[工学]第3章工厂供电系统的常用设备.ppt

第3章 工厂供电系 统的常用设备及短路电流的计算,3.1,高压一次设备,电气设备中的电弧问题 及对触头的要求,3.4,低压一次设备,3.2,电压互感器和电流互感器,3.3,3.5,短路电流的计算,3.1 电气设备中的电弧问题及对触头的要求,3.1.1 电弧的产生 1、电弧：一种强烈的电游离现象，光亮很强，温度很高，可烧毁触头、延长断电时间等。（表面温度30004000度，弧心温度10000度。） 2、电弧的产生与维持需经历以下四个过程 1）热电发射：触头分断电流时，阴极表面由于大电流收缩集中，出现炽热光斑，触头表面电子吸收热能发射到触头间隙，形成自由电子。 2）高电场发射：触头开断初，电场强度大，触头表面电子被强行拉出。 3）碰撞游离：高速电子碰撞中性质点，使中性质点变成正离子和自由电子，当离子浓度足够大时，介质击穿产生电弧。 4）热游离：电弧中心温度高达10000摄氏度，电弧中的中性质点游离为正离子和自由电子。 结论：碰撞游离产生电弧， 热游离维持电弧。 3.1.2 电弧的熄灭 1、电弧熄灭的条件：去游离率游离率,2、熄灭电弧的去游离方式 正负带电质点的“复合”，重新成为中性质点 正负带电质点的“扩散”，使电弧区带电质点减少 3、交流电弧的熄灭特点 交流电弧每一个周期要暂时熄灭两次，完善的灭弧装置熄灭交流电弧一般需要几个周期，真空断路器灭弧只要半个周期，同等条件下交流电弧比直流电弧容易熄灭。 3.1.3 开关电器中常用的灭弧方法 速拉灭弧法、冷却灭弧法、吹弧灭弧法、长弧切短灭弧法、粗弧切短灭弧法、狭沟灭弧法、真空灭弧法 、SF6灭弧法,3.1.4 对电气触头的基本要求 1、满足正常负荷的发热要求 2、具有足够的机械强度 3、具有足够的动稳定度和热稳定度 4、具有足够的断流能力,3.2 高压一次设备,一次电路： （主电路、主接线、主回路） 变配电所中承担输送和分配电能任务的电路。 一次设备：一次电路中所有的设备称一次设备。,一次设备分类：,(1)变换设备 其功能是按电力系统运行的要求改变电压或电流、频率等，例如电力变压器、电压互感器、电流互感器、变频机等。 (2)控制设备 其功能是按电力系统运行的要求来控制一次电路的通、断，例如各种高低压开关设备。 (3)保护设备 其功能是用来对电力系统进行过电流和过电压等的保护，例如熔断器和避雷器等。 (4)补偿设备 其功能是用来补偿电力系统中的无功功率，提高系统的功率因数，例如并联电容器等。 (5)成套设备 它是按一次电路接线方案的要求，将有关一次设备及控制、指示、监测和保护一次设备的二次设备组合为一体的电气装置，例如高压开关柜、低压配电屏、动力和照明配电箱等。 （本节介绍一次电路中的高压熔断器、隔离开关、负荷开关、断路器及开关柜）,3.2.1 高压熔断器,熔断器(fuse，文字符号为FU)：在电路电流超过规定值并经过一定时间后，使熔体熔化而分断电流、断开电路的一种保护电器。 熔断器的功能主要是对电路及设备进行短路保护，有的熔断器还具有过负荷保护的功能。,高压熔断器全型号的表示和含义如下：,1、RN1和RN2型户内高压管式熔断器（限流式）,RN1型：主要用于高压电路和设备的短路保护（额定电流可达100A）,RN2型：高压电压互感器一次侧短路保护 （额定电流一般为0.5A）,RN1、RN2型高压熔断器安装图,l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支柱瓷瓶，7底座,RN1、RN2型熔断器的熔管剖面示意图,1管帽，2瓷管，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(虚线表示熔断指示器在熔体熔断时弹出),2、RW4和RW10（F）型户外高压跌开式熔断器,既可作610KV线路和设备的短路保护，又可在一定条件下，用高压绝缘钩棒操作熔管的分合，起高压隔离开关的作用。