供电系统主要电气设备.ppt

第二章供电系统的主要电气设备 第一节概述 1 电气设备 电气设备的定义供配电系统的电气设备是指用于发电 输电 变电 配电和用电的所有设备 包括发电机 变压器 控制电器 保护设备 测量仪表等 1按电压等级分 1 高压配电装置交流50Hz额定电压1200V以上 直流额定电压1500V以上 2 低压配电装置交流50Hz额定电压1200V以下 直流 额定电压1500V及以下 2 按工作环境分 1 户内型配电装置10KV 环境恶劣的35 110KV 2 户外型配电装置30KV 3 按结构形式分 1 装配式配电装置 2 成套式配电装置4 按设备所属回路分 1 一次回路及一次设备 供配电系统中用于传输 一次回路供配电系统中用于传输 变换和分配电力电能的主电路一次设备或一次电器设置在一次回路中的电气设备 按在一次电路中的功能分 1变换设备用来按电力系统工作的要求变换电压或电流的电气设备 如变压器 互感器等 2控制设备用于按电力系统的工作要求控制一次电路通 断的电气设备 如高低压断路器 开关等 3保护设备用来对电力系统进行过电流和过电压等的保护用电气设备 如熔断器 避雷器等 4补偿设备用来补偿电力系统中无功功率以提高功率因数的设备 如并联电容器等 2 电弧的产生及灭弧方法 电弧一种高温 强光的电游离现象 开关电器和线路中一种必然的物理现象 是电流的延续 产生电弧的根本原因 触头间很大电场强度和很高的温度导致触头本身的电子及触头周围介质中的电子被游离而形成电弧电流 产生电弧的游离方式 1 高电场发射强电场把触头表面的电子拉出 形成自由电子并发射到触头间隙中 2 热电发射触头表面的电子吸收足够的热能而发射到触头间隙中形成自由电子向间隙四周发射出去 3 碰撞游离高速移动的自由电子碰撞中性质点 使中性质点游离成带正电的正离子和自由电子 当离子浓度足够大时 介质被击穿而产生电弧 4 热电离 电弧的主要特征 1 能量集中 发出高温 强光 2 自持放电 维持电弧稳定燃烧所需电压很低 3 游离的气体 质轻易变 电弧的危害 1 延长了电路的开断时间 从而使故障对供配电系统造成更大的损坏 2 高温使开关触头变形 熔化 从而导致接触不良甚至损坏 3 高温可能造成人员灼伤甚至直接或间接的死亡 强光可能损害人的视 4 引起弧光短路 严重时造成爆炸事故 严重时造成爆炸事故 开关电器中常用的灭弧方法 1 速拉灭弧法 高低压断路器中都装有强力的断路弹簧 目的就是加速触头的分断速度 是开关电器中最基本的灭弧方法 2 冷却灭弧法 利用介质如油等来降低电弧的温度从而增强去游离来加速电弧的熄灭 3 吹弧灭弧法 利用外力如气流 油流或电磁力来吹动电弧 使电弧拉长 同时也使电弧冷却 电弧中的电场强度降低 复合和扩散增强 加速电弧熄灭 按吹弧的方向分为纵吹和横吹 4 长弧切短灭弧法 利用金属片 如钢栅片 将长弧切成若干短弧 当外施电压所示利用金属片 如钢栅片 将长弧切成若干短弧 触头间小于电弧上的电压降时 电弧不能维持而迅速熄灭 分刀开关的灭弧罩就是利用这个原理来灭弧的 5 狭沟灭弧法有的熔断器在熔管中充填石英砂 就是利用狭沟灭弧原理 6 真空灭弧法真空断路器就是利用这种原理来熄灭电弧的 注 电气设备的灭弧性能往往是衡量其运行可靠性和安全性的重要指标之一 第二节熔断器 文字符号 FU定义 用于过电流 短路保护 保护的最为简单和常用的电器 功能 当通过的电流超过规定值并经过一定的时间后熔体 熔丝或熔件熔化而分断电流 断开电路来完成短路保护和过负荷保护功能 优点 体积很小 但却能分断很高的短路电流 一 高压熔断器 RN型高压熔断器 熔管中充填石英砂 RN1型用于高压电力线路及其设备和电力变压器的短路保护 RN2用于电压互感器的短路保护 RN3用于电力线路的短路保护 RN4用于直流配电装置过载和短路保护 RN5和RN6是改进型具有体积小 重量轻 防尘性能好 维修和更换方便等特点 RW型 RW4 RW10 隔离开关的作用 短路保护功能RW4无专门灭弧装置 不容许带负荷操作RW10在上静触头上加装了简单的灭弧室 可带负荷操作 常用低压熔断器 RM10结构简单 价格低廉 更换熔体方便 适用条件 交流50Hz 额定电压380V或直流额定电压440V以下电网 作用 短路保护和防止连续过负荷 RT0 适用条件 交流50Hz 额定电压380V 直流额定电压440V以下短路电流大电网或配电装置中 断流能力要求高场所保护性能好 断流能力大 作用 作为电缆 导线 电气设备短路保护和过负荷保护 结构复杂 