在电力网络中,利用断路器来开断载流电路,其触头的分断并不意味着电路的真正断开。用断路器来切断电路时,如果电路中的电流大于80~100mA,且断路器的动、静触头在分离瞬间具有大于10~20V的电压,则触头间就会出现电弧。电弧是高温、高导电率的等离子体,所谓等离子体是带正电荷和带负电荷的粒子数量相等的粒子集团状态,是与固体、液体、气体并列的物质第四态。电弧对触头有很大的破坏作用,而且电弧继续维持着电路的接通,只有将其熄灭,才能使电路真正切断。因此,断路器一般都具有专门的灭弧装置,使断路器动、静触头之间所产生的电弧迅速、可靠地熄灭,这是保证断路器正常工作的重要条件之一。 电弧的形成是触头间中性质点(分子和原子)被游离的过程,主要有以下几种方式: (1)强电场发射。通有电流的断路器触头分离之初,触头间距离很小,电场强度很高,阴极表面电场强度大于3×106V/m时,阴极表面的电子将被拉出,并在电场力的作用下向阳极加速运动。 (2)碰撞游离。被拉出的高速运动的电子,获得足够的动能后,与触头间介质的原子或分子碰撞时,使原子核周围的电子释放,介质的中性质点游离为自由电子和正离子,称为碰撞游离。碰撞游离连续进行的结果使触头间带电粒子大量增加,当数量积累到一定程度时,介质的导电性质发生变化,由绝缘体变为导体,在外加电压作用下,介质被击穿而引起电弧。 (3)热游离。电流通过弧隙(即触头间电弧燃烧的间隙)会产生大量的热量,使电弧中心部分维持很高的温度,在高温的作用下,介质中性质点的不规则热运动的速度增加,当其具有足够动能且相互碰撞时,便游离出新的电子和正离子,称为热游离。热游离形成的带电质点分别向阴极和阳极运动。正离子向阴极移动的过程中不断碰撞阴极,保持阴极的电子连续发射,于是电流就以电弧的形态在已分开的触头间持续流通。 (4)热电子发射。电弧产生后,由于它的温度很高,高温下的金属触头会使其内部的自由电子飞出金属表面,提供传导电流的电子,称为热电子发射。 电弧的形成是一个复杂连续的过程。当断路器跳闸,触头刚断开时,触头间距离很小,电场强度很大,阴极产生强电场发射,提供起始自由电子,电子在强电场作用下向阳极加速运动并产生碰撞游离,于是有更多的电子产生更多的碰撞游离,使触头间带电粒子大量增加,介质被击穿,产生电弧,电弧产生的高温,又造成热游离和阴极的热电子发射。当触头距离拉大时,电场强度减小,主要是热游离和热电子发射起维持电弧的作用。由于电弧放电主要靠热游离和热电子发射维持,因此,维持电弧燃烧的电压就不需要很高。 在电弧中,发生游离的同时,还进行着带电质点减少的去游离过程,使电弧减弱。当游离和去游离过程达到平衡时,电弧处于稳定燃烧状态。去游离的主要方式是复合和扩散。 (1)复合。复合是指异性带电质点相互吸引,结合在一起,电荷相互中和的现象。要完成复合过程,两个异性带电质点需要在一定的时间内处于很近的范围内,它们的相对速度越大,复合越困难。电子质量小,容易加速,运动速度远快于离子,所以正、负离子间的复合要比电子和正离子间的复合容易得多。通常电子先附着在中性质点上形成负离子,然后与正离子复合。另外一种方式是,电子首先附着在固体介质表面,然后再吸引正离子进行中和。复合的速度与离子的浓度、温度、压力、电场强度等因素有关。 通过将 IE FC RJ45 接头 (4x2) 与非插接型工业以太网 FC 安装电缆 (4 x 2) 结合使用,可在*大 100 m 距离内直接进行设备连接 通过 FC 安装电缆 (4x2) 和插接电缆以及 19" 机架中的 IE FC Keystone RJ45 4x2 接头,在 19" 机柜中连接机架式交换机(如 SCALANCE XR-500) 无需专门工具,即可简便地连接(绝缘穿刺型连接)8 芯双绞线安装电缆(10/100/1000/10000 Mbps) 利用可见连接区域和带色码的绝缘穿刺技术,实现了错误*小化的连接系统 工业设计(坚固的金属外壳,没有易于丢失的小部件) 优越的 EMC 屏蔽和放电(金属外壳) 用于安装电缆的一体式电缆松紧件 符合标准 EN 50173 (RJ45) / ISO IEC 11801 通过将 IE FC RJ45 接头 4x2 锁定到设备外壳上,可额外消除插入式连接器的应力和弯曲,例如,使用 SCALANCE X、SCALANCE S、SCALANCE W 时。 (2)扩散。扩散是指带电质点从电弧内部逸出而进入周围介质中的现象,是由于带电质点的不规则热运动而引起的。电弧和周围介质的温度差及离子浓度差越大,扩散作用越强。可见,游离和去游离是一对矛盾,共存于电弧这个统一体中,贯穿于电弧产生和熄灭的整个过程。当电弧形成时,游离是矛盾的主要方面。创造一定的条件,使去游离转化为矛盾的主要方面,就便于电弧的熄灭。影响游离和去游离的主要因素有电弧的冷却方式、触头间介质的特性、触头的材料、触头两端电压幅值及变化特性等。 |
