第三章城市軌道交通變電所中一次設(shè)備

1、第三章 城市軌道交通變電所中的一次設(shè)備一、電氣設(shè)備的分類城市軌道交通變電所中的電氣設(shè)備可以分為一次設(shè)備和二次電氣設(shè)備兩大類，一次設(shè)備是城軌供電系統(tǒng)的主體，二次設(shè)備是城軌供電系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要保障，二者缺一不可，共同協(xié)調(diào)工作才能保證變配電系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行。1.一次設(shè)備電氣一次設(shè)備也被稱為主設(shè)備，是指直接用于接受電能、改變電能電壓和分配電能的設(shè)備和載流導(dǎo)體。它主要包括變壓器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、整流器等。由電氣一次設(shè)備相互連接，構(gòu)成的電氣回路稱為一次回路或一次接線系統(tǒng)。 第一節(jié) 一次設(shè)備概述根據(jù)一次設(shè)備的功能，可將它們分為以下幾類：（1）開(kāi)關(guān)電器 用來(lái)關(guān)合和開(kāi)斷電路的電器，包括斷路器、隔離開(kāi)關(guān)

2、、熔斷器和負(fù)荷開(kāi)關(guān)。（2）限制電器 用來(lái)限制電路中電壓或電流的電器，包括電抗器、避雷器。（3）變換電器 用來(lái)變換電路中的電壓和電流使之便于檢測(cè)的電器，包括電流互感器、電壓互感器。（4）成套裝置和組合電器 將開(kāi)關(guān)電器、限制電器和變換電器按一定的線路裝配成一個(gè)整體的電器組合。主要有高壓開(kāi)關(guān)柜、低壓成套電器裝置以及氣體絕緣金屬封閉組合電器GIS等。（5）補(bǔ)償電器 指用于補(bǔ)償系統(tǒng)的無(wú)功功率、提高功率因數(shù)的設(shè)備。主要有電力電容器和同步補(bǔ)償機(jī)等。一次設(shè)備還可以按照電流制式分為交流電器和直流電器。交流電器是工作于三相或單相工頻交流制式的電器。直流電器是指工作于直流制系統(tǒng)的電器。 第一節(jié) 一次設(shè)備概述2.二次

3、設(shè)備對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行控制、保護(hù)、監(jiān)測(cè)和指示的設(shè)備，稱為二次設(shè)備。如各種繼電器、控制開(kāi)關(guān)、成套繼電保護(hù)裝置等。二次設(shè)備是城軌供電系統(tǒng)的重要組成部分。由二次設(shè)備相互連接，構(gòu)成對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制、調(diào)節(jié)和保護(hù)的電氣回路稱為二次回路或二次接線系統(tǒng)。 第一節(jié) 一次設(shè)備概述二、對(duì)一次電氣設(shè)備的基本要求一次電氣設(shè)備是城軌供電系統(tǒng)的主體，設(shè)備故障可能導(dǎo)致停電甚至發(fā)生重大安全事故，在對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇時(shí)，應(yīng)考慮安全、可靠和經(jīng)濟(jì)等多方面的因素，并滿足以下基本要求：1）能長(zhǎng)期承受工頻最高工作電壓、短期承受內(nèi)部過(guò)電壓和外部過(guò)電壓的作用而不被擊穿；2）能長(zhǎng)期承受額定電流、短期過(guò)載電流的作用，溫升在允許范圍之內(nèi)；

4、 3）能承受短路電動(dòng)力效應(yīng)和熱效應(yīng)的作用而不被損壞；4）開(kāi)關(guān)電器的斷流能力應(yīng)符合有關(guān)的規(guī)定；5）供測(cè)量和保護(hù)用變換電器應(yīng)符合規(guī)定的精度要求；6）在規(guī)定的使用環(huán)境中能承受一定外界條件的影響并安全可靠地運(yùn)行 第一節(jié) 一次設(shè)備概述一、變壓器概述1.什么是變壓器變壓器是一種靜止的電氣設(shè)備，它通過(guò)線圈間的電磁感應(yīng),將一種電壓等級(jí)的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種或幾種電壓等級(jí)的交流電能。2.變壓器的用途 變壓器除用于改變電壓外，還可用于改變電流、變換阻抗等。3.變壓器的基本結(jié)構(gòu)及基本工作原理。（1）基本結(jié)構(gòu) 雖然變壓器種類繁多，用途各異，但變壓器的基本結(jié)構(gòu)大致相同。最簡(jiǎn)單的變壓器是由一個(gè)閉合的軟磁鐵心和兩個(gè)

