设备管理_供配电系统的常用电气设备论述

第4章供配电系统的常用电气设备 4 1概述 4 2电弧的产生及灭弧方法 4 3电力变压器 4 4互感器 4 5熔断器 4 7低压开关设备 4 6高压开关设备 4 9成套配电装置 4 8避雷器 小结 4 1概述 4 1 1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 线路器材和用电设备 如电动机 照明用具 等 4 1 2电气设备的分类1 按电压等级分 1 高压设备交流50Hz 额定电压1200V以上直流 额定电压1500V以上 2 低压设备交流50Hz 额定电压1200V及以下直流 额定电压1500V及以下 2 按设备所属回路分 1 一次回路及一次设备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 2 二次回路及二次设备二次回路指用来控制 指示 监测和保护一次回路运行的电路二次设备或二次电器设置在二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 5 成套设备 装置 按一次电路接线方案的要求 将有关的一次设备及其相关的二次设备组合为一体的电气装置 如高低压开关柜 低压配电屏 动力和照明配电箱等 4 1概述 4 2 1电弧及其主要危害电弧 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 1 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 2 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力 4 引起弧光短路 严重时造成爆炸事故 4 2电弧的产生及灭弧方法 4 2 2电弧的产生 1 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 2 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 不断的碰撞使触头间隙中正离子和自由电子数越来越多 形成 雪崩 现象 当离子浓度足够大时 介质被击穿而产生电弧 4 高温游离电弧形成后的高温 加强了正离子和自由电子的游离 触头越分开 电弧越大 高温游离也越显著 注 高电场发射和热电发射的游离方式在触头分开之初占主导作用碰撞游离和高温游离使电弧持续和发展它们是互相影响 互相作用的 1 电弧熄灭的条件去游离率大于游离率 即其中离子消失的速率大于离子产生的速率 2 去游离方式 1 复合正 负带电质点重新结合为中性质点电弧中温度越低 电场强度越弱 截面越小 介质的性质越稳定 密度越高 复合愈快 2 扩散电弧中的带电质点向电弧周围介质散发开去 使弧区带电质点的浓度减少 电弧与周围介质的浓度差越大 电弧与周围介质的温度差越大 电弧截面越小 扩散就越强烈 3 交流电弧的熄灭电流过零时 电弧将暂时熄灭 弧柱温度急剧下降 高温游离中止 去游离大大增强 阴极附近空间的绝缘强度迅速增高 由于交流电流每一个周期两次过零值 在熄灭交流电弧时 就是充分利用这一特点来加速电弧的熄灭 4 2 3电弧的熄灭 1 速拉灭弧法是开关电器中最基本的灭弧方法 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 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 3 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 1 按吹弧的方向 相对电弧方向 分纵吹和横吹 如图4 1a和图4 1b所示 4 2 4开关电器中常用的灭弧方法 2 按施加外力的性质来分 气吹 油吹 磁力吹和电动力吹等 如图4 2所示的低压刀开关迅速拉开刀闸时电动力吹弧使电弧加速拉长 如图4 3所示采用专门的磁吹线圈来吹弧 4 2 4开关电器中常用的灭弧方法 如图4 4所示利用铁磁物质钢片来吸动电弧 这相当于反向吹弧 4 2 4开关电器中常用的灭弧方法 4 长弧切短灭弧法如图4 5所示 利用金属片 如钢栅片 将长弧切成若干短弧 当外施电压 触头间 小于电弧上的电压降时 电弧不能维持而迅速熄灭 低压断路器和部分刀开关的灭弧罩就是利用这个原理来灭弧的 4 2 4开关电器中常用的灭弧方法 5 粗弧分细灭弧法将粗弧分成若干平行的细小电弧 增大了接触面 降低电弧的温度 从而使带电质点的复合和扩散得到加强 使电弧加速熄灭 6 狭沟灭弧法如图4 6所示 陶瓷制成的绝缘灭弧栅使电弧在固体介质所形成的狭沟中燃烧 冷却条件改善 电弧与介质表面接触使带电质点的复合增强 从而加速电弧的熄灭 如有的熔断器在熔管中充填石英砂 就是利用狭沟灭弧原理 4 2 4开关电器中常用的灭弧方法 7 真空灭弧法将开关触头装在真空容器内 产生的电弧 真空电弧 较小 且在电流第一次过零时就能将电弧熄灭 真空断路器就是利用这种原理来熄灭电弧的 8 六氟化硫 SF6 灭弧法SF6气体具有优良的绝缘性能和灭弧性能 绝缘强度约为空气的3倍 而绝缘强度的恢复速度约比空气快100倍 可极大的提高开关的断流容量和减少灭弧所需时间 