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风电场中开关设备的结构、 功能及选择条件 姓名 ：
魏白雪 作者单位：
（三峡电力职业学院新能源工程学院 20113791 班 2011379121. ）
在电力系统生产运行中， 电气设备的相互联系及生产方式的转换， 由开关电器的分合来实现。
开关电器的分合实现了电路的有选择接通和断开。
闸刀开关闸刀开关闸刀开关的原理非常简单：
当闸刀落下时， 将两侧导体连接为一个导体， 接通电路； 当闸刀打开后， 两侧导体不再有电路联系， 相互绝缘。
闸刀开关所要达成的目的即通过其自身“导体↔绝缘体” 的转换来分合电路。
电力系统中的高压开关电器要复杂的多。
常用的开关电器有断路器、 隔离开关、 熔断器和接触器， 它们的功能各不相同。
电弧的本质和特性
开关电器开断电流的时候， 只要电路中的电流达到几百毫安， 电压有几十伏， 开关的触头间就会出现电弧
电弧是导电体， 只有电弧熄灭才能实现电路的开断。
电弧是一种气体放电现象， 是一种等离子体状态， 即带正电荷和负电荷的粒子数量相等的离子集团状态。
随着温度的升高、 能量的输入， 物质可以实现由固态、 液态、 气态和等离子状态的顺序转换。
可见，金属与等离子体有相似之处。气体气体金属金属类似类似复合复合电离电离电子电子正离子正离子中性原子中性原子[弱等离子体][弱等离子体][强等离子体][强等离子体] 电弧的本质和特性
开关分合过程中所产生的电弧， 对于开关电器以及整个系统的安全运行都电池电池电灯电灯
具有重要影响。
这主要是因为：
1、 电弧是强功率放电， 在电弧区的任何固体、 液体或气体在电弧作用下都会产生强烈的物理及化学变化。
2、 电弧是一种自持放电， 很低的电压就能维持相当长的电弧稳定燃烧。
3、 电弧是等离子体， 质量很轻， 极容易变形。
电弧的物理过程 1）
阴极区：
阴极的作用是发射大量电子， 在电场作用下趋向阳极方向从而构成阴极区的电流 2）
弧柱区：
弧柱部分导电需要在弧柱区域也能出现大量自由电子， 这就要使弧柱区的气体原子游离。
气体原子游离的方式通常有电场游离和热游离两种。
3）
阳极区：
阳极的作用通常不像阴极那样重要。
根据阳极作用的不同， 可把阳极分为被动型和主动型两种。
在被动型中， 阳极只起收集电子的作用。
在主动型中， 阳极不但收集电子而且产生金属蒸汽， 因而也可以向弧柱提供带电粒子。
交流电弧的熄灭主要有以下三种情况：
强迫熄弧
截流开断
过零熄弧
断路器
断路器是电力系统不可缺少的主要控制、 保护设备， 是电力系统中最重要的开关电器， 其作用为切断电路。
为了可以熄灭电路分合时所产生的电弧， 断路器都装设有灭弧装置
常用的断路器类型有：
油断路器、 真空断路器和 SF6 断路器等 利用电弧自身能量熄灭电弧的方法称为自能式灭弧。
利用其它能量熄灭电弧的方法称为外能式灭弧。
绝大多数油断路器都采用自能式灭弧， 如多油断路器 真空断路器. 按照绝缘结构的不同， 油断路器可分为多油断路器和少油断路器两种。
多油断路器内部带有电流互感器， 配套性强； 在户外使用时， 不易受大气条件的影响。
多油断路器的缺点是 油量多， 钢材消耗也 多。
油量太多不仅给检修断路器带来困难， 而且增加了爆炸和火灾的危险性。
利用真空作为触头间的绝缘与灭弧介质的断路器称为真空断路器， 真空断路器中的电弧和气体电弧有明显的不同。
真空断路器
维持真空电弧的是金属蒸汽而不是气体分子， 真空电弧实为金属蒸汽电弧。
真空电弧的电弧电压也由阴极压降、 弧柱（等离子区）
压降和阳极压降三部分组成。
真空电弧的长度很短， 对电弧电压起主要作用的是阴极和阳极压降。
电弧电压随电流增大而增加， 具有正的伏安特性。
真空断路器的特点：
真空断路器的机械寿命和电气寿命都很高。
通常机械寿命和开合负载电流的寿命都可达到一万次以上。
真空灭弧室密封问题特别重要， 否则就会导致开断失败， 造成事故 真空灭弧室工作状态与外界大气条件无关， 不会在开断短路电流时产生喷油、 排气给外界带来污染， 无须检修； 开断过程中不会产生很高的压力， 爆炸危险性小； 开断短路电流时也没有很大的噪声 SF6 气体中的水分必须控制在一定的限度内， 否则对设备运行带来危害。
SF6 具有优良的灭弧性能， 主要是由于：
SF6 电弧具有高温弧芯和低温弧焰， 其电弧电压梯度小， 功率低， 对于熄灭电弧有利。
电弧即使在电流很小时依然可以维持弧芯的导电状态， 电流过零时弧柱残余体积小， 能量小， 有利于弧隙绝缘强度的恢复。
由于 SF6 气体绝缘性能好， SF6 断路器中动静触头间的距离不必很大，降低了上游部分电弧长度和电弧能 SF6 断路器可分为瓷柱式与罐式两种。
按照灭弧方式的不同， SF6 断路器又分为：
双压式 SF6 断路器、 压气式 SF6断路器、 自能自吹式 SF6 断路器和旋弧式 SF6 断路器等。
当形成电弧触点分离后， 由于温度的升高及吹气柱体和静活塞之间的气体被压缩， 自能压气室和压气室里的压力不断升高。
直到气压足够将自动吹气阀推向闭合位置。
当电流波形过零时， 电弧变的相对微弱。
被压缩的 SF6 气体通过喷嘴从自能压气室注入， 从而熄灭了电弧。
隔离开关
隔离开关在电力生产中常被称为刀闸， 是最常见的高压开关。
与断路器最根本的区别在于， 它没有专用的灭弧装置， 结构简单， 因而不能用来分合大电流电路。
当电气设备需要检修的时候， 由断路器断开电路， 安装在断路器和电气设备之间的隔离开关再拉开， 在电气设备和断路器之间形成明显的电压断开点，从而保证了检修的安全。
隔离开关也可以接通或切断某些小电流电路， 例如下列各种情况：
① 电压互感器和避雷器电路；
② 空载母线；
③ 励磁电流不超过 2A 的空载变压器；
④ 电容电流不超过 5A 的空载线路。
各种开关设备的功能比较
断路器由于装设了 专门的灭弧装置， 可以熄灭分合电路时所产生的电弧， 因此它用来实现电路的最终分合。
隔离开关也是最常见的开关电器， 一般是作为检修电器和断路器配合使用。
熔断器的作用是在电路中发生故障或过负荷的情况下自动断开电路， 从而使得故障设备从整个电路中切除出去， 以保证故障设备和系统的安全。
接触器则实现电路正常工作时电路的分合， 它只能分合正常电流， 无法断开故障电流， 因此它常常和熔断器一起工作， 以取代较为昂贵的断路器。
参考文献：
朱永强。
张旭
风电场电气系统