电压分类,从人身安全角度划分 对地电压250V以上者为高压； 对地电压250V以下者为低压。 按设计、制造和安装规程划分 额定电压在1000V以上者为高压； 额定电压在1000V以下者为低压。 此外尚有划分为低压、中压、高压、超高压和特高压者。 低压-1000V及以下者； 中压-1000V至10KV或35KV； 高压-35KV或以上至110KV或220KV； 超高压- 220KV或330KV及以上的； 特高压- 800KV或1000KV及以上的,基础知识高压电器概述,高压电器可分为,开关电器,限制电器,变换电器,组合电器,高压断路器,高压隔离开关,高压负荷开关,限流电抗器,避雷器,熔断器,电流互感器,电压互感器,将上述某几种电器，按一定需要装配成一个整体的电器。,一、开关电器,（一）高压断路器的用途 控制作用，根据电网运行需要，用高压断路器把一部分电力设备或线路投入或退出运行； 保护作用，高压断路器可以在电力线路或设备发生故障时将故障部分从电网中快速切除，保证电网的无故障部分正常运行。 故，要求高压断路器能够开断、关合及承载运行线路的正常电流，也能在规定时间内承载、关合及开断规定的异常电流，如过载电流和短路电流。,高压断路器的类型,发电机断路器：控制、保护发电机用的断路器。 输电断路器：用于110（63）KV及以上输电系统中的断路器。 配电断路器：用于35（63）KV及以下配电系统中的断路器。 控制断路器：用于控制、保护经常需要起停的电力设备（如高压电动机、电弧炉等）的断路器。,高压断路器的种类,油断路器（多油和少油）； 压缩空气断路器； 六氟化硫断路器； 真空断路器； 磁吹断路器； （固体）产气断路器。 目前使用较多的是少油断路器、真空断路器和六氟化硫断路器；,（二）对高压断路器的要求,1、一般电气性能方面 电压方面。额定电压和耐受电压； 电流方面。参数是额定电流（In，A）、额定峰值耐受电流（Iqw，kA）、额定短时耐受电流（Isw，kA）和额定短时持续时间（tsw，s）。,2、开断、关合电路方面,开断短路故障； 快速开断； 关合短路故障； 快速自动重合（闸）操作； 开合各种空载、负载电路。,（三）高压断路器的发展,新介质的应用 六氟化硫气体作为绝缘介质，19世纪被发现，20世纪50年代被应用。 新型触头材料的研制 真空断路器上世纪20年代由美国GE公司提出构想，上世纪60年代研制成功。两项关键技术：金属和非金属的焊接，触头材料。 理论研究的提高 高压六氟化硫断路器的发展经历了三代：第一代是双压式；第二代单压式；第三代自能吹气式。,（四）隔离开关的主要作用,在线路及电器设备维修时，形成明显的绝缘间隙，将高压设备与电源隔离，以保证检修工作人员的安全。 转换线路，增加线路连接的灵活性。 一般不开断电流，但有时要求具有开断小电感电流（如空载变压器的励磁电流）和开合小电容电流（如空载电路）。,（五）负荷开关的作用,负荷开关用来在正常工作或过载时关合和开断电路。 只能开断额定负载电流和一定的过载电流，不能开断短路电流。 负荷开关一般与熔断器串联使用，用熔断器来切断短路电流。,二、限制电器,限流电抗器（L）：主要用来限制电路中的短路电流，以减轻断路器开断时的工作负担。 避雷器（F）：用来限制电路中出现的过电压，保护电力系统和电器设备的绝缘，使之不受过电压的侵袭。 熔断器（FU）：在电路发生过载或短路时依靠熔丝的熔断开断电路，用来提供过载或短路保护。,三、变换电器,电流互感器（TA）：串接在电路中，其作用是把高电位的大电流按比例地变换为低电位的小电流，以便给测量仪表或继电器提供电流信号，并使之于高电压隔离。 电压互感器（TV）：并接在线路上，其作用是把高电压按比例地变换为低电压，以便给测量仪表或继电器提供电压信号，并使之于高电压隔离。,四、组合电器,为了安装方便，降低成本，节约电器设备的占地面积并提高供电的可靠性，将上述某几种电器，按一定的需要装配成一个整体的电器。