高壓電器概論高壓電器培訓課程

課程名稱：高壓電器

參考書目：張冠生.電器理論基礎.機械工業(yè)出版社

徐國政等.高壓斷路器原理和應用.清華大學出版社

陳慈萱，馬志瀛.高壓電器.水利電力出版社

王章啟等.電力開關技術.華中科技大學出版社

目錄高壓電器的定義、分類與用途高壓開關電器概述高壓開關電器的基本技術參數(shù)高壓開關電器的發(fā)展趨勢定義高壓電器是指在3kV及以上的電力系統(tǒng)中，用于關合和開斷電路、限制電路中的電壓或電流以及進行電壓或電流變換的電器。分類高壓電器按結構形式分為單極式和三極式；按使用場所分為戶內(nèi)式和戶外式；按用途和功能又分為開關電器、限制電器、變換電器和組合電器。使用中以后一種分類方式常見。高壓電器的定義、分類與用途按安裝場所可分：

（1）戶內(nèi)式（indoor）：設計成安裝在建筑物（building）內(nèi)或遮蔽物（otherhosing）內(nèi)使用的電器，這些地方可保護它們免遭風、雨、雪、塵埃、凝露、冰和濃霜等侵襲。 （2）戶外式（outdoor）：適合安裝于露天（intheopenair）使用的電器，它們能耐受風、雨、雪、積塵（dirtdeposits）、露（condensation）、冰及濃霜（hoarfrost）等侵襲。極：僅與電氣上分離的主回路導電路徑之一相連的各部件，而不包括用來一起安裝和操作所有極的那些部件。高壓電器的定義、分類與用途(1)開關電器高壓斷路器：又稱高壓開關，能關合、開斷、承載線路正常電流，也能在規(guī)定的異常電路條件下（例如短路）和一定時間內(nèi)關合、開斷、承載電流的機械式開關電器。機械式開關電器是用可分觸頭關合和開斷電路的電器的總稱高壓隔離開關：用于將帶電的高壓電工設備與電源隔離，一般只具有分合空載電路的能力，當在開斷狀態(tài)時，觸頭具有明顯可見的斷開位置，以保證檢修時的安全。高壓電器的定義、分類與用途高壓電器的定義、分類與用途高壓電器的定義、分類與用途高壓電器的定義、分類與用途高壓電器的定義、分類與用途高壓電器的定義、分類與用途高壓熔斷器俗稱高壓保險絲，用于開斷過載或短路狀態(tài)下的電路。高壓負荷開關用于接通或斷開空載、正常負載和過載下的電路，通常與高壓熔斷器配合使用。高壓接觸器，手動操作除外，只有一個休止位置，能關合、承載及開斷正常電流及規(guī)定的過載電流的開斷和關合裝置。高壓電器的定義、分類與用途重合器，能夠按照預定的順序，在導電回路中進行開斷和重合操作，并在其后自動復位、分閘閉鎖或合閘閉鎖的自具（不需外加能源）控制保護功能的開關設備。分段器，一種能夠自動判斷線路故障和記憶線路故障電流開斷的次數(shù)，并在達到整定的次數(shù)后在無電壓或無電流下自動分閘的開關設備。高壓電器的定義、分類與用途(2)限制電器：主要有電抗器、避雷器。電抗器：依靠線圈的感抗起阻礙電流變化作用的電器。電抗器可按用途、按有無鐵心和按絕緣結構分類。按用途分為3種。①限流電抗器:串聯(lián)在電力電路中，用來限制短路電流的數(shù)值。②并聯(lián)電抗器：一般接在超高壓輸電線的末端和地之間，用來防止輸電線由于距離很長而引起的工頻電壓過分升高，還涉及系統(tǒng)穩(wěn)定、無功平衡、潛供電流、調(diào)相電壓、自勵磁及非全相運行下的諧振狀態(tài)等方面。③消弧電抗器：又稱消弧線圈，接在三相變壓器的中性點和地之間，用以在三相電網(wǎng)的一相接地時供給電感性電流，來補償流過接地點的電容性電流，使電弧不易持續(xù)起燃，從而消除由于電弧多次重燃引起的過電壓。高壓電器的定義、分類與用途并聯(lián)電抗器高壓電器的定義、分類與用途串聯(lián)電抗器高壓電器的定義、分類與用途按有無鐵心可分為2種。①空心式電抗器:線圈中無鐵心，其磁通全部經(jīng)空氣閉合。②鐵心式電抗器：其磁通全部或大部分經(jīng)鐵心閉合。鐵心式電抗器工作在鐵心飽和狀態(tài)時，其電感值大大減少，利用這一特性制成的電抗器叫飽和式電抗器。按絕緣結構又可分為2種。