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文档简介
1、3/18/2022南京理工大学南京理工大学电气工程基础电气工程基础电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022第七章第七章 发电厂、变电所的一次设备发电厂、变电所的一次设备7.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件 7.2 开关电器的灭弧原理开关电器的灭弧原理7.3 高低压开关电器高低压开关电器7.4 高低压保护电器和限流电器高低压保护电器和限流电器 7.5 互感器互感器7.6 电力变压器电力变压器7.7 配电装置简介配电装置简介电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022n 一次系统(一次回路)一次系统(一次回路) :n 二次系统(二次回路)二次系统(二
2、次回路) : 担负电能的生产、输担负电能的生产、输送和分配任务的系统。送和分配任务的系统。 对一次系统进行监视、对一次系统进行监视、控制、测量和保护等的系统。控制、测量和保护等的系统。一次系统中的所有电气设备,称为一次设备。一次系统中的所有电气设备,称为一次设备。二次系统中的所有电气设备,称为二次设备。二次系统中的所有电气设备,称为二次设备。第七章第七章 发电厂、变电所的一次设备发电厂、变电所的一次设备电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022u一次设备一次设备按其功能可分为以下几类:按其功能可分为以下几类:变换设备:变换设备:如电力变压器、电流互感器、电压互如电力变压器、电流
3、互感器、电压互 感器等。感器等。开关设备:开关设备:如断路器、隔离开关、负荷开关等。如断路器、隔离开关、负荷开关等。保护设备:保护设备:如熔路器、避雷器、电抗器等。如熔路器、避雷器、电抗器等。无功补偿设备:无功补偿设备:如电力电容器、静止补偿器等。如电力电容器、静止补偿器等。成套配电装置:成套配电装置:如高压开关柜、低压配电屏等。如高压开关柜、低压配电屏等。第七章第七章 发电厂、变电所的一次设备发电厂、变电所的一次设备电气工程基础电气工程基础200820083/18/20227.1 7.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件 基本要求基本要求按正常运行条件进行选择;按正常运行条件进行
4、选择;按短路条件校验热稳定和动稳定。按短路条件校验热稳定和动稳定。电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022一一.按正常工作条件选择电气设备按正常工作条件选择电气设备1.1.额定电压额定电压2.2.额定电流额定电流3.3.环境条件:海拔高度;温度;装设位置(室内环境条件:海拔高度;温度;装设位置(室内或室外)或室外)maxIINNsNUU 00alalNNalIK II电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022二二.按短路状态校验按短路状态校验1.1.热稳定校验热稳定校验2.2.动稳定校验动稳定校验特殊情况:特殊情况:(1 1)用熔断器保护的电气设备,可不校验热
5、稳定;)用熔断器保护的电气设备,可不校验热稳定;(2 2)用有限流电阻的熔断器保护的电气设备,可不校)用有限流电阻的熔断器保护的电气设备,可不校 验动稳定;验动稳定;(3 3)装设在电压互感器回路中的裸导体和电气设备可)装设在电压互感器回路中的裸导体和电气设备可 不校验动、热稳定。不校验动、热稳定。shesshesIIii或或ktQtI2短路电流短路电流热效应热效应电气工程基础电气工程基础200820083/18/20223.3.短路电流计算条件短路电流计算条件(1)(1)容量和接线容量和接线:按本工程设计按本工程设计最终容量最终容量计算,并考虑电力系计算,并考虑电力系统统远景发展规划远景发展
6、规划( (一般为本工程建成后一般为本工程建成后5 51010年年) );其接线应采;其接线应采用可能发生用可能发生最大短路电流的正常接线方式最大短路电流的正常接线方式,但不考虑在切换,但不考虑在切换过程中可能短时并列的接线方式过程中可能短时并列的接线方式( (如切换厂用变压器时的并如切换厂用变压器时的并列列) )。(2)(2)短路种类短路种类:一般按一般按三相短路三相短路验算,若其他种类短路较三相验算,若其他种类短路较三相短路严重时,则应按最严重的情况验算。短路严重时,则应按最严重的情况验算。(3)(3)计算短路点计算短路点:在计算电路图中,同电位的各短路点的短路在计算电路图中,同电位的各短路
7、点的短路电流值均相等,但通过各支路的短路电流将随着短路点的位电流值均相等,但通过各支路的短路电流将随着短路点的位置不同而不同。在校验电器和载流导体时,必须确定电气设置不同而不同。在校验电器和载流导体时,必须确定电气设备和载流导体处于最严重情况的短路点,使通过的备和载流导体处于最严重情况的短路点,使通过的短路电流短路电流校验值最大。校验值最大。电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022短路点的选择短路点的选择发电机回路发电机回路母联母联分段分段变压器回路变压器回路带电抗器的出线带电抗器的出线厂用变压器回路厂用变压器回路电气工程基础电气工程基础200820083/18/20224.
