高压电器基本参数.ppt

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1、高压开关电器基本参数,高国强,高压开关电器基本参数,控制：使电力线路、设备投入或退出运行保护：切除故障线路或设备；建立可靠的绝缘断口；停运的电力线路或设备可靠接地,高压开关电器基本功能：,高压开关电器的性能特点：,通常要求高压电器具有以下性能特点：可靠性高。高压电器是电力系统中的控制和保护装置，若可靠性不高，在线路发生故障时不能正常控制，则影响范围会迅速扩大，造成大面积停电。能承受很大的瞬时功率。电力系统中的故障电流往往几倍、几十倍于额定电流，持续时间达几秒钟，要求高压电器能承受、断开和关合这类故障电流。动作时间快。开断故障电流的时间快慢，影响电力系统传输功率的大小和运行稳定性。,电力系统对高

2、压开关电器的基本要求,（1）绝缘：对地、断口间、相间长期承受电力系统最高工作电压；短时承受工频、雷电冲击电压及操作过电压。（2）切合电流：承载及切合负荷电流；短时承载及切合短路故障电流；切合电容电流；切合小电感电流（3）自然环境（温度、海拔、湿度、地震、污秽、风力、覆冰）（4）其他方面（机械寿命、电寿命、密封性能、对周围环境的影响）,高压开关电器的基本构成,由导电回路、可分触头、灭弧装置、绝缘部件、底座、传动机构、操动机构等组成。导电回路用来承载电流；可分触头是使电路接通或分断的执行元件；灭弧装置则是用来迅速、可靠地熄灭电弧,使电路最终断开。与其他开关相比，断路器的灭弧装置的熄弧能力最强，结构

3、也比较复杂。触头的分合运动是靠操动机构作功并经传动机构传递力来带动的。其操作方式可分为手动、电动、气动和液压等。有些断路器（如油断路器、六氟化硫断路器等）的操动机构并不包括在断路器的本体内，而是作为一种独立的产品提供断路器选配使用。,高压开关电器的基本工作原理,开关触头机械分离,燃弧,工频电流过零、熄弧、开断,所谓开关作用，就是在具有一定电位的导体电路的一部分上进行导体与绝缘体的相互迅速变换。从原理上讲，作为具有这种功能的电路元件，除可分触头外、还有由半导体、超导、真中电子流等物理现象所构成的元件。,从开关电器发展的初期，不希望在开断电路时触头间隙产生电弧，认为电弧的产生，一方面使电路仍旧保持

4、导通状态，延迟了电路的开断；另一方面，将烧损触头以及可能破坏绝缘，在最严重的情况下，甚至能引起开关电路的爆炸和火灾。因此，研究电弧，不在于如何利用电弧的特性而在于采取怎样的措施使电弧不产生，或者产生后使电弧存在时间尽量缩短。简言之，研究电弧的目的是为了尽快地熄灭电弧。从导体到绝缘体的相互变换这个开关作用的根本观点来看，电弧具有极为重要的特性，对于高电压大电流电路的分合来说，只有产生电弧才能完成这个作用，这样一种观点作为开关电器的理论基础是极为重要的。,开关电弧是等离子体的一种形式，属低温等离子体。高压开关电器中电弧的熄灭就是要积极地利用电弧等离子体的温度控制来实现，对于高电压大电流电路来说、只

5、有产生电弧、才能实现对电弧等离子体的温度控制。对于高压开关电器而言，希望它反有如下特件；（1）电导率的变化范围尽可能大，即要在导体与完全绝缘体之间变化；（2）电导率的变化速度尽可能快。前一项特性在本质上决定于等离子体的材料，因此，引进新的灭弧介质是取得技术进步的关键。后一项特性虽然也在较大程度上决定于等离子体的材料，但更易于受到等离子体控制方法的影响，作为开关电器核心部分的灭弧室的作用正在于对电弧等离子体的控制，加速其电导率的变化。,开关元件的性能比较,高压开关电器的基本技术参数,电力系统的运行状态和负载性质是多种多样的，作为控制、保护元件的高压开关电器，要保证电力系统的安全运行，对它的要求也