,RW410(G)型跌开式熔断器,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(内套纤维质消弧管)，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固定安装板,3、熔断器技术参数 熔断器的技术参数应区分为熔断器底座即熔断器的技术参数和熔断体的技术参数。原因是同一规格的熔断器底座可以装设不同规格的熔断体，相应的保护特性不同，所以两者不能混淆。 熔断器的技术参数：额定电压、额定电流、电流种类、额定频率和外壳防护等级等。 熔断体的技术参数：额定电压、额定电流、分断范围、使用类别、额定开断能力、电流种类和额定频率等。 一种规格的熔断器底座可以装设几种规格的熔断体，但要求熔断体的额定电流不得大于熔断器的额定电流。,3.2.2 高压断路器 高压断路器（QF）能通断负荷电流和短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。,SNl010型高压少油断路器,1铝帽，2上接线端子，3油标，4绝缘筒，5下接线端子，6基座，7主轴，8框架，9断路弹簧,SNl010型高压少油断路器一相油箱内部结构,1铝帽，2油气分离器，3上接线端子，4油标，5插座式静触头，6灭弧室，7动触头(导电杆)，8中间滚动触头，9下接线端子，10转轴，11拐臂，12基座，13下支柱瓷瓶，14上支柱瓷瓶，15断路弹簧，16绝缘筒，17逆止阀，18绝缘油,SNIO10型断路器灭弧室工作示意图,1静弧触头，2吸弧铁片，3横吹灭弧沟，4纵吸油囊，5电弧，6动触头,真空断路器的真空灭弧室结构,1静触头，2动触头3屏蔽罩，4波纹管，5与外壳封接的法兰盘，6金属波纹管，7玻壳,SF6断路器灭弧室结构示意图,1静触头,2绝缘喷嘴,3动触头,4气缸,5压气活塞(固定)，6电弧,4、高压断路器的基本技术参数 额定电压、额定电流、额定开断电流、热稳定电流和热稳定电流的持续时间、动稳定电流、分闸时间,3.2.3 高压隔离开关（QS） 隔离高压电源、保证设备和线路的安全检修。断开后有明显可见的断开间隙，没有专门的灭弧装置，不允许带负荷操作，可以通断不超过2A的空载变压器、电容电流不超过5A的空载线路，与高压断路器配合使用。户内用CS6（83页）型手动操作机构、户外多用绝缘钩棒手工操作。,GN810600型高压隔离开关,1上接线端子，2静触头，3闸刀，4绝缘套管，5下接线端子，6框架，7转轴，8拐臂，9升降瓷瓶，10支柱瓷瓶,3.2.4 高压负荷开关（QL）,具有简单的灭弧装置，能通断一定的负荷电流和过负荷电流，不能断开短路电流，与高压熔断器配合使用。,FN310RT型高压负荷开关,1主轴，2上绝缘子兼气缸，3连杆，4下绝缘子，5框架，6 RN1型高压熔断器，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,GC口10(F)型高压开关柜,1仪表屏，2手车室，3上触头(兼起隔离开关作用)， 4下触头(兼起隔离开关作用) ，5断路器手车,3.2.5 高压开关柜 将一、二次设备组合在一起的高压成套配电装置。 类型：固定式、手车式（移开式） 功能：防止误分、误合断路器；防止带负荷误拉、误合隔离开关；防止带电误挂接地线；防止带接地线误合隔离开关；防止人员误入带电间隔,GG1A(F)07S型高压开关柜(断路器柜),1母线，2母线侧隔离开关，3少油断路器(QF)，4电流互感器(TA)，5线路侧隔离开关(QS)，6电缆头， 7下检修门，8端子箱门，9操作板，10断路器的手动操动机构，11隔离开关的操动机构手柄，12仪表继电器屏，13上检修门，14、15观察窗口,3.3.6 自动线路分段器和重合器 1、自动线路分段器 通常是与具有开断和重合短路电流功能的上级开关设备配合使用，起线路隔离、分段的作用。尤其适用于线路长、分支多的架空配电线路。 类型 ： 分段器分单相、三相两种，额定电压为1240.5kV。 