5、套在鐵心上相互絕緣的繞組構(gòu)成的。如圖3-1所示。第二節(jié) 變壓器第二節(jié) 變壓器圖圖3-1 3-1 變壓器基本結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖變壓器基本結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖（2）基本工作原理4、變壓器的分類變壓器的常用分類方式如下：1）按用途分：電力變壓器和特種變壓器。2）按繞組數(shù)目分：?jiǎn)卫@組（自耦）變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器和多繞組變壓器。電力變壓器3）按相數(shù)分：?jiǎn)蜗嘧儔浩鳌⑷嘧儔浩骱投嘞嘧儔浩鳌?）按鐵心結(jié)構(gòu)分：心式變壓器和殼式變壓器。5）按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分：干式變壓器、油浸式變壓器和充氣式變壓器。 6）按調(diào)壓方式分：有載調(diào)壓變壓器和無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓變壓器。變壓器二次側(cè)不帶負(fù)載，一次側(cè)也與電網(wǎng)斷開(kāi)

6、 (無(wú)電源勵(lì)磁)的調(diào)壓，稱為無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓，帶負(fù)載進(jìn)行變換繞組分接的調(diào)壓，稱為有載調(diào)壓。第二節(jié) 變壓器第二節(jié) 變壓器5變壓器的主要技術(shù)參數(shù)（1）額定容量 它是變壓器額定工作條件下輸出能力的保證值，是額定視在功率，單位有：伏安（VA）或千伏安（kVA）或兆伏安（MVA）。（2）額定電壓U1N/U2N 均指變壓器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行所能承受的工作電壓。原邊額定電壓U1N是指電源加在原繞組上的額定電壓；副邊額定電壓U2N是指原邊加額定電壓副邊空載時(shí)副繞組的端電壓，單位有：伏（V）或千伏（kV）。（3）額定電流I1N/I2N 原、副邊額定電流是指在額定容量和額定電壓時(shí)所長(zhǎng)期允許通過(guò)的電流，單位是安（A）。三相變壓器

7、的額定電流都是指的線電流。（4）額定頻率fN 指工業(yè)用電頻率，我國(guó)規(guī)定為50Hz。（5）聯(lián)接組別 第二節(jié) 變壓器二、油浸式電力變壓器的結(jié)構(gòu) 油浸式電力變壓器主要由鐵心、繞組、油箱、調(diào)壓裝置、冷卻裝置、保護(hù)裝置、引出線裝置以及其他附件組成。城軌供電系統(tǒng)的主變電所中主變壓器一般采用三相油浸式電力變壓器，圖3-3為其外形圖。其主要部件及功能如下：圖3-3 油浸式變壓器第二節(jié) 變壓器1、鐵心2、繞組3、油箱4、調(diào)壓裝置5、冷卻裝置6、保護(hù)裝置7、引出線裝置第二節(jié) 變壓器圖3-4 心式變壓器鐵心第二節(jié) 變壓器三、干式變壓器1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)圖3-5 10kV級(jí)SCB10型（IP00) )高壓接線端子低壓接線端

8、子溫控儀冷卻風(fēng)機(jī)環(huán)氧樹(shù)脂澆注的高、低壓繞組 鐵心無(wú)載分接開(kāi)關(guān)第二節(jié) 變壓器2、干式變壓器的形式1）開(kāi)啟式2）封閉式3）澆注式圖3-6 環(huán)氧澆注式變壓器鐵心的典型結(jié)構(gòu)a)拉板式 b)拉螺桿式1-鐵軛夾緊螺桿 2-吊板 3-上夾件 4-旁螺桿 5-拉板 6-綁扎帶 7-拉板絕緣 8-硅膠條 9-硅鋼片 10-下夾件 11-鐵心封片 12-拉螺桿第二節(jié) 變壓器3、干式變壓器的溫度控制系統(tǒng)圖3-7 TTC-310系列溫度控制器的原理圖第二節(jié) 變壓器4干式變壓器的冷卻方式 干式變壓器冷卻方式分為自然空氣冷卻(AN)和強(qiáng)迫空氣冷卻(AF)。自然空冷時(shí)，變壓器可在額定容量下長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。強(qiáng)迫風(fēng)冷時(shí)，變壓器輸