①干式電抗器：其線圈敞露在空氣中，以紙板、木材、層壓絕緣板、水泥等固體絕緣材料作為對地絕緣和匝間絕緣。②油浸式電抗器：其線圈裝在油箱中，以紙、紙板和變壓器油作為對地絕緣和匝間絕緣。高壓電器的定義、分類與用途避雷器：一種能釋放雷電或兼能釋放電力系統(tǒng)操作過電壓能量，保護電工設備免受瞬時過電壓危害，又能截斷續(xù)流，不致引起系統(tǒng)接地短路的電器裝置。避雷器通常接于帶電導線和地之間，與被保護設備并聯(lián)。當過電壓值達到規(guī)定的動作電壓時,避雷器立即動作,流過電荷，限制過電壓幅值，保護設備絕緣；當電壓值正常后，避雷器又迅速恢復原狀，以保證系統(tǒng)正常供電。高壓電器的定義、分類與用途(3)變換電器：又稱互感器。按比例變換電壓或電流的設備。分為電壓互感器和電流互感器兩大類。互感器的功能是：將高電壓或大電流按比例變換成標準低電壓（100V或100/□V）或標準小電流(5A或1A，均指額定值)，以便實現(xiàn)測量儀表、保護設備和自動控制設備的標準化、小型化。此外，互感器還可用于隔離開高電壓系統(tǒng)，以保證人身和設備的安全。(4)組合電器：將兩種或兩種以上的電器，按接線要求組成一個整體而各電器仍保持原性能的裝置。組合電器結構緊湊，外形及安裝尺寸小，使用方便，且各電器的性能可更好地協(xié)調(diào)配合。高壓電器的定義、分類與用途高壓電器的定義、分類與用途高壓電器的定義、分類與用途開關電器（switchingdevice）：用作閉合（關合）或者開斷一個或幾個電路電流的器件。機械開關電器：用可分離的觸頭來合、分一個或幾個電路的的開關電器。半導體開關電器：設計用半導體可控導電性來閉合（關合）電路電流的開關電器。高壓開關電器概述高壓開關行業(yè)的定位開關行業(yè)是電力行業(yè)的主要裝備制造業(yè)之一，也是機電產(chǎn)品工業(yè)之一，是國民經(jīng)濟的基礎工業(yè)，是國家經(jīng)濟建設和人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚哪茉春透鞣N裝備設備的供應商。相對于目前有些新興的行業(yè)來說，開關行業(yè)是產(chǎn)生得比較早，已有百余年的歷史，是一個較老的行業(yè)，但仍是國民經(jīng)濟和人民生活的基礎行業(yè)。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，電力需求在不斷增長，我國雖然是一個“電力大國”，但不是“電力強國”，人均占有量仍是“電力弱國”，發(fā)展前景很好。高壓開關的需求量仍然很大，中國將是高壓開關的主要生產(chǎn)國和消費國。隨著科學技術的發(fā)展，開關行業(yè)本身也在不斷發(fā)展和進步。高壓開關電器概述高壓開關電器的基本功能控制：使電力線路、設備投入或退出運行保護：切除故障線路或設備；建立可靠的絕緣斷口；停運的電力線路或設備可靠接地高壓開關電器概述高壓開關電器的性能特點通常要求高壓電器具有以下性能特點：①可靠性高。高壓開關電器是電力系統(tǒng)中的控制和保護裝置，若可靠性不高，在線路發(fā)生故障時不能正常控制，則影響范圍會迅速擴大，造成大面積停電。②能承受很大的瞬時功率。電力系統(tǒng)中的故障電流往往幾倍、幾十倍于額定電流，持續(xù)時間達幾秒鐘，要求高壓電器能承受、斷開和關合這類故障電流。③動作時間快。開斷故障電流的時間快慢，影響電力系統(tǒng)傳輸功率的大小和運行穩(wěn)定性。

高壓開關電器概述電力系統(tǒng)對高壓開關電器的基本要求（1）絕緣：對地、斷口間、相間長期承受電力系統(tǒng)最高工作電壓；短時承受工頻、雷電沖擊電壓及操作過電壓。（2）切合電流：承載及切合負荷電流；短時承載及切合短路故障電流；切合電容電流；切合小電感電流。（3）自然環(huán)境（溫度、海拔、濕度、地震、污穢、風力、覆冰）（4）其他方面（機械壽命、電壽命、密封性能、對周圍環(huán)境的影響）

