電氣主系統(tǒng)第二章開關(guān)電器互感器的原理2版g

1、發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-1 1 1第二章第二章 開關(guān)電器和互感器的原理開關(guān)電器和互感器的原理第一節(jié)第一節(jié) 開關(guān)電器開關(guān)電器 第二節(jié)第二節(jié) 電流互感器電流互感器 第三節(jié)第三節(jié) 電壓互感器電壓互感器 第四節(jié)第四節(jié) 新型互感器簡介新型互感器簡介 本章計(jì)劃學(xué)時：本章計(jì)劃學(xué)時：4 6學(xué)時學(xué)時發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-2 2 2第一節(jié)第一節(jié) 開關(guān)電器開關(guān)電器一、開關(guān)電器的滅弧原理一、開關(guān)電器的滅弧原理 （一）電弧現(xiàn)象（一）電弧現(xiàn)象 電弧電?。菏且环N氣體游離放電現(xiàn)象。是一種氣體游離放電現(xiàn)象。 產(chǎn)生電弧的條件產(chǎn)生電弧的條件：用開關(guān)電器開斷電源電壓大于用開關(guān)電器開斷電源電壓

2、大于10 20 V，電流大于電流大于80 100mA的電路時，就會發(fā)生電弧。的電路時，就會發(fā)生電弧。 電弧的特點(diǎn)電弧的特點(diǎn)：能量集中，溫度很高，亮度很強(qiáng)；電弧是良導(dǎo)能量集中，溫度很高，亮度很強(qiáng)；電弧是良導(dǎo)體。體。 電弧的利用電弧的利用：電弧在工業(yè)上有很多有益的應(yīng)用，例如，利用電弧在工業(yè)上有很多有益的應(yīng)用，例如，利用其高溫的電弧焊接機(jī)，電弧煉鋼爐等。其高溫的電弧焊接機(jī)，電弧煉鋼爐等。 電弧的危害電弧的危害：在開關(guān)電器中，電弧是有害的，要求盡快地熄在開關(guān)電器中，電弧是有害的，要求盡快地熄滅，否則會燒壞開關(guān)觸頭，誤拉隔離開關(guān)會造成相間短路和人滅，否則會燒壞開關(guān)觸頭，誤拉隔離開關(guān)會造成相間短路和人身傷

3、亡。身傷亡。 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-3 3 3（二）電弧的產(chǎn)生與熄滅（二）電弧的產(chǎn)生與熄滅 游離游離中性質(zhì)點(diǎn)分解成自由電子和正離子中性質(zhì)點(diǎn)分解成自由電子和正離子。 去游離去游離電子和正離子相互吸引還原為中性質(zhì)點(diǎn)電子和正離子相互吸引還原為中性質(zhì)點(diǎn)。1. 電弧的產(chǎn)生電弧的產(chǎn)生（1）強(qiáng)電場發(fā)射強(qiáng)電場發(fā)射：E=U / s 大于大于3106 V/m時，金屬觸頭陰極時，金屬觸頭陰極表面就會發(fā)射自由電子表面就會發(fā)射自由電子。（2）熱電子發(fā)射熱電子發(fā)射 ：在開關(guān)分閘時，動靜觸頭之間的接觸壓力在開關(guān)分閘時，動靜觸頭之間的接觸壓力和接觸面積減小，接觸電阻增大，接觸表面發(fā)熱嚴(yán)重，產(chǎn)生局和接觸面

4、積減小，接觸電阻增大，接觸表面發(fā)熱嚴(yán)重，產(chǎn)生局部高溫，陰極金屬材料中的電子獲得動能而逸出成為自由電子。部高溫，陰極金屬材料中的電子獲得動能而逸出成為自由電子。 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-4 4 4（3）加速運(yùn)動加速運(yùn)動：自由電子，在強(qiáng)電場的作用下，向陽極作加自由電子，在強(qiáng)電場的作用下，向陽極作加速運(yùn)動。速運(yùn)動。（4）碰撞游離碰撞游離：加速運(yùn)動獲得動能的自由電子在運(yùn)動中與中加速運(yùn)動獲得動能的自由電子在運(yùn)動中與中性質(zhì)點(diǎn)發(fā)生碰撞，中性質(zhì)點(diǎn)中的電子獲得能量產(chǎn)生躍遷，跳到性質(zhì)點(diǎn)發(fā)生碰撞，中性質(zhì)點(diǎn)中的電子獲得能量產(chǎn)生躍遷，跳到能級更高的軌道上，如果獲得的能量足夠大，自由電子就能脫能級更高

5、的軌道上，如果獲得的能量足夠大，自由電子就能脫離原子核的束縛，游離成自由電子和正離子。離原子核的束縛，游離成自由電子和正離子。 （5）雪崩雪崩：游離的結(jié)果導(dǎo)致觸頭間自由電子數(shù)量劇增游離的結(jié)果導(dǎo)致觸頭間自由電子數(shù)量劇增 。（6）介質(zhì)擊穿產(chǎn)生電弧介質(zhì)擊穿產(chǎn)生電?。簞≡龅碾娮觿≡龅碾娮有纬呻娏?，介質(zhì)被擊穿形成電流，介質(zhì)被擊穿而產(chǎn)生電弧。而產(chǎn)生電弧。強(qiáng)電場發(fā)射強(qiáng)電場發(fā)射熱電子發(fā)射熱電子發(fā)射加速加速運(yùn)動運(yùn)動碰撞碰撞游離游離雪崩雪崩介質(zhì)擊介質(zhì)擊穿產(chǎn)生穿產(chǎn)生電弧電弧 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-5 5 5（3）另一方面介質(zhì)的分子和原子在高溫下將產(chǎn)生強(qiáng)烈的分子）另一方面介質(zhì)的分子和原子在高溫下

6、將產(chǎn)生強(qiáng)烈的分子熱運(yùn)動，獲得動能的中性質(zhì)點(diǎn)之間不斷地發(fā)生碰撞，游離成自熱運(yùn)動，獲得動能的中性質(zhì)點(diǎn)之間不斷地發(fā)生碰撞，游離成自由電子和正離子，此即所謂熱游離。由電子和正離子，此即所謂熱游離。（4）熱發(fā)射和熱游離給弧隙提供了大量的自由電子，電流繼）熱發(fā)射和熱游離給弧隙提供了大量的自由電子，電流繼續(xù)流過，電弧的燃燒得以維持。續(xù)流過，電弧的燃燒得以維持。 3電弧的熄滅電弧的熄滅 復(fù)合去游離：復(fù)合去游離：正離子和負(fù)離子相互吸引而中和成為中性質(zhì)正離子和負(fù)離子相互吸引而中和成為中性質(zhì)點(diǎn)的過程。點(diǎn)的過程。 自由電子的自由電子的v遠(yuǎn)大于正離子，它們直接復(fù)合的可能性很小，遠(yuǎn)大于正離子，它們直接復(fù)合的可能性很小，往

