工厂供电(刘介才第五版)第4章.ppt

第4章 工厂变配电所及其一次系统,第一节 工厂变配电所的任务和类型,第二节 电气设备中的电弧问题及对触头的要求,第三节 高压一次设备,第四节 低压一次设备,第五节 电力变压器,第六节 电流互感器和电压互感器,第七节 工厂变配电所的主接线,第八节 工厂变配电所的所址、布置、结构及安装图,第九节 工厂变配电所的运行维护和检修试验,第一节 工厂变配电所的任务和类型 一、变配电所的任务从电力系统受电 变压 配电（重新分配电能）。 二、变配电所的类型,工厂变电所分为：,总降压变电所（一般中小型工厂没有）,车间变电所,车间变电所分类： （1）附设式变电所 1、2、3、4 ； （2）车间内变电所 5； （3）露天（或半露天）变电所 6； （4）独立变电所 7； （5）杆上变电台 8； （6）地下变电所 9 （7）楼上变电所 10 （8）成套变电所 （9）移动式变电所,电力系统中变电所类型：,升压变电所 降压变电所 终端变电所,（1）附设式变电所 优点：靠近负荷，节约土建投资。 缺点：腐蚀、易燃、易爆车间不能采用，且车间扩建困难。,（2）车间内变电所 适于负荷集中的大型生产车间 优点：接近负荷，节约有色金属，有功损耗小，电压损失小。 缺点：腐蚀、易燃、易爆车间不能采用，且门向车间内开，对车间的生产安全有危险。,（3）露天（或半露天）变电所 适于小型工厂 优点：通风好，造价低。 缺点：易受环境影响，污染、污秽易燃、易爆环境不能用。,（4）独立变电所 适于易燃、易爆的化工类车间 优点：容易发展，防火、防爆好。 缺点：线损大，造价高。,（5）杆上变电台 适于生活区，变压器容量在315kva及以下， 无低压配电装置。优点：投资小、最经济。缺点：可靠性差。,（6）地下变电所 适于高层建筑、地下工程或矿井中 优点：安全、不碍观瞻。 缺点：建筑费用高，潮湿，通风散热差。,（7）楼上变电所 适于高层建筑，变压器采用干式的 优点：接近负荷，节约土建投资。 缺点：设备的价格高。,（8）成套变电所例：箱式变电站 节省投资，但安全可靠性较差。,（9）移动式变电所主要用于坑道作业及临时施工现场,注意：工厂高压配电所一般与邻近的车间变电所合建，节约建筑费用。,第二节 电气设备中的电弧问题及对触头的要求,一、概述 电弧是开关设备在断开电路过程中产生的一种气体游离放电现象。 研究电弧理论的目的：掌握电弧形成的理论，以便迅速有效的熄灭电弧。,二、电弧的产生 （一）产生电弧的原因触头本身及触头周围的介质中含有大量可被游离的电子。,（二）产生电弧的游离方式 1、热电子的发射 2、强电场的发射 3、碰撞游离 4、热游离 由于上述几种游离的综合作用，使触头间的电弧得以持续和发展。,三、电弧的熄灭 1、熄灭电弧的条件：电弧中的去游离率大于游离率， 即电弧中离子消失的速率大于离子产生的速率。 2、熄弧的方式主要是复合和扩散。 复合异号带电质点彼此中和，又称去游离。 扩散弧柱内的自由电子逸出弧柱以外，到周围冷介质中去的过程。,3、交流电弧的熄灭特点 交流电流每半个周期过零一次。利用交流电流过零时电弧暂时熄灭的特点熄弧。,两种方式的目的： 复合使弧柱中的中性质点增加； 扩散可降低弧柱的温度，减少热游离。,4、开关电器常用的灭弧方法 （1）速拉灭弧法 （2）冷却灭弧法（3）吹弧灭弧法（气吹灭弧） （4）长弧切短灭弧法 （短弧灭弧法） （5）粗弧分细灭弧法（狭缝灭弧法）（6）狭沟灭弧法 （7）真空灭弧法 （8）六氟化硫（sf6）灭弧法,四、对电气触头的基本要求 1、满足正常负荷发热的要求长期通过正常负荷时，其发热温度不应超过允许值，触头应接触紧密、良好。 2、要有足够的机械强度能经受足够的通断次数，不致发生机械故障而损坏。 