主要電氣設備原理第一頁，共八十七頁，2022年，8月28日3-1電弧的基本理論第二頁，共八十七頁，2022年，8月28日教學內容掌握電弧的形成及熄滅條件熟悉電弧形成的物理過程、特性掌握交流電弧的特性及熄滅條件掌握開關電器常用的熄弧方法第三頁，共八十七頁，2022年，8月28日3.1.1電弧的形成和熄滅

第四頁，共八十七頁，2022年，8月28日一、概述1、電弧——一種游離的氣體放電現象開關電器開斷電路時，觸頭間產生耀眼的白光。物質第四種存在形式：

固態、液態、氣態、等離子態△電弧的存在代表了電流流通到截止的中間過程，只有當電弧熄滅，觸頭間隙成為絕緣介質時，電路才算斷開。第五頁，共八十七頁，2022年，8月28日2、電弧的特征①電弧的能量集中，溫度極高，亮度很強例：10kV斷路器（QF）斷開20kA的電流，電弧功率達到1萬kW以上②電弧由陰級區，陽極區和弧柱區組成。弧柱區溫度最高，可達6~7k度到1萬度以上在弧柱周圍溫度較低，亮度明顯減弱的部分叫弧焰，電流幾乎都從弧柱內部流過。第六頁，共八十七頁，2022年，8月28日

③電弧的氣體放電是自持放電，維持電弧燃燒的電壓很低。在大氣中，1cm長的直流電弧的弧柱電壓僅15~30V，在變壓器油中1cm長的直流電弧的弧柱電壓僅100~220V。

④電弧是一束游離的氣體，質量極輕，極易變形。電弧在氣體或液體的流動作用下或電動力作用下，能迅速移動、伸長或彎曲。第七頁，共八十七頁，2022年，8月28日二、電弧的形成和維持1、帶電質點的來源

①電極發射自由電子：熱電子發射——觸頭分離接觸電阻加大表面發熱發射電子強電場發射——觸頭分離電場強度加大電場力拉出發射電子②弧柱區的氣體游離，碰撞游離+熱游離產生大量的電子和離子

2、電弧的形成和維持第八頁，共八十七頁，2022年，8月28日三、電弧的熄滅關鍵是加強去游離作用去游離——由于復合和擴散使帶電質子減少的過程介質的游離作用→電弧產生介質的去游離作用→電弧熄滅當游離>去游離——電弧電流↑當游離=去游離——電弧電流不變（穩定燃燒）當游離<去游離——電弧電流↓→（熄滅）去游離方式有2種：復合：正負離子相互吸引，彼此中和擴散：弧柱中的帶電質點由于熱運動逸出弧柱外濃度擴散溫度擴散第九頁，共八十七頁，2022年，8月28日四、影響游離和去游離的因素①電弧溫度：熱游離↓→Q↓

速度↓→復合加強→Q↓

使溫度降低的方法有：吹弧、拉長電弧、或與冷卻介質表面接觸。

②電場強度：E↓→運動速度↓→復合↑→Q↓→熱游離↓③氣體介質的壓力：真空度F↓→自由行程縮短→離子濃度↑→復合↑真空中電子數目少→磁撞游離↓→擴散↑④介質特性：包括氣體的介電強度、導熱系數、熱容量、電負荷⑤電極材料：銅、銀、銅鎢、銀鎢合金具有熔點高、導熱能力強、熱容量大的特點，可減少熱電子發射和弧柱中的金屬蒸氣。第十頁，共八十七頁，2022年，8月28日3.1.2交流電弧的特性及熄滅第十一頁，共八十七頁，2022年，8月28日一、交流電弧特性1、動態狀安特性曲線：電弧電壓（Ua

）和電流隨時間不斷變化，每一周期，電流過零2次

Ua—馬鞍形狀

A—燃弧電壓

B—熄弧電壓2、熱慣性：電弧溫度的變化滯后于電流的變化A>BUa第十二頁，共八十七頁，2022年，8月28日電弧在自然過零時將自動熄滅，但下半周期隨著電壓的升高，電弧會重燃。若電流過零時，電弧不再重燃，電弧就此熄滅。第十三頁，共八十七頁，2022年，8月28日二、交流電弧的熄滅1、弧隙中介質強度的恢復過程UdUd——弧隙介質能夠承受而不致使弧隙擊穿的最小電壓過程：電流過零前，θ很高，Rn很小，弧隙為良導電通道電流過零前后，θ↓，Rn↑具有一定抗電強度電流過零后，Ud恢復不是從零開始,而是有一個起始電壓。這種現象稱為交流電路的近陰極效應。