7、往是自由電子先附著在中性質(zhì)點(diǎn)上，形成負(fù)離子，運(yùn)動速度往往是自由電子先附著在中性質(zhì)點(diǎn)上，形成負(fù)離子，運(yùn)動速度大大減慢，此時，正離子和負(fù)離子更容易復(fù)合。大大減慢，此時，正離子和負(fù)離子更容易復(fù)合。2電弧的維持與發(fā)展電弧的維持與發(fā)展 （1）由于電弧的）由于電弧的r小，電弧形成后，觸頭間的電壓和電場強(qiáng)度小，電弧形成后，觸頭間的電壓和電場強(qiáng)度很低，強(qiáng)電場發(fā)射停止。很低，強(qiáng)電場發(fā)射停止。（2）由于電弧在燃燒過程中溫度很高，可達(dá)到幾千度甚至上）由于電弧在燃燒過程中溫度很高，可達(dá)到幾千度甚至上萬度，陰極表面繼續(xù)進(jìn)行熱電子發(fā)射。萬度，陰極表面繼續(xù)進(jìn)行熱電子發(fā)射。發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-6 6

8、6 游離作用等于去游離作用，新增加的帶電質(zhì)點(diǎn)數(shù)量與中和的游離作用等于去游離作用，新增加的帶電質(zhì)點(diǎn)數(shù)量與中和的數(shù)量相等，電弧穩(wěn)定燃燒。數(shù)量相等，電弧穩(wěn)定燃燒。 游離作用大于去游離作用，電弧燃燒加劇。游離作用大于去游離作用，電弧燃燒加劇。 游離作用小于去游離作用，則電弧中的帶電質(zhì)點(diǎn)數(shù)量減少，游離作用小于去游離作用，則電弧中的帶電質(zhì)點(diǎn)數(shù)量減少，最終導(dǎo)致電弧熄滅。最終導(dǎo)致電弧熄滅。（3）電弧的熄滅）電弧的熄滅 電弧的燃燒是由游離過程維持的，但在電弧中同時還進(jìn)行著電弧的燃燒是由游離過程維持的，但在電弧中同時還進(jìn)行著相反的使帶電質(zhì)點(diǎn)數(shù)量減少的去游離過程。相反的使帶電質(zhì)點(diǎn)數(shù)量減少的去游離過程。 （三）交流電

9、弧的特性（三）交流電弧的特性 1. 1. 電弧電流交變，每半個周期過零一次，此時電弧因失去能電弧電流交變，每半個周期過零一次，此時電弧因失去能量而自然熄滅。量而自然熄滅。 由于電弧內(nèi)外的電荷濃度及溫差的不同，自由電子和正離由于電弧內(nèi)外的電荷濃度及溫差的不同，自由電子和正離子將向濃度和溫度都低的周圍介質(zhì)中擴(kuò)散，在低溫處，電子和子將向濃度和溫度都低的周圍介質(zhì)中擴(kuò)散，在低溫處，電子和離子的離子的v減慢而復(fù)合成為中性質(zhì)點(diǎn)。減慢而復(fù)合成為中性質(zhì)點(diǎn)。 擴(kuò)散去游離：擴(kuò)散去游離：自由電子和正離子逸出電弧而進(jìn)入周圍介質(zhì)中，自由電子和正離子逸出電弧而進(jìn)入周圍介質(zhì)中，被周圍介質(zhì)冷卻而復(fù)合的過程。被周圍介質(zhì)冷卻而復(fù)合

10、的過程。 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-7 7 72. 2. 由于熱慣性，弧柱溫度的變化滯后于快速變化的電流，所由于熱慣性，弧柱溫度的變化滯后于快速變化的電流，所以交流電弧的伏安特性是動態(tài)的，如圖以交流電弧的伏安特性是動態(tài)的，如圖2-32-3所示。所示。 在電流增大時，溫度來不及增高（溫度變化慢），弧隙電阻在電流增大時，溫度來不及增高（溫度變化慢），弧隙電阻來不及減小來不及減小, ,因此電壓較高；因此電壓較高； 在電流減小時，溫度來不及降低，弧隙電阻來不及增大，電在電流減小時，溫度來不及降低，弧隙電阻來不及增大，電壓低。壓低。故圖故圖2-3a2-3a中正方向電流增大時的曲線在電流

11、減小時的上方。中正方向電流增大時的曲線在電流減小時的上方。 A點(diǎn)是電弧產(chǎn)生時的電壓，稱為燃弧電壓。點(diǎn)是電弧產(chǎn)生時的電壓，稱為燃弧電壓。 B點(diǎn)是電弧熄滅時的電壓，稱為熄弧電壓。點(diǎn)是電弧熄滅時的電壓，稱為熄弧電壓。 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-8 8 8（四）交流電弧熄滅的條件（四）交流電弧熄滅的條件 熄滅交流電弧的最佳時機(jī)：交流電弧每半周期自然熄滅時。熄滅交流電弧的最佳時機(jī)：交流電弧每半周期自然熄滅時。 在電流過零后，弧隙中存在著兩個恢復(fù)過程。在電流過零后，弧隙中存在著兩個恢復(fù)過程。 1) 介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程: 由于去游離作用的加強(qiáng)，弧隙間的介質(zhì)由于去游離作用的加強(qiáng)

12、，弧隙間的介質(zhì)逐漸恢復(fù)其絕緣性能，以耐受的電壓逐漸恢復(fù)其絕緣性能，以耐受的電壓Ud (t) 表示。表示。 2) 弧隙電壓恢復(fù)過程弧隙電壓恢復(fù)過程: 電源電壓要重新作用在觸頭上，弧隙電電源電壓要重新作用在觸頭上，弧隙電壓將從熄弧電壓逐漸恢復(fù)到電源電壓，用壓將從熄弧電壓逐漸恢復(fù)到電源電壓，用Ur (t) 表示。表示。1弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程 起始介質(zhì)強(qiáng)度（近陰極效應(yīng)）起始介質(zhì)強(qiáng)度（近陰極效應(yīng)） 在電流過零后的在電流過零后的0.1 1s 的短暫時間內(nèi)的短暫時間內(nèi)，陰極附近出現(xiàn)，陰極附近出現(xiàn)150 250V的起始介質(zhì)強(qiáng)度，稱為近陰極效應(yīng)。的起始介質(zhì)強(qiáng)度，稱為近陰極效應(yīng)。 發(fā)電廠電氣主

13、系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-9 9 9原因：在電流過零的瞬間，弧隙電壓的極性發(fā)生變化，弧隙中原因：在電流過零的瞬間，弧隙電壓的極性發(fā)生變化，弧隙中的自由電子立即向新陽極運(yùn)動，正離子質(zhì)量大，基本未動，在的自由電子立即向新陽極運(yùn)動，正離子質(zhì)量大，基本未動，在新陰極附近就形成了只有正電荷的不導(dǎo)電薄層，阻礙陰極發(fā)射新陰極附近就形成了只有正電荷的不導(dǎo)電薄層，阻礙陰極發(fā)射電子，呈現(xiàn)出一定的介質(zhì)強(qiáng)度，如圖電子，呈現(xiàn)出一定的介質(zhì)強(qiáng)度，如圖2-4所示。所示。起始介質(zhì)強(qiáng)度出現(xiàn)后的介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)起始介質(zhì)強(qiáng)度出現(xiàn)后的介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù) 這是一個復(fù)雜的過程，它與電弧電流、介質(zhì)特性、冷卻條這是一個復(fù)雜的過程，它與電弧電流

