)電器的理論基礎(chǔ)是極為重要的。,開關(guān)電弧是等離子體的一種形式，屬低溫等離子體。高壓開關(guān)電器中電弧的熄滅就是要積極地利用電弧等離子體的溫度控制來實(shí)

5、現(xiàn)，對于高電壓大電流電路來說、只有產(chǎn)生電弧、才能實(shí)現(xiàn)對電弧等離子體的溫度控制。對于高壓開關(guān)電器而言，希望它反有如下特件； （1）電導(dǎo)率的變化范圍盡可能大，即要在導(dǎo)體與完全絕緣體之間變化； （2）電導(dǎo)率的變化速度盡可能快。 前一項(xiàng)特性在本質(zhì)上決定于等離子體的材料，因此，引進(jìn)新的滅弧介質(zhì)是取得技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵。后一項(xiàng)特性雖然也在較大程度上決定于等離子體的材料，但更易于受到等離子體控制方法的影響，作為開關(guān)電器核心部分的滅弧室的作用正在于對電弧等離子體的控制，加速其電導(dǎo)率的變化。,開關(guān)元件的性能比較,高壓開關(guān)電器的基本技術(shù)參數(shù),電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和負(fù)載性質(zhì)是多種多樣的，作為控制、保護(hù)元件的高壓開關(guān)電器，

6、要保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，對它的要求也是多方面的。另外，高壓開關(guān)電器所處場所的自然環(huán)境變化也會(huì)對其工作性能產(chǎn)生影響。因此在電器設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該全面考慮這些要求。,1 一般電氣性能方面,高壓開關(guān)電器長期在電網(wǎng)中使用時(shí)，就應(yīng)與其它電力設(shè)備一樣，能夠耐受各種電壓、電流的作用而不致?lián)p壞。 根據(jù)IEC和國家標(biāo)準(zhǔn)，首先應(yīng)分清電工術(shù)語的兩個(gè)名詞： 標(biāo)稱值（nominal value）：用以標(biāo)識一個(gè)元件、器件或設(shè)備的合適的近似量值。 額定值（rated value）：一般由制造廠對一個(gè)元件、器件或設(shè)備在規(guī)定工作條件下所規(guī)定的一個(gè)量值。,（1）電壓方面,標(biāo)稱電壓：系統(tǒng)被指定的電壓。 系統(tǒng)最高電壓：運(yùn)行中所出現(xiàn)的電壓

7、最高值，不包括異常和暫態(tài)、瞬態(tài)的電壓。 電氣設(shè)備的額定電壓：根據(jù)規(guī)定的工作條件，由制造廠確定的電壓。 設(shè)備最高電壓：考慮到設(shè)備絕緣性能所確定的最高運(yùn)行電壓，其數(shù)值等于所在系統(tǒng)的系統(tǒng)最高電壓。,有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，電氣設(shè)備額定電壓的數(shù)值應(yīng)按設(shè)備最高電壓確定。 高壓電器在規(guī)定的正常使用和性能條件下，能夠連續(xù)運(yùn)行的最高電壓稱為斷路器的額定電壓。,額定電壓的大小確定了電氣設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)和外形尺寸。額定電壓越高，電氣設(shè)備的外形尺寸越大，極間距離也越大。 高壓電器工作時(shí)還應(yīng)耐受高于額定電壓的各種過電壓作用，而不會(huì)導(dǎo)致絕緣的損壞。標(biāo)志這方面性能的參數(shù)有1min工頻耐受電壓、雷電沖擊耐受電壓和操作沖擊耐受電壓。,（

8、2）電流方面,高壓電器長期通過工作電流時(shí)，各部分的溫度不得超過允許值，以保證電器的工作可靠。關(guān)于電器各種情況下的允許溫度在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中都有規(guī)定。電器在關(guān)合位置通過短路電流時(shí)，不應(yīng)因電動(dòng)力受到損壞，各部分溫度也不應(yīng)超過短時(shí)工作的允許值，觸頭不應(yīng)發(fā)生熔焊和損壞。 標(biāo)志這方面功能的參數(shù)有：額定電流、額定峰值耐受電流、額定短時(shí)耐受電流和額定短路持續(xù)時(shí)間。 額定電流：在規(guī)定使用和性能條件下能持續(xù)通過的電流有效值。,額定電流值應(yīng)從優(yōu)先數(shù)系的R10中選取。所謂R10系列即是按比值為101/10遞增或遞減的級數(shù)。R10數(shù)系包括：1、1.25、1.6、2、2.5、3.15、4、5、6.3、8各數(shù)及其與10的倍數(shù)之

