供配电工程PPT第4章 供配电一次系统.ppt

第4章供配电一次系统 供配电工程 第4章工厂变配电所及其一次系统 4 1工厂变配电所的任务 类型及所址4 2电气设备中的电弧问题及对触头的要求4 3高压一次设备及其选择4 4低压一次设备及其选择4 5电力变压器及其选择4 6互感器及其选择4 7避雷器4 8成套配电装置4 9工厂变配电所的主接线图 2 供配电系统是电力系统的重要组成部分 也是变配电所设计的第一环节 本章重点介绍了供配电系统的电压选择 变电所位置的确定 变配电所的一次设备及主接线图以及变电所的布置和结构 本章是本课程的重点 也是从事供电设计与运行必备的基础知识 3 4 1供配电电压的选择 一 供电电压确定 供电电压是指供配电系统从电力系统所取得的电源电压 究竟采用哪一级供电电压 主要取决于以下三个方面因素 1 电力部门所能提供的电源电压 如某一中小型企业 可采用10kV供电电压 但附近只有35kV电源线路 而要取得远处10kV供电电压 投资较大时 则只有采用35kV供电电压 2 企业负荷大小及距离电源线路远近 4 每一级供电电压都有其合理的供电容量和供电距离 见表4 1 当负荷较大时 相应的供电距离就会减小 如果企业距离供电电源较远时 为了减少能量损耗 可采用较高的供电电压 表4 1各级电压电力线路合理的输送功率和输送距离 5 3 企业大型设备的额定电压决定了企业的供电电压 例如 某些制药厂或化工厂的大型设备 其额定电压为6kV 则必须采用6kV电源电压供电 当然也可采用35kV或10kV电源进线 再降成6kV厂内配电电压供电 在选择供电电压时 必须进行技术经济比较 才能确定应该采用的供电电压 而这一工作通常由有关设计部门去做 我国目前所用的企业供电电压为35 110kV 10kV 6kV 一般来讲 大中型企业常采用35 110kV作供电电压 中小型企业常采用10kV 6kV作供电电压 其中 采用10kV供电电压是最为常见的 6 二 配电电压 1 高压配电电压厂内高压配电电压通常采用10kV或6kV 一般情况下 采用10kV作厂内高压配电电压 对于有6kV设备的企业 如化工 制药厂等 若6kV设备容量较大时 采用6kV厂内高压配电电压 若6kV设备容量较小时 高压配电电压采用10kV 6kV设备采用10 6kV变压器供电 如果厂区环境条件允许也可采用35kV作为高压配电电压深入负荷中心的直配方式 将35kV直接降为380V供电 考虑到企业以后的扩建 这种高压线深入负荷中心的供电方式 只要从供电线路上引向新负荷点 建立新变电站就可以了 7 2 低压配电电压 我国规定低压配电电压等级为380V 220V 但在石油 化工及矿山 井 场所可以采用660V的配电电压 主要考虑在这些场合变电所不能设在负荷中心 距离负荷中心较远 返回目录 8 4 1变配电所的配置 一 变配电所的任务 二 变配电所的类型 变电所担负从电网接受电能 变换电压 分配电能的任务 配电所担负从电网接受电能 分配电能的任务 变配电所是供配电系统的重要组成部分 变电所 受电 变电 配电 配电所 受电 配电 变电所按其在供配电系统中的地位和作用分为总降压变电所 独立变电所 车间变电所 杆上变电所 建筑物及高层建筑物变电所等 9 1 总降压变电所 一般来讲 企业规模不太大 车间或生产厂房布局比较集中 应尽量设一个总降压变电所 这样既节省投资 又便于运行维护 用户是否要设置总降压变电所 是由地区供电电源的电压等级和企业负荷大小及分布情况而定 对大中型企业 由于负荷较大 往往采用35KV 或以上 电源进线 一般降压至10kV或6kV 再向各车间变电所和高压用电设备配电 这种降压变电所称为总降压变电所 10 2 车间变电所 车间变电所主要有以下两种类型的变电所 1 车间附设变电所附设变电所是利用车间的一面或两面墙壁 而其变压器室的大门朝外开 如图4 1所示 车间附设变电所又分内附式 图4 1中1 和外附式 图4 1中2 内附式变电所要占用一定的车间面积 但其在车间内部 故对车间外观没有影响 外附式变电所在车间的外部 不占用车间面积 便于车间设备的布置 而且安全性也比内附设变电所要高一些 11 变压器室位于车间内的单独房间内 如图4 1中3 虽然这种车间内变电所占用了车间内的面积 但它处于负荷的中心 因而可以减少线路上的电能损耗和有色金属消耗量 由于设在车间内其安全性要差一些 故适用于负荷较大的多跨厂房内 在大型冶金企业中比较多见 2 车间内变电所 12 3 独立变电所 图4 2独立变电所与车间位置关系 独立变电所为独立建筑 是指整个变电所设在与车间或建筑物有一定距离的单独区域内 通常是户内式变电所 向周围几个车间或建筑物供电 或向全厂 或小区 供电 如图4 2所示 设置独立变电所主要是因为相邻几个车间负荷大 将变电所建到某一车间不适宜 或由于车间环境的限制 如制药车间 化工车间之间由于管道较多或有腐蚀性气体 易燃易爆气体等环境限制 必须建立独立变电所 或中小型企业负荷不太大 建立一个全厂独立变电所 向全厂各车间供电 适用于用电负荷比较分散 或有防火 防爆 防尘和安全管理方面要求的场所 13 变电器安装在室外电杆上 适用于315KVA及以下变压器 常用于居民区 用电负荷小的用电单位 5 成套变电站 成套变电站是由电气制造厂家按一定接线方案成套制造 现场装配的变电所 由高压开关设备 