電力開關(guān)的職能和分類

1、第1章緒論11電力開關(guān)的職能和分類開關(guān)設(shè)備在動(dòng)作時(shí)是關(guān)合或開斷電路，不動(dòng)時(shí)是連通或隔離電源，其本質(zhì)的功能是起“阻抗變換器”的作用，即將電路中某點(diǎn)的阻抗由o→∞或∞→o?！半娀　眲t是這一迅速變換過程中難以避免但也是不可缺少的開斷元件1。對(duì)于高壓大電流電路中的有觸頭機(jī)械開關(guān)來說，只有電弧才能完成上述變換2，問題在于如何限制其不利的效應(yīng)。電力開關(guān)是指工作于發(fā)電、輸電、配電和用電單位的各種大功率開關(guān)電器(見圖1—1)，它們對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行起著控

2、制和保護(hù)的作用。開關(guān)設(shè)備通常包括元件與成套組合電器兩大部分。元件包括斷路器、隔離開關(guān)、負(fù)荷開頭、熔斷器、低壓自動(dòng)開關(guān)等；成套組合電器包括各種開關(guān)柜、充氣柜、環(huán)網(wǎng)柜、箱式，變電站及各類封閉式組合電器。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)、傳感技術(shù)、微電子器件、材料科學(xué)及超導(dǎo)技術(shù)的不斷發(fā)展，高低壓電力開關(guān)設(shè)備的概念在不斷發(fā)展和擴(kuò)大，將會(huì)出現(xiàn)更多新型的成套裝置或限流設(shè)施，以適應(yīng)現(xiàn)代化電網(wǎng)的運(yùn)行需要。本書只討論各類開關(guān)電器或起阻抗變換作用的電流限制與接通設(shè)備，

3、現(xiàn)對(duì)其功能及作用分述如下。i斷路器(Circuit—Breaker)斷路器是電力系統(tǒng)中最重要和性能最全面的一種開關(guān)電器。斷路器起著控制和保護(hù)的雙重作用，能在有載、無載(空載變壓器和空載輸電線)及各種短路工況下完成規(guī)定的合分任務(wù)或操作循環(huán)。它區(qū)別于其他開關(guān)設(shè)備的最顯著特點(diǎn)是必須具備高效的滅弧裝置。因?yàn)樵诟邏簭?qiáng)電流的條件下開斷電路并不是件容易的事，開斷過程產(chǎn)生的電弧不熄滅，電路就不能被開斷，無論高壓斷路器或低壓自動(dòng)空氣斷路器(習(xí)慣稱自動(dòng)開關(guān)

4、)都必須具備強(qiáng)有力的滅弧能力。i隔離開關(guān)(Disconnect)隔離開關(guān)是一種用來隔離電源或其他帶電裝置的開關(guān)電器。由于高壓斷路器的觸頭被封裝在滅弧室中，不能直接看到它的觸頭是分開的還是合攏的，因此，為了使被檢設(shè)備與帶電部分可靠地隔離，也不讓通過斷路器斷口絕緣的泄漏電流(沿滅弧室固體介質(zhì)表面)對(duì)人體造成麻電感覺或傷害，在高壓斷路器的進(jìn)出兩側(cè)都必須串接一種電壓隔離設(shè)備，這就是隔離開關(guān)。隔離開關(guān)打開后，在氣體空間形成一個(gè)明顯可見的絕緣間隙。

5、它區(qū)別于其他開關(guān)的明顯特點(diǎn)就是“明斷點(diǎn)、無泄漏”。它的功能決定了它無齋滅弧能力，因而它必須先于斷路器合閘、后于斷路器分閘。只有當(dāng)線路電流很小很小，或者說其每相兩接線端間在分開狀態(tài)無明顯電壓變化時(shí)，它才具有分合電路的能力。隔離開關(guān)第1頁第2章電流的熱效應(yīng)和力效應(yīng)21電流效應(yīng)對(duì)電器性能的影響211概述凡是載流的導(dǎo)體或設(shè)備在常態(tài)下都會(huì)因自身導(dǎo)電回路的材料性質(zhì)及結(jié)構(gòu)特征而承受不同程度的電流熱效應(yīng)和力效應(yīng)。任何導(dǎo)電構(gòu)件(觸頭、母線、線圈等)都因有

