船舶电力系统中的常用电器ch

1、第四章 船舶(chunb)電力系統中的常用電器1共八十五页第一(dy)節 概 述一、電器分類根據我國低壓電器(low-voltage apparatus)標準規定，低壓電器通常是指交流600V及以下與直流600V及以下電路中起通斷、控制、保護和調節作用(zuyng)的電氣設備，以及利用電能來控制、保護和調節非電量過程和非電量裝置的用電裝備。船舶的電力系統一般是低壓系統，因此，船舶電器一般都是低壓電器。按所控制的對象分為低壓配電電器(distributing apparatus)與低壓控制電器(control apparatus)。低壓配電電器主要用於配電系統中，對此類電器的要求是工作可靠，有足

2、夠的動穩定性與熱穩定性。電器的動穩定性是指電器承受短路電流的電動力作用而不致損壞的能力；電器的熱穩定性是指電器承受規定時間內短路電流產生的熱效應而不致損壞的能力。控制電器主要用於控制裝置和用電設備中，要求這類電器工作準確可靠、操作頻率高、壽命長。2共八十五页二、電器選擇的基本準則各種電器和載流部分的具體選擇條件並不完全一樣，但對它們的基本要求都相同。要保證配電裝置可靠地工作，必須按正常(zhngchng)條件來選電器，而按短路情形來校驗熱穩定和動穩定。正常工作的選擇條件是指額定電壓和額定電流。 1額定電壓 電器的額定電壓就是銘牌上標出的線電壓。電器可以長期處在超過額定電壓15%的電壓下工作，這

3、一電壓值稱為電器的最大工作電壓。選擇時，必須使電器裝置點的電網額定電壓不超過電器的額定電壓，即 UNN電網 (1)式中 UN為電器的額定電壓； N電網為電網的額定電壓。3共八十五页2額定電流電器的額定電流是指在一定周圍空氣溫度下無限長時間內電器所能允許通過的電流。因此，選擇時應滿足條件 INI工作 (2)式中 IN為電器的額定電壓； I工作為最大連續工作電流目前生產的電器，設計時取周圍介質計算溫度為45 (或40 )，如果周圍最高氣溫大於45 ，由於發熱，會降低電器絕緣壽命，因此，電器的連續允許電流應按下式校正(jiozhng) 式中 I為空氣溫度為t0時的連續允許電流； I45為空氣溫度為4

4、5 時電器的額定電流； t0為周圍實際溫度 ； t1為電器某部份的最高允許溫度 (例如，斷路器和隔離開關根據觸頭的條件為75 ，匯流排為90 )。4共八十五页3短路熱穩定校驗由於短路電流超過正常(zhngchng)電流很多倍，因此雖然流過的時間很短，可是溫度上升仍然很高。導體在短路時的最高溫度不應超過此類導體的短時發熱容許溫度。滿足這個條件時認為對短路電流是熱穩定的，穩定的條件是 Q允許Q短路 (4)式中 Q允許為短路時容許發熱量，製造廠常以某t秒允許通過電流It所產生 的熱量來表示， Q允許= ； Q短路為短路時產生的熱量，Q短路= 因此，式(4)又可寫成 式中 為穩態短路電流； 為假想時間

5、。 式(5)即為熱穩定校驗條件。製造廠常將t定為:1s，5s，10s5共八十五页4.電動力穩定校驗當短路特別是短路電流最大值通過該電器時，因電動力與通過電流的平方成正比，此力可達很大數值，以至可能破壞電器結構或引起支持該設備的絕緣子等元器件損壞。因此，電器設備必須能承受短路時引起的機械力作用(zuyng)，即具有足夠的電動力穩定度，才能可靠工作。電動力穩定校驗就是檢查電器能承受短路電流機械效應的能力。電器的動穩定性用容許的短路電流最大幅值表示。校驗時，將製造廠規定的最大允許電流與短路路沖及電流比較，即 ImaxIp 或 imaxip 式中 imax，Imax為設備最大允許電流的幅值和有效值；

6、ip， Ip為電路短路沖擊電流及其有效值。6共八十五页第二節 船用空氣斷路器在船舶配電裝置中廣泛地使用(shyng)空氣斷路器。空氣斷路器也稱為自動空氣開關，有框架式與裝置式兩種類型。船舶發電機主開關大多採用框架式，配電開關大多採用裝置式。7共八十五页一、斷路器型號的命名方式斷路器的命名符合(fh)低壓電器的命名方式，國產斷路器型號命名的格式如下 D 9 其中D表示斷路器； 為字母，W表示萬能式；Z表示裝置式； 數字，9表示船用 是數字，表示產品序號，如有4，5，8和14等； 是數字，表示斷路器的額定電流，單位為安培； 是一位字符，表示派生型號，見表3所示； 是一位數字，表示極數，如3表示3級

7、或3相 ； 是兩位數字，表示脫扣器代號，如表4所示。12 3 45 6234568共八十五页表3 低壓電氣派生(pishng)型號的字符涵義符號涵義符號涵義A(以及B、C、D)結構設計改型變化N可逆F返回，帶分勵脫扣P電磁復位，防滴式，單相，兩個電源，電壓的H保護式，帶緩沖裝置S有鎖位機構，手動復位，防水式，三相，三個電源，雙線圈J直流、自動復位、防震、重任務K開啟式TA乾熱帶L電流的TH濕熱帶M密封式，滅磁W無滅弧裝置9共八十五页例如:DW98-200/3表示船用萬能(框架(kun ji)式斷路器，斷路器的額定電流為200A，3級開關。國外產品及國內近年引進產品的命名方法不同，如日本寺崎公司

