电工原理与电气设备02课件

1、电工原理与电气设备第二章 电气设备主讲人：赵凤遥2009年11月电工原理与电气设备第二章 电气设备主讲人：赵凤遥2.1 概述2.1.1 电气设备的分类一、一次设备直接与发供电电路相连接的电气设备称为一次设备，如： 1、进行电能生产和转换的电气设备。 发电机、变压器、电动机。 2、接通和断开电路的开关设备。 断路器、隔离开关、自动空气开关等。 3、限制电流或防止过电压的设备。 限流电抗器、起动电抗器、避雷器、消弧线圈、熔断器等。 4、变换电路电气量，反应给保护、监测装置，并使之与高电压隔离的设备。 电压互感器、电流互感器等。 5、用以连接电路中各种电气设备的载流体。 6、接地装置。 工作接地、保

2、护接地、防雷接地等。2.1 概述2.1.1 电气设备的分类一、一次设备二、二次设备 对电气一次设备进行监视、测量和操纵控制的辅助设备称为二次设备，主要包括： 1、用以反映不正常状态，作用于信号以通知值班人员；或反映故障状态，作用于开关电器的操作机构以切除故障的设备。 各种继电器、信号装置等。 2、用以对电路的参数进行测量、监视的装置。 各种测量仪表、录波装置等。 3、用于操纵、控制电器的设备以及自动、远动装置。 控制开关，自动调压、调频装置，遥测、遥控、遥信装置等。 4、用于连接二次设备的导体。 控制电缆、小母线、连接线等。 二、二次设备2.1.2 电气设备的基本要求 1、安全可靠的绝缘。 2

3、、必要的载流能力。 3、良好的机械性能。 4、较高的通断能力、必要的电寿命、完善的保护功能。5、直流设备：供给直流操作、保护、控制、监测设备供电和供给事故照明用的设备。 直流发电机组、整流装置、蓄电池等。2.1.2 电气设备的基本要求 1、安全可靠的绝缘。5、直2.2 水轮发电机 2.2.1 水轮发电机的结构 水轮发电机组 =水轮机+(轴承)+发电机2.2 水轮发电机 2.2.1 水轮发电机的结构 水轮机主要结构： （1）蜗壳 （2）座环 （3）导水机构 （4）转轮 （5）尾水管 （6）主轴和轴承蜗壳导水机构座环水轮机主要结构：蜗壳导水机构座环转轮轴流式水轮机转轮轴流式水轮机转轮转轮轴流式轴流

4、式尾水管混流式水轮机模型尾水管尾水管混流式水轮机模型尾水管发电机主要结构： （1）转子 （2）定子 （3）推力轴承 （4）导轴承 （5）上下机架 （6）励磁机 （7）永磁发电机 （8）制动闸 （9）冷却装置发电机主要结构：（1）转子 发电机转子是产生磁场的转动部件，由主轴、支架、磁轭、磁极等组成 。1-主轴 2-轮毂 3-转臂 4-磁轭 转子的磁极对数决定转速。公式为： 5-压板 6-风扇 7-磁极 8-制动闸板（1）转子1-主轴 2-轮毂 3-转臂 4-磁轭 转转子圆盘式转子支架轮辐式转子支架转子转子圆盘式转子支架轮辐式转子支架转子（2）定子 发电机定子是产生电能的部件，主要由铁芯、绕组、机

5、座三部分组成。 （2）定子积石峡水电站1号机定子顺利吊装积石峡水电站（3）推力轴承 承受机组转动部分的竖直荷载。（4）导轴承 承受机组转动部分的水平荷载。 （3）推力轴承（5）上下机架 传递竖向、水平力及力矩。（5）上下机架（6）励磁机 供给发电机励磁电流的直流发电机。 由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。发电机获得励磁电流的几种方式 a、直流发电机供电的励磁方式 b、交流励磁机供电的励磁方式 c、无励磁机的励磁方式。 励磁系统主要作用：1）根据发电机负荷的变化调节励磁电流，维持机端电压为给定值；2）控制并列运行各发电机间无功功率分配；3）提高发电机并列运行的静态稳定性和暂态稳定性；4

6、）发电机内部出现故障时进行灭磁，减小故障损失程度；5）根据运行要求对发电机实行最大及最小励磁限制。 （6）励磁机（7）永磁发电机 是和转子同轴旋转的三相交流同步发电机，其磁场来自永磁体， 主要作用是为调速器提供转速信号，调节水轮机转速。（8）冷却系统。 水轮发电机通常采用空气作为冷却介质对定子、转子绕组以及定子铁芯进行冷却。（9）制动闸。 发电机开机、停机及检修的辅助机械设备。 一般用低压系统压缩空气作为动力驱动。（7）永磁发电机水轮发电机与汽轮发电机相比，其特点为： （1）转速较低。受水头所限，转速一般多750r/min以下，有的只有几十转每分。 （2）磁极数较多。因为转速较低，为要发出50

7、Hz的电能就需增加磁极对数，以使切割定子绕组的磁场每秒钟仍能变化50次。 （3）结构尺寸和重量都大。一方面是由于转速较低；另一方面则是当机组发生甩负荷时，为了避免产生强大的水锤造成钢管破裂，要求导叶紧急关闭时间较长，但这又会引起机组转速上升过高因此要求转子具有较大的重量，使之有较大的惰性。 （4）一般采用竖轴。为减少占地，降低厂房造价，大中型水轮发电机一般采用竖轴。水轮发电机与汽轮发电机相比，其特点为：2.2.2 水轮发电机的类型 支撑方式 卧式结构 立式结构 贯流式机组推力轴承安放方式 悬式发电机 伞式发电机2.2.2 水轮发电机的类型 推力轴承安放方式 （1）悬式发电机 推力轴承位于转子上