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 4 2 4开关电器中常用的灭弧方法 4 2 5对电气触头的基本要求 1 满足正常负荷的发热要求触头必须接触紧密良好 尽量减少或避免触头表面产生氧化层 以降低接触电阻 2 具有足够的机械强度能够经受规定的通断次数而不致发生机械故障或损坏 3 具有足够的动稳定度和热稳定度具有足够的动稳定度指在可能发生的最大短路冲击电流通过时 触头不至于因最大电动力作用而损坏具有足够的热稳定度指在可能最长的短路时间内通过最大短路电流时所产生的热量不致使触头烧损或熔焊 4 具有足够的断流能力在开断规定的最大负荷电流或最大短路电流时 触头不应被电弧过度烧损 更不应发生熔焊现象 4 3电力变压器 4 3 1概述电力变压器 文字符号为T或TM 三相变压器额定容量在5KV A及以上 单相的在1KV A及以上的输变电用变压器 均称为电力变压器 它是供配电系统中最关键的一次设备 主要用于公用电网和工业电网中 将某一给定电压值的电能转变为所要求的另一电压值的电能 以利于电能的合理输送 分配和使用 4 3 2电力变压器的分类及特点 1 按功能分 1 升压变压器在远距离输配电系统中 用来把较低电压升高为较高的电压级 2 降压变压器直接供电给各类用户的终端变电所 采用降压变压器 2 按相数分 1 单相变压器单相变压器一般供小容量的单相设备专用 2 三相变压器三相变压器广泛用于供配电系统的变电所中 3 按绕组导体的材质分 1 铜绕组变压器铜绕组变压器的损耗更低 所以尤其是大容量的铜绕组变压器已得到更为广泛的应用 2 铝绕组变压器4 按绕组型式分 1 双绕组变压器用于变换一个电压的场所 2 三绕组变压器用于需两个电压的场所 它有一个一次绕组 两个二次绕组 2 自耦式变压器大多用在实验室中作调压用 5 按容量系列分 用R10系列来确定变压器的容量 即按R10 1 26的倍数递增 常用的有100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150KV A等 1 小型变压器容量在500KV A以下的变压器 2 中型变压器容量在630 6300KV A之间的变压器 3 大型变压器容量在8000KV A以上的的变压器 6 按电压调节方式分 1 无载调压变压器一般用于对电压水平要求不高的场所 特别是10KV及以下的配电变压器 2 有载调压变压器在10KV以上的电力系统和对电压水平要求较高的场所主要采用有载调压变压器 7 按安装地点分 1 户内式 2 户外式 4 3 2电力变压器的分类及特点 8 按冷却方式和绕组绝缘分 1 油浸式油浸自冷式 油浸风冷式 油浸水冷式和强迫油循环冷却方式特点 绝缘和散热性能好 价格较低 便于检修 油的可燃性使其不便用于易燃易爆和安全要求较高的场合 1 自冷式普通的中小容量的变压器采用 2 水冷式和强迫油循环冷却方式大容量的油浸式变压器采用 3 风冷式用通风机来加强变压器的散热冷却 一般用于大容量变压器 2000KV A及以上 和散热条件较差的场所 2 干式浇注式 开启式 封闭式特点 结构简单 体积小 重量轻 防火 防尘 防潮 价格贵 用在安全防火要求较高的场所 如大型建筑物内的变电所 地下变电所和矿井内变电所 3 充气式 SF6 利用充填的气体进行绝缘和散热的变压器特点 电气性能优良 用于安全防火要求较高的场所 并常与其他充气电器配合 组成成套装置 4 3 2电力变压器的分类及特点 9 按用途分 1 普通变压器 2 防雷变压器 3 配电变压器6 10kV 0 4kV的变压器 4 主变压器安装在总降压变电所的变压器 4 3 2电力变压器的分类及特点 4 3 3电力变压器的结构1 变压器的基本结构 1 电路部分 一次绕组与系统电路和电源连接的绕组二次绕组与负载连接的绕组 2 磁路部分 变压器的铁心 表面涂有绝缘漆膜的硅钢片交错叠成铁心 由铁轭和铁心柱组成 4 3 3电力变压器的结构 2 常用三相油浸式电力变压器如图4 7所示 图4 7三相油浸式电力变压器的结构1 信号温度计2 铭牌3 吸湿器4 油枕 储油柜 5 油位指示器6 防爆管7 瓦斯继电器8 高压套管9 低压套管10 分接开关11 油箱及散热油管12 铁心13 绕组及绝缘14 放油阀15 小车16 接地端子 2 油箱的四种结构 散热管油箱散热管的管内两端与箱体内相通 油受热后 经散热管上端口流人管体 冷却后经下端口又流回箱内 形成循环 用于1600KV A及以下的变压器 带有散热器的油箱用于2000KV A以上的变压器 平顶油箱 波纹油箱 瓦楞型油箱 2 高低压套管套管为瓷质绝缘管 内有导体 用于变压器一 二次绕组接入和引出端的固定和绝缘 3 瓦斯继电器容量在800KV A及以上的油浸式变压器 户内式的变压器容量在400KV A及以上安装 其作用是在变压器油箱内部发生故障时进行瓦斯保护 4 3 3电力变压器的结构 1 油箱箱体 箱盖 散热装置 放油阀1 箱体箱体内有绕组 铁心和变压器的油 变压器油既有循环冷却和散热作用 又有绝缘作用 绕组与箱体 箱壁 箱底 有一定的距离 由油箱内的油绝缘 4 储油柜 油枕 内储有一定的油1 作用 补充变压器因油箱渗油和油温变化造成的油量下降 当变压器油发生热胀冷缩时保持与周围大气压力的平衡 