電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)-六氟化硫斷路器滅弧特性研究(含外文翻譯)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　六氟化硫斷路器滅弧特性研究</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p>　　六氟化硫斷路器滅弧特性研究</p><p&

3、gt;<b>　　摘要</b></p><p>　　高壓斷路器是電力系統(tǒng)中重要的電氣設(shè)備之一，它使用數(shù)量多、范圍廣，應(yīng)用在電力系統(tǒng)的各種電壓等級(jí)中。高壓斷路器在電能生產(chǎn)、傳輸、分配過程中的的主要作用是：在正常情況下，控制各種電氣設(shè)備和電力線路的斷開及投入；在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，與繼電保護(hù)及自動(dòng)控制裝置相配合，快速切斷故障電流，縮小事故范圍，以保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，它是否具有優(yōu)良的性能

4、，直接影響到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行，在經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益方面具有非常重要的意義。</p><p>　　迄今為止，全球范圍內(nèi)，應(yīng)用的各類中、高壓斷路器中，六氟化硫正以它優(yōu)良的性能和可靠的質(zhì)量、維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)受到重視。本文介紹了SF6斷路器的發(fā)展概況和它的優(yōu)缺點(diǎn)，SF6氣體的物理、化學(xué)、電氣特性，電弧的產(chǎn)生過程，斷路器的滅弧方式及滅弧室結(jié)構(gòu)等。</p><p>　　關(guān)鍵詞　斷路器; SF

5、6性能；滅弧方式</p><p>　　SF6 circuit breaker characteristic research</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　High voltage circuit breaker is one of the important electrical equipment

6、 in power system, it uses the number of a wide range of applications in the power system voltage level. High voltage circuit breaker in the electrical energy production、transmission and distribution process in the main r

7、ole is to: Under normal circumstances, the control disconnected and put into a variety of electrical equipment and power lines; power system failure, with relay protection and automatic matched control devic</p>&

8、lt;p>　　To date, worldwide, in the application of various types of high-voltage circuit breakers, sulfur hexafluoride is its excellent performance and reliable quality, maintenance and small amount of advantages to be

9、taken seriously. This article describes the overview of the development of the SF6 circuit breaker and its advantages and disadvantages, the SF6 gas physics, chemistry, electrical characteristics, the arc process, the ci

10、rcuit breaker interrupter way and the arc chamber structure.</p><p>　　Keywords circuit breakers; SF6 performance; interrupter way</p><p>　　不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印</p><p><b>　　目錄&l

11、t;/b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2 SF6斷路器的發(fā)展概況1</p>

12、;<p>　　1.2.1 第一代SF6斷路器1</p><p>　　1.2.2 第二代SF6斷路器2</p><p>　　1.2.3 第三代SF6斷路器2</p><p>　　1.3 SF6斷路器的特點(diǎn)3</p><p>　　1.3.1 SF6斷路器的優(yōu)點(diǎn)3</p><p>　　1.3.2 SF

13、6斷路器的缺點(diǎn)4</p><p>　　1.4 本文的研究內(nèi)容4</p><p>　　第2章 SF6氣體的性質(zhì)5</p><p>　　2.1 SF6氣體的性質(zhì)5</p><p>　　2.1.1 SF6氣體的物理性質(zhì)5</p><p>　　2.1.2 SF6氣體的化學(xué)性質(zhì)5</p><p&g

14、t;　　2.1.3 SF6氣體的電氣特性6</p><p>　　2.1.4 SF6氣體用作電氣設(shè)備絕緣介質(zhì)的特點(diǎn)7</p><p>　　2.1.5 接觸SF6氣體的工作人員應(yīng)注意的事項(xiàng)8</p><p>　　2.2 SF6氣體的電氣絕緣特性9</p><p>　　2.3 本章小結(jié)10</p><p>　　第3

15、章 SF6斷路器11</p><p>　　3.1 電弧的產(chǎn)生過程11</p><p>　　3.1.1 電弧的形成過程11</p><p>　　3.1.2 電弧的熄滅過程12</p><p>　　3.2 熄滅電弧的方式13</p><p>　　3.2.1 吹弧13</p><p>　　

16、3.2.2 迅速拉長電弧16</p><p>　　3.2.3 將長電弧分成幾段短電弧18</p><p>　　3.2.4 利用固體介質(zhì)的狹縫熄弧19</p><p>　　3.3 滅弧室結(jié)構(gòu)20</p><p>　　3.4 本章小結(jié)21</p><p><b>　　結(jié)論22</b><

17、;/p><p><b>　　致謝23</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　附錄27</b></p><p>　　千萬不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印。在目錄上點(diǎn)右鍵“更新域”，然后“更新整個(gè)目錄”。打印前，不要忘記把上面“

18、Abstract”這一行后加一空行</p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　課題背景</b></p><p>　　高壓斷路器的發(fā)展始終與電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的提高密切相關(guān)。當(dāng)交流330kV及以上電壓等級(jí)的電力系統(tǒng)在20世紀(jì)50年代開始發(fā)展的時(shí)候，1952年，瑞士率先投入運(yùn)行了世界上第一條400kV

19、電壓等級(jí)的交流電力線路，使電力系統(tǒng)的最高電壓等級(jí)突破了300kV的水平，向更高電壓等級(jí)發(fā)展。以后歐、美、前蘇聯(lián)等相繼建造了330、400、500、750kV等各種電壓等級(jí)的交流超高壓和特高壓電力系統(tǒng)。隨著電力系統(tǒng)向大容量、高電壓的不斷發(fā)展，相應(yīng)地高壓斷路器的種類也日益增多。高壓斷路器主要可分為壓縮空氣斷路器、油斷路器、真空斷路器、SF6斷路器及SF6混合氣體斷路器等類型。據(jù)有關(guān)資料介紹，現(xiàn)在國外主要的電力設(shè)備廠商已將245kV及以上高電

20、壓和超高電壓電氣產(chǎn)品全部轉(zhuǎn)向了生產(chǎn)SF6氣體絕緣電氣設(shè)備或裝置方面。</p><p>　　SF6斷路器從八十年代進(jìn)入中國以后，已經(jīng)逐漸占據(jù)了開關(guān)電器的主導(dǎo)地位。近年來又從單壓式變開距滅弧室逐漸被自能式滅弧室所代替。自能式斷路器以其小操作功、無油化深受廣大用戶青睞，但在今后相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)。壓氣式斷路器以其開斷容量大、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在超高壓、特高壓領(lǐng)域仍將占據(jù)不可替代的地位。同時(shí)壓氣式滅弧室也已融入了自能式的滅弧原

21、理，在自能式的基礎(chǔ)上增強(qiáng)了熱膨脹效應(yīng)，合理地利用了噴口的電弧堵塞效應(yīng)，從而提高了自身的開斷性能。</p><p>　　對(duì)開關(guān)電器中的電弧進(jìn)行分析，是開關(guān)電器的基本理論之一。如果掌握了電弧理論知識(shí)，懂得電弧的特性，對(duì)于更好地了解開關(guān)電器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理及其性能，正確地使用、維護(hù)和保證開關(guān)電器長周期安全運(yùn)行，是十分重要的。</p><p>　　SF6斷路器的發(fā)展概況</p>

22、<p>　　根據(jù)SF6斷路器滅弧室結(jié)構(gòu)的變化，SF6斷路器的發(fā)展過程可劃分為以下3個(gè)階段。</p><p><b>　　第一代SF6斷路器</b></p><p>　　第一代SF6斷路器是指早期的SF6斷路器，它是沿用壓縮空氣斷路器的原理，配置壓縮機(jī)將SF6氣體壓縮到高壓罐（1.2～1.5MPa）內(nèi)。當(dāng)觸頭開斷時(shí)打開主氣閥，高壓力的SF6氣體通過主氣閥，在滅

23、弧室噴口中形成高速氣流經(jīng)過弧隙噴向低壓區(qū)（0.2～0.3MPa），使電流過零時(shí)熄滅。因?yàn)闇缁∈医Y(jié)構(gòu)有兩種氣體壓力，所以稱它為雙壓式滅弧室。這種SF6斷路器需要壓氣泵和加壓裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，環(huán)境適應(yīng)能力差，已經(jīng)被淘汰。</p><p><b>　　第二代SF6斷路器</b></p><p>　　隨著各國對(duì)SF6斷路器的不斷研制和開發(fā)，設(shè)計(jì)出了單壓式（又稱壓氣式）滅弧室，產(chǎn)