3、要有足够的动稳定度和热稳定度 4、要有足够的断流能力切断短路电流时触头不应被烧坏。,第三节 高压一次设备,一、概述 高压一次设备在电力系统一次接线图中的高压电气设备称为高压一次设备。 本节主要介绍： 高压熔断器、高压隔离开关、高压负荷开关、高压断路器等高压设备。,类型 分为户内（rn系列）、户外（rw系列）型。 1、户内型rn1、rn2管式熔断器，均为封闭填料式的限流熔断器。 限流熔断器：在最大短路电流ish之前熔断的称为限流式的，否则称为不限流的。 rn1型：用于保护电力线路和变压器，额定电流可达100a。 rn2型：用于保护电压互感器，额定电流一般为0.5a。 2、户外型rw系列，非限流式的。,二、高压熔断器 fu 作用： 在电路中起短路保护作用。,三、高压隔离开关 qs 1、作用 隔离高压电源，使设备和电源间造成一个明显的断开点，确保试验检修人员的安全。 它还可以断开或接通一些较小电流的回路： 开合电压互感器和避雷器回路； 开合励磁电流不超过2a的空载变压器； 开合空载电流不超过5a的空载线路； 开合电压为10kv及以下，电流为15a以下的线路； 开合电压为10kv及以下，环路均衡电流为70a及以下的环路。,隔离开关没有灭弧装置，不能用来接通或断开较大的负荷电流。通常只能在相应的断路器断开以后才能进行拉合闸操作。否则容易造成事故。,装置地点的不同： 户内、户外式； 支持绝缘数目的不同： 单柱式、双柱式、三柱式； 闸刀运动方向的不同: 水平旋转式、垂直旋转式、 摆动式.插入式； 接地刀闸： 有接地刀闸、无接地刀闸； 操作机构： 手动、电动、气动。 （工厂一般采用cs6型）,注意,类型,图4-2隔离开关gn810/600型,四、高压负荷开关 ql,1、作用 切断或接通正常负荷电流或一定的过负荷电流。但在电路短路时，不能用来切断巨大的短路电流。 通常在电路中它与熔断器配合使用。 2、类型：户内、户外。 我国生产的主要有：fn-10、fn-10r、fw-10、fw-35 等型号。 例：fn510r或fn512r 自身带熔断器，可开合正常负荷电流，又具有短路保护作用。 3、灭弧原理为吹弧原理。 把电弧先用栅片隔成一些小电弧,然后用电磁吹力或气吹把电弧吹出迅速降温.,1）高压负荷开关分断负荷电流时，周围温度会变高。 因此前方不得有可燃物。,3、说明,2）高压负荷开关分断负荷电流时可能会发生爆炸。,下图为fn5-10r 、 fn3-12型高压负荷开关：,五、高压断路器 qf,1、作用： 正常运行时，接通和断开正常负荷电流； 短路时，切断巨大的短路电流。 2、类型 按绝缘材料的不同分为：油断路器、真空断路器、sf6断路器、压缩空气断路器、磁吹断路器等，,目前工厂大部分采用油断路器或真空断路器,（1）油断路器分为多油和少油： 多油油多，可用于灭弧、对外壳及对相间的绝缘，设备外壳不带电，允许开断次数多。 少油油仅用于灭弧 ，设备外壳带电，允许开断次数少。 图4-17、4-18 为sn10-10型的外型和结构,（2）真空断路器利用真空的高介质强度熄弧，适于频繁操作的场合。 优点：体积小、熄弧速度快（约半个周波内即可熄弧）、寿命长、安全可靠、便于维护检修。 缺点：价格高。,（3）sf6断路器利用sf6气体熄弧，通常用于35kv及以上的系统。 优点：断流能力大，灭弧速度快、绝缘性能好、免维护。 缺点：造价高。,六、高压开关柜 按照一次线路和二次回路组装，分为固定式和手车式（又称为移开式）及环网柜等几类。,固定式：gg-1a（f）-10 gg-10 kgn10等 移开式：gfc-10 gwc-10 gbc-35 kyn-10 jyn-10 环网柜：hxgn-10 (适于10kv及以下，单台变压器容量为630kva及以下的工厂变电所）。