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发电厂电气部分--第11讲.pdf

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645223886 2012-05-10 评分 0 浏览量 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《发电厂电气部分--第11讲pdf》,可适用于高等教育领域,主题内容包含发电厂电气部分(学时)第十一讲主讲:刘君Email:liujunlishucomTel:第六章导体和电气设备的原理与选择()基本要求: 、高压断路器符等。

发电厂电气部分(学时)第十一讲主讲:刘君Email:liujunlishucomTel:第六章导体和电气设备的原理与选择()基本要求: 、高压断路器的电弧理论 、高压断路器、隔离开关的选择方法第二节高压断路器和隔离开关的原理和选择闸刀开关电池电灯闸刀开关:闸刀闭合:接通电路 导体闸刀打开:断开电路 绝缘体高压开关电器:承载电压高、通过电流大体积大分合操作依靠专用的操作机构具有一定的熄弧能力。一、开关电器的作用和种类正常情况下当电气设备检修或系统运行方式改变时用于接入或退出发电机、变压器、线路等设备。在故障时用于切断故障部分使电力系统恢复正常运行。断路器QF 隔离开关QS 负荷开关Q 熔断器FU正常工作情况下断开或闭合正常工作电流高压负荷开关低压闸刀开关接触器磁力启动器断开故障情况下过负荷电流或短路电流高、低压熔断器断开或闭合正常工作电流、过负荷电流、短路电流高压断路器低压空气开关检修时隔离电压隔离开关高压断路器的基本结构n电路通断元件接线端子、导电杆、触头、灭弧室n绝缘支撑元件固定通断元件并使其带电部分与地绝缘n操动机构控制通断元件接到合闸或分闸命令后经中间传动机构驱动动触头实现断路器的开合。n基座、电弧放电的特征n能量集中温度很高亮度很强n电弧由三部分组成:阴极区、阳极区、弧柱区n电弧的气体放电是自持放电维持电弧稳定燃烧的电压很低n电弧是一束游离气体质量极轻容易变形。、电弧的危害n电弧的温度高达~度以上常超过金属的汽化点可能烧坏开关电器的金属触头或绝缘。n若电弧长时间不熄灭(如比正常多到ms)可能造成开关电器的烧毁或爆炸甚至造成电力系统的事故。二、开关电器电弧的形成与熄灭导电体、电弧的形成电弧气体游离放电现象。电弧的产生和维持是触头间中性质点(分子和原子)被游离的结果。游离中性质点转化为带电质点。强电场发射:电场力弧隙间最初产生电子的主要原因热电子发射:热运动触头分离最初瞬间阴极表面发射电子碰撞游离:电场力带电粒子撞中性粒子电弧的形成热游离:热运动中性粒子撞中性粒子维持电弧燃烧游离二、开关电器电弧的形成与熄灭等离子状态:正电荷与负电荷数量相等拉长电弧:降低电场力(kV下开断A电流电弧达m)冷却:降低热运动增大气体介质压力:碰撞阻止电子运动气体介质吸附电子能力强(如卤族元素及其化合物具有电负性吸附电子成为负离子质量增大)浓度扩散温度扩散、电弧的熄灭去游离复合:正负粒子中和扩散:带电粒子从电弧内部逸出加强复合去游离的措施:降低电子速度加强复合去游离的措施:用高速冷气吹弧扩散的原因二、开关电器电弧的形成与熄灭原因:电弧的热惯性交流电弧温度的变化滞后于电流的变化。、交流电弧的特点过零自然熄灭动态伏安特性燃弧电压U A 熄弧电压U B U A > U B 二、开关电器电弧的形成与熄灭n弧隙介质强度U d (t) 电弧电流过零电弧熄灭时弧隙绝缘能力的恢复过程用耐受电压表示。由灭弧装置的结构和灭弧介质的性质决定n弧隙电源电压U r (t) 电弧电流自然过零后电源施加于弧隙的电压的恢复过程用恢复电压表示。