24、生了單壓式SF6斷路器。它與第一代SF6斷路器相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、滅弧性能好、生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)。這種SF6斷路器只充入較低壓力的SF6氣體（一般為0.5～0.7MPa，20℃），分閘時(shí)靠動(dòng)觸頭帶動(dòng)壓氣缸，產(chǎn)生瞬時(shí)壓縮氣體吹弧。但是，依靠機(jī)械運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生滅弧高氣壓，所需操動(dòng)機(jī)構(gòu)操動(dòng)功率大，機(jī)械壽命短，開斷小電感電流和小電容電流時(shí)易產(chǎn)生截流過電壓。一般配用較大輸出功率的液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)或壓縮空氣操動(dòng)機(jī)構(gòu)，固有分閘時(shí)間比較長。</p>

25、<p><b>　　第三代SF6斷路器</b></p><p>　　第三代SF6斷路器是指具有“自能”滅弧功能的SF6斷路器。它具有開斷能力強(qiáng)，操動(dòng)機(jī)構(gòu)操動(dòng)功率小的優(yōu)點(diǎn)，有利于新型操動(dòng)機(jī)構(gòu)的小型化，應(yīng)用前景廣闊。這種SF6斷路器在開斷短路電流時(shí)，依靠短路電流電弧自身的能量加熱SF6氣體，產(chǎn)生滅弧所需要的的高氣壓；在開斷小電感電流和小電容電流時(shí)，電弧自身的能量不足于加熱SF6氣體，產(chǎn)

26、生滅弧所需要的高氣壓，這時(shí)依靠機(jī)械輔助壓氣建立氣壓，不易產(chǎn)生截流過電壓。所需操動(dòng)機(jī)構(gòu)操動(dòng)功率小，可配用彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)等，操作可靠，機(jī)械壽命長，固有分閘時(shí)間短，可以制造成斷口少、單斷口電壓等級(jí)很高的SF6斷路器。目前，國內(nèi)外主要的電力設(shè)備生產(chǎn)廠商都已生產(chǎn)這種SF6斷路器，并大量投入了運(yùn)行。例如：日本的三菱公司、日立公司、法國的MG公司、瑞士的ABB公司、德國的西門子公司等等，都已生產(chǎn)這種SF6斷路器。有的公司到我國辦廠或合作生產(chǎn)，在我國電力

27、系統(tǒng)110～500kV電壓等級(jí)中已得到廣泛的使用，大大提高了電力系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。</p><p>　　20世紀(jì)70年代末我國從國外引進(jìn)了一批先進(jìn)的SF6氣體絕緣電氣設(shè)備制造技術(shù)。例如：1979年7月，平頂山高壓開關(guān)廠同法國MG公司簽定了引進(jìn)支柱式72.5～765kVSF6斷路器及72.5～550kVSF6氣體絕緣金屬封閉式組合電器系列制造技術(shù)的合同；1980年5月，西安高壓開關(guān)廠與前南斯拉夫動(dòng)力投

28、資公司開關(guān)廠簽定了共同研制245kV單斷口和525kV雙斷口支柱式SF6斷路器的專項(xiàng)合同。此后，西安高壓開關(guān)廠、沈陽高壓開關(guān)廠、上海華通開關(guān)廠與日本三菱公司（產(chǎn)品系列SFM、SFMT型）、日本日立公司（產(chǎn)品系列OFPI、OFPT型）、瑞士BBC公司（現(xiàn)在的ABB公司，產(chǎn)品系列ELF型）簽定了63～500kV SF6斷路器等開關(guān)設(shè)備技術(shù)轉(zhuǎn)讓或合作生產(chǎn)的協(xié)議。隨著我國改革開放的進(jìn)一步發(fā)展，也有一些外國知名電力設(shè)備生產(chǎn)廠商在我國投資辦廠，如德

29、國的西門子公司在我國杭州、上海等地辦廠，生產(chǎn)63～500kV（系列產(chǎn)品3AP、3AQ、3AT2/3型）SF6斷路器、GIS及其他開關(guān)電氣設(shè)備；瑞士的ABB公司在我國北京及其他城市合作辦廠等。隨著新技術(shù)、新材料、新工藝、新設(shè)備的不斷研制和開發(fā)，技術(shù)含量更高、性能更</p><p>　　這些SF6斷路器根據(jù)不同的特性和要求，分別配置了多種不同型式和型號(hào)的操動(dòng)機(jī)構(gòu)。例如：氣動(dòng)機(jī)構(gòu)，液壓機(jī)構(gòu)，彈簧機(jī)構(gòu)等。</p&g

30、t;<p><b>　　SF6斷路器的特點(diǎn)</b></p><p>　　由于SF6斷路器使用了優(yōu)異的SF6氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)，故SF6斷路器具有下列優(yōu)缺點(diǎn)。</p><p><b>　　SF6斷路器的優(yōu)點(diǎn)</b></p><p>　　（1）SF6氣體絕緣強(qiáng)度高。電氣設(shè)備的絕緣距離可以大幅度減小，可優(yōu)化滅弧

31、室結(jié)構(gòu)，單元電壓可以做得很高，同樣的電壓等級(jí)下串聯(lián)斷口減少，有利于高壓斷路器的小型化。</p><p>　?。?）滅弧能力強(qiáng)，觸頭燒損輕微，檢修周期長。目前SF6斷路器一般都能夠達(dá)到額定開斷短路電流10～25次，大修周期達(dá)15～20年之久。</p><p>　?。?）開斷容量大，額定開斷短路電流可達(dá)40～63kA，最大的已達(dá)到了80kA。斷開大短路電流時(shí)滅弧快，不重燃，不會(huì)有火災(zāi)危險(xiǎn)。&l

32、t;/p><p>　?。?）斷開小電感電流和小電容電流時(shí)，滅弧特性好，恢復(fù)電壓不高，過電壓值很小，不易產(chǎn)生操作過電壓。</p><p>　　（5）操作所需操動(dòng)能量小，操動(dòng)機(jī)構(gòu)體積小，分、合閘特性好。</p><p>　?。?）模塊化結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，安裝、調(diào)試方便，適用于各種不同的地理和環(huán)境要求。</p><p>　　（7）封閉的SF6氣

33、體保持了內(nèi)部的干燥，不受潮，不受外部環(huán)境條件的影響。</p><p>　?。?）操作簡單，安全，無火災(zāi)危險(xiǎn)，檢查巡視方便，運(yùn)行維護(hù)工作量少。</p><p>　　（9）技術(shù)含量高，工藝精良，機(jī)械、電氣特性好，使用壽命長。</p><p><b>　　SF6斷路器的缺點(diǎn)</b></p><p>　　（1）價(jià)格昂貴，一次性投

34、資大。</p><p>　?。?）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、工藝要求高，一般要求安裝、調(diào)試、大修由制造廠家或制造廠委派專業(yè)技術(shù)人員并在其指導(dǎo)下進(jìn)行作業(yè)。</p><p>　?。?）試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等要求嚴(yán)格，試驗(yàn)設(shè)備復(fù)雜、精確度高，要求操作人員技術(shù)水平較高。</p><p>　　（4）因?yàn)閮r(jià)格昂貴，檢修技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、條件、工藝等要求高，一些單位安裝有GIS的終端變電站，有一

35、些主接線為單母線分段的，以分段隔離開關(guān)代替分段斷路器。進(jìn)線斷路器不裝設(shè)繼電保護(hù)裝置，其主要目的是只讓這些斷路器接通、斷開負(fù)荷電流，不讓其斷開短路電流，發(fā)生故障時(shí)，讓線路對(duì)側(cè)的斷路器跳閘切斷短路電流，依次來延長GIS的檢修周期。</p><p>　?。?）安裝、檢修、試驗(yàn)時(shí)，對(duì)SF6氣體的管理、回收、處理等要求嚴(yán)格。</p><p>　?。?）安裝、檢修、試驗(yàn)時(shí)，對(duì)水分含量的要求特別嚴(yán)格，處