電流極性改變后的0.1~1.0秒瞬間,有Ud=150~250V的起始介質強度第十四頁，共八十七頁，2022年，8月28日2、弧隙電壓的恢復過程UrUr——電壓由熄弧電壓恢復到外電源電壓的過程。

過程1、電流過零前，電弧電阻很小，電源電壓大部分降落在線路或負載的阻抗上。2、電流過零時，電弧熄滅，最后變為絕緣介質，電源電壓全部加在弧隙上。第十五頁，共八十七頁，2022年，8月28日3、交流電弧的熄滅條件：UrUrUdUd第十六頁，共八十七頁，2022年，8月28日四、交流電弧的滅弧方法1、提高觸頭的分閘進度

——迅速拉長電弧，E↓，冷卻與擴散↑2、采用多斷口滅弧——拉長迅速↑，行程↓，滅弧時間↓提高了滅弧能力3、吹弧——加強冷卻和擴散橫吹——將電弧吹彎吹長縱吹——將電弧吹細第十七頁，共八十七頁，2022年，8月28日4、利用固體介質的狹縫狹溝滅弧——冷卻，表面吸附電子，加強復合。如：介質縱縫滅弧罩介質填料滅弧管5、利用短弧原理滅弧

交流電路：電流自然過零時，每一短弧有150~250V電壓。第十八頁，共八十七頁，2022年，8月28日6、磁吹——利用電磁力驅動和拉長電弧至固體介質滅弧罩或金屬柵滅弧罩中7、高壓氣體介質滅弧

——碰撞游離↓，復合↑8、真空滅弧

——碰撞游離↓，熱游離↓，擴散↑第十九頁，共八十七頁，2022年，8月28日習題及思考題3—1何為電弧？簡述斷路器觸頭開斷時斷口電弧的形成過程及由此而確定的基本滅弧方法。3—2交流電弧電流有何特點？什么叫介質強度恢復過程？什么叫電壓恢復過程？熄滅交流電弧的條件是什么？第二十頁，共八十七頁，2022年，8月28日3.2高壓開關電器開關電器的分類高壓開關、低壓開關戶內、戶外既能開斷正常工作電流又能開斷故障電流——斷路器只開斷電壓——隔離開關類能開斷正常工作電流和過電流——負荷開關類只能開斷故障電流——熔斷器

第二十一頁，共八十七頁，2022年，8月28日3.2.1高壓斷路器一、高壓斷路器１.高壓斷路器的功能正常工作時開斷與閉合電路配合繼電保護裝置，自動開斷電網中的短路故障在跳閘后能夠自動重合閘。２.高壓斷路器種類油斷路器壓縮空氣斷路器

SF６斷路器真空斷路器工程圖中符號第二十二頁，共八十七頁，2022年，8月28日少油式斷路器

具有用油量少、體積小、結構簡單、節省鋼材、防火防爆的特點，但檢修周期短，在戶外使用時，受大氣條件影響大，而且配套性差。以SN10-10I型為例：組成：導電回路——上出線座→靜觸頭座→瓣形觸頭→動觸頭→導電桿→動觸頭→下出線座滅弧系統——縱橫吹滅弧室（縱橫油氣吹+機械油吹）逆止閥：電弧形成后分解油，逆止閥鋼球上推堵住回油孔，形成密閉燃弧，使內腔壓力升高油氣分離器：a.避免滅弧室完全封死，壓力過高b.避免直接將熾熱的帶有大量電子和離子的油氣混合物排出箱外，引起自燃和設備絕緣閃絡。

傳動機構：主軸、分相軸、操動軸

框架：依靠兩個支持絕緣子將各相與地絕緣第二十三頁，共八十七頁，2022年，8月28日少油斷路器第二十四頁，共八十七頁，2022年，8月28日高壓少油斷路器第二十五頁，共八十七頁，2022年，8月28日壓縮空氣斷路器第二十六頁，共八十七頁，2022年，8月28日SF6斷路器LW15-363GCBP第二十七頁，共八十七頁，2022年，8月28日SF6斷路器的優缺點①斷口耐壓高②允許開斷次數多③開斷性能好④占地面積小⑤加工精度高，密封性能好，對水分子與氣體的檢測要求嚴格第二十八頁，共八十七頁，2022年，8月28日真空斷路器第二十九頁，共八十七頁，2022年，8月28日真空斷路器第三十頁，共八十七頁，2022年，8月28日斷路器與隔離開關的配合具有相當完善的滅弧裝置，它可以切斷正常的負荷電流，也可以切斷一定的故障電流。但沒有明顯的斷點，必須借助輔助設備，才能知道斷路器處于合閘狀態或斷開狀態。在電路中，需要與隔離開關配合運行第三十一頁，共八十七頁，2022年，8月28日3.2.2隔離開關（QS）1、QS的作用隔電保安倒閘操作：等電位操作切投小電流電路：保證電弧能可靠自行熄滅2、QS的特點觸頭暴露在空氣中；有明顯、清晰可見的斷開點

