电器设备原理培训课件(共202页).ppt

1、第第13章章 电器设备原理电器设备原理 电气电气&电器电器l电气是以电能、电气设备和电气技术为手段来创造、维持与改善限定空间和环境的一门科学 l电器是实物词,指有型器物 按工作电压上下分高压电器和低压电器；按动作方式分自动切换电器和非自动切换电器；按执行功能分触点电器和无触点电器。 几个问题几个问题l电是怎么产生的？l为什么要工业发电？l电力是如何从电源输送到用户的？l电力系统由什么组成？l电力系统中会用到那些电气设备？电的产生电的产生电的产生电的产生火电厂生产过程火电厂生产过程坝式水力发电厂生产过程坝式水力发电厂生产过程 电的产生电的产生电的产生电的产生工业发电工业发电l创造剩余价值

2、l发电厂本身就是一个企业l企业的根本目的是追逐利益最大化l效劳社会、民生电力的传输电力的传输l电力传输的必要性l电力系统的特点l电力传输的平安性l电力传输的可靠性电力系统的组成电力系统的组成l动力系统 l电力系统 l电力网 电气设备电气设备l一次设备一次设备：直接参与电能的生产及输送生产及转换电能的设备 l发电机、电动机、变压器接通、开断电路的开关设备 l断路器、隔离开关、熔断器 l二次设备二次设备：对一次设备的运行状况进行检测、保护及控制 13.1 电力开关的开断及电弧现象电弧现象电弧现象l电弧是一种自持气体放电现象 l高压电路触头分断后，往往会产生电弧 l能量最终以热量的形式散发出去 l弧

3、隙温度可高达上万摄氏度 l电力开关必须具有熄灭电弧的装置 电弧现象电弧现象l电弧是一种等离子体，质量极小 l很小的力就会使电弧的形状发生改变 l可利用电弧的这个特点快速熄弧，预防电弧的不利影响及破坏 灭弧室内气体或液体的自然或强制流动 电弧本身产生的电磁力都极易使电弧改变形状 电弧的产生与熄灭熄灭l自由电子的产生 l自由电子的消失l直流电弧及其熄灭l交流电弧及其熄灭l增强交流电弧熄灭常用的方法自由电子自由电子的产生l自由电子从触头金属外表逸出 l外表游离 l热发射 l触头中间的气体别离出自由电子 l碰撞游离 l热游离 自由电子自由电子的消失l去游离过程l带电粒子的扩散 l带电粒子由浓度高的区域

4、向浓度低的区域移动 l带电粒子的复合 l正离子和负离子或电子相遇，发生电荷的传递而互相中和 ，复原为分子 电弧的稳定燃烧电弧的稳定燃烧 当游离与去游离到达平衡时，电弧即进入稳定燃烧状态 。 电弧可看成是由阴极区、弧柱区及阳极区三局部组成，各局部的电位有很大的差异 。-+阴极区 弧柱 阳极区电弧形成后的主要特征电弧形成后的主要特征 l电弧温度高。弧柱中心区温度可达10000左右，电弧外表温度也会到达30004000。 l电弧弧柱区电场强度低。一般仅为10200V/cm。 l电弧电流密度大，电流密度可达10000A/m2。 直流电弧的熄灭直流电弧的熄灭 用一电阻、电感串联的等效电路来说明直流电弧的

5、熄灭过程 直流电弧的熄灭直流电弧的熄灭l正常运行，电路中开关在闭合状态时 l开关S翻开时，触头间产生电弧，电弧电流在弧隙电阻上形成电压降，同时由于电流的突变，电感上产生感应电压l当电弧稳定燃烧时，电感上的电压 直流电弧开断特性直流电弧开断特性 电路参数对于熄灭直流电弧的影响电路参数对于熄灭直流电弧的影响 影响直流电弧熄灭的因素影响直流电弧熄灭的因素l电源电压l电路电阻 l电感交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭 在交流电路中，当开断短路故障电流或正常负荷电流时，都会产生电弧 。 交流电弧电流的波形根本是正弦波，弧隙电压为电弧电流与弧隙电阻的乘积，呈马鞍形。 交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭l交流电弧电流每

6、半周期会自然过零一次。l在电弧电流过零瞬间，弧隙立即呈现约为150 250V的起始介质强度 ，这种现象称为近阴极效应。 交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭 l强迫熄弧 l截流开断 l过零熄弧 交流电弧的熄灭过程交流电弧的熄灭过程 l弧隙介质强度的恢复过程l弧隙电压的恢复过程l弧隙介质强度的恢复过程和弧隙电压的恢复过程是同时进行的 l电弧熄灭的条件为：Utr(t) U(t) 增强交流电弧熄灭常用的方法增强交流电弧熄灭常用的方法 l用液体或气体吹弧 l采用多断口灭弧 l快速拉长电弧 l将长电弧分成几段短电弧 l用特殊金属材料作触头 13.2 高压断路器高压断路器的作用 l控制作用l 根据电网运行需要，用

7、高压断路器把一局部电力设备或线路投入或退出运行。l保护作用l 高压断路器还可以在电力线路或设备发生故障时将故障局部从电网快速切除，保证电网中的无故障局部正常运行。 对高压断路器的要求对高压断路器的要求l具有完善的灭弧装置l具有快速的传动机构一般都设有专门的灭弧室 13.2.1 高压断路器的种类l按电流性质可分为交流、直流两大类 l按安装地点可分为户内、户外两大类 l按安装方式可分为落地式、支持式及悬臂式 l较常用的按灭弧介质来划分 油断路器、压缩空气断路器、真空断路器、六氟化硫断路器 油断路器油断路器 l多油断路器 油既作灭弧介质和动、静触头的绝缘介质，又作带电导体对地(外壳)的绝缘介质 用油