36、理方法復(fù)雜。</p><p>　?。?）由于技術(shù)含量高，所需知識(shí)范圍廣，致使現(xiàn)場人員對(duì)一些現(xiàn)象的正確分析、判斷、處理比較困難。</p><p><b>　　本文的研究內(nèi)容</b></p><p>　　SF6斷路器作為新技術(shù)、新產(chǎn)品以其優(yōu)越的性能，在電力系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，對(duì)電力系統(tǒng)的滿發(fā)多供、安全可靠、穩(wěn)定運(yùn)行起到了重要作用。本文主要對(duì)SF6

37、氣體的絕緣性能、滅弧性能，SF6斷路器的滅弧方式及滅弧室的結(jié)構(gòu)等進(jìn)行綜述。</p><p><b>　　SF6氣體的性質(zhì)</b></p><p>　　SF6氣體在1900年被發(fā)現(xiàn)后，在前半個(gè)世紀(jì)，主要是解決SF6氣體的提純問題，并研究其物理、化學(xué)、電氣等性能。20世紀(jì)50年代初開始使用SF6氣體作為斷路器的絕緣和滅弧介質(zhì)，SF6氣體廣泛應(yīng)用于斷路器還是60年代之后，特

38、別在70年代才得到迅速發(fā)展。雖然SF6氣體在高壓電氣設(shè)備和其他領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但對(duì)于它的一些性質(zhì)和機(jī)理還需進(jìn)一步的研究。因此，更深一步地了解SF6氣體的有關(guān)性質(zhì)，對(duì)于正確地使用SF6斷路器具有一定的實(shí)際意義。</p><p><b>　　SF6氣體的性質(zhì)</b></p><p>　　SF6氣體廣泛應(yīng)用于支柱式SF6斷路器、落地罐式SF6斷路器、變壓器、電壓互感器

39、、電流互感器、避雷器、電容器、電纜等單一設(shè)備中，以及氣體絕緣金屬封閉式組合電器（GIS）、插接式開關(guān)系統(tǒng)（PASS）等組合電氣設(shè)備中，這是由于SF6氣體的物理化學(xué)性質(zhì)決定的，SF6氣體具有良好的電氣絕緣性能和滅弧性能。</p><p>　　SF6氣體的物理性質(zhì)</p><p>　　SF6氣體無色、無味、無毒、不燃燒、也不助燃的非金屬化合物，在常溫、常壓下呈氣態(tài)。SF6氣體是已知的質(zhì)量最重的

40、氣體之一，有關(guān)實(shí)驗(yàn)資料表明，SF6氣體在21.1℃時(shí)，其密度為6.139g/L,約為空氣的5倍。分子量為146.05，由21.95%的硫和78.05%的氟組成。SF6氣體冷凍后成為白色固體，其沸點(diǎn)和熔點(diǎn)很低，在0.1MPa下，其升華溫度為-63.8℃，在0.22MPa下，熔融溫度為-50.8℃。常溫（20℃）下直至2.1MPa仍為氣態(tài)。臨界溫度為45.64℃，臨界壓力為3.8MPa。</p><p>　　在SF6

41、所有的物理性能中，我們最感興趣的是由分子結(jié)構(gòu)形成的負(fù)電性和較低的游離溫度形成的高導(dǎo)熱性。</p><p>　　SF6氣體的化學(xué)性質(zhì)</p><p>　　SF6是一種非常穩(wěn)定且呈惰性的氣體，它是已知的最不活潑的氣體之一。</p><p>　　SF6的電子結(jié)構(gòu)具有如圖 2-1 (a)所示的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，其分子結(jié)構(gòu)如圖2-1 (b)所示，組成以1個(gè)硫原子為中心，6個(gè)氟原子位

42、于頂端的正八面體，硫原子被6個(gè)氟原子緊緊地包圍著。由于氟原子是一種負(fù)電性很強(qiáng)的元素，具有極強(qiáng)的吸附電子的能力。而1個(gè)SF6分子中有6個(gè)氟原子，由此可知，SF6分子具有很強(qiáng)的電負(fù)性(SF6的電子親和能為EA= 3.4eV)。硫和氟的結(jié)合是基于硫原子中sp3d2軌道的復(fù)雜作用。S—F鍵距均為1.58埃(A）(1A=10-8cm),F— S—F鍵角為900，呈正八面體，屬于完全對(duì)稱型結(jié)構(gòu)。分子無偶極矩。體積相當(dāng)大，直徑約為4.77A。<

43、/p><p>　　電子結(jié)構(gòu)；（b）分子結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖2-1 SF6氣體的電子與分子結(jié)構(gòu)</p><p>　　當(dāng)六氟化硫分子與外界電子相遇時(shí)，呈強(qiáng)電負(fù)性氟原子吸附外界電子后，外附電子所放出的親和能儲(chǔ)存在硫原子的3支殼層上，所形成的六氟化硫負(fù)離子仍為低活動(dòng)性的。 </p><p>　　SF6氣體的化學(xué)性質(zhì)是非常穩(wěn)定的，在已知?dú)鈶B(tài)物

44、質(zhì)中是穩(wěn)定性最好的物質(zhì)之一，其惰性與氮?dú)庀嗨?。在純凈狀態(tài)下，甚至在玻璃熔融溫度500-600℃下也不分解。一般在150℃以下，化學(xué)性質(zhì)是穩(wěn)定的，它與水、氧、鉀、氮、鹽酸、硫酸等活性物質(zhì)均無反應(yīng)，與石英在500℃以下也不起反應(yīng)。</p><p>　　在某些金屬存在下，SF6氣體在150℃以上即可緩慢分解。例如鋼和硅鋼在此溫度下能促使SF6氣體緩慢分解，而銅或鋁則無此作用。到500 - 600℃時(shí)，SF6氣體與銀也不

45、發(fā)生作用。所以，通常認(rèn)為，硅鋼、碳鋼、不銹鋼、銅、鋁和銀等對(duì)SF6的耐腐蝕性較好。如果徹底地排除SF6氣體中所含的水分，則可大大改善SF6氣體的化學(xué)穩(wěn)定性。</p><p>　　SF6氣體的電氣特性</p><p>　　SF6氣體之所以具有極為良好的絕緣特性和滅弧能力，是因?yàn)镾F6分子中含氟量高、碰撞直徑大以及分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜。氟原子的負(fù)電性很大，它又濃濃地圍繞在SF6分子的表面，所以使SF6

46、分子呈現(xiàn)負(fù)電性，有很強(qiáng)的吸附電子的能力。電子被吸附的同時(shí)，釋放出能量，稱為親和能。親和能越大，電負(fù)性越強(qiáng)。氟原子的電子親和能為4.1eV (或92 kcal/mol),是鹵族元素中電負(fù)性最強(qiáng)者。因此，SF6分子具有很強(qiáng)的電負(fù)性，容易和電子結(jié)合形成負(fù)離子。</p><p>　　一般地，氣體中發(fā)生碰撞游離主要是由電子運(yùn)動(dòng)所引起的，因?yàn)殡x子的自由行程很短，和中性分子發(fā)生彈性碰撞時(shí)又容易將積累起來的動(dòng)能損失掉，所以發(fā)生碰

47、撞游離的可能性是很小的。而具有電負(fù)性很強(qiáng)的SF6分子容易捕獲電子并吸收其能量成為低活動(dòng)性的穩(wěn)定負(fù)離子，SF6的離子直徑更大，自由行程更短，不容易在電場中積累能量，發(fā)生碰撞游離的可能性就更小，大大削弱了間隙的碰撞游離能力，從而再復(fù)合的幾率大大增加。在空氣的放電過程中，由于電子比離子質(zhì)量小得多，移動(dòng)速度比離子快1000倍左右，所以正負(fù)離子結(jié)合成中性分子比離子和電子間的再結(jié)合過程要容易得多。SF6氣體比空氣重5倍多，離子的運(yùn)動(dòng)速度更慢，更容易