8、方，支承在上机架上。 发电机传力方式：转动部分重量(发电机转子、水轮机转轮推力头推力轴承定子外壳机座；固定部分重量(推力轴承、上机架、发电机定子、励磁机定子) 定子外壳机座。（1）悬式发电机 （2）伞式发电机 推力轴承位于转子下方，设在下机架上。 发电机的传力方式为： 机组转动部分的重量推力头和推力轴承 下机架机座。 上机架只支撑上导轴承和励磁机定子。 类型： 1.普通伞式： 有上下导轴承 2.半伞式: 有上导轴承，无下导轴承 3.全伞式: 无上导轴承，有下导轴承 普通伞式 半伞式 全伞式 （2）伞式发电机 普通伞式 半伞式 全伞式 2.2.4 水轮发电机的型号主要技术参数 一、型号 旧型号

9、新型号2.2.4 水轮发电机的型号主要技术参数 一、型号二、主要技术参数 1、额定电压：发电机额定工况运行时的线电压。 6.3kV、10.5kV、13.8kV、15.75kV、18kV 额定容量：额定转速、电压、功率因素时，最大有功 功率。 额定电流：额定容量和额定电压决定的线电流。 额定功率因素：一般为0.8。 额定转速：由磁极对数确定。 额定效率：额定工况运行时的发电机效率。二、主要技术参数三、同步发电机的并联运行1、发电机的并联运行 同电站多台机组通过母线共同向负载供电。 机组和“无限大电网”并列运行。2、发电机的并列条件 （1）发电机频率电网频率 （2）发电机电压电网电压 （3）发电机

10、电压和电网电压相位、波形相同 （4）发电机和电网相序相同3、并列的方法 （1）准确同步法 （2）自同步法三、同步发电机的并联运行2.3 电力变压器 2.3.1 作用及分类 作用： 升压 降压分类： 根据电力变压器的用途和结构等特点可分如下几类： (1)按用途分有：升压变压器；降压变压器；整流变压器。 (2)按相数分有：单相变压器；三相变压器。 (3)按绕组分有：单绕组变压器（为两级电压的自耦变压器）；双绕组变压器；三绕组变压器。 (4)按绕组材料分：铜线变压器；铝线变压器。 (5)按调压方式分：无载调压变压器；有载调压变压器。 (6)从密封情况：开放型、密封型、灌封型 。2.3 电力变压器 2

11、.3.1 作用及分类分类：10kV级S9型（7）按冷却介质和冷却方式分： a）油浸式变压器。 依靠油作冷却介质，如油浸自冷、油浸风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷等 。 b）干式变压器。依靠空气对流进行冷却，大多为小容量配电变压器，用于局部照明、电子线路等。10kV级S9型（7）按冷却介质和冷却方式分：2.3.2 变压器工作原理 变压器是基于电磁感应原理而工作的。 变压器本体主要由绕组和铁心组成。工作时，绕组是“电”的通路，而铁心则是“磁”的通路，且起绕组骨架的作用。一次侧输入电能后，其交变电流在铁心内产生交变磁场（即由电能变成磁场能）；由于匝链穿透，二次绕组的磁力线在不断地交替变化，所以感

12、应出二次电动势，当外电路接通时，则产生感应电流，向外输出电能（即由磁场能又转变成电能）。这种建立在电磁感应原理基础上的“电磁电”的转换过程，即变压器的工作过程。2.3.2 变压器工作原理 变压器是基于电磁感应原理变压器2.3.3 变压器结构 与器身构造器身铁心绕组引线（包括调压装置、引线夹件等）绝缘附件（包括油枕、油门闸阀等）油箱本体油箱冷却装置（包括散热器、风扇、油泵等）保护装置（包括防爆阀、气体继电器、测 温元件、呼吸器等）出线装置（包括套管等）变2.3.3 变压器结构 与器身构造器身铁心一、油浸式变压器外形结构图1-铭牌2-信号式温度计3-吸湿器4-油表5-储油柜6-安全气道7-气体继电

13、器8-高压套管9-低压套管10-分接开关11-油箱12-放油阀门13-器身14-接地板15-小车一、油浸式变压器外形结构图变压器的主要组成部分及其作用1、铁芯：变压器的磁路部分。 用导磁性能很好的硅钢片叠放组成闭合磁路，变压器的原副线圈都绕在铁芯上。2、绕组：变压器的电路部分。 变压器有原线圈和副线圈，一般用铜线或铝线绕成同心圆筒，绕在铁芯柱上，导线外边采用纸绝缘或纱包绝缘。 3、套管：对引出线之间及引出线、变压器箱体之间绝缘。 并将绕组引出线引出油箱之外。4、油枕：起储油及补油作用，保证油箱内充满油，缩少与空气的接触面，减少油的劣化速度；侧面装有油位计。油枕内放置气囊，与呼吸器配合调节油位变

14、化。高压套管低压套管变压器的主要组成部分 变压器有原线圈和副线圈，一般用铜线或5、油箱：承载铁芯、线圈和 变压器油。 6、变压器油：绝缘及冷却。7、调压装置：调整电压比。 a、有载调压：变压器带负载状态下可切换分接头位置； b、无载调压：变压器调压时不带任何负载，且与电网断开，在无励磁情况下变换绕组分接头。 8、净油器：改善运行中绝缘油特性，防止绝缘油继续老化。净油器内装吸附硅胶，吸收油中水份及氧化物，使油保持洁净，延长油的使用年限，改善油的电气化学性能。9、冷却器：当变压器上层油温与下部油温产生温差时，通过散热器形成油的对流，经散热器冷却后流回油箱，起到降低变压器温度的作用。 5、油箱：承载

15、铁芯、线圈和10、呼吸器：即吸湿器。呼吸器内的干燥剂吸收空气中的水份，对空气起过滤作用，从而保证油的清洁。 呼吸器内的硅胶变色过程：蓝色淡紫色淡粉红。11、瓦斯继电器 变压器保护装置，装在变压器油箱至油枕的连接管上。 a、重瓦斯：通过检测，油流速度达到一定值时动作。 b、轻瓦斯：通过检测，瓦斯继电器中积聚气体达到一定量时动作。 12、防爆阀 当变压器发生内部故障时，温度升高，油剧烈分解产生大量气体，油箱内压力剧增，当压力达到防爆阀动作值时，防爆阀打开，放出部分油、气，防止变压器油箱爆炸或变形。10、呼吸器：即吸湿器。呼吸器内的干燥剂吸收空气中的水份，对1、高压绕组间绝缘、绕组对地（铁心、油箱）