8、量很多，钢材耗量大，体积庞大 l少油断路器 油只用来作为熄灭电弧和触头断口间的绝缘介质，不用做对地绝缘。 压缩空气断路器压缩空气断路器 以压缩空气作为灭弧介质和触头断开后弧隙绝缘介质，并兼作操动机构的能源。性能稳定、开断能力大、动作迅速、燃弧时间短、几乎不受开断电流的影响、触头燃损轻、检修周期长、无火灾危险、体积和重量较小。结构比较复杂，工艺要求高，有色金属消耗量较大，需要一套压缩空气装置(包括空气压缩机、贮气简、管道等)作为气源，增加了投资、运行和维护工作量。 13.2.2 高压断路器的根本结构l电路通断元件l中间传动机构l绝缘支撑元件l基座l操动机构断路器结构类型断路器结构类型 少油断路器

9、剖视图和三相外形布置少油断路器剖视图和三相外形布置 12.2.3 高压断路器的技术参数对高压断路器的要求：对高压断路器的要求：在正常情况下开断和关合电路。在正常情况下开断和关合电路。在电网发生故障时能将故障切除。在电网发生故障时能将故障切除。尽可能缩短断路器切除故障的时间，以减轻电力尽可能缩短断路器切除故障的时间，以减轻电力设备的损坏和提高电网的稳定性。设备的损坏和提高电网的稳定性。能配合自动重合闸进行屡次关合和断开。能配合自动重合闸进行屡次关合和断开。 因此，在选择断路器时，通常希望通过简单因此，在选择断路器时，通常希望通过简单明了的技术参数就能够了解断路器具体性能。明了的技术参数就能够了解

10、断路器具体性能。 额定电压额定电压Un 额定电压线电压是断路器可靠工作的标准电压，断路器应能保证在某一电压等级的电气系统中长期稳定运行。 额定电压的上下决定了断路器的绝缘水平及外形尺寸。 电力系统中允许电压有5%的波动，断路器所能承受的电压应高于额定电压值 额定电流额定电流In 额定电流是指断路器在规定环境温度和额定频率下，允许长期通过的标准电流。其各局部不应超过最高允许温度。 额定电流的大小影响到断路器导电局部及触头的尺寸及结构 额定电流是在标准温度下测得的，环境温度对其影响需要进行修正额定开断电流额定开断电流(Ibn)及断流容量及断流容量(Sbn) 额定开断电流是指断路器在额定电压下能正常

11、开断的最大短路电流值即触头刚分开瞬间通过断路器的电流的有效值。 可用该参数表征断路器的开断能力 额定开断短路容量实际上仅是另一种表达方式。 (MVA)3bnnbnIUS关合能力关合能力Icn 当断路器合闸时，如果线路上存在故障，那么在触头尚未接触之前就会发生击穿，形成电弧，其产生的不良影响甚至比在合闸状态下流过极限电流更为严重。 工程上常以额定关合电流表征断路器的关合短路故障电流的能力，用关合开关时短路电流的第一个半波的峰值来衡量。 bncnI.I281额定短时耐受电流额定短时耐受电流/额定热稳定电流额定热稳定电流(Ih) 额定短时耐受电流是说明断路器承受短路电流热效应的能力，是指断路器在闭合

12、状态，一定时间t内所能承受的最大短路电流。 要求在时间t内取2秒，超过2秒可取4秒流过此电流时，断路器不超过允许温度。额定短时耐受电流等于额定开断电流值。额定峰值耐受电流额定峰值耐受电流/额定动稳定电流额定动稳定电流 额定峰值耐受电流用来表征断路器所能承受短路电流电动力作用的能力，即断路器在闭合状态时，允许通过的不阻碍其继续正常工作的最大短路电流峰值。 其大小取决于导电局部及支持绝缘局部的机械强度及触头的结构形式。额定峰值电流取短路发生后电流第一半波的峰值，等于其额定短路开断电流交流分量有效值的 倍。28 . 1动作时间动作时间 l全开断时间：是指处于合闸状态的断路器，从接到分闸命令到电弧完全

13、熄灭所用的时间，可分为固有分闸时间燃弧时间。 l它说明了断路器开断速度的快慢。直接影响到故障的范围及对设备的危害程度，甚至会影响到系统的传输容量及稳定性。 13.2.4 SF6断路器 SF6断路器应用SF6气体作为绝缘介质和灭弧介质。使用低压力的SF6气体作为绝缘介质，在进行分闸操作时，利用高压力的SF6气体吹拂电弧使之熄灭。SF6气体的性能气体的性能 l具有优良的绝缘性能 无色、无味、无毒、非燃烧性、亦不助燃的非金属化合物 极易与电子结合形成负离子 分子中不含碳 l化学性质非常稳定 l具有非常优良的灭弧特性 SF6气体具有以下优点气体具有以下优点 l使用平安可靠，无火灾危险，不必担忧绝缘材料