2 储油柜附件 吸湿器与油枕内油面上方空间相连通 能够吸收进入变压器的空气中的水分 以保证油的绝缘强度 5 防爆管作用 防止油箱发生爆炸事故 当油箱内部发生严重的短路故障时 油的急剧分解产生大量的瓦斯气体 导致油箱内部压力剧增从而使防爆管的出口处玻璃会自行破裂 释放压力 并使油流向一定方向喷出 6 分接开关作用 用于改变变压器的绕组匝数以调节变压器的输出电压 4 3 3电力变压器的结构 3 环氧树脂浇注的三相干式变压器 树脂绝缘干式变压器 图4 8为环氧树脂浇注绝缘的三相干式电力变压器的结构图 图4 8环氧树脂浇注绝缘的三相干式电力变压器1 高压出线套管和接线端子2 吊环3 上夹件4 低压出线接线端子5 铭牌6 环氧树脂浇注绝缘绕组7 上下夹件拉杆8 警示标牌9 铁心10 下夹件11 小车12 三相高压绕组间的连接导体13 高压分接头连接片 4 3 3电力变压器的结构 1 结构特点 1 高低压绕组各自用环氧树脂浇注 并同轴套在铁心柱上 2 高低压绕组间有冷却气道 使绕组散热 3 三相绕组间的连线也由环氧树脂浇注而成 使所有带电部分都不暴露在外 2 容量30KV A到几千KV A 最高可达上万KV A 3 高压侧电压有6 10 35KV 低压侧电压为230 400V 注 我国生产的干式变压器有SC系列和SG系列等 4 3 4三相电力变压器的联结组别电力变压器的联结组别定义 变压器一 二次绕组采用的联结方式的类型及相应的一 二次侧对应线电压的相位关系 常用的联结组别 Yyn0 Dyn11 Yzn11 Yd11 YNd11 4 3 3电力变压器的结构 4 3 4三相电力变压器的联结组别 1 配电变压器的联结组别 1 Yyn0联结组别的示意图如图4 9所示 图4 9变压器Yyn0联结组别a 一 二次绕组接线b 一 二次电压相量c 钟表表示 一次线电压和对应二次线电压的相位关系如同时钟在零点 12点 时时针与分针的位置一样 图中一 二次绕组上标 的端子为对应 同名端 即 同极性端 Yyn0联结组别的一次绕组采用星形联结 二次绕组为带中性线的星形联结1 特点 线路中可能有的3n n 1 2 3 次谐波电流会注入公共的高压电网中 中性线的电流规定不能超过相线电流的25 变压器一次绕组的绝缘强度要求较低 与Dyn11比较 因而造价比Dyn11型的稍低 2 使用 负荷严重不平衡或3n次谐波比较突出的场合不宜采用这种联结 在TN和TT系统中由单相不平衡电流引起的中性线电流不超过二次绕组额定电流的25 且任一相的电流在满载都不超过额定电流时可选用 4 3 4三相电力变压器的联结组别 2 Dyn11联结组别的示意图如图4 10所示 其一次线电压和对应二次线电压的相位关系如同时钟在11点时时针与分针的位置一样 4 3 4三相电力变压器的联结组别 图4 10变压器Dyn11联结组别一 二次绕组接线b 一 二次电压相量c 钟表表示 其一次绕组为三角形联结 二次绕组为带中性线的星形联结1 特点 抑制高次谐波3n次谐波电流在其三角形的一次绕组中形成环流 不致注入公共电网 承受单相不平衡电流的能力远远大于Yyn0联结组别的变压器按规定 中性线电流容许达到相电流的75 2 使用对于现代供电系统中单相负荷急剧增加的情况 尤其在TN和TT系统中 Dyn11联结的变压器得到大力的推广和应用 4 3 4三相电力变压器的联结组别 图4 11变压器Yzn11联结组别a 一 二次绕组接线b 一 二次电压相量 2 防雷变压器的联结组别防雷变压器通常采用Yzn11联结组别 如图4 11所示 4 3 4三相电力变压器的联结组别 其一次绕组采用星形联结 二次绕组分成两个匝数相同的绕组 采用曲折形 Z 联结 特点 有利于防雷在同一铁心柱上的两半个绕组的电流正好相反 使磁动势相互抵消 因此如果雷电过电压沿二次侧线路侵入时 此过电压不会感应到一次侧线路上 反之 如雷电过电压沿二次侧线路侵入 二次侧也不会出现过电压 变压器二次绕组的用材量比Yyn0型的增加15 以上 4 3 5三相电力变压器的铭牌及主要技术数据电力变压器全型号的表示和含义如下 4 3 4三相电力变压器的联结组别 1 额定电压U1N 线电压 一次侧的额定电压U2N 线电压 二次侧的额定电压用KV表示 低压也可用V表示 2 额定电流指变压器在容许温升下一 二次绕组长期工作所容许通过的最大电流 分别用I1N 线电流 一次侧额定电流I2N 线电流 二次侧额定电流单位是A 3 额定容量变压器在规定的环境条件下 最高气温为 40 室外安装时 在规定的使用年限 一般以20年计 内能连续输出的最大视在功率 通常用KV A作单位 油浸式变压器顶层油温的温升 规定不得超过周围气温的55 按规定的工作环境最高温度为 40 计 则变压器顶层油温不得超过 95 4 3 4三相电力变压器的联结组别 4 3 6电力变压器的并列运行条件 1 定义两台及以上的变压器一 二次绕组的接线端分别并联连接投入运行 即为变压器的并列运行 2 条件 1 所有并列变压器的电压比必须相同 即U1N U2N 容许差值不得超过 5 原因二次电压较高的绕组将向二次电压较低的绕组供给电流 这一二次绕组内的环流引起电能损耗 导致绕组过热甚至烧毁 2 并列变压器的联结组别必须相同就是一次电压和二次电压的相序和相位应分别对应相同 理由 如图4 