高壓電器第一章課件

1、現(xiàn)代高壓電器技術(shù)現(xiàn)代高壓電器技術(shù)王永華 高壓電器的基本知識(shí) 高壓斷路器的分類及發(fā)展 高壓電器及其發(fā)展 主要高電壓設(shè)備 發(fā)電機(jī)（電磁，絕緣，機(jī)械）； 變壓器、互感器、電抗器（電磁，絕緣）； 開關(guān)設(shè)備（滅弧，絕緣，機(jī)械）； 電容器（絕緣，材料）； 線路和外絕緣（絕緣，污穢）； 柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）設(shè)備（電力電子） 高壓直流設(shè)備（電力電子）。第一節(jié)第一節(jié) 高壓電器的基本功能高壓電器的基本功能一、高壓電器：一般指額定工作電壓在1200V（3KV）及以上的電器。二、高壓電器分類 高壓電器按結(jié)構(gòu)形式分為單極式和三極式；按使用場所分為戶內(nèi)式和戶外式；按用途和功能又分為開關(guān)電器、限制電器、變換電器和

2、組合電器。使用中以后一種分類方式常見。 開關(guān)電器（switching device）：用作閉合（關(guān)合）或者開斷一個(gè)或幾個(gè)電路電流的器件。 機(jī)械開關(guān)電器：用可分離的觸頭來合、分一個(gè)或幾個(gè)電路的的開關(guān)電器。 半導(dǎo)體開關(guān)電器：設(shè)計(jì)用半導(dǎo)體可控導(dǎo)電性來閉合（關(guān)合）電路電流的開關(guān)電器。 二、開關(guān)電器主要有：高壓斷路器、高壓隔離開關(guān)、高壓熔斷器、高壓負(fù)荷開關(guān)和接地開關(guān)1、高壓斷路器高壓斷路器：能關(guān)合、承載、開斷關(guān)合、承載、開斷運(yùn)行回路正常電流，也能在規(guī)定規(guī)定時(shí)間內(nèi)關(guān)合、承載及開斷規(guī)定的過載電流時(shí)間內(nèi)關(guān)合、承載及開斷規(guī)定的過載電流(包括短路電流包括短路電流)的開關(guān)設(shè)備。斷路器具有如下最基本的功能： (1)在

3、關(guān)合狀態(tài)時(shí)應(yīng)為良好的導(dǎo)體，在長時(shí)間工作時(shí)各部位溫度和溫升低于最大允許發(fā)熱溫度和允許溫升，能夠承受短路情況下熱的和機(jī)械的作用。 (2)在開斷狀態(tài)時(shí)，具有良好的絕緣性能。在不同環(huán)境條件下，皆能承受對(duì)地同相以及不同相端子間的電壓。 (3)在關(guān)合狀態(tài)的任意時(shí)刻，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)，能夠開斷額定開斷電流及以下的各種故障電流。 (4)在開斷狀態(tài)的任意時(shí)刻，在短時(shí)間內(nèi)能關(guān)合處于短路狀態(tài)下的電路。2、高壓開關(guān)高壓開關(guān) ：額定電壓在1200V及以上主要用于開斷或關(guān)合導(dǎo)電電路的電器。 3、高壓開關(guān)設(shè)備高壓開關(guān)設(shè)備 ：高壓開關(guān)與控制、測量、保護(hù)、調(diào)節(jié)裝置以及輔件、外殼和支持件等部件及其電氣和機(jī)械的聯(lián)結(jié)組成的總稱。高

4、壓真空斷路器戶外高壓真空斷路器4、高壓隔離開關(guān)高壓隔離開關(guān) ：在分分位置時(shí)，觸頭間有符合規(guī)定要求的絕緣距離和明顯的斷開標(biāo)志；在合合位置時(shí)，能承載正常線路條件下的電流及在規(guī)定時(shí)間內(nèi)異常條件(例如短路)下的電流的開關(guān)。 （用于將帶電的高壓電工設(shè)備與電源隔離，一般只具有分合空載電路的能力，當(dāng)在分?jǐn)酄顟B(tài)時(shí)，觸頭具有明顯可見的斷開位置，以保證檢修時(shí)的安全）高高壓壓隔隔離離開開關(guān)關(guān)5、負(fù)荷開關(guān)負(fù)荷開關(guān) ：能關(guān)合、開斷及承載運(yùn)行線路正常電流(包括規(guī)定的過載電流)，也能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)承載規(guī)定的異常電流(如短路電流)的開關(guān)，通常與高壓熔斷器配合使用。高高壓壓負(fù)負(fù)荷荷開開關(guān)關(guān)6、熔斷器熔斷器 ：俗稱高壓保險(xiǎn)絲，當(dāng)