14、的老化和击穿性损坏；l便于在工厂中装配、运输和安装方便；l设备的操作、维护和检修方便，只需监视SF6气体的压力或密度，检修周期长，载流局部及绝缘不受大气条件的影响，减少了维护的工作量；l适用的温度和压力范围大；l无噪声和无线电干扰；l绝缘、灭弧及冷却特性好；l有利于减小电气设备的体积和重量。SF6气体具有以下缺点气体具有以下缺点 lSF6气体在电弧作用下的分解物是有害的；lSF6气体的纯度和杂质是影响气体绝缘和灭弧性能的重要指标 ；lSF6气体的绝缘性能受电场强度均匀程度的影响较大 ；lSF6气体属于温室气体 ；l某些杂质对设备有不良影响 。SF6气体的管理气体的管理l气体的电气绝缘特性取决于

15、气体的l纯洁程度l含水量l压力l密度等 lSF6气体本身是无毒的，但在电晕、火花、电弧的作用下，会产生有毒、腐蚀性气体及固体分解物 SF6断路器的灭弧方式断路器的灭弧方式 l双压式灭弧 l单压式灭弧 l自能式灭弧 l旋弧式灭弧 双压式灭弧双压式灭弧l双压式灭弧方式具有低压、高压两个气压系统，在高压室与低压室之间连有压气泵和管道，自动监视，当气体压力到达一定限度时，压气泵起动，把低压室气体打到高压室。在开断时，动、静触头间产生电弧后，吹气阀翻开，高压室中的六氟化硫气体流向低压室，在灭弧室形成一股气流，对电弧产生吹拂作用，使之熄灭。分断完毕，吹气阀自动关闭，停止吹气。l双压气式的六氟化硫断路器的结

16、构比较复杂，早期应用较多，目前很少采用这种结构。单压式灭弧单压式灭弧 l只有一个气压系统 l依靠分闸时气缸与活塞的相对运动 l结构简单，造价低，性能亦能满足要求，故获得迅速开展 自能式灭弧自能式灭弧 l是指在开断短路电流时，依靠短路电流电弧自身的能量加热SF6气体，产生高气压，并利用灭弧室的机械结构引导气流，对电弧产生吹拂作用。l优点：开断能力强，不易产生截流现象，操动机构所需功率小，操作可靠，机械寿命长，固有分闸时间短，可以制造成断口少、单断口电压等级很高的断路器。l缺点：在开断小电感电流和小电容电流时，电弧自身的能量缺乏以产生灭弧所需要的高气压，这时可以依靠机械辅助压气装置建立气压。旋弧式

17、灭弧旋弧式灭弧 l利用电弧电流产生的磁场力，使电弧沿着某一截面高速旋转 l磁场力与电流的大小成正比，电流大那么磁场力也加大，仍能使电弧迅速熄灭 旋弧灭弧室有以下特点旋弧灭弧室有以下特点 l利用电流通过磁吹线圈产生的磁场力直接驱动电弧高速旋转，灭弧能力强，大电流时容易开断，小电流时也不产生截流现象l灭弧室结构简单，操作功需求小，使操作机构大大简化，机械可靠性高，本钱低l电弧局限在圆筒或在线圈上高速运动，电极烧损均匀，电寿命长 SF6断路器的操动机构断路器的操动机构合闸弹簧合闸弹簧分分 闸闸 弹弹 簧簧电电 动动 机机储储 能能 指指 示示分分 闸闸 指指 示示合闸指示合闸指示SF6断路器的操动机

18、构断路器的操动机构 l作用：按照规定的操作顺序操动断路器实现分、合闸操作，并分别保持在相应的分、合闸位置 l分类：弹簧机构液压机构气动机构对操动机构的一般要求对操动机构的一般要求 l具有关合短路电流的能力l保持合闸l具有电动和手动分闸功能并且速度满足要求l自由脱扣l防跳跃l连锁l复位l缓冲l重合闸功能 手动操动机构手动操动机构 l靠手力直接合闸的操动机构l断路器的合闸速度与操作人员的情况有很大关系 l只能装置在电压较低、短路电流很小的场所中，尤其是直流电源不易解决的场所 l优点：结构简单，不要求配备复杂的辅助设备及操作电源 l缺点：不能自动重合闸，只能就地操作，不够平安 弹簧操动机构弹簧操动机

19、构 l利用弹簧储能为动力操动断路器的动作 l弹簧储能通常由电动机通过减速装置进行l优点：不需要大功率的直流电源；要求电动机的功率小几百瓦到几千瓦；交直流两用；适宜于交流操作 l缺点：结构比较复杂；零件数量多；加工要求高；随着机构操作功的增大，重量显著增加 液压操动机构液压操动机构 l利用液压油作为动力传递介质 l操动方式有两种：直接驱动式和储能式 l直接驱动式液压操动机构由电动机与油泵产生的高压力油，直接推动活塞，用来操作速度不高、操作功率不大的隔离开关 l储能式液压操动机构一般是利用氮气压缩储能、利用液体传递压力，操动断路器分、合闸，并靠液压使断路器可靠地保持在分、合闸位置液压操动机构的优点