8、的萬能式空氣斷路器有AH系列，裝置式斷路器有TO，TG等系列。 表4 脫扣器代號中數字涵義 左邊一位數字涵義右邊一位數字涵義數字涵義數字涵義0無脫扣器0不帶附件1熱脫扣器1帶分勵脫扣2電磁脫扣器(瞬動)2帶輔助觸頭3復式脫扣器3帶失壓脫扣4電磁脫扣器(短延時)4帶分勵脫扣及輔助觸頭5過載長延時，短路瞬動5帶分勵且失壓脫扣6過載長延時，短路短延時6帶兩組輔助觸頭7帶失壓脫扣及輔助觸頭10共八十五页二、框架式自動空氣斷路器框架式自動空氣斷路器也稱為萬能式自動空氣斷路器或萬能式空氣開關。框架式自動空氣斷路器，正常運行時作為接通(ji tn)和斷開主斷路的開關電器，在不正常運行時對主電路進行過載、短路

9、和失欠壓保護，自動斷開電路。它既是一種開關電器，又是一種保護電器。框架式自動空氣斷路器的組成一般包括:觸頭系統、滅弧室、過流脫扣器、失壓脫扣器、分勵脫扣器、自由脫扣機構，電動操作機構和手動操作機構。其方框圖如圖1所示。 圖1 空氣斷路器方框圖鎖扣裝置操作機構自由脫扣機構傳動機構主觸頭 滅弧室輔助觸頭分勵脫扣器失壓脫扣器過流脫扣器11共八十五页1.觸頭系統空氣斷路器一般有23組主觸頭、56組輔助觸頭。主觸頭用在主電路，輔助觸頭用在控制電路。開關在閉合時通過的額定電流由主觸頭承擔。為了避免(bmin)主觸頭在斷開電流時被電弧灼傷，除主觸頭外還沒有弧觸頭，大容量空氣斷路器有的還沒預接觸頭。閉合次序是

10、:先接通弧觸頭，後接通預接觸頭，最後才接通主觸頭。在分閘時則次序相反，先斷開主觸頭，後斷開預接觸頭，最後才斷開弧觸頭。觸頭系統的設計，應保證有足夠的電動穩定性，具有電動力補償，即短路電流所產生的電動力，不是減弱而是加強觸頭的壓力。12共八十五页2.滅弧室提高(t go)空氣斷路器的斷流容量，必須具有強滅弧性能的滅弧室。滅弧室通常根據複式滅弧原理製成，具有去離子柵片和滅焰柵，以減小斷開開關時的飛弧區域。當開關斷開時，強大的電流以電弧的形式進入滅弧柵片，利用複式滅弧柵片將長弧隔離成多段短弧已縮小飛弧距離，使電弧迅速降溫、熄滅。13共八十五页3.自由脫扣機構 自由脫扣機構的作用是使觸頭保持閉合或迅速

11、斷開。它是觸頭系統和操作傳動裝置之間的聯繫機構。自由脫扣機構有三個功能: (1)將手柄或手動合閘部份的操作傳遞給觸頭系統； (2)當合閘操作完成(wn chng)後，維持觸頭系統處於接通位置； (3)保護部份動作能夠使它自由脫扣。為了實現這些功能，不同型號的開關有不同的構造，典型自由脫扣機構由四連杆機構組成。14共八十五页 如圖2所示，自由脫扣機構是一個穩定的四連桿機構。圖2(a)為合閘位置(wi zhi)，此時連桿2和3幾乎成一直線，鉸鏈接點b稍低於a和c的連線，連桿2和3成為剛性連接，運動連桿處於死區，觸頭處於閉合狀態。圖2(b)為自動分閘後的位置(wi zhi)，及當釋放器的銜接或頂桿向

12、上衝擊b點時，圖2(a)位置(wi zhi)的剛性連結被破壞，因而自由脫扣器動作而使觸頭分閘。圖2(c)為準備合閘位置(wi zhi)，此時將手柄向下拉，使連桿2和3幾乎成一直線剛性連接，然後再把手把往上推，就能重新合閘。15共八十五页4.過流、失壓、分勵脫扣器斷路器按需要可以裝設過流過流、失壓、分勵脫扣器，如圖3所示。 (1)失壓脫扣器失壓脫扣器保證在電壓降到額定電壓值的40或以下時必須動作，使空氣斷路器斷開，而在額定電壓的75或以上時必須保證空氣斷路器可靠合閘，因此，失壓保護可在額定電壓的3575 範圍內整定。實際上失壓脫扣器一般(ybn)由一個瞬時動作的電壓繼電器組成，當線路電壓低於某一

13、整定值時，由於電磁吸力不足，繼電器釋放，通過自由脫扣機構使開關自動跳閘。為了避免在電網電壓瞬時的波動下產生誤動作(如較大的異步電動機啟動等)，要求在欠壓情況下可帶有13s左右的延時，即當電網電壓降到額定電壓的75 35之間時，經與系統選擇性保護相關協調，延時13s使開關可靠分斷。16共八十五页17共八十五页 (2)分勵脫扣器 分勵脫扣器是為遠距離控制(kngzh)斷路器迅速開斷電路而用的。分勵脫扣線圈要在75110額定電壓時能使空氣斷路器跳閘。18共八十五页(3)分勵脫扣器過流脫扣器為了實現選擇性的保護動作，採用了過載長延時(包含定時限和反時限兩種)、短路短延時及特大短路瞬時脫扣的三段式保護特

14、性。反時限的涵義是指過流越多，要求開關的動作時間越短；過流越小，要求開關動作時間就越長。也就是(jish)要求開關的動作時間與過載電流成反比關係。過流脫扣器開始動作的電流值稱整定電流，它的數值是可以調整的。一般在過流脫扣器額定電流IN的110倍範圍內進行整定。過載長延時整定電流為11.5 IN，延時為1530S。短路短延時整定電流為24 IN，延時在0.20.6S內選擇。特大短路時的整定電流整定電流可在510IN範圍內整定，此時開關瞬時動作，斷開時間約為0.1S。19共八十五页5.操作方式目前船舶採用的空氣斷路器有三種傳動操作方式，即手柄合閘、電磁鐵合閘和電動機合閘。一般較大容量的開關採用電合