与线路参数、负荷性质等有关 U r U r U d 、交流电弧的熄灭条件二、开关电器电弧的形成与熄灭 ) ( ) ( t U t U r d>n介质强度的恢复U d (t) 起始介质强度的解释:近阴极效应n弧隙电压恢复过程U r (t) 瞬态恢复电压U tr 工频恢复电压U sr 幅值系数:瞬态恢复电压的最大值与工频恢复电压最大值的比值~ 电压恢复速度:固有振荡频率的半周期内电压恢复的平均速度   r U f dt dU= av v受线路参数的影响电压恢复过程可能是周期性的变化过程或非周期性变化过程。 U U  U  i a U a U r t U rn弧隙电压恢复过程U r (t) 瞬态恢复电压U tr 工频恢复电压U sr 幅值系数:瞬态恢复电压的最大值与工频恢复电压最大值的比值~ 电压恢复速度:固有振荡频率的半周期内电压恢复的平均速度   r U f dt dU= av v受线路参数的影响电压恢复过程可能是周期性的变化过程或非周期性变化过程。 U U  U  i a U a U r t U r v降低恢复电压上升速度和熄弧过电压的措施断路器加装并联电阻断路器加并联电容) ( ) ( t U t U r d>交流电弧的熄弧条件: T  时刻重燃熄弧、高压断路器熄灭交流电弧的基本方法()利用灭弧介质()采用特殊金属材料作灭弧触头()利用气体或油吹动电弧()采用多断口熄弧()采用强有力的分闸机构提高触头分离速度高压断路器熄灭交流电弧的基本方法()利用灭弧介质:介质特性决定去游离程度传热能力、介电强度、热游温度和热容量。空气油(氢)(灭弧能力是空气的倍)SF真空()采用特殊金属材料作灭弧触头:铜钨和银钨合金熔点高、导热系数和热容量大的金属减少热电子发射。()利用气体或油吹动电弧:扩散和冷却空气:MPaSF:~MPa纵吹、横吹、环吹高压断路器熄灭交流电弧的基本方法()采用多断口熄弧:断口电压降低在相等的触头行程下比单断口的电弧拉长电弧拉长速度增加C CQ C CQ CQ CQ ()采用多断口熄弧的缺点:各断口电压分布不相等 U U U     C C C C U U Q Q=    C C C U U Q Q=> U C C C >> CQ , C U = U 均压电容各断口电压均匀分布的措施:断路器加并联电容三、高压断路器的选择n断路器的种类和型式的选择n额定电压和电流的选择n开断电流的选择n短路关合电流的选择n短路热稳定和动稳定校验n断路器的种类:多油少油断路器压缩空气断路器SF断路器真空断路器n额定电压:影响断路器的外形尺寸和绝缘水平n额定电流:决定各导电部分的尺寸和触头结构尺寸n额定开断电流:表征断路器的灭弧能力n短路关合电流:表征断路器关合预伏故障的能力n热稳定电流:表征断路器承受短路电流热效应的能力n动稳定电流:表征断路器承受最大短路电动力的能力n操作时间:分闸时间、合闸时间 、高压断路器的技术参数高压断路器的技术参数()n额定电压:设计时采用的标称电压 、、、、、、、、kV 额定电压越高电器的外形尺寸就越大 最高工作电压:U N kV时U alm =U N U N =~kV时U alm =U N n额定电流:规定环境温度下能长期通过且载流部分温度不超过长期最高允许温度的最大标称电流 、、、、、、、、、 、、、、、、、A 额定电流越大载流部分的尺寸越大高压断路器的技术参数()n额定开断电流 : 断路器进行开断操作时首先起弧的某相电流称为开断电流在额定电压下断路器能可靠开断的最大短路电流称为额定开断电流。 表示断路器的开断能力 、、、、、、、、、 、、、、、kA等 极限开断电流:U<U N 时开断电流可提高但由于灭弧装置机械强度的限制开断电流有一极限值假设开断容量不变则 U U I I N Nbr br= Nbr I高压断路器的技术参数()n热稳定电流(额定短时耐受电流):t秒(s、s、 s、s等)热稳定电流是在保证断路器不损坏的条件下在规定时间t秒内允许通过断路器的最大短路电流有效值。 表示断路器承受短路电流热效应的能力。 产品目录中给出的s热稳定电流大多与额定开断电流相等。n动稳定电流(额定峰值耐受电流):断路器在闭合状态下允许通过的最大短路电流峰值。 