20、液压操动机构的优点l体积小，操作力大，需要控制的能量小 l负载特性配合好，操作平稳噪声小 l油具有润滑保护作用 l速度易调变；容易实现自动控制与各种保护 液压操动机构的缺点液压操动机构的缺点l结构比较复杂；l零部件加工精度要求高，如果制造或装配不良，容易渗漏油等；l油系统的工作压力高，运行维修技术的要求也高；l速度特性易受环境温度的影响。气动操动机构气动操动机构 l利用压缩空气作为能源产生推力，与液压操动机构的工作原理相似 l还有一些气动操动机构的动作原理与电磁操动机构有些类似，只是利用压缩空气的推力代替了电磁操动机构中的电磁力气动操动机构的特点气动操动机构的特点l优点：l不需要大功率的直流电

21、源，也不需要敷设大截面的控制电缆，适用于交流操作的变电所。l气动操动机构具有独立的贮气罐。罐内的压缩空气能供气动操动机构屡次操作。压缩空气的质量对操动机构工作的可靠性有重要的影响。l缺点：l操作时声响大，零部件的加工精度要求比电磁操动机构高，还需要配备空气压缩装置 。真空断路器真空断路器 l以真空作为灭弧和绝缘介质 l真空的绝缘强度比变压器油及三大气压下的SF6或空气等绝缘强度高得多。 l真空灭弧室的绝缘性能好，触头开距小，要求操动机构提供的能量也小；电弧电压低，电弧能量小，开断时触头外表烧损轻微 l真空断路器的机械寿命和电气寿命都很高 真空灭弧室真空灭弧室真空灭弧室的根本结构真空灭弧室的根本

22、结构 l陶瓷外壳l静触头l动触头l电弧屏蔽罩l波纹管 外壳外壳 l真空灭弧室的外壳作灭弧室的固定件，并兼有绝缘作用，大多采用如下材料制成：l玻璃l氧化铝陶瓷l微晶玻璃又称玻璃陶瓷 陶陶 瓷瓷 灭灭 弧弧 室室 玻玻 璃璃 灭灭 弧弧 室室 屏蔽罩屏蔽罩 l防止因燃弧产生的金属蒸汽附着在绝缘外壳的内壁而使绝缘强度降低 l是金属蒸汽的有效凝聚面，有利于电流过零后弧隙介质强度的提高，具有提高灭弧室的开断性能，防止降低内外表绝缘性能的作用 l屏蔽罩的存在会影响动、静触头间的电场分布，因此，如果屏蔽罩设计得当将有利于触头间绝缘强度的提高 波纹管波纹管 l一般用不锈钢板制成，在合闸过程中波纹管在允许的弹性

23、变形范围内沿轴向运动。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 l从机械上讲，它是真空灭弧室中最薄弱的元件 l波纹管不能做得很长 真空电弧真空电弧 l不管触头外表如何平整，微观上看总是凹凸不平的 l两触头接触时只有少数外表突起局部接触，通过电流 l当开断电流时，触头分开 ，电流集中在愈来愈少的少数接触点上，损耗增加，接触点温度急剧升高，出现熔化 ，产生金属蒸气 l维持真空电弧的是金属蒸气而不是气体分子 真空电弧阴极斑点痕迹 真空开关的触头真空开关的触头 l圆盘形触头 l横向磁场触头 螺旋槽触头 杯状触头 l纵向磁场触头螺旋槽触头螺旋槽触头 杯状触头杯状触头 纵向磁场触头纵向磁场触

24、头 触头材料触头材料 l采用纯金属良导电材料如铜等作触头材料，分断大电流能力强，并有较好的耐电压性能，截流水平也低，但其抗熔焊性能和耐弧性能不好，难以单独在真空断路器中使用 l早期的真空开关的触头几乎都采用钨和钼等耐弧的难熔金属，以获得良好的耐压强度和抗熔焊性 l随着合金材料技术研究的不断进步，出现了多种比较理想的合金触头材料真空断路器的特点真空断路器的特点 l开断能力强，开断后断口间介质恢复速度快，介质不需要更换。l触头开距小，所需的操作功率小，动作快，操作机构可以简化，寿命延长，一般可达20年左右不需检修。l熄弧时间短，弧压低，电弧能量小，触头损耗小，开断次数多。l动导杆的惯性小，适用于频

25、繁操作场合。l开关操作时动作噪音小，适用于城区使用。真空断路器的特点真空断路器的特点l触头局部为完全密封结构，不会因潮气、灰尘、有害气体等影响而降低其性能，工作可靠，通断性能稳定。灭弧室作为独立的元件，安装调试简单方便。l在真空断路器的使用年限内，触头局部不需要维修、检查。即使维修检查，所需时间也很短。l在密封的容器中熄弧，电弧和炽热气体不外露。l具有屡次重合闸功能，适合配电网中应用要求。13.3 隔离开关13.3.1 隔离开关的主要作用l在无电流电路上分断电路，形成明显的断口l用以分、合小电流线路l用以转换线路，改变电气系统的接线方式l隔离开关的接地开关刀闸可代替接地线，保证抢修工作平安l某

26、些场合下，快速分断的快分隔离开关与接地器配合，可作为断路器使用13.3.2 隔离开关的种类及结构l按产品组装极数 单根式和三极式l按每极绝缘支柱数目 单柱式、双柱式、三柱式l按装设地点 户内式和户外式。 隔离开关的典型结构隔离开关的典型结构 l绝缘局部l导电局部l支持底座或框架 l操动机构和传动机构 13.4 其它开关电器13.4.1 高压熔断器 它串联在电路中，当电路中通过过负荷电流或短路电流时，利用其在熔体中产生的热量使熔体熔断，切断电路，以到达保护电气设备和电网的重要任务，同时，还可以限制事故的进一步开展，确保用户平安供电。 熔体熔断时会出现电弧必须采取一定的措施进行熄弧，直到电弧熄灭后