15、閘，以減少操作強度，並能滿足自動控制和遙控操作的需要。船用框架式自動空氣斷路器大多採用按鈕合閘操作，其內部實際合閘操作機構不是電磁鐵形式就是電動機型式，但均要保留有手柄操作方式。不論哪一種操作方式，均要首先(shuxin)使儲能彈簧儲能，並使自由脫扣機構”再扣”，然後利用彈簧的儲能快速合閘，即使合閘的時間與操作無關，僅與斷路器內部機制有關。目前框架式自動空氣斷路器，採用電磁鐵合閘操作機構的合閘時間一般在0.1S左右；採用電動機合閘操作機構的合閘時間一般在0.30.4S左右。20共八十五页 當發電機啟動成功、電壓建立(jinl)後，交流電壓經二極管D整流向電容器C充電。當按下合閘按鈕SB，電容器

16、C對繼電器KA放電，KA動作，其常閉觸點打開，切除電容充電迴路，常開觸點閉合，接通整流橋電路，電磁鐵線圈KM通電動作，將開關內主彈簧拉長儲能，自由脫扣機構已處於”再扣”位置。電容器快放完電時繼電器KA釋放，其常開觸點打開，切除橋式整流電路，電磁鐵線圈KM斷電，此時儲能的主彈簧釋放，自由脫扣機構動作使斷路器主觸點合閘。合閘後，由於DW觸點斷開，此時在按下按鈕SB，不會再有合閘動作。另外，KA的常閉觸點閉合，電容器C又充電儲能為下次合閘做好準備。21共八十五页 發電機建立電壓後，按下電磁控制開關，繼電器KA1通電，其常開觸點KA1閉合後繼電器KA2有電，其常開觸點KA2閉合，合閘線圈KM通電，快速

17、將動銜鐵吸上，利用動銜鐵的質量和速度(sd)，通過電磁合閘柱銷，對四連杆機構產生一個較大的衝擊，推動合閘機構合閘。合閘後，自動開關的輔助常開觸點DW閉合，繼電器KA3通電，其常閉觸點KA3斷開，繼電器KA1通電，其常開觸點KA1斷開；控制繼電器KA2失電，觸點KA2斷開，然而使合閘線圈KM斷電，電磁吸力消失，合閘動銜鐵恢復原樣，準備下次合閘。22共八十五页 整個合閘過程分為兩個階段:儲能階段及合閘階段。在儲能階段，電動機M經連鎖觸頭CK1(CK1在儲能階段閉合，在儲能階段結束即合閘階段是斷開的)和中間繼電器K的常閉觸頭K1獲得供電，電動機開始運轉，使合閘機構儲能，直至連鎖觸頭CK1斷開，CK2

18、閉合(CK2閉合情況與CK1相反)，然而使電動機斷電而停轉，完成了合閘準備。在合閘階段也就是如果要使空氣斷路器合閘，可按下合閘按鈕SB，經空氣斷路器常閉輔觸點QF1使中間繼電器K接通電源。通過繼電器常開觸點K2、K3的閉合，使電動機通電運轉，然而使空氣斷路器合閘。合閘後，由於空氣斷路器常閉輔觸頭QF1斷開，繼電器K斷電釋放， K1重新閉合，此時連鎖觸頭CK1也閉合又使電動機運轉而儲能，一直(yzh)到CK1再次斷開， CK2再次閉合，就為下一次合閘做好了準備。23共八十五页 6.斷路器的額定參數 (1)額定電壓 額定工作電壓是指與通斷能力和短路性能(xngnng)類別相關的電壓值。通斷能力是指

19、通斷電流的能力；短路性能(xngnng)類別是指承受短路的能力，也就是說，斷路器的工作電壓與它所通、斷電路可能出現的電流大小有關。我們看到有的開關和斷路器標有幾個額定電壓和對應的電流值，電壓越低承受的電流越大。24共八十五页(2)額定電流 表徵斷路器特性(txng)的額定電流有:額定例行發熱電流；額定封閉發熱電流；額定持續電流，斷路器在長期工作制下所能成載的電流值。 25共八十五页(3)額定頻率 額定頻率是斷路器在使用電路中的電源頻率，斷路器是按這個頻率設計的，斷路器的其他特性值也與此頻率相適應。目前國際上的商船電源頻率有50HZ和60HZ，大多數斷路器的設計對兩種頻率都可以兼用。(4)額定短

20、路接通能力 額定短路接通能力是指在額定工作電壓、額定頻率所規定的功率因數(或時間常數)下，斷路器的短路接通能力，用最大預期峰值(fn zh)電流表示。在外電路短路的情況下，接通斷路器，在斷路器的觸頭上就有可能流過最大預期峰值(fn zh)電流，如果大於斷路器的電流，斷路器就可能損壞。26共八十五页(5)額定短路分斷能力 在額定工作電壓、額定頻率和特定的功率因數下所規定的斷路器的短路分斷能力。用預期分斷電流值表示，它指的是交流週期分量有效值，斷路器的額定短路接通能力(或電流)應大於所提供的短路電流計算得出(d ch)的最大電流峰值，額定短路分斷能力(或電流)應大於短路電流的最大電流有效值。27共

21、八十五页7.空氣斷路器的選型船用空氣斷路器有DW系列，AH(AS)系列、AT系列，目前生產的額定容量有400A、600A、1000A三擋，由於這種開關具有(jyu)過載、短路、欠壓和失壓等保護功能，因此通常用來作為發電機主開關。在選型過程中，應認真考慮以下問題: (1)空氣斷路器的合閘、脫扣和鎖扣空氣斷路器的合閘操作方式有手動、電磁鐵驅動、電動機驅動等。手動和電動方式一般帶有儲能彈簧快速閉合機構，以增加操作的可靠性。一般小容量(斷流容量不大於20kA)且不要求遙控合閘的空氣斷路器可選用手動合閘方式。電磁鐵合閘方式結構簡單，但衝擊力較大。28共八十五页空氣斷路器的脫扣操作可以採用施壓脫扣器，也可

