工厂供电第五章.ppt

工厂供电设备及其选择校验 5 1高低压电气设备 一次电路 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 变换设备其功能是按电力系统运行的要求改变电压 电流等 例如电力变压器 电压互感器 电流互感器等 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 工厂供电设备及其选择校验 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 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 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 工厂供电设备及其选择校验 一 高低压熔断器 熔断器 fuse 文字符号为FU 是一种在电路电流超过规定值并经一定时间后 使其熔体 fuse element 文字符号FE 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电路设备进行短路保护 有的熔断器还具有过负荷保护的功能 工厂供电设备及其选择校验 一 高压熔断器 高压熔断器全型号的表示和含义如下 工厂供电系统中 室内广泛采用RN1 RN2型高压管式熔断器 室外则广泛采用RW4 RW10 F 型高压跌开式熔断器 工厂供电设备及其选择校验 1 RN1和RN2型户内高压管式熔断器 RN1和RN2型的结构基本相同 都是瓷质熔管内充石英砂的密闭管式熔断器 工厂供电设备及其选择校验 RN1型主要用作高压电路和设备的短路保护 其熔体要通过主电路的大电流 因此其结构尺寸较大 额定电流可达100A RN2型只用作高压电压互感器一次侧的短路保护 由于电压互感器二次侧全部连接阻抗很大的电压线圈 致使它接近于空载工作 其一次侧电流很小 因此RN2型的结构尺寸较小 熔体额定电流一般为0 5A 工厂供电设备及其选择校验 熔断器的工作熔体 铜熔丝 上焊有小锡球 锡是低熔点金属 过负荷时锡球受热首先熔化 包围铜熔丝 铜锡分子相互渗透而形成熔点较铜的熔点低的铜锡合金 使铜熔丝能在较低的温度下熔断 这就是所谓 冶金效应 它使熔断器能在不太大的过负荷电流和较小的短路电流下动作 从而提高了保护灵敏度 工厂供电设备及其选择校验 熔断器采用多根熔丝并联 熔断时能产生多根并行的电弧 利用粗弧分细灭弧法可加速电弧的熄灭 而且熔断器熔管内是充填有石英砂的 熔丝熔断时产生的电弧完全在石英砂内燃烧 因此其灭弧能力很强 能在短路后不到半个周期即短路电流未达冲击值ish之前即能完全熄灭电弧 切断短路电流 从而使熔断器本身及其所保护的电气设备不必考虑短路冲击电流的影响 因此这种熔断器属于 限流 熔断器 工厂供电设备及其选择校验 2 RW4和RW10 F 型户外高压跌开式熔断器 跌开式熔断器既可作6kV 10kV线路和设备的短路保护 又可在一定条件下 直接用高压绝缘钩棒来操作熔管的分合 起高压隔离开关的作用 一般的跌开式熔断器如RW4 10 G 型等 只能无负荷操作 或通断小容量的空载变压器和空载线路等 其操作要求与高压隔离开关相同 负荷型跌开式熔断器如RW10 10 F 型 则能带负荷操作 其操作要求则与高压负荷开关相同 工厂供电设备及其选择校验 RW4 10 G 型跌开式熔断器串接在线路上 正常运行时 其熔管上端的动触头借熔丝张力拉紧后 利用绝缘钩棒将此动触头推入上静触头内锁紧 同时下动触头与下静触头也相互压紧 从而使电路接通 当线路上发生短路时 短路电流使熔丝熔断 形成电弧 熔管 消弧管 内壁由于电弧烧灼而分解出大量气体 使管内压力剧增 并沿管道形成强烈的气流纵向吹弧 使电弧迅速熄灭 熔管的主动触头因熔丝熔断后失去张力而下翻 使锁紧机构释放熔管 在触头弹力及熔管自重的作用下 回转跃升 造成明显可见的断开间隙 工厂供电设备及其选择校验 RW10 10 F 型跌开式熔断器是在一般跌开式熔断器的上静触头上面加装一个简单的灭弧室 因而能够带负荷操作 这种负荷型跌开式熔断器既能实现短路保护 又能带负荷操作 且能起隔离开关的作用 因此有推广应用的趋向 跌开式熔断器依靠电弧燃烧使产气消弧管分解产生的气体来熄灭电弧 即使是负荷型跌开式熔断器加装有简单的灭弧室 其灭弧能力都不强 灭弧速度不快 不能在短路电流达到冲击值之前熄灭电弧 因此它属 非限流 熔断器 工厂供电设备及其选择校验 工厂供电设备及其选择校验 二 低压熔断器 工厂供电设备及其选择校验 1 RT0型低压有填料封闭管式熔断器 RT0型低压有填料封闭管式熔断器主要由瓷熔管 栅状铜熔体和触头底座等几部分组成 其栅状铜熔体系由薄铜片冲压弯制而成 具有引燃栅 由于引燃栅的等电位作用 可使熔体在短路电流通过时形成多根并列电弧 同时熔体又具有变截面小孔 可使熔体在短路电流通过时又将长弧分割为多段短弧 而且所有电弧都在石英砂内燃烧 可使电弧中的正负离子强烈复合 因此这种熔断器的灭弧断流能力很强 属限流熔断器 工厂供电设备及其选择校验 RT0型低压有填料封闭管式熔断器熔体中段弯曲处具有 锡桥 利用其 冶金效应 来实现对较小短路电流和过负荷的保护 工厂供电设备及其选择校验 RT0型低压有填料密闭管式熔断器由于其保护性能好和断流能力大 因此广泛应用在低压配电装置中 