9、出容量可提高50%。適用于斷續(xù)過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，或應(yīng)急事故過(guò)負(fù)荷運(yùn)行；由于過(guò)負(fù)荷時(shí)負(fù)載損耗和阻抗電壓增幅較大，處于非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，故不應(yīng)使其處于長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)過(guò)負(fù)荷運(yùn)行。5干式變壓器的調(diào)壓裝置 干式變壓器調(diào)壓分為無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓和有載調(diào)壓兩種。（1）無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓 切換分接抽頭時(shí)必須將干式變壓器從電網(wǎng)中切除，停電后局進(jìn)行。通常，無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓通過(guò)調(diào)整繞組上的分接片來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。（2）有載調(diào)壓 干式變壓器有載調(diào)壓采用有載調(diào)壓分接開(kāi)關(guān)，在變壓器勵(lì)磁或負(fù)載狀態(tài)下，通過(guò)改變繞組匝數(shù)完成調(diào)壓操作。第二節(jié) 變壓器6干式變壓器的優(yōu)點(diǎn) 由于環(huán)氧澆注干式變壓器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、絕緣強(qiáng)度高、抗短路能力強(qiáng)、不易燃燒、可在惡劣環(huán)境下正常工作、維護(hù)

10、工作量很小、噪聲低、體積小、重量輕、運(yùn)行損耗低、運(yùn)行效率高等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)被廣泛應(yīng)用于城軌的牽引變電所中。第三節(jié) 整流機(jī)組整流機(jī)組由整流變壓器和整流器組成。整流機(jī)組是城軌牽引變電所最重要的設(shè)備，其作用是將中壓網(wǎng)路的AC35Kv(或AC33Kv、AC10Kv)的交流電壓降為1180V的交流電壓，再整流輸出DC1500V的直流電壓，經(jīng)網(wǎng)上電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)給接觸網(wǎng)供電，實(shí)現(xiàn)直流牽引。早期的城市軌道交通直流牽引系統(tǒng)，通常采用三相橋式整流電路，但三相橋式整流電路產(chǎn)生的諧波很嚴(yán)重，為提高直流供電質(zhì)量，降低直流電源脈動(dòng)量，現(xiàn)在通常采用多相整流方法，采用六相、十二相整流，甚至是二十四相整流。我國(guó)今后建設(shè)的城市軌道交通整

11、流變電站將會(huì)以24脈波整流為主。 整流變壓器與整流器合稱為整流機(jī)組。城軌的牽引變電所一般設(shè)于地下，所以整流機(jī)組也安裝在地下室內(nèi)。第三節(jié) 整流機(jī)組1整流變壓器 整流變壓器不僅僅起降壓作用，還將三相交流電變成多相交流電供整流器整流。整流變壓器宜采用干式、戶內(nèi)、自冷、環(huán)氧樹(shù)脂澆注變壓器，其線圈絕緣等級(jí)為F級(jí)，線圈溫升限值為70K90K (高壓，低壓)，其承受極限溫度為155 ，鐵心溫升在任何情況下不應(yīng)產(chǎn)生損壞鐵心金屬部件及其附近材料的溫度。在高濕期內(nèi)可能產(chǎn)生凝露，應(yīng)采取措施防止凝露對(duì)設(shè)備的危害。 整流變壓器的結(jié)構(gòu)與普通變壓器相同，有原、副邊兩個(gè)繞組，整流變壓器的原邊繞組接交流電力系統(tǒng)，稱網(wǎng)側(cè)繞組；副

12、邊接整流器，稱閥側(cè)繞組。這兩個(gè)繞組共用一個(gè)鐵芯。 整流變壓器和普通變壓器的原理相同。 第三節(jié) 整流機(jī)組2整流器整流器的作用是將交流電變成直流電供電動(dòng)車輛的牽引電動(dòng)機(jī)使用。整流器由大功率二極管及其散熱器、保護(hù)器件、故障顯示器件、通信接口等組成。如圖3-8所示。 圖3-8 整流器結(jié)構(gòu)第三節(jié) 整流機(jī)組3整流器的工作原理（1）三相橋式全波整流圖3-9 三相橋式全波整流電路a)電路圖 b)波形圖第三節(jié) 整流機(jī)組（2）12脈波整流電路圖3-10 12脈波整流電路及矢量圖a)原理圖 b)變壓器一次、二次繞組矢量圖 c)整流換相圖第三節(jié) 整流機(jī)組（3）24脈波整流電路圖3-10 整流變壓器一次繞組接線圖第三節(jié)

