高压电器的认识实验.docx

实验一 高压电器的认识实验
一、实验目的
1、通过对各种常用的高压电器的观察研究，了解它们的基本结构、工作原理、使用方法及主要技术性能等。
2、通过对有关高压开关柜的观察研究，了解它们的基本结构、主接线方案、主要设备的布置及开头的操作方法等。
二、实验设备原理
1、隔离开关
隔离开关是一个最简单的高压开关，在实际中也称为刀闸。由于隔离开关没有专门的灭弧装置，不能用来开断负荷电流和短路电流。
在配电装置中，隔离开关的主要用途有：
1）用隔离开关在需要检修的部分和其他带电部分构成明显可见的断口，保证检修工作的安全。
2）利用“等电位原理”，用隔离开关进行电路的切换工作。
3）由于隔离开关通过拉长电弧的方法灭弧，具有切断小电流的可能性，所以隔离开关可用于下列操作：断开和接通电压互感器和避雷器；断开和接通母线或直接连接在母线上设备的电容电流；断开和接通励磁电流不超过2A的空载变压器，或电容电流不超过5A的空载线路；断开和接通变压器中性点的接地线（系统没有接地故障才能进行）。
2、真空断路器
高压断路器是供配电系统中最重要的开关电器。它的作用是使1000V以上的高压线路在正常负荷下接通或断开；在线路发生短路故障时，通过继电保护装置的作用将故障线路自动断开，使非故障部分正常运行。在断路器中最主要的问题是如何熄灭触头分断瞬间所产生的电弧，所以它必须具备可靠的灭弧装置。
真空断路器的特点：
1）真空灭弧室的绝缘性能好，触头开距小（12kV真空断路器的开距约为10mm，40.5kV的约为25mm），要求操动机构的操作功率小，动作快。
2）由于开距小，电弧电压低，电弧能量小，开断时触头表面烧损轻微。因此真空断路器的机械寿命和电气寿命都很高。特别适宜用于要求操作频繁的场所。
3）真空灭弧室出厂时的真空度应保持在10-4Pa以上，运行中不应低于10-2Pa，因此密封问题特别重要，否则就会导致开断失败，造成事故。
4）真空断路器使用安全，维护简单操作噪声小，防火防爆。真空开关使用中，灭弧室无须检修。
5）分断感性负载时会产生过电压。真空灭弧室对高频小电流的灭弧能力很强，在交流电流接近过零瞬间开断电路时还会产生多次复燃过电压和三相截流过电压。为安全起见，常常在真空开关的负载侧加装过电压保护装置，将过电压抑制在一定范围内。常用的有氧化锌避雷器和阻容保护装置。
真空断路器灭弧室结构：
真空灭弧室的基本元器件有外壳、波纹管、动静触头和屏蔽罩等，如图所示。在真空灭弧室内，装有一对动、静触头，触头周围是屏蔽罩。灭弧室的外部密封壳体可以是玻璃或陶瓷。动触头的运动部件连接着波纹管，作为动密封。波纹管能在动触头往复运动时保证真空灭弧室外壳的完全密封。
真空开关常用的触头有：圆盘形触头，如图所示、横向磁场的触头，如图所示、纵向磁场的触头。
圆盘形触头只能在不大的电流下维持电弧为扩散型。随着开断电流的增大，阳极出现斑点，电弧由扩散型转变为集聚型电弧就难以熄灭了。增大圆盘型触头的直径可以延缓阳极斑点的形成。
横向磁场就是与弧柱轴线相垂直的磁场，它与电弧电流产生的电磁力能使电弧在电极表面运动，防止电弧停留在某一点上，延缓阳极斑点的产生，提高开断性能。
在同样的触头直径下，纵向磁场的触头能够开断的电流最大。纵向磁场的触头结构比较复杂，机械强度不易解决。该触头比常规的圆盘触头的损耗大，触头温升高。
3、高、低压互感器
互感器（transformer）是电流互感器与电压互感器的统称。从基本结构和工作原理来说，互感器就是一种特殊变压器。
电流互感器（current transformer,缩写为 CT，文字符号为 TA），是一种变换电流的互感器，其二次侧额定电流一般为 5A。
电压互感器（voltage transformer,缩写为 PT，文字符号为 TV），是一种变换电压的互感器， 其二次侧额定电压一般为 100V。
互感器的功能主要是：
（1）用来使仪表、继电器等二次设备与主电路（一次电路）绝缘，这既可避免主电路的高电压直接引入仪表、继电器等二次设备，有可防止仪表、继电器等二次设备的故障影响主回路，提高一、二次电路的安全性和可靠性，并有利于人身安全。
（2）用来扩大仪表、继电器等二次设备的应用范围，通过采用不同变比的电流互感器，用一只5A量程的电流表就可以测量任意大的电流。同样，通过采用不同变压比的电压互感器，用一只100V量程的电压表就可以测量任意高的电压。而且由于采用互感器，可使二次仪表、继电器等设备的规格统一，有利于这些设备的批量生产。
三、实验内容
1、隔离开关的操作方法
1）无远方操作回路的隔离开关，拉动隔离开关时保证操作动作正确，操作后应检查隔离开关位置是否正常。
2）必须正确使用防误操作装置，运行人员无权解除防误操作装置。