但是其熔体为不可拆式 熔断后整个熔管更换 不够经济 工厂供电设备及其选择校验 2 RM10型低压密闭管式熔断器 RM10型低压密闭管式熔断器由纤维熔管 变截面锌熔片和触头底座等部分组成 锌熔片之所以冲制成宽窄不一的变截面 目的在于改善熔断器的保护性能 短路时 短路电流首先使熔片窄部 阻值较大 加热熔断 使熔管内形成几段串联短弧 而且中段熔片熔断后跌落 迅速拉长电弧 从而使电弧迅速熄灭 在过负荷电流通过时 由于电流加热时间较长 熔片窄部散热较好 因此往往不在窄部熔断 而在宽窄之间的斜部熔断 根据熔片熔断的部位 即可大致判断熔断器熔断的故障电流性质 工厂供电设备及其选择校验 当其熔片熔断时 纤维管的内壁将有极少部分纤维物质因电弧烧灼而分解 产生高压气体 压迫电弧 加强离子的复合 从而改善了灭弧性能 但总的来说 这种熔断器的灭弧断流能力仍不强 不能在短路电流到达冲击值ish之前完全熄弧 因此这种熔断器属非限流熔断器 RM10型低压密闭管式熔断器由于结构简单 价格低廉及更换熔片方便 因此现在仍较普遍地应用在低压配电装置中 工厂供电设备及其选择校验 3 RL1型螺旋管式熔断器 RL1型螺旋管式熔断器瓷质熔体装在瓷帽和瓷底座间 内装熔丝和熔断指示器 并充填石英砂 它的灭弧能力强 属 限流 式熔断器 并且体积小 重量轻 价格低 使用方便 熔断指示明显 具有较高的分断能力和稳定的电流特性 因此被广泛的用于500V以下的低压动力干线和支线上作短路保护用 工厂供电设备及其选择校验 4 RZ1型低压自复式熔断器 一般熔断器都有一个共同缺点 就是在熔体一旦熔断后 必须更换熔体才能恢复供电 因而使停电时间延长 给配电系统和用电负荷造成一定的停电损失 自复式熔断器弥补了这一缺点 既能切断短路电流 又能在故障消除后自动恢复供电 无须更换熔体 工厂供电设备及其选择校验 我国设计生产的RZ1型低压自复式熔断器采用金属钠 Na 作熔体 在常温下 钠的电阻率很小 可以顺畅地通过正常负荷电流 但在短路时 钠受热迅速气化 其电阻率变得很大 从而可限制短路电流 在金属钠气化限流的过程中 装在熔断器一端的活塞将压缩氩气而迅速后退 降低由于钠气化产生的压力 以防熔管爆裂 在限流动作结束后 钠蒸气冷却 又恢复为固态钠 而活塞在被压缩的氢气作用下 迅速将金属钠推回原位 使之恢复正常工作状态 这就是自复式熔断器能自动切断 限制 短路电流后又能自动恢复正常工作状态的基本原理 工厂供电设备及其选择校验 二 高低压开关电器 当开关电器切断 包括正常操作和误操作 有电流的线路时 或线路 触头 绕组发生短路时 就可能产生电弧 电弧是一种高温 强光的电游离现象 电弧是开关电器和线路中一种必然的物理现象 是电流的延续 电弧的主要特征 能量集中 发出高温 强光 工厂供电设备及其选择校验 自持放电 维持电弧稳定燃烧所需电压很低 如电气触头间有大于10 20V的电压 大于80 100mA的电流就会产生电弧 电力变压器的油中 10 100V的电压就能维持电弧的燃烧 电弧是游离的气体 质轻易变 开关电器和线路所产生电弧的主要危害 延长了电路的开断时间 当开关分断短路电流时 触头间的电弧延长了短路电流持续的时间 使短路故障蔓延 从而给供配电系统造成更大的损坏 工厂供电设备及其选择校验 高温可使开关触头变形 熔化 从而接触不良甚至损坏 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力 为了保证供配电系统的安全运行和人员的生命安全 必须采取有效措施迅速熄灭电弧 产生电弧的原因 开关触头在分断电流时 触头间电场强度很大 使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 工厂供电设备及其选择校验 产生电弧的游离方式 高电场发射开关触头分断电流的瞬间 触头间隙中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 热电发射当开关触头分断电流时 阴极表面由于大电流逐渐收缩集中而出现炽热的光斑 温度很高 使触头表面的电子吸收足够的热能而发射到触头间隙中去 形成的自由电子向间隙四周发射出去 高温游离电弧形成后温度很高 使电弧中的中性质点进一步游离成正离子和自由电子 从而加强了电弧中的游离 触头越分开 电弧越大 高温游离也越显著 工厂供电设备及其选择校验 碰撞游离间隙中的自由电子在强电场力的作用下向阳极高速移动 碰撞中性质点 只要能量足够大 就会使中性质点中的电子游离出来 从而使中性质点游离成带正电的正离子和自由电子 这些被游离出来的带电质点在电场力的作用下 继续向阳极移动 又会碰撞其他中性质点 使触头间隙中正离子和自由电子数越来越多 形成 雪崩 现象 当离子浓度足够大时 介质被击穿而产生电弧 产生电弧的几种游离方式中 在触头分开之初是高电场发射和热电发射的游离方式占主导作用 接着碰撞游离和高温游离使电弧持续和发展 而且它们是互相影响 互相作用的 工厂供电设备及其选择校验 电弧熄灭的条件 在电弧产生的过程中 游离和去游离是共同存在的两个过程 当游离率等于去游离率时 电弧在间隙中稳定燃烧 要使电弧熄灭 必须使触头间电弧中的去游离率大于游离率 即其中离子消失的速率大于离子产生的速率 去游离方式 去游离方式主要有 复合 和 扩散 两种 工厂供电设备及其选择校验 复合复合是指正 