13、 整流機(jī)組圖3-11 整流機(jī)組原理圖第四節(jié) 電弧一、電弧現(xiàn)象電氣設(shè)備的開(kāi)關(guān)電器切斷有電流的電路時(shí)，如果電路中的電壓大于20V，電流超過(guò)80mA時(shí)，觸頭間會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈而耀眼的白光柱，即產(chǎn)生電弧。從現(xiàn)象上看，電弧是一束明亮的光柱。實(shí)質(zhì)上，電弧是一種游離狀態(tài)的氣體放電現(xiàn)象，它是電流通過(guò)某些絕緣介質(zhì)(例如空氣)所產(chǎn)生的瞬間火花。按產(chǎn)生電弧的電路電源不同，可將電弧分為：交流電弧、直流電弧和脈沖電弧。 電極上電弧的孳生點(diǎn)（溫度最高、最明亮的斑點(diǎn)）稱為陰極斑點(diǎn)或陽(yáng)極斑點(diǎn)。+弧柱區(qū)陽(yáng)極區(qū)陰極區(qū)圖3-12 電弧的結(jié)構(gòu)第四節(jié) 電弧電弧具有以下特點(diǎn)：1）起弧電壓、電流的數(shù)值很低。 2）電弧中含有大量的電子、離子，因此

14、電弧有良好的導(dǎo)電性能，具有很高的電導(dǎo)?；≈娏髅芏瓤蛇_(dá)10KA/cm2。電孤存在時(shí)，盡管開(kāi)關(guān)電器的觸頭是斷開(kāi)的，電路中仍然有電流流過(guò)，電路將繼續(xù)導(dǎo)通。3）電弧能量集中，溫度很高?；》烹姇r(shí)，能量高度集中，弧心溫度可達(dá)10000左右，電弧表面的溫度也可達(dá)到30004000。4）電弧是一束質(zhì)量很輕的游離狀態(tài)的氣體，在外力的作用下，能迅速移動(dòng)、伸長(zhǎng)、彎曲、變形。 第四節(jié) 電弧電弧對(duì)電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備造成危害，主要有以下幾種：1）延長(zhǎng)了開(kāi)關(guān)電器切斷電路的時(shí)間。2）由于電弧的溫度很高，如果電弧長(zhǎng)時(shí)間燃燒，不僅將觸頭表面的金屬熔化或蒸發(fā)，而且引起電弧附近電氣絕緣材料燒壞，引起事故。對(duì)充油電氣設(shè)備，還可能使設(shè)

15、備的內(nèi)部溫度和壓力劇增，從而引起爆炸、火災(zāi)等。3）由于電弧能在外力的作用下迅速移動(dòng)，很容易形成飛弧造成電源短路事故和傷人。第四節(jié) 電弧二、電弧的產(chǎn)生與維持 1熱電子發(fā)射 2強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射 3碰撞游離 4熱游離 電弧的產(chǎn)生是開(kāi)關(guān)電器開(kāi)斷負(fù)荷電路時(shí)，觸頭間的中性質(zhì)點(diǎn)被游離的結(jié)果。電弧產(chǎn)生，第一是由于熱的作用，發(fā)生熱電子發(fā)射和熱游離；第二是由于電場(chǎng)的作用，發(fā)生強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射和碰撞游離，在氣隙間出現(xiàn)大量電子流，使氣體由絕緣體變成導(dǎo)體。強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射和碰撞游離是產(chǎn)生電弧的主要原因，而電弧得以維持和發(fā)展的主要原因是熱游離作用。 應(yīng)該注意的是，在整個(gè)過(guò)程中幾種物理作用并不是截然分開(kāi)的，而是交叉進(jìn)行或同時(shí)存在的。電弧燃燒

16、期間，起主要作用的是熱游離。 第四節(jié) 電弧三、電弧的熄滅在開(kāi)關(guān)電器的觸頭間，發(fā)生游離過(guò)程的同時(shí)，還發(fā)生著使帶電質(zhì)點(diǎn)減少的去游離過(guò)程。去游離就是正、負(fù)帶電粒子中和而變成中性粒子的過(guò)程。去游離的方式分兩類：復(fù)合和擴(kuò)散。1復(fù)合2擴(kuò)散3影響去游離的主要因素主要有以下幾個(gè)：（1）電弧溫度（2）介質(zhì)的特性（3）氣體介質(zhì)的壓力 （4）觸頭材料 （5）觸頭間電場(chǎng)的強(qiáng)弱 （6）開(kāi)斷電流的大小 第四節(jié) 電弧四、電弧的特性及熄滅1、電弧電壓沿弧長(zhǎng)的分布陰極區(qū)+ 弧柱區(qū)陽(yáng)極區(qū)IU Uh0U1U2U3 圖圖3-13 3-13 電弧電壓沿弧長(zhǎng)分布電弧電壓沿弧長(zhǎng)分布第四節(jié) 電弧2、直流電弧的特性及熄滅圖3-14 具有電弧的