48、再結(jié)合；此外，SF6分子直徑比空氣中的氧、氮等分子直徑大得多，使電子在SF6分子之間的自由行程更短，不容易在電場中累積能量，從而減小了電子發(fā)生碰撞游離的能力。因此，SF6氣體是一種高絕緣強(qiáng)度的氣體。在均勻電場中，壓力為0.1MPa時(shí)，SF6氣體的絕緣強(qiáng)度為空氣的2～3倍；當(dāng)壓力為0.3MPa時(shí)，其絕緣強(qiáng)度就相當(dāng)于變壓器油。這個(gè)比率隨著壓力的增大還會(huì)增大。</p><p>　　SF6氣體在電弧的高溫作用下而分解成低

49、氟化合物，但電弧電流過零時(shí)，低氟化合物則急速再結(jié)合成SF6氣體，故弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程極快。而且由于它沒有偶極矩，對(duì)于微波頻率的絕緣能力差不多與工頻相當(dāng)，因而對(duì)弧隙恢復(fù)電壓中的高頻分量并不敏感。</p><p>　　因?yàn)镾F6是由多原子構(gòu)成的分子，分子量大，熱容量高，與采用空氣作為絕緣介質(zhì)的情況相比，可保持較低的溫度。一旦發(fā)生短路，它能有效地吹弧冷卻使電弧熄滅，這對(duì)斷路器的滅弧是極為有利的。</p>

50、<p>　　綜上所述，用于斷路器的SF6氣體總的滅弧能力相當(dāng)于同等條件下空氣滅弧能力的100倍左右。</p><p>　　SF6氣體用作電氣設(shè)備絕緣介質(zhì)的特點(diǎn) </p><p>　　1. SF6氣體與其他絕緣介質(zhì)相比的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　?。?）使用安全可靠，無火災(zāi)危險(xiǎn)，不必?fù)?dān)心絕緣材料的老化和

51、擊穿性損壞。</p><p>　　（2）便于在工廠中裝配，運(yùn)輸和安裝方便。</p><p>　?。?）設(shè)備的操作、維護(hù)和檢修方便，GIS只需監(jiān)視SF6氣體的壓力或密度，檢修周期長，載流部分及絕緣不受大氣條件的影響，可減少維護(hù)工作量。</p><p>　　（4）適用的溫度和壓力范圍大。</p><p>　?。?）無噪聲和無線電干擾。</p

52、><p>　?。?）絕緣、滅弧及冷卻特性好。</p><p>　　（7）有利于減小電氣設(shè)備的體積和重量，布置緊湊。</p><p>　　2. SF6氣體的主要缺點(diǎn)</p><p>　?。?）SF6氣體在電弧作用下的分解物是有害的。為了保證使用SF6氣體的安全性，對(duì)SF6氣體的管理、回收、處理等都比較嚴(yán)格。</p><p>

53、　?。?）SF6氣體的純度和雜質(zhì)是影響SF6氣體絕緣和滅弧性能的重要指標(biāo)。對(duì)SF6氣體的純度、雜質(zhì)和水分含量的控制特別嚴(yán)格，處理方法復(fù)雜，難度大。</p><p>　?。?）SF6氣體的絕緣性能受電場強(qiáng)度均勻程度的影響較大。</p><p>　　（4）某些分解物對(duì)環(huán)境有很大的影響。例如：氯氟化碳(CFCI）對(duì)大氣有一定影響，可能會(huì)破壞大氣中的臭氧層。所以，為了保護(hù)環(huán)境，在檢修SF6斷路器時(shí)

54、，要使用SF6氣體處理設(shè)備進(jìn)行回收和再利用，避免向大氣中大量排放。</p><p>　?。?）某些雜質(zhì)對(duì)設(shè)備有影響。例如：水、酸性雜質(zhì)和氧可能會(huì)使金屬部件遭到腐蝕，導(dǎo)致機(jī)械操作故障等。水和任何酸性雜質(zhì)結(jié)合，都會(huì)在低運(yùn)行溫度和高運(yùn)行壓力下凝結(jié)，并對(duì)設(shè)備的電氣絕緣造成危害，有些分解物對(duì)瓷絕緣套、特氟隆噴嘴、鋁合金材料、酚醛樹脂層壓材料等具有損壞作用，因此，這些雜質(zhì)必須盡可能的減少，使其不足于能夠造成腐蝕和凝結(jié)。<

55、;/p><p>　　綜上所述，由于SF6氣體的電氣性能好，SF6氣體的優(yōu)點(diǎn)占主導(dǎo)地位，可使SF6斷路器的單斷口電壓做得較高。在電壓等級(jí)相同、開斷電流和其他性能相近的情況下，SF6斷路器串聯(lián)斷口較少。例如：500kV電壓等級(jí)的SF6斷路器只有2個(gè)斷口；110、220kV斷路器只有1個(gè)斷口，開斷短路電流也大。串聯(lián)斷口少，可使制造、安裝、調(diào)試和運(yùn)行都比較經(jīng)濟(jì)、方便。這些優(yōu)點(diǎn)是其他絕緣介質(zhì)無法比擬的，因此，SF6氣體在電氣設(shè)

56、備中得到了廣泛的應(yīng)用，并且具有廣闊的發(fā)展前景。</p><p>　　接觸SF6氣體的工作人員應(yīng)注意的事項(xiàng)</p><p>　　1）SF6氣體質(zhì)量比空氣重，它在沒有與空氣充分混合的情況下，SF6有沉積于低處的傾向。例如：電纜溝、室內(nèi)底層、容器的底部等。在這些有可能有大量SF6氣體沉積的地方，容易缺氧，存在著使人窒息的危險(xiǎn)。因此，大多數(shù)國家規(guī)定：運(yùn)行維護(hù)人員的工作場所，SF6氣體的最大允許濃度

57、為1000L/L。進(jìn)入室內(nèi)工作之前，必須充分通風(fēng)換氣， 排氣裝置必須裝在室內(nèi)的較低位置，以便徹底將可能泄漏的SF6氣體排出室外。</p><p>　　2）SF6斷路器中的SF6氣體在投入運(yùn)行之后的分解物對(duì)人類是極其有害的。如在不適當(dāng)?shù)臋z修條件下工作，檢修人員暴露在固態(tài)和氣態(tài)的分解物之中，就會(huì)使沒有保護(hù)的皮膚燒傷和引起呼吸系統(tǒng)的傷害，如果暴露的時(shí)間不長，這些損傷是可以恢復(fù)的，不會(huì)造成永久性的傷害；如果長時(shí)間吸人高濃

58、度的氣體分解物，就會(huì)引起呼吸系統(tǒng)的急劇水腫而導(dǎo)致窒息等。</p><p>　　3）為了防止萬一泄漏的氣體吸入人體，必須在通風(fēng)良好的條件下進(jìn)行操作。如聞到難聞的氣味，或發(fā)現(xiàn)眼、口、鼻等有刺激癥狀，務(wù)必迅速離開；若操作人員不能離開，則應(yīng)帶上呼吸器；當(dāng)條件許可時(shí)，應(yīng)到空氣新鮮的地方去，現(xiàn)場則必須徹底通風(fēng)換氣。</p><p>　　SF6氣體的電氣絕緣特性</p><p>

59、　　SF6氣體具有各種電氣特性，應(yīng)用在電氣設(shè)備中時(shí)，具有更多的優(yōu)點(diǎn)。SF6氣體的電氣絕緣特性取決于SF6氣體的壓力或密度、含水量、純凈程度等。SF6氣體的純度越高，越干燥，在一定壓力或密度范圍內(nèi)，壓力或密度越大，它的絕緣強(qiáng)度就越高，滅弧性能就越好。在均勻電場條件下，SF6氣體與其他絕緣介質(zhì)比較，具有更好的絕緣性能，如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2中的高真空，是指氣體壓力在1.33322×1