6、是多方面的。另外，高压开关电器所处场所的自然环境变化也会对其工作性能产生影响。因此在电器设计时，应该全面考虑这些要求。,1 一般电气性能方面,高压开关电器长期在电网中使用时，就应与其它电力设备一样，能够耐受各种电压、电流的作用而不致损坏。根据IEC和国家标准，首先应分清电工术语的两个名词：标称值（nominal value）：用以标识一个元件、器件或设备的合适的近似量值。额定值（rated value）：一般由制造厂对一个元件、器件或设备在规定工作条件下所规定的一个量值。,（1）电压方面,标称电压：系统被指定的电压。系统最高电压：运行中所出现的电压最高值，不包括异常和暂态、瞬态的电压。电气设备

7、的额定电压：根据规定的工作条件，由制造厂确定的电压。设备最高电压：考虑到设备绝缘性能所确定的最高运行电压，其数值等于所在系统的系统最高电压。,有关标准规定，电气设备额定电压的数值应按设备最高电压确定。高压电器在规定的正常使用和性能条件下，能够连续运行的最高电压称为断路器的额定电压。,额定电压的大小确定了电气设备的绝缘结构和外形尺寸。额定电压越高，电气设备的外形尺寸越大，极间距离也越大。高压电器工作时还应耐受高于额定电压的各种过电压作用，而不会导致绝缘的损坏。标志这方面性能的参数有1min工频耐受电压、雷电冲击耐受电压和操作冲击耐受电压。,（2）电流方面,高压电器长期通过工作电流时，各部分的温度

8、不得超过允许值，以保证电器的工作可靠。关于电器各种情况下的允许温度在有关标准中都有规定。电器在关合位置通过短路电流时，不应因电动力受到损坏，各部分温度也不应超过短时工作的允许值，触头不应发生熔焊和损坏。标志这方面功能的参数有：额定电流、额定峰值耐受电流、额定短时耐受电流和额定短路持续时间。额定电流：在规定使用和性能条件下能持续通过的电流有效值。,额定电流值应从优先数系的R10中选取。所谓R10系列即是按比值为101/10递增或递减的级数。R10数系包括：1、1.25、1.6、2、2.5、3.15、4、5、6.3、8各数及其与10的倍数之乘积。额定电流的大小确定了电器导电部分和触头的尺寸、结构以

9、及散热结构。这是因为允许的发热温度有规定，当额定电流增大时，就要求导电部分的截面增大，以减小损耗和增大散热面积。额定短时耐受（热稳定）电流：在规定的使用和性能条件下，在额定短路持续时间内，电器在关合位置时能承载的电流有效值。,额定短时耐受电流的标准值应从R10系列中选取，且应与电器的任何其它短路额定值不矛盾。额定短路持续时间：断路器在合闸位置时能承载额定短时耐受电流的时间间隔。额定峰值耐受（动稳定）电流：在规定的使用和性能条件下，机械开关在合闸位置时能承载的额定短时耐受电流第一个大半波的电流峰值。额定峰值耐受电流标准值等于2.5倍额定短时耐受电流。按照电力系统特性和开关设备的操作特点，可能要求

10、高于2.5倍额定短时耐受电流的值，例如，当系统直流分量的衰减时间常数大于45ms，或发电机、开关等，其倍数由产品技术条件作出规定。,2 开断、关合电路方面,(1)开断短路故障 开关电器开断有电流的电路时，触头分离后触头间会出现电弧，只有使电弧熄灭，电路的开断任务才能完成。在电力系统发生短路故障时短路电流比正常负荷电流大得多，这时电路最难开断。因此，可靠地开断短路故障是高压开关电器主要的也是最困难的任务。额定短路开断电流是标志高压开关电器开断短路故障能力的参数。它是在规定的使用和性能条件下，开关电器能开断的最大短路电流。,额定短路开断电流由两个值来表征交流分量有效值 额定短路开断电流的交流分量有

