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第二章第二章 供电系统的主供电系统的主要电气设备要电气设备。1第一节 概 述 （1）电气设备电气设备的定义 供配电系统的电气设备是指用于发电、输电、变电、配电和用电的所有设备，包括发电机、变压器、控制电器、保护设备、测量仪表等。1 按电压等级分（1）高压 配电装置交流50Hz 额定电压1200V 以上，直流额定电压1500V以上 （2）低压配电装置 交流50Hz 额定电压1200V 以下 ，直流、额定电压1500V及以下 22.按工作环境分（1）户内型配电装置 10KV 环境恶劣的35110KV（2）户外型配电装置 30KV3.按结构形式分（1）装配式配电装置（2）成套式配电装置4按设备所属回路分 （1）一次回路及一次设备）供配电系统中用于传输、一次回路 供配电系统中用于传输、变换和分配电力电能的主电路 一次设备或一次电器 设置在一次回路中的电气设备3按在一次电路中的功能分 1变换设备用来按电力系统工作的要求变换电压或电流的电气设备）如变压器、互感器等。2控制设备用于按电力系统的工作要求控制一次电路通、断的电 气设备），如高低压断路器、开关等。3保护设备用来对电力系统进行过电流和过电压等的保护用电气 设备），如熔断器、避雷器等。4补偿设备用来补偿电力系统中无功功率以提高功率因数的设备）如并联电容器等。4（2）电弧的产生及灭弧方法电弧 一种高温、强光的电游离现象，开关电器和线路中一种必然的 物理现象，是电流的延续。产生电弧的根本原因：触头间很大电场强度和很高的温度导致触头本身的电子及触头周围介质中 的电子被游离而形成电弧电流。5产生电弧的游离方式 （1）高电场发射 强电场把触头表面的电子拉出，形成自由电子并发射到触头间隙中。（2）热电发射 触头表面的电子吸收足够的热能而发射到触头间隙中形成 自由电子向间隙四周发射出去。（3）碰撞游离 高速移动的自由电子碰撞中性质点，使中性质点游离成带 正电的正离子和自由电子。当离子浓度足够大时，介质被击穿而产生电弧。（4）热电离6电弧的主要特征（1）能量集中，发出高温、强光（2）自持放电，维持电弧稳定燃烧所需电压很低。（3）游离的气体，质轻易变。7电弧的危害（1）延长了电路的开断时间，从而使故障对供配电系统造成更大的损 坏。（2）高温使开关触头变形、熔化，从而导致接触不良甚至损坏。（3）高温可能造成人员灼伤甚至直接或间接的死亡，强光可能损害人 的视（4）引起弧光短路，严重时造成爆炸事故。严重时造成爆炸事故。8开关电器中常用的灭弧方法1.速拉灭弧法 高低压断路器中都装有强力的断路弹簧，目的就是加速触头的分断速度。是开关电器中最基本的灭弧方法。2冷却灭弧法 利用介质如油等来降低电弧的温度从而增强去游离来加速电弧的熄灭。93吹弧灭弧法 利用外力如气流、油流或电磁力来吹动电弧，使电弧拉长，同时也使电弧 冷却，电弧中的电场强度降低，复合和扩散增强，加速电弧熄灭。按吹弧的方向分为纵吹和横吹104.长弧切短灭弧法 利用金属片（如钢栅片）将长弧切成若干短弧。当外施电压 所示 利用金属片（如钢栅片）将长弧切成若干短弧。(触头间小于电弧上的电压降时，电弧不能维持而迅速熄灭。分刀开关的灭弧罩就是利用这个原理来灭弧的。115.狭沟灭弧法 有的熔断器在熔管中充填石英砂，就是利用狭沟灭弧原理。6.真空灭弧法 真空断路器就是利用这种原理来熄灭电弧的。注：电气设备的灭弧性能往往是衡量其运行可靠性和安全性的重要指 标之一。12第二节 熔断器文字符号：FU 定义：用于过电流（短路保护）保护的最为简单和常用的电器。功能：当通过的电流超过规定值并经过一定的时间后熔体（熔丝或熔件熔化而分断电流，断开电路来完成短路保护和过负荷保护功能。优点：体积很小，但却能分断很高的短路电流。