22、採用分勵脫扣器。許多空氣斷路器只能在失壓脫扣器和分勵脫扣器兩者中提供一種。軍用艦艇以往通常要求其搖控斷開，故選用分勵脫扣器較多；而民用船舶(chunb)則常選用失壓脫扣器，而在其電路中設置斷開按鈕來選到遙控斷開的目的。為了防止電網長時間低電壓運行，造成異部電動機過熱或併聯運行發電機的無功環流，有的船舶要求發電機空氣斷路器設置欠壓脫扣器。欠壓脫扣器應有延時功能，以免電網短暫降壓引起誤動作。有時要求在空氣斷路器上設置鎖扣裝置，以便在緊急情況下，可以將脫扣器鎖住，防止其跳閘，進行強制供電。鎖扣的應用僅侷限於很特殊的場合和特別重要設備的供電，不宜使用過多。29共八十五页(2) 空氣斷路器的整定電流為了

23、過載和外部短路保護，空氣斷路器需在兩相上設置過電流脫扣器，並按需要配備長延時、短延時、瞬時等多段選擇性保護，其動作特性和整定值應滿足電站的系統要求。用於主開關的空氣斷路器，應對其通斷能力進行校核。空氣斷路器通斷能力應大於發電機所在處最大短路電流的對稱有效值(在短路功率因數下)，或其接通(ji tn)能力應大於該處最大短路電流的非對稱峰值，否則就應在系統中採取一定的限流保護措施。為多台發電機組並聯運行需要，而設置的逆功率繼電器(直流機組設逆電流繼電器)，要通過空氣斷路器脫扣器實現逆功率保護。30共八十五页三、裝置式自動空氣開關裝置式自動空氣開關是一種容量相對小的空氣斷路器，也 叫塑殼式自動開關，

24、常簡稱為自動開關(以下(yxi)簡稱自動開關)。常用主要有TO，TH，TG，DZ10系列等，目前生產的船用裝置式自動空氣開關，最大額定容量為100A。自動開關同樣具有過載、短路和失壓等保護功能，因此，當發電機功率小於50kW時，也可用作發電機主開關。自動開關具有安全、美觀、體積小、質量輕等特點，主配電板及分配電板上的配電開關大量地使用這種開關。它可用於不頻繁的接通和分斷電路，並具有過載和短路保護裝置，用以保護電機、電器和電纜等設備。31共八十五页自動開關可帶熱脫扣器、電磁脫扣器和複式脫扣器，有的還可附有分勵脫扣器、失壓脫扣器和輔助開關。綜合電磁脫扣和熱脫扣的脫扣器稱做複式脫扣器。當用作過載和短

25、路保護時，可採用帶複式脫扣器的自動開關。僅用於過載保護的可只裝熱脫扣器。當開關中流過超過整定的脫扣器額定電流時，由雙金屬片構成的熱脫扣器以反時限特性(txng)發熱而產生彎曲，達到一定程度時，作用於脫扣機構而使開關分閘。32共八十五页分勵脫扣器和失壓脫扣器適合遙控用。分勵脫扣器通電時，使銜鐵動作，自動開關脫扣而分閘。失壓脫扣器則是斷電時，使銜鐵動作，自動開關脫扣而分閘。如船上的風帆、油泵等通常採用帶分勵脫扣器的自動開關，控制按鈕裝於集中控制台、機艙出口等處，當發生火警或其他特殊情況時，可以遠距離切斷自動開關。自動開關的合閘可採用手動，亦可採用電磁式或電動機式遙控合閘。開關選擇的根據是其正常(z

26、hngchng)運行時的電壓和電流值。開關的額定電壓要大於或等於電路上的電壓值；開關的額定電流要大於線路中的長時工作電流值，必要時，要用短路電流校驗其斷開容量。通常自動開關的過載動作電流整定在用電設備額定電流的1.2倍。短路保護動作電流整定在用電設備啟動電流的1.25倍。33共八十五页第三(d sn)節 主令開關 一、萬能轉換開關萬能轉換開關亦稱多路多極開關，是一種多觸頭多位置式可以控制多個電氣迴路通斷狀態的主令開關。萬能式轉換開關是由一連串疊裝元件組合成的旋轉式開關，最多可裝疊16節。由於這種轉換開關可以根據各種需要對電路進行複雜多變的換接，故取名為萬能式轉換開關。它的觸頭額定電流為15A以

27、下，作為不做頻繁操作(cozu)的手動電器，萬能轉換開關一般用於各種電器裝置的遠距離控制和電氣測量，如作為電壓表、電流表的換相關係。34共八十五页轉換開關由觸頭系統、操作(cozu)機構、轉軸、手柄、齒輪嚙合機構等部件組成，用螺栓組裝成一體。根據不同的使用要求，其觸頭系統可以從1擋增至16擋，每擋內有兩對觸頭，每對觸頭的通斷規律取決於各相應凸輪的線型。如圖7(b)所示的觸頭閉合表表示了各觸頭的閉合規律。其表中的”X”表示開關手柄在該位置時，該觸頭為閉合狀態。35共八十五页二、組合開關組合開關結構原理(yunl)與萬能式轉換開關類似，也是一種結構簡單、操作可靠、不進行頻繁操作的手動開關電器。它由