高壓開關電器概述高壓開關電器中的基本理論

發(fā)熱、電動力、電接觸、電弧、電磁系統(tǒng)、高壓交流電路的關合與開斷、絕緣及絕緣結構、傳動及運動特性高壓開關電器概述高壓開關電器的基本工作原理開關觸頭機械分離燃弧工頻電流過零、熄弧、開斷高壓開關電器概述高壓開關電器概述高壓開關電器的基本構成

由導電回路、可分觸頭、滅弧裝置、絕緣部件、底座、傳動機構、操動機構等組成。導電回路用來承載電流；可分觸頭是使電路接通或分斷的執(zhí)行元件；滅弧裝置則是用來迅速、可靠地熄滅電弧,使電路最終斷開。與其他開關相比，斷路器的滅弧裝置的熄弧能力最強，結構也比較復雜。觸頭的分合運動是靠操動機構作功并經(jīng)傳動機構傳遞力來帶動的。其操作方式可分為手動、電動、氣動和液壓等。有些斷路器的操動機構并不包括在斷路器的本體內(nèi)，而是作為一種獨立的產(chǎn)品提供斷路器選配使用。高壓開關電器概述高壓開關電器概述高壓開關電器概述高壓開關電器概述開關電器在功能和結構上的共性要有帶電和導電部分；要有絕緣部分，帶電部分與地及其它極間的隔離；導體與觸頭的電連接部分；觸頭的運動與機構。從運行角度的共同要求電的作用；熱的作用；機械作用；大氣環(huán)境的作用。高壓開關電器的共同性問題高壓開關電器概述電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)和負載性質(zhì)是多種多樣的，作為控制、保護元件的高壓開關電器，要保證電力系統(tǒng)的安全運行，對它的要求也是多方面的。另外，高壓開關電器所處場所的自然環(huán)境變化也會對其工作性能產(chǎn)生影響。因此在高壓開關電器設計時，應該全面考慮這些要求。高壓開關電器的基本技術參數(shù)1一般電氣性能方面

高壓開關電器長期在電網(wǎng)中使用時，就應與其它電力設備一樣，能夠耐受各種電壓、電流的作用而不致?lián)p壞。根據(jù)IEC和國家標準，首先應分清電工術語的兩個名詞：標稱值（nominalvalue）：用以標識一個元件、器件或設備的合適的近似量值。額定值（ratedvalue）：一般由制造廠對一個元件、器件或設備在規(guī)定工作條件下所規(guī)定的一個量值。

高壓開關電器的基本技術參數(shù)（1）電壓方面

標稱電壓：系統(tǒng)被指定的電壓。系統(tǒng)最高電壓：運行中所出現(xiàn)的電壓最高值，不包括異常和暫態(tài)、瞬態(tài)的電壓。電氣設備的額定電壓：根據(jù)規(guī)定的工作條件，由制造廠確定的電壓。設備最高電壓：考慮到設備絕緣性能所確定的最高運行電壓，其數(shù)值等于所在系統(tǒng)的系統(tǒng)最高電壓。高壓開關電器的基本技術參數(shù)有關標準規(guī)定，電氣設備額定電壓的數(shù)值應按設備最高電壓確定。高壓開關電器在規(guī)定的正常使用和性能條件下，能夠連續(xù)運行的最高電壓稱為開關電器的額定電壓。

額定電壓的大小確定了電氣設備的絕緣結構和外形尺寸。額定電壓越高，電氣設備的外形尺寸越大，極間距離也越大。高壓開關電器工作時還應耐受高于額定電壓的各種過電壓作用，而不會導致絕緣的損壞。標志這方面性能的參數(shù)有1min工頻耐受電壓、雷電沖擊耐受電壓和操作沖擊耐受電壓。高壓開關電器的基本技術參數(shù)（2）電流方面