负带电质点重新结合为中性质点的现象 它与电弧中电场强度 温度以及介质的性质等有关 电弧中温度越低 电场强度越弱 截面越小 则复合越快 介质的性质越稳定 密度越高 则自由电子加速的自由行程越短 获得的能量就越小 越有利于复合 扩散扩散是电弧中的带电质点向电弧周围介质散发开去 从而使弧区带电质点的浓度减少 扩散的原因一是电弧与周围介质的浓度差 二是电弧与周围介质的温度差 扩散也与电弧截面有关 电弧截面越小 带电质点扩散就越强烈 工厂供电设备及其选择校验 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 粗弧分细灭弧法 狭沟灭弧法 真空灭弧法 六氟化硫 SF6 灭弧法 在现代的开关电器中 通常是综合利用上述中的几种灭弧方式的组合来达到灭弧的目的 而且 越是重要的电气设备 其灭弧措施越完善 工厂供电设备及其选择校验 一 高压开关电器 高压开关电器主要包括高压隔离开关 高压负荷开关和高压断路器 1 高压隔离开关 功用隔离高压电源通断一定的小电流 工厂供电设备及其选择校验 符号文字符号 QS图形符号 结构断开后有明显可见的断开间隙没有专门的灭弧装置 工厂供电设备及其选择校验 10kV高压隔离开关型号较多 常用的户内式有GN8 GNl9 GN24 GN28 GN30等系列 户外高压隔离开关常用的有GW4 GW5 和GW1等系列 户内式高压隔离开关通常采用CS6型 操作机构型号含义 C为操作机构 S为手动 6为设计序号 手动操作机构进行操作 户外式高压隔离开关则大多采用绝缘钩棒 俗称令克棒 手工操作 工厂供电设备及其选择校验 2 高压负荷开关 功用隔离高压电源通断一定的负荷电流和过负荷电流 符号文字符号 QL图形符号 工厂供电设备及其选择校验 结构断开后有明显可见的断开间隙具有简单的灭弧装置 工厂供电设备及其选择校验 能否实现过负荷保护和短路保护 工厂供电设备及其选择校验 3 高压断路器 功用隔离高压电源通断一定的短路电流在保护装置作用下自动跳闸 符号文字符号 QF图形符号 工厂供电设备及其选择校验 结构断开后有明显可见的断开间隙具有相当完善的灭弧装置 工厂供电设备及其选择校验 高压断路器按其采用的灭弧介质分为 油断路器 六氟化硫断路器 真空断路器以及压缩空气断路器等 其中应用最广的是SF6断路器和真空断路器 压缩空气断路器的性能较差 运行中故障较高 国内已不再生产 油断路器也正逐步被SF6断路器和真空断路器所取代 工厂供电设备及其选择校验 一般工厂供电系统中6 35kV配电装置中多采用少油断路器 SN10 10型高压少油断路器是我国统一设计 推广应用一种少油断路器 按其断流容量分 有 型 型 断流容量Soc为300MVA 型为500MVA 型为750MVA 油断路器按其油量多少和油的功能 又分多油和少油两大类 多油断路器的油量多 其油一方面作为灭弧介质 另一方面又作为相对地 外壳 甚至相与相之间的绝缘介质 少油断路器的油量很少 一般只几千克 其油只作为灭弧介质 其外壳通常是带电的 油断路器 工厂供电设备及其选择校验 工厂供电设备及其选择校验 高压六氟化硫 SF6 断路器 SF6断路器是利用SF6气体作灭弧和绝缘介质的一种断路器 SF6是一种无色 无味 无毒且不易燃的惰性气体 在150 以下时 其化学性能相当稳定 不含碳元素 对于灭弧和绝缘介质来说 具有极为优越的特性 油断路器中的油在电弧高温作用下要分解出碳 使油中的含碳量增高 从而降低了油的绝缘和灭弧性能 工厂供电设备及其选择校验 能与触头的金属蒸汽化合为一种具有绝缘性能的白色粉末状的氟化物 不含氧元素 不存在触头氧化问题 在电弧的高温作用下 SF6会分解出氟 具有较强的腐蚀性和毒性 工厂供电设备及其选择校验 SF6断路器与油断路器比较 具有断流能力大 灭弧速度快 绝缘性能好和检修周期长等优点 适于频繁操作 且无易燃易爆危险 要求制造加工的精度很高 对其密封性能要求更严 价格较贵 SF6断路器主要用于需频繁操作及有易燃易爆危险的场所 特别是用作全封闭式组合电器 工厂供电设备及其选择校验 工厂供电设备及其选择校验 真空断路器 真空断路器利用 真空 作为绝缘和灭弧介质 真空断路器的触头装在真空灭弧室内 由于真空中不存在气体游离的问题 所以该断路器的触头断开时很难发生电弧 但是在感性电路中 灭弧速度过快 瞬间切断电流i将使di dt极大 从而使电路出现过电压 Lu Ldi dt 这对供电系统是很不利的 因此 这 真空 不能是绝对的真空 而应能在触头断开时因高电场发射和热电发射而产生一点电弧 工厂供电设备及其选择校验 真空断路器具有体积小 动作快 寿命长 安全可靠和便于维护检修等优点 但价格较贵 主要适用于频繁操作的场所 工厂供电设备及其选择校验 二 低压开关电器 低压开关电器是指供电系统中1000V 或略高 及以下的开关电器 主要包括 1 低压刀开关 QK 工厂供电设备及其选择校验 工厂供电设备及其选择校验 2 低压刀熔开关 QKF 低压刀熔开关是一种由低压刀开关与低压熔断器组合的开关电器 刀熔开关具有刀开关和熔断器的双重功能 采用这种组合型开关电器 可以简化配电装置结构 经济实用 因此越来越广泛地在低压配电屏上安装使用 最常见的刀熔开关是HR3型 工厂供电设备及其选择校验 3 低压负荷开关 QL 低压负荷开关是由低压刀开关和低压熔断器串联组合而成的开关电器 低压负荷开关具有带灭弧罩刀开关和熔断器的双重功能 