14、、介質(zhì)特性、冷卻條件和觸頭分?jǐn)嗨俣扔嘘P(guān)。件和觸頭分?jǐn)嗨俣扔嘘P(guān)。 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-1010102弧隙電壓恢復(fù)過程弧隙電壓恢復(fù)過程 電弧為純電阻性質(zhì)，電弧電流與弧隙電壓同相位，電弧電流過電弧為純電阻性質(zhì)，電弧電流與弧隙電壓同相位，電弧電流過零時，弧隙電壓接近零；零時，弧隙電壓接近零； 短路時電路電阻很小，電路短路時電路電阻很小，電路呈感性呈感性 ，電弧電流與電源電壓不同，電弧電流與電源電壓不同相位，電弧電流過零時，電源電壓不等于零；相位，電弧電流過零時，電源電壓不等于零； 由于電路參數(shù)由于電路參數(shù)L、C的存在，電弧熄滅后，弧隙電壓不可能立刻的存在，電弧熄滅后，弧隙電壓不

15、可能立刻由熄弧電壓上升到電源電壓，由熄弧電壓上升到電源電壓，一般一般弧隙恢復(fù)電壓是一個過渡過程?；∠痘謴?fù)電壓是一個過渡過程。它將從瞬態(tài)（振蕩）恢復(fù)電壓逐漸過渡到工頻恢復(fù)電壓。它將從瞬態(tài)（振蕩）恢復(fù)電壓逐漸過渡到工頻恢復(fù)電壓。 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-1111113交流電弧熄滅的條件交流電弧熄滅的條件 如果弧隙電壓恢復(fù)過程上升速度較快，幅值較大，如果弧隙電壓恢復(fù)過程上升速度較快，幅值較大， 弧隙電壓弧隙電壓恢復(fù)過程大于弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程，介質(zhì)被擊穿，電弧重燃，恢復(fù)過程大于弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程，介質(zhì)被擊穿，電弧重燃，如圖如圖2-6a所示。所示。 如果弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程始終大

16、于弧隙電壓恢復(fù)過如果弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程始終大于弧隙電壓恢復(fù)過 程，則程，則電弧熄滅，電弧熄滅，如圖如圖2-6b和和2-6c所示。所示。 電流過零后，電弧能否熄滅取決于兩個恢復(fù)過程作用的結(jié)果：電流過零后，電弧能否熄滅取決于兩個恢復(fù)過程作用的結(jié)果：故交流電弧熄滅的條件應(yīng)為：故交流電弧熄滅的條件應(yīng)為： Ud (t) Ur (t) 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-121212（五）斷路器開斷短路電流時的弧隙電壓恢復(fù)過程（五）斷路器開斷短路電流時的弧隙電壓恢復(fù)過程 如果能夠采取措施，防止如果能夠采取措施，防止弧隙恢復(fù)電壓弧隙恢復(fù)電壓振蕩，將周期性振振蕩，將周期性振蕩特性的恢復(fù)電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榉侵?/p>

17、期性恢復(fù)過程，電弧就更容易熄蕩特性的恢復(fù)電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榉侵芷谛曰謴?fù)過程，電弧就更容易熄滅，如圖滅，如圖2-6c所示。所示。 目的：找出恢復(fù)電壓不振蕩目的：找出恢復(fù)電壓不振蕩的條件及防止振蕩的方法。的條件及防止振蕩的方法。 斷路器開斷短路電流時的斷路器開斷短路電流時的電路如圖電路如圖2 2-7a a所示，其等效電所示，其等效電路如圖路如圖2 2-7b b所示，所示，R、L為電源為電源和變壓器的電阻和電感，和變壓器的電阻和電感，C可以可以認(rèn)為是變壓器繞組及連接線對認(rèn)為是變壓器繞組及連接線對地的分布電容，地的分布電容，r為斷路器觸頭為斷路器觸頭并聯(lián)電阻。并聯(lián)電阻。發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-

18、2-131313（1 1）熄弧后，從瞬態(tài)恢復(fù)電壓過渡到電源電壓的時間很短，）熄弧后，從瞬態(tài)恢復(fù)電壓過渡到電源電壓的時間很短，一般不超過幾百微秒，可近似認(rèn)為一般不超過幾百微秒，可近似認(rèn)為電源電壓電源電壓不變，故電源用不變，故電源用直直流電源流電源U0 來代替。來代替。 假設(shè)與初始條件：假設(shè)與初始條件：（）（）0dd0010 tuCiuutCrC，時，時，（）（）i = 0時是時間的起點(diǎn)，即時是時間的起點(diǎn)，即t = 0rCuu 斷路器開斷短路電流時的弧斷路器開斷短路電流時的弧隙電壓恢復(fù)過程相當(dāng)于二階電路過隙電壓恢復(fù)過程相當(dāng)于二階電路過渡過程中，電渡過程中，電容容C兩端的電壓變化過程，即。兩端的電壓

19、變化過程，即。如圖如圖2-7b所示，當(dāng)開關(guān)所示，當(dāng)開關(guān)S閉合時，有閉合時，有 0CddUutiLRi rutuCiiiCC21dd 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-1414140CC2C21ddddUurRturLRCtuLC 整理得：整理得：此為二階常系數(shù)線性微分方程，其特征根為此為二階常系數(shù)線性微分方程，其特征根為 LCrCLRrCLR114112122, 1 ttCAArRrUu21ee210 tCtAArRrUu1e)(210 當(dāng)特征根不等時，非齊次通解為當(dāng)特征根不等時，非齊次通解為當(dāng)特征根為重根時，非齊次通解為當(dāng)特征根為重根時，非齊次通解為發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)

20、2-2-2-151515LCrCLR11412 rRrUuA00r2121 rRrUuA00r2112 1）當(dāng)當(dāng)時，特征根為不等時，特征根為不等負(fù)負(fù)實(shí)根。實(shí)根?？山獾每山獾? :0dd0010 tuCiuutCrC，時，時，根據(jù)初始條件：根據(jù)初始條件： rRrUurRrUuutt00r12210rC21ee1 代入非齊次通解可解得代入非齊次通解可解得: :發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-161616rR 00rUu一般變壓器繞組電阻一般變壓器繞組電阻 ， 略去不計(jì)，得略去不計(jì)，得 ttUu21ee1112210r 從上式可以看出，由于從上式可以看出，由于特征根為特征根為負(fù)實(shí)根，故弧

21、隙電壓恢復(fù)過負(fù)實(shí)根，故弧隙電壓恢復(fù)過程為非周期性的，如圖程為非周期性的，如圖2-8曲線曲線3所示。所示。 21 tt12ee21 一般一般，略去不計(jì)，故上式最大值不會超過略去不計(jì)，故上式最大值不會超過U0 ，進(jìn)一步化簡得，進(jìn)一步化簡得 )e1(10rtUu 忽略忽略R后，特征根為：后，特征根為：LCrrCrCLCrCrC22141212112121 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-1717171404122 LCrLCr，211xx 根據(jù)近似計(jì)算，當(dāng)根據(jù)近似計(jì)算，當(dāng)x很小時，很小時，LrLCrrCrC 241212121 )e1(0rtLrUu 對上式微分，可得電流過零時的恢復(fù)電壓

22、上升速度對上式微分，可得電流過零時的恢復(fù)電壓上升速度(V/s )為：為：00rddULrtut 由上式可知，觸頭并聯(lián)電阻由上式可知，觸頭并聯(lián)電阻r可以降低恢復(fù)電壓的上升速度，可以降低恢復(fù)電壓的上升速度，r越小，恢復(fù)電壓的上升速度越低。越小，恢復(fù)電壓的上升速度越低。 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-1818182）當(dāng)當(dāng)LCrCLR11412 時，特征根為共軛復(fù)根。時，特征根為共軛復(fù)根。0222, 1j1411j1211141121 rCLRLCrCLRLCrCLRrCLR rCLR121 201411 rCLRLC 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-19191901j02j

