断路器的各种技术性能.doc

关于断路器的各种性能在高压开关设备和控制设备第部分高压交流断路器以及我国国家标准交流高压断路器中都规定了必备的各种性能一额定电流断路器正常使用环境条件规定为周围空气温度不高于海拔不超过当使用在周围空气温度高于但不高于时在符合标准规定的最高允许温度下允许降低负荷长期工作标准上推荐周围空气温度每增高减少电流的当设备使用在海拔超过但不超过且最高周围空气温度为时规定的允许温升每超过以为起点降低现代高压断路器灭弧室中充有的气体我国原机械部关于断路器通用技术条件要求具有高度的密封性能允许年漏气率从下列数值中选取每年和每年二额定短时耐受电流额定短时耐受电流又称额定热稳定电流是在规定的短时间内断路器闭合位置所能耐受的电流流过这一电流期间断路器的温度升高应不超过规定的数值我国标准规定的短时间为但对于有些参数等级的断路器标准上规定短时间为或额定峰值耐受电流额定峰值耐受电流也即额定动稳定电流是指断路器在闭合位置所能耐受的峰值电流其值等于额定短路关合电流是其额定短路开断电流交流分量有效值的倍常用这一峰值电流表示动稳定电流额定电压及最高电压额定电压是指断路器的标称电压在规定的正常使用和性能条件下能够连续运行的电压断路器并能在系统最高工作电压下保持绝缘并能按规定的条件进行关合与开断我国规定在及以下电压等级系统额定电压的倍即为最高电压及以上电压等级是以额定电压的倍作为最高工作电压额定绝缘水平及绝缘强度额定开断电流额定开断电流也即额定短路开断电流是标志着高压断路器开断故障能力的参数这是指在规定的条件下断路器能保证正常开断的最大短路电流断路器的额定短路开断电流一般比其所能开断的极限电流值稍低以资留有裕量瞬态恢复电压与工频恢复电压瞬态恢复电压与工频恢复电压统称恢复电压电流过零时假设断路器触头间弧隙电阻为无穷大那麽瞬态恢复电压只决定于电路参数而与断路器无关这种开断无直流分量的交流电流时的瞬态恢复电压为电网的固有瞬态恢复电压或预期瞬态恢复电压在断路器标准中规定的瞬态恢复电压都是指电网固有瞬态恢复电压我国标准上规定出线端短路时的预期瞬态恢复电压是断路器在出线端短路的条件下所应能开断的回路的瞬态恢复电压极限值三相断路器开断时电流首先过零的一相称为首开相首开相所开断的电流是单相的对于不同形式的短路首开相开断过程中工频恢复时值是不同的首开相触头间的工频恢复电压与系统相电压幅值之比称为首开相系数对于三相不接地的短路首开相系数对于中性点经阻抗接地系统三相短路不大于对于两相异端短路表额定电压及以下用两参数表示的预期瞬态恢复电压规定值额定电压最高电压试验方式开断电流百分比首开相系数备用参数合闸能力及操作性能一额定短路关合电流及合闸能力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断路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断路器的额定短路关合电流国家标准规定断路器的额定短路关合电流峰值为其额定短路开断电流交流分量有效值的倍也即额定短时峰值耐受电流额定短路闭合电流在数值上等于动稳定电流这样才能使断路器的闭合能力与开断能力相适应二操作性能与动作时间分闸时间是指处于合闸位置的断路器从分闸回路带电即接到分闸指令瞬间起到所有极的弧触头均分离瞬间为止的时间间隔燃弧时间从首先分离极主回路触头刚脱离金属接触起到各极中的电弧最终熄灭为止的时间间隔开断时间从断路器接到分闸指令起到各极中的电弧最终熄灭瞬间为止的时间间隔一般等于分闸时间与燃弧时间之和合闸时间是指处于分位置的断路器从合闸回路通电起到所有极触头都接触瞬间为止的时间间隔也即指直到主弧触头都接触瞬间的时间关合时间是指处于分位置的断路器从合闸回路通电起到任意一极中首先通过电流瞬间为止的时间间隔合分闸时间即金属短接时间是指在合操作中从首合极中各触头都接触瞬间起到随后的分操作时在所有极中弧触头都分离瞬间为止的时间间隔关合开断时间关合时从某极首先通过电流瞬间起到随后的开断时所有极的燃弧时间结束时为止的时间间隔分闸时延断路器主回路开始通过故障电流到断路器接到分闸指令的时间间隔合闸不同期性合时各极间或同一极各断口间的触头接触瞬间的最大时间差异分闸不同期性分时各极间或同一极各断口间的触头接触瞬间的最大时间差异断路器的燃弧时差断路器能有效熄弧的最长燃弧时间和最短燃弧时间之差预击穿时间关合时从任一极中首先通过电流瞬间起到所有极触头都接触瞬间为止的时间间隔三操作循环对于自动重合闸为对于非自动重合闸为或者为式中为开断动作为紧接着合闸动作之后立即进行开断动作和为两次操作之间的间隔时间或称为重合闸时间我国标准规定为为分合时间自动重合时重合操作时从所有极的弧触头都分离瞬间起到首合极各弧触头都重新接触瞬间为止的时间间隔无电流时间自动重合时自动重合时断路器分操作时从所有极的电弧最终熄灭起到随后重新合时任意一极首先通过电流为止时的时间间隔重关合时间在自动重关合中从开断起始瞬间起到随后的关合时任意一极中首先重