,七、高压一次设备的选择 选择校验的条件 ： 1、按正常工作条件选择电气设备的额定值； 2、按短路电流校验设备的动稳定、热稳定； 3、按设备安装处的三相短路容量校验开关电器的断流能力； 4、按装置地点、工作环境、使用要求及供货条件选择电气设备的适当型式。 具体高压设备的选择校验的条件见表4-1 p94,1、高压断路器的选择条件： （1）选择额定值 式中： une ine设备电压、电流的额定值； un in电网的额定值。,环温不超过40度,（2）校验动、热稳定性： 校验动稳定： 校验热稳定：,（3）开断能力的校验 应满足的条件： 式中： ik、sk短路电流有效值和短路容量； iocsoc制造厂提供的最大开断电流和开断容量。,补充：,对熔断器， 无限流作用的应校验的公式： 有限流作用的应校验的公式：,或,2、母线的选择条件： 母线的材料、截面、校验动稳定度和热稳定度。 工厂变电所：按正常负荷电流选择母线截面，按短路条件校验动、热稳定度。 （1）母线截面的选择：两种方法 按正常负荷电流选择，即 ial一定的环温下母线的允许载流量（一般为环温25时的数值）；（注：附录表16给出的是几种温度下的允许载流量）。 i30计算电流 k温度校正系数： 按经济电流密度选择母线截面： aec母线的截面，mm2。 jec经济电流密度，表5-3,为实际的环温。,补充：,（2）动、热稳定的校验公式：,al c,第四节 低压一次设备,一、概述 低压一次设备主要指车间变电所低压侧1000v以下的设备。 本节主要介绍低压熔断器、低压断路器、低压开关柜等。 二、低压熔断器 作用：短路保护。 类型：rc型 瓷插式； rl型螺旋式; rm型密封式; rt0型有填料的; rs0型快速; rz型自复式; gf am有填料管式 ; nt型（分断能力达100ka）. 书上介绍了rm10、rt0、rz1熔断器的结构和特点。,rt16(nt)型低压高分断能力熔断器是我国参照国外先进技术资料自行设计的一种新型熔断器。 具有体积小、重量轻、功耗小、分断能力高（可达100ka）等特点。,瓷插式、螺旋式、无填料密封管式熔断器结构图： (a)瓷插式(b)有填料螺旋式(c)无填料密闭管式(d)符号,三、低压刀开关、负荷开关（qk）和刀熔开关（qkf） 1、低压刀开关 种类： 单极、双极、三极，带灭弧罩的和不带灭弧罩。 带灭弧罩的可以带负荷操作，采用钢栅片灭弧罩，能通断一定的负荷电流。 2、刀熔开关 刀开关和熔断器的组合。 常见的有hr3型，用于低压配电屏。 刀开关的选择： 按额定电流、额定电压、动、热稳定选择和校验。,四、 低压断路器 (qf) 自动开关或空气开关,作用: 既能带负荷通断正常负荷电路，又具有短路保护、过负荷保护和失压保护功能。,动画,图 4.36 低压断路器,结构： 由触头、灭弧装置、操作机构和保护装置等组成.,返50,3、类型和主要技术性能 （1）类型： 按结构型式分，有万能式(又称框架式)和塑壳式断路器； 按灭弧介质分，有空气式和真空式(目前国产多为空气式)； 按操作方式分，有手动操作、电动操作和弹簧储能机械操作； 按极数分，可分为单极、二极、三极和四极式； 按安装方式分，有固定式、插入式、抽屉式和嵌入式等。 低压断路器的额定电流： 46300a。,dw系列,dz系列,塑壳式dz系列（又称装置式）： 有塑料外壳，额定电流一般为6a630a，目前已有额定电流为800a3000a的大型塑壳式断路器。 限流式的自动开关： dwx15、dzx10系列。 利用短路电流产生的电动力，使开关触头迅速断开，速度极快，约在810ms内全部断开，从而限制了电路中可能出现的最大电流。 框架式dw系列（又称万能式）： 框架式，无外壳，额定电流为200-6300a。