既可带负荷操作 又能进行短路保护 但短路熔断后需更换熔体才能恢复供电 工厂供电设备及其选择校验 4 低压断路器 QF 低压断路器既能带负荷通断电路 又能在短路 过负荷和低电压 失压 下自动跳闸 工厂供电设备及其选择校验 当线路上出现短路故障时 其过电流脱扣器动作 使开关跳闸 如果出现过负荷时 其串联在一次线路的加热电阻丝加热 使双金属片弯曲 也使开关跳闸 当线路电压严重下降或失压时 其失压脱扣器动作 同样使开关跳闸 如果按下脱扣按钮 图中6或7 可使开关远距离跳闸 低压断路器按保护性能分 有非选择型和选择型两类 非选择型断路器 一般为瞬时动作 只作短路保护用 也有的为长延时动作 只作过负荷保护 选择型断路器 有两段保护 三段保护和智能化保护 工厂供电设备及其选择校验 工厂供电设备及其选择校验 低压断路器按结构型式分有塑料外壳式和万能式两大类 万能式低压断路器 DW 万能式低压断路器是敞开地装设在金属框架上的 因其保护方案和操作方式较多 装设地点也较灵活 故名 万能式 或 框架式 工厂供电设备及其选择校验 工厂供电设备及其选择校验 塑料外壳式低压断路器 DZ 塑料外壳式低压断路器全部机构和导电部分都装设在一个塑料外壳内 仅在壳盖中央露出操作手柄 供手动操作之用 它通常装设在低压配电装置之中 工厂供电设备及其选择校验 低压断路器的操作手柄有3个位置 工厂供电设备及其选择校验 合闸位置手柄扳向上边 跳钩被锁扣扣住 触头维持在闭合状态 自由脱扣位置跳钩被释放 脱扣 手柄移至中间位置 触头断开 分闸和再扣位置跳钩又被锁扣扣住 从而完成 再扣 操作 为下次合闸做好准备 如果低压断路器自动跳闸后 不将手柄扳向再扣位置 即分闸位置 想直接合闸是合不上的 工厂供电设备及其选择校验 三 互感器 互感器是电流互感器和电压互感器的合称 是一种特殊的变压器 互感器的主要作用 用来使仪表 继电器等二次设备与主电路绝缘 用来扩大仪表 继电器等二次设备的应用范围 有利于测量仪表和继电器小型化 标准化 工厂供电设备及其选择校验 一 电流互感器 电流互感器简称CT CurrentTransformer 文字符号为TA 是变换电流的设备 1 电流互感器的结构和原理 工厂供电设备及其选择校验 结构特点 一次绕组匝数很少 甚至没有 而且一次绕组导体相当粗 二次绕组匝数很多 导体较细 工作时 一次绕组串接在被测的一次电路中 而二次绕组则与仪表 继电器等的电流线圈串联 形成一个闭合回路 电流线圈的阻抗很小 电流互感器工作时其二次回路接近于短路状态 工厂供电设备及其选择校验 工作原理 电流互感器的一次电流I1与其二次电流I2之间有下列关系 二次绕组的额定电流一般为5A 工厂供电设备及其选择校验 2 电流互感器的型号及分类 工厂供电设备及其选择校验 一般0 1 0 2级主要用于实验室精密测量和供电容量超过一定值的线路或用户 0 5级的可用于收费用的电能表 0 5 1级的用于发电厂 变电所的盘式仪表和技术上用的电能表 3级 5级的电流互感器用于一般的测量和某些继电保护上 5P和10P级的用于继电保护 高压电流互感器多制成不同准确度级的两个铁心和两个二次绕组 分别接测量仪表和继电器 以满足测量和保护的不同要求 测量用电流互感器准确度等级 0 1 0 2 0 5 1 3 5保护用电流互感器准确度等级 5P 10P 工厂供电设备及其选择校验 工厂供电设备及其选择校验 工厂供电设备及其选择校验 3 电流互感器常见接线方案 一相式接线 电流线圈通过的电流 反应一次电路相应相的电流 通常用于负荷平衡的三相电路如低压动力线路中 供测量电流 电能或接过负荷保护装置之用 工厂供电设备及其选择校验 两相V形接线 在中性点不接地的三相三线制电路中 广泛用于测量三相电流 电能及作过电流继电保护之用 工厂供电设备及其选择校验 两相电流差接线 在中性点不接地的三相三线制电路中供作过电流继电保护之用 工厂供电设备及其选择校验 三相星形接线 三个电流线圈 正好反映各相的电流 广泛用在负荷一般不平衡的三相四线制系统和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 工厂供电设备及其选择校验 4 电流互感器使用注意事项 电流互感器在工作时其二次侧不得开路 电流互感器的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 GB1208 1997 电流互感器 规定 一次绕组端子标P1 P2 二次绕组端子标S1 S2 其中P1与S1 P2与S2分别为对应的同名端 如果一次电流I1从P1流向P2 则二次电流I2从S2流向S1 工厂供电设备及其选择校验 二 电压互感器 电压互感器简称PT 文字符号为TV 是变换电压的设备 1 电压互感器的结构和原理 工厂供电设备及其选择校验 结构特点 一次绕组匝数很多 二次绕组匝数很少 一次绕组导线细 二次绕组导线较粗 工作时 一次绕组并联在一次电路中 而二次绕组则并联仪表 继电器的电压线圈 电压线圈的阻抗一般都很大 电压互感器工作时其二次绕组则接近于空载状态 工厂供电设备及其选择校验 工作原理 电压互感器的一次电压U1与二次电压U2之间有下列关系 二次绕组的额定电压一般为100V 工厂供电设备及其选择校验 2 电压互感器的型号及分类 工厂供电设备及其选择校验 工厂供电设备及其选择校验 3 