23、將將、代入代入 ttUu21ee1112210r 利用歐拉公式化簡，得利用歐拉公式化簡，得 tttUu ecossin10000r從式從式(2-11)可以看出，可以看出，1、2為共軛復(fù)根時，弧隙電壓恢復(fù)為共軛復(fù)根時，弧隙電壓恢復(fù)過程為衰減的周期性振蕩過程，如圖過程為衰減的周期性振蕩過程，如圖2-8曲線曲線2所示，從圖中曲所示，從圖中曲線線2可以看出，周期性振蕩過程的恢復(fù)電壓上升速度較快，幅值可以看出，周期性振蕩過程的恢復(fù)電壓上升速度較快，幅值較大，給電弧的熄滅帶來困難較大，給電弧的熄滅帶來困難 。,0 LCf1200 如果斷路器觸頭沒有裝設(shè)并聯(lián)電阻，即如果斷路器觸頭沒有裝設(shè)并聯(lián)電阻，即r=時，

24、忽略時，忽略R， 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-202020)cos1(00rtUuuC 周期性振蕩過程中的弧隙恢復(fù)電壓最大值可達(dá)周期性振蕩過程中的弧隙恢復(fù)電壓最大值可達(dá)2U0 ，如圖，如圖2-8曲線曲線1所示。所示。 上升速度取固有上升速度取固有振蕩頻率的半個周期內(nèi)的平均速度振蕩頻率的半個周期內(nèi)的平均速度 ，由，由 tUtu000rsindd 3）當(dāng)當(dāng)LCrCLR11412 時，為相等的負(fù)實(shí)根時，為相等的負(fù)實(shí)根(重根重根)。根據(jù)初始條件和公式根據(jù)初始條件和公式 tCtAArRrUu1e)(210 ,01UA 012UA 及其微分表達(dá)式，可求得及其微分表達(dá)式，可求得不計(jì)不計(jì)R，從

25、而得從而得 e)1(1110rttUu 0000000r00avr4dsin ddddd00UfttUttutu 得得發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-212121 當(dāng)當(dāng) r rcr 時，弧隙電壓恢復(fù)過程為非周期性。時，弧隙電壓恢復(fù)過程為非周期性。在斷路器觸頭在斷路器觸頭間并聯(lián)低值電阻（幾至幾十歐），可以改變弧隙電壓恢復(fù)過間并聯(lián)低值電阻（幾至幾十歐），可以改變弧隙電壓恢復(fù)過程的上升速度和幅值，程的上升速度和幅值，可以將弧隙恢復(fù)電壓由周期性振蕩特可以將弧隙恢復(fù)電壓由周期性振蕩特性恢復(fù)電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榉侵芷谛曰謴?fù)電壓，大大降低了恢復(fù)電壓性恢復(fù)電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榉侵芷谛曰謴?fù)電壓，大大降低了恢復(fù)電壓的上升

26、速度和幅值，改善了斷路器的滅弧條件的上升速度和幅值，改善了斷路器的滅弧條件 。 當(dāng)當(dāng) r rcr 時，弧隙電壓恢復(fù)過程為周期振蕩性過程，對電時，弧隙電壓恢復(fù)過程為周期振蕩性過程，對電弧熄滅不利?；∠绮焕?。 t0rUu 由羅彼塔法則可知：由羅彼塔法則可知：時，時，0e1limelim111 ttttt 故當(dāng)故當(dāng)在此種情況下，弧隙電壓恢復(fù)過程仍是非周期性的，在此種情況下，弧隙電壓恢復(fù)過程仍是非周期性的，如圖如圖2-8曲線曲線3所示，所示，但處在臨界情況。忽略但處在臨界情況。忽略R，臨界并聯(lián)電阻值為，臨界并聯(lián)電阻值為CLr21rc 結(jié)論：結(jié)論：發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-22222

27、2（六）熄滅交流電弧的基本方法（六）熄滅交流電弧的基本方法 加強(qiáng)弧隙的去游離、提高介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)速度和降低弧加強(qiáng)弧隙的去游離、提高介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)速度和降低弧隙電壓的上升速度與幅值，是高壓斷路器中熄滅電弧的基本隙電壓的上升速度與幅值，是高壓斷路器中熄滅電弧的基本方法。方法。 1利用滅弧介質(zhì)利用滅弧介質(zhì) 在高壓斷路器中，廣泛采用去游離作用強(qiáng)的滅弧介質(zhì)滅弧。在高壓斷路器中，廣泛采用去游離作用強(qiáng)的滅弧介質(zhì)滅弧。 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-2323232吹弧吹弧 吹弧是指利用各種結(jié)構(gòu)形式的滅弧室，使高溫分解的氣吹弧是指利用各種結(jié)構(gòu)形式的滅弧室，使高溫分解的氣體或具有很大壓力的新鮮且低溫

28、的氣體在滅弧室中按特定的通體或具有很大壓力的新鮮且低溫的氣體在滅弧室中按特定的通路，吹動電弧，加強(qiáng)擴(kuò)散和復(fù)合去游離而使電弧熄滅的方法。路，吹動電弧，加強(qiáng)擴(kuò)散和復(fù)合去游離而使電弧熄滅的方法。 3采用特殊金屬材料作滅弧觸頭采用特殊金屬材料作滅弧觸頭 采用銅、鎢合金和銀、鎢合金等特殊金屬材料作觸頭。這采用銅、鎢合金和銀、鎢合金等特殊金屬材料作觸頭。這些材料在高溫下不易熔化和蒸發(fā)、抗熔焊，可以減少熱電子發(fā)些材料在高溫下不易熔化和蒸發(fā)、抗熔焊，可以減少熱電子發(fā)射和高溫分解產(chǎn)生的金屬蒸氣，削弱了游離作用。射和高溫分解產(chǎn)生的金屬蒸氣，削弱了游離作用。 4提高斷路器觸頭的分離速度提高斷路器觸頭的分離速度 加快

29、斷路器觸頭的分離速度，可以迅速拉長電弧，使弧隙加快斷路器觸頭的分離速度，可以迅速拉長電弧，使弧隙的電場強(qiáng)度驟降，弧隙電阻和電弧的表面積突然增大，電弧的的電場強(qiáng)度驟降，弧隙電阻和電弧的表面積突然增大，電弧的冷卻加快，有利于帶電質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散和復(fù)合去游離。冷卻加快，有利于帶電質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散和復(fù)合去游離。 5采用多斷口滅弧采用多斷口滅弧 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-242424 某些電壓等級較高的斷路器采用多個滅弧室串聯(lián)的多斷口滅某些電壓等級較高的斷路器采用多個滅弧室串聯(lián)的多斷口滅弧方式?；》绞?。（1）多斷口將電弧分割成多段，在相同觸頭行程下，增加了）多斷口將電弧分割成多段，在相同觸頭行程下