16、绝缘；2、各相间的绝缘；3、引出线对地和其它绕组的绝缘；4、分接开关对地和其它绕组的绝缘。1、同一绕组中的不同点，如线饼间、层间、线匝间的绝缘；2、同一绕组的各引出线间的绝缘；3、分接开关各部分的绝缘。主绝缘纵绝缘绕组绝缘引线和分接开关的绝缘套管内部的绝缘套管内部闪络和泄漏距离空气气隙内绝缘外绝缘变压器绝缘变压器绝缘 变压器的绝缘分为外绝缘和内绝缘两种：外绝缘指的是油箱外部的绝缘，主要是一次、二次绕组引出线的瓷套管，它构成了相与相之间和相对地的绝缘；内绝缘指的是油箱内部绝缘，主要是绕组绝缘和内部引线的绝缘以及分接开关的绝缘等 。1、高压绕组间绝缘、绕组对地（铁心、油箱）绝缘；1、同一绕组变压器

17、绝缘等级 变压器的绝缘等级，并不是绝缘强度的概念，而是允许温升的标准，即绝缘等级是指其所用绝缘材料的耐热等级，分A、E、B、F、H五级。各绝缘等级具体允许温升标准如下： A级 E级 B级 F级 H级 最高允许温度（） 105 120 130 155 180 绕组温升限值（K） 60 75 80 100 125 性能参考温度（） 80 95 100 120 145 变压器绝缘等级 变压器的绝缘等级，并不是绝缘强度的概二、干式变压器发展分类 ：（1）浸渍式。 （2）环氧浇注式。 （3）开敞通风式。 性能特点（1）维修工作量小；免维护。（2）防火、防爆、阻燃，对环境具有良好的适应性。（3）过载及抗短

18、路能力强。（4）设计精巧，占地面积小，安装简便。（5）过电压时具有很强的绝缘能力。（6）节能，低损耗。（7）可安装在环境恶劣的场合。 （8）低噪音。（9）可自然风冷和强迫风冷。 强迫风冷时，可使额定容量提高近50%。干式电力变压器外观结构图二、干式变压器发展性能特点（1）维修工作量小；免维护。（环氧浇注式变压器结构特点：（1）高、低压绕组全部采用铜带(箔)绕成；（2）高、低压绕组全部在真空中浇注环氧树脂并固化，构成高强度玻璃钢体结构；（3）高、低压绕组根据散热要求设有纵向通风气道；（4）铁心采用优质高导磁低损耗冷轧晶粒取向硅钢片制造、45全斜接缝，步进叠装结构。（5）线圈内、外表面由玻璃纤维网

19、格布增强； （6）绝缘等级有、级； （7）环氧树脂干式变压器体积小、重量轻； （8）高、低压线圈与铁心组装时，均有弹性支承，整体结构具有减振功能和很好的抗短路冲击性能。环氧浇注式变压器结构特点：干式变压器主要应用场所： （1）城市及大型工矿区要求防火、防爆的场所，如高层建筑、地下建筑、机场、交通枢纽、通讯与信息中心、重要市政设施，城市人口密集区、商业中心等处的610kV配电变压器以及35kV电力变压器。（2）火电厂、水电厂、核电厂的自用电变压器、发电机的励磁变压器。（3）部分化工、冶金企业的整流变压器与冶金电炉变压器。（4）地下铁道等的牵引变压器。（5）其他不宜于采用油浸变压器的场所。干式变压

20、器主要应用场所： 三峡水电站主变压器 绕组：低压绕组是两层绕组，它由并联铜绞合线用环氧树脂粘结而成。导线的绝缘用热稳定纸构成。采取针对性油冷却，保证绕组和油之间均匀散热。550kV高压绕组为油导向(OD)冷却饼绕组，带有中间输入端和调压绕组，绕组环氧树脂粘结的绞股线亦由热稳定纸绝缘。 冷却设备：由6个单个元件组成的水双管冷却器是专为高度污染的冷却水设计的。 每台变压器长10.8米，宽4.2米，高4.9米，重达381.5吨。 该主变压器能将20kV电压升至550kV，是目前世界上最大的机组主变压器。 铁芯：为5柱式，用激光照射过的HiiBi钢片叠积而成。芯柱同样用玻纤带捆绑，外部铁片包分成多个。

21、铁轭压板间的拉伸杆柱是非磁性的，以避免甩负荷时形成发热点。铁芯重约260t，用16只圆柱/柱销装置同箱体连接。三峡左岸厂房840MVA主变压器 三峡水电站主变压器 绕组：低压绕组是两层绕组，它由并 将变压器器身、高压负荷开关、熔断器及高低压连线放置在全密封的油箱内，用变压器油作为带电部分相间及对地的绝缘介质的一种新型配电设备。 组合式变压器具有成套性强、体积小、占地少，能深入负荷中心、提高供电质量、减少线路损耗，缩短送电周期，选址灵活、对环境适应性强，且能美化城市环境、安装方便、运行可靠及投资少、见效快等优点。 组合式变压器适用于城市公共配电、高层建筑、住宅小区、公园、高速公路等，还适用于油田

22、、工矿企业及施工场所等，是城市电网建设与改造的必需设备。三、组合式变压器 将变压器器身、高压负荷开关、熔断器及高低压连线放置在 组合式电力变压器的结构特点 （1）全绝缘、全密封结构、可免维护、 安装方便。 （2）体积小，占地面积少，美化城市环境。 （3）低损耗，低噪音，低温升，超铭牌容量负载能力大，抗突发短路能力强，性能优越。 （4）采用高品质钢板制作配电柜，提高产品的防腐能力，可确保产品30年不生锈。 外观结构图高压柜低压柜 组合式电力变压器的结构特点 （1）全绝缘、全密封结构2.3.4 变压器的过负荷能力 正常过负荷能力是以不牺牲其正常寿命为原则而制定的。即在整个时间间隔内，只要做到变压器