3）手动操作，合闸时应迅速果断，但不宜用力过猛，以防震碎瓷瓶，合上后检查三相接触情况。合闸时发生电弧应将隔离开关迅速合上，禁止将隔离开关再行拉开。拉隔离开关时应缓慢而谨慎，刚拉开时如发生异常电弧应立即反向，重新将隔离开关合上。如已拉开，电弧已断，则禁止重新合上。拉、合隔离开关结束后，机构的定位闭锁销子必须正确就位。
4）电动操作，必须确认操作按钮分、合标志，操作时看隔离开关是否动作，若不动作应查明原因，防止电动机烧坏。操作后，检查刀片分、合角度是否正常并拉开电动机电源隔离开关。倒闸操作完后，拉开电动操作总电源隔离开关。
5）带有地刀的隔离开关，主、地隔离开关间装有机械闭锁，不能同时合上，但都在断开位置时，相互间不能闭锁。这时应注意操作对象，不可错合隔离开关，防止事故发生。
2、断路器的操作
（1）、断路器操作的一般要求如下：
A、断路器经检修恢复运行，操作前应检查检修中的安全措施是否全部拆除，防误闭锁装置是否正常。
B、长期投运的断路器在正式执行操作前应通过远方控制方式进行试操作2-3次，无异常后方能按操作票拟定的方式操作。
C、操作前应检查控制回路、控制电源或液压回路均正常，储能机构已储能，继电保护和自动装置已按规定投入，即具备运行操作条件。
D、操作中应同时监视有关电压、电流、功率等表计的指示及红绿灯的变化。操作把手不宜返回太快（一般等红、绿灯变化正常后再放手）。
E、装有重合闸装置的断路器，正常操作分闸前，应先停用重合闸。
F、当液压机构正在打压时，不得操作断路器。
G、当断路器故障跳闸与规定允许次数只差一次时，应将重合闸装置停用，如已达到规定次数，应立即安排检修，不应再将其投入运行。
(2)、操作断路器时操作机构应满足：
A、电磁机构在合闸操作前，检查合闸母线电压、控制母线电压均在合格范围。
B、操作机构箱门关好，栅栏门关好并上锁，脱扣部件均在复归位置。
C、SF6断路器压力正常。
D、液压机构压力正常。
（3）、运行中断路器几种异常操作的规定：
A、电磁机构严禁用杠杆或千斤顶进行带电合闸操作。
B、无自由脱扣的机构严禁就地操作。
C、液压操作机构，如因压力异常导致断路器分、合闸闭锁时，不准擅自解除闭锁进行操作。
（4）、断路器故障状态下的操作规定：
A、断路器运行中，由于某种原因造成断路器严重缺油，SF6断路器气体压力异常，严禁对断路器进行停、送电操作，应立即断开故障断路器的控制电源，及时采取措施，将故障断路器退出运行。
B、分相操作的断路器操作时，发生非全相合闸，应立即将已合上相拉开，重新操作合闸一次，如仍不正常，则应拉开已合上相，切断该断路器的控制电源，查明原因。
3、高低压互感器
观察各种高压电流互感器和电压互感器的结构，了解其工作原理和使用注意事项。
4、高压开关柜
观察高压开关柜的结构，了解其主结线方案和主要设备布置，并通过实际操作，了解其运行操作方法。对“防误型”开关柜，了解其如何实现“五防”要求。所谓“五防”是指：1、防止误分、合断路器；2、防止带负荷分、合隔离开关；3、防止带电挂地线；4、防止带地线合闸；5、防止误入带电间隔。
“五防”柜从电气和机械联锁上采取的措施，实现了高压安全操作程序化，防止了误操作，提高了安全性和可靠性。
四、思考题
1、 高压隔离开关、高压负荷开关和高压断路器在结构、性能和操作要求方面各方面各有何特点？
2、 电流互感器的外壳上为什么要标上“副线圈工作时不许开路”等字样？
实验二 低压电器的认识实验
一、实验目的
1、了解HD13型低压刀开关、DW15型低压万能断路器以及低塑壳压断路器的实际结构、工作原理和基本特性；
2、掌握低压开关柜的基本操作步骤。
二、实验设备原理
1、低压刀开关
低压刀开关适用于交流50Hz，额定电压380V或直流220V，额定电流300A~600A，主要用于配电设备的控制电路中，作不频繁地电动接通和切断或隔离电源之用，操作应在无负荷下进行。适用于机械、冶金、地铁、化工、电镀、水利等工农业各部门，作为大电流控制场所的关键设备，获得了广泛应用。
刀开关的分类方式很多。按其操作方式分，有单投和双投。按其极数分，有单极、双极和三极。按其有无灭弧结构分，有不带灭弧罩和带灭弧罩的两种。不带灭弧罩的刀开关，一般只能在无负荷下操作，主要作隔离开关用。带有灭弧罩的刀开关，能通断一定的负荷电流。
2、低压断路器
低压断路器(文字符号为QF)，俗称自动开关，它既能带负荷通断电路，又能在短路、过负荷和低电压（或失压）时自动跳闸，其功能与高压断路器类似。当线路上出现短路故障时，其过电流脱扣器动作，使开关跳闸。如出现过负荷时，其串联在一次线路上的电阻发热，使双金属片弯曲，也使开关跳闸。当线路电压严重下降或电压消失时，其失压脱扣器动作，同时使开关跳闸。如果按下按钮6或7，使失压脱扣器失压或使分励脱扣器通电，则可使开关远距离跳闸。低压万能式断路器，又称框架式自动开关。它是敞开地装设在金属框架上的，而其保护方案和操作方式较多，装设地点也很灵活，故名“万能式”或“框架式”。 DW型断路器的合闸操作方式较多，除手柄操作外，还有杠杆操作、电磁操作和电动机操作等方式。DW型断路器的交直流电磁合闸操作电路，