17、R-L直流電路dtdiLiREuh 圖圖3-153-15直流電弧的伏安特性直流電弧的伏安特性 圖圖3-163-16直流電弧的穩(wěn)定燃燒點(diǎn)直流電弧的穩(wěn)定燃燒點(diǎn)第四節(jié) 電弧直流電弧具體的滅弧方法有：（1）拉長(zhǎng)電弧 （2）開(kāi)斷電路時(shí)在電路中逐級(jí)串人電阻 （3）在斷口上裝滅弧柵 （4）吹弧冷卻電弧 圖圖3-17 3-17 拉長(zhǎng)電弧使電弧熄滅拉長(zhǎng)電弧使電弧熄滅 圖圖3-18 3-18 外電路逐級(jí)引入電阻滅弧外電路逐級(jí)引入電阻滅弧 圖圖3-19 3-19 金屬柵片分割短弧滅弧金屬柵片分割短弧滅弧 第四節(jié) 電弧3、交流電弧的特性及熄滅交流電弧是指在開(kāi)斷交流回路過(guò)程中所產(chǎn)生的電弧。 圖圖3-20 3-20 含含

18、R-L-CR-L-C的交流電弧電路的交流電弧電路圖3-21 交流電弧的伏安特性及電壓、電流波形（a）伏安特性； （b）波形圖第四節(jié) 電弧交流電流每半個(gè)周期過(guò)零一次，稱為“自然過(guò)零”。 交流電弧電流過(guò)零期間，同時(shí)存在兩個(gè)對(duì)立的基本過(guò)程，一個(gè)是弧隙介質(zhì)絕緣強(qiáng)度(或介電強(qiáng)度)的恢復(fù)過(guò)程，另一個(gè)是弧隙電壓恢復(fù)過(guò)程。在恢復(fù)過(guò)程中，電弧是否重燃取決于弧隙介質(zhì)絕緣強(qiáng)度的恢復(fù)和弧隙電壓的恢復(fù)快慢程度。若恢復(fù)電壓高于介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度，電弧將會(huì)重燃，這種現(xiàn)象叫電擊穿；反之，若采取有效措施加強(qiáng)弧隙的冷卻，使弧隙介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度達(dá)到不會(huì)被弧隙外施電壓擊穿的程度，則在下半周電弧就不會(huì)重燃而最終熄滅。第四節(jié) 電弧(1)介電強(qiáng)

19、度恢復(fù)過(guò)程 影響介質(zhì)介電強(qiáng)度恢復(fù)速率的主要因素有：1）弧隙溫度。弧隙溫度降低越快，弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)速率越大。2）弧隙介質(zhì)特性。不同的滅弧介質(zhì)中弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)速率不同，如圖3-22所示。3）滅弧介質(zhì)的壓力。壓力高不易擊穿產(chǎn)生電弧。4）斷路器觸頭的分?jǐn)嗨俣?。分?jǐn)嘣娇?，開(kāi)距越大，介質(zhì)介電強(qiáng)度的恢復(fù)速率越大。 圖圖3-22 介質(zhì)介電強(qiáng)度的恢復(fù)過(guò)曲線介質(zhì)介電強(qiáng)度的恢復(fù)過(guò)曲線1-真空；真空；2-SF6；3-空氣；空氣；4-油油第四節(jié) 電弧（2）弧隙電壓恢復(fù)過(guò)程 電流過(guò)零使電弧熄滅后，電路施加于弧隙的電壓，將從不大的電弧電壓逐漸增長(zhǎng)，一直恢復(fù)到電源電壓，這一過(guò)程中加在弧隙上的電壓稱為恢復(fù)電壓。 電弧電流過(guò)

20、零前，弧隙電壓呈馬鞍形變化，電壓值很低，電源電壓的絕大部分降落在線路和負(fù)載阻抗上。電流過(guò)零時(shí)，弧隙電壓等于熄弧電壓，正處于馬鞍形的后峰值處（圖3-21的C點(diǎn)），電流過(guò)零后，弧隙電壓從后峰值逐漸增長(zhǎng)，一直恢復(fù)到電源電壓，弧隙電壓從熄弧電壓變成電源電壓的過(guò)程稱為弧隙電壓恢復(fù)過(guò)程。 電壓恢復(fù)過(guò)程與電路參數(shù)、負(fù)荷性質(zhì)等有關(guān)。受電路參數(shù)等因素的影響，電壓恢復(fù)過(guò)程可能是周期性的變化過(guò)程，也可能是非周期性變化過(guò)程。這里用ur(t) 表示電壓恢復(fù)過(guò)程。 第四節(jié) 電弧交流電弧電流過(guò)零自然熄滅后，是否重燃主要取決于弧隙介質(zhì)介電強(qiáng)度ud(t)的恢復(fù)過(guò)程和弧隙電壓ur(t)的恢復(fù)過(guò)程。交流電弧的熄滅條件為 ： ud(

