1、电力工程基础电力工程基础电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能直接直接生产、输送、分配和使用电能的设备，包括：生产、输送、分配和使用电能的设备，包括：（1 1）生产和转换电能的设备，如发电机和变压器等；）生产和转换电能的设备，如发电机和变压器等；（2 2）接通或断开电路的开关设备，如断路器、隔离开）接通或断开电路的开关设备，如断路器、隔离开 关、熔断器、接触器等；关、熔断器、接触器等；（3 3）将有关电气设备连接成电路的载流导体，如母线、）将有关电气设备连接成电路的载流导体，如母线、电缆等；电缆等；（4 4）变换电气量的设备，电压互感器和电流互感器；）
2、变换电气量的设备，电压互感器和电流互感器；（5 5）保护电器，如电抗器和避雷器等；）保护电器，如电抗器和避雷器等；（6 6）接地装置，电力系统中有工作接地、保护接地和）接地装置，电力系统中有工作接地、保护接地和 防雷接地；防雷接地；在电力系统中为了能对电气一次设备和系统的运行状况进行在电力系统中为了能对电气一次设备和系统的运行状况进行测测量、控制、保护和监察量、控制、保护和监察而需要一些专门的设备，包括：而需要一些专门的设备，包括：（1 1）测量表计。如电压表、电流表、功率表、电能表、频）测量表计。如电压表、电流表、功率表、电能表、频率表等，用于测量一次电路中的电气参数。率表等，用于测量一次电
3、路中的电气参数。（2 2）继电保护及自动装置。如各种继电器和自动装置等，）继电保护及自动装置。如各种继电器和自动装置等，用于监视一次系统的运行状况，迅速反应不正常情况并进行调用于监视一次系统的运行状况，迅速反应不正常情况并进行调节或作用于断路器跳闸，切除故障。节或作用于断路器跳闸，切除故障。（3 3）直流设备。如直流发电机、蓄电池组、硅整流装置等，）直流设备。如直流发电机、蓄电池组、硅整流装置等，为保护、控制和事故照明等提供直流电源。为保护、控制和事故照明等提供直流电源。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能发电机将机械能转变为电能的机械定子转子（a）
4、转子定子(b)电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能5变压器将一种电压的电能变换为另一种电压的电能的装置电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能（一）变压器的工作原理（一）变压器的工作原理 变压器是通过电磁感应原理，通过电磁耦合实现电能变压器是通过电磁感应原理，通过电磁耦合实现电能传递的一种静止电气设备，主要由铁芯及绕在铁芯上的绕传递的一种静止电气设备，主要由铁芯及绕在铁芯上的绕组组成。组组成。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能（二）变压器的结构（二）变压器的结构 1
5、 1 油浸式变压器油浸式变压器 2 2 干式变压器干式变压器 用环氧树脂浇注的变压器称为环氧树脂干式变压器。用环氧树脂浇注的变压器称为环氧树脂干式变压器。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能（三）变压器基本参数及性能指标（三）变压器基本参数及性能指标 1 1 基本参数基本参数 （1 1）额定电压）额定电压U U1N1N,U U2N2N，三相变压器指线电压；三相变压器指线电压；（2 2）额定容量）额定容量S SN N；（3 3）额定电流）额定电流I I1N1N,I I2N 2N，根据额定电压和额定容量计算得出；根据额定电压和额定容量计算得出；（4 4）
6、额定频率）额定频率f fN N ，我国规定工业用电频率为我国规定工业用电频率为50Hz50Hz；（5 5）阻抗电压（短路电压），通常以额定电压的百分数表示）阻抗电压（短路电压），通常以额定电压的百分数表示 由变压器由变压器短路短路试验获得，其反映在变压器在额定负载下运行时，试验获得，其反映在变压器在额定负载下运行时，漏阻抗压降的大小，相应的有漏阻抗压降的大小，相应的有短路损耗短路损耗P Pk k（6 6）空载电流，通常以额定电流的百分数表示）空载电流，通常以额定电流的百分数表示 由变压器由变压器空载空载试验获得，相应的有试验获得，相应的有空载损耗空载损耗P P0 0（7 7）连接组号）连接组号
