常用电气设备原理及维护培训(上)课件

常用电气设备原理及维护培训讲义（上）XX电力国际运营管理部二O一二年七月目录一、工厂常用电气设备二、配电变压器三、高低压常用电气设备四、异步电动机五、继电保护六、防雷与接地七、电气安全技术八、电力节能常用电气专业的名词＊电流：导体内的自由电子或离子在电场力的作用下有规律的流动。规定正电荷移动的方向为正方向。用字母I表示，单位为A（安）。＊电压：电路中两点之间的电位差。用字母U表示，单位是V（伏）。＊电阻：导体能导电，同时对电流有阻力作用，这种阻碍电流通过的能力成为电阻，用字母R表示，单位是Ω（欧姆）。＊电容：凡是用绝缘介质隔开的两个导体就构成一个电容器。两个极板在单位电压作用下每一极板上所储存的电荷量叫做电容。＊直流电：大小和方向不随时间变化的电流。＊交流电：大小和方向随时间周期性变化的电流。＊电功率：单位时间（1S）电流所做的功。用符号P表示，单位为W或者KW。＊有功功率：正弦交流电路的瞬时功率在一个周期的平均值。＊无功功率：具有电感或电容的电路中，在半周期的时间里，电源的能量变成磁场（或电场）的能量储存起来，而在另半周期内的时间里，又把储存的能量释放出来还给电源。它只与电源进行能量交换而没有消耗能量。与电源交换能量的速率的振幅值叫无功功率。＊功率因数：有功功率与视在功率的比值。＊相电压：三相电路中，相线与中性线之间的电压。＊线电压：三相电路中，相线与相线之间的电压。＊频率：交流电在1s内电流方向改变的次数。用字母f表示，单位是HZ工厂电器基本知识

1.分类（1）按适用的电压范围分类分为低压电器和高压电器。（2）低压电器按所控制的对象分类根据其控制的对象分为低压配电电器和低压控制电器。（3）按所起作用分类依据电器所起的作用可分为控制电器和保护电器。（4）按动作性质分类依据电器的动作性质可分为自动控制电器和非自动控制电器。

低压电器：用于交流1200V、直流1500V级以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器产品。高压电器：交流1200V以上、直流1500V以上。2.结构及工作原理

下面分别以常见的低压电器为例介绍手动电器和自动电器的结构和工作原理。（1）按钮按钮是一种最简单的手动控制电器，用来发出信号和接通或断开控制电路。图1.1是按钮的结构示意图和图文符号，图（a）中1、2是动断（常闭）触点，3，4是动合（常开）触点，5是复位弹簧，6是按钮帽。图（b）为图文符号。ab动断触点动静触点动断触点：动触点与上面的静触点接通。动合触点：动触点与下面的静触点断开。按钮未按下时：按下按钮时：上面的动断触点断开，下面的动合触点接通。当松开按钮时：动触点在复位弹簧作用下复位，动断触点和动合触点都恢复原态。（2）刀开关(一)结构：一种最简单的手动电器。(三)作用：用在不频繁接通和分断的电路中，也用于隔离电路和电源（又称为隔离开关）(二)分类：单极(单刀)、双极(双刀)、三极(三刀)（3）组合开关

（一）结构：也是一种刀开关，刀片可转动，由装在同一轴上的单个或多个单极旋转开关叠装组成。转动手柄，可使动触片与静触片接通与断开。（二）分类：单极、双极、三极、多极。（三）作用：生产机械的电源引入、局部照明等。常用的HZ10系列

（一）作用：最常用的短路保护电器。熔体由电阻率较高而熔点较低的合金制成，正常工作时熔体不熔断，短路时熔体立即熔断，及时切断电源。（4）熔断器

（二）分类：实用中，常把熔断器和刀开关组合在一起，分为闸刀开关和铁壳开关。（5）接触器

一种依靠电磁力作用使触点闭合或分离的自动电器。(一)作用：用于接通和断开电动机或其它用电设备电路。（二）结构：磁铁分静铁心和动铁心，触点分主触点和辅助触点。线圈KM主触点辅助触点动铁心静铁心线圈动合主触点KMKM动合动断KM结构示意图符号主触点接电动机主电路，辅助触点用于控制电路。弹簧