30、，增加了電弧的總長度，弧隙電阻迅速增大，介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)速度加快。電弧的總長度，弧隙電阻迅速增大，介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)速度加快。（2）使每個斷口上的恢復(fù)電壓減小，降低了恢復(fù)電壓的上升）使每個斷口上的恢復(fù)電壓減小，降低了恢復(fù)電壓的上升速度和幅值，提高了滅弧能力。速度和幅值，提高了滅弧能力。 加裝均壓電容，來解決加裝均壓電容，來解決各斷口的電壓分配不均衡的問題：各斷口的電壓分配不均衡的問題：（1）不裝均壓電容時）不裝均壓電容時)/(1QQCX )/(100CX 斷口等效電容：斷口等效電容： 兩斷口連接處對地的兩斷口連接處對地的等效電容：等效電容：發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-252525分配在兩

31、斷口上的電壓為分配在兩斷口上的電壓為(CQ C0 ) ： UUCCCCUXXXXUQ3220001QQQQ/UUCCCUXXXXXUQ3120002QQQQ/ 可以看出，第一個斷口的工作條件比第二個要惡劣，如其可以看出，第一個斷口的工作條件比第二個要惡劣，如其電弧不能熄滅，電壓將全部加在第二斷口上，它也將被擊穿。電弧不能熄滅，電壓將全部加在第二斷口上，它也將被擊穿。 （2）在斷口上并聯(lián)均壓電容）在斷口上并聯(lián)均壓電容C 時時UUCCCCUCCCCCCU21)(2)(2)(QQ0Q0Q1 C=2000pF，遠(yuǎn)大于，遠(yuǎn)大于C0 (幾十幾十pF)，則，則發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-26

32、2626UUCCCCUCCCCCU21)(2)(2QQ0QQ2 可見并聯(lián)均壓電容后，斷口上的電壓分布均勻，在可見并聯(lián)均壓電容后，斷口上的電壓分布均勻，在 i 過零過零后，兩斷口上的電弧可以同時熄滅。后，兩斷口上的電弧可以同時熄滅。 6在斷路器主觸頭兩端加裝低值并聯(lián)電阻在斷路器主觸頭兩端加裝低值并聯(lián)電阻 主觸頭主觸頭Q1先斷開，產(chǎn)生電弧，因有并聯(lián)電阻，恢復(fù)電壓為非先斷開，產(chǎn)生電弧，因有并聯(lián)電阻，恢復(fù)電壓為非周期性，降低了恢復(fù)電壓的上升速度和幅值，主觸頭上的電弧周期性，降低了恢復(fù)電壓的上升速度和幅值，主觸頭上的電弧很快熄滅。很快熄滅。 接著斷開的輔助觸頭接著斷開的輔助觸頭Q2，由于由于r的的限流和

33、限流和阻尼作用，阻尼作用，輔輔助觸頭上的助觸頭上的電弧也容電弧也容易熄滅。易熄滅。 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-272727二、高壓斷路器二、高壓斷路器 （一）高壓斷路器的作用和類型（一）高壓斷路器的作用和類型 1高壓斷路器的作用高壓斷路器的作用 高壓斷路器內(nèi)有滅弧介質(zhì)和滅弧裝置，可以熄滅接通或高壓斷路器內(nèi)有滅弧介質(zhì)和滅弧裝置，可以熄滅接通或開斷電路時產(chǎn)生的電弧，其作用是開斷電路時產(chǎn)生的電弧，其作用是:(1)在正常運(yùn)行時接通或斷開有負(fù)荷電流的電路；在正常運(yùn)行時接通或斷開有負(fù)荷電流的電路；(2)在電氣設(shè)備出現(xiàn)故障時，能夠在繼電保護(hù)裝置的控制下自在電氣設(shè)備出現(xiàn)故障時，能夠在繼電保護(hù)

34、裝置的控制下自動切斷短路電流。動切斷短路電流。 2高壓斷路器的分類高壓斷路器的分類 根據(jù)滅弧介質(zhì)的不同，高壓斷路器可以分為以下幾種類型。根據(jù)滅弧介質(zhì)的不同，高壓斷路器可以分為以下幾種類型。 （1）油斷路器）油斷路器 以具有絕緣能力的礦物油作為滅弧介質(zhì)的斷路器。以具有絕緣能力的礦物油作為滅弧介質(zhì)的斷路器。 多油斷路器：多油斷路器：斷路器中的油除作為滅弧介質(zhì)外，還作為觸頭斷斷路器中的油除作為滅弧介質(zhì)外，還作為觸頭斷開后的間隙絕緣介質(zhì)和帶電部分與接地外殼間的絕緣介質(zhì)。開后的間隙絕緣介質(zhì)和帶電部分與接地外殼間的絕緣介質(zhì)。 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-282828少油斷路器：少油斷路器：

35、油只作為滅弧介質(zhì)和觸頭斷開后的間隙絕緣介質(zhì)，油只作為滅弧介質(zhì)和觸頭斷開后的間隙絕緣介質(zhì)，而帶電部分對接地之間采用固體絕緣（例如瓷絕緣）。而帶電部分對接地之間采用固體絕緣（例如瓷絕緣）。 （2）六氟化硫）六氟化硫(SF6)斷路器斷路器 采用采用SF6氣體作為滅弧介質(zhì)和觸頭斷開后的間隙絕緣介質(zhì)的斷氣體作為滅弧介質(zhì)和觸頭斷開后的間隙絕緣介質(zhì)的斷路器路器 。SF6氣體是一種無色、無味、無毒、不燃的惰性氣體，氣體是一種無色、無味、無毒、不燃的惰性氣體，具有優(yōu)良的滅弧性能和絕緣性能。具有優(yōu)良的滅弧性能和絕緣性能。 （3）真空斷路器）真空斷路器 以真空的高介質(zhì)強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)滅弧和絕緣的斷路器。以真空的高介質(zhì)強(qiáng)度實(shí)

36、現(xiàn)滅弧和絕緣的斷路器。 （4）壓縮空氣斷路器）壓縮空氣斷路器 采用壓縮空氣作為滅弧介質(zhì)和觸頭斷開后的間隙絕緣介質(zhì)的斷采用壓縮空氣作為滅弧介質(zhì)和觸頭斷開后的間隙絕緣介質(zhì)的斷路器。路器。 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-29292935kV多油多油斷路器斷路器發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-303030SF6SF6斷路器與電流互感器斷路器與電流互感器(110kV)(110kV)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-3131311額定電壓額定電壓 額定電壓是指高壓斷路器長期正常工作的線電壓有效值，額定電壓是指高壓斷路器長期正常工作的線電壓有效值，該參數(shù)表征了斷路器長期正

37、常工作的絕緣能力。該參數(shù)表征了斷路器長期正常工作的絕緣能力。 2額定電流額定電流 額定電流是指高壓斷路器在規(guī)定條件下，可以長期通過的額定電流是指高壓斷路器在規(guī)定條件下，可以長期通過的最大電流，最大電流，該參數(shù)表征了斷路器承受長期工作電流產(chǎn)生的發(fā)熱該參數(shù)表征了斷路器承受長期工作電流產(chǎn)生的發(fā)熱量的能力。量的能力。 3額定開斷電流額定開斷電流 在額定電壓下，高壓斷路器能可靠開斷的最大短路電流有在額定電壓下，高壓斷路器能可靠開斷的最大短路電流有效值，效值，該參數(shù)表征了斷路器的滅弧能力。該參數(shù)表征了斷路器的滅弧能力。 NbrININU4額定關(guān)合電流額定關(guān)合電流 額定關(guān)合電流是指在規(guī)定條件下，斷路器能關(guān)合