价格昂贵 第三节高压开关设备 开关设备 用用来接通和断开电路的设备 以保证用电设备和检修人员的安全 高压开关设备 定义 用于额定电压在3KV以上电压输配电线路的开关设备 种类 高压隔离开关 高压负荷开关 高压断路器等 一 高压隔离开关 QS 用途 隔离高压电源 保证设备和线路的安全检修 特征 断开后有明显可见的断开间隙 无专门的灭弧装置 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 电弧条件 高压隔离开关型号参数含义 高压隔离开关型号参数含义 GN8 10 600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 二 高压负荷开关 QL 具有简单的灭弧装置 功能 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 消除过电流和短路故障 FN3 10RT型高压负荷开关 户内型 10KV 设计序号为3 带热脱扣器和熔断器型高压负荷开关FN5 10D型 闸刀中部装有灭弧管 灭弧馆内有整套灭弧装置 灭弧性能更优良 FN3 10RT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 6RN1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 结构组成 1 上绝缘子兼汽缸是一个简单的灭弧室 不仅起到支持绝缘子的作用 而且其内部气缸装有传动机构传动的活塞 2 传动机构主轴 连杆 活塞等3 绝缘喷嘴和弧静触头在上绝缘子上部4 闸刀和弧动触头 工作原理 当负荷开关分闸时 弧动触头与弧静触头之间产生电弧 同时分闸时主轴转动而带动活塞 压缩气缸内的空气 从喷嘴向外吹弧 使电弧迅速熄灭 同时 其外形与户内式隔离开关相似 也具有明显的断开间隙 因此 它同时具有隔离开关的作用 常用型号 FW1 10适用于农村和小容量工业电网 FW2 10G用钩棒和绳索在地面操作 FW4 10G与熔断器配合使用 可以替代断路器切断电路和保护线路 FW5 10型可分合负载电流 电容器电流及环流 三 高压断路器 高压断路器 文字符号QF是高压输配电线路中最为重要的电气设备 它的选用和性能直接关系到线路运行的安全性和可靠性 1 作用 1 通断正常的负荷电流和过负荷电流 2 通断一定的短路电流 3 在保护装置作用下 自动跳闸 切断短路电流 2 类型 1 高压断路器按采用的灭弧介质分1 空气断路器2 磁吹断路器3 六氟化硫 SF6 断路器4 真空断路器5 油断路器按油量大小分为少油和多油两类 多油断路器的油量多 兼有灭弧和绝缘的双重功能 少油断路器的油量少 只作灭弧介质用 空气断路器 利用高压空气吹动电弧并使其熄灭的断路器 压缩空气作用 一 吹弧 使电弧冷却而熄灭二 触点断开后的绝缘介质三 为操作提供气吹动力 技术性能优良 但结构复杂 一般只应用在大型变配电所中 它应用在户外小型高压变配电所中35KV侧 用于开断故障电流 切换线路 磁吹断路器 原理 利用自身流过的大电流产生的电磁力 将电弧拉长并进入灭弧式内灭弧 性能差 目前以较少采用 六氟化硫 SF6 断路器 六氟化硫断路器是利用六氟化硫 SF6 气体作为灭弧介质和绝缘介质的一种断路器 简称SF6断路器 SF6气体无色无味不燃烧的惰性气体 密度是空气的5 1倍 因此具有优良的绝缘性能和灭弧性能 适用条件 电弧炼钢炉变压器或电器铁道德电气控制 也可作为发电厂 变配所开断接通电路之用 真空断路器 动静触点在真空状态下的灭弧室内工作 由于只有极少量的介质被击穿而导电 因此绝缘性能和灭弧性能都特别好 触点开距小 动作快 燃烧时间短 灭弧迅速 所以外形尺寸和重量可以大大减少 检修方便 使用安全 适用于频繁操作的高压电动机 小型电弧炼钢炉变压器 缺点 工艺复杂 提高技术参数不容易 主要制成三相10KV户内型 油断路器 分类 1多油断路器油的作用 灭弧和绝缘2少油断路器油的作用 灭弧优点 结构简单 节省材料 使用维护方便 操作机构 合闸时 做功大 分闸所需功较小 高压断路器参数 1额定电压 KV 其承受持续电压的能力 表明了具有的绝缘和灭弧能力 2额定电流 A 可长时间通过的最大电流3额定开断电流 KA 额定电压下能开端的最大短路电流 表明其最大过载能力 4额定断流容量 MV A 开端能力的另一综合表示值 三相断路器断流容量 MV A 3 UlN 额定开断电流单相断路器断流容量 MV A