12所示是一台Yyn0联结和一台Dyn11联结的变压器的相量图 它们的二次电压出现30 的相位差 这一 U将在两台变压器的二次侧产生一个很大的环流 可能导致变压器绕组烧坏 图4 12Yyn0联结和Dyn11联结的变压器并列运行时的相量图 4 3 6电力变压器的并列运行条件 3 并列变压器的短路电压 阻抗电压 须相等或接近相等 容许差值不得超过 10 原因 并列运行的变压器的实际负载分配和它们的阻抗电压值成反比 如果阻抗电压相差过大 可能导致阻抗电压小的变压器发生过负荷现象 4 并列变压器的容量应尽量相同或相近 其最大容量和最小容量之比不易超过3 1 理由 如果容量相差悬殊 造成运行的不方便 当并列变压器的性能不同时 可能导致变压器间的环流增加 还很容易造成小容量的变压器发生过负荷情况 4 4互感器 1 互感器 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 2 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信号源3 主要功能 1 变换功能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 2 隔离和保护功能作为一 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 3 扩大仪表 继电器等二次设备的应用范围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一规定为5A 1A 及100V 4 4 1电流互感器 简称 CT 文字符号 TA 是变换电流的设备 1 基本原理电流互感器的基本结构和原理如图4 13所示 2 结构特点 1 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3 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短路状态 3 电流互感器的变流比用Ki表示 4 4 1电流互感器 1 组成 一次绕组 铁心 二次绕组 4 1 式中 I1N 一次侧额定电流值 I2N 二次侧额定电流值 N1 一次绕组匝数 N2 二次绕组匝数 变流比Ki一般表示成如100 5A的形式 4 4 1电流互感器 2 结线方案电流互感器在三相电路中的常用四种结线方案如图4 14所示 一相式结线如图4 14a所示 图4 14a一相式结线 1 说明互感器通常接在B相 电流互感器二次线圈中流过的是对应相一次电流的二次电流值 反应的是该相的电流 2 应用通常用于三相负荷平衡的系统中 供测量电流或过负荷保护装置用 2 两相V形结线如图4 14b所示 图4 14b两相V形结线 图4 15两相V形接线的电流互感器一 二次侧的电流相量图 4 4 1电流互感器 1 说明这种结线也叫两相不完全星形结线 电流互感器通常接在A C相上 由相量图4 15可知 公共线上的电流为 反应的正是未接互感器的那一相的电流 2 应用在中性点不接地的三相三线制系统中 用于测量三相电流 电能及作过电流继电保护之用 称 两相两继电器式结线 3 两相电流差式结线如图4 14c所示 图4 14c两相电流差式结线 4 4 1电流互感器 1 说明又叫两相一继电器式结线 流过电流继电器线圈的电流为 由相量图4 16可知其量值是相电流的倍 2 应用适用于中性点不接地的三相三线制系统中 作过电流继电保护之用 三相星形结线如图4 14d所示 4 4 1电流互感器 1 说明这种结线中的三个电流线圈正好反映了各相电流 2 应用被广泛用于三相负荷不平衡的三相四线制系统中 也用在负荷可能不平衡的三相三线制系统中作三相电流 电能测量及过电流继电保护之用 图4 14d三相星形结线 3 电流互感器类型和型号 1 电流互感器的类型1 按一次电压分 高压 低压2 按一次绕组匝数分 单匝 包括母线式 芯柱式 套管式 多匝式 包括线圈式 线环式 串级式 3 按用途分 测量用 保护用4 按准确度级分 测量用电流互感器有0 1 0 2 0 5 1 3 5等级 保护用电流互感器一般为5P和10P两级 5 按绝缘介质类型分油浸式 环氧树脂浇注式 干式 SF6气体绝缘等 6 按铁心分同一铁心和分开 两个 铁心两种 说明高压电流互感器通常有两个不同准确度级的铁心和二次绕组 分别接测量仪表和继电器 测量用的电流互感器铁心在一次电路短路时易于饱和 以限制二次电流的增长倍数 保护仪表 保护用的电流互感器铁心在一次电路短路时不应饱和 二次电流与一次电流成比例增长 以保证保护灵敏度的要求 4 4 1电流互感器 LQZ 10型电流互感器的外形图 图4 17 户内线圈式环氧树脂浇注绝缘加强型电流互感器 LQZ 10用于10KV高压开关柜中 有两个铁心和两个二次绕组 分别为0 5级和3级 0 5级用于测量 3级用于继电保护 4 4 1电流互感器 图4 17LQZ 10型电流互感器1 一次接线端2 一次绕组3 二次接线端4 铁心5 二次绕组6 警示牌 LMZJl 0 5型电流互感器的外形图 图4 18 户内母线式环氧树脂浇注绝缘加大容量的电流互感器LMZJl 0 5用于低压配电屏和其他低压电路中 本身无一次绕组 穿过其铁心的母线就是其一次绕组 