7、 YY星形连接，星形连接，YNYN星形连接并有中性点引线，星形连接并有中性点引线，dd三角形连接，三角形连接，例例 YNd11YNd11%kU0%I电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能2 2 性能参数性能参数 （1 1）变压器负载运行，二次侧端电压变化率）变压器负载运行，二次侧端电压变化率u%u%。变压器外特性变压器外特性电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能（2 2）变压器损耗）变压器损耗p p。（3 3）变压器效率）变压器效率。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功
8、能（四）变压器分类（四）变压器分类 电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能电动机将电能变换为机械能的装置异步电动机同步电动机特种电机电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能 额定电压为额定电压为3kV3kV及以上，能够关合、承载和开断运及以上，能够关合、承载和开断运行状态的正常电流，并能在规定时间内关合、承载和行状态的正常电流，并能在规定时间内关合、承载和开断规定的异常电流（如短路电流、过负荷电流）的开断规定的异常电流（如短路电流、过负荷电流）的开关电器称为开关电器称为高压断路器高压断路器。高压断路器的。高压断路
9、器的作用作用：电力：电力网正常工作和发生故障时开断和关合电路。也即，网正常工作和发生故障时开断和关合电路。也即，控制（操作）作用；保护作用控制（操作）作用；保护作用。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能一、高压断路器的工作原理一、高压断路器的工作原理 1.电弧的电弧的概念概念 当开关电器开断电路时，电压和电流达到一定值时，触头当开关电器开断电路时，电压和电流达到一定值时，触头刚刚分离后，触头之间就会产生强烈的白光，称为电弧。刚刚分离后，触头之间就会产生强烈的白光，称为电弧。2.电弧的电弧的本质本质 电弧的实质是一种电弧的实质是一种气体气体放电现象：绝
10、缘气体（或绝缘油受热放电现象：绝缘气体（或绝缘油受热分解出气体）游离产生的自由电子导电。分解出气体）游离产生的自由电子导电。3.电弧放电的电弧放电的特征特征 （1）电弧由三部分组成：阴极区、阳极区和弧柱区；）电弧由三部分组成：阴极区、阳极区和弧柱区；（2）电弧温度很高）电弧温度很高，可达，可达5000-70005000-7000。C C；（3）电弧是一种自持放电现象；）电弧是一种自持放电现象；（4）电弧是一束游离的的气体）电弧是一束游离的的气体。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能4.4.电弧的电弧的危害危害 （1 1）电弧的存在延长了开关电器开断故
11、障电路的时）电弧的存在延长了开关电器开断故障电路的时间，加重了电力系统短路故障的危害。间，加重了电力系统短路故障的危害。（2 2）电弧产生的高温，将使触头表面熔化和蒸化，）电弧产生的高温，将使触头表面熔化和蒸化，烧坏绝缘材料。对充油电气设备还可能引起着火、爆炸烧坏绝缘材料。对充油电气设备还可能引起着火、爆炸等危险。等危险。（3 3）由于电弧在电动力、热力作用下能移动，很容）由于电弧在电动力、热力作用下能移动，很容易造成飞弧短路和伤人，或引起事故的扩大。易造成飞弧短路和伤人，或引起事故的扩大。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能5.5.电弧的电弧的形成
12、形成弧柱中自由电子的主要来源弧柱中自由电子的主要来源（1 1）热电子发射）热电子发射 当断路器的动、静触头分离时，触头间的接触压力当断路器的动、静触头分离时，触头间的接触压力及接触面积逐渐缩小，接触电阻增大，使接触部位剧烈及接触面积逐渐缩小，接触电阻增大，使接触部位剧烈发热，导致阴极表面温度急剧升高而发射电子发热，导致阴极表面温度急剧升高而发射电子 ，形成热，形成热电子发射。电子发射。（2 2）强电场发射）强电场发射 开关电器分闸的瞬间，由于动、静触头的距离很小，开关电器分闸的瞬间，由于动、静触头的距离很小，触头间的电场强度就非常大，使触头内部的电子在强电触头间的电场强度就非常大，使触头内部的