电力变压器和低压开关设备三部分组合在一起而构成的配电装置 成套变电站是组合式变电站 箱式变电站和可移动式变电站的统称 4 杆上变电所 14 杆上变电所 15 箱式变电站 16 这是民用建筑中经常采用的变电所形式 变压器一律采用干式变压器 高压开关一般采用真空断路器 也可采用六氟化硫断路器 但通风条件要好 从防火安全角度考虑 一般不采用少油断路器 5 楼内变电所 高层建筑内 根据规模变电所位置可设在 地下室或中间层地下室和高层地下室 中间层和高层 17 原纽约的世贸中心共110层 建筑面积840000平米 变压器总容量132000kVA 配置在第7 41 75 108层 日本新宿中心大厦共60层 变压器配置在地下4层和地面40层 840000m2 132000kVA 18 原纽约曼哈顿世贸大楼 19 20 21 22 23 24 25 它的高度仅次于马来西亚吉隆坡的双塔大厦和美国芝加哥的西尔斯大厦 是目前国内第一 世界第三高楼 美国SOM设计事务所主设计 金茂大厦高达420 5米 主楼88层 裙房6层 地下室3层 占地面积为2 4万平方米 总建筑面积为29万平方米 供电 35kV进线 2 10MVA 2 12MVA共计4台主变 35 6 3kV 13台配电变压器 6 2500 7 1500kVA 自备柴油发电机 3台 1600kW垂直运输电梯 61部 自动扶梯18套 总装机容量2840kW 上海金茂大厦 26 27 28 29 30 1 变电所位置选择的原则变电所的位置选择原则 应尽可能接近负荷中心 以降低配电系统的电能损耗 电压损耗和有色金属消耗量 考虑电源的进线方向 偏向电源侧 进出线方便 不应防碍企业的发展 要考虑扩建的可能性 设备运输方便 尽量避开有腐蚀性气体和污秽地段 如无法避免 应位于污源的上风侧 变电所屋外配电装置与其他建筑物 构筑物之间的防火间距符合规定 变电所建筑物 变压器及屋外配电装置与附近的冷却塔或喷水池之间距离符合规定 三 变配电所所址的选择 变电所的位置选择应根据选择原则经技术 经济比较后确定 31 不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所 不应设在厕所 浴室附近及地势低洼和可能积水的场所 不应设在有爆炸和火灾危险环境的正上方或正下方 高层建筑地下室等变电所宜选择通风散热好的场所 并近电气竖井及负荷中心 不应设在有剧烈振动的场所 32 负荷中心可以用负荷指示图或负荷矩的计算法近似确定 1 负荷指示图负荷指示图是将电力负荷按一定比例用负荷圆的形式标示在企业或车间的平面图上 各车间的负荷圆的圆心位于车间的负荷 重心 负荷中心 在负荷均匀分布的车间 负荷中心就是车间的中心 在负荷分布不均匀的车间内 负荷中心应偏向负荷集中的一侧 2 负荷中心确定 负荷圆的半径r 由车间的计算负荷得 式中K为负荷圆的比例 kW mm2 33 图4 3某企业负荷指示图 由负荷指示图结合变电所所址选择的其他条件 最后择其最佳方案 确定变配电所的位置 图4 3企业负荷指示图 34 2 负荷功率矩法确定负荷中心 总负荷 设有负荷P1 P2 P3 分布如图4 4所示 它们在任选的直角坐标系中的坐标分别为P1 x1 y1 P2 x2 y2 P3 x3 y3 现假设总负荷的负荷中心位于坐标P x y 处 需要指出由于负荷中心原则并不是确定变电所位置的惟一因素 且负荷中心也是会随机变动的 大多数工厂变电所的位置都是靠近负荷中心偏向电源侧 负荷中心的坐标为 返回目录 36 4 2电弧 本节教学要求 掌握电弧的形成及熄灭条件熟悉电弧形成的物理过程 特性掌握直流电弧及交流电弧的特性及熄灭条件掌握开关电器常用的熄弧方法了解电气触头的类型 工作条件掌握接触电阻的形成 发展 后果及降低措施 37 在大气中开断电路时 如果电源电压超过20V 被开断的电流超过80 100mA 在开关触头间通常会产生一团温度极高 发出强光和能够导电的近似圆柱形的气体 这就是电弧 一 概述 电弧 为一种气体游离放电现象现象 开关电器开断电路时 触关间产生的耀眼的白光 4 2电弧 1 什么是电弧 38 延长了电路的开断时间 电弧高温烧损开关的触头 电弧的主要危害 电弧的产生 一方面使电路仍旧保持导通状态 延迟了电路的开断 另一方面 温度高达10000 将烧损开关的触头 并可能造成短路及破坏开关电器的绝缘 在最严重的情况下 甚至可能引起开关电气的爆炸和火灾 因此 在开关电器中要采取措施使电弧不产生 或者产生后使电弧存在的时间尽量缩短 以减轻其危害的程度 39 2 特征 电弧的能量集中 温度极高 亮度很强例 10kV断路器断开20kA的电流 电弧功率达到1万kW以上 电弧由阴级区 阳极区和弧柱区组成 弧柱处温度最高 可达6000 7000 到1万度以上 在弧柱周围温度较低 亮度明显减弱的部分叫弧焰 电流几乎都从弧柱内部流过 40 电弧的气体放电是自持放电 维持电弧燃烧的电压很低 在大气中 1cm长的直流电弧的弧柱电压仅15 30v 在变压器油中1cm长的直流电弧的弧柱电压仅100 220v 电弧是一束游离的气体 质量极轻 极易变形 电弧在气体或液体的流动作用下或电动力作用下 能迅速移动 伸长或弯曲 41 电弧原理 二 电弧的形成 触头间电弧燃烧的区域称为弧隙 弧隙中带电质点不断增多的游离过程可以由各种不同途径发生 1 热电子发射 