27、，电路才算完全开断。 高压熔断器根本结构 l熔体l绝缘外壳l触头帽l撞击器 熔断器的工作性能熔断器的工作性能l时间电流特性表示熔丝熔断时间与通过电流间关系的曲线 l流过熔体的电流越大，熔化时间越短；当电流减小时，熔化时间增大l熔丝的最小熔化电流i0 熔断器的工作性能熔断器的工作性能l额定电流熔断器的额定电流与熔体的额定电流是两个不同的值 l各种熔体对应于不同电流值的熔断时间，都制定有一定的标准，必须满足标准规定 l熔断时间与燃弧时间 熔断器的种类熔断器的种类 l按电压 高压和低压l按装设地点 户内式和户外式l按结构 螺旋式、插片式和管式l按是否有限流作用 限流式和非限流式非限流式熔断器非限流式

28、熔断器 非限流熔断器采取电流过零时开断，这类熔断器的熔体一般较短，从灭弧的角度考虑，要求将最初建立的短电弧尽快拉长。即使如此，拉长的电弧电压与系统电压相比还是低得多，因此，必须采取吹弧的措施，将电弧以向外喷射的方式来拉长电弧，进行电弧的熄灭。这样还可防止电流过零电弧熄灭后重燃。 喷射式熔断器喷射式熔断器 l基座上、下静触头瓷绝缘子引线接头 l载熔体 熔管上、下动触头释压帽扭力弹簧喷射式熔断器的开断能力喷射式熔断器的开断能力 l喷射式熔断器的开断能力与熔管内径大小有关，内径越大，开断能力越强 l目前普遍采用逐级排气结构的熔管 限流式熔断器限流式熔断器 l有显著的限流效应，在短路电流还未到达最大值

29、前，电流即被截断l开断短路电流能力大，故又称作高分断能力熔断器 l目前最常用的是石英砂限流式熔断器 l熔体采用螺旋状绕制，其长度远远超过熔管长度 l开断小故障电流时，常利用冶金效应使熔体熔断 13.4.2 接地开关l接地开关的作用是将电气设备人为接地 l具有一定的关合能力以保护开关设备内其它电气设备不受损坏 l停电检修时，为保证人身设备平安，经常利用接地开关进行平安接地。l在某些情况下，还可以与断路器、快分开关等设备配合使用，开断负荷电流和短路电流。 l合闸时利用弹簧蓄能 l分闸通过手动操作操动机构完成 13.4.3 负荷开关l负荷开关主要用来接通和断开正常负荷电流 l带有热脱扣器的负荷开关还

30、具有过载保护功能 l装有灭弧装置，有一定的灭弧能力，但不能开断短路电流 l结构较断路器简单，价格也相对低廉 负荷开关的分类负荷开关的分类l固体产气式负荷开关l油浸式负荷开关l压气式负荷开关l真空负荷开关13.5 互 感 器互感器的主要作用互感器的主要作用 l将一次回路中的高电压、大电流变换为二次回路中标准的低电压和小电流 l使二次接线简单、经济，适于标准化组屏l使二次设备与高压一次系统电气隔离 l可以在不影响原绕组所在系统的运行的前提下，取得零序电流、零序电压分量供保护装置使用，反响接地故障 13.5.1 电流互感器l电流互感器一次绕组串联在回路里，二次绕组经某些负荷而闭合，二次电流与一次电流

31、成正比。二次绕组的负载是测量仪表和继电器等的电流线圈，阻抗很小，相当于短路运行。n一次绕组串联于一次系统的电路中，且匝数很少，阻抗小，二次绕组的阻抗很小，其归算于一次的阻抗远小于电网负载阻抗，对一次负载电流的影响可忽略不计，因此一次电流只取决于电路负载，不因电流互感器二次负载的变化而变化。 电流互感器的分类电流互感器的分类 l按用途 测量用和保护用电流互感器 l按安装类型 户外式和户内式 l按安装方式 贯穿式、装入式和支持式电流互感器的分类电流互感器的分类l按一次绕组形式 单匝式和多匝式l按照绝缘干式、浇注式、油浸式和SF6气体绝缘式等 l按照电流变换原理电磁式和光电式电磁式电流互感器的工作原

32、理电磁式电流互感器的工作原理 目前电力系统中广泛 应 用 的 是 电 磁 式电流互感器，主要由铁芯、一次绕组、二次绕组、绝缘材料及其它附件组成，其工作原理和变压器相似。电磁式电流互感器等值电路电磁式电流互感器等值电路 电磁式电流互感器相量图电磁式电流互感器相量图 电流互感器的工作特点电流互感器的工作特点 l一次绕组串联在电路中，并且匝数很少；因此一次绕组中的电流完全取决与被测电路的负荷电流，而与二次电流大小无关。 l电流互感器二次绕组所接仪表和继电器的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路的状态下运行。 l电流互感器二次侧不能开路。为此，在电流互感器的二次回路中不允许装设熔断器