13、电子在强电场作用下被拉出来，就形成强电场发射。场作用下被拉出来，就形成强电场发射。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能（3 3）碰撞游离）碰撞游离 从阴极表面发射出的电子在电场力的作用下高速向阳极从阴极表面发射出的电子在电场力的作用下高速向阳极运动，在运动过程中不断地与中性质点（原子或分子）发生运动，在运动过程中不断地与中性质点（原子或分子）发生碰撞。当高速运动的电子积聚足够大的动能时，就会从中性碰撞。当高速运动的电子积聚足够大的动能时，就会从中性质点中打出一个或多个电子，使中性质点游离，这一过程称质点中打出一个或多个电子，使中性质点游离，这一过程称
14、为碰撞游离。为碰撞游离。（4 4）热游离）热游离 弧柱中气体分子在高温作用下产生剧烈热运动，动能很弧柱中气体分子在高温作用下产生剧烈热运动，动能很大的中性质点互相碰撞时，将被游离而形成电子和正离子，大的中性质点互相碰撞时，将被游离而形成电子和正离子，这种现象称为热游离。这种现象称为热游离。弧柱导电就是靠热游离来维持的。弧柱导电就是靠热游离来维持的。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能5.5.电弧的电弧的形成过程形成过程断路器断开过程中电弧是这样形成的：触头刚分离时突然解断路器断开过程中电弧是这样形成的：触头刚分离时突然解除接触压力，阴极表面立即出现高
15、温炽热点，产生除接触压力，阴极表面立即出现高温炽热点，产生热电子发热电子发射射；同时，由于触头的间隙很小，使得电压强度很高，产生；同时，由于触头的间隙很小，使得电压强度很高，产生强电场发射强电场发射。从阴极表面逸出的电子在强电场作用下，加速。从阴极表面逸出的电子在强电场作用下，加速向阳极运动，发生向阳极运动，发生碰撞游离碰撞游离，导致触头间隙中带电质点急剧，导致触头间隙中带电质点急剧增加，温度骤然升高，产生增加，温度骤然升高，产生热游离热游离并且成为游离的的主要因并且成为游离的的主要因素，此时，在外加电压作用下，素，此时，在外加电压作用下，间隙被击穿间隙被击穿，形成电弧。，形成电弧。电力工程基
16、础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能6.6.电弧的电弧的去游离过程：去游离过程：包括包括复合复合和和扩散扩散两种形式。两种形式。（1 1）复合）复合 复合是正、负带电质点相互结合变成不带电质点的现复合是正、负带电质点相互结合变成不带电质点的现象。由于弧柱中电子的运动速度很快，约为正离子的象。由于弧柱中电子的运动速度很快，约为正离子的10001000倍，所以电子直接与正离子复合的几率很小。一般情况下，倍，所以电子直接与正离子复合的几率很小。一般情况下，先是电子碰撞中性质点时，被中性质点捕获变成负离子，先是电子碰撞中性质点时，被中性质点捕获变成负离子，然后再与质量
17、和运动速度相当的正离子互相吸引而接近，然后再与质量和运动速度相当的正离子互相吸引而接近，交换电荷后成为中性质点。交换电荷后成为中性质点。还有一种情况还有一种情况就是电子先被固就是电子先被固体介质表面吸附后，再被正离子捕获成为中性质点。体介质表面吸附后，再被正离子捕获成为中性质点。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能（2 2）扩散）扩散 扩散是弧柱中的带电质点逸出弧柱以外，进入周围扩散是弧柱中的带电质点逸出弧柱以外，进入周围介质的现象。扩散有介质的现象。扩散有三种形式三种形式：温度扩散温度扩散：由于电弧和周围介质间存在很大：由于电弧和周围介质间存在很大
18、温差温差，使，使得电弧中的高温带电质点向温度低的周围介质中扩散，得电弧中的高温带电质点向温度低的周围介质中扩散，减少了电弧中的带电质点；减少了电弧中的带电质点；浓度扩散浓度扩散：因为电弧和周围介质存在：因为电弧和周围介质存在浓度差浓度差，带电质，带电质点就从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，使电弧中的点就从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，使电弧中的带电质点减少；带电质点减少；利用吹弧扩散利用吹弧扩散：在断路器中采用：在断路器中采用高速气体吹弧高速气体吹弧，带走，带走电弧中的大量带电质点，以加强扩散作用。电弧中的大量带电质点，以加强扩散作用。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与