按灭弧介质或绝缘介质分，有油、真空、六氟化硫和空气四种。 按控制方式，有液压式、电子式两类。 按识别故障原理分，有“过流脉冲记数型”和“电压时间（Ut）型”两类。 按动作原理分，有跌落式、重合式和组合式等。 功能 ：1）自动监测线路的工作状态。自行判断线路是否发生短路故障。 2）记数功能。 3）记忆和复位功能。 分段器主要用于1240.5kV架空配电线路，在农村配电网中得到普遍应用，在一些供电可靠性要求较低的城市配电线路也有采用。 2自动重合器 是一种自身具有控制及保护功能的高压开关设备。 它是由柱上断路器及相应的控制、保护元件等构成。,自动重合器可装在电杆上、构架上或地面基础上。最适宜于装在负荷沿线分布的10-35kV架空配电线路的较长干线或较大分支上，起分段保护和隔离作用。借助于重合器的作用，当线路发生瞬时性故障时，可不影响用户用电，发生永久性故障时，可限制停电范围。也可装在变电所内，作为10-35kV出线的主保护开关设备，无须附加继电保护屏和操作电源。自动重合器通常配有接地故障保护和遥控、遥测附件，有助于提高配电网运行的自动化水平。 自动重合器分单相、三相两种，一般采用三相重合器。额定电压为1240.5kV，额定短路开断电流一般为6.312.5kA，最大为20kA。 功能：重合器除具有断路器的控制和保护功能外，还具有以下特殊功能。 1）自动监测线路工作状态。一旦电流达到或超过预定值（即最小起动电流值），重合器的控制器起动，重合器按设定程序进行分闸和重合闸。 2）自动判断故障性质。对于瞬时性故障，重合闸成功后就保持合闸状态；对于永久性故障，将闭锁在分闸状态。 3）自动记忆、消除记忆和复位功能。 4）双时反时限时间电流特性。故障电流越大，重合器的分闸时间则越短。而且，在执行操作顺序的过程中能自动地依靠设定程序由按快速动作曲线分闸转换到按设定的时延曲线分闸。便于与分段器、熔断器等其它保护设备配合。 5）操作顺序可在安装现场设定变更。 6）控制电源，操作电源直接取自被控制和保护的高压线路。 7）可实现有线、无线、载波和光纤等远距遥控和通信。,3.6.7 高压一次设备的选择,注：表中表示必须校验，表示不要校验。,3.3 低压一次设备,1000V（或1200V）及以下的电气设备，本节介绍常用的低压熔断器、低压开关和配电屏。,3.3.1 低压熔断器,种类：插入式（RC型） 螺旋式（RL型） 无填料密封管式（RM型） 有填料密封管式（RT型） 有填料管式 （gF、aM） 高分断能力（NT型） RZ1型低压自复式熔断器,RMl0型低压熔断器,a)熔管b)熔片,1铜管帽，2管夹，3纤维熔管，4刀形触头(触刀)，5变截面锌熔片,RT0型低压熔断器,a)熔体b)熔管C)熔断器d)绝缘操作手柄,1栅状铜熔体，2刀形触头(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,RZ1型低压自复式熔断器,1接线端子，2云母玻璃，3氧化铍瓷管，4不锈钢外壳，5钠熔体，6氩气，7接线端子,3.3.2 低压刀开关和负荷开关 低压刀开关 低压刀断开关 低压负荷开关,3.3.3 低压断路器,分塑料外壳式、万能式等很多种类。,低压断路器的原理结构和接线图,1主触头，2跳钩，3锁扣，4分励脱扣器，5失压脱扣器，6、7脱扣按钮，8加热电阻丝，9热脱扣器，10过流脱扣器,3.3.4 低压配电屏,将一、二次设备组合在一起的一种低压成套配电装置，有PGL、GGL、GGD等型号。,3.3.5 低压一次设备的选择,注：表中表示必须校验，表示一般可不校验，表示不要校验。,3.4 电流互感器和电压互感器,电压互感器TA 电流互感器TV,功能：使仪表、继电器、二次设备与主电路绝缘，扩大仪表、继电器等二 次设备的应用范围。,2.4.1 电压互感器,1、基本原理和特点,一次绕组导线很细，匝数很多，二次绕组匝数少导线粗。,电压互感器,1铁心,2一次绕组,3二次绕组,、电压互感器的使用注意事项,工作时二次侧不得短路， 二次侧有端必须接地， 互感器在连接时注意其端子的极性。