13一、高压熔断器14RN型高压熔断器熔管中充填石英砂15RN1型用于高压电力线路及其设备和电力变压器的短路保护。RN2用于电压互感器的短路保护。RN3用于电力线路的短路保护。RN4用于直流配电装置过载和短路保护。RN5和RN6是改进型 具有体积小、重量轻、防尘性能好、维修和更换方便等特点。16RW型RW4/RW10 隔离开关的作用 短路保护功能 RW4无专门灭弧装置。不容许带负荷操作 RW10 在上静触头上加装了简单的灭弧室。可带负荷操作17常用低压熔断器18RM10 结构简单，价格低廉，更 换熔体方便。适用条件：交流50Hz、额定电压380V或直流额定电压440V以下电网。作用：短路保护和防止连续过负荷。19RT0 20 适用条件：交流50Hz、额定电压380V、直流额定电压440V以下短路电流大电网或配电装置中。断流能力要求高场所 保护性能好，断流能力大。作用：作为电缆、导线、电气设备短路保护和过负荷保护。结构复杂、价格昂贵。21第三节 高压开关设备开关设备 ：用用来接通和断开电路的设备，以保证用电设备和检修人员的安全。高压开关设备：定义：用于额定电压在3KV以上电压输配电线路的开关设备。种类：高压隔离开关、高压负荷开关、高压断路器等。22一、高压隔离开关（一、高压隔离开关（QSQS）用途：隔离高压电源、保证设备和线路的安全检修。特征：断开后有明显可见的断开间隙。无专门的灭弧装置，不允许带负荷操作 可以通断不超过2A的空载变压器、电容电流不超过5A的空载线路，与高压断路器配合使用。（电弧条件）23高压隔离开关型号参数含义24高压隔离开关型号参数含义25GN810GN810600600型高压隔离开关型高压隔离开关 1上接线端子2静触头3闸刀4绝缘套管5下接线端子6框架7转轴8拐臂9升降瓷瓶10支柱瓷瓶 262728二、高压负荷开关（二、高压负荷开关（QLQL）具有简单的灭弧装置，功能：能通断一定的负荷电流和过负荷电流，不能断开短路电流，与高压熔断器配合使用，消除过电流和短路故障。2930FN310RT型高压负荷开关型高压负荷开关 户内型、10KV、设计序号为3、带热脱扣器和熔断器型高压负荷开关FN5-10D型：闸刀中部装有灭弧管，灭弧馆内有整套灭弧装置，灭弧性能更优良。31FN310RT型高压负荷开关型高压负荷开关 1主轴，2上绝缘子兼气缸，3连杆，4下绝缘子，5框架，6 RN1型高压熔断器，7下触座，8闸刀，9弧动触头，10绝缘喷嘴(内有弧静触头)，11主静触头，12上触座，13断路弹簧，14绝缘拉杆，15热脱扣器32结构组成结构组成1)上绝缘子兼汽缸上绝缘子兼汽缸 是一个是一个简单的灭弧室简单的灭弧室，不仅起到支持绝缘子的作用，而且其内部不仅起到支持绝缘子的作用，而且其内部气缸装有传动机构传动的活塞。气缸装有传动机构传动的活塞。2)传动机构传动机构 主轴、连杆、活塞等主轴、连杆、活塞等3)绝缘喷嘴和弧静触头绝缘喷嘴和弧静触头 在上绝缘子上部在上绝缘子上部4)闸刀和弧动触头闸刀和弧动触头 33工作原理工作原理 当负荷开关分闸时，弧动触头与弧静当负荷开关分闸时，弧动触头与弧静触头之间产生电弧，同时分闸时主轴触头之间产生电弧，同时分闸时主轴转动而带动活塞，压缩气缸内的空气，转动而带动活塞，压缩气缸内的空气，从喷嘴向外吹弧，使电弧迅速熄灭。从喷嘴向外吹弧，使电弧迅速熄灭。同时，其外形与户内式隔离开关相似，同时，其外形与户内式隔离开关相似，也具有明显的断开间隙。因此，它同也具有明显的断开间隙。因此，它同时具有隔离开关的作用。时具有隔离开关的作用。34常用型号FW1-10适用于农村和小容量工业电网。FW2-10G用钩棒和绳索在地面操作。FW4-10G与熔断器配合使用，可以替代断路器切断电路和保护线路。FW5-10型可分合负载电流、电容器电流及环流。