前  言

变电站是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所。为保证电能的质量以及设备的安全，在变电所中还需进行电压调整、潮流（电力系统中各节点和一支路中的电压、电流和功率的流向及分布）控制以及输配电线路和主要电工设备的保护。

一、一次/二次回路

变配电所中担负输送和分配电能任务的电路，称为一次电路或一次回路，亦称一次系统或主回路。一次回路中所有的电气设备，称为一次设备或一次元件，如断路器、电压互感器、电流互感器、避雷器、电抗器等；凡用来控制、指示、监测、保护一次设备运行的电路，称为二次电路或二次回路。二次回路中所有的电气设备，称为二次设备或二次元件，如电流表、电压表、继电器等。

一次回路与二次回路通过互感器相连接，一次回路和二次回路分别接在互感器的一次侧和二次侧。互感器属于一次设备。

二、电弧的产生

1.什么是电弧

当开关电器(如断路器)断开通有电流的电路时，在动、静触头的间隙中就会出现电弧，对于220V的低压刀开关，当开断不大的负荷电流时，就可见到电弧;在高压电路中开断大电流时，会产生极强烈的电弧。在电弧燃烧期间，虽然触头已分开，但电路中的电流仍以电弧的方式维持着，电路并未真正断开，只有电弧熄灭后，电路才算真正被切断。

2.电弧的产生

在强电场中，由于强电场发射和热电子发射，在空间产生大量自由电子，触头间(从阴极发射出来)的自由电子在电场力的作用下，向阳极作加速运动，能量逐渐增加。在向阳极运动的过程中不断与介质(空气或别的物质)发生碰撞，使中性质点游离成正、负离子，这种现象就称为碰撞游离。 

碰撞游离使介质带电质点剧增，在外加电压作用下，触头间介质被击穿，大量的电子向阳极运动，触头间形成电流，发出巨大的声响和强烈的白光，这就是电弧。

电弧的温度很高(5000K以上)，在高温作用下，阴极表面继续产生热电子发射，并在介质中产生热游离，使电弧得以维持和发展。由上述可知，碰撞游离产生电弧，而维持电弧燃烧的主要因素是热游离。

三、电弧熄灭条件

由电弧产生的原因可知，要熄灭电弧，必须减少触头间的正、负离子，即去游离。去游离过程包括复合和扩散两种形式。

1.复合去游离

弧柱中带正电和带负电的质点，在运动过程中互相吸引结合成中性质点的现象称复合去游离。复合的快慢与电场强度、电弧的温度和截面积有关。复合速率与带电质点的体积浓度成比例，因而与电弧直径二次方成反比。拉长电弧，可以使电场强度下降，电子运动速度减慢，复合的可能性增大;加强电弧冷却，如利用液体、气体吹弧或将电弧挤入绝缘冷壁制成的狭缝中，能迅速冷却电弧，减小离子运动速度，加强复合过程;此外加大气体介质的压力，可使带电质点的密度增大，自由行程减少，也可以加强复合过程。

2.扩散去游离

弧柱中正、负离子从电弧内逸出，进入周围介质中的现象，称为扩散去游离。扩散出去的带电粒子使弧柱内的带电粒子减少，因此，扩散有助于电弧的熄灭。

游离和去游离是同时存在的。当游离作用大于去游离作用时，电弧电流增大，电弧增强;若游离作用等于去游离作用，则电弧电流保持不变，电弧稳定燃烧;若去游离作用大于游离作用，则电弧电流减小，最终使电弧熄灭。由此可知，要使电弧熄灭，则必须设法使去游离速度大于游离速度。

四、熄灭交流电弧的方法

1.速拉灭弧法

迅速拉长电弧是开关电器中普遍采用的最基本的灭弧方法。电弧的迅速拉长，将使弧隙的电场强度骤降，从而导致带电质点的复合迅速增强，有助于加速电弧的熄灭。

2.吹弧灭弧法

利用外力(如气流、油流或电磁力)来吹:动电弧，加速电弧的冷却，同时拉长电弧，使电弧变细，降低电弧中的电场强度、使带电质点的复合和扩散增强，最终加速电弧的熄灭。 

3.采用灭弧能力强的灭弧介质

电弧中的去游离强度，在很大程度上取决于周围介质的特性。高压断路器中广泛采用的灭弧介质有真空、SF6、变压器油、压缩空气。

(1)真空。如果将开关触头装在真空容器内，由于真空的气体稀薄，弧隙中的自由电子和中性质点都很少，则触头在分断时产生的电弧(真空电弧)一般较小，并在电流第一次过零时就能使电弧熄灭。

(2)SF6气体。SF6气体具有优良的绝缘性能和灭弧性能。SF6气体中氟原子具有很强的吸附电子的能力，为复合创造了有利的条件，因而具有很强的灭弧能力，其灭弧能力比空气强100倍，绝缘强度约为空气的3倍。采用SF6气体来灭弧可大大提高开关的断流容量和缩短灭弧时间。

(3)变压器油。在高温电弧的作用下，变压器油可分解出大量的氢气和油蒸气(H:占70%~80%)，其中氢气的绝缘和灭弧能力是空气的7.5倍。

(4)压缩空气，压缩空气的压力很大，由于其分子密度大，质点的自由行程小，能量不易积累，不易发生游离，所以具有良好的绝缘和灭弧能力。

4.粗弧分细灭弧法

将粗大的电弧分成若干平行的细小电弧，加大电弧与周围介质的接触面积，改善电弧的散热条件，降低电弧的温度，使电弧中离子的复合和扩散都得到加强，从而使电弧加速熄灭。

虽然电弧在一些情况下是有害的，比如在开关电器分断电路时，可能产生电弧，若不及时熄灭，会烧蚀触头，甚至引发火灾等事故。但在一些特定的工业应用中，如电弧炉等，电弧也被加以利用。

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