第五章工厂变配电所及其一次系统

第五章工厂变配电所及其一次系统5.1工厂变配电所的作用和类型5.2电气设备中的电弧问题及对触头的要求5.3高压一次设备5.4低压一次设备5.5电压互感器和电流互感器5.6工厂变配电所的一次主接线5.7工厂变配电所的布置与结构5.8工厂变配电所的运行管理5.1变配电所的作用和类型二、变、配电所的分类：车间变电所按变压器的安装位置可分为：1、独立变电所：2、附设变电所：3、车间内变电所：4、地下或梁架上变电所：5、户外变电所：一、变、配电所的作用

变配电站是电力系统变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的设施。二、电弧的产生与熄灭

1、开关断开时电弧的产生由于存在着大量导电的自由电子和正离子，在电路电压的作用下，失去绝缘性能而导电，被称为“击穿”，形成电弧。

5.2电气设备中的电弧问题及对触头的要求一、电弧的危害

烧损触头、引起火灾和爆炸事故、损伤人的视力

2、电弧的产生过程

（1）热电发射：开关触头分断电流——触头面积变小——触头发热——表面电子形成自由电子。（2）强电场发射：开关触头分断——电场加大——表面形成自由电子。（3）碰撞游离：自由电子移动——碰撞中性质点——形成新的自由电子——形成电弧（4）热游离：温度高——自由电子增加——产生热游离。

3.电弧的熄灭中性气体分子的游离，是产生电弧和维持电弧的必要条件。电弧的去游离方式有复合和扩散两种。复合是使两个带异号电荷的质点相聚在一起，使异号电荷中和。

4、熄灭电弧的措施在高、低压开关中广泛采用的灭弧措施为：

(1)加快触头的分离速度迅速拉长电弧

(2)将长电弧分成几个短电弧

(3)利用气体纵向或横向吹动电弧

吹弧的基本方式有横吹和纵吹两种。(4)使电弧在周围介质中移动

(5)利用固体介质的狭缝或狭沟灭弧

三、对电弧触头的要求

1、满足正常负荷的发热要求。2、具有足够的机械强度。能经受规定的通断次数，不发生机械故障。3、具有足够的动稳定度、热稳定度。4、具有足够的断流能力。触头不烧损，不发生熔焊现象。

灭弧性能是高压断路器基本的性能，是评价高压断路器的重要指标。5.3高压一次设备

高压断路器又叫高压开关，是工厂变配电系统中的关键设备之一。

根据灭弧介质不同，高压断路器可分为油断路器、高压断路器、真空断路器、六氟化硫断路器等。一、高压断路器1、高压断路器的定义2、高压断路器的特性参数（1）额定电压指断路器正常工作时允许施加的电压级别

（2）最高工作电压由于输电线路存在电压损失，线路首端的初始电压高于额定电压，这样断路器就有可能在高于额定电压的情况下长期工作。因此，在设计制造中就给断路器规定了一个最高工作电压。按国家规定，额定电压在220kV及以下的电气设备，最高工作电压为额定电压的1.15倍；330kV及以上的电气设备为1.1倍

（3）额定电流指断路器可以长期通过的最大工作电流。断路器长期通过额定电流时，其各部分的发热温度不超过允许值.（4）额定断路电流指断路器在额定电压下能可靠切断的最大电流。它表明断路器的灭弧能力。

（5）额定断流容量

是表征断路器灭弧能力的参数，它是以额定断路电流为基础推算出在额定电压时的断流容量。.（6）稳定电流

指断路器在冲击短路电流的作用下承受电动力的能力。是生产厂家在设计制造时确定的。一般以额定电流幅值的倍数表示。

（7）热稳定电流

指断路器承受短路电流热效应的能力。是指制造厂给定的在某规定时间内，断路器各部件的发热温度不超过短时最高允许温度所允许的最大短路电流。（8）合闸时间

对有操动机构的断路器，自合匝线圈加电压（即发出合闸信号）起，到断路器接通时为止所需要的时间。

（9）分闸时间

指自分闸线圈加上电压（即发出分闸信号）起，到断路器触头断开至三相电弧完全熄灭时为止所需要的全部时间。分闸时间包括断路器的有分闸时间（从跳闸线圈通电到灭弧触头刚分离）和电弧熄灭时间。一般分闸时间为0.06-0.12s。分闸时间小于0.06s的断路器称为快速断路器。

3、户内少油式断路器少油式断路器是当前最常用的一种断路器。其特点是绝缘油只作触头间的绝缘和灭弧介质，导电部分之间及其对地绝缘，利用空气和固体绝缘材料来实现，因而用油量少，具有体积小，结构简单坚固，使用安全和简化配电装置等特点。我国生产的少油式断路器有户内少油式（SN系列）和户外少油式（SW系列）两类。户内少油式断路器已有10余种型号。当前工厂变配电系统中应用最广的主要是SN10-10型户内少油式断路器。型号的意义是：S（少油）、N（户内式）、10（设计序号为10）-10、（额定电压为10kV）。