28、若干分別裝在數層絕緣件內的動觸片和靜觸片(它與盒外的接線柱相聯)組成。動觸片裝在附加有手柄的絕緣軸上，軸隨手柄而旋轉，於是動觸片也隨軸旋轉並變更其與靜觸片分合(斷開與接通)位置。與萬能式轉換開關的區別在於:萬能式轉換開關往往用於低電壓，小電流(小於15A)的控制和測量迴路中；而組合開關在功能上常作為配電開關用在接通或分斷有一定電流的電路中。組合開關可分為單極、雙極和多極三類，操作為左右旋轉式，其主要技術參數有:額定電壓，額定電流，允許操作頻率，極數，可控制電動機最大功率等。其中額定電流具有10，25，60和100A等幾個等級。外殼有普通型和水密式兩種；常用的型號有HZ910系列。目前，這種開關

29、有被小型自動開關代替的趨勢。而有的新型組合開關沒有熱保護、電磁脫扣和欠壓脫扣等裝置，在某些場合，這種開關可代替接觸器和熱繼電器的組合。36共八十五页第四節 互感器互感器是按一定的比例和精密(jngm)變換電壓或電流大小的變換器。其中變換電壓的叫電壓互感器，變換電流的叫電流互感器。電流互感器和電壓互感器統稱為互感器。就其基本結構和原理來說，互感器就是一種特殊變壓器。在配電系統中，測量電路參數經常要用到電流互感器和電壓互感器。37共八十五页互感器的主要作用如下 (1)電壓互感器副邊額定電壓為100V、電流互感器副邊額定電流為5V。測量儀表，繼電保護及自動裝置都接在互感器的副邊，只要改變互感器的變比

30、，同一塊電壓表或電流表便可以測量任意數值的高電壓或大電流了。採用互感器後不僅使測量儀表消耗的功率大幅減少，而且(r qi)有利於儀表、繼電保護和自動裝置生產的標準化。 (2)用來使儀表、繼電保護和自動裝置通過互感器與原邊的高電壓和大電流隔離，這樣可避免主電路的高壓直接引入儀表、繼電器的電路中，又可避免儀表、繼電器故障影響主電路，提高了主電路和控制、測量及保護電路工作的安全性和可靠性，從而也保證了操作人員的人身安全。 (3)通過互感器的不同型式的連接，可以獲得我們所需要的繼電保護和自動裝置所需的任意相電流或電壓的組合。38共八十五页一、電流互感器 電流互感器工作原理如圖8所示。它的一次線圈匝數很

31、少(有的直接(zhji)穿過鐵芯，只有一匝)，導線相當粗；而兩次線圈匝數較多，導線較細。工作時，一次線圈串聯在供配電系統的一次迴路中，而二次線圈則與儀表或繼電器等的電流線圈串聯起來形成一個閉合迴路。因為這些電流線圈的阻抗很小，所以電流互感器工作時二次迴路接近短路狀態。根據磁勢平衡原理，一、二次線圈電流間存在著下列關係: 39共八十五页 因為一次電流I1產生的磁勢I1W1絕大部分與二次電流I2產生的磁勢I2W2抵銷，所以總的磁勢I0W1很小，鐵芯中的磁通或磁感應強度都不大(b d)，激磁電流I0只有一次電流I1的百分之幾。因此有 式中 I1，I2為電流互感器一、二次電流； W1，W2為電流互感器

32、一、二次線圈匝數； Ki=W2/W1為變流比。40共八十五页使用電流互感器應注意以下事項(1)電流互感器的二次測在工作時不得開路。因為電流互感器在正常工作時，二次測負荷很小，接近短路狀態。(2)電流互感器的二次側有一端(ydun)必須接地。這樣作的目的是為了防止其一、二次線圈絕緣擊穿時，一次側的高壓穿入二次側，危及人身和設備安全。(3)電流互感器在連接時，要注意其一、二次線圈端子上的極性。(4)為了保證精度，副邊所接負載不應超出其額定容量。(5)電流互感器應按一次電流、二次電流(一般為5A)和精確度極別等條件進行選擇使用。41共八十五页二、電壓互感器 電壓互感器的原理如圖9所示。它的一次線圈匝

33、數很多(與電流互感器相反)，而二次線圈匝數很少。工作時，一次線圈並聯在供電系統的一次電路中，而二次線圈並聯儀表、繼電器的電壓線圈。因為這些電壓線圈的阻抗很大，所以(suy)電壓互感器工作時二次線圈接近於空載狀態。二次線圈的額定電壓一般為100V。 電壓互感器的一次電壓U1與其二此電壓U2間存在著下列關係: 式中 U1，U2為電壓互感器一、二次電壓； W1，W2為電壓互感器一、二次線圈匝數； Ku為變壓比，一般表示為其一、二次額定電壓 比，如400V/100V。42共八十五页使用(shyng)電壓互感器應注意以下事項(1)電壓互感器在連接時，也要注意其一、二次線圈接線端子的極性。(2)電壓互感器

34、的二次側在工作時不得短路。短路時將產生很大的短路電流，可能燒壞互感器。因此，電壓互感器的二次側則需裝設熔斷器進行短路保護。(3)電壓互感器的二次側有一端必須接地。這也是為了防止一、二次線圈絕緣擊穿時，一次側高壓穿入二次側，危及人身和設備安全。(4)為保證測量的準確性，接在電壓互感器副邊的負載功率不應超過其額定容量，即接在同一互感器副邊的儀表或自動裝置不允許太多，否則會使量測誤差增大，並使自動裝置及保護裝置誤動作。(5)電壓互感器應按一次電壓、二次電壓(通常100V)和精確度級別等條件進行選擇。43共八十五页一.逆功率繼電器逆功率繼電器是一個功率方向元件，它可以(ky)判別同步發電機有功功率的方