6、電阻而產(chǎn)生熱損耗，其周圍的鐵磁體都會(huì)在交變磁場的作用下產(chǎn)生渦流和磁滯損耗，支撐導(dǎo)體的絕緣介質(zhì)在強(qiáng)電場作用下有介質(zhì)損耗，這些都是造成溫度升高的熱源。任何通電流的導(dǎo)電體都必然處在其自身或電流回路中別的導(dǎo)體(或相鄰導(dǎo)電系統(tǒng))電流所形成的磁場中，因而它會(huì)受到力的作用。鐵磁體的熱損耗、電流的趨膚效應(yīng)、導(dǎo)體間的力作用等均為電流的磁效應(yīng)所產(chǎn)生，故電器中的電動(dòng)力是載流體相互作用的電磁機(jī)械力，是洛侖茲力的宏觀表現(xiàn)。電弧是處于等離子態(tài)的導(dǎo)電體，開關(guān)電器中的

7、電弧伴隨開關(guān)觸頭分離或即將合攏時(shí)產(chǎn)生，因而也會(huì)受到電動(dòng)力的作用，它同時(shí)又是大功率的熱源，當(dāng)關(guān)合或開斷短路時(shí)伴隨巨大的短路電流形成。無論是電弧還是其他導(dǎo)體，在正常電流下與在短路電流下所承受的熱效應(yīng)或力效應(yīng)給電器工作性能造成的影響有極大差別。為保證電器的正常工作，須對(duì)電器的發(fā)熱和電動(dòng)力做適當(dāng)?shù)牧私?，掌握常用的工程算法以便?duì)溫升和電動(dòng)力做定量的分析。212最大允許沮升的規(guī)定電器各零部件及絕緣介質(zhì)的工作溫度對(duì)材料物理及化學(xué)性質(zhì)的變化有直接的影響

8、。當(dāng)溫度超過——定的范圍時(shí)，其機(jī)械性能和電氣性能會(huì)急劇下降，使用壽命會(huì)降低。不同的材料及工作部位其所允許的溫度是不同的，確定允許溫度的原則是保證電器在設(shè)計(jì)的使用期限內(nèi)能可靠地工作。金屬材料的允許溫度取決于其機(jī)械強(qiáng)度的變化及支撐絕緣的熱耐受能力。溫度達(dá)一定值后，材料軟化，機(jī)械強(qiáng)度會(huì)明顯下降。例如，銅在長期工作狀態(tài)下(即溫度緩慢升高時(shí))的軟化點(diǎn)為100～200℃(見圖21)。金屬材料的軟化點(diǎn)不僅是溫度的函數(shù)，還與溫升速度有關(guān)，當(dāng)銅的溫升過程

9、很快時(shí)，其軟化點(diǎn)升高到約300℃，即銅在短路電流作用下，其允許發(fā)熱溫度較正常工作狀態(tài)時(shí)高一些。GBll021將中氣絕緣材料按其耐熱性能分為Y、A、E、B、F、H、C7個(gè)等級(jí)其長期第11頁工作下的極限溫度由Y～C依次增高，A級(jí)的極限溫度為105℃，B級(jí)為130℃。C級(jí)為180℃。不同絕緣材料的極限允許工作溫度依據(jù)它們不同的物理、機(jī)械、化學(xué)及電氣性能而定。當(dāng)絕緣材料的溫度超過允許工作溫度時(shí)，材料會(huì)急劇老化。材料的絕緣性能也隨之下降。如A級(jí)絕

10、緣材料的溫度從105℃起，每增加8～10℃，其使用壽命縮短一半。絕緣材料的介質(zhì)損耗也隨溫度的上升而增加，其介質(zhì)強(qiáng)度即隨之下降，如圖2—2所示，溫度大于80℃以后，電瓷的擊穿場強(qiáng)迅速下降。導(dǎo)體連接處，尤其是開關(guān)的各類觸頭，其允許溫度比非接觸處要低得多。因?yàn)榻佑|面(或接觸點(diǎn))的導(dǎo)電狀態(tài)比非接觸處要惡劣得多，接觸處的電阻值是變化的、不穩(wěn)定的。若觸頭溫度過高，則其接觸面會(huì)強(qiáng)烈氧化、銹蝕，嚴(yán)重的發(fā)熱溫升或因?qū)щ姴涣级按蚧稹倍加锌赡茉斐扇酆?。觸頭