33、。 二次绕组开路时参数曲线二次绕组开路时参数曲线 电流互感器的误差电流互感器的误差一次电流对误差的影响一次电流对误差的影响 l增大一次磁势F1I1N1是减小电流互感器电流误差和相位差的最有效的方法 l但一次电流是不可控的，只能考虑增加一次绕组的匝数l匝数的增加使铜的消耗量增加 l从经济上来考虑，一次绕组尽可能采用比较少的匝数，而尽量其它方法来减小误差。 二次电流对误差的影响二次电流对误差的影响 二次负荷和一次电流值保持不变时，减小二次电流就使二次电势也减小，磁通密度B也相应地减小。为了保持磁通密度有较小的值就必须使励磁磁势减小。因而，随着二次电流的减小，电流互感器的电流误差和相位误差也减小，反

34、之，二次电流增大时误差也增大。电流频率的影响电流频率的影响 l随着交流电流频率的增大，铁芯的磁通密度B是减小的，而励磁磁势是随着磁通密度的减小而减小的，因而电流互感器的电流误差和相位差也相应减小。这时相位差可得到负值。l当频率超过1000Hz时，电流互感器的铁芯温度会由于铁芯中的有功损耗而到达很高的数值。 二次外部负荷的影响二次外部负荷的影响 电流误差和相位差是随着二次负荷Z2L的增大而增大的，即使电流互感器的准确度降低了。二次负荷功率因数的影响二次负荷功率因数的影响 当二次负荷不变时，二次负荷功率因数的增大使角减小。此时电流误差将减小，而相位差将增大。当减小很多时，相位差甚至能够得到负值。电

35、流互感器的准确级和误差标准电流互感器的准确级和误差标准 l准确级表示在规定的二次负荷范围内，一次电流为额定值时电流互感器的最大误差。 l测量用电流互感器的要求是在正常工作范围内有较高的准确度。 l保护级电流互感器主要是在系统短路时工作，在额定一次电流范围内的准确度要求不如测量级高，但对可能出现的短路电流范围内，那么要求互感器保证必要的准确度。 电流互感器准确级和误差极值10%误差曲线误差曲线 电流互感器的根本参数和特性电流互感器的根本参数和特性 l额定电压 l额定一次电流 l额定二次电流 l电流互感器的额定容量同极性端同极性端 当一次侧电流从Ll流向L2时，二次侧电流从K1流出经过电流互感器二

36、次负荷回到K2。对此，我们称L1和K1，L2和K2分别是同极性端，用“*或“表示。同极性端在任一瞬间对绕组的另一端同时为高电位或低电位。 电流互感器的接线方式电流互感器的接线方式 (a)单相式接线； (b)不完全星形接线； 电流互感器的接线方式电流互感器的接线方式(c)完全星形接线； (d)零序接线； 电流互感器的接线方式电流互感器的接线方式(e)三角形接线 电流互感器的配置电流互感器的配置 l为了满足测量和保护装置的需要，在发电机、变压器、出线、母线分段及母联断路器、旁路断路器等回路中均设有电流互感器。 l对于保护用电流互感器应尽量消除主保护装置的保护死区。 l为了减轻内部故障对发电机的损伤

37、，用于自动调整励磁装置的电流互感器应布置在发电机定子绕组的出线侧。 13.5.3 电压互感器电压互感器的分类 l单相式和三相式l户内式和户外式l双绕组和三绕组l干式、浇注式、油浸式和瓷绝缘l电磁式、电容式、光学两台两台110kV串接成串接成220kV电压互感器电压互感器1一次绕组2平衡绕组3铁心4连耦绕组5二次绕组电磁式电压互感器电磁式电压互感器 l电磁式电压互感器就是一台小容量的降压变压器，一次绕组匝数很多，而二次绕组匝数较少。l一次绕组并接于一次系统，二次侧各仪表并联。l二次绕组所接负荷均为高阻抗的电压表及电压继电器，故正常运行时二次绕组接近于空载状态开路。电磁式电压互感器工作原理电磁式电

38、压互感器工作原理 电磁式电压互感器相量图电磁式电压互感器相量图 电磁式电压互感器的误差电磁式电压互感器的误差 对误差有影响的因素对误差有影响的因素l互感器的结构 l运行工况二次负荷功率因数一次电压电压互感器准确等级和误差极值电压互感器准确等级和误差极值 1 油压计2 膨胀膜3 电容单元4 绝缘油5 瓷绝缘子6 密封件7 外壳8 低压端子箱/中性(N)和高频(HF)端子9 串联电感10中压互感器11铁磁谐振效应阴尼电路注释 耦合电容只包括1至6项。它安装在钢基座上。HF和N型位于基座之下。 电容式电压互感器电容式电压互感器 电压互感器配置的配置电压互感器配置的配置l母线 l线路 l发电机 l变压

39、器 电压互感器的接线电压互感器的接线 l电压互感器的接线方式应满足测量仪表、远动装置、继电保护和自动装置检测回路的具体要求l应装设短路保护 l应有一个可靠的接地点 l应有防止从二次回路向一次回路反响电压的措施 l对于双母线上的电压互感器，应有可靠的二次切换回路 电压互感器的接线电压互感器的接线 (a) 单接线；电压互感器的接线电压互感器的接线 (b) 不完全星形接线； (c)三相三柱式电压互感器接线；电压互感器的接线电压互感器的接线 (d)三相五柱式电压互感器接线； (e)三台单相电压互感器接线；电压互感器的接线电压互感器的接线13.6 SF6全封闭组合电器SF6全封闭组合电器 SF6全封闭组