3kV及以上电力系统中使用的断路器称为高压断路器,是电力系统中重要的控制和保护设备。高压断路器在电网中主要起两方面的作用:
(1)控制作用。正常运行时,根据电网运行的需要,用高压断路器把某些电力设备投入或退出运行。
(2)保护作用。在电力设备发生故障时,通过与继电保护装置配合,高压断路器可以将故障部分从电网中快速切除,以保证非故障部分正常运行。此时要求断路器切除故障的时间尽可能缩短,以减轻电力设备的损坏和提高电网的稳定性,并且能配合线路的自动重合闸进行多次断合。
高压断路器在工作过程中,要经受电的、热的、机械的等各种因素的作用,还要受大气环境的影响,因此断路器的性能必须能够耐受这些因素的作用。断路器的性能可用它的技术参数来表征。
(1)额定电压。额定电压是指在规定的正常使用条件下断路器允许长期工作的电压(在三相系统中指线电压),是影响断路器外形尺寸和绝缘水平的主要因素。为了适应电力系统运行电压的变化,还应考虑到断路器允许的*高工作电压,一般规定其*高工作电压为1. 15倍的额定电压(330、500kV高压断路器的*高工作电压为1.1倍的额定电压)。
(2)额定电流。额定电流是指断路器在规定环境温度和额定频率下,允许长期通过的标准电流。工作在额定电流下,断路器各部分发热不应超过*高允许发热温度。额定电流决定导电部分的尺寸以及触头的结构和尺寸。我国规定的断路器额定电流级别有200、400、630、1000、1250、1500、1600、2000、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000A等。
(3)额定短路开断电流。额定短路开断电流是指在额定电压下断路器能开断而不影响其继续正常工作的*大短路电流,表征了断路器的开断能力。若直流分量不超过20%,则额定短路开断电流仅以交流分量有效值来表征。我国规定的额定短路开断电流有1.6、3. 15、6.3、8、10、12.5、16、20、25、31.5、40、50、63、80、100kA等。额定短路开断电流是决定断路器灭弧室结构和尺寸的重要因素。
(4)额定短路关合电流。当断路器合闸时,如果线路上存在故障,则在触头尚未接触之前就会在电源电压作用下发生击穿,形成电弧,其产生的不良影响甚至比在合闸状态下流过极限电流更为严重。保证断路器能关合短路而不致发生触头熔焊或其他损伤的*大电流,称为断路器的额定短路关合电流,以电流的*大峰值表示,单位为kA。断路器还应保证随后自动跳闸时能切断该短路电流。额定短路关合电流主要取决于断路器操动机构的功率、断路器本体的结构和触头的结构。 (5)热稳定电流。热稳定电流是指在规定的时间内,通过断路器使其各部分升温不超过允许温度的*大短路电流,通常用有效值表示,单位为kA。它表征了断路器承受短路电流热效应的能力。
(6)动稳定电流。动稳定电流是指断路器在合闸状态时,能够通过的不妨碍正常工作的*大电流峰值。它表征断路器在短路冲击电流作用下,承受电动力效应的能力,主要取决于导电部分和支持绝缘部分的机械强度及触头的结构形式。
(7)开断时间。开断时间是指断路器从得到分闸命令(跳闸线圈通电)起,到三相电弧*终熄灭瞬间为止的那一段时间间隔。它是断路器固有分闸时间和燃弧时间之和。固有分闸时间是指自断路器得到分闸命令起,到首先分离相的触头刚分开为止的一段时间,它主要和断路器及其操动机构的机械特性有关。燃弧时间是指自先分离相的触头刚分开起到三相电弧完全熄灭为止的一段时间。要缩短开断时间必须从改善断路器的机械特性和灭弧特性两方面着手。
(8)合闸时间。合闸时间是指断路器从接到合闸命令(合闸线圈通电)起,到各相触头都接触的瞬间为止的那一段时间。合闸时间的长短主要取决于断路器的操动机构和传动机构的特性。
(9)分闸不同期性。分闸不同期性是指分闸时各相间或同一相各断口间的触头分离瞬间的时间差异。
(10)合闸不同期性。合闸不同期性是指合闸时各相间或同一相各断口间的触头接触瞬间的时间差异。
(11)无电流间隔时间。无电流间隔时间是指断路器在自动重合闸过程中,从断路器跳闸,各相电弧熄灭的瞬间起,到断路器重新闭合时首合相通过电流的瞬间为止的那一段时间。
(12)重合时间。重合时间是指从分闸起始瞬间起,到所有相的动静触头都接触瞬间为止的那一段时间。