表明断路器承受短路电动力效应的能力 数值约为额定开断电流的倍高压断路器的技术参数()n额定关合电流:在额定电压下断路器能可靠闭合的最大短路电流峰值。现象:断路器在合闸之前线路或设备上存在短路故障则在断路器合闸过程中在触头即将接触时即有巨大的短路电流通过(预击穿)要求断路器能承受而不会引起触头熔接和遭受电动力的损坏关合后由于继电保护作用要求仍能切断短路电流。 说明断路器关合短路故障的能力 产品目录中凡是给出的均与动稳定电流相等。n动作时间分闸时间合闸时间高压断路器的技术参数()、断路器的种类和型式n型号额定开断电流(KA)额定电流(KA)其他标志额定电压(KV)设计序号安装场所产品名称产品名称:S少油断路器Z真空断路器D多油断路器LSF断路器安装场所:N户内型W户外型其他标志:G改进型I、II、III 断流能力代号Q防震型C手车式 SNI 、SWI、ZN、LW操动机构实现断路器的合闸、分闸操作并保持在合闸状态。电磁操动机构(CD):优点:简单可靠成本低。缺点:合闸线圈消耗功率大配备蓄电池组合闸时间长。kV及以下。弹簧操动机构(CT):优点:不需要大功率直流电源电动机功率小适于交流操作。缺点:结构复杂零件多加工要求高。液压操动机构(CY):优点:体积小操作力大操作噪音小容易实现自动控制和保护。缺点:结构复杂零件加工精度要求高油系统工作压力高维护要求高。气动操动机构(CQ):优点:以压缩空气为能源不需要大功率直流电源和大截面控制电缆适用于交流操作的变电站。缺点:操作噪音大零部件加工精度要求高配备空压装置。适用于有空压设备的场所。六氟化硫断路器n利用有优良灭弧能力的SF气体作为灭弧介质n优点:开断能力强、断口开距小、体积小、质量较轻、维护工作量小、噪声低n缺点:结构较复杂、金属消耗量大、制造工艺材料和密封要求高、价格昂贵。n产品:~kV电压等级真空断路器n利用真空(气体压力为  Pa以下)高压介质强度实现灭弧n优点:开断能力强、灭弧迅速、触头不易氧化、运行维护简单、灭弧室不需要检修、结构简单、体积小、质量轻、噪声低、寿命长、无火灾和爆炸危险n缺点:制造工艺材料和密封要求高、开断电流和断口电压不能做得很高。n国内只生产kV及以下电压等级产品油断路器以绝缘油作为灭弧介质的断路器多油断路器:油既作为灭弧介质也作为触头断开后弧隙绝缘及带电部分与接地外壳之间的绝缘。优点:结构简单、制造方便、易于加装单匝环形电流互感器、受大气条件影响小缺点:耗钢耗油量大、体积大、额定电流不易作大、全开断时间较长、又发生火灾的可能性。国内只生产、kV电压级产品少油断路器:油主要作为灭弧介质及触头断开后弧隙绝缘。优点:开断性能好、结构简单、制造方便、耗钢耗油量少、体积和质量较小、价格较低缺点:油易冻结和劣化不适用于严寒地带。 kV及以下系统逐步被真空断路器取代空气断路器n以压缩空气作灭弧介质兼作操动机构能源的断路器n优点:灭弧能力强、动作迅速、全开断时间短、无火灾危险、适用于严寒地带n缺点:结构较复杂、制造工艺和材料要求高、有色金属消耗量大、维修周期长、噪声大、价格高、须配置压缩空气装置断路器的选型参考 LW系列 SF kV SW~、KW~、 LW~系列少油、空气、SF ~ kV DW、SN、SW、 ZN、LN、LW系列多油、少油、真空、SF kV SN、ZN、LN系列 SNG 少油、真空、SF ~kV 配电装置专用SF、空气断路器大型机组 SNⅢ、SNG 少油断路器中小型机组发电机回路参考型号可选主要型式安装使用场所SF压力表断路器实物图:kVSF两断口液压机构机构箱弹簧储能指示断路器实物图:kVSF单断口弹簧机构SF压力表断路器分合位置指示断路器实物图:kV少油断口液压机构油压力表断路器分合位置指示油位计、高压断路器的选择额定电压和电流选择 max , I I U U N Ns N开断电流选择 K Nbr I I开断时间小于s在电源附近短路时用短路全电流进行验算。  ' '  "  )  (  )  ( a br a br T t T t pt K e I e I I I=SS= r x T a 额定关合电流 sh Ncl i i热稳定和动稳定校验 sh es K t i i Q t I ,  " I I I I Nbr pt Nbr或开断时间大于s在远离电源处短路时可不计非周期分量的影响:四、隔离开关的选择、隔离开关的主要用途n隔离电压n倒闸操作n分合小电流:分、合避雷器、电压互感器和空载母线分、合励磁电流不超过A的空载变压器关、合电容电流不超过A的空载线路、隔离开关的种类和型式)屋内式、屋外式)单柱、双柱、三柱式)水平垂直旋转式、摆动式、插入式)单接地闸刀、双接地闸刀、无接地闸刀)手动、气动、电动、液压传动隔离开关实物图:单柱垂直伸臂连接软母线连接硬母线注意接地刀闸隔离开关实物图:双柱握手隔离开关实物图:双柱伸臂隔离开关实物图:三柱各图选自姚春球《发电厂电气部分》、隔离开关的选择n )种类和形式的选择安装地点:屋内式和屋外式绝缘支柱数目:单柱、双柱、三柱n)额定电流、电压选择n)热稳定校验n)动稳定校验 k t Q t I  sh es i i max , I I U U N Ns N隔离开关选型参考 GW, GW 单极~kV 变压器中性点 GW, GW, GW, GW 三柱式双柱式~kV电动 kV及以上中型配电装置 GW, GW, GW 单柱式~kV可分相布置电动硬母线布置 GW V型~kV双柱式手动、电动高型硬母线布置 GW 双柱式 kV及以下手动、电动 kV及以下配电装置屋外 GN 三极 kV~A手动 GN GN 三极 kV~A手动 GN 单极插入式结构带封闭罩kV ~A电动 GN GN 单极kVkV~A手动、电动发电机回路大电流回路屋内 GNGNGN GN 三极kV以下手动屋内配电装置、高压开关柜参考型号特点安装使用场所五、例题选择容量为MW、U N =kV、功率因数为的发电机出口断路器及回路的隔离开关。已知发电机出口短路时系统侧电抗X *S = (基准容量MVA)系统等值机容量为 MVA。发电机主保护为s后备保护时间为s配电装置内最高室温为度 X *解:发电机最大持续工作电流为: ) (              cos     max A U P I N N===j根据发电机回路的U Ns 、I max 选择SNIII型少油断路器。短路计算电抗:         ===** d s s S S X X 短路计算时间: ) (              s t t t t a in pr K===查短路电流计算曲线换算成有名值: kA I kA I kA I                "===短路电流热效应:  ) (                          " s kA t I I I Q k t t k k k===冲击电流: ) (              " kA I i sh===SNIII型断路器计算数据 kV U Ns = kV U N = A I  max= A I N = kA I    "= kA I Nbr   = kA i sh   = kA i Ncl = kA i sh   = kA i es = s kA Q k=  ) (  s kA t I t==    ) (      断路器选择结果:小结n高压断路器的原理与选择n隔离开关的用途与选择判断对错n直流电弧存在稳定工作点对熄弧有利。n交流电弧过零后在阳极附近立即出现 ~V的介质强度。n空气断路器在开断近距离故障时易发生电弧重燃。思考题n断路器的额定电流、额定开断电流、热稳定电流各代表断路器的何种性能?n交流电弧过零后介质强度的恢复与哪些因素有关?n画出交流电弧的伏安特性曲线说明交流电弧的特点?n kV及以上断路器加装并联电容的目的?加装低值并联电阻的作用?n断路器开断kV电路时其工频恢复电压最大值为?瞬变恢复电压最大值为?作业n 

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