9、乘積。 額定電流的大小確定了電器導(dǎo)電部分和觸頭的尺寸、結(jié)構(gòu)以及散熱結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)樵试S的發(fā)熱溫度有規(guī)定，當(dāng)額定電流增大時(shí)，就要求導(dǎo)電部分的截面增大，以減小損耗和增大散熱面積。 額定短時(shí)耐受（熱穩(wěn)定）電流：在規(guī)定的使用和性能條件下，在額定短路持續(xù)時(shí)間內(nèi)，電器在關(guān)合位置時(shí)能承載的電流有效值。,額定短時(shí)耐受電流的標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)從R10系列中選取，且應(yīng)與電器的任何其它短路額定值不矛盾。 額定短路持續(xù)時(shí)間：斷路器在合閘位置時(shí)能承載額定短時(shí)耐受電流的時(shí)間間隔。 額定峰值耐受（動(dòng)穩(wěn)定）電流：在規(guī)定的使用和性能條件下，機(jī)械開關(guān)在合閘位置時(shí)能承載的額定短時(shí)耐受電流第一個(gè)大半波的電流峰值。 額定峰值耐受電流標(biāo)準(zhǔn)值等于2.

10、5倍額定短時(shí)耐受電流。按照電力系統(tǒng)特性和開關(guān)設(shè)備的操作特點(diǎn)，可能要求高于2.5倍額定短時(shí)耐受電流的值，例如，當(dāng)系統(tǒng)直流分量的衰減時(shí)間常數(shù)大于45ms，或發(fā)電機(jī)、開關(guān)等，其倍數(shù)由產(chǎn)品技術(shù)條件作出規(guī)定。,2 開斷、關(guān)合電路方面,(1)開斷短路故障 開關(guān)電器開斷有電流的電路時(shí)，觸頭分離后觸頭間會(huì)出現(xiàn)電弧，只有使電弧熄滅，電路的開斷任務(wù)才能完成。在電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)短路電流比正常負(fù)荷電流大得多，這時(shí)電路最難開斷。因此，可靠地開斷短路故障是高壓開關(guān)電器主要的也是最困難的任務(wù)。 額定短路開斷電流是標(biāo)志高壓開關(guān)電器開斷短路故障能力的參數(shù)。它是在規(guī)定的使用和性能條件下，開關(guān)電器能開斷的最大短路電流。,

11、額定短路開斷電流由兩個(gè)值來表征 交流分量有效值 額定短路開斷電流的交流分量有效值應(yīng)從下列數(shù)值中選?。? 6.3，8，10，12.5，16，20，25，31.5，40，50，63，80，100kA。 直流分量百分?jǐn)?shù) 如果直流分量不超過20%，額定短路開斷電流僅由交流分量有效值來表征,（2）快速開斷,電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障后，要求繼電保護(hù)系統(tǒng)盡快動(dòng)作，開關(guān)電器開斷得越快越好。這樣可以縮短電力系統(tǒng)故障存在的時(shí)間，減輕短路電流對電力設(shè)備造成的危害，更重要的是在超高壓電力系統(tǒng)中，縮短開關(guān)電器開斷短路故障的時(shí)間可以增加電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而保證輸電線路的輸送容量。 開斷時(shí)間是標(biāo)志開關(guān)電器開斷過程快慢的參

12、數(shù)。 開斷時(shí)間是指開關(guān)電器接到分閘指令起到所有極中電弧都熄滅的時(shí)間間隔。開斷時(shí)間由分閘時(shí)間和燃弧時(shí)間兩部分組成。,分閘時(shí)間指開關(guān)電器接到分閘指令起到所有極的弧觸頭分離瞬間的時(shí)間間隔。 燃弧時(shí)間是指開關(guān)電器從首先分離極滅弧觸頭開始分離到所有極電弧最終熄滅的時(shí)間間隔。 對于高壓開關(guān)電器分閘時(shí)間和燃弧時(shí)間都必須盡量縮短。,（3）關(guān)合短路故障,電力系統(tǒng)中的電力設(shè)備或輸電線路在未投入運(yùn)行前就已存在絕緣故障，甚至處于短路狀態(tài)，這種故障稱為“預(yù)伏故障”。當(dāng)開關(guān)電器關(guān)合有預(yù)伏故障的電路時(shí)，在關(guān)合過程中，常在動(dòng)、靜觸頭尚未接觸前，在電源電壓作用下，觸頭間隙擊穿（通常稱為預(yù)擊穿），隨即出現(xiàn)短路電流。在關(guān)合過程中出

