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第二章 电气备的原理与功能
（2）扩散
扩散是弧柱中的带电质点逸出弧柱以外，进入周围 介质的现象。扩散有三种形式：
①温度扩散：由于电弧和周围介质间存在很大温差，使 得电弧中的高温带电质点向温度低的周围介质中扩散， 减少了电弧中的带电质点；
②浓度扩散：因为电弧和周围介质存在浓度差，带电质 点就从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，使电弧中的 带电质点减少；
采用多断口时，加在每一断口上的电压成倍减少，降低 了弧隙的恢复电压，亦有利于熄灭电弧。在要求将电弧拉到 同样的长度时，采用多断口结构成倍减小了触头行程，也就 减小了开关电器的尺寸。
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第二章 电气设备的原理与功能
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第二章 电气设备的原理与功能
（3）吹弧 用新鲜而且低温的介质吹拂电弧时，可以将带电质点吹
9. 熄灭交流电弧的方法 本质：削弱游离过程，加强去游离过程
（1）提高触头的分闸速度 （2）采用多断口 （3）吹弧 （4）短弧原理灭弧 （5）利用固体介质的狭缝狭沟灭弧 （6）用耐高温金属材料作触头、优质灭弧介质
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第二章 电气设备的原理与功能
（1）提高触头的分闸速度 迅速拉长电弧，有利于迅速减小弧柱中的电位梯度， 增加电弧与周围介质的接触面积，加强冷却和扩散的 作用。因此，现代高压开关中都采取了迅速拉长电弧 的措施灭弧，如采用强力分闸弹簧，其分闸速度已达 16m/s以上。
在高度的真空中，由于发生碰撞的几率减小，抑制了碰 撞游离，而扩散作用却很强。因此，真空是很好的灭弧介质。
（4）触头材料
触头材料也影响去游离的过程。当触头采用熔点高、导 热能力强和热容量大的耐高温金属时，减少了热电子发射和 电弧中的金属蒸汽，有利于电弧熄灭。
除了上述因素以外，去游离还受电场电压等因素的影响。
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②用压缩空气或六氟化硫气体吹弧 将20个左右大气压的压缩空气或5个大气压左右的六
氟化硫气体（SF6）先储存在专门的储气罐中，断路器分 闸时产生电弧，随后打开喷口，用具有一定压力的气体 吹弧。
③产气管吹弧 产气管由纤维、塑料等有机固体材料制成，电弧燃
烧时与管的内壁紧密接触，在高温作用下，一部分管壁 材料迅速分解为氢气、二氧化碳等，这些气体在管内受 热膨胀，增高压力，向管的端部形成吹弧。
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2 干式变压器 用环氧树脂浇注的变压器称为环氧树脂干式变压器。
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（三）变压器基本参数及性能指标
1 基本参数
（1）额定电压U1N, U2N，三相变压器指线电压； （2）额定容量SN ； （3）额定电流I1N, I2N ，根据额定电压和额定容量计算得出； （4）额定频率fN ，我国规定工业用电频率为50Hz；
工作原理 断路器的基本技术参数 断路器的型号含义 断路器的类型
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一、高压断路器的工作原理
1. 电弧的概念 当开关电器开断电路时，电压和电流达到一定值时，触头
刚刚分离后，触头之间就会产生强烈的白光，称为电弧。
2.电弧的本质 电弧的实质是一种气体放电现象：绝缘气体（或绝缘油受热
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电气设备的分类 同步发电机 电力变压器 电动机 高压断路器 互感器 隔离开关
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第一节 电气设备的分类
一次设备
直接生产、输送、分配和使用电能的设备，包括： （1）生产和转换电能的设备，如发电机和变压器等； （2）接通或断开电路的开关设备，如断路器、隔离开 关、熔断器、接触器等； （3）将有关电气设备连接成电路的载流导体，如母线、 电缆等； （4）变换电气量的设备，电压互感器和电流互感器； （5）保护电器，如电抗器和避雷器等； （6）接地装置，电力系统中有工作接地、保护接地和 防雷接地；
（2）电弧产生的高温，将使触头表面熔化和蒸化， 烧坏绝缘材料。对充油电气设备还可能引起着火、爆炸 等危险。
（3）由于电弧在电动力、热力作用下能移动，很容 易造成飞弧短路和伤人，或引起事故的扩大。
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5. 电弧的形成——弧柱中自由电子的主要来源 （1）热电子发射
当断路器的动、静触头分离时，触头间的接触压力 及接触面积逐渐缩小，接触电阻增大，使接触部位剧烈 发热，导致阴极表面温度急剧升高而发射电子 ，形成热 电子发射。 （2）强电场发射
（3）直流设备。如直流发电机、蓄电池组、硅整流装置等， 为保护、控制和事故照明等提供直流电源。
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第二节 同步发电机
发电机
定子
将机械能
转变为电 能的机械
水轮机
风力机
蒸汽轮机
燃气轮机
转子
柴油机
…
（a） 定子
转子
(b)