2 强电场发射 3 碰撞游离 4 热游离 当切断路瞬间 动静触头间出现弧光放电 是由于其间的介质迅速游离 存在着一定浓度的带电质点 即带正电荷的离子和带负电荷的电子 产生电弧的根本原因 触头本身及其周围的介质含有大量可被游离的电子 42 气体 等离子体 金属的状态简图 43 1 热电子发射 在弧光放电过程中 电极表面少数点上有局部较集中的电流 同时因开关触头分离后 触头间接触压力及接触面积逐渐减小 接触电阻也随之增加 会使电极表面有相应高温 从而造成其中的电子获得很大的动能后逸出到周围空间 这种现象称为热电子发射 其强弱程度与阴极的材料及表面温度有关 是气体介质中带电质点产生的主要原因之一 电弧原理 44 2 强电场发射 在断路器触头分开的最初瞬间 触头电极的表面受到外加电压所形成的强电场的作用 金属电极表面的电子就会在电场力的作用下被拉出 即发生了所谓强电场发射 金属表面发射电子的数量决定于极间电场强度的高低 当电场强度超过107V cm时 即使金属表面温度不高 其电子发射量也会显著增加 电弧原理 45 电弧原理 3 碰撞游离 当有一定强动能的电子撞击到某种气体的中性质点时 可使其间电子被释放出来 游离成正离子和新的自由电子 被撞击的电子和原来的电子又会在电场作用下向阳极作加速运动 获得足够动能后 又将撞击其它中性质点 产生更多的自由电子和正离子 使带电质点浓度迅速增加 这一游离过程即称为碰撞游离 46 电场游离 碰撞游离 示意图 47 电弧原理 4 热游离 在高温下 气体分子和原子热运动加快 它们互相碰撞 在温度足够高时会撞击产生离子和自由电子 这种现象称为热游离 48 电弧原理 三 电弧间隙的去游离 在电弧放电发生后 介质中同时存在着游离与去游离这样二个相反过程 去游离对应的是弧隙中带电粒子 正离子或自由电子 减少的过程 它进行的方式主要有两种 复合 扩散 直接复合 间接复合 主要形式 高浓度 低浓度 A e A A e A A A 2A 49 电弧原理 再结合是指带异性电荷的质点相互接触 交换多余电荷而形成中性质点的现象 又称复合 1 复合 50 电弧原理 电弧中扩散主要原因 1 弧燃区域与周围介质中带电质点浓度不同 2 两区域中温度的不同而引起 弧柱中带电质点不断扩散到介质中 并在介质中发生再结合 使得弧燃区域中导电质点数目减少 发生去游离 扩散的速率决定于电弧表面上带电质点数目 故与电弧直径成反比 2 扩散 带电质点从弧燃区域逃逸至周围介质中去称作扩散 51 电弧原理 四 电弧的熄灭 电弧中存在的游离与去游离这二个性质相反过程的强弱对比就决定了电弧最终发展趋势 即当游离强于去游离时 电弧就会发生并燃烧激烈 若去游离与游离过程达到平衡 电弧就会稳定燃烧 而在去游离占有优势时 电弧的燃烧即将减弱并最终熄灭 越燃越旺 稳定燃烧 最终熄灭 52 影响游离和去游离的因素 E 运动速度 复合 Q 热游离 电弧温度 使温度降低的方法有 吹弧 拉长电弧 或与冷却介质表面接触 电场强度 方法 提高触头分离速度 拉长电弧 多断口 53 介质特性 包括气体的介电强度 导热系数 电负性 电极材料 铜 银 铜钨 银钨合金具有熔点高 导热能力强 热容量大的特点 可减少热电子发射和弧柱中的金属蒸气 气体介质的压力 F 自由行程缩短 离子浓度 复合 真空数目少 碰撞游离 扩散 在电弧产生后只要抓住有利时机 采取合理措施去减弱热游离而加强去游离 就将加速促成电弧熄灭 54 一 特性 五 直流电弧的特性及熄灭 1 静态伏安特性曲线 为发弧电压 即产生电弧的最小电压值 55 阴极区电压 弧柱区电压 阳极区电压 2 电弧电压分布图 56 U 阴极区电压U阴极区 弧柱区UH 阳极区U阳极区U阴极区大小与in无关 在空气中U 8 11VU阳极区 U阴极区 且随in增大而减小甚至为零UH与in呈线性关系短弧 几个mm长 主要由U阴极区 U阳极区组成 UH近似于零长弧 几个cm 几个m长 主要由UH组成 57 近阴极效应 短弧原理 将长弧沿垂直方向切割成多段电弧串联 每一段即构成一个短弧 获得一个阴极区压降 如果加在触头间的电压小于各段短弧的阴极电压之和 则电弧就不能维持而熄灭 58 二 直流电弧的工作点 直流电弧的熄灭条件 59 六 交流电弧的特性及熄灭 Uh 马鞍形状 A BA 燃弧电压B 熄弧电压 一 特性1 动态状安特性曲线 电弧电压和电流随时间不断变化 每一周期 电流过零2次 电弧在自然过零时将自动熄灭 但下半周期随着电压的升高 电弧会重燃 若电流过零时 电弧不再重燃 电弧就此熄灭 2 热惯性 电弧温度的变化滞后于电流的变化 61 二 交流电弧的熄灭 1 弧隙介质电强度的恢复过程Uj 弧隙介质能够承受而不致使弧隙去穿的最小电压过程 电流过零前 很高 Rn很小 弧隙为良导电通道 电流过零前后 Rn 具有一定抗电强度电流过零后 Uj恢复不是从零开始 而是有一个起始电压 这种现象称为交流电路的近阴极效应 电流极性改变后的0 1 1 0微秒瞬间 有Uj 150 250V 62 2 弧隙电压的恢复过程Unf Unf 电压由熄弧电压恢复到电源电压的过程 过程 1 电流过零前 电弧电阻很小 电源电压大部分降落在线路或负载的阻抗上 2 电流过零时 电弧熄灭 最后变为绝缘介质 电源电压全部加在弧隙上 63 3 交流电弧的熄灭条件 64 七 开关电器中几种常用的灭弧方法 具体方法 