沒有專門的滅弧裝置——不能切斷Ig及IdQS應與QF配合使用——滿足“隔離開關先通后斷”原則

（即：合閘時，QS先QF后；分閘時，QF先QS后）QS分閘時，應有明顯可見的斷口QS合閘時，應能可靠地通過Igmax及Idmax通過時滿足動熱穩定工程圖中符號第三十二頁，共八十七頁，2022年，8月28日3、戶內型QS:△GN6、GN8型結構：底座絕緣子、導電系統磁鎖裝置的作用：①散熱②增加接觸壓力③提高動穩定4、戶外型QS△GW4-35D導電回路雙柱式絕緣子接地刀閘——與主刀聯鎖（一分-合）底座第三十三頁，共八十七頁，2022年，8月28日隔離開關第三十四頁，共八十七頁，2022年，8月28日隔離開關第三十五頁，共八十七頁，2022年，8月28日隔離開關第三十六頁，共八十七頁，2022年，8月28日500kV隔離開關第三十七頁，共八十七頁，2022年，8月28日3.2.3高低壓熔斷器1、作用：短路保護或過載保護缺點：保護性能不穩定、需要更換熔體2、組成：熔件（熔體）：銅、銀觸頭、滅弧裝置、絕緣底座3、工作過程：汽化過程→發弧過程→滅弧過程全開斷時間=熔化時間+發弧時間+燃弧時間4、分類之一：限流型——速度快、高電阻、出現過電壓非限流型——速度慢、不出現過電壓5、戶內型高壓熔斷路：RN1、RN3——電力變壓器或線路保護

RN2、RN6——電壓互感器保護6、戶外型高壓熔斷器：RW3跌落式FU、RW10-35型限流型FU第三十八頁，共八十七頁，2022年，8月28日3.2.4高壓負荷開關用于開合負載電流及過載電流的開關電器，具有一定的滅弧能力，常與熔斷器配合使用。負荷開關特點：

1）具有可見斷點

2）有簡易滅弧裝置，可以切斷負荷電流

3）具有保護功能，如過負荷保護，但不能切斷短路電流

4）與高壓熔斷器配合使用，可起到切斷短路電流的作用負荷開關的作用：在10kV回路中，可以作為小容量變壓器的進線開關、電力電容器的主開關、電壓互感器的主開關。工程圖中符號第三十九頁，共八十七頁，2022年，8月28日3.3互感器第四十頁，共八十七頁，2022年，8月28日互感器的作用將一次側的高電壓大電流變換成二次側的標準的低電壓、小電流，使二次側裝置標準化、系列化。將二次側與高電壓隔離，保證設備和人身安全。使二次側可以使用低壓小截面控制電纜傳送電壓、電流信號。第四十一頁，共八十七頁，2022年，8月28日3.3.1電流互感器工程圖中符號原理接線圖一次側N1N2第四十二頁，共八十七頁，2022年，8月28日一、電流互感器的結構特點一次側匝數很少，二次側匝數多。一次繞組電流完全取決于負荷電流。正常工作時，二次側負荷阻抗很小，接近短路狀態。一次側與被測回路串聯，二次側繞組與儀表電流線圈串聯。第四十三頁，共八十七頁，2022年，8月28日電流互感器的等值電路和相量圖鐵心中合成磁動勢第四十四頁，共八十七頁，2022年，8月28日二、電流互感器的誤差電流誤差

：

角誤差：δi為I1與I2之間的夾角。電流互感器的誤差與互感器鐵心材料、結構、一次側電流、二次側負載等因素有關。第四十五頁，共八十七頁，2022年，8月28日三、電流互感器的準確級和額定容量準確級：在規定的二次負荷變化范圍內，一次電流為額定值時的最大電流誤差電流互感器有0.2、0.5、1、3、5P、10P等準確度級，可供不同的測量和保護場合使用。不同準確級的電流互感器有不同的額定二次負荷。電流互感器的額定容量