,（2）主要技术性能 通断能力在一定的功率因数（0.20.8）下，可开断的最大开断电流。由制造厂实验得出： dw10：最大开断电流可达40ka； dw15：最大开断电流可达80ka； dz10100r：最大开断电流可达100ka； dz10：最大开断电流,直流 25ka 交流 40ka, 保护特性： 过流保护特性：短路保护。dw型有电流脱扣器实现；dz型由复式脱扣实现。,电流脱扣 +热脱扣,过载保护特性：过负荷保护。当负荷电流超过额定电流1.11.45倍时，开关 在10120分钟内跳闸。 欠电压保护：当电压小于0.4un时，电压脱扣器动作，经0.31s跳 闸。 低压断路器的保护特性曲线,图4-37：,在使用中它常有三种配置方式：,（a）适用于从变压器二次侧引出的低压供电干线。 （b）适用于操作频繁的电路。 （c）适于自动开关断流能力不足以断开短路电流的场合。,断路器的跳跃现象：当合闸于故障线路上时，空气开关发生多次跳合现象，称为“跳跃”。 dw型断路器的防跳措施：,见图4-41 dw型断路器的交直流电磁合闸控制回路,右图中： qf低压断路器 sb合闸按钮 kt时间继电器 ko合闸接触器 yo电磁合闸线圈,见p39,五、低压配电屏,六、低压一次设备的选择 低压一次设备地选择及校验的项目，见表4-3。,低压电流互感器、电压互感器、电容器及母线、电缆、绝缘子等的选择校验项目，与前面表4-1相同。,按一定的线路方案，把一、二次设备组装而成的低压成套配电设备。,固定式： （bsl、pgl型已淘汰）ggd、ggl 抽屉式：gck（应用较多）、gcs,第五节 电力变压器,一、 电力变压器的类型 按相数分：单相、三相； 按冷却方式分：干式、油浸式； 工厂变电所常用的变压器为三相油浸式双绕组电力变压器，通常采用无载调压的方式。 新的变压器容量等级为：100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1000kva等等。 二、电力变压器的结构和型号 型号： sl7油浸式铝绕组低损耗电力变压器，采用冷轧硅钢片。 s9油浸式铜绕组低损耗三相变压器，采用冷轧硅钢片。 sg或sc环氧树脂浇注绝缘的干式变压器。,三、电力变压器的连接组别,（一）配电变压器的连接组别 yyn0（即y/y012），见图4-44 dyn11（/y011），见图4-45 自96年开始，我国已逐步推广应用 dyn11 型变压器。 采用dyn11型有下述优点： 可以抑制3n次的高次谐波。 对于3n次谐波的激磁电流，在接线的一次绕组内形成环流，不会注入到公共的高压电网中去。 dyn11型变压器零序阻抗小，有利于低压单相接地故障的切除。 （ dyn11：x0=x1+x2； yyn0：x0=x1+x0） 承受单相不平衡负荷的能力强。 dyn11连接的变压器中性线电流允许达到相线电流的75%以上， yyn0连接的变压器中性线电流不应超过相线电流的25%。 分析：,变压器的零序激磁电抗,四、变电所主变压器台数和容量的选择 （一）变电所主变压器台数的选择 1、总降压变电所（进线电压为35110kv ）台数的选择： 一般选两台。若一路进线，另一路可以从610kv获得时，可选一台总降压变压器。 2、车间变电所变压器台数的选择： 对有一、二级负荷的变电所，应选两台；仅有二级无一级负荷时，也可只选一台，但在低压应有从其它变电所引来的备用线或自备电源。 对昼夜负荷变动较大的或季节性负荷变动较大的，也可选两台。 除上述情况外，一般选一台。但负荷集中且较大的三级负荷，也可选两台或多台。,（二）变电所主变压器容量的选择 4条 1、只装一台主变压器的变电所： snts30 式中： snt变压器的额定容量； s30 变电所总的计算负荷。 