60、0Pa以下的空間，比0.1MPa下SF6氣體的擊穿電壓高出1倍多，一般真空斷路器滅弧室內(nèi)的氣體壓力出廠時(shí)在1.33322×10Pa左右，絕緣強(qiáng)度相當(dāng)高。在0.1MPa (表壓讀數(shù)為0)下，SF6氣體的絕緣強(qiáng)度是空氣絕緣強(qiáng)度的2.5倍左右，當(dāng)SF6氣體的壓力升高到0.7MPa 時(shí)，10mm間隙的擊穿電壓已接近400kV。因此，以SF6氣體作為絕緣介質(zhì)的斷路器在較低的額定壓力下具有較小的斷口距離，就能夠達(dá)到足夠高的絕緣強(qiáng)度。<

61、;/p><p>　　圖2-2 不同介質(zhì)的絕緣間隙擊穿電壓比較</p><p>　　但是，SF6氣體和壓縮空氣相似，其擊穿電壓同樣受到電場分布形式和極性等條件的影響，在不均勻電場中，局部區(qū)域有擊穿電壓下降的情況，如圖2-3所示。在設(shè)計(jì)絕緣時(shí)必須充分注意這種復(fù)雜情況，但仍然比空氣的擊穿電壓髙得多。</p><p>　　圖2-3 棒-板間隙不同極性直流電壓下SF6的擊穿電壓（

62、實(shí)線）和電暈起始電壓（虛線）與氣壓的關(guān)系</p><p>　　綜上所述，SF6氣體絕緣只適用于均勻電場或稍不均勻電場中，不適用于極不均勻電場中，這是因?yàn)椋?lt;/p><p>　　（1）在極不均勻電場中，當(dāng)所加電壓尚遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于氣隙的擊穿電壓時(shí)，就已發(fā)生穩(wěn)定的局部放電，會(huì)使SF6氣體發(fā)生游離，游離生成物具有很大的腐蝕性，對(duì)絕緣等有一定的危害，這是不允許的。</p><p>

63、　　（2）對(duì)一般氣體，電場越不均勻，提高氣體壓力對(duì)提高氣隙擊穿電壓的作用越小，對(duì)SF6氣體，這種作用就更小，而且在一定的壓力區(qū)域內(nèi)，氣隙的擊穿電壓與氣體壓力的關(guān)系存在異常的低谷，這是應(yīng)該避開的。</p><p>　?。?）在均勻電場或稍不均勻電場中，當(dāng)氣隙中的最大電場強(qiáng)度超過SF6氣體在該條件下的耐電強(qiáng)度時(shí)，只要?dú)庀吨械娜魏尉植繀^(qū)域出現(xiàn)自持放電，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)氣隙的擊穿，于是，SF6氣隙的擊穿電壓，就決定于該條件下

64、SF6氣體的“耐電強(qiáng)度”了。由此可見，只要知道SF6氣體在所處條件下的耐電強(qiáng)度及氣隙的電場分布，即可推算出整個(gè)氣隙的擊穿電壓。</p><p>　　提高氣體壓力對(duì)提高耐電強(qiáng)度是很有效的方法。但是，SF6氣體的壓力越髙，斷路器內(nèi)部零部件表面粗糙度的影響和雜質(zhì)對(duì)電場干擾的影響就越強(qiáng)烈。當(dāng)氣壓大于0.6MPa時(shí)，SF6氣體絕緣裝置在制造工藝上就很難控制了。因此，在SF6斷路器中使用的SF6氣體額定壓力最好控制在不大于0

65、.6MPa（20℃時(shí)的絕對(duì)壓力）范圍之內(nèi)。此外，SF6斷路器中使用的SF6氣體壓力過高，對(duì)于斷路器的密封也會(huì)帶來一定的困難。</p><p><b>　　本章小結(jié)</b></p><p>　　本章首先介紹了SF6氣體的物理化學(xué)性質(zhì)，決定了SF6氣體具有良好的電氣絕緣性能和滅弧性能，對(duì)SF6氣體為什么適合作為斷路器絕緣和滅弧介質(zhì)進(jìn)行了闡述。</p><

66、;p><b>　　SF6斷路器</b></p><p><b>　　電弧的產(chǎn)生過程</b></p><p>　　使用開關(guān)電器切斷電路中的電流時(shí)，在開關(guān)觸頭剛分離的瞬間，觸頭間常常會(huì)出現(xiàn)電弧。此時(shí)觸頭雖已分開，但是，電流在觸頭間仍以電弧的形式繼續(xù)流動(dòng)，一直到觸頭分開足夠長的距離，電弧熄滅后，電路才真正被切斷。因此，電弧是開關(guān)電器開斷電流過程中

67、，幾乎不可避免的客觀存在的物理現(xiàn)象。在開關(guān)電器接通或斷開電路時(shí)，觸頭間產(chǎn)生的電弧是有害的，要求將它盡快熄滅。</p><p>　　對(duì)開關(guān)電器中的電弧進(jìn)行分析，是開關(guān)電器的基本理論之一。如果掌握了電弧理論知識(shí)，懂得電弧的特性，對(duì)于更好地了解開關(guān)電器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理及其性能，正確地使用、維護(hù)和保證開關(guān)電器長周期安全運(yùn)行，是十分重要的。</p><p><b>　　電弧的形成過程&

68、lt;/b></p><p>　　開關(guān)電器中電弧的形成，是觸頭間具有間隙、電壓及氣體分子被游離的結(jié)果。當(dāng)開關(guān)電器用來斷開電路時(shí)，在觸頭的分離過程中，由于動(dòng)、靜觸頭間的接觸壓力和接觸面積迅速減小，接觸電阻突然增大，接觸處的溫度將急劇升高；另一方面在觸頭初分瞬間，由于觸頭的距離很小，其間的電場強(qiáng)度很大（間隙距離為10-5cm時(shí)，電場強(qiáng)度可高達(dá)105～106V/cm）作為陰極的觸頭，在高溫和強(qiáng)電場的作用下，將產(chǎn)生

69、熱電子發(fā)射（由于電極的高溫，使金屬內(nèi)的自由電子從金屬表面逸出）和強(qiáng)電場發(fā)射(由于電場力的作用，把金屬中的自由電子從陰極表面拉出）。由陰極發(fā)射出的電子，在電場力的作用下，逐步加速運(yùn)動(dòng)，迅速奔向陽極。在高速運(yùn)動(dòng)的電子奔向陽極的過程中，不斷與氣體分子碰撞，當(dāng)積累足夠大的動(dòng)能時(shí)，可使中性氣體分子分離成自由電子和正離子，這一過程稱為碰撞游離。新產(chǎn)生的電子將和原有的電子一起，以極高的速度向陽極運(yùn)動(dòng)，當(dāng)和其他中性氣體分子相碰撞時(shí)，再次發(fā)生碰撞游離，由

70、此連續(xù)不斷地發(fā)生碰撞游離。這樣，氣體介質(zhì)中的帶電質(zhì)點(diǎn)就大量增加，具有很大的電導(dǎo)，在外加電壓的作用下，氣體介質(zhì)開始被擊穿，而形成弧光放電。</p><p>　　弧光放電時(shí)，弧光溫度可達(dá)5000～13000℃?；≈械臍怏w分子在髙溫作用下，產(chǎn)生劇烈的熱運(yùn)動(dòng)，而且動(dòng)能很大，使氣體分子間相互碰撞，分離出新的自由電子和正離子，這種現(xiàn)象稱為熱游離?；≈膶?dǎo)電就是靠熱游離來維持的，熱游離形成的帶電質(zhì)點(diǎn)分別向陰極和陽極運(yùn)動(dòng)。正離

71、子向陰極移動(dòng)的過程中受陰極壓降區(qū)強(qiáng)電場的作用，不斷碰撞陰極，保持陰極的電子連續(xù)發(fā)射，于是電流就以電弧的形態(tài)在已分開的觸頭間持續(xù)流通。由于電弧放電主要靠熱游離維持，因此，維持電弧燃燒的電壓就不需要很高，電弧電壓和弧柱的電場強(qiáng)度都很低。</p><p>　　電弧的形成過程實(shí)際上是一個(gè)連續(xù)的過程。最初，由陰極靠強(qiáng)電場發(fā)射和熱電子發(fā)射提供起始自由電子，然后，由碰撞游離而導(dǎo)致介質(zhì)擊穿，產(chǎn)生電弧，最后靠熱游離來維持。當(dāng)弧柱溫