21、t)ur(t)圖3-24 交流電弧在過(guò)零后重燃和熄滅過(guò)程（a）重燃；（b）熄滅第四節(jié) 電弧目前，廣泛采用的交流電弧的滅弧方法有以下幾種：（1）速拉滅?。?）冷卻滅弧法（3）采用多斷口滅弧圖3-27 雙斷口示意圖1-靜觸頭 2-電弧 3-動(dòng)觸頭第四節(jié) 電弧（4）吹弧或吸弧滅弧法按方向可把吹弧分為：1）橫吹。 2）縱吹。3）縱橫吹。 圖3-28 吹弧方式(a)橫吹 （b）縱吹 l一電弧 2一觸頭第四節(jié) 電弧滅弧方法按外力的性質(zhì)分，有氣吹、油吹、電動(dòng)力吹及磁力吹弧或吸弧等。有的開(kāi)關(guān)采用專門的磁吹線圈來(lái)吹動(dòng)電弧，也有的開(kāi)關(guān)利用鐵磁物質(zhì)如鋼片來(lái)吸引電弧，這相當(dāng)于反向吹弧。 3-27 電動(dòng)力吹弧1-靜觸頭

22、2-動(dòng)觸頭3-電弧 圖3-28 磁力吹弧l-磁吹線圈2-滅弧觸頭3-電弧圖3-29 鐵磁吸弧 l-鋼片 2-電弧 第四節(jié) 電?。?）長(zhǎng)弧切短滅弧法 （6）粗弧分細(xì)滅弧法 （7）狹溝滅弧法（8）真空滅弧法 （9）六氟化硫（SF6）滅弧法 （10）靜止油中電弧的熄滅 圖3-30 鋼滅弧柵對(duì)電弧的作用l-鋼柵 2-電弧 3-觸頭圖3-31 絕緣滅弧柵對(duì)電弧的作用 1-絕緣柵片 2-電弧 3-觸頭第五節(jié) 斷路器一、斷路器概述 1、斷路器的作用 斷路器是電力系統(tǒng)及牽引供電系統(tǒng)中的最重要的一種開(kāi)關(guān)電器。它具有兩方面的作用：一是控制作用，即根據(jù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行要求，接通或斷開(kāi)工作電路；二是保護(hù)作用，即在電氣設(shè)

23、備或線路發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)繼電保護(hù)裝置及自動(dòng)裝置使斷路器動(dòng)作，將故障部分從電力系統(tǒng)中迅速切除，防止事故擴(kuò)大，保證電力系統(tǒng)的無(wú)故障部分正常運(yùn)行。第五節(jié) 斷路器2.對(duì)高壓斷路器的基本要求 高壓斷路器工作的好壞，直接影響到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因此，對(duì)高壓斷路器的基本要求是：（1）工作可靠，具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和良好的穩(wěn)定性能 （2）具有足夠的開(kāi)斷能力 （3）具有盡可能短的切斷時(shí)間（4）具有自動(dòng)重合閘性能 （5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉 在滿足安全、可靠的前提下，高壓斷路器還應(yīng)有機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝、檢修方便、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。第五節(jié) 斷路器3.高壓斷路器的分類高壓斷路器種類很多，按其安裝地點(diǎn)的不同可分為戶內(nèi)式斷

24、路器和戶外式斷路器兩種。按操動(dòng)機(jī)構(gòu)可分為：電磁式、彈簧式、液壓式、氣動(dòng)式等。按其滅弧的不同，可分為： 1）油斷路器 2）真空斷路器3）空氣斷路器，又稱壓縮空氣斷路器。4）SF6斷路器5）自產(chǎn)氣斷路器6）磁吹斷路器 第五節(jié) 斷路器4.高壓斷路器的基本參數(shù)（1）額定電壓UN（kV）（2）額定電流IN（A） （3）額定短路開(kāi)斷電流INbr（kA） （4）額定關(guān)合電流INcl（kA）（5）額定熱穩(wěn)定電流It（kA） （6）額定動(dòng)穩(wěn)定電流Ies（kA）（7）合閘時(shí)間thz（s）（8）全分閘時(shí)間tkd（s） 圖3-32 斷路器開(kāi)斷電路時(shí)的有關(guān)時(shí)間第五節(jié) 斷路器(9)額定操作順序 是根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需要制定的對(duì)