4、六氟化硫断路器六氟化硫断路器是利用SF6气体作绝缘和灭弧介质的高压断路器。由于它具有较好的电气性能，运行可靠、稳定，易于向高压大容量发展，可达到较先进的技术经济指标，近20年已在国外电网中广泛应用。近年来我国以生产10kV以上各种电压的SF6断路器，并逐步推广应用。

5、真空断路器真空断路器是以气体分子极少，不易游离而且绝缘强度很高的真空空间作为灭弧介质的新型开关电器。我国已成批生产户内ZN型3-10kV系列的真空断路器。

6、断路器的操动机构

操动系统主要由合闸动力的操动机构和传递动力的传动机构两部分组成。

二、隔离开关1、隔离开关的作用

（1）隔离电源将需要检修的电气设备用隔离开关与电网的带电部分可靠的隔离，使被检修的电气设备与电源有明显的断开点，以保证检修工作的安全。

隔离开关是高压开关的一种,没有灭弧装置,通常与断路器配合使用。（2）改变运行方式进行倒闸操作如在双母线运行的电路中，可以利用隔离开关将设备或线路从一组母线切换到另一组母线上去。

（3）接通和切断小电流电路

利用隔离开关可以进行以下的操作：1)投入或切断电压互感器和避雷器。2)电压为10kV、长5km以内，电压35kV、长10km以内的空载输电线路的投入或切断。3)10kV3150kW及以下和35kV1000kW及以下的空载变压器的投入或切除。4)切断无恢复电压的环流，即利用隔离开关“解环”。

2、户内式隔离开关当前我国生产的户内式隔离开关都是闸刀式，分为单极和三极两种，GN1、GND型为单极隔离开关，GN2，GN6、GN8等型号则为三极隔离开关。工厂变配电系统中常用GN2、GN6等型号的三极隔离开关。

GN2-10/400型隔离开关的型号的意义是G(隔离开关)N(户内式)2(设计序号户一10(额定电压kV)，400(额定电流A)。

3、户外式隔离开关

由于户外式隔离开关在比较恶劣的条件下工作，绝缘要求较高，以保证在各种气候条件下能可靠工作。同时户外隔离开关可能在触头结冰的情况下进行操作，这不仅要求隔离开关在动作过程中有破冰的能力，而且还要有较高的机械强度。国产新结构的GW5系列的隔离开关应用较广。

低压开关是1000伏以下的电路控制设备。在工厂供用电系统中用于开、合低压交、直流电路，是工厂中用量最多的一种电气设备。常用的低压开关有：闸刀开关、交、直流接触器、磁力起动器和低压断路器。

5.4低压一次设备一、低压开关

二、闸刀开关与低压负荷开关

闸刀开关是低压手动操作电器中最简单的一种，常用于不经常操作的电路中。为了能在短路过载时自动切断电路，应将闸刀开关与熔断器串联配合使用。有时将闸刀开关和熔断器组成一个元件，称为低压负荷开关。闸刀开关和低压负荷开关的种类很多，有胶盖闸刀开关、石板闸刀开关、刀闸开关、铁壳开关等多种系列，其结构外形如图5—23所示。还可按极数分为单极、双极和三极。常用的低压开关种类

二、交流接触器三、热继电器和磁力起动器四、低压断路器五、熔断器

熔断器是一种最简单的保护电器。熔断器的额定电流是指熔断器的载流部分和接触部分所允许通过的最大工作电流。每一个熔断器，都可以配用不大于自身额定电流的各种额定电流的熔件。当熔件通过的电流等于额定电流时，熔件长期不熔断；通过1.3倍额定电流时,熔断时间约1小时左右；通过的电流越大，熔断时间越短，呈反时限特性。熔断器熔断时间与通过电流的关系曲线，称为熔断器的保护特性曲线，由制造厂给出。

1、高压熔断器在工厂变配电系统中，对容量较小且不太重要的负荷，可以使用高压熔断器作为配电线路及变压器、电压互感器的过载和短路保护，即经济又可满足一定程度的可靠性。高压熔断器不仅要满足额定电压、电流的要求，而且短路电流不能超过熔断器的最大开断电流。主要类型有：

RN型户内高压管型熔断器、RW型户外高压跌落式熔断器。2、低压熔断器工厂供电系统中常用的低压熔断器有RM密闭管式、RT有填料管式、RL螺旋式和RC瓷插式等几个系统，近年来又引进和研制了NT型高分断能力熔断器、NGT型保护半导体器件熔断器等新产品。一、电流互感器电流互感器是一种特殊的变压器，将高压电路内的大电流，按比例变为适合通过仪表或继电器的，额定电流为5A或1A的低压小电流。

