2020年断路器和隔离开关的原理与选择.ppt

引言
断路器：既可断开或闭合正常工作电流，也可断开或闭合过负荷电流或短路电流。如高压断路器、低压自动空气断路器等。
负荷开关：只能断开或闭合正常情况下的工作电流。如高压负荷开关、低压闸刀开关、接触器、磁力启动器等。
熔断器：只能断开故障情况下的过负荷电流或短路电流。如高压熔断器、低压熔断器。
隔离开关：不能断开或闭合电流，只能在检修时隔离电压。
开关电器的类型
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断路器和隔离开关的原理与选择
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引言
断路器的作用
在正常情况下，控制各种电力线路和设备的开断和关合。
在电力系统发生故障时，自动地切除电力系统的短路电流，以保证电力系统的正常运行。
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断路器和隔离开关的原理与选择
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一、电弧的形成与熄灭
用开关电器切断通有电流的电路时，只要电源电压大于10~20V，电流大于80~100mA，在开关电器的动、静触头分离瞬间，触头间就会出现电弧。
电弧产生后，触头虽已分开，但电路中的电流还在继续流通。只有电弧熄灭，电路才被真正断开。
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断路器和隔离开关的原理与选择
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电弧的产生
阴极发射电子
热电子发射
强电场电子发射
碰撞游离
电弧的维持
热游离
去游离
电弧的熄灭
若游离过程大于去游离过程，则电弧继续燃烧；
若去游离过程大于游离过程，则电弧逐渐熄灭。
d
复合去游离
扩散去游离
1. 电弧的产生、维持与熄灭
动触头
静触头
(-)
(+)
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断路器和隔离开关的原理与选择
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电弧温度随时间变化
电弧电流数值随时间变动，电弧的功率也随电弧电流变动。
电弧功率增大时，电弧的温度增加；反过来，当电弧功率减小时，电弧的温度降低。
电弧有热惯性
电弧的温度跟不上电流的变化，存在一个滞后过程。
交流电弧每半周自动熄灭一次
随着交流电流的周期性变化，电弧电流每隔半周过零一次。
在电弧电流自然过零前后，电源向弧隙输送的能量较少，电弧温度和热游离下降，而去游离作用继续进行，电弧将自然熄灭。
(0) 交流电弧的特性
2. 交流电弧的熄灭
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断路器和隔离开关的原理与选择
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在交流电流过零时，电弧将自动熄灭，但不等于最终熄灭。
在交流电弧自动熄灭后，弧隙中存在两个恢复过程：
弧隙介质强度恢复过程
弧隙电压恢复过程
(1) 交流电弧的熄灭条件
2. 交流电弧的熄灭
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断路器和隔离开关的原理与选择
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1) 弧隙介质强度恢复过程
真空断路器和 SF6 断路器灭弧性能较好。
含义：弧隙中介质强度恢复到绝缘的正常状态的过程。以能耐受的电压ud(t)表示。
影响因素：主要是断路器灭弧装置的结构和灭弧介质的性质。
ud
0
t
油
空气
SF6
真空
(1) 交流电弧的熄灭条件
2. 交流电弧的熄灭
油
空气
SF6
真空
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断路器和隔离开关的原理与选择
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近阴极效应
1) 弧隙介质强度恢复过程
ud
0
t
油
空气
SF6
真空
(1) 交流电弧的熄灭条件
(+)
(-)
+ - + - +
- + - + -
+ - + - +
- + - + -
(-)
(+)
+ + - - +
+ + - - -
+ + - - +
+ + - - -
2. 交流电弧的熄灭
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断路器和隔离开关的原理与选择
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2) 弧隙电压恢复过程
含义：弧隙电压由熄弧电压逐渐恢复到电源电压的过程。以ur(t)表示。
影响因素：线路参数、负荷性质等。
ur
0
t
usr
utr
utr
usr
瞬态恢复电压
工频恢复电压
对不同的线路参数，弧隙电压恢复过程可能是周期性的变化过程或非周期性的变化过程。
(1) 交流电弧的熄灭条件
2. 交流电弧的熄灭
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断路器和隔离开关的原理与选择
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综上所述，在电弧自然熄灭后，弧隙中同时存在着两个恢复过程，即弧隙电压恢复过程 ur(t) 和介质强度恢复过程 ud(t) 。
ur
0
t
usr
utr
可见，断路器开断交流电路时，电弧熄灭的条件应为
如果弧隙电压高于介质强度耐受电压，则弧隙就被击穿，电弧重燃。
如果弧隙电压低于介质强度耐受电压，则电弧不再重燃，即最终熄灭。
(1) 交流电弧的熄灭条件
2. 交流电弧的熄灭
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断路器和隔离开关的原理与选择
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