第三章城市軌道交通變電所中的一次設(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）開關(guān)電器 用來關(guān)合和開斷電路的電器，包括斷路器、隔離開關(guān)

2、、熔斷器和負(fù)荷開關(guān)。（2）限制電器 用來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 用來變換電路中的電壓和電流使之便于檢測的電器，包括電流互感器、電壓互感器。（4）成套裝置和組合電器 將開關(guān)電器、限制電器和變換電器按一定的線路裝配成一個整體的電器組合。主要有高壓開關(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)備對一次設(shè)備進(jìn)行控制、保護(hù)、監(jiān)測和指示的設(shè)備，稱為二次設(shè)備。如各種繼電器、控制開關(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)成對一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測、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，在對電氣設(shè)備進(jìn)行設(shè)計和選擇時，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）能長期承受工頻最高工作電壓、短期承受內(nèi)部過電壓和外部過電壓的作用而不被擊穿；2）能長期承受額定電流、短期過載電流的作用，溫升在允許范圍之內(nèi)；

4、 3）能承受短路電動力效應(yīng)和熱效應(yīng)的作用而不被損壞；4）開關(guān)電器的斷流能力應(yīng)符合有關(guān)的規(guī)定；5）供測量和保護(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，它通過線圈間的電磁感應(yīng),將一種電壓等級的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種或幾種電壓等級的交流電能。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。最簡單的變壓器是由一個閉合的軟磁鐵心和兩個

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：單繞組（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：單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器。4）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)壓變壓器和無勵磁調(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

6、 (無電源勵磁)的調(diào)壓，稱為無勵磁調(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 均指變壓器長時間運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所長期允許通過的電流，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)特點圖3-5 10kV級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)氧樹脂澆注的高、低壓繞組 鐵心無載分接開關(guān)第二節(jié) 變壓器2、干式變壓器的形式1）開啟式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，變壓器可在額定容量下長期連續(xù)運行。強(qiáng)迫風(fēng)冷時，變壓器輸

9、出容量可提高50%。適用于斷續(xù)過負(fù)荷運行，或應(yīng)急事故過負(fù)荷運行；由于過負(fù)荷時負(fù)載損耗和阻抗電壓增幅較大，處于非經(jīng)濟(jì)運行狀態(tài)，故不應(yīng)使其處于長時間連續(xù)過負(fù)荷運行。5干式變壓器的調(diào)壓裝置 干式變壓器調(diào)壓分為無勵磁調(diào)壓和有載調(diào)壓兩種。（1）無勵磁調(diào)壓 切換分接抽頭時必須將干式變壓器從電網(wǎng)中切除，停電后局進(jìn)行。通常，無勵磁調(diào)壓通過調(diào)整繞組上的分接片來實現(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)壓分接開關(guān)，在變壓器勵磁或負(fù)載狀態(tài)下，通過改變繞組匝數(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 由于環(huán)氧澆注干式變壓器具有結(jié)構(gòu)簡單、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、運行損耗低、運行效率高等優(yōu)點，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)上電動隔離開關(guān)給接觸網(wǎng)供電，實現(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。我國今后建設(shè)的城市軌道交通整

11、流變電站將會以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)氧樹脂澆注變壓器，其線圈絕緣等級為F級，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。這兩個繞組共用一個鐵芯。 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車輛的牽引電動機(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)備的開關(guān)電器切斷有電流的電路時，如果電路中的電壓大于20V，電流超過80mA時，觸頭間會產(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（溫度最高、最明亮的斑點）稱為陰極斑點或陽極斑點。+弧柱區(qū)陽極區(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：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)。弧柱電流密度可達(dá)10KA/cm2。電孤存在時，盡管開關(guān)電器的觸頭是斷開的，電路中仍然有電流流過，電路將繼續(xù)導(dǎo)通。3）電弧能量集中，溫度很高。弧放電時，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、伸長、彎曲、變形。 第四節(jié) 電弧電弧對電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備造成危害，主要有以下幾種：1）延長了開關(guān)電器切斷電路的時間。2）由于電弧的溫度很高，如果電弧長時間燃燒，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，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)電場發(fā)射 3碰撞游離 4熱游離 電弧的產(chǎn)生是開關(guān)電器開斷負(fù)荷電路時，觸頭間的中性質(zhì)點被游離的結(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；第二是由于電場的作用，發(fā)生強(qiáng)電場發(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，在整個過程中幾種物理作用并不是截然分開的，而是交叉進(jìn)行或同時存在的。電弧燃燒