35三、高压断路器三、高压断路器高压断路器高压断路器文字符号文字符号QF是高压输配电线路中最为重要的电气设备，是高压输配电线路中最为重要的电气设备，它的选用和性能直接关系到线路运行的安它的选用和性能直接关系到线路运行的安全性和可靠性。全性和可靠性。1作用作用 （1）通断正常的负荷电流和过负荷电流；）通断正常的负荷电流和过负荷电流；（2）通断一定的短路电流；）通断一定的短路电流；（3）在保护装置作用下，自动跳闸，切断）在保护装置作用下，自动跳闸，切断短路电流。短路电流。362类型类型 （1）高压断路器按采用的灭弧介质分）高压断路器按采用的灭弧介质分1）空气断路器）空气断路器2）磁吹断路器）磁吹断路器3）六氟化硫）六氟化硫(SF6)断路器断路器4）真空断路器）真空断路器5）油断路器）油断路器 按油量大小分为少油和多油按油量大小分为少油和多油两类。两类。多油断路器的油量多，兼有灭弧和多油断路器的油量多，兼有灭弧和绝缘的双重功能绝缘的双重功能；少油断路器的油量少，少油断路器的油量少，只作灭弧介质用只作灭弧介质用。37空气断路器空气断路器利用高压空气吹动电弧并使其熄灭的断路器。压缩空气作用：一、吹弧，使电弧冷却而熄灭二、触点断开后的绝缘介质三、为操作提供气吹动力。38技术性能优良，但结构复杂，一般只应用在大型变配电所中。它应用在户外小型高压变配电所中35KV侧，用于开断故障电流，切换线路。39磁吹断路器磁吹断路器原理：利用自身流过的大电流产生的电磁力，将电弧拉长并进入灭弧式内灭弧。性能差，目前以较少采用。40六氟化硫六氟化硫(SF6)断路器断路器六氟化硫断路器是利用六氟化硫(SF6)气体作为灭弧介质和绝缘介质的一种断路器。简称 SF6断路器。SF6气体无色无味不燃烧的惰性气体，密度是空气的5.1倍，因此具有优良的绝缘性能和灭弧性能。适用条件：电弧炼钢炉变压器或电器铁道德电气控制，也可作为发电厂、变配所开断接通电路之用。41真空断路器真空断路器动静触点在真空状态下的灭弧室内工作，由于只有极少量的介质被击穿而导电，因此绝缘性能和灭弧性能都特别好。触点开距小、动作快、燃烧时间短、灭弧迅速，所以外形尺寸和重量可以大大减少，检修方便，使用安全。适用于频繁操作的高压电动机、小型电弧炼钢炉变压器。缺点：工艺复杂，提高技术参数不容易，主要制成三相10KV户内型。42油断路器分类：1 多油断路器油的作用：灭弧和绝缘2 少油断路器油的作用：灭弧优点：结构简单，节省材料，使用维护方便。操作机构：合闸时，做功大。分闸所需功较小。4344高压断路器参数1 额定电压（KV)其承受持续电压的能力，表明了具有的绝缘和灭弧能力。2 额定电流（A)可长时间通过的最大电流3 额定开断电流（KA）额定电压下能开端的最大短路电流，表明其最大过载能力。454 额定断流容量（MV.A）开端能力的另一综合表示值。三相断路器断流容量（MV.A）=3UlN额定开断电流单相断路器断流容量（MV.A）=UPN额定开断电流另外还有：全开断时间（S）、合闸时间（S）、最高工作电压（KV)、热稳定电流（KA）和动稳定电流（KA）46对断路器的基本要求1 工作可靠2 具有足够短路能力3 具有尽可能短的开断时间4 结构简单5 价格低。4748第四节 低压开关设备定义：主要用于IKV以下的电路中的开关设备。分类：低压刀类开关、低压断路器。49一、低压刀类开关分类：低压刀开关、低压刀熔开关、低压负荷开关。（1）低压刀开关：手动设备。种类：型式-单投、双投 极数-单极、双极、三极 灭弧结构-带带灭弧罩、无灭弧罩50常用的有低压刀开关开启式负荷开关（胶壳刀开关），型号为HD,HK系列；封闭式负荷开关（铁壳开关）HH系列；组合开关型号有HZ系列。刀开关在供配电系统和设备控制系统中通常用作电源隔离，有时也可用于不频繁接通和断开小容量电动机。51HD13型52刀开关与熔断器刀开关与熔断器串联装在铁壳内，串联装在铁壳内，亦称铁壳开关。亦称铁壳开关。