a加快触头的分离速度 如采用强力断路弹簧 目前 高压断路器的分闸速度已经从1m s提高到16m s b采用多断口 在触头行程 分闸速度相同的情况下 多一个或几个断口 电弧被拉长速度成倍增加 因此能提高灭弧能力 速拉法 拉长电弧有利于散热和带电质点的复合和扩散 开关电器中普遍使用的一种方法 65 66 吹弧法 利用外力吹动电弧 使电弧加速冷却 拉长电弧 冷却法 降低电弧的温度 使电弧中的高温游离减弱 基本的灭弧方法之一 67 长弧切短法 用金属片将电弧分割成许多个串联的短弧 常用于低压交流开关中 粗弧分细法 将粗大的电弧分成若干平行的细小的电弧 68 真空灭弧法 真空具有较高的绝缘强度 SF6灭弧法 SF6气体具有优良的绝缘性能和灭弧性能 狭沟灭弧法 依靠磁场的作用 将电弧驱入耐弧材料制成的狭缝中以加强电弧的冷却 填料式熔断器属于狭缝灭弧法 69 1 满足正常负荷的发热要求 2 有足够的机械强度 3 有足够的动稳定度和热稳定度 4 有足够的断流能力 八 对电气触头的基本要求 70 触头的分类 1 固定触头 如母线的联接 采用螺柱连接和压接两种 2 滑动触头 如滑环与碳刷 3 可断触头 如QF的动静触头 可采用对接式和插入式 触头的接触电阻 接触电阻 直接反映触头的工作状况其大小决定了触头的发热触头的工作情况 71 触头的工作情况 1 在长期负载电流下的工作 负载电流I 触头Rc I2Rc 发热需采用降低温度及提高通流能力 严防金属氧化层造成的恶性循环的方法 2 在短时大电流下的工作在t很短的瞬间 电流很大 会在某一点集聚大热量 触头的熔焊 机械强度 弹力 对策 规定短时发热最高温度限值 72 3 在大电流下的关合和分断会出现 弹跳现象 在可断触头的触头间产生的电弧可能会烧坏触头 触头的工作情况 返回目录 73 教学要求 掌握高 低压开关电器的结构特点 工作原理 电气参数及其应用 重点掌握断路器的工作原理 掌握熔断器的作用 结构 原理 掌握互感器的作用 结构 接线方式及准确度等级 4 3高压一次设备及其选择 74 一 概述 一次设备 一次回路中所有的电气设备 叫一次设备 一次回路 变配电所中承担输送和分配电能任务的电路 二次回路 用来控制 指示 监测 保护一次设备运行的电路 二次设备 二次回路中所有的电气设备 叫二次设备 4 3高压一次设备及其选择 75 一次设备按功能分为 1 变换设备 T CT PT2 控制设备 QF QS3 保护设备 FU 避雷器4 补偿设备 并联电容器5 成套设备 按一次电路接线方案的要求 将一次与二次设备组合为一体的电气装置 如高压开关柜 低压配电屏 照明柜等 76 设备学习要点 5 掌握设备在系统中的配置和使用 重点 4 掌握设备的选择要点 重点 3 熟悉相应的文字符号和图形符号 2 了解设备基本结构 理解工作原理 1 掌握功能 设备在系统中起什么作用 重点 77 1 作用 短路保护 过载保护 2 接法 串接在被保护电路中 3 特点 价格便宜 使用维修方便 但熔断后必须更换 保护特性和可靠省差 4 原理 短路 过载时熔体熔断 5 应用 小容量电气设备和对继电保护要求不高的电路6 主要参数 1 熔断器的额定电流 2 熔体的额定电流 3 熔断器的极限断路电流 4 熔断器的额定电压 二熔断器 基本要点 78 1 主要对电路和设备进行短路保护 熔断器是一种简单的保护电器 由熔体 熔体管和接触导电等部分组成 二 结构和原理 一 功能 熔断器 当流过其熔体电流超过一定数值时 熔体自身产生的热量自动地将熔体熔断而断开电路 2 有时也有过负荷保护 二高压熔断器 79 熔体从通过非正常电流到开断整个过程由三个阶段构成 从短路电流开始通过熔体至熔体熔断所需的时间即熔体熔化时间 从熔体熔断到产生电弧所需的时间 从电弧产生至电弧熄灭所需时间 即燃弧时间 三 符号 对于符号应逐渐积累 逐步熟悉 文字符号为FU 80 高压熔断器型号 81 四 类型及特点 1 户内型 RN系列 固定式 RN1主要用作高压线路和设备的短路保护 也起过负荷保护 RN2用作高压互感器的短路保护 RN1 RN2灭弧能力很强 为 限流 式熔断器 图4 11 82 认识结构 83 内部充石英砂 利于灭弧 冶金效应 降低熔点 利于灭弧 灭弧 工作熔体 管帽 熔管 指示熔体 石英砂 锡球 84 RN系列 RN1 RN3 RN5 用于保护线路 设备 RN2 RN4 RN6 用于保护电压互感器1 作用 保护高压开关 变压器 电压互感器等高压电气设备及线路 2 结构 内部充石英砂 利于灭弧 3 冶金效应 降低熔点 利于灭弧 4 限流熔断器 熔断时间不超过0 01s 所保护的设备可以不校验动热稳定性 85 86 87 88 RN3型户内高压限流熔断器 RN3型户内高压限流熔断器是用于电力线路及输电设备的过载及短路保护 RN3型户内高压限流熔断器比RN1型有如下改进 1 熔体采用片状变截面多断口结构 为使开断能力增强 开断速度快 开断后绝缘可以迅速建立对抗过电压冲击能力得到改善 2 RN3型系列高压限流熔断器 为了使其能与FN5负荷开关配合工作 完善了指示撞击器的基本功能 该指示撞击器具有10 2kg的撞击能力完全可以触发FN5等型号的负荷开关的跳闸机构 撞击器的最大行程为25mm 3 按照国家标准草案GB15166 1 5 限流式熔断器 中的试验方法 可并断20 150MVA的短路容量 