第五讲断路器的短路关合和其它类型的开断
1、短路关合
断路器的额定短路关合电流（幅值）等于断路器的额定短路开断电流（有效值）的2.5倍，对我们的产品，额定短路关合电流是100kA。
断路器的下游线路和设备由于绝缘损坏，当断路器合闸时就会造成系统短路，这就要求断路器具有⾜够的关合能⼒，⼀定要让断路器关合到底，让上游的断路器跳闸来开断短路。千万不能出现这种情况：操作机构的合闸功不够，断路器的动触头处在既不能前进⼜不能后退的僵持状态，此时由于灭弧室内发⽣预击穿⽽产⽣短路电流，电弧持续燃烧将导致断路器爆炸。此外，⾃能式灭弧室在合闸操作时辅助⽓室有⼀个回⽓过程，只有在合闸到底后才能回⽓充分，才能保证断路器的开断能⼒。 以前我们讲过，当断路器处在运⾏状态时发⽣短路，继电保护命令断路器进⾏⾃动重合闸（分—0.3秒—合）操作。如果是由于雷击⽽造成架空输电线路短路，在0.3秒的⽆电流休⽌时间内，架空线路的绝缘⾃⾏恢复，断路器合闸时已没有短路存在，此时合闸成功，这种⼏率占70%。但如果下游线路是永久性故障，断路器就要关合短路电流。
在第四讲中讲到的T100s试验中，就包括“合分”操作。如果此时的合闸电流达到了要求值，就认为短路关合试验有效。但该试验中的合闸时刻是随机性的，不⼀定能达到所要求的合闸电流值，此时就需要进⾏单独的关合试验。
汽车脚垫制造设备2、近区故障
对⽤于额定电压72.5kV及以上，额定短路电流⼤于12.5kA，直接与架空输电线连接的断路器，要求具有近区故障开断性能。
近区故障的电路图和等值电路见图1.由于架空线路有其线路电感L1和对地电容C1，在断路器的出⼝处（图1b中的B点）与短路点之间构成均匀分布的LC回路。短路点离断路器越远，线路阻抗就越⼤。
图1
断路器开断近区故障时，由于短路回路中有线路阻抗，所以近区故障时的短路电流肯定⼩于额定短路开断电流。
开断近区故障的难点在于断⼝间的瞬态恢复TRV的起始部分上升陡度很⼤，要求弧隙的绝缘恢复强度在电流过零后更快的提⾼，以免电弧发⽣重燃。
开断近区故障时，断⼝间TRV起始部分上升陡度很⼤的原因是：在断路器CB电弧熄灭以后，由于上述LC回路振荡形成波反射, B点的电压u b呈锯齿波变化（见图2）。电源侧的电压u A的变化曲线见图3。断⼝间（AB点之间）的电压u tr=u A+u B，其变化曲线见图4。这种故障在数公⾥（0.5~8km）内最严重，所以
叫做近区故障。
图2 图3
图4
GB1984-2003规定近区故障做L90、L75和L60档，断⼝间的TRV在该标准的附录A中给出。试验⽅式为“分—0.3秒—合分—180秒—合分”，单极试验。3、失步故障
作为电⼒系统联络⽤的断路器会遇到失步故障问题。如图5所⽰的两台发电机，如果⼀台是⽔轮发电机，另⼀台是汽轮发电机，两台发电机必须同步才能并⽹运⾏，也就是说两者的相位、频率和电压等参数必须⼀致。如果⽔轮发电机发⽣短路故障或负荷突变，将使它与汽轮发电机异步，也就是说它的相位与后者不⼀致。此时，继电保护将命令断路器跳闸，否则将烧坏发电机，导致严重后果。跳闸的这台断路器就是开断失步故障。
图5
断路器开断失步故障时具有下列特点（GB1984—2003的规定）
（1）由于两台发电机的连接线路上有阻抗，因此失步故障的开断电流⽐额定短路开断电流⼩，⼤约为其25%左右。
