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断路器的基本特性和工作原理

作者:毕业论文网时间:2023-11-27 23:37:39阅读:143来源:本站

断路器是保护电力系统安全运行的关键设备之一,其精确可靠的过载短路保护能力与电力供应的稳定性有关。为了实现断路器优异的动态响应性能,必须深入分析其特性参数与不同故障电流之间的内部联系。然而,现有的研究还不够系统、全面地分析不同参数与各种故障之间的匹配关系,相关理论也相对较弱。因此,本研究试图通过充分对应不同特性参数与各种故障电流之间的关系来明确两者之间的内部联系,并在此基础上提出断路器定制设计的重要性,以提供参考。首先,分析热参数、速断参数等与过载短路保护的关系;然后,详细对应额定电流、断路容量等不同故障电流,揭示两者之间的匹配关系;最后,在参数关系分析的基础上,强调了定制设计的重要性。本研究通过综合参数匹配关系分析,丰富了相关理论,为断路器的定制优化设计提供了参考。


1.断路器的基本特性和工作原理


1.1断路器的定义与分类


断路器是保护电气设备免受过载、短路等故障的自动切断装置。广泛应用于工业、商业、居民用电系统,保护和控制电路,确保电气系统的安全稳定运行。


根据断路介质,可分为气体断路器、真空断路器、油浸断路器、气体绝缘断路器等。气体断路器采用压缩空气作为断路介质;真空断路器在密封绝缘室内断路;油浸断路器采用矿物油;气体绝缘断路器采用气体绝缘介质。


根据使用电压等级,可分为低压断路器、高压断路器、超高压断路器、超高压断路器等。低压断路器适用于1000V以下的电路,高压断路器适用于35kV-230kV;超高压断路器适用于230kV-800kV范围;超高压断路器使用电压在800kV以上。


此外,还可分为油断路器、气断路器、室内断路器、室外断路器、电动操作断路器、手动操作断路器等。由于结构、工作原理和应用环境的不同,不同类型的断路器的参数和适用范围也不同[1]。


1.2断路器的基本结构和工作原理


断路器的基本部件主要包括断路器本体、操作机构、绝缘底座等。断路器本体实现电路的连接和断开,由固定触点和移动触点组成。固定触点连接到电源端,移动触点连接到负载端。操作机构驱动移动触点进行连接或断开操作。操作机构有气动、发动机操作、手动操作等。气动操作机构利用压缩空气的能量;发动机操作机构使用电机;手动操作适用于小容量断路器。


断路器的工作原理是:连接时,操作机构使触点接近固定触点,当触点间隙消失时,电流形成闭合电路;断开时,操作机构迅速驱动触点与固定触点脱离接触,在触点之间产生电气绝缘间隙,切断电路。高压断路器的绝缘底座提供电气绝缘,避免漏电和短路。不同类型的断路器,其具体的动作机制会有所不同。


断路器具有感应电流变化的功能。当线路电流过大时,操作机构响应,迅速切断电路,避免设备损坏。气体断路器采用压缩空气吹弧冷却;真空断路器在绝缘室内划线;油浸式使用油绝缘和冷却。不同介质的断路器有不同的动作机制。


1.3断路器的额定参数和特性


断路器的主要额定参数包括:额定电压、额定电流、额定频率、额定短路断路能力等。其中,额定电压决定断路器的电压等级;额定电流表示正常工作时允许通过的电流大小;额定频率是指适用的电源频率;额定短路断路能力反映了相应短路电流的断路能力。


断路器必须具有以下关键特点:过载和短路保护性能、选择性协调、速度性能等。过载保护依赖于热稳定器和电磁稳定器,通过调整其动作特性来达到保护目的;选择协调是指保证上游断路器先断开、下游断路器后断开的特性,与断路器的串联级数和限流特性有关;速度性能决定了断路器对故障电流的响应速度,与其操作机构的机械运行时间有关。


此外,断路器还需要具有正常开启负荷电流、良好的绝缘耐压性、高机电耐久性、操作维护方便等能力。选择断路器安装时,必须根据其运行参数、特性参数和使用环境综合确定,以满足保护和控制的需要


[2]。


2.影响断路器特性与故障电流关系的因素


2.1热稳定性和耐热性


断路器的热稳定性和耐热性是影响其与故障电流关系的关键因素之一。断路器中的热稳定器利用热敏元件的热效应实现过载保护,同时确保断路器本身部件的热稳定性和可靠性。


断路器的热稳定性是指触点、导轨、机械连接器等主要部件在长时间过载条件下能保持机械强度和电气绝缘性能不退化的特点。良好的热稳定性可以防止过热燃烧或机械强度下降。断路器的热稳定性与材料的热参数、结构设计和散热条件密切相关。


断路器需要有足够的热耐受性来正常响应各种过载故障电流。典型的过载情况包括长时间略超过额定电流、启动电流冲击、谐波造成的额外损耗等。断路器的热限必须高于线路允许的最高温升值,过载误操作会降低保护的可靠性。改善散热结构是提高热耐受性的常用手段。


断路器的热特性直接影响其处理过载故障电流的能力和可靠性。必须充分考虑热设计因素,使断路器具有足够的热稳定性和耐热性,以适应各种过载条件,实现准确可靠的过载保护[3]。


2.2速断能力和动稳定性


断路器的速断能力和动态稳定性是影响其处理短路故障电流的关键特性。速断能力决定了断路器消除短路故障的速度;动态稳定性与断路器避免误断的可靠性有关。


断路器的速断能力取决于其操作机构的动作速度。操作机构中的瞬时动作机构必须在很短的时间内释放足够的能量,快速驱动移动触点,建立电弧绝缘间隙,切断故障电流。速断能力越强,故障电流切除时间越短,系统损坏越小。


动态稳定性确保断路器不会误操作正常的电流冲击和涌流。动态稳定性与电磁稳定器的时间电流特性曲线有关,通过合理设置其参数,避免不必要的触发动作。动态稳定性差会导致断路器误操作,影响电力系统的正常运行。


提高断路器的速断能力和动态稳定性,提高其清除短路故障电流的能力,提高保护系统的灵敏度和可靠性至关重要。这需要采取快速动作机构,以确保设计中的电气稳定性。


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