5、電流超過規(guī)定值一定時(shí)間后，以它本身產(chǎn)生的熱量使熔體熔化而開斷電路的開關(guān)裝置。 7、接地開關(guān)接地開關(guān) ：用于將回路接地的一種機(jī)械式開關(guān)裝置。在異常條件(如短路)下，可在規(guī)定時(shí)間內(nèi)承載規(guī)定的異常電流。但在正?；芈窏l件下，不要求承載電流。8、接觸器接觸器 ：手動(dòng)操作除外，只有一個(gè)休止位置，能關(guān)合、承載及開斷正常電流及規(guī)定的過載電流的開斷和關(guān)合裝置。 9、重合器重合器 ：能夠按照預(yù)定的順序，在導(dǎo)電回路中進(jìn)行開斷和重合操作，并在其后自動(dòng)復(fù)位、分閘閉鎖或合閘閉鎖的自具(不需外加能源)控制保護(hù)功能的開關(guān)設(shè)備。 10、分段器分段器 ：一種能夠自動(dòng)判斷線路故障和記憶線路故障電流開斷的次數(shù)，并在達(dá)到整定的次數(shù)后在

6、無電壓或無電流下自動(dòng)分閘的開關(guān)設(shè)備。 11、金屬封閉開關(guān)設(shè)備、開關(guān)柜金屬封閉開關(guān)設(shè)備、開關(guān)柜：除進(jìn)出線外，其余完全被接地金屬外殼封閉的開關(guān)設(shè)備。 12、組合電器組合電器 ：將兩種或兩種以上的高壓電器按電力系統(tǒng)主接線要求組成一個(gè)有機(jī)的整體而各電器仍保持原規(guī)定功能的裝置。13、氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備、封閉式組合電器氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備、封閉式組合電器 ：至少有一部分地采用高于大氣壓的氣體作為絕緣介質(zhì)的金屬封閉開關(guān)設(shè)備。 14、預(yù)裝式變電站預(yù)裝式變電站 ：預(yù)裝式變電站的主要元件是變壓器、高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備、低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備、相應(yīng)的內(nèi)部連接線(電纜、母線和其他)和輔助設(shè)備。 戶內(nèi)接地開

7、關(guān) 預(yù)裝式變電站(2)限制電器：主要有電抗器、避雷器。電抗器電抗器：依靠線圈的感抗起阻礙電流變化作用的電器。電抗器可按用途、按有無鐵心和按絕緣結(jié)構(gòu)分類。 按用途用途分為3種。 限流電抗器:串聯(lián)在電力電路中，用來限制短路電流的數(shù)值。 并聯(lián)電抗器：一般接在超高壓輸電線的末端和地之間，用來防止輸電線由于距離很長而引起的工頻電壓過分升高，還涉及系統(tǒng)穩(wěn)定、無功平衡、潛供電流、調(diào)相電壓、自勵(lì)磁及非全相運(yùn)行下的諧振狀態(tài)等方面。 消弧電抗器：又稱消弧線圈，接在三相變壓器的中性點(diǎn)和地之間，用以在三相電網(wǎng)的一相接地時(shí)供給電感性電流，來補(bǔ)償流過接地點(diǎn)的電容性電流，使電弧不易持續(xù)起燃，從而消除由于電弧多次重燃引起的過

8、電壓。按有無鐵心鐵心可分為2種。空心式電抗器:線圈中無鐵心，其磁通全部經(jīng)空氣閉合。鐵心式電抗器：其磁通全部或大部分經(jīng)鐵心閉合。鐵心式電抗器工作在鐵心飽和狀態(tài)時(shí)，其電感值大大減少，利用這一特性制成的電抗器叫飽和式電抗器。按絕緣結(jié)構(gòu)又可分為 2種。干式電抗器：其線圈敞露在空氣中，以紙板、木材、層壓絕緣板、水泥等固體絕緣材料作為對(duì)地絕緣和匝間絕緣。油浸式電抗器：其線圈裝在油箱中，以紙、紙板和變壓器油作為對(duì)地絕緣和匝間絕緣。 避雷器避雷器：一種能釋放雷電或兼能釋放電力系統(tǒng)操作過電壓能量，保護(hù)電工設(shè)備免受瞬時(shí)過電壓危害，又能截?cái)嗬m(xù)流，不致引起系統(tǒng)接地短路的電器裝置。避雷器通常接于帶電導(dǎo)線和地之間，與被保