（三）工作原理：利用线圈的通电或断电，用来控制触点闭合或分开。

静铁心固定不变，动铁心与动触点连在一起，可左右移动。

当线圈通电时，静、动铁心间产生电磁吸力，动铁心带动动触点右移，动断触点断开，动合触点闭合。

当线圈断电时，电磁力消失，动铁心在弹簧作用下带动动触点复位，使动断触点和动合触点恢复原状。当线圈通电时：主触点闭合，电动机旋转。当线圈断电时：主触点分开，电动机停转。

利用线圈中小电流的通断来控制主电路中大电流的通断。M电机（6）继电器继电器分类：用途分：控制继电器、保护继电器、中间继电器。原理分：电磁式、感应式、热继电器等参数分：电流、电压、速度、压力继电器动作时间分：瞬时继电器、延时继电器输出形式分：有触点、无触点继电器电磁式继电器过电流继电器欠电流继电器电压继电器中间继电器2。2。1时间继电器时间继电器定义：

----当吸引线圈通电或断电后其触点经过一定延时再动作的继电器。符号:KT电磁式阻尼式电子式(晶体管、数字式)热继电器具有过载保护特性的过电流继电器。长期过载、频繁启动、欠电压、断相运行均会引起过电流。用途：电动机或其他设备的过载保护和断相保护。热继电器接入电动机定子电路方式电动机定子绕组星形接法:

带断电保护和不带断电保护的热继电器均可接在线电路中。电动机定子绕组三角形接法:*带断电保护接在线电路中。*不带断电保护热继电器的热元件必须串接在电动机每相绕组上。热继电器接入电动机定子电路方式二、配电变压器概述变压器的工作原理与结构变压器运行其他变压器互感器

内容提要概述变压器的基本概念

是一种静止电气设备，应用电磁感应原理，使一种电压等级的交流电能转化成另一种或几种电压等级的交流电能。分类按用途：电力变压器、特种变压器、仪表用互感器按冷却介质：油侵式、干式作用：就是实现电能在不同等级之间进行转换。变压器的工作原理和结构一、变压器工作原理变压器的外观结构油浸式变压器三相干式变压器接触调压器电源变压器环形变压器控制变压器变压器的结构图油浸变压器的构造

变压器的结构1、铁芯按铁芯型式，变压器可分为内铁式（又称心式）和外铁式（又称壳式）两种。内铁式变压器的绕组包围着铁心，外铁式变压器则是铁心包围着绕组。套绕组的部分称铁心柱，连接铁心柱的部分叫铁轭。2、绝缘主要绝缘材料：变压器油、绝缘纸板、电缆纸、皱纹纸等。3、分接开关作用：调节电压，供给稳定的电压、控制电力潮流或调节负载电流。调压方法：切除和增加一部分绕组的线匝，以改变绕组的匝数。常把绕组引出若干个抽头，这些抽头叫作分接头。当用分接开关切换到不同的抽头时，便接入了不同的匝数。这种调压方式又分无激磁（无载）调压和有载调压两种。变压器二次不带负载，一次也与电网断开(无电源励磁)的调压，称为无励磁调压，带负载进行变换绕组分接的调压，称为有载调压。4、油箱油箱是油浸式变压器的外壳，变压器的器身置于油箱内，箱内灌满变压器油。按大小分为：吊器身式油箱和吊箱壳式油箱。

5、冷却装置

油浸式电力变压器的冷却方式，按其容量大小可分为油浸自冷、油浸风冷及强迫油循环（风冷或水冷）三类。

6、油枕储油柜位于变压器油箱上方，通过气体继电器与油箱相通。7、吸湿器防止空气中的水分浸入油枕的油内，油枕是经过一个呼吸器（也称吸湿器）与外界空气连通的，呼吸器内盛有能吸收潮气的物质（通常为硅胶），硅胶被氯化钴浸渍过后称为变色硅胶，它在干燥状况下呈蓝色，吸收潮气后渐渐变为淡红色，此时即表示硅胶已失去吸湿效能。如把吸潮后的硅胶在108度高温下烘焙10h，使水分蒸发出去，则硅胶又会还原成蓝色而恢复吸湿能力。8、安全通道（防爆管）