3、低压塑壳式断路器
低压塑壳式断路器，又称装置式自动开关，其全部机构和导电部分都装设在一个塑料外壳内，仅在壳盖中央露出操作手柄，供手动操作之用。它通常装设在低压配电装置中，多用作配电支线负荷端开关及不频繁启动电动机的控制和保护开关。低压断路器的操作机构一般采用四连杆机构，可自由脱扣。从操作方式分，有手动和电动两种。手动操作利用操作手柄，电动操作则利用专用的控制电动机，但一般只有容量较大的才装设电动操作机构。低压断路器的操作手柄有三个位置：
1）合闸位置，手柄扳向上边，跳钩被锁扣扣住，触头维持在合闸状态。
2）自由脱扣位置，跳钩被释放（脱扣），手柄移至中间（水平）位置，触头断开。
3）分闸和再扣位置，手柄扳向下边，跳钩又被锁扣扣住，从而完成“再扣”操作，为下次合闸做好准备。如果断路器自动跳闸后，不将手柄扳向再扣位置（即分闸位置），要想直接手动合闸是合不上的。
其主要特性
（1）额定极限短路分断能力Icu
　　断路器的分断能力指标有两种：额定极限短路分断能力Icu和额定运行短路分断能力Ics。Ics作为一个特性参数，并非只简单考虑断路器的分断能力，而是作为一种分断指标，即分断几次短路故障后，还能保证其正常工作。对塑壳式断路器而言，应有足够的Icu，能够分断短路电流使开关跳闸。按规定塑壳式断路器的Ics只要大于25%Icu就算合格。而目前市场上断路器的Ics大多数在(50％—75%)Icu之间，所以对供电要求不高的配电系统，只须考虑 Icu。
（2）限流分断能力
　　限流分断能力是指断路器短路跳闸时限制故障电流的能力。断路器发生短路时、触头快速打开产生电弧，相当于在线路中串入1个迅速增加的电弧电阻，从而限制了故障电流的增加。断路器断开时间越少，Ics就越接近Icu，限流效果就越好，也可大大降低短路电流引起的电磁效应、电动效应和热效应对断路器和用电设备的不良影响，延长断路器的使用寿命。
（3）短路保护
　　短路保护就是短路瞬时跳闸。要注意在负荷变化后及时调整保护的整定值，防止整定值过小频繁跳闸影响供电质量，或整定值过大使线路和设备得不到有效保护。
（4）过载延时保护
　　过载延时保护是指负荷电流超过设备的限定范围有烧毁设备的危险，保护装置能在一定时间内切断电源。过载有个热量积累的过程，保护动作不需要过于迅速。对于短时过电流，保护不应该动作。
（5）隔离功能
　　隔离功能就是要求断路器断开后的泄漏电流不致对人身和设备产生危害。多次短路跳闸后开关性能下降，泄漏电流会增大。对人体而言30mA以下为安全漏电电流，而在恶劣的环境中，超过300mA的泄漏电流持续2小时以上，就可能使绝缘损坏发生相地短路进而引发火灾。
（6）漏电保护
　　漏电器有热磁式和电子式2种，相比而言电子式漏电器具有体积小、精度高、灵敏度高的优点，但其抗干扰能力较差。目前电子式漏电保护器占据主流，当漏电电流达到整定值时，执行电路接收零序电流互感器二次侧的感应电压信号，驱动转换触点输出漏电保护信号，使脱扣器动作切断电源。
一般终端开关的整定漏电脱扣电流为30mA、上一级支路开关的整定值为300mA。起火危险性大的电弧性短路难以被短路保护有效切断，而漏电器可以可靠的断开接地故障，防止人身触电和相地短路故障的发生。
三、实验内容及方法
在供电实验室观察研究的各种常用低压电器（包手各种型号的低压熔断器、刀开关、刀熔开关、负荷开关、低压断路器）和低压配电屏（固定式、抽屉式）。
低压断路器（即自动开关、空气自动开关）是工厂供电系统低压系统中主要控制设备，它担负着接通和断开正常低压电路和在短路或过负荷故障条件下，迅速地自动切断故障电路的任务，所以低压断路器性能的好坏，脱扣器的选择、整定是否合适，直接影响低压供电系统进行的安全和可靠。
低压断路器的类型很多，工厂供电系统中常用的有两种，即框架式（DW型）和塑壳（DZ）型，即使一种类型也有许多不同规格，限于实验室条件，主要对DZ10-100型低压断路器内部结构和脱扣器的整定进行分析实验。
1、HD13型低压刀
卸下外盖，进行细致观察，观察HD13型低压刀开关的实际结构，了解其操作步骤，注意其不能带负荷动作。
2、DW15型低压万能断路器
卸下外盖，进行细致观察，观察DW15型低压万能断路器的实际结构，了解其操作步骤，注意其可以带负荷动作。
3、低压塑壳压断路器
卸下外盖，进行细致观察，观察低压塑壳压断路器的实际结构，了解其操作步骤，注意其可以带负荷动作。
4、脱扣器实验
DZ10-100G型低压断路器有三种类型脱扣器，电磁式（过流）脱扣器，热脱扣器，分励脱扣器。
（一）、 电磁脱扣器的实验
1）实验接线如图2－1所示。