8、4.短路计算时间短路计算时间热稳定热稳定:后备保护动作时间和断路器的全开断时间之和。:后备保护动作时间和断路器的全开断时间之和。()kprabprinatttttt开断能力计算时间开断能力计算时间inprkttt1电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022三、主要电气设备的选择和校验项目三、主要电气设备的选择和校验项目 设备名称设备名称一般选择条件一般选择条件特殊选择项目特殊选择项目额定电压额定电压额定电流额定电流热稳定热稳定动稳定动稳定断路器断路器断流能力校验断流能力校验隔离开关隔离开关电流互感器电流互感器准确度等级校验准确度等级校验电压互感器电压互感器准确度等级校验准确度等
9、级校验高压熔断器高压熔断器断流能力校验断流能力校验硬母线硬母线电晕电压校验电晕电压校验软母线软母线电晕电压校验电晕电压校验电力电缆电力电缆电压损失校验电压损失校验支柱绝缘子支柱绝缘子穿墙套管穿墙套管注:注:“”表示需要进行选择计算或校验;表示需要进行选择计算或校验;“”表示不需要进行选择或校验;表示不需要进行选择或校验;电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022 7.2 7.2 开关电器的灭弧原理开关电器的灭弧原理1电弧的产生电弧的产生:是触头间中性质点被游离的结果。:是触头间中性质点被游离的结果。 强电场发射强电场发射热电发射热电发射碰撞游离碰撞游离热游离热游离产生电弧的游离
10、方式有:产生电弧的游离方式有:一、电弧的产生和熄灭一、电弧的产生和熄灭电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022(1 1)强电场发射)强电场发射 在断路器触头分开的最初瞬间,触头电极的表面受到外在断路器触头分开的最初瞬间,触头电极的表面受到外加电压所形成的强电场的作用,金属电极表面的电子就会加电压所形成的强电场的作用,金属电极表面的电子就会在电场力的作用下被拉出,即发生了所谓在电场力的作用下被拉出,即发生了所谓强电场发射强电场发射。金属表面发射电子的数量决定于极间电场强度的高低。金属表面发射电子的数量决定于极间电场强度的高低。当电场强度超过当电场强度超过10107 7V/cmV
11、/cm时,即使金属表面温度不高,其时,即使金属表面温度不高,其电子发射量也会显著增加。电子发射量也会显著增加。强电场发射是弧隙间初始电子产生的原因。强电场发射是弧隙间初始电子产生的原因。一、电弧的产生和熄灭一、电弧的产生和熄灭电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022(2 2)碰撞游离)碰撞游离 当有一定强动能的电子撞击到某种气体的中性质点时,可使当有一定强动能的电子撞击到某种气体的中性质点时,可使其间电子被释放出来,游离成正离子和新的自由电子。被撞击其间电子被释放出来,游离成正离子和新的自由电子。被撞击的电子和原来的电子又会在电场作用下向阳极作加速运动,获的电子和原来的电子又
12、会在电场作用下向阳极作加速运动,获得足够动能后,又将撞击其它中性质点,产生更多的自由电子得足够动能后,又将撞击其它中性质点,产生更多的自由电子和正离子,使带电质点浓度迅速增加。这一游离过程即称为和正离子,使带电质点浓度迅速增加。这一游离过程即称为碰碰撞游离撞游离。一、电弧的产生和熄灭一、电弧的产生和熄灭电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022(3 3)热游离)热游离 在高温下,气体分子和原子热运动加快,它们在高温下,气体分子和原子热运动加快,它们互相碰撞,在温度足够高时会撞击产生离子和自互相碰撞,在温度足够高时会撞击产生离子和自由电子,这种现象称为由电子,这种现象称为热游离热
13、游离。 一、电弧的产生和熄灭一、电弧的产生和熄灭不同温度下空气和气体的热电离程度不同温度下空气和气体的热电离程度电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022(4 4)热电发射)热电发射 在弧光放电过程中,电极表面少数点上有局部较集在弧光放电过程中,电极表面少数点上有局部较集中的电流,同时因开关触头分离后,触头间接触压力中的电流,同时因开关触头分离后,触头间接触压力及接触面积逐渐减小,接触电阻也随之增加,会使电及接触面积逐渐减小,接触电阻也随之增加,会使电极表面有相应高温,从而造成其中的电子获得很大的极表面有相应高温,从而造成其中的电子获得很大的动能后逸出到周围空间。这种现象称为动
14、能后逸出到周围空间。这种现象称为热电子发射热电子发射,其强弱程度与阴极的材料及表面温度有关,是气体介其强弱程度与阴极的材料及表面温度有关,是气体介质中带电质点产生的主要原因之一。质中带电质点产生的主要原因之一。一、电弧的产生和熄灭一、电弧的产生和熄灭电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022复合:复合:指正、负带电质点重新结合为中性质点。指正、负带电质点重新结合为中性质点。扩散:扩散:指电弧中的带电质点向周围介质逸出的现象。指电弧中的带电质点向周围介质逸出的现象。3交流电弧的基本特性交流电弧的基本特性n 伏安特性:伏安特性:如图如图5-1所示。所示。 UA 燃弧电压燃弧电压UB
15、 熄弧电压熄弧电压2电弧的熄灭电弧的熄灭 电弧熄灭的条件:使触头间电弧中的电弧熄灭的条件:使触头间电弧中的去游离率大于游离去游离率大于游离率,率,即使离子消失的速度大于离子产生的速度。即使离子消失的速度大于离子产生的速度。 一、电弧的产生和熄灭一、电弧的产生和熄灭电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022对熄弧能力较强的断路器:对熄弧能力较强的断路器:电流过零后,如果暂态恢复电电流过零后,如果暂态恢复电压高于弧隙介质强度,将发生弧隙击穿,电弧将会重燃;称压高于弧隙介质强度,将发生弧隙击穿,电弧将会重燃;称为为电击穿电击穿,如果暂态恢复电压低于弧隙介质强度,电弧就不,如果暂态恢复