新通过电流时为止的时间间隔重合时间重合操作中从分闸时间起始瞬间起到所有极的动静触头都接触瞬间为止的时间间隔四机械和电气使用寿命考核产品机械操作的稳定性我国标准规定在常温下连续进行次操作试验中不允许进行任何机械调整及修理但允许按照制造厂的规定进行润滑关于电气的使用寿命在标准上规定只要满足一次标准循环即可目前断路器电寿命试验主要依据用户技术要求进行对于级少油断路器一般做额定短路开断次同一等级真空断路器开断额定短路电流次而我国对断路器单元断口电寿命约做次额定短路电流的开断电力系统中各种短路故障与断路器开断一中性点不直接接地系统的三相短路故障在研究三相短路开断时应当注意由于三相中各相电流不同时过零各相断路器中的电弧也不会同时熄灭因而断路器是以一定的顺序开断故障相的短路电流为式中为电源相电压三相短路电流分别落后于相电压假定断路器开断后相短路电流先过零相电弧先熄灭此时两相形成两相短路流经两相的短路电流为短路电流仍比线电压落后相断路器触头两端的工频恢复电压为而所以有由上述分析可见第一相开断时工频恢复电压为相电压的倍相电流过零电弧熄灭后两相的短路电流经过后也过零电源电压将加在两相触头上如果电压均匀分配两相触头上的工频恢复电压为工频恢复电压与燃弧时间开断次序相别工频恢复电压燃弧时间由此可知断路器分断三相短路故障时电流首先过零的一相为首先开断相也称首开相首开相的工频恢复电压最高为相电压的倍首相电弧熄灭后另外两相的恢复电压只有相电压的倍首开相的短路电流也最大另外两相的短路电流也只有首开相短路电流的倍所以后开断的两相电弧容易熄灭但燃弧时间比首开相延长电弧能量较大因此触头喷口等烧损的情况比首开相要严重二中性点直接接地系统的三相接地短路故障即在中性点直接接地系统中发生三相接地短路故障时的首相开断系数为假设相为首开相则相开断后相工频恢复电压为相电压的倍较首开相的倍稍小相熄灭后由于三相接地短路故障全部切除显然相的工频恢复电压即为相电压比先前开断的两项都低工频恢复电压与燃弧时间开断次序相别工频恢复电压燃弧时间中性点直接接地系统与中性点不直接接地系统三相短路故障相同即首相开断系数为三各种不对称短路故障及开断时的恢复电压中性点接地系统的单相接地短路故障分别为从短路故障点看的系统的正序负序零序电抗一般和接近相等因此如果小于则单相短路电流大于同一地点的三相短路电流即当时则反之则单相短路电流小于三相短路电流故障处相的电流当然为零断路器在开断两相时没有任何问题相断路器打开当电流过零相电弧熄灭断路器触头两端的工频恢复电压即为相电压两相短路故障发生两相相短路故障该短路点三相对地电压及流出该点的电流短路电流具有下列边界条件由公式推导可知由上述可见当时两相短路电流是三相短路电流的倍一般讲电力系统两相短路电流小于三相短路电流另当时则即非故障相电压等于故障前电压故障相电压幅值降低一半对于两相短路故障即相间故障对于接地和不接地的相间故障这两种情况两故障相上的断路器多半同时开断在两个故障相的每一相上工频恢复电压为也即由上述分析可知两相短路故障时故障相的短路电流和断口间的工频恢复电压均小于三相短路开断时的电流和电压所以两相短路故障开断容易些两相接地短路故障对于中性点不接地系统发生两相接地短路时故障相的工频恢复电压与两相不接地短路故障时相同都为也即异地两相接地故障相的断路器中流过短路电流断路器开断短路故障相电弧熄灭时的工频恢复电压为三相电源的线电压即即异相接地故障时的工频恢复电压为相电压的倍四开断时的工频恢复电压和瞬态恢复电压断路器刚开断瞬态恢复电压的高频振荡消失以后触头两端所出现的电源频率决定的电压即为工频恢复电压断路器开断短路故障时的工频恢复电压除与系统中性点的接地方式短路故障种类有关外还因三相断路器开断电路的顺序而异一般来讲首先开断相的工频恢复电压最高用首开相系数来表示式中为首先开断相的工频恢复电压为相电压表开断各种故障时的工频恢复电压故障种类中性点不接地系统中性点接地系统开断相三相接地第一相三相短路第一相二相接地第二三相故障相单相接地第三相故障相异相接地第三相故障相失步第一相五瞬态恢复电压单相单频回路单相单频回路是最简单的一种情况瞬态恢复电压中含有高频振荡其振荡频率与有关当时瞬态恢复电压到达最大值一般为工频恢复电压的倍即单相双频回路远离断路器架空线故障是系统最频繁的故障之一在这些情况下加到断路器两端的便是一个双频恢复电压瞬变过程是电源侧和线路侧瞬态恢复电压的矢量差六影响恢复电压的因素影响瞬态恢复电压的主要因素有工频恢复电压的幅值线路中的电感电容和电阻的大小以及它们的分布情况线路长度开断时的电弧特性等电压等级短路容量设备与线路的影响以下的系统主要是用于变电所供电的系统因此线路长度较短主要受主变压器电感的影响其瞬态恢复电压大多成为单一频率衰减波形以上系统特别是在短路电流大的系统中因受到线路的影响通常用四参数法表示其波形当断路器额定电压一定时瞬态恢复电压的上升率与固有震荡频率成正比影响固有振荡频率主要有系统结构断路器位置故障种类以及设备参数如发电机变压器等的电感及电容值等