23、绝缘老化率小于或等于1即可，且满足以下条件： （1）过负荷期间，绕组最热点的温度不得超过140，上层油温不得超过95； （2）变压器的最大过负荷不得超过额定负荷的50%。 事故过负荷也称急救负荷，是在较短的时间内，让变压器多带一些负荷，以作急用。 为保证可靠性，在确定变压器事故过负荷的允许值时，一般事故过负荷时绕组最热点的温度也不得超过140，负荷电流不得超过额定值2倍。2.3.4 变压器的过负荷能力2.3.5 变压器的并列运行 变压器并列运行的优点 （1）提高供电可靠性，当一台退出运行时，其他变压器仍可照常供电。 （2）提高运行经济性，在低负荷时，可停运部分变压器，从而减少能量损耗，提高系统

24、的运行效率，并改善系统的功率因数，保证经济运行。 （3）减小备用容量，为了保证供电，必需设置备用容量，变压器并列运用可使单台变压器容量较小，从而做到减小备用容量。2.3.5 变压器的并列运行 变压器并列运变压器并列运行的条件 变压器并列运行时，通常希望它们之间无平衡电流；负荷分配与额定容量成正比，与短路阻抗成反比；负荷电流的相位相互一致。要做到上述几点，并列运行的变压器就必须满足以下条件： （1）具有相等的一、二次电压，即变比相等； （2）额定短路电压相等； （3）绕组连接组别相同，即极性相同、相位相同； （4）容量比不大于31。 上述四个条件中，第一条和第二条往往不可能做到绝对相等，一般规定

25、变比的偏差不得超过 0.5% ，额定短路电压的偏差不得超过10%。变压器并列运行的条件 变压器并列运行时，通常希望 变比不同的变压器并列运行 因变比不同，变压器二次侧的电动势不相等，并在变压器二次绕组和一次绕组的闭合回路中产生平衡电流。 当变压器有负荷时，平衡电流叠加在负荷电流上。这时一台变压器的负荷减轻，另一台变压器的负荷则加重。所以变比不同的变压器并列运行时，有可能产生过负荷现象，如果增大后的负荷超过其额定负荷时，则必须校验其过负荷能力是否在允许范围内。 变比不同的变压器并列运行 因变比不同，变2.3.6 变压器铭牌及技术参数（一）变压器的型号 变压器的型号分两部分，前部分由汉语拼音字母组

26、成，代表变压器的类别、结构特征和用途，后一部分由数字组成，表示产品的容量（KVA）和高压绕组电压（KV）等级。汉语拼音字母含义如下：第1部分表示相数。 D单相（或强迫导向）；S三相第2部分表示冷却方式。 J油浸自冷；F油浸风冷； FP强迫油循环风冷； SP强迫油循环水冷。第3部分表示电压级数。 S三级电压；无S表示两级电压其他：O全绝缘；L铝线圈或防雷；O自耦（在首位时表示降压自耦，在末位时表示升压自耦）；Z有载调压； TH湿热带（防护类型代号）；TA干热带（防护类型代号） 例如：SFSL20800/110型变压器系三相、油浸风冷、三绕组、铝绕组、20800kVA、高压侧电压等级为110kV。

27、2.3.6 变压器铭牌及技术参数（一）变压器的型号 （二）变压器的技术参数 （1）额定容量（SN） 指在规定的在额定工作状态（即在额定电压、额定频率、额定使用条件）下变压器输出的视在功率，以SN表示，单位为VA或kVA。 额定容量通常是指高压绕组的容量；当变压器容量因冷却方式而变更时，则额定容量是指它的最大容量。（2）额定电流（I1、I2） 变压器一、二次额定电流是指在额定电压和额定环境温度下使变压器各部分不超温的一、二次绕组长期允许通过的线电流，单位A。（3）额定电压（U1N，U2N） 变压器的额定电压就是各绕组的额定电压，是指额定施加的或空载时产生的电压。一次额定电压U1N是指接到变压器一

28、次绕组端点的额定电压值；二次额定电压U2N是指当一次绕组所接的电压为额定值、分接开关放在额定分触头位置上，变压器空载时二次绕组的电压（单位为V或KV）。 三相变压器的额定电压指的均是线电压。（二）变压器的技术参数 （4）阻抗电压（短路阻抗） 阻抗电压也称短路电压（Uz%），它表示变压器通过额定电流时在变压器自身阻抗上所产生的电压损耗百分值。 （5）空载电流（I0） 变压器一次侧施加额定电压，二次侧断开运行时称为空载运行，这时一次绕组中通过的电流称空载电流，它主要用于产生磁通，以形成平衡外施电压的反电动势，因此空载电流可看成励磁电流。 变压器容量大小、磁路结构和硅钢片的质量好坏，是决定空载电流的

29、主要因素。（6）空载损耗（P0） 空载电流的有功分量I0a为损耗电流，由电源所汲取的有功功率称空载损耗P0 。空载损耗主要决定于铁心材质的单位损耗 。 （7）短路损耗（Pf） 指变压器二次侧短接、一次绕组通过额定电流时，变压器由电源所汲取（消耗）的功率（单位为W或KW）。 （8）连接组别 表示变压器各相绕组的连接方式和一、二次线电压之间的相位关系。符号顺序由左至右各代表一、二次绕组的连接方式，数字表示两个绕组的连接组号。一般的高压变压器基本都是Yn，Y接线。（4）阻抗电压（短路阻抗） 2.4 开关电器 开关电器的作用： 开关电器是发电厂、变电所以及各类配电装置中不可缺少的电气设备，它们的作用是

30、： （1）正常工作情况下可靠地接通或断开电路； （2）在改变运行方式时灵活地进行切换操作； （3）当系统中发生故障时迅速切除故障部分，以保证非故障部分的正常运行； （4）设备检修时隔离带电部分，以保证工作人员的安全。 常用的开关电器： 断路器、隔离开关、熔断器、自动空气开关等。2.4 开关电器 开关电器的作用： 1. 电弧的概念：当开关电器开断电路时，电压和电流达到一定值时，触头刚刚分离后，触头之间就会产生强烈的白光，称为电弧。 2.电弧的特点：导电性强、能量集中、温度高、亮度大、质量轻、易变性等。 3.电弧的本质：电弧的实质是一种高温、强光的电游离现象，是一种气体放电现象。 4. 电弧放电的