38、不致產(chǎn)生額定關(guān)合電流是指在規(guī)定條件下，斷路器能關(guān)合不致產(chǎn)生觸頭熔焊及其他妨礙繼續(xù)正常工作的最大電流峰值。觸頭熔焊及其他妨礙繼續(xù)正常工作的最大電流峰值。 Ncli高壓斷路器的技術(shù)性能常用以下技術(shù)參數(shù)來表征：高壓斷路器的技術(shù)性能常用以下技術(shù)參數(shù)來表征： （二）高壓斷路器的技術(shù)參數(shù)（二）高壓斷路器的技術(shù)參數(shù) 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-323232熱穩(wěn)定電流是指在斷路器在合閘位置熱穩(wěn)定電流是指在斷路器在合閘位置t（單位為（單位為秒）時間所能秒）時間所能承受的最大電流有效值。承受的最大電流有效值。5熱穩(wěn)定電流熱穩(wěn)定電流 tI該參數(shù)表征了斷路器耐受短路電流熱效應(yīng)的能力。該參數(shù)表征了斷路器

39、耐受短路電流熱效應(yīng)的能力。t 稱為熱穩(wěn)稱為熱穩(wěn)定時間。定時間。6動穩(wěn)定電流動穩(wěn)定電流 動穩(wěn)定電流是指斷路器在合閘位置所能承受的最大電流峰值，動穩(wěn)定電流是指斷路器在合閘位置所能承受的最大電流峰值，該參數(shù)表征了斷路器承受短路電流電動力效應(yīng)的能力。該參數(shù)表征了斷路器承受短路電流電動力效應(yīng)的能力。 esi7分閘時間分閘時間 分閘時間（也稱全開斷時間）是指斷路器從接到分閘命令起分閘時間（也稱全開斷時間）是指斷路器從接到分閘命令起到各相觸頭電弧完全熄滅為止的一段時間，它等于斷路器的到各相觸頭電弧完全熄滅為止的一段時間，它等于斷路器的固有分閘時間與燃弧時間之和。固有分閘時間是指從接到分固有分閘時間與燃弧時間

40、之和。固有分閘時間是指從接到分閘命令起到觸頭剛剛分離的一段時間。燃弧時間從觸頭分離閘命令起到觸頭剛剛分離的一段時間。燃弧時間從觸頭分離到各相電弧均熄滅的一段時間。到各相電弧均熄滅的一段時間。 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-3333338合閘時間合閘時間 合閘時間是指斷路器從接到合閘命令起到各相觸頭完全接觸合閘時間是指斷路器從接到合閘命令起到各相觸頭完全接觸為止的一段時間。為止的一段時間。 三、隔離開關(guān)三、隔離開關(guān) 隔離開關(guān)沒有專門的滅弧裝置，不能用來接通或切斷負(fù)荷隔離開關(guān)沒有專門的滅弧裝置，不能用來接通或切斷負(fù)荷電流和短路電流，電流和短路電流，否則，將產(chǎn)生強(qiáng)烈的電弧，造成人身傷亡

41、，否則，將產(chǎn)生強(qiáng)烈的電弧，造成人身傷亡，設(shè)備損壞或引起相間短路故障。設(shè)備損壞或引起相間短路故障。隔離開關(guān)的作用：隔離開關(guān)的作用： （1）隔離電源。在檢修電氣設(shè)備時，為了安全，需要用隔離）隔離電源。在檢修電氣設(shè)備時，為了安全，需要用隔離開關(guān)將停電檢修的設(shè)備與帶電運(yùn)行的設(shè)備隔離，形成明顯可開關(guān)將停電檢修的設(shè)備與帶電運(yùn)行的設(shè)備隔離，形成明顯可見的斷口。隔離電源是隔離開關(guān)的主要用途。見的斷口。隔離電源是隔離開關(guān)的主要用途。 （2）倒閘操作。在雙母線接線倒換母線或接通旁路母線時，）倒閘操作。在雙母線接線倒換母線或接通旁路母線時，某些隔離開關(guān)可以在某些隔離開關(guān)可以在“等電位等電位”的情況下進(jìn)行分、合閘，配

42、的情況下進(jìn)行分、合閘，配合斷路器完成改變運(yùn)行方式的倒閘操作。合斷路器完成改變運(yùn)行方式的倒閘操作。 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-343434（3）分、合小電流電路?？捎脕砗想妷夯ジ衅鳌⒈芾灼骱涂眨┓?、合小電流電路?？捎脕砗想妷夯ジ衅鳌⒈芾灼骱涂蛰d母線；分、合勵磁電流小于載母線；分、合勵磁電流小于2A的空載變壓器；關(guān)合電容電流的空載變壓器；關(guān)合電容電流不超過不超過5A的空載線路的空載線路 。2隔離開關(guān)的型式隔離開關(guān)的型式 隔離開關(guān)的型式較多，按裝設(shè)地點(diǎn)可分為屋內(nèi)式（隔離開關(guān)的型式較多，按裝設(shè)地點(diǎn)可分為屋內(nèi)式（GN型）型）和屋外式（和屋外式（GW型）；按絕緣支柱的數(shù)目可分為單柱式、雙

43、柱型）；按絕緣支柱的數(shù)目可分為單柱式、雙柱式和三柱式；按極數(shù)屋內(nèi)式可分為單極和三極式。式和三柱式；按極數(shù)屋內(nèi)式可分為單極和三極式。 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-353535GW5-35kV隔離開關(guān)隔離開關(guān)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-363636GW5-110kV隔離開關(guān)隔離開關(guān)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-373737GW4-110kV隔離開關(guān)隔離開關(guān)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-383838戶外單臂伸縮型隔離開關(guān)戶外單臂伸縮型隔離開關(guān)( (斷開狀態(tài)斷開狀態(tài)) )戶外單臂伸縮型隔離開關(guān)戶外單臂伸縮型隔離開關(guān)( (閉合狀態(tài)閉合狀態(tài)) )

44、發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-393939第二節(jié)第二節(jié) 電流互感器電流互感器 電流互感器的作用：電流互感器的作用： 變換：將一次回路的大電流變?yōu)槎位芈返男‰娏鳎ㄗ儞Q：將一次回路的大電流變?yōu)槎位芈返男‰娏鳎?A或或1A），供電給測量儀表和保護(hù)裝置繼電器的電流線圈，使測量），供電給測量儀表和保護(hù)裝置繼電器的電流線圈，使測量儀表和繼電器標(biāo)準(zhǔn)化、小型化、結(jié)構(gòu)輕巧、價(jià)格便宜。儀表和繼電器標(biāo)準(zhǔn)化、小型化、結(jié)構(gòu)輕巧、價(jià)格便宜。 隔離：使電氣二次設(shè)備與一次高壓部分隔離，并且互感器的隔離：使電氣二次設(shè)備與一次高壓部分隔離，并且互感器的二次側(cè)均接地，從而保證二次設(shè)備和人身安全。二次側(cè)均接地，從而