高壓開關電器長期通過工作電流時，各部分的溫度不得超過允許值，以保證電器的工作可靠。關于電器各種情況下的允許溫度在有關標準中都有規(guī)定。電器在關合位置通過短路電流時，不應因電動力受到損壞，各部分溫度也不應超過短時工作的允許值，觸頭不應發(fā)生熔焊和損壞。標志這方面功能的參數(shù)有：額定電流、額定峰值耐受電流、額定短時耐受電流和額定短路持續(xù)時間。高壓開關電器的基本技術參數(shù)（2）海拔海拔會對高壓電器的外絕緣產(chǎn)生影響。海拔高的地區(qū)，大氣壓力低，空氣稀薄，空氣的絕緣強度也低。因此，有關標準規(guī)定、對用于海拔高于1000m但不超過4000m處的高壓電器，海拔每升高100m，其外絕緣的絕緣強度大約降低1％。高海拔地區(qū)空氣稀薄、散熱差，電器各部分的溫升隨之升高。因此，在向海拔地區(qū)工作的斷路器在1000m處進行溫升試驗時，溫升的允許值必須降低。標服規(guī)定，電器在海拔高于1000m但不超過4000m處且周圍空氣溫度為40℃工作時，每超過100m（以海拔1000m為起點），允許溫升降低0.3%。高壓開關電器的基本技術參數(shù)（3）濕度我國長江以南地區(qū)濕度很大，全年很長時間的濕度在90％以上，甚至表面出現(xiàn)凝露。這樣大的濕度，容易引起電器的金屬件銹蝕．絕緣件受潮、油漆層脫落，甚至影響機構的可靠動作和出現(xiàn)絕緣件表面的閃絡事故。我國標準中規(guī)定，高壓電器應能在日平均相對濕度不大于95％，月平均相對濕度不大于90％的環(huán)境下工作。（4）地震在多地震地區(qū)選用高壓和超高壓斷路器時，應選用抗地震性能好、結構比較穩(wěn)定的接地箱殼（落地罐式）斷路器及六氟化硫氣體絕緣全封閉開關設備(GIS)。

高壓開關電器的基本技術參數(shù)（5）污穢沿海地區(qū)和重工業(yè)集中地區(qū)，尤其是火電廠、煉油廠、水泥廠、化工廠和沿海的油田等地區(qū)，空氣中污穢嚴重，經(jīng)常發(fā)生電器外絕緣的污閃事故。特別是秋末冬初和冬末春初之際，以及天氣久晴之后，絕緣件上積穢較多，碰到毛毛雨天氣就更為嚴重。戶內(nèi)使用的電器的污穢問題也不容忽視。對于污穢地區(qū)，門窗不嚴的斷路器室，如果清掃不及時，又不像戶外電器有雨的自然清掃作用，污穢積累程度并不亞于戶外電器。加上南方地區(qū)戶內(nèi)濕度高，對于環(huán)氧玻璃鋼一類的有機絕緣材料來說其沿面閃絡電壓將顯著降低。高壓開關電器的基本技術參數(shù)對于污穢引起的污閃事故除加強清掃、改善室內(nèi)環(huán)境（密封、空調(diào)）外，還可以通過增加爬電比距（外絕緣爬電距離與電器額定電壓之比）和選用合適的絕緣材料（如硅橡膠）等來解決。

（6）風力過大的風力合可能使結構細長的高壓電器變形其至斷裂，其結構設計中應考慮這種風力載荷。高壓開關電器的基本技術參數(shù)高壓開關電器面臨的問題1、更高電壓等級和更大開斷容量的要求

1000kV電壓等級的出現(xiàn)，要求相應電壓等級的開關設備。隨著電網(wǎng)容量、設備單機容量、變電站容量增大，短路電流也增大，要求開關開斷更大短路電流的能力。高壓開關電器的發(fā)展趨勢2、可靠性、壽命、維護

開關設備拒動、誤動、開斷失敗對電力系統(tǒng)安全運行構成嚴重影響。要求開關設備具有高的可靠性。開關設備的安全維護花費大量的人力和資源，造成停電。要求開關設備高壽命、免維護。3、短路故障應對

短路故障對電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行構成嚴重干擾；短路電流損壞電力設備機械結構；短路故障造成電壓跌落，影響電源質(zhì)量。要求限制短路電流，快速切除短路電流。限制短路電流要求各種故障電流限制器。快速切除短路電流要求快速開關。目前情況，短路電流一般持續(xù)4、5個工頻半波被切除。高壓開關電器的發(fā)展趨勢4、選相投切開關操作產(chǎn)生暫態(tài)，對電力系統(tǒng)構成干擾。選相投切即在選定的相位進行投切操作?？梢詼p小暫態(tài)，減小干擾。機械操作過程相對于工頻過程要緩慢，且具有較大的分散性，開關選相操作目前比較困難。5、多電源快速切換

一些特殊電力用戶要求高質(zhì)量電源，采用多電源供電，當當前電源存在質(zhì)量問題時，快速切換到另一電源。6、電力設備柔性控制

開關的分合操作是非柔性的，在一些場合要求柔性控制。例如無功補償。高壓開關電器的發(fā)展趨勢高壓開關電器的發(fā)展趨勢1、電器設備的智能化

一次設備和控制測量設備的一體化。包含保護、計量和在線檢測功能。該發(fā)展趨勢是傳統(tǒng)機電技術和現(xiàn)代信息技術的結合，是傳統(tǒng)行業(yè)劃分的重新組合。高壓開關電器的發(fā)展趨勢可以組成真正的全開放式系統(tǒng)真正實現(xiàn)分布式管理與控制電器設備的網(wǎng)絡化電器設