16、期間，起主要作用的是熱游離。 第四節(jié) 電弧三、電弧的熄滅在開關(guān)電器的觸頭間，發(fā)生游離過程的同時，還發(fā)生著使帶電質(zhì)點減少的去游離過程。去游離就是正、負(fù)帶電粒子中和而變成中性粒子的過程。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：（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）觸頭間電場的強(qiáng)弱 （6）開斷電流的大小 第四節(jié) 電弧四、電弧的特性及熄滅1、電弧電壓沿弧長的分布陰極區(qū)+ 弧柱區(qū)陽極區(qū)IU Uh0U1U2U3 圖圖3-13 3-13 電弧電壓沿弧長分布電弧電壓沿弧長分布第四節(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)定燃燒點直流電弧的穩(wěn)定燃燒點第四節(jié) 電弧直流電弧具體的滅弧方法有：（1）拉長電弧 （2）開斷電路時在電路中逐級串人電阻 （3）在斷口上裝滅弧柵 （4）吹弧冷卻電弧 圖圖3-17 3-17 拉長電弧使電弧熄滅拉長電弧使電弧熄滅 圖圖3-18 3-18 外電路逐級引入電阻滅弧外電路逐級引入電阻滅弧 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斷交流回路過程中所產(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周期過零一次，稱為“自然過零”。 交流電弧電流過零期間，同時存在兩個對立的基本過程，一個是弧隙介質(zhì)絕緣強(qiáng)度(或介電強(qiáng)度)的恢復(fù)過程，另一個是弧隙電壓恢復(fù)過程。在恢復(fù)過程中，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)到不會被弧隙外施電壓擊穿的程度，則在下半周電弧就不會重燃而最終熄滅。第四節(jié) 電弧(1)介電強(qiáng)

19、度恢復(fù)過程 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?；∠稖囟冉档驮娇欤∠督橘|(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)嘣娇欤_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)過曲線介質(zhì)介電強(qiáng)度的恢復(fù)過曲線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)過程 電流過零使電弧熄滅后，電路施加于弧隙的電壓，將從不大的電弧電壓逐漸增長，一直恢復(fù)到電源電壓，這一過程中加在弧隙上的電壓稱為恢復(fù)電壓。 電弧電流過

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。電流過零時，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），電流過零后，弧隙電壓從后峰值逐漸增長，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程稱為弧隙電壓恢復(fù)過程。 電壓恢復(fù)過程與電路參數(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)過程可能是周期性的變化過程，也可能是非周期性變化過程。這里用ur(t) 表示電壓恢復(fù)過程。 第四節(jié) 電弧交流電弧電流過零自然熄滅后，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)過程和弧隙電壓ur(t)的恢復(fù)過程。交流電弧的熄滅條件為 ： ud(

21、t)ur(t)圖3-24 交流電弧在過零后重燃和熄滅過程（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、電動力吹及磁力吹弧或吸弧等。有的開關(guān)采用專門的磁吹線圈來吹動電弧，也有的開關(guān)利用鐵磁物質(zhì)如鋼片來吸引電弧，這相當(dāng)于反向吹弧。 3-27 電動力吹弧1-靜觸頭

22、2-動觸頭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 鋼滅弧柵對電弧的作用l-鋼柵 2-電弧 3-觸頭圖3-31 絕緣滅弧柵對電弧的作用 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)的運行要求，接通或斷開工作電路；二是保護(hù)作用，即在電氣設(shè)