电压互感器常见接线方案 一个单相电压互感器的接线 供仪表 继电器接于一个线电压 工厂供电设备及其选择校验 两个单相电压互感器接成V V形 供仪表 继电器接于三相三线制电路的各个线电压 广泛用在工厂变配电所的6kV 10kV高压配电装置中 三个单相电压互感器接成Y0 Y0形 工厂供电设备及其选择校验 供电给要求线电压的仪表 继电器 并供电给接相电压的绝缘监视电压表 由于小接地电流电力系统在一次电路发生单相接地时 另两个完好相的相电压要升高到线电压 所以绝缘监视电压表要按线电压选择 否则在发生单相接地时 电压表可能被烧毁 工厂供电设备及其选择校验 三个单相三绕组电压互感器或一个三相五芯柱三绕组电压互感器接成Y0 Y0 开口三角 形 接成Y0的二次绕组 供电给需线电压的仪表 继电器及绝缘监视用电压表 接成开口三角形的辅助二次绕组 接电压继电器 一次电压正常时 由于三个相电压对称 因此形两端的电压接近于零 当某一相接地时 形两端将出现近100V的零序电压 使电压继电器动作 发出信号 工厂供电设备及其选择校验 4 电压互感器使用注意事项 工厂供电设备及其选择校验 电压互感器工作时其二次侧不得短路 电压互感器的二次侧有一端必须接地 电压互感器在连接时也应注意其端子的极性 GB1207 1997 电压互感器 规定 单相电压互感器的一 二次绕组端子标以A N和a n 端子A与a N与n各为对应的 同名端 或 同极性端 而三相电压互感器 一次绕组端子分别标A B C N 二次绕组端子分别标a b c n A与a B与b C与c及N与n分别为 同名端 或 同极性端 其中N与n分别为一 二次三相绕组的中性点 工厂供电设备及其选择校验 四 高低压成套设备 配电装置 变配电所内用于接受和分配电能的各种电气设备统称为配电装置 工厂供电设备及其选择校验 配电装置分类 工厂供电设备及其选择校验 现场将电器组装而成的称为装配式配电装置 在制造厂预先将开关电器 互感器等组成各种电路成套供应的称为成套配电装置 工厂变配电所多采用成套配电装置 一 高压开关柜 高压开关柜是按一定的线路方案将有关一 二次设备组装在一起而成的一种高压成套配电装置 工厂供电设备及其选择校验 工厂供电设备及其选择校验 1 手车式高压开关柜 手车式高压开关柜的特点 高压断路器等主要电气设备都装在可以拉出和推入开关柜的手车上 高压断路器等设备出现故障需要检修时 可随时将手车拉出 推入同类备用手车后 即可恢复供电 手车式高压开关柜具有检修安全方便 供电可靠性高的优点 但其价格较贵 工厂供电设备及其选择校验 GC系列高压开关柜 工厂供电设备及其选择校验 JYN系列高压开关柜 JYN系列户内交流金属封闭移开式高压开关柜在高压 三相交流50Hz的单母线及单母线分段系统中作为接受和分配电能用的户内成套配电装置 整个柜为间隔型结构 由固定的壳体和可移开的手车组成 柜体用钢板或绝缘板分隔成手车室 母线室 电缆室和继电器仪表室 而且具有良好的接地装置和 五防 功能 手车按用途可分为断路器手车 避雷器手车 隔离手车 Y 形接法电压互感器手车 V 形接法电压互感器手车 单相电压互感器手车和站用变压器手车等 工厂供电设备及其选择校验 KYN系列高压开关柜 KYN系列户内金属铠装移开式开关柜是消化吸收国内外先进技术 根据国内特点设计研制的新一代开关设备 用于接受和分配高压 三相交流50Hz单母线及母线分段系统的电能并对电路实行控制 保护和监测的户内成套配电装置 KYN系列高压开关柜完全金属铠装 由金属板分隔成手车室 母线室 电缆式和继电器仪表室 每一单元的金属外壳均独立接地 工厂供电设备及其选择校验 2 固定式高压开关柜 固定式高压开关柜的柜内所有电器部件包括其主要设备如断路器 互感器和避雷器等都固定安装在不能移动的台架上 固定式开关柜具有构造简单 制造成本低 安装方便等优点 但内部主要设备发生故障或需要检修时 必须中断供电 直到故障消失或检修结束后才能恢复供电 因此固定式高压开关柜一般用在企业的中小型变配电所和负荷不是很重要的场所 我国现在大量生产和广泛应用的固定式高压开关柜主要为GG 1A F 型 工厂供电设备及其选择校验 我国现在大量生产和广泛应用的固定式高压开关柜主要为GG 1A F 型 开关柜在结构设计上要求具有 五防 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 工厂供电设备及其选择校验 工厂供电设备及其选择校验 二 低压配电屏 低压配电屏是按一定的线路方案将有关一 二次设备组装而成的一种低压成套配电装置 在低压配电系统中作动力和照明配电之用 工厂供电设备及其选择校验 1 固定式低压配电柜 固定式低压配电柜的屏面上部安装测量仪表 中部装闸刀开关的操作手柄 柜下部为外开的金属门 柜内上部有继电器 二次端子和电度表 母线装在柜顶 自动空气开关和电流互感器都装在柜后 2 抽屉式低压配电柜 抽屉式低压开关柜为封闭式结构 主要设备均放在抽屉内或手车上 当回路故障时 可换上备用手车或抽屉 迅速恢复供电以提高供电的可靠性和便于检修 工厂供电设备及其选择校验 抽屉式价格较贵 一般中小工厂多用固定式 PGL1和PGL2型是开启式结构 是我国20世纪80年代设计生产的更新换代产品 以取代以往的BSL BDL等型老的配电屏 固定式低压配电屏GGL型 是我国20世纪80年代设计生产的一种较先进的产品 20世纪90年代 