4 4 1电流互感器 图4 18LMZJ1 0 5型电流互感器1 铭牌2 二次母线穿孔3 铁心4 安装板5 二次接线端 2 电流互感器的型号及表示 注 结构形式的字母含义R 套管式Z 支柱式Q 线圈式F 贯穿式 复匝 D 贯穿式 单匝 M 母线式K 开合式V 倒立式A 链式线圈外绝缘介质的字母含义J 变压器油不表示G 空气 干式 C 瓷 主绝缘 Q 气体Z 浇注成型固体K 绝缘壳 4 4 1电流互感器 4 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路 安装时 二次结线必须可靠 牢固 决不允许在二次回路中接入开关或熔断器 原因如果开路 二次侧可能会感应出危险的高电压 危及人身和设备安全 互感器铁心会由于磁通剧增而过热 产生剩磁 导致互感器准确度的降低 2 电流互感器二次侧有一端必须接地 原因为了防止一 二次绕组间绝缘击穿时 一次侧高电压窜人二次侧 危及设备和人身安全 3 电流互感器在结线时 要注意其端子的极性 电流互感器的一 二次侧绕组端子分别用P1 P2和S1 S2表示 对应的P1和S1 P2和S2为用 减极性 法规定的 同名端 又称 同极性端 因其在同一瞬间 同名端同为高电平或低电平 原因如果接错端子 二次侧的仪表和继电器流过的电流不是要求的电流 甚至会导致事故的发生 4 4 1电流互感器 4 4 2电压互感器 简称 PT 文字符号 TV 是变换电压的设备 1 基本原理和结构电压互感器的基本结构原理如图4 19所示 图4 19电压互感器的基本结构和接线1 铁心2 一次绕组3 二次绕组 1 组成1 一次绕组2 二次绕组3 铁心 2 结构特点1 一次绕组并联在主回路中 二次绕组并联二次回路中的仪表 继电器等的电压线圈 由于这些二次绕组的电压线圈阻抗很大 电压互感器工作时二次绕组接近于开路状态 2 一次绕组匝数较多 二次绕组的匝数较少 相当于降压变压器 3 一次绕组的导线较细 二次绕组的导线较粗 二次侧额定电压一般为100V 用于接地保护的电压互感器二次侧额定电压为 100 V 辅助二次绕组则为 100 3 V 3 电压互感器的变压比用Ku表示 4 4 2电压互感器 4 2 式中 U1N 电压互感器一次绕组额定电压 U2N 电压互感器二次绕组额定电压 N1 一次绕组的匝数 N2 二次绕组的匝数 变压比Ku通常表示成如10 0 1kV的形式 注 电压互感器有单相和三相两类 在成套装置内 采用单相电压互感器较为常见 2 电压互感器的结线方案电压互感器在三相电路中有如图4 20所示的四种常见的结线方案 1 一个单相电压互感器的结线 如图4 20a所示 1 作用供仪表和继电器接一个线电压2 应用适用于电压对称的三相线路 如用做备用线路的电压监视 2 两个单相电压互感器接成V V形 如图4 20b所示 1 作用供仪表和继电器接于各个线电压2 应用适用于三相三线制系统 3 三个单相电压互感器接成Y0 Y0形 如图4 20c所示 作用供电给要求线电压的仪表和继电器 在小接地电流系统中 供电给接相电压的绝缘监视电压表 在这种结线方式中电压表应按线电压选择 应用常用于三相三线和三相四线制线路 4 4 2电压互感器 4 三个单相三绕组电压互感器或一个三相五心柱式三绕组电压互感器接成Y0 Y0 形 如图4 20d所示 4 4 2电压互感器 图4 20电压互感器的结线方案一个单相电压互感器b 两个单相电压互感器接成V Vc 三个单相电压互感器接成Y0 Y0形d 三个单相三绕组电压互感器或一个三相五心柱式三绕组电压互感器接成Y0 Y0 1 作用 接成Y0的二次绕组供电给需线电压的仪表 继电器和绝缘监视用电压表 接成开口三角形 的另一组二次绕组 开口三角形结线的二次绕组 辅助二次绕组 接作绝缘监视用的电压继电器 当线路正常工作时 开口三角两端的零序电压接近于零 而当线路上发生单相接地故障时 开口三角两端的零序电压接近100V 使电压继电器KV动作 发出故障信号 此辅助二次绕组又称 剩余电压绕组 2 应用用于三相三线制系统 4 4 2电压互感器 3 电压互感器的类型和型号 1 类型按绝缘介质分油浸式 干式 含环氧树脂浇注式 按使用场所分户内式 户外式按相数分三相式 单相式按电压分高压 1KV以上 低压 0 5KV及以下 按绕组分三绕组 双绕组6 按用途分测量用的其准确度要求较高 规定为0 1 0 2 0 5 1 3 保护用的准确度较低 一般有3P级和6P级 其中用于小接地系统电压互感器 如三相五心柱式 的辅助二次绕组准确度级规定为6P级 按结构原理分电容分压式 电磁感应式 4 4 2电压互感器 注 结构形式的字母含义X 带零序 剩余 电压绕组B 三相带补偿绕组W 五芯柱三绕组 8 其他类型气体电压互感器 电流电压组合互感器等高压类型 2 电压互感器型号的表示如下 3 JDZJ 3 6 10型电压互感器的外形结构如图4 21所示 4 4 2电压互感器 图4 21JDZJ 10型1 一次接线端子2 高压绝缘套管3 一 二次绕组4 铁心5 二次接线端 特点单相双绕组环氧树脂浇注的户内型电压互感器 准确度级有0 5 1 3级 应用适用于10KV及以下的线路中供测量电压 电能 功率和继电保护 自动装置用 采用三台可接成图4 20d的Y0 Y0 结线 图4 