45、保證二次設(shè)備和人身安全。一、電磁式電流互感器的工作原理一、電磁式電流互感器的工作原理 1. 工作原理工作原理 與變壓器相似。圖與變壓器相似。圖2-13所示為電磁式電流互感器的原理結(jié)所示為電磁式電流互感器的原理結(jié)構(gòu)與接線圖。構(gòu)與接線圖。發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-4040402. 特點(diǎn)特點(diǎn) TA的一次繞組串聯(lián)于電氣一次電路中，且匝數(shù)很少，流過的一次繞組串聯(lián)于電氣一次電路中，且匝數(shù)很少，流過一次繞組的電流一次繞組的電流就是負(fù)荷電流，與二次繞組中的電流大小無關(guān)。就是負(fù)荷電流，與二次繞組中的電流大小無關(guān)。 二次負(fù)載的阻抗二次負(fù)載的阻抗(電流線圈電流線圈)都非常小，所以正常情況下，都非常

46、小，所以正常情況下，TA二次側(cè)接近于短路狀態(tài)下運(yùn)行。二次側(cè)接近于短路狀態(tài)下運(yùn)行。 3. 額定電流比額定電流比 電流互感器額定一次電流電流互感器額定一次電流IN1與額定二次電流與額定二次電流IN2之比。它之比。它近似等于二次繞組匝數(shù)近似等于二次繞組匝數(shù)N2與一次繞組匝數(shù)與一次繞組匝數(shù)N1的比值，即的比值，即 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-414141可以看出：與可以看出：與 在數(shù)值上和相位上都不相等，測量結(jié)在數(shù)值上和相位上都不相等，測量結(jié)果有誤差。果有誤差。激磁電流與磁飽和是產(chǎn)生誤差的原因激磁電流與磁飽和是產(chǎn)生誤差的原因。 ki =IN1 / IN2 N2 / N1 二、電流互感器

47、的誤差二、電流互感器的誤差 1電流互感器的誤差分析電流互感器的誤差分析 20201IkIIIIi由由TA的等效電路得的等效電路得1I2Iki發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-424242從相量圖上可見，從相量圖上可見，I2N2 - - I1N1= 。 電流誤差電流誤差 (%)ii100100111122112NININIIIIkf)sin(10 NIbcbd于是得到于是得到）（%)sin(%)i1001001110111122NININININIf 相位誤差相位誤差 )()cos(sinii34401110NINIoaac2. 電流互感器電流互感器TA的運(yùn)行參數(shù)對誤差的影響的運(yùn)行參數(shù)

48、對誤差的影響 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-434343 根據(jù)電磁感應(yīng)定律有根據(jù)電磁感應(yīng)定律有E2 = 4.44BSf N2 和和等效電路中二次回等效電路中二次回路電壓方程路電壓方程E2 = I2(Z2+Z2L) 及及 I2 = I1 / ki ，得，得SNZZNIBL222211222)( av10HLNI HB 計(jì)及計(jì)及和和(%)sin()(L2i100222222SNLZZfav)()cos()(L2i3440222222SNLZZav 運(yùn)行參數(shù)對誤差的影響運(yùn)行參數(shù)對誤差的影響 1) 一次電流一次電流I1的影響的影響 當(dāng)一次電流為額定電流時，當(dāng)一次電流為額定電流時，值最大，

49、誤差最小。值最大，誤差最小。 得得發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-444444電流互感器二次繞組開路時，電流互感器二次繞組開路時，I 2 = 0, 2) 二次負(fù)荷阻抗二次負(fù)荷阻抗Z2L及功率因數(shù)及功率因數(shù)cos2 的影響的影響故在選擇故在選擇TA時，時，一定要使一次電流一定要使一次電流I1接近于接近于TA的的IN1 。Z2L增大增大fi和和i都增大。都增大。 cos2降低降低 2增大增大 (二次總阻抗角二次總阻抗角)增大增大 fi增大和增大和i減??；反之，減??；反之，fi減小和減小和i增大。增大。 電流互感器在運(yùn)行中，二次繞組不允許開路。電流互感器在運(yùn)行中，二次繞組不允許開路。 原

50、因：原因：221011NININI ,1011NINI 一次安匝全部變成激磁安匝，一次安匝全部變成激磁安匝，鐵心嚴(yán)重飽和，鐵心嚴(yán)重飽和， 變?yōu)槠巾敳āＷ優(yōu)槠巾敳?。二次繞組的感應(yīng)電動勢二次繞組的感應(yīng)電動勢e2 與與磁通的變化率磁通的變化率d /dt成正比，因此成正比，因此磁通過零時，磁通過零時，磁通的變化率磁通的變化率d /dt很大，很大，在二次繞組感應(yīng)產(chǎn)生在二次繞組感應(yīng)產(chǎn)生很高的尖頂波電動勢很高的尖頂波電動勢e2 ，如圖如圖216所示。所示。發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-4545451) 危及人身安全和儀表、繼電器絕緣；危及人身安全和儀表、繼電器絕緣； 2) 由于磁感應(yīng)強(qiáng)度劇增，

51、由于磁感應(yīng)強(qiáng)度劇增，引起鐵心和引起鐵心和繞組過熱；繞組過熱； 3) 在鐵心中產(chǎn)生剩磁，使互感器特性在鐵心中產(chǎn)生剩磁，使互感器特性變壞。變壞。 三、電流互感器的準(zhǔn)確級和額定容量三、電流互感器的準(zhǔn)確級和額定容量 1. 電流互感器的準(zhǔn)確級電流互感器的準(zhǔn)確級 電流互感器的準(zhǔn)確級：指在規(guī)定的二次負(fù)荷范圍內(nèi)，一次電流電流互感器的準(zhǔn)確級：指在規(guī)定的二次負(fù)荷范圍內(nèi)，一次電流為額定值時的最大電流誤差百分?jǐn)?shù)。為額定值時的最大電流誤差百分?jǐn)?shù)。 根據(jù)用途的不同，可分為測量級和保護(hù)級。根據(jù)用途的不同，可分為測量級和保護(hù)級。 1) 測量級測量級 按測量與計(jì)量表計(jì)的不同，劃分為若干準(zhǔn)確級按測量與計(jì)量表計(jì)的不同，劃分為若干準(zhǔn)

52、確級次，如次，如0.2級、級、0.5級、級、1級、級、3級等。級等。0.2級用于精密測量；級用于精密測量； 0.5級級用于電度計(jì)量；用于電度計(jì)量；1、3級用于其他盤式儀表。級用于其他盤式儀表。 避免避免TA二次繞組開路的措施：拆除儀表前先將二次線圈短路。二次繞組開路的措施：拆除儀表前先將二次線圈短路。 此高電壓會造成此高電壓會造成 ：發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-4646462) 保護(hù)級保護(hù)級 在舊型號產(chǎn)品中，型號中有在舊型號產(chǎn)品中，型號中有B、C、D等字樣的為保等字樣的為保護(hù)級。護(hù)級。 在短路情況下，保護(hù)級的電流誤差在短路情況下，保護(hù)級的電流誤差 fI 不應(yīng)大于不應(yīng)大于10 。

53、當(dāng)。當(dāng)短路電流短路電流I1 = nIN1時，時， fI 達(dá)達(dá)10，則比值，則比值n稱為稱為10額定一額定一次電流倍數(shù)，簡稱次電流倍數(shù)，簡稱10電流倍數(shù)。電流倍數(shù)。 n的數(shù)值與二次負(fù)荷阻抗的數(shù)值與二次負(fù)荷阻抗Z2L 的大小有關(guān)，二者之間的關(guān)系曲的大小有關(guān)，二者之間的關(guān)系曲線，稱為電流互感器的線，稱為電流互感器的10誤差曲線，如圖誤差曲線，如圖2-18所示，此曲線所示，此曲線由電流互感器制造廠家提供。由電流互感器制造廠家提供。 使用時，根據(jù)使用時，根據(jù)n = I1 / IN1 ，從曲線上查出相應(yīng)的從曲線上查出相應(yīng)的Z 2L，只要實(shí)，只要實(shí)際負(fù)載阻抗際負(fù)載阻抗小于查出的小于查出的Z 2L，就能保證誤