19、功能电气设备的原理与功能7.7.影响去游离的因素影响去游离的因素（1 1）电弧温度）电弧温度 电弧是由电弧是由热游离热游离维持的，降低电弧温度就可以减弱热游维持的，降低电弧温度就可以减弱热游离，减少新的带电质点的的产生。同时，也减小了带电质点离，减少新的带电质点的的产生。同时，也减小了带电质点的运动速度，加强了复合作用。通过的运动速度，加强了复合作用。通过快速拉长电弧，用气体快速拉长电弧，用气体或油吹动电弧，或使电弧与固体介质表面接触或油吹动电弧，或使电弧与固体介质表面接触等，都可以降等，都可以降低电弧的温度。低电弧的温度。（2 2）介质的特性）介质的特性 电弧燃烧时所在电弧燃烧时所在介质介质
20、的特性在很大程度上决定了电弧中的特性在很大程度上决定了电弧中去游离的强度，这些特性包括：导热系数、热容量、热游离去游离的强度，这些特性包括：导热系数、热容量、热游离温度、介电强度等。若这些温度、介电强度等。若这些参数值越大参数值越大，则去游离过程就越，则去游离过程就越强，电弧就越容易熄灭。强，电弧就越容易熄灭。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能（3 3）气体介质的压力）气体介质的压力 气体介质的压力对电弧去游离的影响很大。因为，气体气体介质的压力对电弧去游离的影响很大。因为，气体的的压力越大压力越大，电弧中质点的浓度就越大，质点间的距离就越，电弧中
21、质点的浓度就越大，质点间的距离就越小，复合作用越强，小，复合作用越强，电弧就越容易熄灭，电弧就越容易熄灭，如压缩空气如压缩空气。在高度的在高度的真空真空中，由于发生碰撞的几率减小，抑制了碰中，由于发生碰撞的几率减小，抑制了碰撞游离，而扩散作用却很强。因此，撞游离，而扩散作用却很强。因此，真空是很好的灭弧介质真空是很好的灭弧介质。（4 4）触头材料）触头材料 触头材料也影响去游离的过程。当触头采用触头材料也影响去游离的过程。当触头采用熔点高、导熔点高、导热能力强和热容量大的耐高温金属热能力强和热容量大的耐高温金属时，减少了热电子发射和时，减少了热电子发射和电弧中的金属蒸汽，有利于电弧熄灭。电弧中
22、的金属蒸汽，有利于电弧熄灭。除了上述因素以外，去游离还受除了上述因素以外，去游离还受电场电压电场电压等因素的影响。等因素的影响。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能8.8.交流交流电弧的电弧的特性特性 在交流电路中，电流瞬时值随时间变化，因而电弧的温在交流电路中，电流瞬时值随时间变化，因而电弧的温度、直径以及电弧电压也随时间变化，电弧的这种特性称为度、直径以及电弧电压也随时间变化，电弧的这种特性称为动特性动特性。由于弧柱的受热升温或散热降温都有一定过程，跟。由于弧柱的受热升温或散热降温都有一定过程，跟不上快速变化的电流，所以电弧温度的变化总不上快速变
23、化的电流，所以电弧温度的变化总滞后滞后于电流的于电流的变化，这种现象称为电弧的变化，这种现象称为电弧的热惯性热惯性。交流电弧在交流电流自然过零时将交流电弧在交流电流自然过零时将自动熄灭自动熄灭，但在下半，但在下半周随着电压的增高，电弧又周随着电压的增高，电弧又重燃重燃。如果电弧过零后，电弧不。如果电弧过零后，电弧不发生重燃，电弧就此熄灭。熄灭交流电弧的发生重燃，电弧就此熄灭。熄灭交流电弧的关键关键在于电弧电在于电弧电流过零后，弧隙的流过零后，弧隙的介质强度的恢复过程介质强度的恢复过程能否始终大于能否始终大于弧隙电弧隙电压的恢复过程压的恢复过程。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的
24、原理与功能电气设备的原理与功能电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能9.9.熄灭熄灭交流交流电弧电弧的的方法方法 本质本质：削弱游离过程，加强去游离过程：削弱游离过程，加强去游离过程（1 1）提高触头的分闸速度）提高触头的分闸速度（2 2）采用多断口）采用多断口（3 3）吹弧）吹弧（4 4）短弧原理灭弧）短弧原理灭弧（5 5）利用固体介质的狭缝狭沟灭弧）利用固体介质的狭缝狭沟灭弧（6 6）用耐高温金属材料作触头、优质灭弧介质）用耐高温金属材料作触头、优质灭弧介质电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能（1 1）提