16、电压低于弧隙介质强度,电弧就不会重燃,电路开断成功。会重燃,电路开断成功。对熄弧能力较弱的断路器对熄弧能力较弱的断路器:在电流过零瞬间,如果输入能:在电流过零瞬间,如果输入能量大于散失能量,电弧就会重燃,称为量大于散失能量,电弧就会重燃,称为热击穿热击穿;如果散失能;如果散失能量大于输入能量,弧隙温度将继续下降,电弧将会熄灭。量大于输入能量,弧隙温度将继续下降,电弧将会熄灭。n 近阴极效应:近阴极效应:交流电弧过零的瞬间,阴极附近在极短的时交流电弧过零的瞬间,阴极附近在极短的时间内立即出现大约间内立即出现大约150V250V的介质强度。当触头两端外加的介质强度。当触头两端外加交流电压小于交流电
17、压小于150V时,电弧将会熄灭。时,电弧将会熄灭。一、电弧的产生和熄灭一、电弧的产生和熄灭电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022 开关电弧的熄灭条件开关电弧的熄灭条件介质强度和恢复电压)()(tUtUrd电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022二、开关电器中常用的灭弧方法二、开关电器中常用的灭弧方法速拉灭弧法;速拉灭弧法;冷却灭弧法;冷却灭弧法;吹弧灭弧法(图吹弧灭弧法(图5-2););图图5-2 吹弧方式吹弧方式a)横吹)横吹 b)纵吹)纵吹1电弧电弧 2触头触头电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022长弧切短灭弧法(图长弧切短灭弧法(
18、图5-3););粗弧分细灭弧法;粗弧分细灭弧法;狭缝灭弧法(图狭缝灭弧法(图5-4););采用新型介质(采用新型介质(SF6、真空)灭弧;、真空)灭弧;采用多断口灭弧。采用多断口灭弧。 图图5-3 长弧切短灭弧原理长弧切短灭弧原理图图5-4 狭缝灭弧原理狭缝灭弧原理二、开关电器中常用的灭弧方法二、开关电器中常用的灭弧方法电气工程基础电气工程基础200820083/18/20227.3 高低压开关电器高低压开关电器 一、高压断路器一、高压断路器1. 高压断路器的用途(功能)高压断路器的用途(功能)2. 对高压断路器的基本要求对高压断路器的基本要求绝缘应安全可靠;绝缘应安全可靠;有足够的动稳定性和
19、热稳定性;有足够的动稳定性和热稳定性;有足够的开断能力;有足够的开断能力; 动作速度快,熄弧时间短。动作速度快,熄弧时间短。 u结构特点:具有结构特点:具有相当完善的灭弧结构。相当完善的灭弧结构。 不仅能通断正常负荷电流,而且能通断一定的短路电流,不仅能通断正常负荷电流,而且能通断一定的短路电流,并能在保护装置作用下自动跳闸,切除短路故障。并能在保护装置作用下自动跳闸,切除短路故障。电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022 一、高压断路器一、高压断路器3. 高压断路器的分类高压断路器的分类 根据断路器采用的灭弧介质和灭弧方式,一般可分为:根据断路器采用的灭弧介质和灭弧方式,一
20、般可分为:多油式断路器;多油式断路器;少油式断路器;少油式断路器;压缩空气高压断路器;压缩空气高压断路器;真空断路器;真空断路器;SF6断路器等。断路器等。断路器的种类和型号主要根据安装线路的电压等级、切断路器的种类和型号主要根据安装线路的电压等级、切断电流的大小和投资费用等进行选择。断电流的大小和投资费用等进行选择。 电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022 一、高压断路器一、高压断路器4. 高压断路器的操作性能高压断路器的操作性能图图7.6 7.6 全开断时间和短路时间计算全开断时间和短路时间计算abinatttkprabprinabrttttttt电气工程基础电气工程基
21、础200820083/18/20225.5.高压断路器的型号高压断路器的型号 例:例: SW4-110G/1000-3000S少油;少油;W户外;户外;4设计序号;设计序号; 110110kV;G改进改进型;型;1000AIN;3000MVA断流容量。断流容量。 电气工程基础电气工程基础200820083/18/20226. 各类高压断路器简介各类高压断路器简介油断路器:油断路器:分为多油断路器和少油断路器两大类。分为多油断路器和少油断路器两大类。 图图5-5 SN10-10型高压少油断路器型高压少油断路器1铝帽铝帽 2上接线端子上接线端子 3油标油标 4绝缘筒绝缘筒5下接线端子下接线端子 6
22、基座基座 7主轴主轴 8框架框架 9断路弹簧断路弹簧 图图5-5和图和图5-6分别为分别为 SN10-10型少油断路器的外形结构型少油断路器的外形结构图及其一相油箱内部结构图及其一相油箱内部结构 。 一、高压断路器一、高压断路器电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022开 断 部 分操动和传动部分 绝 缘 部 分 组 成DW8-35型多油断路器油断路器多油断路器 一、高压断路器一、高压断路器电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022 高压断路器的型号说明SN10-10 /3000 43.3产品名称代号安装场所代号设计序号额定电压(kV)其他标志代号额定电流(A)