13、現(xiàn)短路電流，會(huì)對開關(guān)電器的關(guān)合造成很大的阻力，這是由于短路電流產(chǎn)生的電動(dòng)力造成的。有的情況下，甚至出現(xiàn)動(dòng)觸頭合不到底的情況。此時(shí)在觸頭間形成持續(xù)電弧，造成開關(guān)電器的嚴(yán)重?fù)p壞甚至爆炸。為了避免出現(xiàn)上述情況，開關(guān)電器應(yīng)具有足夠的關(guān)合短路故障的能力。標(biāo)志這一能力的參數(shù)是開關(guān)電器的額定短路關(guān)合電流。,額定短路關(guān)合電流是指開關(guān)電器在額定電壓以及規(guī)定的使用和性能條件下，能保證正常關(guān)合的最大短路峰值電流。 關(guān)合時(shí)間是指開關(guān)電器接到合閘指令起到任一極中首先通過電流（因預(yù)擊穿引起）時(shí)為止的時(shí)間，它是合閘時(shí)間與預(yù)擊穿時(shí)間之差。 合閘時(shí)間指開關(guān)器接到合閘指令起到所有極觸頭均接觸為止的時(shí)間 預(yù)擊穿時(shí)間是指關(guān)合時(shí)從任意

14、一極中首先出現(xiàn)電流到所有極中觸頭均接觸的時(shí)間。,（4）開合各種空載、負(fù)載電路,高壓開關(guān)電器在電力線路中工作時(shí)除開合一般負(fù)荷外，有時(shí)需要關(guān)合、開斷空載架空線路和電纜線路，空載變壓器、并聯(lián)電抗器、電容器組、高壓電動(dòng)機(jī)等電路。開合這些電路的主要問題是可能產(chǎn)生過電壓。這時(shí)，對開關(guān)電器的要求是在開合過程中，不應(yīng)產(chǎn)生危及絕緣的過電壓，即過電壓必須限制在規(guī)定的范圍內(nèi)。標(biāo)志這方面開合能力的主要參數(shù)是額定電壓和各種開合電流，如額定線路充電開斷電流、額定電纜充電開斷電流、額定電容器組開斷電流、額定電容器組關(guān)合涌流和額定小感性開斷電流等。,額定線路充電開斷電流，是在額定電壓和規(guī)定的使用和性能條件下，應(yīng)能開斷的最大線

15、路充電電流，開斷時(shí)不得重?fù)舸疫^電壓不得大于規(guī)定的數(shù)值。額定線路充電開斷電流的規(guī)定，局限于指定使用在開合三相架空線，且額定電壓等于或大于40.5kV的開關(guān)電器。 額定電纜充電開斷電流，是在額定電壓和規(guī)定的使用和性能條件下，應(yīng)能開斷的最大電纜充電電流，開斷時(shí)不得重?fù)舸疫^電壓不得大規(guī)定的數(shù)值。 額定單個(gè)電容器組開斷電流，是在額定電壓和規(guī)定的使用和性能條件下，應(yīng)能開斷的最大電容電流，開斷時(shí)不得出現(xiàn)重?fù)舸?，且操作過電壓不得大于規(guī)定的數(shù)值。此開斷電流系指開合一組并聯(lián)電容器的電流，開關(guān)電器的電源側(cè)并沒有連接多個(gè)并聯(lián)電容器。單個(gè)電容器組開斷電流的額定值應(yīng)從R10數(shù)系中選取。,額定背對背電容器組開斷

16、電流，是在額定電壓和規(guī)定的使用和性能條件下，應(yīng)能開斷的最大電容電流，開斷時(shí)不得出現(xiàn)重?fù)舸谶\(yùn)行中操作過電壓未超過規(guī)定的最大允許值。此開斷電流系指開合一組并聯(lián)電容器的電流，開關(guān)電器電源側(cè)連接有一組或幾組并聯(lián)電容器，其關(guān)合涌流等于額定電容器組關(guān)合涌流。背對背電容器組開斷電流的額定值應(yīng)從R10數(shù)系中選取。 額定電容器組關(guān)合涌流，是在額定電壓及相應(yīng)使用條件的涌流頻率下，應(yīng)能關(guān)合的電流峰值。電容器組關(guān)合涌流的額定值應(yīng)從R10數(shù)系中選取。在運(yùn)行中，涌流的頻率通常在2kHz5kHz范圍內(nèi)。,3 自然環(huán)境方面,（1）周圍空氣溫度 溫度過低，會(huì)使高壓電器內(nèi)部的變壓器油、潤滑油、液壓油的粘度增加，影響電器的分