而RN1型只能开断40 80MVA的短路容量 RN3型可配合FN5开断过载电流 RN1型则不能触发FN5跳闸 不以开断过载电流 4 熔断器的工作温度降低 熔管的额定电流得到提高 89 2 户外型 RW 跌落式熔断器 基本结构 装置在配电变压器高压侧或配电线支干线路上 用作变压器和线路的短路 过载保护 操作 绝缘棒 配置及作用 90 跌落式熔断器及拉负荷跌落式熔断器是户外高压保护电器 它装置在配电变压器高压侧或配电线支干线路上 用作变压器和线路的短路 过载保护及分 合负荷电流 跌落式熔断器由绝缘支架和熔丝管二部分组成 静触头安装在绝缘支架两端 动触头安装在熔丝管两端 熔丝管由内层的消弧管和外层的酚醛纸管或环氧玻璃布管组成 拉负荷跌落式熔断器增加弹性辅助触头及灭弧罩 以分 合负荷电流 户外熔断器 RW10 10F型户外拉负荷跌落式熔断器 91 跌落式熔断器在正常运行时 熔丝管借熔丝张紧后形成闭合位置 当系统发生故障时 故障电流使熔丝迅速熔断 并形成电弧 消弧管受电弧灼热 分解出大量的气体 使管内形成很高压力 并沿管道形成纵吹 电弧被迅速拉长而熄灭 熔丝熔断后 下部动触头失去张力而下翻 使锁紧机构释放熔线管 熔丝管跌落 形成明显的开断位置 当需要拉负荷时 用绝缘杆拉开动触头 此时主动 静触头分离 辅助触头仍然接触 继续用绝缘杆拉动触头 辅助触头也分离 在辅助触头之间产生电弧 电弧在灭弧罩狭缝中被拉长 同时灭弧罩产生气体 在电流过零时 将电弧熄灭 92 93 RW10 10F 100型带切负荷灭弧装置跌落式熔断器 熔断器管 下触头 灭弧装置 94 限流式熔断器剖面图 限流式熔断器外形 熔丝 石英砂 95 RW10 10F 100型带切负荷灭弧装置跌落式熔断器 96 97 RW3 10户外高压跌落式熔断器 98 99 彩图4 1RW4 12户外交流高压跌落式熔断器 100 101 二 特点 1 有明显的断开间隙 2 无灭弧装置 不能带负荷操作 三高压隔离开关 文字符号 QS图形符号 三 符号 一 功能 1 隔离高压电源 安全检修2 倒闸操作3 接通和断开较小电流 如励磁电流不超过2A的空载变压器 电容电流不超过5A的空载线路以及电压互感器和避雷器等 102 通常与断路器配合使用 和断路器配合使用时 要严格遵守操作顺序 即停电时 应先使断路器跳闸 后拉开隔离开关 送电时 应先合隔离开关 再闭合断路器 四 应用 先通后断 1 隔离开关在分闸状态时应有明显可见的断口 使运行人员能明确区分电器是否与电网断开 但在全封闭式配电装置中除外 五 对隔离开关的特殊要求 103 4 隔离开关应结构简单 动作可靠 5 带有接地闸刀的隔离开关应有保证操作顺序的闭锁装置 以供安全检修和检修完成后恢复正常运行 2 隔离开关断点之间应有足够的距离 可靠的绝缘 在任何状态下都不能被击穿而引起过电压危及工作人员的安全 3 具有足够的短路稳定性 包括动稳定和热稳定 104 六 隔离开关的分类 按安装地点的不同 隔离开关可划分为户内 户外两种 按绝缘支柱的数目 隔离开关可分为单柱式 双柱式和三柱式三种 按刀闸的运行方式 隔离开关可分为水平旋转式 垂直旋转式 摆动式和插入式四种 按有无接地闸刀 它又可分为带接地刀闸和不带接地刀闸两种 105 隔离开关 户内 户外 剪刀型 双柱型 三柱型 V型 隔离开关的典型结构 1 户内隔离开关 户内隔离开关有三极式和单极式两种 一般为刀闸隔离开关 2 户外隔离开关 户外隔离开关有单柱式 双柱式和三柱式三种 106 1 隔离开关的型号说明 GN2 10G 3150 G 产品名称代号 安装场所代号 设计序号 额定电压 kV 其他标志代号 额定电流 A 极限通过峰值电流 kA 高原型 107 GN19 12 C 系列户内交流高压隔离开关适用于交流50Hz 额定电压12kV及以下电力系统中 配用型人力操作机构 作为在有电压而无负载情况下 分合电器之用 108 GN19 12 C 系列高压隔离开关 2 隔离开关的典型结构 支柱绝缘子 静触头 操作绝缘子 转轴 109 GN19 12 C 系列户内交流高压隔离开关适用于交流50Hz 额定电压12kV及以下电力系统中 配用型人力操作机构 作为在有电压而无负载情况下 分合电器之用 110 111 112 户外型剪刀型 113 114 115 户外型双柱式 GW4 220型隔离开关 116 户外型三柱式 GW7 500型隔离开关 开断状态 GW7A 220型三柱式隔离开关 关合状态 117 GW5A 35 66 110系列隔离开关 户外型V形 118 GW5A 35 66 110系列隔离开关 119 120 GW4 15 GW4 15TQ GW4 20 D GW4 20TQ D 型户外交流高压隔离开关供有电压无负荷时 分合电路之用 GW4 15 50 200 GW4 15TQ 50 200型专用铁道自动闭塞信号装置的使用 GW4 15 400及GW4 20 D 400 GW4 15TQ 400及GW4 20TQ D 400型可供铁道站场供电路线使用 GW4 20 D 50 200 GW4 20TQ D 50 200型可用于自动闭塞10kV高压线与电机车27 5kV高压线合杆运行 121 122 123 四 高压负荷开关 一 功能1 负荷开关可以分 合正常的负荷电流和关合短路电流 但不能切断短路电流故障 2 