,电动力,载流导体之间的作用力称为“电动力”。 研究电动力的目的： 设计产品时，使其机械强度能承受电动力的作用而不至损坏，使断路器不会因电动力的作用而发生误动作。 广泛利用电动力以改善、提高断路器的性能。如在断路器的灭弧结构中，利用电动力的作用来提高灭弧能力，增加短路时触头间的压力，利用电动力原理设计并制造出迅速推开的斥力式触头结构等。,发热,电器中热量的产生 电阻损耗 铁磁损耗 介质损耗 热量的散失 电器的允许发热温度 决定允许发热温度的因素 最大允许发热温度与温升 电器的短时电流耐受性（热稳定性）,电接触,两个或几个导体通过机械方式接触，从而使电 流通过的状态称为电接触。,开关设备中，根据在操作过程中接触处是否存 在相对运动而把电接触分成两大类：,1、固定电接触,2、可动电接触,固定电接触,将两个以上的导体在其接触处用螺钉、螺纹、铆钉等机械方法使之固定的电接触。 例如各种电器的出线端与母线的连接，母线与母线的连接等。,可动电接触,开关设备在操作过程中，导体接触处有相对运动的电接触。 接触处的相对运动有两种基本形式： 接触处在操作过程中不仅能做相对运动而且还可做分合运动的电接触，称为可分电接触； 接触处在操作过程中只作相对运动而不能分离的电接触，称为不可分电接触。 可分电接触和不可分电接触分别用可分触头和不可分触头。,可分触头,可作分合运动的触头，可分触头是高压开关设备中实现电路断开(分)或闭合(合)的主要执行部件。,不可分触头,在操作中只能作相对运动而不分离的触头。滑动触头和滚动触头等都属于此种类型。开关电器的中间触头就是采用这种电接触方式。不可分触头在高压断路器中常用来作为电流引出用的中间触头。,接触电阻及其影响因素,1、接触电阻 研究表明，接触电阻由两部分组成： 收缩电阻Rs 表面电阻Rb,部分接触面的放大图,收缩电阻Rs,由于导体表面的加工不可能“绝对”光滑和平坦，因此两个导体接触时不能在整个接触表面上接触，而只能在其中的一些点上接触，如上图所示。这就使导体中的电流线在接触处(图中a，b处)发生剧烈收缩，使实际接触面积大大缩小，因而接触处的电阻就会增加。由此引起的接触电阻称为收缩电阻Rs 。,表面电阻Rb,当导体加工后，各导体的接触表面由于尘埃的覆盖、气体分子或水分子的吸附、金属表面的氧化或硫化以及有机聚合物的生成等原因会存在一层薄膜。这层薄膜的导电性能很差，又不容易在接触过程中完全去掉，因此将使接触过渡区域的电阻增大。由这种原因引起的接触电阻称为表面电阻(或膜电阻) Rb 。,2、影响接触电阻的因素,金属材料性质 物理性质方面，材料的电阻率和硬度将直接影响电阻的大小。 化学性质方面，主要是接触表面氧化和化学腐蚀的影响，都可使触头的接触电阻增加。 接触处的接触形式 分为：点接触、线接触和面接触。 接触压力 温度 接触处表面加工情况,接触电阻与接触压力的关系,接触压力,试验得出接触处的接触压力F与接触电阻Rf间存在如图所示的关系。压力愈大，则接触电阻愈小。但是当压力超过足够数值后，接触电阻就基本保持不变。,温度对接触电阻的影响,电阻率随温度的升高而增加； 当材料温度上升到接近软化点时，材料的硬度将急剧下降； 温度升高使化学腐蚀和氧化作用增强。,接触处表面加工情况,对接触表面的光洁度不宜要求过高，磨光的表面反而会使实际接触面积减小而增大接触电阻，但应提高接触面的平整度。当然，光洁度高的触头不易受污染，也不易生成各种表面膜，因而可减少周围介质对接触电阻的影响，有利于保证接触电阻的稳定。,触头的发热与熔焊,当通电时，由于接触电阻的存在，在触头接触处将产生热损耗，因此接触处的温度要比触头本体高。 在工作过程中。若因过热而使接触处的温度升到金属的软化点和熔点时，触头就会局部软化和熔化，当熔化的面积和深度增加至一定程度时，冷却后就会出现触头的熔焊现象 触头在即将接通时发生的电弧也会导致触头的熔焊。,对可分触头的主要要求,1、触头在闭合位置时要防止触头过热和熔焊，并保证工作过程中接触电阻的稳定性。 