22JDG6 0 5型 4 4 2电压互感器 4 JDG6 0 5型电压互感器的外形结构如图4 22所示1 特点单相双绕组干式户内型电压互感器 2 应用供测量电压 电能 功率及继电保护 自动装置用 可用于单相线路 三相线路 用两台可接成V V型 中 4 电压互感器使用注意事项 1 电压互感器在工作时 其一 二次侧不得短路 因此电压互感器一 二次侧都必须装设熔断器进行短路保护 原因 由于电压互感器二次回路中的负载阻抗较大 其运行状态近于开路 当发生短路时 将产生很大的短路电流 有可能造成电压互感器烧毁 其一次侧并联在主回路中 若发生短路会影响主电路的安全运行 2 电压互感器二次侧有一端必须接地 通常将公共端接地 目的为了防止一 二次绕组间的绝缘击穿时 一次侧的高压窜入二次侧 危及设备及人身安全 3 电压互感器在结线时 必须注意其端子的极性三相电压互感器一次绕组两端标成A B C N 对应的二次绕组同名端标为a b c n 单相电压互感器的对应同名端分别标为A N和a n 在结线时 若将其中的一相绕组接反 二次回路中的线电压将发生变化 会造成测量误差和保护误动作 或误信号 甚至可能对仪表造成损害 因此 必须注意其一 二次极性的一致性 4 4 2电压互感器 4 5熔断器 1 种类 1 高压熔断器 2 低压熔断器2 熔断器 文字符号FU定义 用于过电流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 熔丝或熔片 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 熔断器的体积很小 但却能分断很高的短路电流 3 过电流的概念是短路和过负荷的统称 是输配电线路中时常出现的一种故障 当电路通过的实际电流超过其规定条件下的额定值 即是过电流 简称过流 1 过负荷电流超过额定值相对不多的一种电流 因此 过负荷只要不是过大 持续时间不是过长 或过于频繁 一般对系统的影响不大 2 短路电流可达额定电流的十多倍甚至几十 上百倍从而产生相当严重的后果 须设法避免和防护 4 5 1高压熔断器 注 对于 自爆式 熔断器 在 R 前面加字母 B 1 作用在输配电系统中 对容量小且不太重要的负荷 广泛采用高压熔断器作为高压输配电线路 电力变压器 电压互感器和电力电容器等电气设备的短路和过负荷保护 户内广泛采用RN系列的高压管式限流熔断器户外则广泛使用RW4 RW10F等型号的高压跌开式熔断器 或RW10 35型的高压限流熔断器 2 高压熔断器的全型号的表示和含义如下 RN系列户内高压管式熔断器主要用于3kV 35kV配电系统中作短路保护和过负荷保护用 1 类型及特点1 RN1型用于高压电力线路及其设备和电力变压器的短路保护 也能作过负荷保护 RN3和RN1相似2 RN2 RN4 RN5则用于电压互感器的短路保护 RN4和RN2相似 只是技术数据有所差别3 RN6型主要用于高压电动机的短路保护 注 RN5和RN6是以RN1和RN2为基础的改进型 具有体积小 重量轻 防尘性能好 维修和更换方便等特点 2 RN1 RN2户内高压管式熔断器介绍它们的外形和结构基本相同 灭弧原理也基本相同 图4 23和图4 24所示为RN1 RN2型高压熔断器的外形和熔管内部结构图 4 5 1高压熔断器 图4 24熔管内部结构剖面图1 金属管帽2 瓷熔管3 工作熔体4 指示熔体5 锡球6 石英砂填料7 熔断指示器 熔断后弹出状态 4 5 1高压熔断器 图4 23RN1及RN2型熔断器外形1 瓷熔管2 金属管帽3 弹性触座4 熔断指示器5 接线端子6 瓷绝缘子7 铸铁底座 1 主要组成部分 熔管一般为瓷质管 熔丝RN1型 由单根或多根镀银的细铜丝并联绕成螺旋状 RN2型 由三种不同截面的一根康铜丝绕在陶瓷芯上 均埋放在石英砂填料中 上焊有小锡球 触座 动作指示器RN1 当工作熔体熔断后 指示熔体也相继熔断 其熔断指示器弹出 给出熔体熔断的指示信号 RN2型 无熔断指示器 由电压互感器二次侧仪表的读数来判断其熔体的熔断情况 绝缘子 底座 4 5 1高压熔断器 2 工作原理 锡球的作用使熔断器能在过负荷电流或较小短路电流时能动作 提高熔断器保护的灵敏度 当过负荷电流通过时 铜熔丝能在较低的温度下熔断 冶金效应 铜熔丝的作用使熔断器在短路电流时动作 断开电路 实现短路保护 限流 式熔断器能在短路后不到半个周期即短路电流未达到冲击电流值 ish 时就能完全熄灭电弧 切断短路电流的特性称 限流 式 灭弧能力具有 粗弧分细 长弧切短和狭沟灭弧 等灭弧方法 因此 该熔断器的灭弧能力很强 具有 限流 式特性 因此RN系列熔断器为 限流 式熔断器 3 由于电压互感器的二次侧近于开路状态 RN2型的额定电流一般为0 5A 而RN1型的IN从2 300A不等 4 5 1高压熔断器 4 RW系列户外高压跌开式熔断器 又称跌落式熔断器 1 作用 被广泛用于环境正常的户外场所 作高压线路和设备的短路保护用 2 种类 1 一般跌开式熔断器如RW4 RW7型等2 负荷型跌开式熔断器如RW10 10F型等3 限流型户外熔断器如RW10 35 RW11型等4 爆炸式跌开式熔断器如RW B系列熔断器 3 一般户外高压跌开式熔断器 文字符号FD结构图如图4 25所示 4 5 1高压熔断器 