23、额定开断电流(kA) 一、高压断路器一、高压断路器电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022高压断路器的结构高压断路器的结构DW8-35型多油断路器接地金属箱型结构示意图断口金属箱绝缘套管操动机构接地金属箱型绝缘子支持型(1)断路器的基本结构 一、高压断路器一、高压断路器电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022DW19 - 40.5型 一、高压断路器一、高压断路器电气工程基础电气工程基础200820083/18/20221铝帽铝帽 2油气分离室油气分离室 3上接线端子上接线端子 4油标油标 5静触头静触头 6灭弧室灭弧室 7动触头动触头(导电杆导电杆) 8滚动
24、触头滚动触头 9下接线端子下接线端子 10转轴转轴 11拐臂拐臂 12基座基座 13下支柱瓷瓶下支柱瓷瓶 14上支柱瓷瓶上支柱瓷瓶 15断路弹簧断路弹簧 16绝缘筒绝缘筒 17逆止阀逆止阀 18绝缘油绝缘油图图5-6 SN10-10型高压少油断路器的一相油箱内部结构型高压少油断路器的一相油箱内部结构 一、高压断路器一、高压断路器电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022绝缘子支持型结构示意图SW2-63型少油断路器支持瓷瓶操动机构开断元件油断路器少油断路器 一、高压断路器一、高压断路器电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022l断路器的积木组合方式断路器的积木组
25、合方式断路器的积木组合方式示意图断路器的积木组合方式示意图SW2-110SW2-110型少油断路器型少油断路器 每相单柱双断口每相单柱双断口 一、高压断路器一、高压断路器电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022SW2-220SW2-220型少油断路器每相双柱四断口型少油断路器每相双柱四断口 一、高压断路器一、高压断路器电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022(3)(3)多断口断路器的均压问题及措施多断口断路器的均压问题及措施 UCCCUUCCCCUdddd0200122 一、高压断路器一、高压断路器电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022v
26、 采用均压电容采用均压电容CC为什么电容为什么电容C C能起能起到均压的作用?到均压的作用?2222020010UUCCCCCUUUCCCCCCUCCCCddddd )()(时时:及及当当 一、高压断路器一、高压断路器电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022并联均压电容并联均压电容并联电容并联电容 一、高压断路器一、高压断路器电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022户内式SN10-10断路器 一、高压断路器一、高压断路器电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022户内式户内式SN10-10断路器动画演示断路器动画演示 一、高压断路器一、高压断路
27、器电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022 SN10-10型少油断路器的灭弧原理可用图型少油断路器的灭弧原理可用图5-7表示。表示。图图5-7 SN10-10型少油断路器灭弧原理示意图型少油断路器灭弧原理示意图1静触头静触头 2吸弧铁片吸弧铁片 3横吹灭弧沟横吹灭弧沟 4纵吹油囊纵吹油囊 5电弧电弧 6动触头动触头 一、高压断路器一、高压断路器电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022(2)(2)油断路器小结油断路器小结n优点优点: : 结构简单,价格便宜结构简单,价格便宜n缺点:检修周期短缺点:检修周期短 维护工作量大维护工作量大 潜在火灾危险潜在火灾危险n
28、被被SF6SF6断路器取代的趋势(断路器取代的趋势(110kV110kV及以上系统)及以上系统)n被真空断路器取代的趋势(被真空断路器取代的趋势(10kV10kV电力系统)电力系统) 一、高压断路器一、高压断路器电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022六氟化硫(六氟化硫(SF6)断路器:)断路器: 双压式:双压式:有两个气压系统,低压气体系统主要用作断路有两个气压系统,低压气体系统主要用作断路器的内部绝缘;高压气体系统用于灭弧。其优点是开断器的内部绝缘;高压气体系统用于灭弧。其优点是开断容量大,动作迅速,但结构复杂。容量大,动作迅速,但结构复杂。单压式:单压式:只有一个低压气
29、压系统,作为断路器的内部绝只有一个低压气压系统,作为断路器的内部绝缘,电弧靠断路器开断时与触头同时运动的压气活塞压缘,电弧靠断路器开断时与触头同时运动的压气活塞压出出SF6的气流来熄灭。其优点是结构简单,易于制造,可的气流来熄灭。其优点是结构简单,易于制造,可靠性高,便于维护,应用比较广泛。靠性高,便于维护,应用比较广泛。分为双压式和单压式两类。分为双压式和单压式两类。 一、高压断路器一、高压断路器电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022 图图5-9为为LW36-126型型SF6断路器的断路器的外形结构。外形结构。其它型号的外形结构其它型号的外形结构图图5-9 LW36-12