72、度很高時(shí)，會(huì)引起金屬觸頭熔化、蒸發(fā)，以致在介質(zhì)中混有金屬蒸氣，使弧隙的電導(dǎo)增加，電弧將繼續(xù)燃燒。</p><p><b>　　電弧的熄滅過程</b></p><p>　　上述碰撞游離是電弧產(chǎn)生的基本方式。然而，在游離的同時(shí)，還存在著一種與游離現(xiàn)象相反的過程，即帶電質(zhì)點(diǎn)互相中和成為不帶電的中性質(zhì)點(diǎn)，使帶電質(zhì)點(diǎn)大大減少，這種現(xiàn)象稱為去游離。去游離作用的強(qiáng)弱，是能否熄滅電弧

73、的主要因素。在電弧的形成過程中，游離和去游離過程是同時(shí)存在的。當(dāng)游離作用大于去游離作用時(shí)，電弧電流越來越大；當(dāng)兩者作用平衡時(shí)，則電弧穩(wěn)定燃燒；當(dāng)游離作用小于去游離作用吋，則電弧電流越來越小，直至電弧被熄滅。因此，要想使電弧迅速熄滅，就應(yīng)人為地創(chuàng)造一種條件，加強(qiáng)去游離作用。開關(guān)電器中的滅弧裝置就是在這一理論的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　1.電弧的去游離方式</p><p>　　電弧的

74、去游離方式有復(fù)合和擴(kuò)散兩種。</p><p>　?。?）復(fù)合。異性帶電質(zhì)點(diǎn)的電荷彼此中和成為中性質(zhì)點(diǎn)的現(xiàn)象稱為復(fù)合。兩異性帶電質(zhì)點(diǎn)必須在一定的時(shí)間內(nèi)，處于相近的距離才能完成復(fù)合。由于電子的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于離子的運(yùn)動(dòng)速度〔大約為1000倍），電子與離子的相對(duì)速度非常大，所以復(fù)合的可能性很小。但是，電子在碰撞時(shí)，如果先附著在中性質(zhì)點(diǎn)上形成負(fù)離子，則速度會(huì)大大減慢，而正、負(fù)離子之間的復(fù)合要比電子和正離子之間的復(fù)合容易得

75、多。</p><p>　　另外，電弧與固體物質(zhì)表面接觸，也可以加強(qiáng)復(fù)合，其原理是：使電子首先附著在固體介質(zhì)表面上，然后，再把正離子吸引到固體介質(zhì)表面上來進(jìn)行中和。</p><p>　?。?）擴(kuò)散?；≈械膸щ娰|(zhì)點(diǎn)，由于熱運(yùn)動(dòng)而從弧柱內(nèi)部逸出，進(jìn)人周圍介質(zhì)的現(xiàn)象稱為擴(kuò)散。電弧中的帶電質(zhì)點(diǎn)發(fā)生擴(kuò)散，是由于電弧與周圍介質(zhì)的溫度相差很大，以及電弧內(nèi)與周圍介質(zhì)中的離子濃度相差很大的緣故。擴(kuò)散作用的存

76、在使弧柱內(nèi)的帶電質(zhì)點(diǎn)減少，有助于電弧的媳滅。</p><p>　　2.影響去游離的因素</p><p>　　影響去游離的因素，主要取決于介質(zhì)特性、冷卻方式、氣體介質(zhì)的壓力、觸頭材料等。</p><p>　　（1）介質(zhì)特性。電弧中去游離的強(qiáng)度，在很大程度上取決于電弧燃燒所在介質(zhì)的特性。例如氣體介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)、介電強(qiáng)度、熱游離溫度、熱容量等特性。如果這些特性參數(shù)值越大，

77、則去游離過程越強(qiáng)烈，電弧越容易熄滅。氣體介質(zhì)中，氫氣具有良好的滅弧性能和導(dǎo)熱性能，其滅弧能力約為空氣的7.5倍；水蒸氣、二氧化碳和空氣次之；六氟化硫氣體的滅弧能力更強(qiáng)，在電氣設(shè)備中的綜合滅弧能力約為空氣的100倍。</p><p>　　（2）冷卻方式。電弧是由熱游離維持的，降低電弧溫度就可以減弱熱游離，減少新帶電質(zhì)點(diǎn)的形成，同時(shí)使帶電質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度減小，復(fù)合作用加強(qiáng)。例如迅速拉長電弧，用氣體吹動(dòng)電弧，使電弧與固體

78、介質(zhì)接觸等方式，都可以對(duì)電弧加強(qiáng)冷卻。</p><p>　　（3）氣體介質(zhì)的壓力。電弧在氣體介質(zhì)中燃燒吋，氣體介質(zhì)的壓力對(duì)電弧去游離的影響很大。氣體的壓力越大，則單位體積內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)數(shù)量就越多，質(zhì)點(diǎn)間的距離就越小，復(fù)合作用就越強(qiáng)。因此，增加氣體介質(zhì)的壓力，電弧就容易熄滅。開關(guān)電器中的滅弧裝置，就是廣泛利用了這一特性而設(shè)計(jì)和制造的。</p><p>　?。?）觸頭材料。觸頭的材料對(duì)去游離也有一定

79、的影響，觸頭應(yīng)采用熔點(diǎn)高、導(dǎo)熱能力強(qiáng)、熱容量大的耐高溫金屬，以減少熱電子發(fā)射和電弧中的金屬蒸氣。</p><p>　　綜上所述，觸頭間電弧的形成與熄滅，主要取決于游離和去游離的強(qiáng)弱。觸頭間的電壓和電場強(qiáng)度的高低是產(chǎn)生碰撞游離的重要條件，電弧溫度的高低是影響游離和去游離的重要因素。電弧的溫度一方面取決于電弧的能量（當(dāng)電弧電壓和電弧電流一定時(shí)，電弧的能量與電弧燃燒時(shí)間成正比），另一方面，又決定于電弧的冷卻情況。當(dāng)電弧

80、的能量一定時(shí)，電弧的熄滅取決于電弧的冷卻方式和被冷卻后的去游離作用。</p><p><b>　　熄滅電弧的方式</b></p><p>　　電弧能否熄滅，取決于電流過零時(shí)，弧隙的介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)速度和弧隙電壓恢復(fù)速度兩種過程競爭的結(jié)果。如果加強(qiáng)弧隙的去游離或減小弧隙電壓的恢復(fù)速度，都可以促使電弧熄滅。根據(jù)前面討論的電弧的產(chǎn)生和熄滅及其特性，在現(xiàn)代各種絕緣介質(zhì)的高、低壓開

81、關(guān)電器中，比較廣泛采用的基本滅弧方法有下列幾種。</p><p><b>　　吹弧</b></p><p>　　利用氣體或油吹電弧，廣泛應(yīng)用于高壓斷路器中，特別是大容量高壓斷路器之中。</p><p>　　前面已經(jīng)分析過，溫度對(duì)熄弧的影響是很大的，氣體熱游離的基本條件是需要有足夠高的溫度。溫度越低，熱游離越不易發(fā)生。降低弧隙溫度便能加快去游離，

82、而且介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度隨溫度的降低而增強(qiáng)。介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)的快與慢，在很大程度上取決于弧隙溫度降低的速度。所以，冷卻電弧是熄滅電弧的重要方法之一。利用氣體或液體絕緣介質(zhì)吹弧，即能起到對(duì)流換熱，強(qiáng)烈冷卻弧隙的作用，也能起到使部分絕緣介質(zhì)取代原弧隙中游離或高溫氣體的作用。氣體的流速大，對(duì)流換熱能力很強(qiáng)，能使電弧散熱加劇，對(duì)弧隙的冷卻作用更大。</p><p>　　在高壓斷路器中，常制成各種形式的滅弧室，使氣體或液體產(chǎn)生較高的