9、護(hù)設(shè)備并聯(lián)。當(dāng)過電壓值達(dá)到規(guī)定的動(dòng)作電壓時(shí),避雷器立即動(dòng)作,流過電荷，限制過電壓幅值，保護(hù)設(shè)備絕緣；當(dāng)電壓值正常后，避雷器又迅速恢復(fù)原狀，以保證系統(tǒng)正常供電。 (3)變換電器變換電器：又稱互感器。按比例變換電壓或電流的設(shè)備。分為電壓互感器和電流互感器兩大類。互感器的功能是：將高電壓或大電流按比例變換成標(biāo)準(zhǔn)低電壓（100V或100/V）或標(biāo)準(zhǔn)小電流(5A或1A，均指額定值)，以便實(shí)現(xiàn)測量儀表、保護(hù)設(shè)備和自動(dòng)控制設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、小型化。此外，互感器還可用于隔離開高電壓系統(tǒng)，以保證人身和設(shè)備的安全。 (4)組合電器組合電器：將兩種或兩種以上的電器，按接線要求組成一個(gè)整體而各電器仍保持原性能的裝置。組合

10、電器結(jié)構(gòu)緊湊，外形及安裝尺寸小，使用方便，且各電器的性能可更好地協(xié)調(diào)配合。高壓開關(guān)電器的性能特點(diǎn)：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)對(duì)高壓開關(guān)電器的基本要求（1）絕緣絕緣：對(duì)地、斷口間、相間

11、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(duì)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)

12、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)和液壓手動(dòng)、電動(dòng)、氣動(dòng)和液壓等。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。第二節(jié)第二節(jié) 高壓斷路器的分類和發(fā)展?fàn)顩r高壓斷路器的分類和發(fā)展?fàn)顩r 一、分類1、按滅弧原理劃分：油斷路器(其中包括多油和少油)壓縮空氣斷路器六氟化硫六氟化硫(SF(SF6 6) )斷路器斷路器真空斷路器真空斷路器磁吹斷路器空氣斷路器2、按用途來分：1）發(fā)電機(jī)保護(hù)用斷路器：為可靠地保護(hù)及方便地控制發(fā)電機(jī)組，而在發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)的專用的發(fā)電機(jī)保護(hù)斷路器。2）線路用斷路器：用于變電

13、所內(nèi)，分為輸電用斷路器和配電用斷路器。 輸電用斷路器與配電用斷路器有所不同。輸電用斷路器的動(dòng)作次數(shù)少，但要求動(dòng)作可靠。配電用斷路器的動(dòng)作次數(shù)多，要求壽命長，維護(hù)檢修方便。 輸電用斷路器電壓高、開斷容量大，斷路器的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。配電用斷路器電壓低，其結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡單。3）供電用斷路器：這類斷路器直接用于工業(yè)企業(yè)中，使用量最大，品種類型也最多。這類斷路器的額定電壓為6.940.5kV，額定電流一般為12.5KA。這一類電壓等級(jí)的斷路器又稱之為中壓斷路器。4）高壓直流斷路器：用于直流高電壓輸變電系統(tǒng)。 第三節(jié)第三節(jié) 高壓電器的技術(shù)發(fā)展高壓電器的技術(shù)發(fā)展 高壓開關(guān)設(shè)備的發(fā)展方向體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：一、高壓

14、大容量斷路器 是為滿足電力系統(tǒng)工作電壓的提高和輸電容量電力系統(tǒng)工作電壓的提高和輸電容量增加的需求。其發(fā)展的目標(biāo)是開發(fā)研制開發(fā)研制550kV550kV、63kA63kA甚至更高參數(shù)的單斷口甚至更高參數(shù)的單斷口斷路器。 二、斷路器熄弧的自能化 自能式滅弧室就是最大限度地利用電弧自身的能量，使滅弧室建立起氣吹熄弧所必需的壓力，因而不需要操動(dòng)機(jī)構(gòu)提供很大的壓縮功，自能式SF6斷路器的操作功可降低為壓氣式的20。其特點(diǎn)是：體積小，可靠性高。 三、高壓開關(guān)設(shè)備的小型化 高壓開關(guān)設(shè)備小型化的目的是為了減少占地空間、進(jìn)一步與環(huán)境相協(xié)調(diào)和易于組合化。 四、高壓開關(guān)設(shè)備的組合化 高壓開關(guān)設(shè)備的組合化主要基于小型化技術(shù)，最重要的目的是可以實(shí)現(xiàn)體積小、具成套性、可靠性高、少維護(hù)、易于安裝、抗嚴(yán)酷環(huán)境等。 五、高壓開關(guān)設(shè)備的智能化 計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、控制理論、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)(網(wǎng)絡(luò)技術(shù))、電力電子技術(shù)的發(fā)展，高壓開關(guān)設(shè)備的二次檢測、控制設(shè)備和元件等方面產(chǎn)生的巨大變革。 六、高壓開關(guān)設(shè)備的高可靠性 對(duì)于高壓開關(guān)設(shè)備來說，最核心的問題除了很好地滿足所要求的功能外，就是設(shè)備整體的可靠性問題。