UPN 额定开断电流另外还有 全开断时间 S 合闸时间 S 最高工作电压 KV 热稳定电流 KA 和动稳定电流 KA 对断路器的基本要求 1工作可靠2具有足够短路能力3具有尽可能短的开断时间4结构简单5价格低 第四节低压开关设备 定义 主要用于IKV以下的电路中的开关设备 分类 低压刀类开关 低压断路器 一 低压刀类开关 分类 低压刀开关 低压刀熔开关 低压负荷开关 1 低压刀开关 手动设备 种类 型式 单投 双投极数 单极 双极 三极灭弧结构 带带灭弧罩 无灭弧罩 常用的有低压刀开关 开启式负荷开关 胶壳刀开关 型号为HD HK系列 封闭式负荷开关 铁壳开关 HH系列 组合开关型号有HZ系列 刀开关在供配电系统和设备控制系统中通常用作电源隔离 有时也可用于不频繁接通和断开小容量电动机 HD13型 刀开关与熔断器串联装在铁壳内 亦称铁壳开关 具有机械连锁装置 低压断路器 又称自动空气开关 功能 不频繁通断电路 并能在电路过载 短路及失压时自动分断电路 特点 操作安全 分断能力较高 分类 框架式 万能式 和塑壳式 装置式 结构 触头系统 优良灭弧装置 脱扣机构 传动机构 低压断路器的图形 文字符号 QF 塑壳式低压断路器原理图 1 主触头2 自由脱扣器3 过电流脱扣器4 分励脱扣器5 热脱扣器6 欠压脱扣器7 按钮 万能式 框架式 低压断路器 特点 保护方案和操作方式较多 装设地点灵活 故称 万能式 万能式 框架式 低压断路器结构图 漏电保护断路器 又名漏电保护开关 为了防止低压电网人身触电或因漏电造成火灾等事故 主要技术参数 漏电动作电流和动作时间 性能指标 1 通断能力 开关电器在规定的条件下 能在给定的电压下接通和分断的最大电流值 2 保护特性 过电流 短路 保护 过载 欠压 电力变压器 文字符号为T或TM 用来改变交流电电压大小的电气设备 构成 铁心和绕组按冷却介质分为油浸式和干式按相数分 1 单相变压器单相变压器一般供小容量的单相设备专用 2 三相变压器三相变压器广泛用于供配电系统的变电所中 互感器 1 互感器 电流互感器和电压互感器的统称 又称仪用变压器或测量互感器 2 作用 根据变压器的变压 变流原理将一次电量 电压 电流 转变为同类型的二次电量 该二次电量可作为二次回路中测量仪表 保护继电器等设备的电源或信号源 3主要功能1 变换功能将一次回路的大电压和大电流变换成适合仪表 继电器工作的小电压和小电流 2 隔离和保护功能作为一 二次电路之间的中间元件 不仅使仪表 继电器等二次设备与一次主电路隔离 提高了电路工作的安全性和可靠性 而且有利于人身安全 3 扩大仪表 继电器等二次设备的应用范围通过改变互感器的变比 可以反应任意大小的主回路电压和电流值 便于二次设备制造规格统一和批量生产 互感器的二次侧的电流或电压额定值统一规定为5A 1A 及100V 电流互感器 文字符号 TA 是变换电流的设备 组成 一次绕组 铁心 二次绕组2 结构特点 1 一次绕组匝数少 二次绕组匝数多2 一次绕组导体较粗 二次绕组导体细3 一次绕组串接在一次电路中 二次绕组与仪表 继电器电流线圈串联 形成闭合回路 由于这些电流线圈阻抗很小 工作时电流互感器的二次回路接近短路状态 3 电流互感器的变流比用Ki表示二次侧不允许开路 结线方案 电流互感器在三相电路中的常用四种结线方案如图所示 一相式结线如图 应用通常用于三相负荷平衡的系统中 供测量电流或过负荷保护装置用 两相V形结线如图 应用在中性点不接地的三相三线制系统中 用于测量三相电流 电能及作过电流继电保护之用 称 两相两继电器式结线 两相电流差式结线 三相星形结线 应用被广泛用于三相负荷不平衡的三相四线制系统中 也用在负荷可能不平衡的三相三线制系统中作三相电流 电能测量及过电流继电保护之用 电流互感器的使用注意事项 1 电流互感器在工作时二次侧不得开路 2 电流互感器二次侧有一端必须接地3 电流互感器在结线时 要注意其端子的极性 电压互感器 TV 测量高压装置的电压时使用 一次绕组与高压电路并联 二次绕组与测量仪表或继电器的线圈并联 二次绕组电压通常规定为100V 分类 相数 单相式 三相式绕组数 二绕组 三绕组二次侧不可短路 三柱式 五柱式 第七节母线 绝缘套管和电抗器 母线英文名称 busbar定义 可以连接多个电气回路的低阻抗导体 母线是指在变电所中各级电压配电装置的连接 以及变压器等电气设备和相应配电装置的连接 大都采用矩形或圆形截面的裸导线或绞线 这统称为母线 作用是汇集 分配和传送电能 母线的类型 常