图4 25RW4 10 G 型跌落式熔断器1 上接线端子2 上静触头3 上动触头4 管帽5 操作环6 熔管7 铜熔丝8 下动触头9 下静触头10 下接线端子11 绝缘瓷瓶12 安装板 4 5 1高压熔断器 1 作用常用于额定电压10KV 额定容量315KV A及以下的电力变压器的过流保护 尤其以居民区 街道等场合居多 2 特点 隔离开关的作用 短路保护功能 非限流 式熔断器不能在短路电流达到冲击电流 Ish 前熄灭电弧的灭弧特性称 非限流 式 不容许带负荷操作 4 负荷型跌开式熔断器 文字符号FDL1 作用 带负荷操作在上静触头上加装了简单的灭弧室 其操作要求和 负荷开关 相同 隔离开关的作用 短路保护功能 非限流 式 图4 26RW10 10负荷型跌开式熔断器1 上接线端子2 绝缘瓷瓶3 固定安装板4 下接线端子5 灭弧触头6 熔丝管 闭合位置 7 熔丝管 跌开位置 8 熔丝9 操作环10 灭弧罩 4 5 1高压熔断器 结构图如图4 26所示 结构及特点1 该熔断器的短路和过负荷保护功能与RN型相同 瓷质熔管内充有石英砂 熔体结构和RN型的户内高压熔断器相似 2 该熔断器的熔管是固定在棒形支柱绝缘子上的 熔体熔断后不能自动跌开 无明显可见的断开间隙 不能作 隔离开关 用 4 5 1高压熔断器 5 限流式户外高压熔断器 文字符号为FU如图4 27所示是RW10 35型的户外限流式熔断器的外形结构 图4 27RW10 35型限流式户外高压熔断器1 棒形支柱绝缘子2 瓷质熔管 内装特制熔体及石英砂 3 铜管帽4 6 接线端子5 固定抱箍 4 5 1高压熔断器 6 RW B系列的高压爆炸式跌开熔断器结构和RW系列基本相似 有B型和BZ型两种 1 B型为自爆跌开式 2 BZ型是爆炸重合跌开式其熔断器每相有两根熔管 若为瞬时性故障 可投入重合熔管来保证系统的继续工作 如果是永久性故障 则重合熔管会再动作一次 将故障切除 以保护系统 5 HH 熔断器特性 一种高压高分断能力的熔断器 能在短路电流产生的瞬间就将短路电路开断 有效的保护电气设备和线路免受巨大的短路电流造成的危害 4 5 2低压熔断器 1 功能主要是具有低压配电系统的短路保护功能 有的也能实现过负荷保护 2 主要缺点熔体熔断后须更换 引起短时停电 保护特性和可靠性相对较差 在一般情况下 须与其他电器配合使用 3 种类插入式 RC型 螺旋式 RL型 无填料密闭管式 RM型 有填料封闭管式 RT型 引进技术生产的有填料管式gF aM系列 高分断能力的NT型等 4 国产低压熔断器的全型号的表示和含义如下 注 上述型号不适用于引进技术生产的熔断器 如NT gF aM等 1 结构如图4 28所示为RC1A型的结构2 特点 结构简单 价格低 使用方便 断流容量小 动作误差大 3 应用 在500V以下的线路末端 作不重要负荷的电力线路 照明设备和小容量的电动机的短路保护用 如居民区 办公楼 农用负荷等要求不高的供配电线路末端的负荷 4 5 2低压熔断器 图4 28RC1系列瓷插式熔断器 5 RC1系列瓷插式熔断器 图4 29RL系列熔断器 4 5 2低压熔断器 6 RL1系列螺旋式熔断器1 结构如图4 29所示瓷质熔体装在瓷帽和瓷底座间 内装熔丝和熔断指示器 红色色点 并充填石英砂 2 特点 灭弧能力强 属 限流 式熔断器 体积小 重量轻 价格低 使用方便 熔断指示明显 具有较高的分断能力和稳定的电流特性 3 应用 用于500V以下的低压动力干线和支线上作短路保护用 2 特点 可根据熔片熔断的部位来判断过电流的性质 当短路电流通过时 熔片窄部由于截面小电阻大而首先熔断 在过负荷电流通过时 往往在宽窄之间的斜部熔断 非限流 式熔断器 结构简单 价格低廉 更换熔体方便 4 5 2低压熔断器 RM10型无填料密闭管式熔断器1 结构如图4 30所示 图4 31RT0低压熔断器a 熔体b 熔管c 熔断器d 绝缘操作手柄1 栅状铜熔体2 触刀3 瓷熔管4 熔断指示器5 盖板6 弹性触座7 瓷质底座8 接线端子9 扣眼10 绝缘拉手手柄 4 5 2低压熔断器 8 RTO型有填料封闭管式熔断器1 外形及内部结构如图4 31所示 4 5 2低压熔断器 2 结构及作用 瓷熔管熔管内装有石英砂 铜熔体 栅状 熔体有变截面小孔 引燃栅 锡桥 变截面小孔 使熔体在短路电流通过时熔断 将长弧分割为多段短弧 引燃栅 具有等电位作用 使粗弧分细 电弧电流在石英砂中燃烧 形成狭沟灭弧 锡桥 利用 冶金效应 可使熔体在较小的短路电流和过负荷时熔断 熔断指示器熔体熔断后 其熔断指示器 红色 弹出 以方便工作人员识别故障线路和进行处理 底座3 特点 具有较强的灭弧能力 属 限流 熔断器 但熔断后的熔体不能再用 须重新更换 更换时采用绝缘操作手柄进行操作 保护性能好 断流能力大 4 应用 被广泛应用于短路电流较大的低压网络和配电装置中 作输配电线路和电气设备的短路保护 特别适用于重要的供电线路 或断流能力要求高的场所 如电力变压器的低压侧主回路及靠近变压器场所出线端的供电线路 4 5 2低压熔断器 9 引进技术生产的高分断能力熔断器介绍1 NT系列熔断器 国内型号为RTl6系列 应用 是引进技术生产的一种高分断能力熔断器 现广泛应用于低压开关柜中 适用于660V及以下电力网络及配电装置作过载和保护之用 