防止过热措施： 减小接触电阻，当接触形式确定后，选取适当的接触压力来限制接触电阻； 降低触头本体的温升，为此须加大触头的散热面积，以改善散热条件。,2、触头在分断过程中,触头在导电状态从闭合位置开始运动至断开位置的整个过程称为分断过程。 由于电的作用而引起的触头材料的损蚀称为电磨损。 改善触头在分断过程中工作条件的主要措施是： 选用抗熔焊、耐电弧烧损的材料； 增强灭弧性能和提高触头的开断速度，以缩短燃弧时间； 结构上加以改进，把触头的起弧和燃弧部分与闭合位置时的接触部分分开。,3、触头在接触过程中,减小接通时触头的磨损和防止触头熔焊的措施： 提高触头关合速度和增大 触头初压力。,开关电弧,电弧是电气设备运行中出现的一种强烈的电游离现象，其特点是光亮很强和温度很高。 电弧延长了电路开断时间； 电弧的高温可能烧损开关的触头，烧毁电器设备及导线电缆，还可能引起电路弧光短路，甚至引起火灾及爆炸事故。 强烈的弧光可能损伤人的视力，严重的可致人眼失明。,产生电弧的根本原因,开关触头在分断电流时之所以会产生电弧，根本的原因在于触头本身及触头周围的介质中含有大量的可被游离的电子。于是，当分断的触头之间存在着足够大的外施电压的条件下，就有可能强烈地电游离而发生电弧。,产生电弧的游离方式,热电发射 高电场发射 碰撞游离 热游离,电弧的熄灭,熄灭电弧的条件要使电弧熄灭，必须使触头间电弧中的去游离率大于游离率，即电弧中离子消失的速率大于离子产生的速率。,熄灭电弧的去游离方式,正负带电质点的“复合” 正负带电质点的“扩散”,复合就是正负带电质点重新结合为中性质点。与电弧中的电场强度、温度及电弧截面等因素有关。电弧中场强越弱，电弧温度越低，电弧截面越小，则其中带电质点的复合越强。另外，复合与电弧接触的介质性质也有关系。如电弧接触的表面为固体介质，则由于较活泼的电子先使介质表面带一负电位，带负电位的介质表面就吸引电弧中的正离子而造成强烈的复合。,扩散就是电弧中的带电质点向周围介质中扩散开去，从而使电弧区域的带电质点减少。扩散的原因，一是由于电弧与周围介质的温度差，另一是由于电弧与周围介质的离子浓度差。扩散也与电弧截面有关。电弧截面越小，离子扩散也越强。,交流电弧的开断,1、强迫熄灭 2、截流开断 3、过零熄弧,强迫熄弧,在这种情况下，电弧电压ua很高，电源电压不能维持，电弧电流很快被减小到零而熄灭。这种灭弧过程与直流电弧熄灭情况相同。填充石英砂的熔断器在开断交流短路电流时，就会出现这种强迫熄弧现象。这种熔断器熔丝很长，如10kV石英砂熔断器的熔丝长度近1m。石英砂有很强的散热能力，熔丝又很细，因此电弧电压超过电源电压，电弧电流不能维持而急剧减小导致熄弧。如图,与直流熄弧情况相同，在电感元件上将出现过电压。,截流开断,在开断较小的交流电流时（尤其在几十安以下），由于真空电弧在电弧自然过零点以前突然熄灭，可使电流从熄灭时的某一电流值（称截流电流）被截断而强迫突降至零。截流现象会引起过电压，成为真空开关所必须考虑的问题。,过零熄弧,在大多数高压断路器开断过程中，电弧电压远低于电源电压，即电源电压足以维持电弧而不致发生强迫熄弧。在电流较大的情况下也不会出现截流。在这种情况下，电弧是在电流零点时熄灭的。这种熄弧过程称为过零熄弧。对工频交流电路，电流在1s内要过零100次，电流过零时，电弧自然熄灭，至少是暂时地熄灭，所以，交流电弧能否被熄灭取决于电流过零后触头之间的间隙是否会重新被击穿而形成电弧。若电流过零后，弧隙未重燃，电弧最终被熄灭；反之，若发生重然，则电弧在此次电流过零时未能被熄灭。,交流电弧的熄灭特点,交流电流每半个周期过零一次，电流过零时，电弧将暂时熄灭。 电弧熄灭瞬间，弧隙温度骤降，热游离中止，去游离（主要为复合）大大增强，弧隙空间获得较高的绝缘强度。 过零后电场强度有可能使绝缘击穿，电弧复燃。 由于触头的迅速断开，电场强度的迅速降低，一般交流电弧经过若干周期的熄灭、复燃、熄灭的反复，最终完全熄灭。,