17、合閘速度。溫度過低還可能使密封材料的性能劣化，造成電器漏氣、漏油。反之，溫度過高可能造成導(dǎo)電部分過熱等。 國家標(biāo)準(zhǔn)交流高壓電器在長期工作時(shí)的發(fā)熱中規(guī)定，當(dāng)電器設(shè)備使用在周圍空氣溫度高于40（但不高于60）時(shí)，允許降低負(fù)荷長期工作。推薦周圍空氣溫度每增高IK，額定電流減小1.8；反之，周圍空氣溫度低于40時(shí)，每降低1K，額定電流增加0.5。但其最大過負(fù)荷不得超過額定電流的20。溫度過高，空氣的絕緣強(qiáng)度也會(huì)降低。,（2）海拔 海拔會(huì)對高壓電器的外絕緣產(chǎn)生影響。海拔高的地區(qū)，大氣壓力低，空氣稀薄，空氣的絕緣強(qiáng)度也低。因此，有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定、對用于海拔高于1000m但不超過4000m處的高壓電器，海拔每升

18、高100m，其外絕緣的絕緣強(qiáng)度大約降低1。 高海拔地區(qū)空氣稀薄、散熱差，電器各部分的溫升隨之升高。因此，在向海拔地區(qū)工作的斷路器在1000m處進(jìn)行溫升試驗(yàn)時(shí)，溫升的允許值必須降低。標(biāo)服規(guī)定，電器在海拔高于1000m但不超過4000m處且周圍空氣溫度為40工作時(shí)，每超過100m（以海拔1000m為起點(diǎn)），允許溫升降低0.3%。,（3）濕度 我國長江以南地區(qū)濕度很大，全年很長時(shí)間的濕度在90以上，甚至表面出現(xiàn)凝露。這樣大的濕度，容易引起電器的金屬件銹蝕絕緣件受潮、油漆層脫落，甚至影響機(jī)構(gòu)的可靠動(dòng)作和出現(xiàn)絕緣件表面的閃絡(luò)事故。我國標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，高壓電器應(yīng)能在日平均相對濕度不大于95，月平均相對濕度不大

19、于90的環(huán)境下工作。 （4）地震 在多地震地區(qū)選用高壓和超高壓斷路器時(shí)，應(yīng)選用抗地震性能好、結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定的接地箱殼（落地罐式）斷路器及六氟化硫氣體絕緣全封閉開關(guān)設(shè)備(GIS)。,（5）污穢 沿海地區(qū)和重工業(yè)集中地區(qū)，尤其是火電廠、煉油廠、水泥廠、化工廠和沿海的油田等地區(qū)，空氣中污穢嚴(yán)重，經(jīng)常發(fā)生電器外絕緣的污閃事故。特別是秋末冬初和冬末春初之際，以及天氣久晴之后，絕緣件上積穢較多，碰到毛毛雨天氣就更為嚴(yán)重。 戶內(nèi)使用的電器的污穢問題也不容忽視。對于污穢地區(qū)，門窗不嚴(yán)的斷路器室，如果清掃不及時(shí)，又不像戶外電器有雨的自然清掃作用，污穢積累程度并不亞于戶外電器。加上南方地區(qū)戶內(nèi)濕度高，對于環(huán)氧玻璃鋼一類的有機(jī)絕緣材料來說其沿面閃絡(luò)電壓將顯著降低。 對于污穢引起的污閃事故除加強(qiáng)清掃、改善室內(nèi)環(huán)境（密封、空調(diào)）外，還可以通過增加爬電比距（外絕緣爬電距離與電器額定電壓之比）和選用合適的絕緣材料（如硅橡膠）等來解決。 （6）風(fēng)力 過大的風(fēng)力合可能使結(jié)構(gòu)細(xì)長的高壓電器變形其至斷裂，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮這種風(fēng)力載荷。,