特点 体积小 重量轻 功耗小 分断能力高 限流特性好 2 gF aM系列圆柱形管状有填料熔断器 特点 体积小 密封好 分断能力高 指示灵敏 动作可靠 安装方便 应用 适用于低压配电系统 其中 gF系列用于线路的短路和过负荷保护 aM系列用于电动机的短路保护 4 6高压开关设备 4 6 1高压隔离开关高压隔离开关 文字符号QS1 主要功能隔离高压电源 以保证对其他电器设备及线路的安全检修及人身安全 因此其结构特点是断开后具有明显可见的断开间隙 且断开间隙的绝缘及相间绝缘都是足够可靠的 2 使用特点隔离开关没有灭弧装置 所以不容许带负荷操作 但可容许通断一定的小电流 如励磁电流不超过2A的35KV 1000KV A及以下的空载变压器电路 电容电流不超过5A的10KV及以下 长5Km的空载输电线路以及电压互感器和避雷器回路等 3 类型1 按安装地点分户内式和户外式 2 按有无接地开关分不接地 单接地 双接地 4 高压隔离开关的全型号的表示和含义 5 户内式高压隔离开关户内式高压隔离开关型号较多 常用的有GN8 GNl9 GN24 GN28 GN30等户内式系列 图4 32所示为GN8 10高压隔离开关的外形结构图 它的三相闸刀安装在同一底座上 闸刀均采用垂直回转运动方式 GN型高压隔离开关一般采用手动操动机构进行操作 4 6 1高压开关设备 图4 32GN8 10型高压隔离开关外形1 上接线端子2 静触头3 闸刀4 套管绝缘子5 下接线端子6 框架7 转轴8 拐臂9 升降绝缘子10 支柱绝缘子 4 6 1高压开关设备 4 6 1高压开关设备 图4 33GW2 35型户外隔离开关1 角钢架2 支柱瓷瓶3 旋转瓷瓶4 曲柄5 轴套6 传动装置7 管形闸刀8 工作动触头9 10 灭弧角条11 插座12 13 接线端14 曲柄传动机构 6 户外高压隔离开关户外高压隔离开关常用的有GW4 GW5 和GW1等系列 GW4 35型的户外高压隔离开关的外形如图4 33所示 为了熄灭小电流电弧 该隔离开关安装有灭弧角条 采用的是三柱式结构 7 带有接地开关的隔离开关1 接地隔离开关用来进行电气设备的短接 连锁和隔离 一般是用来将退出运行的电气设备和成套设备部分接地和短接 2 接地开关用于将回路接地的一种机械式开关装置 在异常条件 如短路下 可在规定时间内承载规定的异常电流 在正常回路条件下 不要求承载电流 大多与隔离开关构成一个整体 并且在接地开关和隔离开关之间有相互连锁装置 3 图4 34所示为西门子公司产品3CJ1户内高压接地隔离开关的外形图 它是一种多用途 可模块化配置的高压电气设备 可以配置接地开关 熔断器等设备 成为一个多功能的装置 4 图4 35是该公司的另一种户内高压接地隔离开关3D型的外形图 它用于12KV 36KV的室内高压供配电线路上 可采用手动操动机构或电动操动机构进行操作 4 6 1高压开关设备 图4 343CJ1接地隔离开关 4 6 1高压开关设备 图4 353D型接地隔离开关 4 6 1高压开关设备 4 6 2高压负荷开关 高压负荷开关 文字符号QL1 作用 1 能通断一定的负荷电流和过负荷电流 但是不能用它来断开短路电流 2 高压负荷开关大多还具有隔离高压电源 保证其后的电气设备和线路安全检修的功能 这种负荷开关又称 功率隔离开关 或 负荷隔离开关 2 特点 1 只具有简单的灭弧装置 必须借助熔断器来切断短路电流 故负荷开关常与熔断器一起使用 2 负荷隔离开关断开后通常有明显的断开间隙 与高压隔离开关一样 3 高压负荷开关的类型 1 根据所采用的灭弧介质不同分固体产气式 压气式 油浸式 真空式和六氟化硫 SF6 等 2 按安装场所分户内式和户外式两种4 高压负荷开关全型号的表示和含义如下 4 6 2高压负荷开关 5 户内压气式负荷开关国内目前多采用FN2 10RT及FN3 10RT型的压气式负荷开关 图4 36为FN3 10RT户内压气式负荷开关外形结构图 图4 36FN3 10RT户内压气式负荷开关外形1 主轴2 上绝缘子兼气缸3 连杆4 下绝缘子5 框架6 RNI型熔断器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 4 6 2高压负荷开关 4 6 2高压负荷开关 1 结构组成1 上绝缘子兼汽缸是一个简单的灭弧室 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 2 传动机构主轴 连杆 活塞等3 绝缘喷嘴和弧静触头在上绝缘子上部4 闸刀和弧动触头 2 工作原理当负荷开关分闸时 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 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 它同时具有隔离开关的作用 6 真空负荷开关国内有FN4型等户内用真空负荷开关 一般用于220KV及以下电网中 图4 37为西门子公司12KV的真空负荷开关的剖面图和外形图 1 工作原理利用真空灭弧原理来工作 因而能不受限制地可靠完成开断工作 配用手动操动机构或电动操动机构 2 特点可频繁操作 灭弧性能好 使用寿命长 但必须和HH 熔断器相配合 才能开断短路电流 而且开断时 不形