11、效值应从下列数值中选取：6.3，8，10，12.5，16，20，25，31.5，40，50，63，80，100kA。直流分量百分数 如果直流分量不超过20%，额定短路开断电流仅由交流分量有效值来表征,（2）快速开断,电力系统发生短路故障后，要求继电保护系统尽快动作，开关电器开断得越快越好。这样可以缩短电力系统故障存在的时间，减轻短路电流对电力设备造成的危害，更重要的是在超高压电力系统中，缩短开关电器开断短路故障的时间可以增加电力系统的稳定性，从而保证输电线路的输送容量。开断时间是标志开关电器开断过程快慢的参数。开断时间是指开关电器接到分闸指令起到所有极中电弧都熄灭的时间间隔。开断时间由分闸时间

12、和燃弧时间两部分组成。,分闸时间指开关电器接到分闸指令起到所有极的弧触头分离瞬间的时间间隔。燃弧时间是指开关电器从首先分离极灭弧触头开始分离到所有极电弧最终熄灭的时间间隔。对于高压开关电器分闸时间和燃弧时间都必须尽量缩短。,（3）关合短路故障,电力系统中的电力设备或输电线路在未投入运行前就已存在绝缘故障，甚至处于短路状态，这种故障称为“预伏故障”。当开关电器关合有预伏故障的电路时，在关合过程中，常在动、静触头尚未接触前，在电源电压作用下，触头间隙击穿（通常称为预击穿），随即出现短路电流。在关合过程中出现短路电流，会对开关电器的关合造成很大的阻力，这是由于短路电流产生的电动力造成的。有的情况下，

13、甚至出现动触头合不到底的情况。此时在触头间形成持续电弧，造成开关电器的严重损坏甚至爆炸。为了避免出现上述情况，开关电器应具有足够的关合短路故障的能力。标志这一能力的参数是开关电器的额定短路关合电流。,额定短路关合电流是指开关电器在额定电压以及规定的使用和性能条件下，能保证正常关合的最大短路峰值电流。关合时间是指开关电器接到合闸指令起到任一极中首先通过电流（因预击穿引起）时为止的时间，它是合闸时间与预击穿时间之差。合闸时间指开关器接到合闸指令起到所有极触头均接触为止的时间预击穿时间是指关合时从任意一极中首先出现电流到所有极中触头均接触的时间。,（4）开合各种空载、负载电路,高压开关电器在电力线路

14、中工作时除开合一般负荷外，有时需要关合、开断空载架空线路和电缆线路，空载变压器、并联电抗器、电容器组、高压电动机等电路。开合这些电路的主要问题是可能产生过电压。这时，对开关电器的要求是在开合过程中，不应产生危及绝缘的过电压，即过电压必须限制在规定的范围内。标志这方面开合能力的主要参数是额定电压和各种开合电流，如额定线路充电开断电流、额定电缆充电开断电流、额定电容器组开断电流、额定电容器组关合涌流和额定小感性开断电流等。,额定线路充电开断电流，是在额定电压和规定的使用和性能条件下，应能开断的最大线路充电电流，开断时不得重击穿，且过电压不得大于规定的数值。额定线路充电开断电流的规定，局限于指定使用

15、在开合三相架空线，且额定电压等于或大于40.5kV的开关电器。额定电缆充电开断电流，是在额定电压和规定的使用和性能条件下，应能开断的最大电缆充电电流，开断时不得重击穿，且过电压不得大规定的数值。额定单个电容器组开断电流，是在额定电压和规定的使用和性能条件下，应能开断的最大电容电流，开断时不得出现重击穿，且操作过电压不得大于规定的数值。此开断电流系指开合一组并联电容器的电流，开关电器的电源侧并没有连接多个并联电容器。单个电容器组开断电流的额定值应从R10数系中选取。,额定背对背电容器组开断电流，是在额定电压和规定的使用和性能条件下，应能开断的最大电容电流，开断时不得出现重击穿，在运行中操作过电压