具有机械连锁装具有机械连锁装置置53低压断路器又称自动空气开关。v 功能：不频繁通断电路，并能在电路过功能：不频繁通断电路，并能在电路过载、短路及失压时自动分断电路。载、短路及失压时自动分断电路。v 特点：操作安全，分断能力较高。特点：操作安全，分断能力较高。v 分类：分类：框架式（万能式）框架式（万能式）和和塑壳式（装塑壳式（装置式）置式）v 结构：触头系统、结构：触头系统、优良灭弧装置优良灭弧装置、脱扣、脱扣机构、传动机构机构、传动机构54低压断路器的图形、文字符号QF55塑壳式低压断路器原理图塑壳式低压断路器原理图1主触头 2自由脱扣器 3过电流脱扣器 4分励脱扣器 5热脱扣器 6欠压脱扣器 7按钮5657万能式（框架式）低压断路器万能式（框架式）低压断路器特点：保护方案和操作方式较多，装设地点灵活，故称“万能式”。58万能式（框架式）低压断路器结构图万能式（框架式）低压断路器结构图5960漏电保护断路器又名漏电保护开关，为了防止低压电网人身触电或因漏电造成火灾等事故。主要技术参数：漏电动作电流和动作时间。61性能指标（1）通断能力：开关电器在规定的条件下，能在给定的电压下接通和分断的最大电流值。（2）保护特性：过电流（短路）保护、过载、欠压。62电力变压器（文字符号为电力变压器（文字符号为T或或TM）用来改变交流电电压大小的电气设备。构成：铁心和绕组构成：铁心和绕组按按冷却介质分为油浸式和干式冷却介质分为油浸式和干式按相数分按相数分（1）单相变压器单相变压器 单相变压器一般供小单相变压器一般供小容量的单相设备专用；容量的单相设备专用；（2）三相变压器三相变压器 三相变压器广泛用于三相变压器广泛用于供配电系统的变电所中；供配电系统的变电所中；63互感器互感器1互感器互感器电流互感器和电压互感器的电流互感器和电压互感器的统称，又称仪用变压器或测量互感器。统称，又称仪用变压器或测量互感器。2作用：根据变压器的变压、变流原理作用：根据变压器的变压、变流原理将一次电量（电压、电流）转变为同类型将一次电量（电压、电流）转变为同类型的二次电量，该二次电量可作为二次回路的二次电量，该二次电量可作为二次回路中测量仪表、保护继电器等设备的电源或中测量仪表、保护继电器等设备的电源或信号源信号源643主要功能主要功能 1）变换功能变换功能 将一次回路的大电压和大电流变换成适合将一次回路的大电压和大电流变换成适合仪表、继电器工作的小电压和小电流。仪表、继电器工作的小电压和小电流。（2）隔离和保护功能隔离和保护功能 作为一、二次电路之间的中间元件，不仅作为一、二次电路之间的中间元件，不仅使仪表、继电器等二次设备与一次主电路使仪表、继电器等二次设备与一次主电路隔离，提高了电路工作的安全性和可靠性，隔离，提高了电路工作的安全性和可靠性，而且有利于人身安全。而且有利于人身安全。65（3）扩大仪表、继电器等二次设备的扩大仪表、继电器等二次设备的应用范围应用范围 通过改变互感器的变比，可以反应任意通过改变互感器的变比，可以反应任意大小的主回路电压和电流值，便于二大小的主回路电压和电流值，便于二次设备制造规格统一和批量生产。互次设备制造规格统一和批量生产。互感器的二次侧的电流或电压额定值统感器的二次侧的电流或电压额定值统一规定为一规定为5A（1A）及）及 100V。66电流互感器电流互感器文字符号文字符号TA，是变换电流的设备。，是变换电流的设备。组成：组成：一次绕组、铁心、二次绕组一次绕组、铁心、二次绕组2）结构特点：）结构特点：1.一次绕组匝数少，二次绕组匝数多一次绕组匝数少，二次绕组匝数多 2.一次绕组导体较粗，二次绕组导体细一次绕组导体较粗，二次绕组导体细 3.一次绕组串接在一次电路中，二次绕一次绕组串接在一次电路中，二次绕组与仪表、继电器电流线圈串联，形成闭组与仪表、继电器电流线圈串联，形成闭合回路。由于这些电流线圈阻抗很小，工合回路。