30、6型型SF6断路器断路器图图5-8为单压式为单压式SF6断路器灭弧室的结构。断路器灭弧室的结构。 图图5-8 SF6断路器的灭弧室结构断路器的灭弧室结构1静触头静触头 2绝缘喷嘴绝缘喷嘴 3动触头动触头 4绝缘筒绝缘筒 5压气活塞压气活塞 6电弧电弧 一、高压断路器一、高压断路器电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022LW6B-252断路器 一、高压断路器一、高压断路器电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022LW12-500型落地罐式断路器金属罐盆式支持绝缘子 一、高压断路器一、高压断路器电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022(2) SF
31、6(2) SF6断路器小结断路器小结优点优点n绝缘性能和灭弧性能优良绝缘性能和灭弧性能优良n单柱双断口的结构单柱双断口的结构n检修周期长,无火灾的危险检修周期长,无火灾的危险n在在110kV110kV及以上系统取代油断路器及以上系统取代油断路器缺点:缺点:要求加工精度高,密封性能好,价格要求加工精度高,密封性能好,价格较昂贵。较昂贵。 一、高压断路器一、高压断路器电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022真空断路器:真空断路器:图图5-10为真空断路器灭弧室的结构。为真空断路器灭弧室的结构。图图5-10 真空断路器的灭弧室结构真空断路器的灭弧室结构1静触头静触头 2动触头动触头
32、 3屏蔽罩屏蔽罩 4波纹管波纹管 5导电杆导电杆 6外壳外壳目前,国际上真空断路器的设计、制造目前,国际上真空断路器的设计、制造单位主要是德国西门子公司和单位主要是德国西门子公司和ABB公司公司两大派别。西门子公司的代表产品有两大派别。西门子公司的代表产品有3AF、3AG及及3AH等;等;ABB公司的代表公司的代表产品有产品有VD4。 一、高压断路器一、高压断路器电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022真空断路器:真空断路器: 一、高压断路器一、高压断路器电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022(2) (2) 真空断路器结构真空断路器结构 ZN12-12系列
33、真空断路器真空断路器结构外型图 绝缘子操动机构真空灭弧室绝缘拉杆传动机构 一、高压断路器一、高压断路器电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022(3)(3)真空灭弧室真空灭弧室真空灭弧室触头动触杆波纹管屏蔽罩密封外壳 一、高压断路器一、高压断路器电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022F引进技术并国产化的产品,如引进技术并国产化的产品,如ZN12-12、 ZN18-12、 ZN21-12、 ZN67-12分别是引进西门子分别是引进西门子3AF、日本东芝公司、日本东芝公司VK、比利时、比利时EIB公司产品和日本三菱电机公司产品和日本三菱电机VPR型真空断路型真空
34、断路器等。器等。F在借鉴国外同类产品的基础上开发的产品,如在借鉴国外同类产品的基础上开发的产品,如ZN63-12和和ZN65-12分别效仿分别效仿ABB的的VD4和西门子的和西门子的3AH。F自行设计的产品,如自行设计的产品,如ZN15-12、ZN28-12、ZN30-12等。等。国内生产的真空断路器归纳起来大致可分为三类:国内生产的真空断路器归纳起来大致可分为三类: 图图5-11和图和图5-12分别为分别为ZN28A-12型户内式和型户内式和ZW32-12型户外式真空断路器的外形结构。其它型号的外形结构型户外式真空断路器的外形结构。其它型号的外形结构 一、高压断路器一、高压断路器电气工程基础
35、电气工程基础200820083/18/2022优点:优点:体积小、重量轻、动作快、寿命长、操作噪声小、体积小、重量轻、动作快、寿命长、操作噪声小、安全可靠、便于维护安全可靠、便于维护, ,在在10kV10kV电力系统中逐步取代少油断路电力系统中逐步取代少油断路器器 。缺点:缺点:价格较贵。价格较贵。 图图5-11 ZN28A-12型真空断路器型真空断路器 图图5-12 ZW32-12型户外高压真空断路型户外高压真空断路 一、高压断路器一、高压断路器电气工程基础电气工程基础200820083/18/20227. 断路器的操作机构断路器的操作机构说明:断路器说明:断路器合闸合闸时,操作机构必须克服
36、断路器开断弹簧的阻力和可动部分的时,操作机构必须克服断路器开断弹簧的阻力和可动部分的重量及摩擦阻力等,所以合闸操作重量及摩擦阻力等,所以合闸操作需做的功很大需做的功很大;断路器;断路器跳闸跳闸时,只要将维持时,只要将维持机构的脱扣器释放打开,在跳闸弹簧的作用下可迅速跳闸,所以跳闸操作机构的脱扣器释放打开,在跳闸弹簧的作用下可迅速跳闸,所以跳闸操作所需所需做的功很小。做的功很小。手动式(手动式(CS型)型)直流电磁式(直流电磁式(CD型)型)弹簧储能式(弹簧储能式(CT型)型) 操作机构是指用以进行断路器合闸、保持合闸位置和跳操作机构是指用以进行断路器合闸、保持合闸位置和跳闸的,每种操作机构均包
37、括合闸机构、跳闸机构和维持机构闸的,每种操作机构均包括合闸机构、跳闸机构和维持机构三部分。三部分。 能手动跳、合闸和远距离跳闸,不能远距离合闸,操作电源为交流。能手动跳、合闸和远距离跳闸,不能远距离合闸,操作电源为交流。能手动和远距离跳合闸,便于实现自动化,结构简单,零件数量少,工能手动和远距离跳合闸,便于实现自动化,结构简单,零件数量少,工作可靠,制造成本低,但需直流操作电源,且合闸功率大。作可靠,制造成本低,但需直流操作电源,且合闸功率大。能手动和远距离跳合闸,结构复杂,零件数量多,且要求加工精度高,能手动和远距离跳合闸,结构复杂,零件数量多,且要求加工精度高,制造工艺复杂,成本高,但可用