40、合电器Gas Insulated Switchgear，简称GIS，是一种以SF6气体作为绝缘和灭弧介质，以优质环氧树脂绝缘子作支撑的封闭式成套高压电器。它已超越了一般断路器的概念，而是把断路器、母线隔离开关、线路隔离开关、接地开关、三相母线、电流互感器、电压互感器、母线避雷器、电缆头、绝缘套管等做成标准元件装在充满SF6气体的封闭的金属外壳内，并保持一定压力。各标准元件可制成不同连接型式的标准独立结构，再辅以一些过渡元件加弯头、三通、伸缩节等，便可适应不同形式主接线的要求，组成成套配电装置。SF6全封闭式组合电器的优点全封闭式组合电器的优点 l节省占用面积和空间l运行平安可靠l不产生噪音和无

41、线电干扰l安装工期短l维护工作量小、检修周期长 SF6全封闭式组合电器的缺点全封闭式组合电器的缺点 l对材料性能、加工精度与装配工艺的要求高，工件上任何毛刺、铁屑、纤维都会造成电场不均匀，使SF6气体抗电强度下降l金属材料消耗大，造价昂贵l故障损失严重l检修措施要求严密，防止SF6气体中的剩余有毒物质对检修人员造成伤害 第14章 电气主接线及特点 对电气主接线的根本要求对电气主接线的根本要求 l保证必要的供电可靠性和电能质量 l主接线应力求简单、明了，运行灵活，操作方便，保证维护及检修时的平安、方便 l一次投资及年运行费低 l满足扩建的要求 13.2 电气主接线的 根本形式主接线形式主接线形式

42、l主接线形式包括电压等级、各电压等级的进出线及其联络关系。l通过主接线可明确各主要一次设备如发电机、变压器、开关设备等的联络关系。l可利用开关设备对故障进行隔离或改变运行方式。 l当进出线的数量较多时，为了便于电能的聚集与分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰，运行方便 主接线的根本形式主接线的根本形式l有母线的接线形式单母线及单母线分段接线 双母线及双母线分段接线 旁路母线接线 一个半断路器接线 l无母线的接线形式桥形接线 角形接线 单元接线 单母线接线单母线接线 l优点： 简单明显，采用设备少，操作简便，便于扩建，造价低，投资小l缺点 供电可靠性低，灵活性较差 单母线分段接线单母线分

43、段接线 l优点： 既具有单母线接线简单明显、方便经济的优点，又在一定程度上提高了供电可靠性 l缺点当一段母线隔离开关发生故障或检修时，该段母线上的所有回路都要长时间停电。 双母线接线双母线接线 l每一回路都通过一台断路器和两组隔离开关也有采用两台断路器和两组隔离开关连接到两组母线上。l可以以一条母线作为工作母线，另一条母线作为备用母线，母线联络断路器断开，相当于单母线运行，检修或故障时可将电源和出线倒到备用母线上；两条母线也可同时工作，通过母线联络断路器并联运行，电源和出线平均地分配在两组母线上，相当于单母线分段方式运行。 双母线接线的优点双母线接线的优点l检修母线时不致供电中断；l母线发生故

44、障后，能迅速将电源和负荷倒至另一条母线，恢复供电；l检修任一回路的母线隔离开关时，只影响该回路的供电；l检修某一线路断路器时，可用母线联络断路器临时代替线路断路器，减小对用户的影响；l各电源和回路的负荷可任意分配到某一组母线上，可灵活调度以适应系统各种运行方式和潮流变化；l便于向母线左右任意一个方向顺延扩建。 双母线分段接线双母线分段接线 旁路母线接线旁路母线接线 一个半断路器接线一个半断路器接线 l优点：运行高度灵活。正常运行时，两组母线和所有断路器都投入工作，从而形成多环路供电方式；工作可靠性高 l缺点：为所用设备较多，投资较大，继电保护及二次回路复杂 桥形接线桥形接线 l内桥式桥连断路器

45、设置在靠近变压器侧 l外桥式 桥连断路器设置在靠近线路侧 角形接线角形接线 l优点：l所用断路器数等于回路数，比较经济 l可靠性和灵活性高l容易实现自动化和遥控 l缺点：l当检修需开环运行时，如恰发生故障，可靠性较差l备选择和继电保护整定复杂单元接线单元接线 l发电机与变压器直接连接成一个单元，组成发电机变压器组，称为单元接线 。l几个元件直接单独连接，没有横向的联系，是最简单的接线。220kV仿党线201开关由运行转为检修，220kV旁路210开关带仿党线201开关运行220kV仿党线仿党线201开关由运行转为检修，开关由运行转为检修，220kV旁路旁路210开关带仿党线开关带仿党线201开

46、关运行开关运行 l检查220kV旁路210开关在母线热备用l检查220kV母联202开关运行正常l投入220kV母差保护屏手动互联压板l拉开220kV母联202开关操作电源开关1l拉开220kV母联202开关操作电源开关2l合上220kV 旁路210-2刀闸操作电源l合上220kV 旁路210-2刀闸l检查220kV 旁路210-2刀闸确已合好l拉开220kV 旁路210-2刀闸操作电源l合上220kV 旁路210-1刀闸操作电源l拉开220kV 旁路210-1刀闸l检查220kV 旁路210-1刀闸确已拉开l拉开220kV 旁路210-1刀闸操作电源l停用220kV母差保护手动互联压板l合上