35、向。當同步發電機出現逆功率時，經一定時間確認後逆功率保護電器動作，將該發電機從電網切除。下面以GG-21型逆功率繼電器為例，介紹感應式逆功率繼電器的工作原理。第五(d w)節 船用保護電器44共八十五页 GG-21型逆功率繼電器是一種感應型轉動圓盤式繼電器。主要結構為M形上鐵芯和U形下鐵芯以及鋁質圓盤轉子。鋁質圓盤轉子旋轉的必要(byo)條件是:圓盤上有感應電流，圓盤處在旋轉或移進磁場中。而旋轉或移進磁場，必須有兩個以上相同頻率、不同相位的交變磁通，在不同的空間位置上進行合成才能獲得。根此基本原理，可以在結構和接線上，採用兩組線圈，構成兩個磁路系統:在一個轉動的鋁質圓盤上方，有一個”上磁路系統

36、”，由發電機輸出的電流(例如取C相電流IC)，經電流互感器從副邊迴路得到電流Ii流入”電流線圈” Wi形成激磁，所產生的磁通在經空氣隙到圓盤中間分左右兩路，再次穿過空氣隙折回而閉合。圓盤的下方是”下磁路系統”，發電機的電壓(對應IC時應取限電壓UCB)經電壓互感器由副邊迴路得到Iu流入電壓線圈Wu形成激磁，他產生的磁通穿過鋁盤又折回而閉合。鋁盤被固定在一根可以轉動的軸上，軸的上方經齒輪與觸頭相連。在軸的上方尚有一個建立反作用力矩的游絲彈簧。當發電機出現逆功率時，鋁盤就按逆時針方向轉動，使兩個靜觸頭與動觸頭接通，結果輸出逆功率信號。因此，懸插在鋁盤上還有一永久磁鐵，其作用是產生阻尼力矩。45共八

37、十五页在繼電器上裝有調整逆功率動作值的插座。它是靠改變電流線圈的匝數來實現的，可調整在8%15%的額定功率時的動作。此外(cwi)，還有一止擋塊，其作用是當發電機輸出功率時，能擋住觸頭使之不能向反向轉動，改變止擋塊的位置，就可以調整觸頭的行程，以整定延時的時限，它可在212S內整定。當電壓線圈加上電壓 後，在線圈中產生電流 之間的夾角決定於電壓線圈的阻抗。如果阻抗角，則由 產生的磁通 的夾角也是(忽略磁滯損耗)。電流線圈的電流 產生磁通 是同相位的，而 與電壓 之間的夾角則決定於負載的性質，及功率因數角 。 因而 之間的夾角為 ，其向量圖如圖12所示。46共八十五页以圖12中我們已看到兩個磁通

38、 均穿過鋁盤，在空間上這兩個磁通間叉開了一個角度，在時間上則相差為 。這兩個磁通分別在圓盤中感應出渦流 電壓線圈的磁通所產生的渦流 和電流線圈的磁場 相互作用產生轉矩；電流線圈的磁通所產生的渦流 和電壓線圈的磁場 相互作用也產生轉矩。這兩個轉矩的合成(hchng)轉矩使圓盤轉動。合成(hchng)轉矩M的大小及方向是由下式決定的:47共八十五页48共八十五页從式(11)M=KUCICcos中可以看出，繼電器的轉動力矩正比瑜發電機輸出的有功功率。又因為Mcos，所以轉動力矩M又具有(jyu)方向性，他取決於角的大小。當發電機在輸出功率時，圓盤要向順時鐘轉動，但被止檔塊擋住而不能轉動。當發電機處於

39、逆功率狀態時，由於電流方向改變180。，角也相差180。，使轉矩M改為負值，結果鋁盤逆時針方向轉動，經過整定的時間後，觸點閉合，送出逆功率信號而使主開關跳閘，因而達到逆功率保護的目的。由於逆功率繼電器的反應功率取決於線圈的輸入電壓、電流及其相位，故要求繼電器電壓和電流兩個線圈的極性一定要接正確，不然會引起誤動作。GG-21型逆功率繼電器的實際接線圖如圖13所示。這種繼電器通常是按30。接線方式。所謂30。接線是指當負載的cos=1時，加到繼電器上的電流和電壓之間的相角差剛好為30。49共八十五页50共八十五页二.負序繼電器船舶交流(jioli)電網由岸電供電時，如果供電線路一相中斷或相序接錯，

40、將引起所有交流(jioli)電動機單相運轉或電動機反轉。為了防止這種事故，通常設置負序繼電器作為保護裝置。負序繼電器的基本原理是利用非全相運行或相序錯誤時出現的逆序分量作用於繼電器，輸出信號控制自動開關QF的失壓脫扣線圈斷電動作，避免接岸電相序錯誤。51共八十五页52共八十五页當線路接線正確並且是全相運行時，負序繼電器m、n間無電位差；而出現逆序電壓分量時，m、n間將出現電壓(可達相電壓的20%)，通過VC整流器後使中間繼電器K1得電動作，閉合時間繼電器K2線圈電源，K2延時動作，斷開自動開關失壓線圈電源，使自動開關失壓脫扣器分閘。當三相電路是對稱電路時，線電壓中不存在零序電壓分量，負序繼電器

41、輸入端經變壓器接到電網的三相電壓上，在此情況下，只需考慮不讓正序電壓通過的措施(cush)。圖15給出了電壓過濾部份接線原理圖及AB臂、BC臂上的電壓向量圖。53共八十五页在同一臂上的電容電壓滯後於電阻電壓90。，每臂上電阻和電容電壓降的向量值和與外加電壓相等(xingdng)。即因此，每臂上電壓向量構成一直角三角形。三角形頂點m、n隨各臂電阻與電容數值不同而變動，其軌跡將在相應的以外施電壓為直徑的半圓周上移動，過濾器輸出電壓應為54共八十五页當過濾器輸入端由正序電壓供電時，輸出端電壓Unm應為零，即 。圖16(a)中畫出了當正序電壓加至過濾器輸入端時電壓的向量圖。從圖中可看出，為了滿足 的要