25、高触头的分闸速度）提高触头的分闸速度迅速拉长电弧，有利于迅速减小弧柱中的电位梯度，迅速拉长电弧，有利于迅速减小弧柱中的电位梯度，增加电弧与周围介质的接触面积，加强冷却和扩散的增加电弧与周围介质的接触面积，加强冷却和扩散的作用。因此，现代高压开关中都采取了迅速拉长电弧作用。因此，现代高压开关中都采取了迅速拉长电弧的措施灭弧，如采用强力分闸弹簧，其分闸速度已达的措施灭弧，如采用强力分闸弹簧，其分闸速度已达16m/s16m/s以上。以上。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能（2 2）采用多断口）采用多断口 每一相有每一相有两个或多个两个或多个断口相断口相串
26、联串联。在熄弧时，多断口把。在熄弧时，多断口把电弧分割成多个相串联的小电弧段。多断口使电弧的总长度电弧分割成多个相串联的小电弧段。多断口使电弧的总长度加长，加长，导致弧隙的电阻增加导致弧隙的电阻增加；在触头行程、分闸速度相同的；在触头行程、分闸速度相同的情况下，电弧被拉长的速度成倍增加，使弧隙电阻加速增大，情况下，电弧被拉长的速度成倍增加，使弧隙电阻加速增大，提高了介质强度的恢复速度，缩短了灭弧时间。提高了介质强度的恢复速度，缩短了灭弧时间。采用多断口时，加在采用多断口时，加在每一断口上的电压成倍减少每一断口上的电压成倍减少，降低降低了弧隙的恢复电压了弧隙的恢复电压，亦有利于熄灭电弧。在要求将
27、电弧拉到，亦有利于熄灭电弧。在要求将电弧拉到同样的长度时，采用多断口结构成倍减小了触头行程，也就同样的长度时，采用多断口结构成倍减小了触头行程，也就减小了开关电器的尺寸减小了开关电器的尺寸。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能（3 3）吹弧）吹弧 用新鲜而且低温的介质吹拂电弧时，可以将带电质点吹用新鲜而且低温的介质吹拂电弧时，可以将带电质点吹到弧隙以外，到弧隙以外，加强了扩散加强了扩散，由于电弧被拉长变细，使，由于电弧被拉长变细，使弧隙的弧隙的电导下降电导下降。吹弧还使电
28、弧的。吹弧还使电弧的温度下降温度下降，热游离减弱，复合加，热游离减弱，复合加快。吹弧可分为以下几种：快。吹弧可分为以下几种：n按吹弧气流产生的方法分：按吹弧气流产生的方法分：用油气吹弧用油气吹弧 用压缩空气或六氟化硫气体吹弧用压缩空气或六氟化硫气体吹弧 产气管吹弧产气管吹弧n按吹弧的方向分为：按吹弧的方向分为：纵吹纵吹 横吹横吹 纵横吹纵横吹电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能n 按吹弧气流产生的方法分按吹弧气流产生的方法分用油气吹弧用油气吹弧 用油气作吹弧介质的断路器称为用油气作吹弧介质的断路器称为油断路器油断路器。在这。在这种断路器中，有用专用材
29、料制成的灭弧室，其中充满种断路器中，有用专用材料制成的灭弧室，其中充满了绝缘油。当断路器触头分离产生电弧后，电弧的高了绝缘油。当断路器触头分离产生电弧后，电弧的高温使一部分绝缘油迅速分解为氢气、乙炔、甲烷、乙温使一部分绝缘油迅速分解为氢气、乙炔、甲烷、乙烷、二氧化碳等气体，其中氢的灭弧能力是空气的烷、二氧化碳等气体，其中氢的灭弧能力是空气的7.57.5倍。这些油气体在灭弧室中积蓄能量，一旦打开吹口，倍。这些油气体在灭弧室中积蓄能量，一旦打开吹口，即形成高压气流吹弧。即形成高压气流吹弧。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能用压缩空气或六氟化硫气体吹弧用
30、压缩空气或六氟化硫气体吹弧 将将2020个左右大气压的压缩空气或个左右大气压的压缩空气或5 5个大气压左右的六个大气压左右的六氟化硫气体（氟化硫气体（SF6SF6）先储存在专门的储气罐中，断路器分）先储存在专门的储气罐中，断路器分闸时产生电弧，随后打开喷口，用具有一定压力的气体闸时产生电弧，随后打开喷口，用具有一定压力的气体吹弧。吹弧。产气管吹弧产气管吹弧 产气管由纤维、塑料等有机固体材料制成，电弧燃产气管由纤维、塑料等有机固体材料制成，电弧燃烧时与管的内壁紧密接触，在高温作用下，一部分管壁烧时与管的内壁紧密接触，在高温作用下，一部分管壁材料迅速分解为氢气、二氧化碳等，这些气体在管内受材料迅速
31、分解为氢气、二氧化碳等，这些气体在管内受热膨胀，增高压力，向管的端部形成吹弧。热膨胀，增高压力，向管的端部形成吹弧。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能n 按吹弧的方向分为按吹弧的方向分为纵吹纵吹 吹弧的介质（气流或油流）沿电弧方向的吹拂称为纵吹，吹弧的介质（气流或油流）沿电弧方向的吹拂称为纵吹，纵吹能增强弧柱中的带电质点向外纵吹能增强弧柱中的带电质点向外扩散扩散，使新鲜介质更好地，使新鲜介质更好地与炽热电弧接触，加强电弧的与炽热电弧接触，加强电弧的冷却冷却，有利于迅速灭弧。，有利于迅速灭弧。横吹横吹 横吹时气流或油流的方向与触头运动方向是垂直的，或