,、电压互感器的常用接线方式,单相电压互感器、V/V型、三相五柱式等,电压互感器的接线方案,a)一个单相电压互感器 b)两个单相电压互感器接成V/V形 c)三个单相电压互感器接成YoYo形 d)三个单相三绕组或一个三相五芯柱三绕组电压互感器接成YoYo(开口三角)形,3.4.2 电流互感器,1、基本原理和特点 一次绕组导线很粗，匝数很少，二次绕组匝数多导线细。,电流互感器,1铁心，2一次绕组，3二次绕组,2、电流互感器常用接线方式: 一相式接线、两相V型接线、两相电流差接线、三相星型接线,a)一相式接线；b)两相V形接线； C)两相电流差接线；d)三相星形接线,电流互感器的接线方案,3、实际电流互感器,LQJ10型电流互感器,1次接线端子，2一次绕组，3二次接线端子，4铁心，5二次绕组，6警示牌,LMZJ10.5型电流互感器,1铭牌，2一次母线穿孔，3铁心，树脂浇注 4安装板，5二次接线端子,4、电流互感器使用注意事项,工作时二次侧不得开路，二次侧有一端必须接地，电流互感器在连接时，要注意其端子的极性。,3.5.1 短路故障的原因及类型,一、短路的原因 绝缘损坏、过电压、外力损伤、违反操作规程、动物造成等。 二、短路的后果 产生很大的电动力、很高温度、元器件损坏；电压骤停、影响电气设备正常运行；停电、电力系统运行的稳定性遭到破坏；不平衡电流、不平衡逆变磁场、电磁干扰等出现。 三、短路的形式 三相短路、两相短路、单相短路、两相接地短路,3.5 短路电流及其计算,短路的形式(虚线表示短路电流路径),3.5.2 三相短路电流时的短路参数和短路计算 1、短路计算的目的和短路参数 短路计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，准确地整定供配电系统的保护装置，避免在短路电流作用下损坏电气设备，保证供配电系统中出现短路时，保护装置能可靠动作。,I(3)为短路后第一个周期的短路电流周期分量的有效值，称为次暂态短路电流有效值。用来作为继电保护的整定计算和校验断路器的额定断流容量。应采用电力系统在最大运行方式下，继电保护安装处发生短路时的次暂态短路电流来计算保护装置的整定值。,ish(3)为短路后经过半个周期（即0.01s）时的短路电流峰值，是整个短路过程中的最大瞬时电流。这一最大的瞬时短路电流称为短路冲击电流。为三相短路冲击电流峰值，用来校验电器和母线的动稳定度。,Ish(3)为三相短路冲击电流有效值，短路后第一个周期的短路电流的有效值。也用来校验电器和母线的动稳定度。 高压三相短路 低压三相短路 IK(3) 为三相短路电流稳态有效值，用来校验电器和载流导体的热稳定度。 SK(3)为三相短路容量，用来校验断路器的断流容量和判断母线短路容量是否超过规定值，也作为选择限流电抗器的依据。,2、短路计算 （1）三相短路电流稳态分量的计算 （2）三相短路容量 （3）短路电路的阻抗、电阻的计算分别如下：,电力系统的电阻相对于电抗很小，不予考虑。,Soc= IocUN,电力变压器的阻抗计算：短路损耗： 电阻： 电抗：,-断流容量,电力线路的阻抗计算：,和,可查下表或其它数据表,表 电力线路每相的单位长度电抗平均值,阻抗换算（有变压器时）,电路内各元件的阻抗都必须按照短路点的短路计算电压统一换算，换算的条件是元件功率损耗不变。,短路点的短路计算电压,3、标幺值法,（1）标幺值概念,任一物理量的标幺值,（实际值与基准值之比）,基准容量 （可以任意选取，一般取100MVA）,基准电压 （通常取短路计算电压）,基准电流,基准电抗,（2）元件标幺值：,电力系统电抗标幺值：,-断流容量,-极限短路容量,电力变压器电抗标幺值：,电力线路电抗标幺值：,（3）短路电流标幺值及短路电流计算,根据 可以计算出 。,（4）三相短路容量,3.5. 3短路效应及稳定性 1短路电流的电动力效应 三相导体在同一平面平行布置时