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第三节 电力变压器
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（2）采用多断口 每一相有两个或多个断口相串联。在熄弧时，多断口把
电弧分割成多个相串联的小电弧段。多断口使电弧的总长度 加长，导致弧隙的电阻增加；在触头行程、分闸速度相同的 情况下，电弧被拉长的速度成倍增加，使弧隙电阻加速增大， 提高了介质强度的恢复速度，缩短了灭弧时间。
d——三角形连接， 例 YNd11
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2 性能参数 （1）变压器负载运行，二次侧端电压变化率∆u%。
变压器外特性
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（2）变压器损耗Σp。
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（3）变压器效率η。
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（四）变压器分类
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（5）阻抗电压（短路电压），通常以额定电压的百分数表示Uk % 由变压器短路试验获得，其反映在变压器在额定负载下运行时， 漏阻抗压降的大小，相应的有短路损耗Pk
（6）空载电流，通常以额定电流的百分数表示 I0 % 由变压器空载试验获得，相应的有空载损耗P0
（7）连接组号
Y——星形连接，YN——星形连接并有中性点引线，
变压器
将一种电 压的电能 变换为另 一种电压 的电能的
装置
单相变压器 三相变压器
…
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（一）变压器的工作原理
变压器是通过电磁感应原理，通过电磁耦合实现电能 传递的一种静止电气设备，主要由铁芯及绕在铁芯上的绕 组组成。
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（二）变压器的结构
1 油浸式变压器
③利用吹弧扩散：在断路器中采用高速气体吹弧，带走 电弧中的大量带电质点，以加强扩散作用。
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7. 影响去游离的因素
（1）电弧温度 电弧是由热游离维持的，降低电弧温度就可以减弱热游
离，减少新的带电质点的的产生。同时，也减小了带电质点 的运动速度，加强了复合作用。通过快速拉长电弧，用气体 或油吹动电弧，或使电弧与固体介质表面接触等，都可以降 低电弧的温度。
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6. 电弧的去游离过程：包括复合和扩散两种形式。
（1）复合 复合是正、负带电质点相互结合变成不带电质点的现
象。由于弧柱中电子的运动速度很快，约为正离子的1000 倍，所以电子直接与正离子复合的几率很小。一般情况下， 先是电子碰撞中性质点时，被中性质点捕获变成负离子， 然后再与质量和运动速度相当的正离子互相吸引而接近， 交换电荷后成为中性质点。还有一种情况就是电子先被固 体介质表面吸附后，再被正离子捕获成为中性质点。
开关电器分闸的瞬间，由于动、静触头的距离很小， 触头间的电场强度就非常大，使触头内部的电子在强电 场作用下被拉出来，就形成强电场发射。
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（3）碰撞游离 从阴极表面发射出的电子在电场力的作用下高速向阳极
运动，在运动过程中不断地与中性质点（原子或分子）发生 碰撞。当高速运动的电子积聚足够大的动能时，就会从中性 质点中打出一个或多个电子，使中性质点游离，这一过程称 为碰撞游离。 （4）热游离
按吹弧气流产生的方法分
①用油气吹弧 用油气作吹弧介质的断路器称为油断路器。在这
种断路器中，有用专用材料制成的灭弧室，其中充满 了绝缘油。当断路器触头分离产生电弧后，电弧的高 温使一部分绝缘油迅速分解为氢气、乙炔、甲烷、乙 烷、二氧化碳等气体，其中氢的灭弧能力是空气的7.5 倍。这些油气体在灭弧室中积蓄能量，一旦打开吹口， 即形成高压气流吹弧。
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交流电弧在交流电流自然过零时将自动熄灭，但在下半 周随着电压的增高，电弧又重燃。如果电弧过零后，电弧不 发生重燃，电弧就此熄灭。熄灭交流电弧的关键在于电弧电 流过零后，弧隙的介质强度的恢复过程能否始终大于弧隙电 压的恢复过程。
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第二章 电气设备的原理与功能
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二次设备
在电力系统中为了能对电气一次设备和系统的运行状况进行测 量、控制、保护和监察而需要一些专门的设备，包括：
（1）测量表计。如电压表、电流表、功率表、电能表、频 率表等，用于测量一次电路中的电气参数。
（2）继电保护及自动装置。如各种继电器和自动装置等， 用于监视一次系统的运行状况，迅速反应不正常情况并进行调 节或作用于断路器跳闸，切除故障。
分解出气体）游离产生的自由电子导电。
3. 电弧放电的特征 （1）电弧由三部分组成：阴极区、阳极区和弧柱区； （2）电弧温度很高，可达5000-7000。C； （3）电弧是一种自持放电现象； （4）电弧是一束游离的的气体。