32、横吹时气流或油流的方向与触头运动方向是垂直的，或者说与电弧轴线方向垂直。横吹不但能加强者说与电弧轴线方向垂直。横吹不但能加强冷却冷却和增强和增强扩散扩散，还能将电弧迅速还能将电弧迅速吹弯吹长吹弯吹长。有介质灭弧栅有介质灭弧栅的横吹灭弧室，栅的横吹灭弧室，栅片能更充分地冷却和吸附电弧，加强去游离。片能更充分地冷却和吸附电弧，加强去游离。在相同的工作在相同的工作条件下，横吹比纵吹效果要好条件下，横吹比纵吹效果要好。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能纵横吹纵横吹 横吹灭弧室在
33、开断小横吹灭弧室在开断小电流时因室内压力太小，电流时因室内压力太小，开断性能较差。为了改善开断性能较差。为了改善开断小电流时的灭弧性能，开断小电流时的灭弧性能，可将纵吹和横吹结合起来。可将纵吹和横吹结合起来。在在大电流时大电流时主要靠横吹，主要靠横吹，小电流小电流时主要靠纵吹，这时主要靠纵吹，这就是纵横吹灭弧室。就是纵横吹灭弧室。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能（4 4）短弧原理灭弧）短弧原理灭弧灭弧装置是一个灭弧装置是一个金属栅灭弧罩金属栅灭弧罩，其将电弧分为多个串联的短弧，其将电弧分为多个串联的短弧的方法来灭弧。由于受到电磁力的作用，电弧从金
34、属栅片的缺的方法来灭弧。由于受到电磁力的作用，电弧从金属栅片的缺口处被引入金属栅片内，一束长弧就被多个金属片分割成多个口处被引入金属栅片内，一束长弧就被多个金属片分割成多个串联的短弧。如果所有串联短弧阴极区的起始介质强度串联的短弧。如果所有串联短弧阴极区的起始介质强度或阴极或阴极区的电压降的总和永区的电压降的总和永远大于触头间的外施远大于触头间的外施电压，电弧就不再重电压，电弧就不再重燃而熄灭。采用燃而熄灭。采用缺口缺口铁质栅片铁质栅片，是为了减，是为了减少电弧进入栅片的阻少电弧进入栅片的阻力，缩短燃弧时间。力，缩短燃弧时间。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备
35、的原理与功能（5 5）利用固体介质的狭缝狭沟灭弧）利用固体介质的狭缝狭沟灭弧 灭弧装置的灭弧装置的灭弧片是由石棉水泥或陶土制成的灭弧片是由石棉水泥或陶土制成的。触头间。触头间产生电弧后，在磁吹装置产生的磁场作用下，将电弧吹入由产生电弧后，在磁吹装置产生的磁场作用下，将电弧吹入由灭弧片构成的狭缝中，把电弧迅速拉长的同时，使电弧与灭灭弧片构成的狭缝中，把电弧迅速拉长的同时，使电弧与灭弧片内壁紧密接触，对电弧的表面进行冷却和吸附，产生强弧片内壁紧密接触，对电弧的表面进行冷却和吸附，产生强烈的去游离。烈的去游离。石英砂熔断器石英砂熔断器中的熔丝熔断时，在石英砂的狭沟中产生中的熔丝熔断时，在石英砂的狭沟
36、中产生电弧。由于受到石英砂的冷却和表面吸附作用，使电弧迅速电弧。由于受到石英砂的冷却和表面吸附作用，使电弧迅速熄灭。同时，熔丝气化时产生的金属蒸汽渗入石英砂中遇冷熄灭。同时，熔丝气化时产生的金属蒸汽渗入石英砂中遇冷而迅速凝结，大大减少了弧隙中的金属蒸汽，使得电弧容易而迅速凝结，大大减少了弧隙中的金属蒸汽，使得电弧容易熄灭。熄灭。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能（6 6）用耐高温金属材料作触头、优质灭弧介质）用耐高温金属材料作触头、优质灭弧介质 触头材料触头材料对电弧中
37、的去游离也有一定影响，用熔点对电弧中的去游离也有一定影响，用熔点高、导热系数和热容量大的耐高温金属制作触头，可以高、导热系数和热容量大的耐高温金属制作触头，可以减少热电子发射和电弧中的金属蒸汽，从而减弱了游离减少热电子发射和电弧中的金属蒸汽，从而减弱了游离过程，有利于熄灭电弧。过程，有利于熄灭电弧。灭弧介质的特性灭弧介质的特性，如导热系数、电强度、热游离温，如导热系数、电强度、热游离温度、热容量等，对电弧的游离程度具有很大影响，这些度、热容量等，对电弧的游离程度具有很大影响，这些参数值越大，去游离作用就越强。在高压开关中，广泛参数值越大，去游离作用就越强。在高压开关中，广泛采用采用压缩空气、六