83、壓力，有力地吹向弧隙。吹弧的方式有縱吹、橫吹和縱橫混合吹等，如圖3-1所示。吹動(dòng)方向與弧柱軸線平行的叫縱吹；吹動(dòng)方向與弧柱軸線垂直的叫橫吹；既有縱吹，又有橫吹的叫縱橫混合吹。吹弧的作用是使電弧強(qiáng)烈冷卻和拉長，加速擴(kuò)散，促使電弧迅速熄滅?？v吹的滅弧室結(jié)構(gòu)簡單，主要是使電弧冷卻變細(xì)最后熄滅；而橫吹的滅弧室結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要是把電弧拉長，增大散熱表面積，加強(qiáng)冷卻，熄滅電弧效果較好。然而，不少種類的斷路器，把縱吹和橫吹的優(yōu)點(diǎn)集于一體，廣泛采用縱橫混

84、合吹弧的方式，熄弧效果更好。</p><p>　　（a）橫吹；（b）縱吹</p><p><b>　　圖3-1 吹弧方式</b></p><p>　　例如過去使用的壓縮空氣斷路器和現(xiàn)在的SF6斷路器，一般采用縱吹方式?？v吹滅弧室又可分為單向縱吹滅弧室和雙向縱吹滅弧室兩種，如圖3-2所示。雙向縱吹式的熄弧能力更強(qiáng)，開斷容量更大。</p>

85、;<p>　　(a)單向縱吹；（b）雙向縱吹</p><p>　　1-靜觸頭；2-動(dòng)觸頭；3-電弧</p><p>　　圖3-2 壓縮空氣、SF6斷路器縱吹滅弧方式</p><p>　　利用壓縮空氣作為滅弧和絕緣介質(zhì)的斷路器稱為空氣斷路器，它是利用壓縮后的空氣來吹弧，一般壓力為2～3MPa。利用SF6氣體作為滅弧和絕緣介質(zhì)的斷路器稱為SF6斷路器，它是

86、利用壓縮后的SF6氣體來吹弧，它的滅弧方式與空氣斷路器一樣，只是由于SF6 氣體具有更好的滅弧和絕緣性能，所以SF6氣體的壓力較低，一般壓力為0.5～0.7 MPa。利用變壓器油作為滅弧和絕緣介質(zhì)的斷路器稱為油斷路器，它的滅弧方式如圖3-3所示。電弧是浸在油中燃燒的，由于電弧的溫度很髙，所以在電弧周圍的油被加熱，分解出大量的氣體。但是，氣體的體積受到周圍油的慣性力和滅弧室的限制，氣體壓力很高，并從吹弧口對(duì)電弧進(jìn)行強(qiáng)烈的吹弧。吹弧方向按預(yù)

87、先設(shè)計(jì)好的滅弧室結(jié)構(gòu)，形成縱吹，如圖3-3(a)所示；或形成橫吹，如圖3-3(b)所示。在橫吹滅弧室內(nèi)設(shè)有空氣墊，它起著調(diào)節(jié)滅弧室的壓力和儲(chǔ)存能量的作用。當(dāng)電流在峰值時(shí)，壓力高，原已儲(chǔ)存在空氣墊內(nèi)的空氣被壓縮， 使壓力升高。當(dāng)電流過零時(shí)，弧隙的壓力降低，此時(shí)，利用儲(chǔ)存在空氣墊內(nèi)的高壓力氣體，把油和氣泡吹向電弧，進(jìn)行橫吹熄弧。采取這種方法，可以提髙熄弧能力。</p><p><b>　　縱吹；（b）橫吹&

88、lt;/b></p><p>　　1-靜觸頭；2-動(dòng)觸頭；3-滅弧室；4-油；5-電??；6-氣泡；7-空氣墊</p><p>　　圖3-3油斷路器的滅弧方式</p><p>　　由此可知，油斷路器是利用電弧本身的能量，將油加熱，形成油蒸氣和大量氣體所組成的高壓力氣泡實(shí)現(xiàn)吹弧的。這種靠電弧本身能量熄滅電弧的方法，稱為“自能”式滅弧?！白阅堋笔綔缁〉膬?yōu)點(diǎn)是，不需要

89、外界提供給很大能量，其滅弧能力與電弧電流有關(guān)。電弧電流越大，滅弧能力越強(qiáng)；當(dāng)電弧電流很小時(shí)，由于電弧能量也小，產(chǎn)生的油蒸氣就少，弧隙壓力就低，吹弧能力就小，熄弧能力就減弱。而弧隙的恢復(fù)電壓并不因?yàn)殚_斷電流小而降低，因而“自能”滅弧時(shí)間隨著開斷電流減小而延長。但是，在開斷很小電流時(shí)，由于弧隙游離本身就較弱，熄弧也變得容易。這樣，往往會(huì)出現(xiàn)在遠(yuǎn)比額定開斷電流小的某一開斷電流范圍內(nèi)，燃弧時(shí)間明顯出現(xiàn)最大值，此時(shí)的電流稱為臨羿開斷電流。為了改善

90、少油斷路器的開斷特性，已廣泛采用輔助機(jī)械壓油裝置來提高開斷小電流的性能。當(dāng)開斷小電流時(shí)，借助壓油裝置把冷的新鮮油壓入弧隙中，可提高弧隙介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)速度。</p><p>　　利用其他外加能量滅弧的方法，稱為外能式滅弧。例如空氣斷路器、SF6斷路器等， 它們都是利用所配置的操動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械能將氣體壓縮后，并利用高壓力的壓縮氣體吹弧的。吹弧能力與電弧電流的大小無關(guān)?，F(xiàn)在，SF6斷路器由于SF6氣體絕緣強(qiáng)度高，性能穩(wěn)定

91、，經(jīng)過不斷研制開發(fā)，廣泛采用外能式滅弧與“自能”式滅弧相結(jié)合的滅弧原理，改善了滅弧特性，大大提高了滅弧能力，具有更加廣闊的發(fā)展前景?，F(xiàn)將“自能”式滅弧特性1、帶壓油裝置的少油斷路器的滅弧特性2、外能式滅弧特性3、進(jìn)行比較，如圖3-4所示。</p><p>　　1-自能式滅弧特性；2-帶亞油裝置的少油斷路器的滅弧特性；3-外能式滅弧特性</p><p>　　圖3-4滅弧特性的比較</p

92、><p><b>　　迅速拉長電弧</b></p><p>　　拉長電弧有利于散熱及帶電質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合和擴(kuò)散，具體方法是加快動(dòng)觸頭的分閘速度和采用同相多斷口串聯(lián)方式。</p><p>　　(1)加快動(dòng)觸頭的分閘速度。以前的斷路器配置的操動(dòng)機(jī)構(gòu)多為電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)，甚至還有復(fù)式整流操動(dòng)機(jī)構(gòu)，其操動(dòng)功率比較小，分、合閘速度都比較慢，不能滿足弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)速度

93、的要求，因此開斷短路電流小，滅弧性能也較差。在現(xiàn)代高壓斷路器中，廣泛采用了具有良好性能和足夠操動(dòng)能量的強(qiáng)力彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)、壓縮空氣操動(dòng)機(jī)構(gòu)、液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)等，已將高壓斷路器的分閘速度從1m/s左右提高到了10m/s以上。這樣可以將電弧迅速拉長，迅速增大弧隙電阻，加大散熱表面積，加強(qiáng)去游離作用，快速熄滅電弧，這種方法是極為有效的。</p><p>　　(2)采用多斷口串聯(lián)。隨著電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的不斷升高，高壓斷路器每相

94、都制造成單斷口，有時(shí)是比較困難的，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面比較，過去的35kV及以上的油斷路器， 往往把相同型式的滅弧室（每個(gè)滅弧室是一個(gè)斷口）串聯(lián)起來，一般每相由2個(gè)及以上的斷口串聯(lián)而成，特別是110kV及以上的少油斷路器，使用在不同電壓等級(jí)中通用性比較強(qiáng)，曾得到廣泛的應(yīng)用。這樣的結(jié)構(gòu)稱為組合式或積木式結(jié)構(gòu)。近年來得到廣泛使用的SF6斷路器，由于SF6氣體絕緣強(qiáng)度高，單斷口電壓可以做得更高，在220kV及以下電壓等級(jí)中，一般制造成單斷口斷路器