23、備或線路發(fā)生故障時，通過繼電保護(hù)裝置及自動裝置使斷路器動作，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)的無故障部分正常運行。第五節(jié) 斷路器2.對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)的安全運行。因此，對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）具有足夠的開斷能力 （3）具有盡可能短的切斷時間（4）具有自動重合閘性能 （5）結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉 在滿足安全、可靠的前提下，高壓斷路器還應(yīng)有機(jī)構(gòu)簡單、安裝、檢修方便、體積小、重量輕等優(yōu)點。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。按操動機(jī)構(gòu)可分為：電磁式、彈簧式、液壓式、氣動式等。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）額定動穩(wěn)定電流Ies（kA）（7）合閘時間thz（s）（8）全分閘時間tkd（s） 圖3-32 斷路器開斷電路時的有關(guān)時間第五節(jié) 斷路器(9)額定操作順序 是根據(jù)實際運行需要制定的對

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。其操作順序分為無自動重合閘斷路器的額定操作順序和能進(jìn)行自動重合閘斷路器的額定操作順序兩類：無自動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)行自動重合閘斷路器的額定操作順序。該操作順序為“分0.3s合分180s合分”。 第五節(jié) 斷路器5.高壓斷路器的型號斷路器的類型很多，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T8754-2007高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備型號編制方法的規(guī)定，目前我國斷路器的型號一般由文字符號和

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：N戶內(nèi)型，W戶外型；第三位表示設(shè)計序號，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)支持絕緣件操動機(jī)構(gòu)開斷元件傳動機(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)絕對壓力低于一個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始減弱，動靜觸頭間的接觸電阻開始增大，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，動靜觸頭之間僅靠幾個尖峰聯(lián)系著，此時負(fù)荷電流將密集收縮到這幾個尖峰橋上，接觸電阻急劇增大，同時電流密度又劇增，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)。同時微小的觸頭距離下也會形成極高的電場強(qiáng)度，造成強(qiáng)烈的強(qiáng)電場發(fā)射，間隙擊穿，繼而形成真空電弧。真空電弧一旦形成，就會出現(xiàn)電

28、流密度在104A/cm2 以上的陰極斑點，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）、動觸頭、靜觸頭、導(dǎo)電桿、開合操作機(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）橫向磁場杯狀觸頭 b）螺旋觸頭 c）線圈型觸頭 d）縱向磁場杯狀觸頭 （a） （b） （c）圖3-41 螺旋式葉片觸頭a）縱向剖面圖 b）動觸頭頂視圖 c）橫向磁場觸頭和旋轉(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電壓及抑制方法： 用真空斷路器斷開電路時，可能會出現(xiàn)操作過電壓，主要形式有：1）截流過電壓，所謂截流就是強(qiáng)制交流電流在自然過零前突然過零的現(xiàn)象，由于電路中存在電感，因此會發(fā)生過電壓；2）切斷電容性負(fù)載時的過電壓，這是因熄弧后間隙發(fā)生重?fù)舸┒鸬摹Ｋ?，真空斷路器的重?fù)舸茁试叫≡胶茫?）高頻多次重燃過電壓，斷路器開斷感性電流時，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，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、過電壓。第五節(jié) 斷路器高壓真空斷路器常用的抑制操作過電壓的方法有：1)采用低電涌真空滅弧室。這種滅弧室既可降低截流過電壓，又可提高開斷能力。 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電壓及其上升速度，而且在高頻重燃時可使 振蕩過程強(qiáng)烈衰減，對抑制多次重燃過電壓有較好的效果，電阻一般選100200，電容選0.10.2F。4)串聯(lián)電感。可降低過電壓的上升陡度和幅值。5)安裝避雷器。用它限制過電壓的幅值。第五節(jié) 斷路器5.真空斷路器的特點 真空斷路器具有體積小、無噪聲、無污染、壽命長、可以頻繁操作、不需要經(jīng)常檢修等優(yōu)點，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，沒有火災(zāi)和爆炸的危險。觸頭部分為完全密封結(jié)構(gòu)，不會因潮氣、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。滅弧室作為獨立的元件，安裝調(diào)試簡單方便。由于它開斷能力強(qiáng)、開斷時間短，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