31、特征 （1）电弧由三部分组成：阴极区、阳极区和弧柱区。 （2）电弧温度很高。 （3）电弧是一种自持放电现象。 （4）电弧是一束游离的的气体。2.4.1 电弧的基本概念 1. 电弧的概念：当开关电器开断电路时，电压和电流达到一定5. 电弧的危害 （1）电弧的存在延长了开关电器开断故障电路的时间，加重了电力系统短路故障的危害。 （2）电弧产生的高温，将使触头表面熔化和蒸化，烧坏绝缘材料，损坏电气设备。 （3）电弧可使电气设备中绝缘油强烈分解，引起充油电气设备着火甚至爆炸。 （4）由于电弧在电动力、热力作用下能移动，很容易造成飞弧短路和伤人，或引起事故的扩大。 （5）电弧可能熔焊，破坏电器设备正常工

32、作；亦会产生高次谐波，干扰附近通信。电弧的利用 电焊弧、电弧冶炼、弧光灯等；电气设备可借助电弧防止产生过电压和限制故障电流。 5. 电弧的危害电弧的利用6、电弧的产生（1）强电场发射电子 开关电器分闸的瞬间，由于动、静触头距离很小，触头间电场强度很大 ，使触头内部的电子在强电场作用下被拉出来 ，就形成强电场发射。（2）热电子发射 当断路器的动、静触头分离时，触头间的接触压力及接触面积逐渐缩小，接触电阻增大，使接触部位剧烈发热，导致阴极表面温度急剧升高而发射电子 ，形成热电子发射。（3）碰撞游离 从阴极表面发射出的电子在电场力作用下高速向阳极运动，运动过程中不断地与中性质点（分子或原子）发生碰撞

33、。当电子动能足够大时，就会从中性质点打出一个或多个电子，使中性质点游离。（4）热游离 弧柱中气体分子在高温作用下产生剧烈热运动，动能很大的中性质点互相碰撞时，将被游离而形成电子和正离子，称为热游离。6、电弧的产生7、电弧的熄灭 游离是在外施电压和电弧电流的作用下，电子和离子不断产生的过程，这也是电弧产生和维持的过程。与此同时，在弧柱中还存在与游离相反的电子和离子消失的过程，它企图使电弧电流减小，以至熄灭，称之为去游离。 弧隙的去游离主要靠复合和扩散两种形式进行。a、复合 弧柱中带正电和带负电的质点，运动中互相接触后结合成中性质点的过程，叫做复合。 在弧柱中进行复合的带电质点，主要是正负离子。而

34、电子由于其运动速度很快，约为离子运动速度的1000倍，与正离子直接复合的可能性很小。在气体内，复合借助与中性质点进行，即电子在运动中首先附着在中性质点上，形成负离子。然后，与质量和运动速度大致相等的正负离子相互吸引、接触而形成中性分子。 7、电弧的熄灭影响复合的主要因素：（1）电场强度越小，离子运动速度也越小，复合的机会就较多，所以当交流电压过零时，或者将电弧拉长，使弧隙间电场强度减小时，都可使复合加强。（2）温度降低，带电质点的运动速度就减小，复合亦就加强，因此冷却也是加强复合的有效措施。（3）电弧与固体介质表面接触，电子首先使介质表面带电，然后将正离子吸引到代负电的介质表面上强烈复合，使复

35、合过程得到加强。（4）在电极附近复合较强，将电弧分割成几个短电弧时，将增加电极数，也会使弧柱中的复合加强。 影响复合的主要因素：b、扩散 弧柱中带电的质点从电弧内部逸出进入周围介质中去的现象，称为扩散。 扩散的原因：一是由于电弧和周围介质中离子的浓度存在差别，二是由于电弧和周围介质中离子的温度存在差别。 扩散使电弧中的正离子减少，使电弧电导减小，有利于熄灭电弧。若用较冷的和新鲜的未被游离的气体吹动电弧，使电弧在周围介质中移动，增加电弧和周围介质的温度差，同时使电弧不断的与新鲜气体介质接触，加强电弧的扩散作用，增加去游离，有利于熄弧。 大多数开关电器的灭弧装置，都是采用加强弧隙介质强度的恢复措施

36、，使交流电弧电流过零值时熄灭。 b、扩散8、开关设备常用的灭弧方法 （1）利用气体或油吹弧吹弧方向分为： 纵吹 横吹 纵横吹吹弧气流产生方法： 用油气吹弧 用压缩空气或SF6吹弧 产气管吹弧8、开关设备常用的灭弧方法 吹弧方向分为：吹弧气流产生方法（2）将长电弧分割为短电弧 由于受到电磁力的作用，电弧从金属栅片的缺口处被引入金属栅片内，一束长弧就分割成多个串联短弧。如果外加电压不足以维持全部短电弧时，电弧即迅速熄灭。（3）加快触头分开速度，迅速拉长电弧 交流电路中每隔半个周期，电流进过一次零值，电弧暂时熄灭，此时如触头距离拉开比较大，电弧就不会重新点燃。另外，迅速拉长电弧，有利于迅速减小弧柱中

37、的电位梯度，增加电弧与周围介质的接触面积，加强冷却和扩散的作用。（2）将长电弧分割为短电弧 由于受到电磁力的作用，电弧（4）利用多断口灭弧 多断口使电弧的总长度加长，导致弧隙的电阻增加；电弧被拉长速度成倍增加，使弧隙电阻加速增大，提高了介质强度恢复速度，缩短了灭弧时间。加在每一断口上的电压成倍减少，降低了弧隙的恢复电压，亦有利于熄灭电弧。 采用多断口减小了触头行程，也减小了开关电器尺寸。（5）采用特殊灭弧介质 电弧中的去游离程度，在很大程度上取决于电弧周围介质的特性。氢气具有较好的灭弧特性，油断路器就是利用电弧的高温使油分解出大量氢气灭弧。水蒸气、CO2、空气灭弧性质次之。SF6是一种新型的惰