54、差在，就能保證誤差在10范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-4747472. 電流互感器的額定容量電流互感器的額定容量SN2 電流互感器的額定容量電流互感器的額定容量SN2：指在額定二次電流：指在額定二次電流IN2 （5A）和額）和額定二次負(fù)荷阻抗定二次負(fù)荷阻抗ZN2下運(yùn)行時，二次繞組所輸出的容量，即下運(yùn)行時，二次繞組所輸出的容量，即2N22N2NZIS 對同一臺電流互感器來說，由于誤差隨二次負(fù)荷阻抗變化，對同一臺電流互感器來說，由于誤差隨二次負(fù)荷阻抗變化，電電流互感器所接二次負(fù)荷阻抗不同時，誤差（測量精度）也不同。流互感器所接二次負(fù)荷阻抗不同時，誤差（測量精度）也不

55、同。為了使用戶知道所接二次負(fù)荷阻抗下的誤差為了使用戶知道所接二次負(fù)荷阻抗下的誤差(準(zhǔn)確級準(zhǔn)確級)，廠家一廠家一般給出幾個準(zhǔn)確級，不同準(zhǔn)確級具有不同的額定容量。般給出幾個準(zhǔn)確級，不同準(zhǔn)確級具有不同的額定容量。例如，例如，LMZ1103000/5型電流互感器在型電流互感器在0.5級工作時，級工作時，ZN21.6（40VA）；在）；在1級工作時，級工作時，ZN22.4（60VA），）， 當(dāng)當(dāng)Z2L ZN2時，時，TA的準(zhǔn)確級將下降。的準(zhǔn)確級將下降。 Z2L =1.5時為時為0.5級，級， Z2L =1.7時為時為1級，級，Z2L =2.5時誤差大于時誤差大于1級。級。四、電流互感器的分類與結(jié)構(gòu)四、電

56、流互感器的分類與結(jié)構(gòu)1電流互感器的分類電流互感器的分類 按安裝地點(diǎn)可分為屋內(nèi)式和屋外式。按安裝地點(diǎn)可分為屋內(nèi)式和屋外式。 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-484848 按一次繞組匝數(shù)可分為單匝式按一次繞組匝數(shù)可分為單匝式(一次繞組為一匝，又可分為貫一次繞組為一匝，又可分為貫穿式與母線式穿式與母線式)和復(fù)匝式和復(fù)匝式(又稱多匝式，一次線圈為多匝又稱多匝式，一次線圈為多匝)。 按絕緣可分為干式按絕緣可分為干式(用絕緣膠浸漬，用于屋內(nèi)低壓用絕緣膠浸漬，用于屋內(nèi)低壓)、澆注式、澆注式(用環(huán)氧樹脂澆注，用于用環(huán)氧樹脂澆注，用于35kV及以下的屋內(nèi)式及以下的屋內(nèi)式)、油浸式、油浸式(鐵心鐵心和

57、繞組放于鐵箱或磁箱內(nèi)，用油浸泡，多用于屋外式和繞組放于鐵箱或磁箱內(nèi)，用油浸泡，多用于屋外式)和氣體和氣體式式(用用SF6氣體絕緣，多用于氣體絕緣，多用于110kV及以上的屋外式及以上的屋外式) 。2.電流互感器的結(jié)構(gòu)電流互感器的結(jié)構(gòu) 圖圖2-21示出了單匝式和復(fù)匝式電流互感器的結(jié)構(gòu)示意圖。示出了單匝式和復(fù)匝式電流互感器的結(jié)構(gòu)示意圖。 在同一回路中，往往需要多只電流互感器，用以供給各種測量在同一回路中，往往需要多只電流互感器，用以供給各種測量與各種保護(hù)。為了節(jié)約材料和降低投資，高壓電流互感器常由與各種保護(hù)。為了節(jié)約材料和降低投資，高壓電流互感器常由多個沒有磁聯(lián)系的獨(dú)立鐵心和二次繞組與共用的一次繞

58、組構(gòu)成多個沒有磁聯(lián)系的獨(dú)立鐵心和二次繞組與共用的一次繞組構(gòu)成具有同一電流比、多個二次繞組的電流互感器，如圖具有同一電流比、多個二次繞組的電流互感器，如圖2-21b所示所示為具有為具有3個二次繞組的電流互感器結(jié)構(gòu)。個二次繞組的電流互感器結(jié)構(gòu)。 按安裝方式可分為支持式按安裝方式可分為支持式(安裝在支柱上安裝在支柱上)、穿墻式、穿墻式(安裝在墻安裝在墻壁、樓板或金屬結(jié)構(gòu)的孔中壁、樓板或金屬結(jié)構(gòu)的孔中)和裝入式和裝入式(套裝在變壓器或高壓斷套裝在變壓器或高壓斷路器的引出套管中路器的引出套管中)。 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-494949圖圖2-21 電流互感器結(jié)構(gòu)原理圖電流互感器結(jié)構(gòu)原

59、理圖a) 單匝式單匝式 b) 多匝式多匝式1 一次繞組一次繞組 2 絕緣絕緣 3 鐵心鐵心 4 二次繞組二次繞組發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)2-2-2-505050第三節(jié)第三節(jié) 電壓互感器電壓互感器 電壓互感器的作用：電壓互感器的作用： 變換：將一次回路的高電壓變?yōu)槎位芈返牡碗妷鹤儞Q：將一次回路的高電壓變?yōu)槎位芈返牡碗妷?100 V)，供電給測量儀表和保護(hù)裝置繼電器的電壓線圈，使測量儀表和供電給測量儀表和保護(hù)裝置繼電器的電壓線圈，使測量儀表和繼電器標(biāo)準(zhǔn)化、小型化、結(jié)構(gòu)輕巧、價(jià)格便宜。繼電器標(biāo)準(zhǔn)化、小型化、結(jié)構(gòu)輕巧、價(jià)格便宜。 隔離：使電氣二次設(shè)備與一次高壓部分隔離，并且互感器的隔離：使

60、電氣二次設(shè)備與一次高壓部分隔離，并且互感器的二次側(cè)均接地，從而保證二次設(shè)備和人身安全。二次側(cè)均接地，從而保證二次設(shè)備和人身安全。一、電磁式電壓互感器一、電磁式電壓互感器 1. 電磁式電壓互感器的工作原理電磁式電壓互感器的工作原理 其工作原理與變壓器相同，相當(dāng)于一臺小容量變壓器。其工作原理與變壓器相同，相當(dāng)于一臺小容量變壓器。 電磁式電壓互感器的特點(diǎn)電磁式電壓互感器的特點(diǎn) 電壓互感器一次繞組匝數(shù)很多，與被測電路并聯(lián)。電壓互感器一次繞組匝數(shù)很多，與被測電路并聯(lián)。 二次側(cè)所接測量儀表和繼電器的電壓線圈阻抗很大，近于開二次側(cè)所接測量儀表和繼電器的電壓線圈阻抗很大，近于開路（空載）狀態(tài)運(yùn)行。路（空載）狀