（2）⼯频恢复电压⾼，对额定电压126kV，在中性点不接地系统中⾸开极系数为2.5（对126kV，为182kV）。
（3）瞬态恢复电压TRV的峰值（u c）⾼，对额定电压126kV，在中性点不接地系统中，u c=321kV。
在断路器开断失步故障时，虽然开断电流不太⼤，但⼯频恢复电压和瞬态恢复电压的幅值⾼，容易发⽣熄弧后的重击穿，这与出线端短路不同。它也与近区故障开断不同，它的TRV上升陡度并不⼤。
标准规定，失步故障开断试验只做单分，试3次，允许单相试验。
4、开合空载输电线路
包括开合空载架空线路和开合空载电缆线路两种情况。它们都不是短路开断，⽽是⼀种负荷开断。它们的⿇烦是：如果断路器发⽣重击穿，将产⽣很⾼的操作过电压。
空载输电线路的单相简化电路见图 6. 空载架空线路和空载电缆线路都可以看成是沿线路均匀分布的L—C回路。它与近区故障的不同点是线路上并没有发⽣短路。
图6
对额定电压126KV，架空输电线每相每公⾥的电容电流是0.185A，电缆输电线的电容电流更⼤，⽐架空线⼤20多倍。
我们知道，电感中电流不能发⽣突变，电容上的电压不能发⽣突变。因此，在关合和开断空载输电线路时，都会在L—c回路中产⽣振荡，并以电磁波的形式在输电线路上来回反射传递。
关合空载输电线路的操作发⽣在下列两种情况：
空调风叶（1）空载输电线路的正常投运时；
痔疮仪（2）对空载架空线路⽽⾔，在断路器进⾏⾃动重合闸（分—0.3—合）时，由于雷击⽽引起的短路故障是经常发⽣的，此时在0.3秒的⽆电流休⽌三自由度
时间内，架空线路的绝缘⾃动恢复，此时合闸时就是关合空载架空线
路。。
国标GB1984—2003规定：额定架空线路开断电流是31.5A，额定电缆充电开断电流是140A（国⽹要求160A）。
关合空载输电线路时，输电线路上的操作过电压⼀般不超过2倍电源电压。对于额定电压126KV，这不是危险的，线路和设备能承受这个过电压。但对于
550kV和1100kV⽽⾔，这个操作过电压是危险的，因此在断路器的断⼝间增加合闸电阻，以减⼩合闸过电压。
在开断空载输电线路时，断⼝电源侧（图6中的B1点）的电压u1按余弦波变化，断⼝线路侧（图6中的B2点）的电压u2按振荡波形变化（见图7）。断⼝间的瞬态恢复电压u
tr= u1- u2，其变化曲线见图8。断⼝间的TRV有下列两个特点：
（1）在其起始部分有⼀个振荡分量，但其上升陡度赶不上近区故障。
（2）TRV的幅值很⾼（⽐出线端短路时还⾼）
图7 图8
开断空载输电线路时，虽然TRV的幅值很⾼，但其开断电流不⼤，所以开断并不难。对于压缩空⽓断路器或真空断路器⽽⾔，能在很短的时间内熄灭电弧，此时断⼝的开距不⼤，弧隙的介质恢复强度不⾼，断⼝在很⾼的TRV幅值下发⽣重击穿，⿇烦就来了，只要发⽣⼀次重击穿，重击穿电弧熄灭后，线路上的电压就达到3倍的电源电压。如果再发⽣第⼆次重击穿，线路上的电压就达到5倍的电源电压。这就产⽣了很⾼的操作过电压。
好在我们的⾃能式灭弧室不是这个情况。⾃能式灭弧室开断⼩电流是靠辅助压⽓式，其压⽓量不⼤，不能在很短的时间内熄灭电弧，因此熄弧时触头开距较⼤，再加上SF6⽓体的开断性能好，因此⼀般不会产⽣重击穿，我们的GIS在开断空载架空线路和开断电缆线路时都成功开断，没有发⽣重击穿。
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