38、氟化硫（压缩空气、六氟化硫（SF6）气体、真空）气体、真空等作为灭弧等作为灭弧介质。介质。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能二、高压断路器的基本技术数据二、高压断路器的基本技术数据（1 1）额定电压（）额定电压（kVkV）保证断路器长时间正常运行能承受的工作电压（线电压），保证断路器长时间正常运行能承受的工作电压（线电压），我国我国采用的额定电压等级：采用的额定电压等级：3 3、6 6、1010、3535、6060、110110、220220、330330、500500、750750、1000kV1000kV等。等。（2 2）最高工作电压（）最高工
39、作电压（kVkV）通常规定，通常规定，220kV220kV及以下及以下设备，其最高工作电压为额定电设备，其最高工作电压为额定电 压的压的1.151.15倍；对于倍；对于330kV330kV及以上及以上的设备规定为额定电压的的设备规定为额定电压的1.11.1倍倍 。我国我国采用的最高电压有：采用的最高电压有：3.53.5、6.96.9、11.511.5、40.540.5、6969、126126、252252、363363、550550、825825、1100kV1100kV等。等。（3 3）额定电流（）额定电流（A A）断路器在规定的基准环境温度下允许长期通过的最大工作断路器在规定的基准环境温度
40、下允许长期通过的最大工作电流电流有效值有效值。我国我国采用的额定电流有：采用的额定电流有：200200、400400、630630、10001000、12501250、16001600、20002000、25002500、31503150、40004000、50005000、63006300、80008000、1000010000、1250012500、1600016000、20000A20000A等。等。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能（4 4）额定开断电流（）额定开断电流（kAkA）在额定电压下在额定电压下，断路器能可靠开断的最大电流，断路器
41、能可靠开断的最大电流有效值有效值，称为该电压下的称为该电压下的额定开断电流额定开断电流 。在电压低于额定电压在电压低于额定电压时时，开断电流可以比额定开断电流大，但由于灭弧装，开断电流可以比额定开断电流大，但由于灭弧装置机械强度的限制，开断电流有个极限值，称为置机械强度的限制，开断电流有个极限值，称为极限极限开断电流开断电流。（5 5）额定关合电流（）额定关合电流（kAkA）在额定电压下在额定电压下，断路器能可靠地闭合的最大短路电流，断路器能可靠地闭合的最大短路电流峰值峰值。额定关合电流反映断路器关合短路故障的能力，。额定关合电流反映断路器关合短路故障的能力，主要决定于断路器灭弧装置的性能、触
42、头构造及操动主要决定于断路器灭弧装置的性能、触头构造及操动机构的型式。机构的型式。（6 6）额定热稳定电流（）额定热稳定电流（kAkA）断路器在规定时间（通常为断路器在规定时间（通常为4s4s）内允许通过的最大短）内允许通过的最大短路电流路电流有效值有效值。额定热稳定电流。额定热稳定电流表明表明断路器承受短路断路器承受短路电流电流热效应热效应的能力。的能力。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能（7 7）额定动稳定电流（）额定动稳定电流（kAkA）断路器在断路器在闭合闭合状态下，允许通过的最大短路电流状态下，允许通过的最大短路电流峰值峰值，又称又称极限
43、通过电流极限通过电流。额定动稳定电流。额定动稳定电流表明表明断路器在冲击断路器在冲击短路电流的作用下，承受短路电流的作用下，承受电动力效应电动力效应的能力，它决定于的能力，它决定于导体和绝缘等部件的机械强度导体和绝缘等部件的机械强度 。（8 8）合闸时间（）合闸时间（s s）断路器从接到合闸命令（合闸回路通电）起到断路器触断路器从接到合闸命令（合闸回路通电）起到断路器触头刚接触时所经过的时间间隔，称为合闸时间。头刚接触时所经过的时间间隔，称为合闸时间。（9 9）分闸时间（）分闸时间（s s）分闸时间是反映断路器分闸时间是反映断路器开断过程快慢开断过程快慢的参数。的参数。电力工程基础电力工程基础
44、 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能1 1）固有分闸时间）固有分闸时间t t1 1 指断路器接到分闸命令指断路器接到分闸命令起到灭弧触头刚分离时起到灭弧触头刚分离时所经过的时间所经过的时间2 2）灭弧时间）灭弧时间t t2 2触头分离到各相电弧完触头分离到各相电弧完全熄灭所经过的时间全熄灭所经过的时间 3 3）全分闸时间）全分闸时间t tt t 断路器从接到分闸命令断路器从接到分闸命令起到断路器触头开断至起到断路器触头开断至三相电弧完全熄灭时所三相电弧完全熄灭时所经过的时间间隔。经过的时间间隔。