16、未超过规定的最大允许值。此开断电流系指开合一组并联电容器的电流，开关电器电源侧连接有一组或几组并联电容器，其关合涌流等于额定电容器组关合涌流。背对背电容器组开断电流的额定值应从R10数系中选取。额定电容器组关合涌流，是在额定电压及相应使用条件的涌流频率下，应能关合的电流峰值。电容器组关合涌流的额定值应从R10数系中选取。在运行中，涌流的频率通常在2kHz5kHz范围内。,3 自然环境方面,（1）周围空气温度温度过低，会使高压电器内部的变压器油、润滑油、液压油的粘度增加，影响电器的分合闸速度。温度过低还可能使密封材料的性能劣化，造成电器漏气、漏油。反之，温度过高可能造成导电部分过热等。国家标准交

17、流高压电器在长期工作时的发热中规定，当电器设备使用在周围空气温度高于40（但不高于60）时，允许降低负荷长期工作。推荐周围空气温度每增高IK，额定电流减小1.8；反之，周围空气温度低于40时，每降低1K，额定电流增加0.5。但其最大过负荷不得超过额定电流的20。温度过高，空气的绝缘强度也会降低。,（2）海拔海拔会对高压电器的外绝缘产生影响。海拔高的地区，大气压力低，空气稀薄，空气的绝缘强度也低。因此，有关标准规定、对用于海拔高于1000m但不超过4000m处的高压电器，海拔每升高100m，其外绝缘的绝缘强度大约降低1。高海拔地区空气稀薄、散热差，电器各部分的温升随之升高。因此，在向海拔地区工作

18、的断路器在1000m处进行温升试验时，温升的允许值必须降低。标服规定，电器在海拔高于1000m但不超过4000m处且周围空气温度为40工作时，每超过100m（以海拔1000m为起点），允许温升降低0.3%。,（3）湿度我国长江以南地区湿度很大，全年很长时间的湿度在90以上，甚至表面出现凝露。这样大的湿度，容易引起电器的金属件锈蚀绝缘件受潮、油漆层脱落，甚至影响机构的可靠动作和出现绝缘件表面的闪络事故。我国标准中规定，高压电器应能在日平均相对湿度不大于95，月平均相对湿度不大于90的环境下工作。（4）地震在多地震地区选用高压和超高压断路器时，应选用抗地震性能好、结构比较稳定的接地箱壳（落地罐式）

19、断路器及六氟化硫气体绝缘全封闭开关设备(GIS)。,（5）污秽沿海地区和重工业集中地区，尤其是火电厂、炼油厂、水泥厂、化工厂和沿海的油田等地区，空气中污秽严重，经常发生电器外绝缘的污闪事故。特别是秋末冬初和冬末春初之际，以及天气久晴之后，绝缘件上积秽较多，碰到毛毛雨天气就更为严重。户内使用的电器的污秽问题也不容忽视。对于污秽地区，门窗不严的断路器室，如果清扫不及时，又不像户外电器有雨的自然清扫作用，污秽积累程度并不亚于户外电器。加上南方地区户内湿度高，对于环氧玻璃钢一类的有机绝缘材料来说其沿面闪络电压将显著降低。对于污秽引起的污闪事故除加强清扫、改善室内环境（密封、空调）外，还可以通过增加爬电比距（外绝缘爬电距离与电器额定电压之比）和选用合适的绝缘材料（如硅橡胶）等来解决。（6）风力过大的风力合可能使结构细长的高压电器变形其至断裂，其结构设计中应考虑这种风力载荷。,