2、装有两台主变压器的变电所，每台变压器应同时满足以下条件： （1）snts30（+） （2） snt=（0.60.7）s30 式中 snt任一台变压器的额定容量； s30 变电所总的计算负荷。,3、车间变电所主变压器单台容量上限： 单台容量一般不宜大于1000kva（或1250kva），若负荷较大且集中，也可选用2000kva以下的变压器。,4、适当考虑发展 应考虑510年的发展，留有余地。,某10/0.4kv变电所，总计算负荷为1200kva，其中一二级负荷为680kva。试初步选择变电所主变压器的台数和容量。 解：因为有一二级负荷，所以应选两台，每台的容量应满足： snts30（+） =680kva snt=（0.60.7）1200kva=（720840）kva。 因此每台变压器应同时满足上述条件，根据变压器的标准容量， 可选任一台变压器容量为800kva。,例4-2,作业：4-1 4-2 4-3选作,4-2,五、电力变压器并列运行的条件 3个基本条件： 1、电压相等。 两台变压器的一次及二次电压对应相等，误差在5%以内。 2、阻抗电压相等。 即短路电压相等。允许差值不超过10%以内。 3、连接组别相同。 应注意两台变压器的容量最好相同或相近。容量比不能超过3：1。,现有一台s9-800/10/0.4型配电变压器与一台s9-2000/10/0.4型配电变压器并列运行，均为dyn11连接，问负荷达到2800kva时，上列变压器那一台将要过负荷？过负荷可达多少？ 解：并列运行的变压器之间的负荷分配与阻抗标么值成反比，应先计算阻抗标么值。 变压器阻抗标么值的计算： 查附录表5-1，得s9-800型变压器的uk%=5， s9-2000型变压器的uk%=6，取sd=100mva：,例4-3,由此计算出当负荷达2800kva时，两台变压器分别承担的负荷为：,由此可看出， s9-800型变压器将过载，（908-800）=108kva 超过其额定容量的比率为：,根据规程规定：油浸式变压器（户内）允许过载最高可达20%，两台变压器的容量之比不能超过1：3。 而s9-800型变压器过载13.5%在允许范围之内，且容量比为1：2.5。 但是当变压器的过负荷倍数为1.35时： 若变压器上层油温为24时，允许过载时间不能超过35分钟； 若变压器上层油温为30时，允许过载时间不能超过15分钟。 因此，若使变压器都能安全运行，负荷最好不宜超过：,第六节 电流互感器和电压互感器,一、概述 作用： 电流互感器：将大电流变为5a以下的小电流，额定电流为5a。 电压互感器：把高电压变为100v的低电压，额定电压为100v。 准确度等级： 0.2级：精密测量； 0.5级：计费的电度表； 1级：不计费的电度表或变配电所配电盘仪表； 3级：监视仪表或继电保护用； 5级：非精密测量； 5p、10p：继电保护用。 准确度等级一般与互感器的二次负荷大小有关。工厂变电所常采用：0.5级、1级和3级。,0.5级：计费的电度表； 1级：不计费的电度表或变配电所配电盘仪表； 3级：监视仪表或继电保护用；,二、电流互感器 ta （一）电流互感器的工作原理和接线方案 1、工作原理 二次侧额定值为5a,相当于电流源。 变比：,分析可得：,角误差：,电流误差：,注意：由于ta在传变过程中的非线性特性，使激磁电流和二次电流出现了高次谐波分量，当电流较大时，若用相量图表示误差已不合理。 复合误差定义：电流互感器经归算后的二次电流瞬时值与一次电流瞬时值之差的有效值的百分数。 即：,复合误差常用于校验继电保护回路中的ta。即10%误差曲线。,2、ta的接线方案图4-49 4-50 （1）一相式接线 （2）两相不完全星形接线 （3）两相电流差接线 （4）三相星形接线,ta的接线方式,返62,l1,l1,l1,l1,（二）ta的类型和型号 类型： 按一次线圈匝数分：单匝，多匝；按电压分：高压、低压； 单匝：允许通过大电流，动稳定性较好。