38、交流操作电源,还可实现一次重合闸。制造工艺复杂,成本高,但可用交流操作电源,还可实现一次重合闸。 一、高压断路器一、高压断路器电气工程基础电气工程基础200820083/18/20228. 高压断路器的基本参数高压断路器的基本参数额定电压额定电压UN:指断路器长期正常工作所能承受的电压。指断路器长期正常工作所能承受的电压。 额定电流额定电流IN:指断路器允许长期通过的最大工作电流。指断路器允许长期通过的最大工作电流。 额定开断电流额定开断电流IN.oc:指断路器在额定电压下能够正常开断的指断路器在额定电压下能够正常开断的最大短路电流,它表征断路器的开断能力。最大短路电流,它表征断路器的开断能力
39、。额定开断容量额定开断容量SN.oc:指断路器额定电压和额定开断电流的指断路器额定电压和额定开断电流的乘积,即乘积,即 ocNNocNIUS3说明:如果断路器的实际运行电压说明:如果断路器的实际运行电压U低于额定电压低于额定电压 UN而额定开断电而额定开断电流不变,此时的开断容量应修正为:流不变,此时的开断容量应修正为: NocNocUUSS 一、高压断路器一、高压断路器电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022热稳定电流热稳定电流 Its:表征断路器承受短路电流热效应的能力。表征断路器承受短路电流热效应的能力。ocNtsII动稳定电流动稳定电流 ies:表征断路器承受短路电流
40、力效应的能力。表征断路器承受短路电流力效应的能力。分闸时间:分闸时间:指断路器从得到分闸命令起,到三相电弧完全指断路器从得到分闸命令起,到三相电弧完全熄灭为止的一段时间,它包括断路器的固有分闸时间和燃弧熄灭为止的一段时间,它包括断路器的固有分闸时间和燃弧时间两部分。时间两部分。合闸时间:合闸时间:指断路器从接到合闸命令起,到三相触头刚接指断路器从接到合闸命令起,到三相触头刚接触为止的一段时间。触为止的一段时间。 固有分闸时间:指断路器从得到分闸命令起,到主触头刚分离的一段时间;固有分闸时间:指断路器从得到分闸命令起,到主触头刚分离的一段时间;燃弧时间:指从主触头分离到三相电弧完全熄灭的一段时间
41、。燃弧时间:指从主触头分离到三相电弧完全熄灭的一段时间。 一、高压断路器一、高压断路器电气工程基础电气工程基础200820083/18/20229. 高压断路器的选择高压断路器的选择 一、高压断路器一、高压断路器(1)正常工作条件)正常工作条件 1)额定电压选择:额定电压选择:式中:式中:UNQF的额定电压;的额定电压;UNS装置地点电网的额定电压。装置地点电网的额定电压。NNSUU2)额定电流选择额定电流选择式中:式中:INQF的额定电流;的额定电流;ImaxQF承受的实际最大持续工作电流。承受的实际最大持续工作电流。maxNII电气工程基础电气工程基础200820083/18/20229.
42、 高压断路器的选择高压断路器的选择 一、高压断路器一、高压断路器2) 2) 热稳定校验热稳定校验 2tkI tQNbrII(2 2)短路条件)短路条件1) 1) 额定开断电流校验额定开断电流校验 式中:式中:I INbrNbr额定开断电流;额定开断电流; 式中:式中:i ieses断路器铭牌额定最大冲击电流。断路器铭牌额定最大冲击电流。esshii3) 3) 动稳定校验动稳定校验电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022例例7.1 电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022 二、高压隔离开关(俗称刀闸)二、高压隔离开关(俗称刀闸)1. 隔离开关的性能隔离开关的性
43、能u结构特点:结构特点:没有灭弧装置。没有灭弧装置。 隔离电压:隔离电压:隔离开关断开后在电路中可以造成一明显可见隔离开关断开后在电路中可以造成一明显可见的断开点,建立可靠的绝缘间隙,保证检修人员的安全。的断开点,建立可靠的绝缘间隙,保证检修人员的安全。倒闸操作:倒闸操作:合闸时,先合上隔离开关,后合上断路器;跳合闸时,先合上隔离开关,后合上断路器;跳闸时,先断开断路器,后断开隔离开关。闸时,先断开断路器,后断开隔离开关。分、合小电流:分、合小电流:可以接通或断开电流较小的回路(如电压可以接通或断开电流较小的回路(如电压互感器、避雷器、空载母线、励磁电流不超过互感器、避雷器、空载母线、励磁电流
44、不超过2A的空载变压的空载变压器、电容电流不超过器、电容电流不超过5A的空载线路等)。的空载线路等)。7.3 高低压开关电器高低压开关电器u用途用途电气工程基础电气工程基础200820083/18/20222. 高压隔离开关的类型高压隔离开关的类型按安装地点分:户内式和户外式;按安装地点分:户内式和户外式;按绝缘支柱的数目分:单柱式、双柱式和三柱式;按绝缘支柱的数目分:单柱式、双柱式和三柱式;按刀闸的运行方式分:水平旋转式、垂直旋转式、摆动式按刀闸的运行方式分:水平旋转式、垂直旋转式、摆动式和插入式;和插入式;按有无接地刀闸分:单接地刀闸、双接地刀闸和无接地刀按有无接地刀闸分:单接地刀闸、双接
45、地刀闸和无接地刀闸。闸。 二、高压隔离开关(俗称刀闸)二、高压隔离开关(俗称刀闸)电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022 隔离开关的型号说明隔离开关的型号说明 GN2-10G /3150 G产品名产品名称代号称代号安装场安装场所代号所代号设计序号设计序号额定电压额定电压(kV)其他标志其他标志代号代号额定电流额定电流(A)极限通过极限通过峰值电流峰值电流(kA)高原型高原型 二、高压隔离开关(俗称刀闸)二、高压隔离开关(俗称刀闸)电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022n户内式隔离开关户内式隔离开关3. 隔离开关的外形与结构隔离开关的外形与结构 图图5-1