25、斷路器的斷流能力進(jìn)行考核的一組標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定操作。其操作順序分為無(wú)自動(dòng)重合閘斷路器的額定操作順序和能進(jìn)行自動(dòng)重合閘斷路器的額定操作順序兩類：無(wú)自動(dòng)重合閘斷路器的額定操作順序。它又分為兩種：一種是發(fā)生永久性故障斷路器跳閘后兩次強(qiáng)送電的情況，即“分180s合分180s合分”；另一種是斷路器合閘在永久故障線路上跳閘后強(qiáng)送電一次的情況，即“合分15s合分”。能進(jìn)行自動(dòng)重合閘斷路器的額定操作順序。該操作順序?yàn)椤胺?.3s合分180s合分”。 第五節(jié) 斷路器5.高壓斷路器的型號(hào)斷路器的類型很多，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T8754-2007高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備型號(hào)編制方法的規(guī)定，目前我國(guó)斷路器的型號(hào)一般由文字符號(hào)和

26、數(shù)字按以下方式組成： -/-其中：第一位表示產(chǎn)品名稱：S少油斷路器，D多油斷路器，L六氟化硫（SF6）斷路器，Z真空斷路器，K壓縮空氣斷路器，Q自產(chǎn)氣斷路器，C磁吹斷路器；第二位表示安裝地點(diǎn)：N戶內(nèi)型，W戶外型；第三位表示設(shè)計(jì)序號(hào)，用數(shù)字1，2，3，表示；第四位表示額定電壓（或最高工作電壓）（kV）；第五位表示補(bǔ)充特性：C手車式，G改進(jìn)型，w防污型，Q防震型；第六位表示額定電流（A）；第七位表示額定開(kāi)斷電流（kA）。第五節(jié) 斷路器6.高壓斷路器的基本結(jié)構(gòu)圖3-33 高壓斷路器的基本結(jié)構(gòu)支持絕緣件操動(dòng)機(jī)構(gòu)開(kāi)斷元件傳動(dòng)機(jī)構(gòu)基座第五節(jié) 斷路器二、真空斷路器 1.關(guān)于真空的基本概念真空是指在給定的空間

27、內(nèi)絕對(duì)壓力低于一個(gè)大氣壓力的氣體狀態(tài)。人們通常把這種稀薄的氣體狀態(tài)稱為真空狀態(tài)。真空的程度用真空度表示 圖3-34 不同介質(zhì)的絕緣間隙擊穿電壓第五節(jié) 斷路器真空中電極間電弧是這樣產(chǎn)生的：當(dāng)觸頭行將分離前，觸頭上原先施加的接觸壓力開(kāi)始減弱，動(dòng)靜觸頭間的接觸電阻開(kāi)始增大，由于負(fù)荷電流的作用，發(fā)熱量增加。在觸頭剛要分離瞬間，動(dòng)靜觸頭之間僅靠幾個(gè)尖峰聯(lián)系著，此時(shí)負(fù)荷電流將密集收縮到這幾個(gè)尖峰橋上，接觸電阻急劇增大，同時(shí)電流密度又劇增，導(dǎo)致發(fā)熱溫度迅速提高，致使觸頭表面金屬產(chǎn)生蒸發(fā)。同時(shí)微小的觸頭距離下也會(huì)形成極高的電場(chǎng)強(qiáng)度，造成強(qiáng)烈的強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射，間隙擊穿，繼而形成真空電弧。真空電弧一旦形成，就會(huì)出現(xiàn)電

28、流密度在104A/cm2 以上的陰極斑點(diǎn)，使陰極表面局部區(qū)域的金屬不斷熔化和蒸發(fā)，以維持真空電弧。在電弧熄滅后，電極之間與電極周圍的金屬蒸氣迅速擴(kuò)散，密度快速下降直到零，觸頭間恢復(fù)高真空絕緣狀態(tài)。第五節(jié) 斷路器真空中的電弧有兩種形態(tài)，擴(kuò)散型電弧和集聚型電弧。 圖3-37 電弧的形態(tài)（a）擴(kuò)散型 （b）集聚型第五節(jié) 斷路器2.真空斷路器的基本結(jié)構(gòu)真空斷路器的結(jié)構(gòu)如圖3-36所示。它由真空滅弧室（真空泡）、保護(hù)罩（屏蔽罩）、動(dòng)觸頭、靜觸頭、導(dǎo)電桿、開(kāi)合操作機(jī)構(gòu)、支持絕緣子、支持套管、支架等構(gòu)成，其核心是真空滅弧室（真空泡）。 圖3-36 真空斷路器的基本結(jié)構(gòu)第五節(jié) 斷路器真空滅弧室由真空容器（外殼