但测量误差较大。 多匝：测量误差小，一次侧允许通过的电流小，动稳定性不如单匝。 ldz(j)1-10型、lmzj1-0.5型的ta见下图。,（三）ta的选择和校验 选择和校验条件：额定电压、额定电流、准确度等级、二次负荷、校验动、热稳定性、用于继电保护的还应按10%误差曲线（复合误差）校验。 额定电压应与系统电压相符。 额定一次电流i1n=（1.21.5）i30 i30：计算负荷电流。,准确度等级：工厂配电系统一般采用0.5、1、3级。 二次负荷：应满足此公式： s2ta的二次负荷。 式中： ta的额定值。 查产品样本或手册，va。 ta二次回路各仪表线圈的总阻抗，。 ta二次回路各仪表继电器总容量之和，va。 接头接触电阻，一般取0.1。 ta到仪表继电器的连线电阻，rwl=r0l=l/（a） l：连线的等效长度，m。 a：导线截面 ，mm2。 ：电导率。 铝：=32m/.mm2， 铜： =53m/.mm2 。,单位长度的电阻,热稳定倍数。见产品样本。,应注意：a）ta二次接线一般采用铜芯线，截面不小于2.5mm2。 b）ta连线的电阻rwl与连线的等效长度l有关、与ta和负荷的接线方式有关。设从ta到仪表继电器的单相长度为 ,图 当一相接线时： 当星形接线时： 当不完全星形接线时： 动稳定和热稳定度的校验应按照设备安装处的短路电流校验。 动稳定校验： 动稳定倍数，见产品样本。,热稳定度的校验： 或：,10%误差曲线（用于继电保护的ta）： 对应某一电流互感器的负载z2，当ta一次侧实际电流为其额定电流n倍时（n=i1/i1n），电流误差达到-10%。 关系曲线n=f（z2）称为ta的10%误差曲线。 参见工厂供电技术p148图4-37,（电流倍数）,n=i1/i1n,(四)电流互感器使用注意事项 1、ta二次侧不允许开路。 原因：ta二次开路后，总磁势f=i0n1大大增加，则i0 e 。 产生的后果：1）产生高电压，对人和设备造成有危险； 2）铁心损耗增加，严重发热，ta有烧坏的可能。同 时铁心中产生剩磁，使测量误差增大。 2、ta二次侧必须有一端接地。（ ta二次侧接地属于保护接地。） 3、ta在连接时，应注意极性不得接反。 我国采用 “减极性 ”标号法: 图4-54,三、电压互感器 tv,（一）电压互感器的工作原理和接线方案 1、工作原理 相当于空载变压器，起电压源的作用。 变压比为： 误差： 电压误差： 角误差：一次电压与二次电压的相位差。,2、电压互感器的接线方案 图4-56 单相式、v/v型、y0/y0型、yo/yo/ 型。,单相式,v/v型,2、电压互感器的接线方案 图4-56,yo/yo/ 型,y0/y0型,（二）电压互感器的类型和型号 1、类型： 按绝缘冷却方式分：干式、油式； 按相数分：单相、三相； 按装置地点分：户内、户外。 常用的有：jdj、jdz、jdzx、jsjw,常用的有：jdj、jdz、jdzx、jsjw jdj单相双线圈油浸式的tv，户外常用jdj-10、jdj-35。 jdz单相双线圈环氧树脂半浇注绝缘的户内用tv。 jdzx单相三线圈环氧树脂半浇注绝缘的户内用tv。一个原线圈，两个二次线圈，其中一个二次线圈为辅助的次级线圈（又称为剩余电压线圈）。不能单相运行，三个jdzx型可代替一台jsjw型tv。 jsjw三相三线圈五铁心柱油浸式电压互感器，接线方式为： 。辅助的次级线圈结成开口三角形，用于监视中性点不接地系统的线路绝缘情况，其每相电压为100/3v， 正常运行时，开口处电压为0v； 当系统一相接地时，开口处电压大约100v，同时使继电器动作发出信号。