46、3为为GN8-10型户内型户内隔离开关的外形结构。隔离开关的外形结构。图图5-13 GN8-10型隔离开关型隔离开关1上接线端子上接线端子 2静触头静触头 3闸刀闸刀 4套管绝缘子套管绝缘子 5下接线端子下接线端子6框架框架 7转轴转轴 8拐臂拐臂 9升降绝缘子升降绝缘子 10支持绝缘子支持绝缘子视频视频 二、高压隔离开关(俗称刀闸)二、高压隔离开关(俗称刀闸)电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022n户外式隔离开关户外式隔离开关 图图5-14为为GW4-110型双柱式户外隔离开关的外形结构。型双柱式户外隔离开关的外形结构。图图5-14 GW4-110型双柱式隔离开关型双柱式
47、隔离开关1接线座接线座 2主触头主触头 3接地刀闸触头接地刀闸触头 4支柱绝缘子支柱绝缘子 5主闸刀传动轴主闸刀传动轴 6接地刀闸传动轴接地刀闸传动轴 7轴承座轴承座 8接地刀闸接地刀闸 9交叉连杆交叉连杆视频视频 二、高压隔离开关(俗称刀闸)二、高压隔离开关(俗称刀闸)电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022u户外型三柱式户外型三柱式GW7-500型隔离开关(开断状态)GW7A220型三柱式隔离开关(关合状态) 二、高压隔离开关(俗称刀闸)二、高压隔离开关(俗称刀闸)电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022GW5A-35、66、110系列隔离开关户外型户外
48、型V V形形视频视频 二、高压隔离开关(俗称刀闸)二、高压隔离开关(俗称刀闸)电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022 图图5-15为为GW5-110D型型V形户形户外隔离开关的外形结构。外隔离开关的外形结构。图图5-15 GW5-110D型型V形双柱式隔离开关形双柱式隔离开关1主闸刀底座主闸刀底座 2接地静触头接地静触头 3出线座出线座 4导电带导电带 5绝缘子绝缘子 6轴承座轴承座 7伞齿轮伞齿轮 8接地刀闸接地刀闸 二、高压隔离开关(俗称刀闸)二、高压隔离开关(俗称刀闸)电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022户外型剪刀型户外型剪刀型 二、高压隔离开关
49、(俗称刀闸)二、高压隔离开关(俗称刀闸)电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022 二、高压隔离开关(俗称刀闸)二、高压隔离开关(俗称刀闸)电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022剪刀型隔离开关动画演示剪刀型隔离开关动画演示 二、高压隔离开关(俗称刀闸)二、高压隔离开关(俗称刀闸)电气工程基础电气工程基础200820083/18/20224. 隔离开关的操作机构隔离开关的操作机构手动杠杆操作机构;手动杠杆操作机构;手动蜗轮操作机构;手动蜗轮操作机构;p隔离开关的型号:隔离开关的型号:电动操作机构;电动操作机构;气动操作机构。气动操作机构。 二、高压隔离开关(俗
50、称刀闸)二、高压隔离开关(俗称刀闸)电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022(1 1)种类和型式的选择)种类和型式的选择 :选型时应根据配电装置特点:选型时应根据配电装置特点和使用要求以及技术经济条件来确定。和使用要求以及技术经济条件来确定。4. 隔离开关的选择隔离开关的选择 二、高压隔离开关(俗称刀闸)二、高压隔离开关(俗称刀闸)(2 2)额定电压选择)额定电压选择NNSUU(3 3)额定电流选择)额定电流选择maxNII(4 4)热稳定校验)热稳定校验2tkI tQ(5 5)动稳定校验)动稳定校验esshii电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022 三、
51、高压负荷开关三、高压负荷开关n结构特点:结构特点:有简单的灭弧装置。有简单的灭弧装置。 n功能:功能:可以接通或断开正常的可以接通或断开正常的负荷电流负荷电流,但不能切断短路,但不能切断短路电流;电流;多与高压熔断器配合使用多与高压熔断器配合使用。与隔离开关一样,具有明。与隔离开关一样,具有明显的断开间隙,也具有隔离电源,保证安全检修的功能。显的断开间隙,也具有隔离电源,保证安全检修的功能。 n负荷开关的分类负荷开关的分类:按安装地点分:户内式和户外式;按安装地点分:户内式和户外式; 按结构不同分:油负荷开关、真空负荷开关、按结构不同分:油负荷开关、真空负荷开关、SF6负荷开负荷开关、产气式负
52、荷开关、压气式负荷开关;关、产气式负荷开关、压气式负荷开关;按操作方式分:手动操作和电动操作。按操作方式分:手动操作和电动操作。7.3 高低压开关电器高低压开关电器电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022图图5-16为为FN3-10型户内压气式负荷开关的外形结构。型户内压气式负荷开关的外形结构。p负荷开关的型号:负荷开关的型号: 三、高压负荷开关三、高压负荷开关电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022图图5-16 FN3-10型高压负荷开关型高压负荷开关1主轴主轴 2上绝缘子上绝缘子 3连杆连杆 4下绝缘子下绝缘子 5框架框架 6熔断器熔断器 7下触座下触座