38、性气体灭弧介质。（4）利用多断口灭弧加在每一断口上的电压成倍减少，降低了弧隙（6）利用真空灭弧 真空中气体分子少，游离现象微弱，不易产生电弧，即使产生电弧也容易熄灭。 （7）采用特殊金属材料作灭弧触头 触头材料对电弧中的去游离有一定影响，用铜钨、银钨等熔点高、导热系数和热容量大的耐高温金属制作触头，可减少热电子发射和电弧中的金属蒸汽，从而减弱游离过程，有利于灭弧。（6）利用真空灭弧1. 触头的概念 电气触头是指两个或几个导体之间相互接触的部分，如母线或导线的接触连接处以及开关电器中的动、静触头。 触头一般由铜、黄铜和青铜等材料制成。为防止触头表面被氧化，一般需要采取镀锡、镀银和涂防腐漆和凡士林

39、油等措施加以防护。2. 对电气触头的基本要求 (1)结构可靠； (2)接触电阻小且稳定，导电性能和接触性能良好； (3)通过规定电流时，发热稳定而且不超过允许值； (4)通过短路电流时，有足够的动稳定性和热稳定性； (5)开断规定的短路电流时，触头不被灼伤，不发生熔焊。2.4.2 电气触头 1. 触头的概念2.4.2 电气触头 3. 触头的分类及结构 按接触面形式分类 （1）点接触 是指两个触头间的接触面为点接触的触头，如球面和平面接触、两个球面接触等。这种接触点较固定、接触电阻稳定、触头结构简单；但接触面积小不宜通过较大电流、热稳定性差。 （2）线接触 是指两个触头的接触面为线接触的触头，如

40、柱面与平面接触，或两个圆柱面间的接触等都属于线接触 。这种接触电阻较小，接触面比较稳定。 （3）面接触 是指两个平面或两个曲面的接触。在受到较大压力时，接触点数和实际接触面积仍比较小 。3. 触头的分类及结构 按接触面形式分类按结构形式分类（1）固定触头 固定触头是指连接导体之间不能相对移动的触头。 固定触头按其连接方式可分为可拆卸和不可拆卸两类。（2）可断触头 可断触头按其结构可分为对接式和插入式两大类。（3）可动触头 可动触头也叫滑动触头，指在工作中被连接的导体总是保持接触，能由一个接触面沿着另一个接触面滑动的触头。 按结构形式分类2.4.3 断路器一、断路器的作用及要求 主要作用： （1

41、）控制作用：用来接通或断开负荷电流； （2）保护作用：由继电保护装置控制其自动迅速地切断故障电路或故障设备，防止事故扩大。 基本要求： （1）足够的开断能力。 （2）尽快的动作时间。 （3）高度的工作可靠性。 （4）具有自动重合闸性能。 （5）结构简单，价格低廉，操作、检修方便。 （6）足够的机械强度，防火防爆，性能稳定。 2.4.3 断路器二、断路器分类 1、按绝缘介质分 4、按使用范围 油断路器 高压断路器 真空断路器 低压断路器 SF6断路器 压缩空气断路器 其它（磁吹断路器、产气断路器等） 2、按安装地点分 户内型 户外型 3、按操作性质分 手动操作 机械操作 电磁操作 二、断路器分类

42、三、不同断路器的结构及特点 断路器基本结构 通断元件：断路器的核心部分，由触头、导电部分、灭弧介质、灭弧室组成。中间传动机构：使断路器分闸、合闸并将断路器保持在合闸位置、用来将操动机构与通断元件联系起来的设备。绝缘支撑元件：保证带电部分与地的绝缘。操动机构：起控制通断元件作用。基座：分上、下基座，连接断路器与电动操作机构，由高强度、电气性能优良的绝缘材料压制而成。三、不同断路器的结构及特点 通断元件：断路器的核心部分，由操作机构合闸弹簧分 闸 弹 簧电 动 机行程开关储 能 指 示分 闸 指 示合闸指示操作机构合闸弹簧分 闸 弹 簧电 动 机行程开关储 能 指 （一）油断路器 （1）多油断路器

43、。 灭弧室装在接地金属箱中，用油量较多，油既用作灭弧介质又用作对地绝缘。 结构特点：结构简单，制造方便，便于在套管上加装电流互感器，配套性强；耗钢、耗油量大、体积大、重量重；属自能式灭弧结构。 技术特点：额定电流不易做得很大；110kV多油断路器开断小电流时，燃弧时间较长；开断电路的速度较慢；油量多，有发生爆炸和火灾的危险性。 运行维护特点：运行维护简单；噪声低；检修周期短；需配一套油处理装置。 使用：技术成熟，历史悠久，但体积庞大，消耗大量的钢材和变压器油，运输和安装均有较大困难，引起爆炸和火灾的危险性大，目前已趋于淘汰。 （一）油断路器 结构特点：结构简单，制造方便（2）少油断路器 少油断

44、路器主要由底架、绝缘子、传动系统、导电系统、触头、灭弧室、油气分离器、缓冲器及油面指示器等部分组成。 灭弧室装在与大地绝缘的油箱中。油箱既可用金属做成，也可以用绝缘材料制成。油仅作为灭弧介质和断口间绝缘用，而不作对地绝缘用，用油量少。 结构特点： 结构简单，制造方便，可配用各种操动机构；比多油断路器油量少、重量轻；采用积木式结构，便于制成各种电压等级产品。户外高压少油断路器（2）少油断路器 结构特点： 结构简单，制造方便，可配少油断路器 技术特点：开断电流大，10kV等级可通过加并联回路以提高额定电流；110kV及以上电压等级时采用积木结构；全开断时间较短；增加压油活塞装置加强机械油吹后，提高

45、开断电流的能力。 其缺点是燃弧时间长，动作慢，检修周期短，维修工作量大，受单元断口的电压限制，发展特高压等级有困难。 运行维护特点：运行经验丰富，易于维护；噪声低；油质容易劣化；需配备一套油处理装置；存在火灾危险。 应用：在电力系统中被广泛应用，但发展特高压等级有困难。户外少油断路器少油断路器 其缺点是燃弧时间长，动作慢，检修周期短，维（二）真空断路器 灭弧介质和灭弧后触头间隙的绝缘介质都是高真空。 结构主要包含三大部分：真空灭弧室、电磁或弹簧操动机构、支架及其他部件。 ZW32-12户外交流高压真空断路器陶瓷灭弧室 玻璃灭弧室 常用的真空灭弧室（二）真空断路器ZW32-12户外交流陶瓷灭弧室