必须与高压熔断器串联 借助于熔断器切除短路电流 3 与隔离开关一样 具有明显的断开间隙 也具有隔离电源 保证安全检修的功能 将负荷开关与高压熔断器相配合 故障电流的开断由熔断器来完成 负荷开关则负责完成正常负荷电流的分合操作 124 1 具有简单的灭弧装置 2 有明显断开间隙 3 配备CS型手力操动机构 二 特点 文字符号 QL图形符号 三 符号 125 1 户内型 FN 2 户外型 FW 固定产气式 FN1 FW5等 压气式 FN2 FN3 压缩空气式 六氟化硫式 油浸式 真空式 四 类型 126 在容量不是很大 同时对保护性能的要求也不是很高时 负荷开关与熔断器组合起来便可取代断路器 从而降低设备投资和运行费用 五 应用 这种形式广泛应用于城网改造和农村电网 127 FZRN21 12D T125 31 5型户内交流高压真空负荷开关 熔断器组合电器 128 FLRN36 12D型户内交流高压六氟化硫负荷开关 熔断器组合电器 129 压气式 130 FN7 12DR型交流高压负荷开关是一种新型产气式户内高压负荷开关 适用于交流50Hz 额定电压12kV的三相交流电力系统中 作为开断负荷电流及关合短路电流之用 131 FN7 12DR型交流高压负荷开关是一种新型产气式户内高压负荷开关 适用于交流50Hz 额定电压12kV的三相交流电力系统中 作为开断负荷电流及关合短路电流之用 132 油浸式 133 SF6式 134 二 特点 1 有完善的灭弧装置 足够大的断流能力 2 配备手力 CS型 电磁 CD型 弹簧储能 CT型 操动机构 五高压断路器 文字符号 QF图形符号 三 符号 1 通断正常负荷电流2 接通和承受一定时间的短路电流3 在保护装置作用下自动跳闸 迅速切除短路故障 一 功能 电力系统最重要的开关设备 135 四 高压断路器的基本类型 压缩空气断路器 油断路器 少油断路器 多油断路器 分类 真空断路器 SF6断路器 固体产气断路器 按断路器安装地点 又可将其分为 1 屋内式 2 屋外式 按灭弧介质的不同分类 磁吹断路器 国产断路器的型号 1 表示断路器的字母代号S 少油 D 多油 Z 真空 K 空气 L SF6 2 安装场所代号N 表示屋内型 W 表示屋外型 3 设计序列号 4 额定电压 KV 5 其它标志 如G 改进型 F表示分相操作 6 额定电流 A 7 额定开断能力 KA或MVA 137 高压断路器的型号说明 SN10 10I 630 31 产品名称代号S 少油D 多油Z 真空K 空气L SF6 安装场所代号N 屋内型W 屋外型 设计序号 额定电压 kV 其他标志代号 额定电流 A 额定开断电流 kA 如 SN10 10I 630 300表示户内式10kV少油断路器额定电流630A 额定开断容量300MVA 138 按国家标准 额定电压在220KV及以下的电气设备 其最高工作电压为额定电压的1 15倍 对于330KV及以上电气设备 规定为1 1倍 五 高压断路器基本技术参数 1 额定电压UN 保证断路器正常长期工作的线电压 标称电压 以KV为单位 按我国现行国标及有关暂行规定 我国断路器的额定电压有10 20 35 60 110 220 330 500KV 139 高压断路器的基本技术参数 我国断路器额定电流等级为200 400 600 630 1000 1250 1600 1500 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000 10000 12500 16000及20000A等 2 额定电流IN 额定电流是断路器允许长期通过的最大工作电流 以A为单位 在长期通过额定电流时 断路器各部分发热温度不超过国家标准 140 3 额定开断电流IOC额定开断电流是指在额定电压下断路器能开断而不致妨碍其继续工作的最大短路电流 单位为KA 4 热稳定电流Ith又称短时耐受电流 它指的是在某一规定的短时间t内断路器能耐受的短路电流热效应所对应的电流值 以KA为单位 5 动稳定电流Ies又称峰值耐受电流 它是断路器在关合位置时能允许通过而不致影响其正常运行的短路电流最大瞬时值 以KA为单位 141 6 额定短路关合电流INcl额定短路关合电流是指断路器在额定电压下用相应操动机构所能闭合的最大短路电流 单位为KA 7 开断时间tOC开断时间是指断路器的操动机构到分闸指令起到三相电弧完全熄灭为止的一段时间 它包括断路器的分闸时间 固有分闸时间 和燃弧时间两部分 8 合闸时间tcl 处于分闸位置的断路器从接到合闸信号瞬间起到断路器三相触头全接通为止所经历的时间为合闸时间 142 开断部分操动和传动部分绝缘部分 组成 六 高压断路器基本结构 143 断路器的积木组合方式 断路器的积木组合方式示意图 144 SW2 110型少油断路器每相单柱双断口 145 SW2 220型少油断路器每相双柱四断口 146 六 常用断路器简介 1 油断路器 开关触头在绝缘油中闭合和断开 油兼有灭弧和绝缘功能 油量多 有易燃易爆危险 体积大 维护麻烦 可频繁通断负荷 趋于淘汰 开关触头在绝缘油中闭合和断开 油只作灭弧功能 油量少 易燃易爆危险性较小 体积小 价廉 维护方便 不能频繁操作 6 10kv应用甚广 但现逐渐为真空断路器所取代 多油断路器 少油断路器 147 SN10 10型少油断路器按断流容量分有 型 型 