47、220kV母联202开关操作电源开关1l合上220kV母联202开关操作电源开关2l检查220kV旁路210开关保护投入正确l将220kV旁路210开关失灵及后备保护定值带仿党线201开关保护定值220kV仿党线仿党线201开关由运行转为检修，开关由运行转为检修，220kV旁路旁路210开关带仿党线开关带仿党线201开关运行开关运行 l将220kV旁路210开关高频距离保护定值带仿党线201开关保护定值l核对220kV旁路210开关失灵及后备保护定值为带仿党线201开关保护定值l核对220kV旁路210开关高频距离保护屏定值为带仿党线201开关保护定值l停用220kV旁路保护屏合闸出口压板l将

48、220kV旁路保护屏重合闸方式开关切至停用位置l投入220kV旁路保护屏勾通三跳压板l选择220kV旁路210开关合闸l检查220kV旁路210开关合闸选线正确l合上220kV旁路210开关l检查220kV旁路母线充电良好l检查220kV旁路210开关确已合好l选择220kV旁路210开关分闸l检查220kV旁路210开关分闸选线正确l拉开220kV旁路210开关l检查表计指示正确l检查220kV旁路210开关确已拉开l合上 220kV仿党线201-4刀闸操作电源220kV仿党线仿党线201开关由运行转为检修，开关由运行转为检修，220kV旁路旁路210开关带仿党线开关带仿党线201开关运行开

49、关运行 l检查220kV旁路210开关在母线热备用l检查220kV母联202开关运行正常l投入220kV母差保护屏手动互联压板l拉开220kV母联202开关操作电源开关1l拉开220kV母联202开关操作电源开关2l合上220kV 旁路210-2刀闸操作电源l合上220kV 旁路210-2刀闸l检查220kV 旁路210-2刀闸确已合好l拉开220kV 旁路210-2刀闸操作电源l合上220kV 旁路210-1刀闸操作电源l拉开220kV 旁路210-1刀闸l检查220kV 旁路210-1刀闸确已拉开l拉开220kV 旁路210-1刀闸操作电源l停用220kV母差保护手动互联压板l合上220k

50、V母联202开关操作电源开关1l合上220kV母联202开关操作电源开关2l检查220kV旁路210开关保护投入正确l将220kV旁路210开关失灵及后备保护定值带仿党线201开关保护定值220kV仿党线仿党线201开关由运行转为检修，开关由运行转为检修，220kV旁路旁路210开关带仿党线开关带仿党线201开关运行开关运行 l检查220kV旁路210开关在母线热备用l检查220kV母联202开关运行正常l投入220kV母差保护屏手动互联压板l拉开220kV母联202开关操作电源开关1l拉开220kV母联202开关操作电源开关2l合上220kV 旁路210-2刀闸操作电源l合上220kV 旁路

51、210-2刀闸l检查220kV 旁路210-2刀闸确已合好l拉开220kV 旁路210-2刀闸操作电源l合上220kV 旁路210-1刀闸操作电源l拉开220kV 旁路210-1刀闸l检查220kV 旁路210-1刀闸确已拉开l拉开220kV 旁路210-1刀闸操作电源l停用220kV母差保护手动互联压板l合上220kV母联202开关操作电源开关1l合上220kV母联202开关操作电源开关2l检查220kV旁路210开关保护投入正确l将220kV旁路210开关失灵及后备保护定值带仿党线201开关保护定值220kV仿党线仿党线201开关由运行转为检修，开关由运行转为检修，220kV旁路旁路210

52、开关带仿党线开关带仿党线201开关运行开关运行 l检查220kV旁路210开关在母线热备用l检查220kV母联202开关运行正常l投入220kV母差保护屏手动互联压板l拉开220kV母联202开关操作电源开关1l拉开220kV母联202开关操作电源开关2l合上220kV 旁路210-2刀闸操作电源l合上220kV 旁路210-2刀闸l检查220kV 旁路210-2刀闸确已合好l拉开220kV 旁路210-2刀闸操作电源l合上220kV 旁路210-1刀闸操作电源l拉开220kV 旁路210-1刀闸l检查220kV 旁路210-1刀闸确已拉开l拉开220kV 旁路210-1刀闸操作电源l停用22

53、0kV母差保护手动互联压板l合上220kV母联202开关操作电源开关1l合上220kV母联202开关操作电源开关2l检查220kV旁路210开关保护投入正确l将220kV旁路210开关失灵及后备保护定值带仿党线201开关保护定值第15章 电器设备选择导体和电器设备一般运行于导体和电器设备一般运行于两种工作状态两种工作状态 l正常工作状态 l 电压和电流都不超过额定值，导体和电器设备能够长期平安经济地运行。l短路工作状态 l 系统发生故障，会引起电流突然增加，短路电流比额定值要高出几倍甚至几十倍。在故障尚未切除的短期内，导体或电器要承受短时发热和电动力的作用。正常工作状态正常工作状态 l会产生各种损耗，导体通过工作电流，其本身电阻产生的损耗；绝缘材料中出现的介质损耗；导体周围的金属部件，在电磁场作用下引起的涡流和磁滞损耗。l这些损耗变成热能使导体的温度升高，致使材料的物理和化学性能变坏。 短路工作状态短路工作状态l因为短路电流很大，发热量也会很大。而且这些热量在极短时间内发出，不容易散出，造成导体温度的迅速升高。l导体还会受到较大电动力的