53、 8闸刀闸刀 9弧动触头弧动触头 10绝缘喷嘴(内有弧静触头)绝缘喷嘴(内有弧静触头)11主静触头主静触头 12上触座上触座 13断路弹簧断路弹簧 14绝缘拉杆绝缘拉杆 15热脱扣器热脱扣器 三、高压负荷开关三、高压负荷开关电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022 图图5-17和图和图5-18分别为分别为ZFN-10型户内高压真空负荷开关和型户内高压真空负荷开关和ZFN-10R型高压真空负荷开关型高压真空负荷开关-熔断器组合电器的外形结构。熔断器组合电器的外形结构。图图5-17 ZFN-10型高压真空负荷开关型高压真空负荷开关 图图5-18 ZFN-10R型高压真空负荷开关型
54、高压真空负荷开关其它真空负荷开关的外形结构如图所示。其它真空负荷开关的外形结构如图所示。 三、高压负荷开关三、高压负荷开关电气工程基础电气工程基础200820083/18/20222.2.负荷开关举例负荷开关举例FKRN12-12D压气式负荷开关FZW30-12户外交流高压真空负荷开关 三、高压负荷开关三、高压负荷开关电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022FN5-10系列户内高压真空负荷开关及熔断器组合电器 三、高压负荷开关三、高压负荷开关电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022 四、低压开关四、低压开关1低压刀开关低压刀开关按极数分:有单极、双极和三极三
55、种按极数分:有单极、双极和三极三种;按用途分:有单投和双投两种;按用途分:有单投和双投两种;按操作方式分:直接手柄操作和连杆操作两种;按操作方式分:直接手柄操作和连杆操作两种;按灭弧结构分,有不带灭弧罩和带灭弧罩两种。按灭弧结构分,有不带灭弧罩和带灭弧罩两种。 n低压刀开关的分类低压刀开关的分类说明:说明:不带灭弧罩的刀开关只能在无负荷下操作,可作低压隔离开关不带灭弧罩的刀开关只能在无负荷下操作,可作低压隔离开关使用;带灭弧罩的刀开关能通断一定的负荷电流。使用;带灭弧罩的刀开关能通断一定的负荷电流。7.3 高低压开关电器高低压开关电器电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022
56、图图5-19为为HD13型刀开关的外形结构。型刀开关的外形结构。p低压刀开关的型号低压刀开关的型号7.3 高低压开关电器高低压开关电器电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022图图5-19 HD13型刀开关型刀开关1上接线端子上接线端子 2钢栅片灭弧罩钢栅片灭弧罩 3闸刀闸刀 4底座底座 5下接线端子下接线端子 6主轴主轴 7静触头静触头 8连杆连杆 9操作手柄操作手柄7.3 高低压开关电器高低压开关电器电气工程基础电气工程基础200820083/18/20222低压刀熔开关低压刀熔开关 HR系列刀熔开关是将系列刀熔开关是将HD型刀开关的闸刀换以具有刀形型刀开关的闸刀换以具有刀
57、形触头的触头的RT型熔断器的熔管,型熔断器的熔管,具有刀开关和熔断器双重功能。具有刀开关和熔断器双重功能。p刀熔开关的型号刀熔开关的型号:7.3 高低压开关电器高低压开关电器电气工程基础电气工程基础200820083/18/20223低压负荷开关低压负荷开关 由低压刀开关与低压熔断器串联组合而成,由低压刀开关与低压熔断器串联组合而成,具有带灭弧具有带灭弧罩的刀开关和熔断器的双重功能,罩的刀开关和熔断器的双重功能,既可以带负荷操作,又能既可以带负荷操作,又能进行短路保护。进行短路保护。 常用的低压负荷开关有常用的低压负荷开关有HH和和HK两种系列两种系列: HH系列:为封闭式负荷开关,将刀开关与
58、熔断器串联,系列:为封闭式负荷开关,将刀开关与熔断器串联,安装在铁壳内构成,俗称铁壳开关;安装在铁壳内构成,俗称铁壳开关;HK系列:为开启式负荷开关,外装瓷质胶盖,俗称胶壳系列:为开启式负荷开关,外装瓷质胶盖,俗称胶壳开关。开关。7.3 高低压开关电器高低压开关电器电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022 五、低压断路器(低压自动开关或空气开关)五、低压断路器(低压自动开关或空气开关)u功能:既能带负荷通断电功能:既能带负荷通断电路,又能在线路发生路,又能在线路发生短路、短路、过负荷、低电压(或失压)过负荷、低电压(或失压)等故障时自动跳闸。等故障时自动跳闸。1低压断路器的工
59、作原理低压断路器的工作原理 低压断路器的动作原理低压断路器的动作原理可用图可用图5-20表示。表示。图图5-20 低压断路器的动作原理图低压断路器的动作原理图1主触头主触头 2跳钩跳钩 3锁扣锁扣 4分励脱扣器分励脱扣器5失压脱扣器失压脱扣器 6过流脱扣器过流脱扣器 7热脱扣器热脱扣器8加热电阻加热电阻 9、10脱扣按钮脱扣按钮7.3 高低压开关电器高低压开关电器电气工程基础电气工程基础200820083/18/20222低压断路器的分类低压断路器的分类按电源种类分:有交流和直流两种;按电源种类分:有交流和直流两种;按结构型式分:有装置式和万能式两大类;按结构型式分:有装置式和万能式两大类;按
60、其灭弧介质分:有空气断路器和真空断路器等;按其灭弧介质分:有空气断路器和真空断路器等;按操作方式分:有手动操作、电磁铁操作和电动机储能按操作方式分:有手动操作、电磁铁操作和电动机储能操作;操作;按保护性能分:有非选择型断路器、选择型断路器和智按保护性能分:有非选择型断路器、选择型断路器和智能型断路器;能型断路器;按用途分:有配电用断路器、电动机保护用断路器、照按用途分:有配电用断路器、电动机保护用断路器、照明用断路器和漏电保护断路器。明用断路器和漏电保护断路器。 7.3 高低压开关电器高低压开关电器电气工程基础电气工程基础200820083/18/2022p低压断路器的型号:低压断路器的型号:
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