5.5电压互感器和电流互感器1、电流互感器的作用有：（1）

使测量仪表、继电器等二次设备与高电压隔离，以保证人身和设备安全。（2）

使测量仪表和继电器标准化和小型化，并可采用小截面的控制电缆和导线连线，使配电盘内布置简单，安装方便。（3）

可以避免电路中的短路电流直接通过测量仪表和继电器，使其不受大电流冲击的损伤。（4）可以进行远距离测量。

2、电流互感器的工作原理与技术特性电流互感器的原绕组导线截面大、匝数N1少，串接在被测电路中。副绕组的导线截面小、匝数N2多，串接测量仪表和继电器的电流线圈。为了预防原、副绕组间的绝缘万一被击穿时高电压进入低压恻，凡用于高压电路的电流互感器，二次线圈必须可靠的接地。3、电流互感器的误差及准确度等级电流互感器的误差是指一次电流的测量植（二次电流乘以变流比）与一次电流的实际值之差。（1）电流误差（又称变比误差）（2）角误差（3）准确度等级4、电流互感器的接线方式

电流互感器副绕组与测量仪表、继电器等的连线，最常用的有以下三种方式:

（1）一只电流互感器一只电流表的单相接线，用于三相对称的电路。（2）星形接线。可测量三相负荷电流，监视各相负荷的不对称情况。除了用于重要的高压线路外，还广泛用于220/380V三相四线制的线路中.（3）不完全星形接线，或称两相式接线。流过公共线的电流等于A、C两相电流的向量和，广泛用于三相负荷平衡或不平衡电路中.

5、电流互感器的接线

电流互感器接线时，必须注意标注在电流互感器端子上的符号和极性。通常用字母L1与L2表示原绕组端子，副绕组端子用K1和K2表示。原边电流从L1流向L2时，副边电流从K1流出经测量仪表流回K2，则L1与K1，L2与K2分别为同极性端子。6、电流互感器的类型及其结构

电流互感器的类型很多。按一次绕组的匝数分，有单匝（母线式、芯柱式、套管式）和多匝（线圈式、线环式、串极式），按一次电压分，有高压、低压两大类；按安装地点分，有户内式和户外式。

二、电压互感器电压互感器是将一次电路的高电压降低到线电压为100伏的低电压，供给测量仪表和继电器用电的专用电气设备，其作用与电流互感器相同。

1、电压互感器的工作原理与技术特性电压互感器的结构、原理、接线和工作特点都与电力变压器相同，其主要区别在于电压互感器的容量很小，通常只有几十或几百伏安，二次接的是仪表和继电器的电压线圈，基本上是恒定高阻抗，其工作状态接近于电力变压器的空载运行。2、电压互感器的误差及准确度等级（1）电压误差：是二次电压的测量值U2乘以额定变比Ke与一次电压的实际值U1之差，并以值一次实际电压的百分数表示。（2）电压互感器的准确度等级

3、电压互感器的接线方式

电流互感器副绕组与测量仪表、继电器等的连线，最常用的有以下三种方式:

（1）一只电流互感器一只电流表的单相接线，用于三相对称的电路。（2）星形接线。可测量三相负荷电流，监视各相负荷的不对称情况。除了用于重要的高压线路外，还广泛用于220/380V三相四线制的线路中.（3）不完全星形接线，或称两相式接线。流过公共线的电流等于A、C两相电流的向量和，广泛用于三相负荷平衡或不平衡电路中.

4、电压互感器的类型及其结构

电流互感器的类型很多。按一次绕组的匝数分，有单匝（母线式、芯柱式、套管式）和多匝（线圈式、线环式、串极式），按一次电压分，有高压、低压两大类；按安装地点分，有户内式和户外式。

1、一次接线图：表示生产、输送、分配和使用电能的电气设备连接顺序的接线图。其中连接的电气设备如发电机、变压器、断路器、隔离开关等叫一次设备。5.6工厂变电所的电气主接线一、电气接线图

按照国家标准规定的图形符号和文字符号表示电气装置中各元件相互联系的一种工程图,叫做电气接线图。电气接线图按作用可分为两类：2、二次接线图：表示测量、控制、监视和保护一次设备安全运行的电气设备之间连接的接线图叫二次接线图。其中直接相联的电气设备如仪表、继电器等叫二次设备二、对电气主接线的基本要求

（1）可靠性：保证必要的供电可靠性和电能质量。（2）灵活性：不仅能适应各种运行方式，而且便于检修。（3）操作方便：主接线应简单清晰，布置对称合理，运行方便。（4）经济性：在满足可靠性、灵活性和操作方便的前提下，应力求使设备和投资最省。（5）有扩建的可能性：主接线除能满足当前运行和检修的要求外，还应考虑将来有发展的可能性。

2、车间变电所的主接线三种