29、）、觸頭系統(tǒng)（包括動(dòng)觸頭和靜觸頭）、波形管（不銹鋼材料）、保護(hù)罩（屏蔽罩）、法蘭、支持件等構(gòu)成,如圖3-37所示。 圖3-37 真空滅弧室剖視圖第五節(jié) 斷路器圖3-38 各種觸頭結(jié)構(gòu)形狀a）橫向磁場(chǎng)杯狀觸頭 b）螺旋觸頭 c）線圈型觸頭 d）縱向磁場(chǎng)杯狀觸頭 （a） （b） （c）圖3-41 螺旋式葉片觸頭a）縱向剖面圖 b）動(dòng)觸頭頂視圖 c）橫向磁場(chǎng)觸頭和旋轉(zhuǎn)電弧第五節(jié) 斷路器3、真空斷路器的分類由于真空斷路器的滅弧室既可以垂直安裝，又可以水平安裝，還可以選擇任意角度進(jìn)行安裝，因此真空斷路器有多種多樣的總體結(jié)構(gòu)形式。按真空滅弧室的布置方式可分為落地式和懸掛式兩種基本形式，以及這兩種方式相結(jié)合

30、的綜合式和接地箱式。（a）落地式 （b）懸掛式圖3-40 真空滅弧室的布置方式第五節(jié) 斷路器4.真空斷路器的操作過(guò)電壓及抑制方法： 用真空斷路器斷開(kāi)電路時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)操作過(guò)電壓，主要形式有：1）截流過(guò)電壓，所謂截流就是強(qiáng)制交流電流在自然過(guò)零前突然過(guò)零的現(xiàn)象，由于電路中存在電感，因此會(huì)發(fā)生過(guò)電壓；2）切斷電容性負(fù)載時(shí)的過(guò)電壓，這是因熄弧后間隙發(fā)生重?fù)舸┒鸬?。所以，真空斷路器的重?fù)舸茁试叫≡胶茫?）高頻多次重燃過(guò)電壓，斷路器開(kāi)斷感性電流時(shí)，當(dāng)間隙被擊穿后電弧重燃，因電路參數(shù)影響，擊穿后電流中含有高頻分量。當(dāng)高頻分量的幅值很大時(shí)，受其影響，間隙被反復(fù)擊穿，使負(fù)載側(cè)的電壓不斷升高，從而產(chǎn)生較高的

31、過(guò)電壓。第五節(jié) 斷路器高壓真空斷路器常用的抑制操作過(guò)電壓的方法有：1)采用低電涌真空滅弧室。這種滅弧室既可降低截流過(guò)電壓，又可提高開(kāi)斷能力。 2) 在負(fù)載端并聯(lián)電容。既可以降低，也可減緩恢復(fù)電壓的上升陡度。3) 在負(fù)載端并聯(lián)電阻和電容。它不僅能降低截流過(guò)電壓及其上升速度，而且在高頻重燃時(shí)可使 振蕩過(guò)程強(qiáng)烈衰減，對(duì)抑制多次重燃過(guò)電壓有較好的效果，電阻一般選100200，電容選0.10.2F。4)串聯(lián)電感?？山档瓦^(guò)電壓的上升陡度和幅值。5)安裝避雷器。用它限制過(guò)電壓的幅值。第五節(jié) 斷路器5.真空斷路器的特點(diǎn) 真空斷路器具有體積小、無(wú)噪聲、無(wú)污染、壽命長(zhǎng)、可以頻繁操作、不需要經(jīng)常檢修等優(yōu)點(diǎn)，因此特別適合配電系統(tǒng)使用。此外，真空斷路器滅弧介質(zhì)或絕緣介質(zhì)不用油，沒(méi)有火災(zāi)和爆炸的危險(xiǎn)。觸頭部分為完全密封結(jié)構(gòu)，不會(huì)因潮氣、灰塵、有害氣體等影響而降低其性能，工作可靠，通斷性能穩(wěn)定。滅弧室作為獨(dú)立的元件，安裝調(diào)試簡(jiǎn)單方便。由于它開(kāi)斷能力強(qiáng)、開(kāi)斷時(shí)間短，還可以用作其他特殊用途的斷路器。 第五節(jié) 斷路器三、高壓S