電流互感器在額定二次電流和額定二次阻抗下運行時，二次線圈輸出的容量。

由于電流互感器的二次電流為標準值（5A或1A），其容量也常用額定二次阻抗來表示。因電流互感器的誤差和二次負荷有關，同一臺電流互感器使用在不同準確級時，會有不同的額定容量。電流互感器二次側所接的負載的阻抗之和不能超過互感器的額定二次阻抗值。第四十六頁，共八十七頁，2022年，8月28日四、電流互感器的運行注意事項二次側必須有一端接地。防止一、二次側絕緣損壞，高壓竄入二次側，危及人身和設備安全；接線時要注意極性。電流互感器一、二次側的極性端子，都用字母表明極性。一次側串接在線路中，二次側的繼電器或測量儀表串接。電流互感器運行時二次側不允許開路。第四十七頁，共八十七頁，2022年，8月28日電流互感器二次側開路電流互感器運行時二次側不允許開路。否則二次側會感應出極高電壓，危及人身和設備安全。

二次側開路時，I1N1全部為勵磁磁通勢，使鐵心中磁通為平頂波，二次側感應電勢為尖頂波。第四十八頁，共八十七頁，2022年，8月28日五、電流互感器二次接線方式單相接線星形接線不完全星形接線第四十九頁，共八十七頁，2022年，8月28日第五十頁，共八十七頁，2022年，8月28日110電流互感器35電流互感器第五十一頁，共八十七頁，2022年，8月28日低壓電流互感器第五十二頁，共八十七頁，2022年，8月28日3.3.2電壓互感器原理接線圖第五十三頁，共八十七頁，2022年，8月28日3.3.2電壓互感器電磁式電壓互感器工作原理與電力變壓器相同。一、結構類型：電磁式（包括普通的電磁式電壓互感器，及串級式電壓互感器）；電容分壓式；二、運行注意事項：電壓互感器工作時，二次側有一端必須可靠接地，運行中二次側不允許短路。

工程圖中符號第五十四頁，共八十七頁，2022年，8月28日電壓互感器的的等值電路U1相量圖第五十五頁，共八十七頁，2022年，8月28日三、電壓互感器誤差和準確級

測量誤差：

電壓誤差角誤差：二次電壓相量與一次電壓相量之間的夾角，并規定超前于時相位差為正，反之為負。電壓互感器測量誤差與空載電流、二次負載等因素有關。準確級：電壓互感器的準確級用最大允許誤差表示。有0.1、0.2、0.5、１、3、3P、6P等準確級，分別用在不同的測量與保護場合。第五十六頁，共八十七頁，2022年，8月28日四、電容式電壓互感器的工作原理

隨著電力系統輸電電壓的增高，電磁式電壓互感器的體積越來越大，成本隨之增高，普遍采用電容式電壓互感器。電容式電壓互感器實質上是一個電容分壓器，在被測裝置的相和地之間接有電容和，按反比分壓，上的電壓為

電容式電壓互感器原理接線圖（虛線中是非線性補償電感線圈）第五十七頁，共八十七頁，2022年，8月28日電容式電壓互感器誤差

電容式電壓互感器的誤差是由空載電流、負載電流以及阻尼器的電流流經互感器繞組產生壓降而引起的，其誤差由空載誤差、，負載誤差、和阻尼器負載電流產生的誤差、等幾部分組成，即電容式電壓互感器的誤差除受一次電壓、二次負荷和功率因數的影響外，還與電源頻率有關。電容式電壓互感器用于110～500kV中性點直接接地系統。第五十八頁，共八十七頁，2022年，8月28日五、電壓互感器二次接線方式特別注意開口三角接線第五十九頁，共八十七頁，2022年，8月28日第六十頁，共八十七頁，2022年，8月28日110電壓互感器110電容式電壓互感器第六十一頁，共八十七頁，2022年，8月28日低壓電壓互感器第六十二頁，共八十七頁，2022年，8月28日3.4限流電器限流電器的作用增加電路的短路阻抗，從而達到限制短路電流的目的。常用的設備有：限流電抗器和分裂變壓器一、限流電抗器：作用：限制電力設備的短路電流、能維持母線電壓、將短路容量加以限制，以選擇輕型斷路器和小截面的電纜。設置位置分段電抗器、出線電抗器、在變壓器負荷側串聯電抗器工程圖中符號第六十三頁，共八十七頁，2022年，8月28日限流電抗器第六十四頁，共八十七頁，2022年，8月28日并聯電抗器并聯電抗器應用于電力系統，通常安裝在高壓長距離輸電線的始端升壓站、中間聯絡站以及高壓直流輸電的換流站中，并聯連接于變電站66KV及以下的低壓回路。具有補償電網無功功率、降低電網損耗、提高輸電能力以及抑制電網諧振過電壓、防止發電機自勵磁、消除空載長線電容效應和高壓電纜電容效應、抑制工頻過電壓等眾多功能，可節約能源、提高電力系統的運行穩定性和可靠性。并聯電抗器與并聯電容器、大功率晶閘管和微機控制系統組成靜止無功補償裝置，可對電力系統的無功功率進行適時動態調節。第六十五頁，共八十七頁，2022年，8月28日二、分裂變壓器：1、作用分裂變壓器，能在正常工作和低壓側短路時，使變壓器呈現不同的電抗值，從而起到限制短路電流的作用。2、結構分裂變壓器是一種多繞組變壓器，它是將普通的雙繞組變壓器的低壓繞組分裂成額定容量相等的兩個完全對稱的繞組。第六十六頁，共八十七頁，2022年，8月28日3.5避雷器