断流容量Soc为300MVA 型为500MVA 型为750MVA 148 图4 15少油断路器内部剖面结构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 下支柱绝缘子14 上支柱绝缘子15 断路弹簧16 绝缘筒 少油断路器主要由油箱 传动机构和框架三部分组成 油箱是断路器的核心部分 油箱的上部设有油汽分离室 其作用是将灭弧过程中产生的油气混合物旋转分离 气体从顶部排气孔排出 而油则沿内壁流回灭弧室 149 SN10 10 型导电杆 SN10 10 型付触座 SN10 10 型触座 SN10 10 型触座 150 1 油断路器的灭弧原理 灭弧室 自能式 外能式 吹弧方式 纵横吹 纵吹 横吹 151 油断路器灭弧室的工作原理 自能纵吹 152 自能横吹 纵横吹动画 153 154 外能吹弧 静触头 动触头 活塞 唧筒 电弧 绝缘筒 155 熄弧性能比较 自能式开断大电流能力强开断微小电流能力弱临界开断电流现象外能式开断小电流能力强 易出现截流现象 156 2 油断路器小结 优点 结构简单 价格便宜缺点 检修周期短维护工作量大潜在火灾危险被SF6断路器取代的趋势 110kV及以上系统 被真空断路器取代的趋势 10kV电力系统 157 SN10 10 型断路器可配用型电磁操动机构或CT型弹簧机构 这些操动机构内部都有跳闸和合闸线圈 通过断路器的传动机构使断路器动作 电磁操动机构需用直流电源操作 可以手动和远距离跳 合闸 弹簧储能操动机构有交 直流操作电源两种 可以手动也可以远距离跳 合闸 由于采用交流操作电源简单经济 可直接由供电系统取得 而直流操作电源则需通过整流装置或专用直流电源 成本较高 因此弹簧操动机构的应用越来越广 特别适合中小型工厂供配电系统 158 SN10 10型断路器 159 SN10 10型断路器 160 SW6 110 C 型户外交流高压少油断路器 彩图4 7少油断路器 161 图1SW6 110 C 型少油断路器外形 162 开关触头在真空的容器内闭合和断开 灭弧能力强燃弧时间短 属高速断路器 开断能力强 结构简单 重量轻 体积小 寿命长 易维修 可频繁操作 无易燃易爆危险 2 高压真空断路器 高压真空断路器是利用 真空 气压10 2 10 6Pa 作为绝缘和灭弧介质优点 熄弧时间较短 0 01s以下 开距小 10kV 10 15mm 真空绝缘恢复速度强 由于开断速度高 易产生截流过电压 对变压器等感性负载易造成危害 应配置过电压吸收装置 163 真空断路器有落地式 悬挂式 手车式三种形式 它是实现无油化改造的理想设备 真空断路器有户内式和户外式 164 1 真空电弧的形成 1 扩散型真空电弧 扩散真空电弧外形示意图 165 2 集聚型真空电弧 大量电子撞击阳极 阳极表面温度 阳极斑点 电弧电流磁场 磁压力 等离子体的直径 集聚型电弧 166 2 真空断路器结构 真空断路器结构外型图 绝缘子 操动机构 真空灭弧室 绝缘拉杆 传动机构 ZN系列真空断路器主要由真空灭弧室 操动机构 配电磁或弹簧操动机构 绝缘体 传动件 机架等组成 其外形结构如图所示 167 3 真空灭弧室 真空灭弧室由动静触头 屏蔽罩 波纹管 玻壳 陶瓷或玻璃制成外壳 等组成 其结构如图4 8所示 168 3 真空灭弧室 静触头 动触头 动触杆 波纹管 密封外壳 屏蔽罩 169 真空断路器的触头为圆盘状 被放置在真空灭弧室内 在触头刚分离时 由于真空中没有可被游离的气体 只有高电场发射和热电发射使触头间产生真空电弧 电弧的温度很高 使金属触头表面形成金属蒸气 随着触头的分开和电弧电流的减小 触头间的金属蒸气密度也逐渐减小 电弧电流过零时 电弧暂时熄灭 触头周围的金属离子迅速扩散 凝结在屏蔽罩内壁上 触头间的介质强度迅速恢复 电流过零后 外加电压虽然恢复 但触头间隙不会再被击穿 真空电弧在电流第一次过零时就能完全熄灭 图4 8真空断路器灭弧室结构1 静触头2 动触头3 屏蔽罩4 波纹管5 与外壳接地的金属法兰盘6 波纹管屏蔽罩 170 4 真空断路器小结 绝缘性能好 触头的开距可以做得很小只需配置操作功小的操动机构灭弧能力强 适用于频繁操作的场合结构简单 维修工作量小 无火灾危险和无环境污染在10kV电力系统中逐步取代少油断路器 171 ZN28 12户内高压真空断路器系额定电压12kV 三相交流50Hz的户内高压开关设备 主要装在GG 1A F XGN2等型开关柜中 在工矿企业 发电厂及变电站等输配电系统中起保护和控制作用 尤其适用于操作频繁的线路 这里介绍ZN28A 12型真空断路器 172 ZN28A 12型系列真空断路器可配用CD10 CD17 CD19电磁操动机构或CT8型弹簧操动机构 173 174 真空断路器的发展状况 目前国际上 真空断路器的设计 制造领域里逐步形成了以德国西门子公司为代表的空气绝缘产品和以ABB公司为代表的复合绝缘产品的两大派别 西门子公司的产品有3AF 3AG及3AH等系列产品 ABB公司的代表产品有VD4 175 在借鉴国外同类产品的基础上开发的产品 如 ZN63 12和ZN65 12分别效仿ABB的VD4和西门子3AH 自行设计的产品 如 ZN15 12 ZN28 12 ZN30 12等 国内生产的真空断路器归纳起来大致可分为三类 引进技术并国产化的产品 