图2－1 实验接线
2）接线注意
① 升流器付边（二次侧）采用YC-35电焊把线，接线牢固；
② 电流互感的变比采用150/5，故一次侧绕4匝；
③ 实验前应将调压器的输出为0。
3）实验步骤
① 按图接线经老师检查无误后进行实验；
② 合电源开关QK，接通调压器电源；
③ 合上被测低压断路器QF；
④ 操作调压器缓慢提高输出电压，则升流器输出电流上升，注意电流表读数，直到低压断路器跳闸，（约70A左右），记下电流表读数；
⑤ 将调压器输出降至0；
⑥ 重复③、④、⑤两次；
⑦ 断开电源开关QK；
⑧ 计算出三次实验中测定电流的平均值。
4）测量脱扣电流的注意事项：
① 升流器二次侧电流由0上升至脱扣电流的时间控制在1分钟左右；
② 注意电流表读数的换算；
当电流表接于5A档时，电流值=1.5A×刻度数；
当电流表接于2.5A档时，电流值=0.75A×刻度数。
（二）、分励脱扣实验
（1）实验电路如图2－2所示。

图2－2 分励脱扣实验电路图
（2）实验步骤
① 按图接线经检查无误；
② 合QF；
③ 合电源开关QK，则QF瞬间跳闸；
④ 断开QK；
⑤ 重复②、③、④一次。

表2－1 实验数据记录
低压断路器型号： 电流互感器变比：
测量次数
1
2
3
电流表读数

脱扣电流值

平均值

四、思考题
1、几种低压刀开关的操作有什么不同？为什么要这样操作？
2、电磁脱扣器、热脱扣器、分励脱扣器原理分析。
3、电磁脱扣器、热脱扣器动作电流的调整途径。
4、电磁脱扣器、热脱扣器、分励脱扣器的结构有何相同？