95、(220kV也有制造成雙斷口的)，500kV的SF6斷路器制造成雙斷口。采用多斷口的目的是把電弧分割成多個(gè)短電弧段，在相同的觸頭行程下，多斷口比單斷口的電弧拉得更長，而且電弧被拉長的速度也更快，加大了弧隙電阻的增大速度和阻值，同時(shí)也提高了介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)速度。由于加在每個(gè)斷口上的電壓降低，使弧隙的恢復(fù)電壓降低，因此滅弧性能就更好。</p><p>　　采用多斷口的結(jié)構(gòu)后，每個(gè)斷口在開斷過程中的恢復(fù)電壓分配和開斷位置

96、的電壓分配并不是很均勻的。僅以單相雙斷口斷路器在開斷接地故障以后的電路為例進(jìn)行分析，如圖3-5所示，U為電源電壓，U1和U2分別為兩個(gè)斷口上的電壓。如果電弧熄滅后，每個(gè)斷口間可以看作是電容器Cd，中間的導(dǎo)電部分與斷路器底座和大地間也可以看成是一個(gè)對(duì)地電容器C0。因此，兩斷口間的電壓分布情況，可按圖3-6的電路進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　圖3-5斷路器中的電容分布 圖3-6 斷

97、口電壓分布計(jì)算圖</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　由式(3-1)可以看出，必然是U1﹥U2，即第一個(gè)滅弧室的工作條件比第二個(gè)滅弧室的工作條件要苛刻。為了充分發(fā)揮每個(gè)滅弧室的作用，應(yīng)使兩個(gè)斷口的工作條件接近相同，通常在每個(gè)斷口并聯(lián)一個(gè)比。Cd和C0大得多的電容器C，稱為并聯(lián)電容。此時(shí)的電壓分布情況可按圖3-7的電路進(jìn)行計(jì)算。</

98、p><p>　　圖3-7 有并聯(lián)電容的斷口電壓電壓分布計(jì)算圖</p><p>　　由于C很大，C+Cd》C0，則按圖3-7可計(jì)算出各斷口的電壓為</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　由此可見，接上并聯(lián)電容后，只要電容量足夠大，電壓將平均分布在兩個(gè)斷口上，每個(gè)斷口的工作條件基本上一樣。但在實(shí)際工

99、程中，在兩個(gè)斷口上并聯(lián)的電容量并不是完全相等的，靠近母線側(cè)的電容量應(yīng)稍微大一些。在少油斷路器4～6個(gè)斷口串聯(lián)的回路中，各個(gè)電容量也不是完全相等的，它們的大小排列順序在這里不進(jìn)行分析。</p><p>　　實(shí)際上，串聯(lián)斷口增加后，要做到電壓完全均勻分配，必須裝設(shè)電容量很大的并聯(lián)電容，這樣很不經(jīng)濟(jì)。一般按照斷口間的最大電壓，不超過均勻分布電壓值10%的要求來選擇并聯(lián)電容器，即不均勻系數(shù)要求為</p>&

100、lt;p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　將長電弧分成幾段短電弧</p><p>　　在短電弧中，當(dāng)電流過零時(shí)，陰極附近立即出現(xiàn)150～250V的起始介質(zhì)強(qiáng)度。如果將電弧分割成許多短電弧，利用這個(gè)起始介質(zhì)強(qiáng)度，使所有陰極的介質(zhì)強(qiáng)度總值大于加在開關(guān)電器的斷口上的電壓時(shí)，電弧將被立即熄滅。圖3-8所示為低壓電器中廣泛采用的滅弧柵裝置，就是利用短電

101、弧原理熄滅電弧的。滅弧柵片是由鐵磁材料制成的，當(dāng)觸頭間產(chǎn)生電弧后，可以利用電弧電流產(chǎn)生的磁場與鐵磁材料間產(chǎn)生的作用力，把電弧吸引到滅弧柵片內(nèi)，將長電弧分割成一串短電弧，在每個(gè)短電弧的陰極附近都有150～250V的起始介質(zhì)強(qiáng)度。設(shè)有n個(gè)滅弧柵片，則整個(gè)滅弧柵總共有n個(gè)150～250V的起始介質(zhì)強(qiáng)度。如果作用于觸頭間的電壓小于n個(gè)150～250V時(shí)，因不能維持電弧的燃燒，電弧必將熄滅。柵片帶有缺口，是為了減少電弧進(jìn)入滅弧柵片的阻力，可以縮短

102、燃弧時(shí)間。此外，金屬滅弧柵片也有冷卻電弧的作用。</p><p>　　在高壓電氣設(shè)備中，普通閥式避雷器和磁吹式避雷器也是利用短電弧的陰極效應(yīng)，用多個(gè)間隙將工頻續(xù)流電弧分割成多段短電弧后，利用短間隙的自然熄弧能力（磁吹式避雷器還有拉長電弧加強(qiáng)去游離的作用）熄滅電弧的。</p><p>　　a）滅弧柵裝置；（b）滅弧柵片結(jié)構(gòu)</p><p>　　1-滅弧柵片；2-電弧；

103、3-電弧移動(dòng)；4-靜觸頭5-動(dòng)觸頭</p><p>　　圖3-8 電弧在滅弧柵中熄滅</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　利用固體介質(zhì)的狹縫熄弧</p><p>　　圖3-9是在高、低壓電器中廣泛采用的狹縫滅弧裝置。滅弧片是由石棉水泥或陶土材料制成的。當(dāng)觸頭間產(chǎn)生電弧后，在電弧本身或磁吹線圈產(chǎn)生的

104、外加磁場作用下，對(duì)電弧產(chǎn)生電動(dòng)力，將電弧拉入滅弧片的狹縫中。一方面把電弧拉長，同時(shí)將電弧直接與滅弧片冷壁緊密接觸，加強(qiáng)冷卻作用，促使電弧熄滅。</p><p>　　滅弧片的結(jié)構(gòu)有多種形式，圖3-9 (b)只是其中的兩種。直縫式滅弧片，電弧在較寬部位產(chǎn)生，靠磁吹作用把電弧吹人狹縫中冷卻而熄滅。曲縫式(也稱迷宮式）滅弧片， 當(dāng)電弧被吹入迷宮室后，電弧被拉長成曲線形狀，滅弧效果更好。</p><p&

105、gt;　　圖3-9狹縫滅弧原理圖</p><p>　?。╝）滅弧裝置；（b）滅弧片；（c）磁吹力工作原理</p><p>　?、?直縫式滅弧片；Ⅱ-迷宮式滅弧片</p><p>　　1-磁吹鐵心；2-磁吹線圈；3-靜觸頭；4-動(dòng)觸頭；5-滅弧片6-滅弧罩；7-電弧移動(dòng)位置</p><p>　　在高壓電氣設(shè)備中，磁吹式避雷器的單個(gè)磁吹火花間隙就

106、是利用軸向的磁場，將工頻續(xù)流電弧拉入滅弧柵中的，電弧的長度為起始長度的數(shù)十倍，電弧在滅弧柵中受到強(qiáng)烈的去游離作用而熄滅。由于電弧形成后很快就被拉到遠(yuǎn)離擊穿點(diǎn)的位置，故間隙絕緣強(qiáng)度恢復(fù)很快，熄弧能力很強(qiáng)。</p><p>　　磁吹力的產(chǎn)生靠外加磁場，使電弧在磁場中受力向滅弧室狹縫中移動(dòng)。產(chǎn)生磁場的方法有下列三種：</p><p>　　(1)磁吹線圈與電路串聯(lián)。其特點(diǎn)是吸力的方向不隨電流方向的

107、改變而變化，磁吹力的大小與電弧電流的平方成正比。當(dāng)開斷小電流時(shí)，可能會(huì)因磁吹力太小，電弧不能被拉入狹縫中。</p><p>　　(2)磁吹線圈與電路并聯(lián)。磁吹力不受電弧電流的影響，可以獲得恒定的磁場強(qiáng)度，開斷小電流時(shí)，不會(huì)降低它的開斷能力。但是，磁吹力具有方向性，在使用中必須注意磁吹線圈的極性。</p><p>　　(3)永久磁鐵式。其工作原理與并聯(lián)磁吹式相同，但它不需要線圈，結(jié)構(gòu)簡單。它