42、求，m、n兩點應重合，即m、n點應為兩半徑軌跡的交點。因此，電壓 滯後於 滯後 由此可得圖16(b)畫出了當負序電壓加到過濾器輸入端時電壓的向量圖。從圖中看出，過濾器輸出端電壓為此時電壓產生的電流通(litng)過單相橋式整流器後，足以使繼電器K2動作，並經一定延時後自動空氣斷路器失壓脫扣器動作而分閘。當某相斷線時，例如A相斷線，顯然過濾器成為一單相電路， 此即為斷相信號。當B相或C相斷線時，m、n點同樣有電壓輸出，通過K1及K2同樣使空氣斷路器跳閘，實現斷相保護。55共八十五页56共八十五页三.熔斷器熔斷器又稱保險絲，用來保護電網的斷路和防止持續過載，是一種簡單的保護電器。工作原理是把金屬熔

43、片串聯在被保護的電路中，當電路過載或短路時，熔片因過電流發熱熔化，從而使處於故障或非正常運行狀態下的電路斷開，防止事故擴大，保護電網和用電設備。熔斷器的金屬熔片有用(yu yn)銅、銀製成的，這種熔片切面較小；有用(yu yn)鉛、鋁、錫合金、鋅等製成的，這種熔片切面較大。熔斷器就是由金屬熔片和支持熔片的結構所組成。通過熔片的電流越大，熔片熔化的時間越短，斷路越快。當電路中的故障消除後，另換一個熔片即可使電路恢復正常運行。熔斷器的全部斷路時間，決定於熔片熔化時間和熄弧時間。57共八十五页船上常用的熔斷器有兩種:管式熔斷器和螺旋式熔斷器。1.無填料封閉管式熔斷器(RM10型)這種熔斷器為直插式，

44、具有結構簡單、更換熔片方便等特點。其外型如圖17所示。其中(qzhng)圖17(a)為額定電流15A的外形圖，圖17(b)為額定電流60A的外形圖。熔體一般由鋅質熔片構成，並製成幾個窄頸部分，其作用是在熔斷時能使電弧分成許多小段電弧，用來限制電弧中之電流並使其容易熄滅。這種熔斷器額定電壓有250V和500V兩種，熔斷器額定電流151000A，熔片額定電流為61000A。58共八十五页2.螺旋式熔斷器(RL93型)螺旋式熔斷器主要由磁帽、熔斷管、熔段指示器和底座組成，其外型如圖18所示。其主要部分均由性能優良的電瓷製成。熔斷管內裝有一組熔絲並充填石英砂，熔斷管上蓋有一熔斷指示器，當電路分斷時，指

45、示器跳出，運行人員通過瓷帽上的觀察孔便可發現熔絲已燒斷。熔斷器全部(qunb)零件均有可靠的保護層，導電連結部份有防鬆裝置，所以能夠承受衝擊和震動。熔斷器熔體更換即為方便，能耐衝擊，但價格較貴。熔斷器的額定電壓為380V，熔片額定電流為6600A。此種熔斷器在船上得到廣泛應用，尤其是潛艇上用的最多。59共八十五页60共八十五页熔斷器價格低，結構簡單，使用方便，尺寸小，質量輕，因此是防止過載和短路的最常用的一種保護裝置。但是不可能作為線路的控制(kngzh)設備，在裝有熔斷器的線路中，必須加裝刀形開關或是組合開關來接通或斷開電路；斷流能力有限，不適用保護大功率設備。61共八十五页第六節 電器測量

46、儀錶電器測量儀錶安裝在配電裝置上，用於測量電器參數，監視電網的運行狀況。船用電器測量儀錶由於其使用環境條件合使用要求與陸地上不同，因此他具有一些特點:要求能抗衝擊、抗顛震；要求防濺性良好；希望採用廣角式，指針偏轉角度可達230。，並製成有夜光。常用的船用電器測量儀錶有以下幾類。 (1)電磁式儀表:是通電流的線圈，受永久(yngji)磁鐵磁場的作用而產生轉矩的儀表。它的特點是靈敏度高，刻度均勻。例如，直流電壓表、直流電流表、兆歐表等。62共八十五页(2)電動式儀表在固定線圈和轉動線圈中通入電流，兩者產生磁場相互作用，而使能動線圈獲得轉矩。為了增大(zn d)電錶的轉動力矩，往往將固定線圈套在具有

47、高導磁率的鐵磁體上，即所謂鐵磁電動式儀表。它的特點是轉動力矩大，但刻度不均勻，精確度較差。例如，交流電壓表、交流電流表、功率表、頻率表等。(3)電磁式儀表它是在固定線圈中通入電流，使能動的軟鐵片受到磁化而產生轉矩的儀表。例如，功率因數表和整步表等。此外，數字式儀表、感應式儀表和整流式儀表在船上也有應用。對於電器測量儀錶，重點應關注起決定作用的轉動力矩式如何產生何滿足要求的；其次是反作用力矩，當兩者力矩平衡時，表的指針就停留在某一固定位置上，得到讀數。63共八十五页一.頻率表頻率表用於測量交流電站的頻率，它的測量機構如圖19所示(鐵磁電動式)。頻率表的鐵心，上面是一個反寫的S形，下面(xi mi

48、an)是一個反寫的C形。定圈在套在C形的下部，而線圈在S形的端部。其中一般處於端部氣隙中。線圈在通入電流後，此邊在端部氣隙磁場中受力，使線圈在端部轉動。因為採用這種S形的特殊結構，動圈可在很廣的範圍內轉動，它比一般電表最大的偏轉90。角要大，其偏轉角可達230。甚至更大，所以稱為廣角儀表。對於同樣量程，它可以讀的更方便、更準確。64共八十五页 鐵磁電動式頻率表的工作原理如下。定圈中的交變電流和動圈中的交變電流相互作用產生了偏轉力矩。同時，定圈的交變磁場在動圈中感應出電流，此電流又與交變磁場作用產生反抗力矩。在靠近定圈邊磁場最大，反抗力矩也最大，在遠離定圈的電磁鐵端部氣隙處磁場最小，反抗力矩也最