我国设计生产一种GGD型 为封闭式结构 性能比较先进 其低压断路器主要采用DW15型 是目前推广应用的一种较新产品 工厂供电设备及其选择校验 PGL 工厂供电设备及其选择校验 GGL GGD 工厂供电设备及其选择校验 三 配电箱 配电箱分为动力配电箱和照明配电箱 主要用于低压配电系统的终端 直接对用电设备配电 控制和保护 动力配电箱主要用于对动力设备配电 但也可兼向照明设备配电 照明配电箱主要用于照明配电 但也可配电给一些小容量的动力设备和家用电器 工厂供电设备及其选择校验 工厂供电设备及其选择校验 5 2电气设备的选择校验 工厂供电设备及其选择校验 电气设备的选择是供配电系统设计的主要内容之一 是保证电网安全 经济运行的重要条件 在选择电气设备时 应根据工程实际情况 按照有关设计规程的规定 积极采用新技术 新设备 力争使电气设备工作安全 可靠 运行维护方便 投资经济合理 在供配电系统中尽管电气设备的作用不一样 具体选择的方法也不同 但其基本要求是相同的 工厂供电设备及其选择校验 供配电系统中的电气设备按正常工作条件进行选择 考虑电气设备装设的环境条件和电气要求 环境条件是指电气设备所处的位置 户内或户外 环境温度 海拔高度以及有无防尘 防腐 防火 防爆等要求 电气要求是指电气设备对电压 电流 频率等方面的要求 对开关电器及保护用设备 如开关 熔断器等 还应考虑其断流能力 电气设备按短路故障情况进行校验 按最大可能短路故障时的动稳定度 热稳定度进行校验 但熔断器和有熔断器保护的电器和导体以及架空线路 一般不必考虑动 热稳定度的校验 对电缆 也不必进行动稳定度的校验 工厂供电设备及其选择校验 工厂供电设备及其选择校验 1 按工作环境要求选择电气设备的型号 如户内 户外 海拔高度 环境温度 矿山 井 防尘 防爆等 2 按工作电压选择电气设备的额定电压 一般电气设备和导线的额定电压应不低于设备安装地点电网的电压 额定电压 即 例如在10kV线路中 应选择额定电压为10kV的电气设备 380V系统中应选择额定电压为380V 0 4kV 或500V的电气设备 工厂供电设备及其选择校验 3 按最大负荷电流选择电气设备的额定电流 导体和电气设备的额定电流是指在额定环境温度下长期允许通过的电流 以表示 该电流应不小于通过设备的最大负荷电流 计算电流 即 当周围环境温度 与导体 或电器 规定环境温度 0不等时 其长期允许电流Ial 可按式 工厂供电设备及其选择校验 我国生产的电气设备的规定环境温度40 如环境温度高于40 但小于或等于60 时 其允许电流一般可按每增高1 额定电流减少1 8 进行修正 当环境温度低于40 时 环境温度每降低1 额定电流可增加0 5 但增加幅度最多不得超过原额定电流的20 我国生产的裸导体的额定环境温度为 25 当装置地点环境温度在 5 50 范围内变化时 导体允许通过的电流可按上式修正 4 对开关类电气设备还应考虑其断流能力 工厂供电设备及其选择校验 设备的最大开断电流 或容量 应不小于安装地点的最大三相短路电流 或短路容量 即 5 校验电气设备的热稳定度 通过短路电流时 导体和电器各部件的发热温度不应超过短时发热最高允许温度值 即 工厂供电设备及其选择校验 6 校验电气设备的动稳定度 动稳定 电动力稳定 是指导体和电器承受短路电流机械效应的能力 满足动稳定度的校验条件是 一 高低压熔断器的选择与校验 熔断器可以保护电力线路 电力变压器 电力电容器和电压互感器 工厂供电设备及其选择校验 按额定电压选择 一般的熔断器的额定电压必须大于或等于电网的额定电压 而充填石英砂的限流熔断器 只能用在等于其额定电压的电网 按额定电流选择 熔断器的额定电流包括熔断器载流部分与接触部分发热所依据的电流 熔管额定电流 和熔体发热所依据的电流 熔体额定电流 两部分 同一熔管可装配不同额定电流的熔体 但受熔管额定电流的限制 所以熔断器额定电流的选择包括这两部分电流的选择 工厂供电设备及其选择校验 熔管额定电流的选择 为了保证熔断器载流及接触部分不致过热和损坏 熔断器的熔管额定电流应大于或等于熔体的额定电流 熔体额定电流选择 保护电力线路的熔断器熔体额定电流的选择 熔断器熔体额定电流应不小于线路的计算电流 以使熔体在线路正常最大负荷下运行时不致熔断 IN FE I30 IN FU IN FE 工厂供电设备及其选择校验 熔断器熔体额定电流还应躲过线路的尖峰电流 以使熔体在线路出现尖峰电流时也不致熔断 IN FE KIpk 熔断器熔体额定电流的选择还应与被保护的线路相配合 IN FE K0LIal Ial 绝缘导线和电缆的允许载流量 K0L 绝缘导线和电缆的允许短时过负荷系数 如果熔断器只作短路保护 对电缆和穿管绝缘导线 K0L可取2 5 对明敷绝缘导线 K0L可取1 5 如果熔断器既作短路保护又作过负荷保护 K0L可取1 用于爆炸性气体区域内线路中的熔断器 K0L可取0 8 工厂供电设备及其选择校验 如果按IN FE I30和IN FE KIpk两个条件选择的熔体电流不满足KOLIal IN FE的配合要求 则应改选熔断器的型号规格 或适当增大绝缘导线和电缆的芯线截面 保护电力变压器的熔断器熔体额定电流的选择 在通过变压器励磁涌流和保护范围以外的短路及电动机自起动等冲击电流时熔断器不应误动作 IN FE 1 5 2 0 I1 NTI1N T 电力变压器的额定一次电流 