（１）1.功能：用來限制過電壓的一種主要保護電器，是發電廠變電所防雷保護的基本保護措施之一。2.工作原理：

避雷器與被保護設備并聯，當線路上有雷電侵入時，首先擊穿避雷器對地放電，從而保護設備絕緣。

第六十七頁，共八十七頁，2022年，8月28日感應雷的防護分流：采用避雷器來限制雷電過電壓波，將雷電流分流入地。避雷器被保護設備接地體第六十八頁，共八十七頁，2022年，8月28日避雷器結構類型放電間隙避雷器；閥形避雷器；氧化鋅避雷器；第六十九頁，共八十七頁，2022年，8月28日空氣間隙避雷器空氣間隙放電器的主要元件是放電電極的材料

第七十頁，共八十七頁，2022年，8月28日閥型避雷器由裝在密封瓷套中的間隙（又稱火花間隙）和非線性電阻（又稱閥片）串聯。火花間隙將帶電部分與閥片隔開，閥片電阻值與流過的電流有關，電流愈大電阻愈小。有普通型和磁吹型兩類。電阻閥片由金剛砂（SiC）和結合劑燒結而成，稱為碳化硅閥片主要應用在變電所的高壓防雷，特點是通流量大，但是反應時間比較長，目前普通閥型避雷器已淘汰。磁吹型避雷器還是電力系統常見的高壓防雷產品。第七十一頁，共八十七頁，2022年，8月28日氧化鋅避雷器閥片以氧化鋅（ZnO）與少量金屬氧化物燒結而成單基片避雷器雙基片避雷器多基片避雷器能量分配的問題，如果在一個避雷器里使用3個或3個以上的基片，那么其每個基片的啟動電壓和內阻要做到非常近似。因為在高電壓大電流狀態下即使是1歐姆的電阻差別也會使氧化鋅基片造成能量分配的不均衡，那么就會有某一片損壞而其他沒有損壞或者很少損壞，特點就是反應時間短可在ns級第七十二頁，共八十七頁，2022年，8月28日氧化鋅避雷器第七十三頁，共八十七頁，2022年，8月28日3.6導體、母線和電纜一、母線1、母線是有多條引出線的節點。匯集，分配和傳送電能2、母線種類和材料有：

軟母線：鋼芯鋁絞線

硬母線：①銅——導電率高、機械強度高、抗腐蝕性能好②鋁——導電率較低、截面大、重量輕、耐腐蝕性能差③鋼——導電率差、趨膚效應嚴重、損耗較大

封閉母線：分箱式、共箱式3、截面形狀

矩形母線：在同截面下，周長要長，冷卻條件好耗金屬要少

菱形與管形母線：可防止產生電暈，散熱面小第七十四頁，共八十七頁，2022年，8月28日4、母線的布置△母線三相導體排列方式：水平排列、豎直排列、角形排列↑（各相之間的相對關系）軟母線硬母線△母線的放置法：平放、立放（母線與空間的相對關系）△安裝方式：平裝——機械抗彎強度高，對流散熱效果差立裝——對流散熱效果好，機械抗彎強度高差（母線與絕緣子的相互關系）

綜合布置方式：豎排立放平裝、平排平放平裝豎排平放立裝、平排立放立裝5、母線的著色硬母線刷漆：直流、交流目的：①區別相序