46、 玻璃灭弧室真空断路器 结构特点：灭弧室材料及工艺要求高；体积小、重量轻；触头不易氧化；灭弧室机械强度比较差，不能承受较大的冲击振动。真空断路器 结构特点：灭弧室材料及工艺要求高；ZN65A 真空断路器 技术特点：可连续多次操作，开断性能好；灭弧迅速，开断时间短；开断电流及断口电压不易做得很高；无火灾危险；开距小，所需操作能量小；开断时产生的电弧能量小；灭弧室的机械寿命和电气寿命都很高。 运行维护特点：运行维护简单，灭弧室不需要检修；噪声低；运行费用低；无火灾和爆炸危险。 应 用：因其具有体积小、重量轻、适用于频繁操作、灭弧不用检修的优点，在配电网中应用较为普及。目前正向大容量化发展，能满足电

47、力发展的需要。 ZN65A 真空断路器 技术特点：可连续多次操作，开断（三）SF6断路器 SF6断路器是利用SF6气体为绝缘介质和灭弧介质的无油化开关设备，其绝缘性能和灭弧特性都大大高于油断路器。 SF6气体物理化学性质 SF6原子量为146，密度大约是空气的五倍。在常温下无色、无味、无毒且透明的惰性气体，不可燃、不助燃，非常稳定，通常情况下很难分解，既不溶于变压器油也不溶于水。 LW36-126型户外高压SF6断路器 在电弧放电时，SF6将分解为金属氟化物及SF2 、SF3、 SF4等。当SF6中含有水分时，可能生成HF或SO2 ，对金属材料、绝缘材料都有很强的腐蚀性。（三）SF6断路器 L

48、W36-126型 在电弧放电时，SF6的绝缘和灭弧性能 绝缘性能：SF6 绝缘性能稳定，不会老化变质。当气压增大时，其绝缘性能随之提高。1大气压下SF6绝缘能力超过空气2倍；3大气压 SF6的绝缘能力和变压器油相当。 OHB中压户外SF6断路器 灭弧性能： SF6分解时吸收能量多，对弧柱冷却作用强；SF6气体电压梯度比空气小3倍，电弧电压低，对灭弧有利；电弧电流过零时， SF6 分解的低氟化合物能急速再结合生成SF6，弧隙介质强度恢复过程极快。 综合评价，SF6灭弧能力相当于同等条件下空气的100倍。 SF6的绝缘和灭弧性能OHB中压户外SF6断路器 灭弧SF6断路器 结构特点：结构简单，工艺

49、及密封要求严格，对材料要求高；体积小、重量轻；用于封闭式组合电器时，可大量节省占地面积。 结构特点：额定电流和开断电流都可以做得很大；开断性能好，适合于各种工况开断；SF6气体灭弧、绝缘性能好，故断口电压可做得较高；断口开距小。 运行维护特点：维护工作量小；噪声低；检修周期长；运行稳定，安全可靠，寿命长；可频繁操作。 应用：由于价格较高，且对SF6气体的应用、管理、运行都有较高要求，故在中压（10-35KV）应用还不够广，而在高压领域应用日趋广泛。LW23-252高压交流SF6断路器SF6断路器 LW23-252高压交流SF6断路器（四）压缩空气断路器 压缩空气断路器（亦简称空气断路器）利用预

50、先贮存的压缩空气来灭弧。压缩空气不仅作为灭弧和绝缘介质，而且还作为传动的动力。 结构特点：结构比较复杂，工艺和材料要求高；有色金属消耗量大、价格高；需要装设专用的空气压缩系统；操动机构与断路器合为一体；体积和重量比较轻。 技术特点：额定电流和开断电流都可以做得很大，适合开断大容量电路；动作快，全开断时间短；快速自动重合闸时断流容量不降低；无火灾危险。 运行维护特点：维修周期长；噪声较大；无火灾危险；需要一套压缩空气装置作为气源；运行费用大。 应 用：常用于110kV及以上的大容量电力系统中。ACB 空气断路器（四）压缩空气断路器 结构特点：结构比较复杂，工艺和 型号特征 额定断流容量, MVA

51、 S少油断路器 额定电流，A D多油断路器 派生标志 K空气断路器 C带有手车装置 Q产气断路器 G改进型 Z真空断路器 D带有电磁操作结构 LSF6断路器 、断流容量 C磁吹断路器 额定线电压，kV 安装(环境)条件 设计序号 N户内 W户外四、断路器型号S W 3 -110 G / 1 200 型号特征 五、断路器主要技术数据1额定电压（Ue） 额定电压是指断路器长时间运行时能承受的正常工作电压。它不仅决定了断路器的绝缘水平，而且在相当程度上决定了断路器的总体尺寸。我国采用：3kV、 6kV、10kV35kV、 110kV、 220kV、 330kV、 500kV 。2最高工作电压 由于电

52、网不同地点的电压可能高出额定电压10左右，故制造厂规定了断路器的最高工作电压。对于220kV及以下设备，其最高工作电压为额定电压的1.15倍；对于330kV的设备，规定为1.1倍。3. 额定电流（e） 额定电流是指铭牌上标明的断路器可长期通过的工作电流。断路器长期通过额定电流时，各部分发热温度不会超过允许值。额定电流决定断路器触头及导电部分的截面。五、断路器主要技术数据1额定电压（Ue） 4额定开断电流（eb） 额定开断电流是指断路器在额定电压下能正常开断的最大短路电流的有效值。它表征断路器的开断能力。开断电流与电压有关。当电压不等于额定电压时，断路器能可靠切断的最大短路电流有效值，称为该电压