49、小。磁場分佈正比於偏轉角，使反抗力矩也正比於偏轉角。轉動力矩與反抗力矩相平衡，就決定了偏轉角的大小(dxio)。因為不必使用彈簧游絲獲得反抗力矩，所以不通電時表的指針可以停留在任何位置上。此外，為了指針不來回擺動，以便迅速獲得正確的讀數，在轉軸上固定有一塊扇形金屬片。它放在固定的氣隙磁場中，當指針在震盪時，金屬阻尼片將切割磁場，在阻尼片中感應出來的渦流受磁場的作用，即產生一個阻尼力矩，他的方向與轉動方向相反。當指針不偏轉時，扇形金屬片不切割磁場，就不產生阻力矩，因此他能偏轉迅速穩定而不影響讀數。為加強阻尼作用，在扇形金屬片中嵌放幾塊永久磁鐵。65共八十五页 鐵磁電動式儀表的轉動力矩(l j)即

50、為動圈在一個週期內受到的平均力矩(l j):66共八十五页 當電網頻率從45Hz到55Hz變化時，一方面，L1隨頻率增加而增大， 減小，即定圈電流減小，而(1/C1) 卻隨頻率的增加而減小，故 增大，合成的結果使動圈電流減小；另一方面，動圈電流和定圈電流間的相位差增大。由於上述兩方面的原因(yunyn)，使轉動力矩M=KI1I2cos減小。因此電表在45Hz時轉動力矩最大，偏轉角最大；頻率為55 Hz時轉動力矩最小，所以偏轉角也最小。這就是頻率表指針的偏轉角反應頻率大小的原理。67共八十五页二.電壓表及電流表電壓表及電流表通常亦採用鐵磁電動式，故其結構與頻率表相似，反抗力矩是由游絲彈簧所產生的

51、。多數情況下動圈和定圈都是串聯在一起，流過同一電流，故其轉動力矩為M=KI2。當轉動力矩與反抗力矩相等時(M反=Ka)，指針就停留在固定的a角度(jiod)上。當需要擴大量程時，常與電壓互感器和電流互感器配合使用。電流表的接線圖如圖24所示。在分別測量每相電流時，通常可用兩只電流互感器，分別接於A相和C相。而B相電流的測量則可利用iB=-(iA+iC)而得。因為在測量過程中不允許電流互感器的副邊開路，故在測量中對不測量相的電流互感器副邊必須通過轉換開關進行短接，在轉換開關的轉換過程中開關亦必須要等互感器副邊已接上電流表或短路後，才允許斷開原來接入的電流表或開關的短接觸頭。68共八十五页三.功率

52、表鐵磁電動式單相功率表的基本構造與頻率表相似。與頻率表的基本區別是反抗力矩是由螺旋形的游絲彈簧所產生的。游絲彈簧一方面是電流通過動圈的通路，另一方面產生反抗力矩。當反抗力矩與轉動力矩相平衡時，即可得到讀數。 單相功率表接線如圖25所示。動圈與附加電阻RJ相串聯，然後接於電源上。而定圈則與負載相串聯。 因為RJ比動圈中的電阻和感抗(n kn)大得多，所以動圈中電流近似 。因動圈中的電流與負載電壓成正比，所以動圈又稱電壓線圈；而定圈中通過的是負載電流 ，故亦稱為電流線圈。69共八十五页從頻率表原理知，轉動力矩M=KI1I2cos，而指針偏轉角與轉動力矩成正比，所以偏轉角因 和 接近同相，又 ，因而

53、也進近似為 與 的相角差，所以偏轉角與負載的功率P=UIcos成一定(ydng)關係。其表面刻度可按功率單位來分度。對三相交流電的功率，通常可採用兩只單相瓦特表進行測量。其接線如圖26(a)所示70共八十五页71共八十五页三相(sn xin)電路的瞬時功率等於各相順時功率之和72共八十五页 上式說明:三相(sn xin)電路的瞬時功率等於兩部分順時功率之和。因此，三相(sn xin)電路的平均功率也等於這兩部分的平均功率之和，即由此可見，兩個瓦特表讀數相加就是三相(sn xin)電路的有功功率。73共八十五页使用功率表時一定(ydng)要注意極性的問題。功率表的電壓線圈及電流線圈引出端均有一個

54、接線端標有”或”的記號，代表同名端。當電流都從同名端流入或流出時，指針的偏轉方向為正的方向。其正確接線如圖26(a)及圖27所示。如果接錯，表將反轉，這是因為指針的偏轉方向決定於轉動力矩的方向，而轉動力矩的方向則決定於電流線圈的磁場方向和電壓線圈中的電流方向。如果電壓線圈和電流線圈的方向同時改變，則力矩方向不變。如果兩個線圈中只改變了一個線圈中的電流方向，那麼力矩方向就會反過來，所以指針的偏轉方向也就反過來了。74共八十五页四.功率因數表功率因數表也是一種電磁式儀表，其結構及原理如圖28(a)所示。其定子亦為三相繞組，同樣產生一個旋轉磁場，但與整步表不同之處是轉子機磁線圈中不是(b shi)通入UA1B1，而是IA，因此通過扇形鐵片同樣產生一個脈動磁場，其相位與IA相同，因與定子繞組是同一電源，所以頻率相同，即脈動磁場脈動一個期，恰好選轉磁場選轉一周。這樣當三相電路中相位角為某一定值時，脈動線圈 出現最大值時旋轉線圈磁場的空間位置是固定的，從而吸引扇形鐵片及指針到空間固定的位置上去，這樣，儀表就可以指示電路中的功率因數。功率因數表接線圖如圖28(b)所示。75共八十五页76共八十五页五.兆歐表和電網絕緣監測儀為了安全