工厂供电设备及其选择校验 保护电力电容器的熔断器熔体额定电流的选择 当系统电压升高或波形畸变引起回路电流增大或运行过程中产生涌流时熔断器不应误熔断 K 可靠系数 IN C 电力电容器回路的额定电流 IN FE KIN C 保护电压互感器的熔断器熔体额定电流的选择 由于电压互感器二次的负荷很小 因此保护电压互感器的熔断器的熔体额定电流一般为0 5A 工厂供电设备及其选择校验 熔断器断流能力的校验 非限流熔断器 限流熔断器 具有断流能力上下限的熔断器 跌落式熔断器的开断能力应分别按上 下限值来验算 在验算上限值时要应用系统的最大运行方式 验算下限值时 应用最小运行方式 工厂供电设备及其选择校验 熔断器保护灵敏度的校验 为了保证熔断器杂其保护范围内发生最轻微的短路故障时能可靠地熔断 熔断器保护的灵敏度必须满足下列条件 检验熔断器保护灵敏度的最小比值K 表中K值适用于符合IEC标准的一些新型熔断器如RTl2 RTl4等型熔断器 对于老型熔断器 可取K 4 7 即近似地按表中熔断时间为5s的熔断器来取值 工厂供电设备及其选择校验 熔断器选择性的校验 上下级熔断器之间的选择性配合 就是在线路发生故障时 靠近故障点的熔断器最先熔断 切除故障部分 从而使系统的其他部分迅速恢复正常运行 上下级熔断器的选择性配合 宜按它们的保护特性曲线 安秒特性曲线 来进行检验 工厂供电设备及其选择校验 对于保护电压互感器用的高压熔断器 只需按额定电压及断流容量两项来选择 选择熔体时 应使下一级熔断器的熔断时间比上一级熔断器的熔断时间少 靠近电源的熔断器称为上一级熔断器 远离电源的熔断器称为下一级熔断器 一般要求上一级熔断器的熔断时间是下一级熔断器的熔断时间的3倍以上 工厂供电设备及其选择校验 二 高低压开关电器的选择与校验 1 高压断路器 高压断路器是供电系统中最重要的设备之一 目前6kV 35kV系统中使用最为广泛的是油断路器和真空断路器 断路器的选择 除考虑额定电压 额定电流外 还要考虑其断流能力和短路时的动稳定度和热稳定度是否符合要求 现在由于成套装置应用较为普遍 断路器大多选择户内型的 如果是户外式变电所 则放置在户外的断路器应选择户外型的 工厂供电设备及其选择校验 高压断路器的操动机构 大多数是由制造厂配套供应 仅部分少油断路器有电磁式 弹簧式或液压式等几种型式的操动机构可供选择 一般电磁式操动机构需配专用的直流合闸电源 但其结构简单可靠 弹簧式结构比较复杂 调整要求较高 液压操动机构加工精度要求较高 操动机构的型式 可根据安装调试方便和运行可靠性进行选择 工厂供电设备及其选择校验 高压断路器种类和型式的选择 按额定电压选择 高压断路器的额定电压应大于或等于安装处的额定电压 按额定电流选择 工厂供电设备及其选择校验 高压断路器的额定电流应大于通过它的计算电流 断流能力的校验 高压断路器的最大开断电流 或容量 应不小于安装地点的实际开断时间 继电保护实际动作时间加上断路器固有分闸时间 内的最大三相短路电流 或短路容量 工厂供电设备及其选择校验 热稳定度的校验 动稳定度的校验 例 试选择某10kV高压进线侧断路器的型号规格 已知该进线的计算电流为400A 10kV母线的三相短路电流周期分量有效值为6 3kA 继电保护的动作时间为1 2s 工厂供电设备及其选择校验 解 根据UN 10kV和I30 400A 试选SN10 10I 630 300型高压户内少油断路器 其开断时间toc 0 2s 按题给Ik 6 3kA top 1 2s进行校验 工厂供电设备及其选择校验 2 高压负荷开关 由于高压负荷开关不仅具有高压隔离开关的功能 还能通断正常负荷电流和一定的过负荷电流 因此在选择时 除了必须考虑额定电压和额定电流 校验短路故障时的动稳定度和热稳定度 还应考虑其断流能力 按额定电压选择 高压负荷开关的额定电压应大于或等于安装处的额定电压 工厂供电设备及其选择校验 按额定电流选择 高压负荷开关的额定电流应大于通过它的计算电流 断流能力的校验 高压负荷开关的最大开断电流应不小于它可能开断的最大过负荷电流 即 高压负荷开关需要开断的线路最大过负荷电流值 工厂供电设备及其选择校验 热稳定度的校验 动稳定度的校验 3 高压隔离开关 按额定电压选择 高压隔离开关的额定电压应大于或等于安装处的额定电压 按额定电流选择 高压隔离开关的额定电流应大于通过它的计算电流 工厂供电设备及其选择校验 热稳定度的校验 动稳定度的校验 例 某l0kV高压开关柜出线处 线路的计算电流为400A 三相最大短路电流为3 2kA 短路冲击电流有效值为8 5kA 短路保护的动作时间为1 6s 试选择柜内隔离开关 工厂供电设备及其选择校验 习题 如图所示降压变电所中一台变压器 容量为7500kVA 其短路电压百分值为Ud 7 5 二次母线电压为10kV 变电所由无限大容量系统供电 二次母线上短路电流为I 5 5kA 作用于高压断路器的定时限保护装置的动作时限为1s 瞬时动作的保护装置的动作时限为0 05s 拟采用高速动作的高压断路器 其固有开断时间为0 05s 灭弧时间为0 05s 断路器全开断时间则为toc 0 05 0 05 0 1s 试选择高压断路器与隔离开关 工厂供电设备及其选择校验 解 所选断路器工作电流为短路电流冲击值为ish 2 55I 14 kA 短路电流热效应的等值计算时间为tk top toc 1 0 1 1 1s 1s 