53、下的开断电流。当电压低于额定电压时，开断电流比额定开断电流有所增大。5额定断流容量（Sed） 额定断流容量也表征断路器的开断能力。在三相系统中，它和额定开断电流的关系为 式中 Ue为断路器所在电网的额定电压，ed为断路器的额定开断电流。由于Ue不是残压，故额定断流容量不是断路器开断时的实际容量。 4额定开断电流（eb）6关合电流（iecl） 保证断路器能关合短路而不致于发生触头熔焊或其它损伤，所允许接通的最大短路电流。7动稳定电流（idw） 动稳定电流是指断路器在合闸位置时，允许通过的短路电流最大峰值。它是断路器的极限通过电流，其大小由导电和绝缘等部分的机械强度所决定，也受触头的结构形式的影响

54、。8热稳定电流（it） 热稳定电流是指在规定的某一段时间内，允许通过断路器的最大短路电流。热稳定电流表明了断路器承受短路电流热效应的能力。 6关合电流（iecl）9全开断（分闸）时间（tkb） 全开断时间是指断路器接到分闸命令瞬间起到各相电弧完全熄灭为止的时间间隔，它包括断路器固有分闸时间tgf和燃弧时间th，即 tkb=tgf+th 全开断时间tkb是表征断路器开断过程快慢的主要参数。tkb越小，越有利于减小短路电流对电气设备的危害、缩小故障范围、保持电力系统的稳定。断路器触头分离瞬间9全开断（分闸）时间（tkb）断路器触头分离瞬间10合闸时间（th） 合闸时间是指从操动机构接到合闸命令瞬间

55、起到断路器接通为止所需的时间。 合闸时间决定于断路器的操动机构及中间传动机构。 一般合闸时间大于分闸时间。11操作循环 操作循环也是表征断路器操作性能的指标。 自动重合闸操作循环：分合分t合分 自非动重合闸操作循环：分t合分t合分 上二式中 分分闸操作； 合分合闸后立即分闸的动作； 无电流间隔时间，标准值为0.3s或0.5s； t强送电时间，标准时间为180s。10合闸时间（th）2.4.4 隔离开关 隔离开关又称隔离刀闸，是一种高压开关电器。在分闸时，其动静触头间形成明显可见的断口，绝缘可靠。 1、高压隔离开关的作用 （1）隔离电源，进行设备检修。 （2）倒闸操作，进行线路切换。 （3）接通

56、和断开小电流电路。 因为它没有专门的灭弧装置，不能用来切断负荷电流和短路电流。使用时与断路器配合，必需遵循“先通后短”的原则，只有断路器断开时才能进行隔离开关操作； 接通电路时先闭合隔离开关，再由断路器接通电路；断路时先由断路器断开电路，再拉开隔离开关隔离电源。2.4.4 隔离开关 隔离开关又称隔离刀闸，是一种2、隔离开关的基本要求 按照隔离开关所担负的任务，应满足的要求为： （1）隔离开关应具有明显的断开点。 （2）隔离开关断开点之间应有可靠的绝缘。 （3）隔离开关应具有足够的热稳定性和动稳定性。 （4）隔离开关的结构要简单，动作要可靠。 （5）带有接地闸刀的隔离开关必须有连锁机构，以保证先

57、断开隔离开关后，再合上接地闸刀，先断开接地闸刀后，再合上隔离开关的操作顺序。 （6）隔离开关和断路器之间要装连锁机构，以确保正确的操作顺序，杜绝隔离开关带负荷操作的事故发生。2、隔离开关的基本要求 按照隔离开关所担负的任务，应 3、隔离开关的技术参数（1）额定电压 指隔离开关长期运行时所能承受的工作电压。（2）最高工作电压 指隔离开关能承受的超过额定电压的最高电压。（3）额定电流 指隔离开关可以长期通过的工作电流。（4）热稳定电流 指隔离开关在规定的时间内允许通过的最大电流。（5）极限通过电流峰值 指隔离开关所能承受的最大瞬时冲击短路电流。 3、隔离开关的技术参数4、隔离开关的基本结构以GN1

58、9-10为例，包括下述部分： 1、导电部分 由一条弯成直角的铜板构成静触头，其有孔的一端可通过螺钉与母线相连接；另一端较短，合闸时它与动刀片相接触。两条铜板组成接触条(动触头)，可绕轴转动一定角度，合闸时它夹持住静触头。2、绝缘部分动静触头分别固定在两套支持瓷瓶上。对型号中带C的，动触头固定在套管瓷瓶上。3、传动部分：有主轴，拐臂，拉杆绝缘子等。4、底座部分：由钢架组成。支持瓷瓶或套管瓷瓶以及传动主轴都固定在底座上。底座应接地。GN19-10C/400A高压开关4、隔离开关的基本结构GN19-10C/400A高压开关电工原理与电气设备02课件 5、隔离开关的分类（1）按装设地点的不同，可分为户

59、内式和户外式两种。（2）按绝缘支柱数目，分为柱式、双柱式和三柱式三种。（3）按动触头运动方式 分为水平旋转式、垂直旋转式、摆动式和插入式等（4）按有无接地闸刀 分为无接地闸刀、一侧有接地闸刀、两侧有接地闸刀三种。（5）按操动机构的不同 可分为手动式、电动式、气动式和液压式等。（6）按极数，可分为单极、双极、三极三种（7）按安装方式，分为平装式和套管式等 5、隔离开关的分类6、隔离开关的型号隔离开关型号、规格一般由文字符号和数字表示：第1单元：产品字母代号，隔离开关用G；第2单元：安装场所代号，户内用N，户外用W；第3单元：设计序列顺序号，用数字1、2、3、表示；第4单元：额定电压，kV；第5单

60、元：其他标志，如T表示 统一设计，G表示改进型， D表示带接地刀闸， K表示快分型等。第6单元：额定电流，A。GW16-17T/126型隔离开关6、隔离开关的型号GW16-17T/126型隔离开关 JVD2-125型隔离开关适用于交流50HZ，额定电压为230V/400V 的配电电路和电动机电路中。 7、几种典型的隔离开关（1） JVD2-125型 户内型高压隔离开关 型 号 JVD2-125 极 数 1P、2P、3P、4P 额定电流 63、80、100、125A 额定电压 230/400V 频 率 50Hz 短时耐受能力 3000A（峰值） 机械寿命 10000次JVD2-125、JVD2-