如ZN12 12 引进西门子3AF ZN18 12 引进日本东芝公司VK系列产品 ZN21 12 引进比利时EIB公司的产品技术 ZN67 12 引进日本三菱电机VPR型真空断路器等 176 ZN63A 12 VS1 户内交流高压真空断路器 177 ZN28A 12系列户内交流高压真空断路器 178 VD4型 179 180 ZW10 12户外高压真空断路器 181 六氟化硫 SF6 断路器是利用SF6气体作灭弧和绝缘介质的断路器 3 SF6断路器 SF6是一种无色 无味 无毒且不易燃烧的惰性气体 在150 以下时 其化学性能相当稳定 由于SF6中不含碳 C 元素 对于灭弧和绝缘介质来说 具有极为优越的特性 SF6也不含氧 O 元素 不存在触头氧化问题 SF6具有优良的电绝缘性能 在电流过零时 电弧暂时熄灭后 SF6能迅速恢复绝缘强度 从而使电弧很快熄灭 182 在电弧的高温作用下 SF6会分解出氟 F2 具有较强的腐蚀性和毒性 且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 因此 SF6断路器的触头一般都设计成具有自动净化的作用 这些氟化物在电弧熄灭后的极短时间内能自动还原 对残余杂质可用特殊的吸附剂清除 基本上对人体和设备没有什么危害 SF6的缺点 SF6断路器灭弧室的结构形式有压气式 自能灭弧式 旋弧式 热膨胀式 和混合灭弧式 我国生产的LN1 LN2型SF6断路器为压气式灭弧结构 LW3型户外式SF6断路器采用旋弧式灭弧结构 SF6断路器的操动机构主要采用弹簧 液压操动机构 SF6断路器灭弧室的结构 183 1 SF6断路器灭弧装置 按能量分 外能 自能 双压式 单压式 气吹式 旋弧式 184 1 外能式灭弧装置 单压式灭弧装置 静触头 动触头 185 2 自能式灭弧装置 气吹灭弧装置 喷口 动触头 主气室 气孔 气缸 辅助气室 止逆阀 静触头 止逆阀 186 LW6B 252断路器 187 LW12 500型落地罐式断路器 金属罐 盆式支持绝缘子 188 SF6断路器小结 绝缘性能和灭弧性能优良单柱双断口的结构检修周期长 无火灾的危险在110kV及以上系统取代油断路器 189 LW8 40 5型户外交流高压六氟化硫断路器 190 LW 126 3150 40型户外自能式SF6断路器 LW口 126 3150 40型户外自能式SF6断路器适用于额定频率50HZ 额定电压110KV的电力系统中 是电力系统的控制和保护设备 也可以作为联络断路器使用 灭弧室采用最先进的自能与压气混合式结构 效率高 操作功小 产品配用CTB 1型弹簧操动机构 分闸和合闸弹簧集中在一起 结构紧凑 安全可靠 便于检修 191 LW33 126 T3150 31 5型六氟化硫瓷柱式断路器 192 193 LW11系列六氟化硫瓷柱式断路器 194 LW33 72 5 T2500 31 5型六氟化硫瓷柱式断路器 瓷柱式 195 SF6断路器具有断流能力强 灭弧速度快 电绝缘性能好 检修周期长等优点 适用于需频繁操作及有易燃易爆危险的场所 但要求加工精度高 对其密封性能要求更严 价格昂贵 少油断路器具有重量轻 体积小 节约油和钢材 价格低等优点 但不能频繁操作 用于6 35kV的室内配电装置 真空断路器具有不爆炸 噪音低 体积小 重量轻 寿命长 结构简单 无污染 可靠性高等优点 因此 在35kV配电系统及以下电压等级中处于主导地位 但价格昂贵 断路器类型小结 196 4 压缩空气断路器 利用高压空气吹动电弧并使其熄灭的断路器 特点和应用压缩空气断路器自40年代问世以来 在50 60年代迅速发展 广泛用于高压和超高压的电力系统中 其主要特点是 动作快 开断时间短 70年代已使用一周波断路器 这在很大程度上提高了电力系统的稳定性 具有较高的开断能力 可以满足电力系统所提出的较高额定参数和性能要求 可以采用积木式结构 系列性强 197 压缩空气断路器的主要构成部分是灭弧室 按压缩空气吹弧方式 断路器灭弧室分为横吹和纵吹两种 在实际应用中 通常是两种吹弧方式同时存在 但以一种吹弧方式为主 灭弧室的几种基本形式见图 分类 由于出现了结构简单 灭弧性能良好和电寿命长的六氟化硫断路器 使得压缩空气断路器的使用范围缩小 但北欧等一些高寒地区 由于SF6气体液化和开断能力降低 降低20 左右 等原因 有些国家在高压 超高压电网中还在使用压缩空气断路器 此外 大容量发电机断路器 要求开断容量大 动作迅速 现在还广泛应用压缩空气断路器 198 其工作时 高速气流吹弧对弧柱产生强烈的散热和冷却作用 使弧柱热电离 并迅速减弱以至消失 电弧熄灭后 电弧间隙即由新鲜的压缩空气补充 介电强度迅速恢复 灭弧原理 199 2 电磁操作机构 CD 能手动和远距离跳合闸 适于自动化 结构简单 零件数量少 工作可靠 制造成本低 但需直流操作电源 操作功率很大 影响到合闸速度的提高及机电寿命 七 断路器操作机构 1 分类 1 手动操作机构 CS 能手动和远距离跳闸 但只能手动合闸 不能自动合闸 操作电源为交流 200 能手动和远距离跳合闸 合闸弹簧的储能方式为电机储能 断路器的合 分操作仅由功率很小的电磁铁控制 所以对直流电源的要求不高 还可用交流电源操作 其速度特性和使用寿命都得到很大程度的改善 结构比较复杂 零件数量多 且要求加工精度高 制造工艺复杂