45、t tt t=t=t1 1+t+t2 2（1010）额定开断容量（）额定开断容量（MVAMVA）断路器的开断能力也可间接用开断容量来表示，断路器的开断能力也可间接用开断容量来表示，其大小与额定电压与额定开断电流的有关：其大小与额定电压与额定开断电流的有关：3NNbNbrNNrbrNbrUISUSI其中，断路器的额定电压断路器的额定开断电流断路器的额定开断容量电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能三、高压断路器的型号含义三、高压断路器的型号含义1234567产品名称；产品名称；S S少油断路器，少油断路器，D D多油断路器，多油断路器，L L六氟六氟化硫
46、（化硫（SF6SF6）断路器，）断路器，Z Z真空断路器，真空断路器，K K压缩空气断压缩空气断路器，路器，Q Q自产气断路器，自产气断路器，C C磁吹断路器磁吹断路器 安装地点；安装地点；N N户内户内型，型，W W户外型户外型 设计序号设计序号 额定电压（或最高工额定电压（或最高工作电压）（作电压）（kVkV）补充特性：补充特性：C C手车式，手车式，G G改进型，改进型，W W防污型，防污型，Q Q防震型防震型 额定电流（额定电流（A A）额定开断电额定开断电流（流（kAkA）例如：例如：ZN28ZN2812/125012/12502525，表示户内式真空断路，表示户内式真空断路器，设计
47、序号为器，设计序号为2828，最高工作电压，最高工作电压12kV12kV，额定电流为，额定电流为1250A1250A，额定开断电流为，额定开断电流为25kA25kA。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能四、高压断路器的类型四、高压断路器的类型 按灭弧介质的不同分类按灭弧介质的不同分类 （1 1）油断路器）油断路器 采用采用绝缘油绝缘油作为作为灭弧介质灭弧介质的断路器，的断路器，逐渐被淘汰。逐渐被淘汰。（2 2）压缩空气断路器）压缩空气断路器 采用采用压缩空气压缩空气作为作
48、为灭弧介质灭弧介质及操作机构能源的断路器。及操作机构能源的断路器。（3 3）真空断路器）真空断路器 在真空中开断电流，利用在真空中开断电流，利用真空真空的高绝缘强度来实现的高绝缘强度来实现灭弧灭弧的断路器。的断路器。（4 4）六氟化硫（）六氟化硫（SF6SF6）断路器）断路器 采用具有优良灭弧性能的采用具有优良灭弧性能的SF6SF6气体气体作为作为灭弧介质灭弧介质的断路器。的断路器。（1 1）油断路器）油断路器n 多油断路器多油断路器多油断路器的触头和灭弧系统放置在由钢板焊接成的装多油断路器的触头和灭弧系统放置在由钢板焊接成的装有大量绝缘油的油箱中，其绝缘油有大量绝缘油的油箱中，其绝缘油既是既
49、是灭弧介质，灭弧介质，又是又是主要的绝缘介质，承受不同的导体之间及导体与地之间主要的绝缘介质，承受不同的导体之间及导体与地之间的绝缘。的绝缘。结构特点：结构特点：结构简单，制造方便，便于在套管上加装电结构简单，制造方便，便于在套管上加装电流互感器，配套性强；耗钢、耗油量大、体积大、重量流互感器，配套性强；耗钢、耗油量大、体积大、重量重；属自能式灭弧结构。重；属自能式灭弧结构。技术特点：技术特点：额定电流不易做得很大；开断小电流时，燃额定电流不易做得很大；开断小电流时，燃弧时间较长；开断电路的速度较慢；油量多，有发生爆弧时间较长；开断电路的速度较慢；油量多，有发生爆炸和火灾的危险性。炸和火灾的危
50、险性。运行维护特点：运行维护特点：运行维护简单；噪声低；检修周期短；运行维护简单；噪声低；检修周期短；需配备一套油处理装置。需配备一套油处理装置。电力工程基础电力工程基础 第二章第二章 电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能n 少油断路器少油断路器少油断路器的触头和灭弧系统放置在装有少量绝缘油的绝少油断路器的触头和灭弧系统放置在装有少量绝缘油的绝缘筒中，其缘筒中，其绝缘油绝缘油主要主要作为灭弧介质，只承受触头断开时作为灭弧介质，只承受触头断开时断口之间的绝缘，断口之间的绝缘，不作为主要不作为主要的绝缘介质的绝缘介质。少油断路器中。少油断路器中不同相的导电部分之间及导体与地之间是利用空气、陶瓷