根据上述计算选择户内SN10 10 630型的高压断路器和GN19 10 600型的隔离开关 经短路稳定性校验 均合格 工厂供电设备及其选择校验 4 低压断路器 低压断路器在低压配电系统中的配置 a 适于一台主变b 适于两台主变c 适于低压配电出线d 适于频繁操作电路 低压断路器用作短路保护 接触器用作电路控制器 供电动机频繁起动用 热继电器KR用作过负荷保护 e 适用于低压断路器开关断流能力不足的情况 熔断器进行短路保护 低压断路器只在过负荷和失压时才断开电路 QF 低压断路器QK 刀开关QKF 刀熔开关KM 接触器KH 热继电器 工厂供电设备及其选择校验 低压断路器与高压断路器选择不同 高压断路器自动跳闸要靠继电保护或自动装置控制其操动机构完成 低压断路器结果本身具有自动跳闸的功能 因此 低压断路器的选择 不仅要满足选择电气设备的一般条件 而且还要满足正确实现过电流 过负荷及失压等保护功能的要求 低压断路器分为选择型和非选择型两种 所配备的过电流脱扣器有三种 具有反时限特性的长延时脱扣器 动作时间可以不小于10s 延时时限分别为0 2s 0 4s 0 6s的短延时脱扣器 动作时限小于0 1s的瞬时脱扣器 低压断路器过电流脱扣器的选择 工厂供电设备及其选择校验 对于选择型低压断路器必须装有短延时脱扣器 而非选择型低压断路器只有长延时脱扣器或瞬时脱扣器 非选择型断路器 一般为瞬时动作 只作短路保护用 也有的为长延时动作 只作过负荷保护 选择型断路器 有两段保护 三段保护和智能化保护 我国目前普遍应用的为非选择型低压断路器 保护特性以瞬时动作方式为主 工厂供电设备及其选择校验 过流脱扣器动作电流的整定 过电流脱扣器额定电流的选择 瞬时过流脱扣器动作电流的整定 可靠系数 对动作时间在0 02s以上的万能式断路器 可取1 35 对动作时间在0 02以及以下的塑壳式熔断器 则宜取2 2 5 瞬时过流脱扣器的整定电流应躲开线路的尖峰电流 即 工厂供电设备及其选择校验 短延时过流脱扣器动作电流和动作时间的整定 可靠系数 取1 2 短延时过电流脱扣器动作时间有0 2s 0 4s和0 6s等级 应按前后保护装置选择性要求来确定前一级保护动作的时间应比后一级保护动作的时间长一个时间级差 0 2s 短延时过电流脱扣器的整定电流应躲开线路的尖峰电流 即 工厂供电设备及其选择校验 长延时过流脱扣器动作电流和动作时间的整定 可靠系数 取1 1 长延时过电流脱扣器动作时间 应躲过允许过负荷持续时间 一般动作时间可达1 2小时 长延时过流脱扣器主要用于线路过负荷保护 故其整定值比线路计算电流 稍大即可 即 工厂供电设备及其选择校验 过流脱扣器与被保护线路的配合要求 为了不致发生因过负荷或短路引起导线或电缆过热起燃而低电压断路器的脱扣器不动作的事故 所以低电压断路器过电流脱扣器的动作电流IOP 还必须满足下列条件 允许短时过负荷系数 对瞬间和短延时过电流脱扣器 一般取KOL 4 5 对长延时过电流脱扣器 可取KOL 1 对保护有爆炸气体区域内线路的低电压断路器的过电流脱扣器 应取KOL 0 8 工厂供电设备及其选择校验 低压断路器热脱扣器的选择 热脱扣器额定电流的选择 热脱扣器动作电流的整定 热脱扣器用于过负荷保护 其动作电流需躲过线路的计算电流 即 可靠系数 通常取1 1 工厂供电设备及其选择校验 低压断路器额定电压的选择 低压断路器的额定电压不低于保护线路的额定电压 低压断路器额定电流的选择 低压断路器的额定电流不小于它所安装的脱扣器的额定电流 低电压断路器断流能力的校验 动作时间0 02s以上 DW 动作时间0 02s以下 DZ 工厂供电设备及其选择校验 低压断路器过电流保护灵敏度的检验 Ik min 被保护线路末端最小短路电流 Iop 低压断路器瞬时或短延时过电流脱扣器的动作电流 K 保护最小灵敏度 一般取1 3 前后低压断路器之间及低压断路器与熔断器之间的选择性配合 若能正确选定其额定参数 使上一级保护元件的特性曲线在任何电流下都位于下一级保护元件安秒特性曲线的上方 便能满足保护选择性的动作要求 工厂供电设备及其选择校验 三 互感器的选择与校验 1 电流互感器 电流互感器一次侧额定电压和电流的选择 电流互感器一次回路额定电压和电流选择应满足 式中UN1 N1 电流互感器一次额定电压和电流 为了确保所供仪表的准确度 互感器的一次侧额定电流应尽可能与最大工作电流接近 工厂供电设备及其选择校验 电流互感器二次侧额定电流的选择 电流互感器的二次额定电流有5A和1A两种 一般强电系统用5A 弱电系统用1A 电流互感器准确级的选择 为保证测量仪表的准确度 互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级 工厂供电设备及其选择校验 电流互感器二次容量或二次负载的校验 为了保证互感器的准确级 互感器二次侧所接实际负载或所消耗的实际容量应不大于该准确级所规定的额定负载或额定容量 工厂供电设备及其选择校验 电流互感器热稳定的校验 电流互感器的热稳定校验只对本身带有一次回路导体的电流互感器进行 电流互感器热稳定能力常以1s允许通过的一次额定电流 N1的倍数Kt来表示 式中Kt N1 由生产厂给出的电流互感器的热稳定倍数及一次侧额定电流 tima 短路稳态电流值及热效应等值计算时间 工厂供电设备及其选择校验 电流互感器热稳定的校验 常以允许通过的一次额定电流