由于这些电流线圈阻抗很小，工作时电流互感器的二次回路接近作时电流互感器的二次回路接近短路短路状态。状态。673）电流互感器的变流比用）电流互感器的变流比用Ki表示表示二次侧不允许开路！二次侧不允许开路！68结线方案结线方案电流互感器在三电流互感器在三相电路中的常相电路中的常用四种结线方用四种结线方案如图所示：案如图所示：一相式结线一相式结线 如图如图应用应用 通常用于通常用于三相负荷平衡三相负荷平衡的系统中，供测量电流或过的系统中，供测量电流或过负荷保护装置用负荷保护装置用。69两相两相V形结线形结线 如图如图应用应用 在中性点不接地的三相三线制系统在中性点不接地的三相三线制系统中，用于测量三相电流、电能及作过电流中，用于测量三相电流、电能及作过电流继电保护之用继电保护之用称称“两相两继电器式结线两相两继电器式结线”。70两相电流差式结线两相电流差式结线71三相星形结线三相星形结线应用应用 被广泛用被广泛用于于三相负荷不三相负荷不平衡的三相四平衡的三相四线制系统线制系统中，中，也用在负荷可也用在负荷可能不平衡的三能不平衡的三相三线制系统相三线制系统中作三相电流、中作三相电流、电能测量及过电能测量及过电流继电保护电流继电保护之用。之用。72电流互感器的使用注意事项电流互感器的使用注意事项1）电流互感器在工作时二次侧不得开）电流互感器在工作时二次侧不得开路。路。2）电流互感器二次侧有一端必须接地）电流互感器二次侧有一端必须接地3）电流互感器在结线时，要注意其端）电流互感器在结线时，要注意其端子的极性。子的极性。73电压互感器（TV）测量高压装置的电压时使用。一次绕组与高压电路并联，二次绕组与测量仪表或继电器的线圈并联，二次绕组电压通常规定为100V。分类：相数-单相式、三相式 绕组数-二绕组、三绕组 二次侧不可短路！三柱式三柱式五柱式五柱式74第七节 母线、绝缘套管和电抗器母线英文名称：busbar 定义：可以连接多个电气回路的低阻抗导体。母线是指在变电所中各级电压配电装置的连接，以及变压器等电气设备和相应配电装置的连接，大都采用矩形或圆形截面的裸导线或绞线，这统称为母线。作用是汇集、分配和传送电能。75母线的类型常用母线有硬母线、软母线两种。硬母线用铜或铝做成，形状有矩形、槽形和管形数种，多用于35 kV及以下的屋内配电装置，110 kv220 kv屋外配电装置有时也采用铝管母线。软母线有铝绞线、铜绞线或钢芯铜线线等，软母线多用于35 kv以上的屋外配电装置。76母线按结构分为硬母线和软母线。硬母线又分为矩形母线和管形母线。矩形母线一般使用于主变压器至配电室内，其优点是施工安装方便，运行中变化小，载流量大，但造价较高。软母线用于室外，因空间大，导线有所摆动也不致于造成线间距离不够。软母线施工简便，造价低廉。77型号代号根据以铝代铜的原则，现大量使用铝合金母线，200A以下可使用钢母线。10KV以下用矩形母线，35KV以上使用管形母线。铝绞线-LJ钢芯铝绞线-LGJ铝合金绞线-HLJ78母线截面积的选择IxuIgIxu -某一环境温度下（25）所选母线截面的长期允许电流值；Ig-通过母线的最大长期负载电流79母线的着色意义：可以增加辐射能力，有利散热可以增加辐射能力，有利散热，因此母线着色后，容许负荷电流可提高12%-15%。钢母线着色还能防锈蚀。同时使工作人员便于识别相序和直流极性。一般母线着色标志如下：直流直流：正极-红色；负极-蓝色。交流交流：A A相相-黄色黄色；B B相相-绿色绿色；C C相相-红色红色 中性线中性线：不接地的中性线不接地的中性线-白色或黑色白色或黑色；接地的中性线接地的中性线-紫色紫色。80电抗器意义：为弥补某些断路器遮断容量不足原理：增大短路阻抗、限制短路电流。作用：维持母线电压水平，使母线上的电压波动较小，保证了非故障线路上的用户电气设备运行的稳定性。81