位于变压器的顶盖上，其出口用玻璃防爆膜封住。当变压器内部发生严重故障，而气体继电器失灵时，油箱内部的气体便冲破防爆膜从安全气道喷出，保护变压器不受严重损害。9、气体继电器

位于储油柜与箱盖的联管之间。在变压器内部发生故障(如绝缘击穿、匝间短路、铁芯事故等)产生气体或油箱漏油等使油面降低时，接通信号或跳闸回路，保护变压器。10、高低压绝缘套管变压器内部的高、低压引线是经绝缘套管引到油箱外部的，它起着固定引线和对地绝缘的作用。套管由带电部分和绝缘部分组成。

电力变压器的型号及技术参数1、型号2、相数：单相和三相3、额定频率：50Hz4、额定电压：是指变压器线电压(有效值)，它应与所连接的输变电线路电压相符合。5、额定容量：额定状态下，变压器二次侧的输出能力(kVA)。对于三相变压器，额定容量是三相容量之和。6、额定电流：是通过绕组的线电流(有效值)。它的大小等于绕组的额定容量除以该绕组的额定电压及相应的相系数(单相为l，三相为√3)7、绕组联接组标号：各相绕组的联接形式，可以连接为星形、三角形等。星形联接是各相线圈的一端接成一个公共点(中性点)，其余接端子接到相应的线端上；三角形联接是三个相线圈互相串联形成闭合回路，由串联处接至相应的线端。一般的高压变压器基本都是Yn，Y,d11接线。8、调压范围：110±8×1.25％/10.5kV，9、空载电流：当变压器二次绕组开路，一次绕组施加额定频率的额定电压时，一次绕组中所流过的电流称空载电流I0。10、阻抗电压和短路损耗：当变压器二次侧短路，一次侧施加电压使其电流达到额定值，此时所施加的电压称为阻抗电压UZ，变压器从电源吸取的功率即为短路损耗。以阻抗电压与额定电压UN之比的百分数表示。11、电压调整率：在给定负载功率因数下(一般取0.8)二次空载电压U2N和二次负载电压U2之差与二次额定电压U2N的比。12、效率：变压器的效率η为输出的有功功率与输入的有功功率之比的百分数。13、升温和冷却方式变压器运行一、变压器允许运行方式1、允许温度与升温变压器运行时各部件的温度是不同的，绕组温度最高，铁芯次之，变压器油的温度最低。为了便于监视运行中变压器各部件的温度，规定以上层油温为允许温度。

允许温度主要决定于绕组的绝缘材料。变压器的温度与周围环境温度的差称为温升。2、变压器过载能力在不损害变压器绝缘和降低变压器使用寿命的前提下，变压器在较短时间内所能输出的最大容量为变压器的过负载能力。以过负载倍数(变压器所能输出的最大容量与额定容量之比)表示。变压器过负载能力可分为正常情况下的过负载能力和事故情况下的过负载能力。3、允许电压波动范围：士5%变压器运行二、变压器并列运行二、变压器并列运行1、优点：提供供电的可靠性；提高运行的经济性；减少一次性投资。2、并列运行条件：

1)各单台变压器原、副边的额定电压与变比要相等。电压比误差不应超过5%；

2)各变压器阻抗电压要相等。

3)各变压器的接线组别相同。

4）两台并列变压器的容量比不能超过3：1。三、变压器油及运行1、作用防止各部件受潮；本身绝缘强度比空气大；使金属得到防腐作用，使绝缘保持良好的状态；起到散热和冷却的作用。2、变压器油运行每年油样试验：试验项目一般为耐压试验、介质损耗试验和简化试验。定期或不定期取油样作油的气相色谱分析

在高温或紫外线作用下，油会加速氧化，所以，一般不应置油于高温下和透明容器内。四、变压器运行巡视检查1、巡视检查内容：2、异常运行和常见故障分析

其他变压器一、干式变压器1、环氧树脂绝缘干式变压器2、气体绝缘干式变压器3、H级绝缘干式变压器二、非晶态合金铁芯变压器三、低损耗油浸变压器四、卷铁芯变压器

互感器

互感器分电压互感器和电流互感器两大类，它们是供电系统中测量和保护用的重要设备。电压互感器是将系统的高电压改变为标准的低电压(l00V或100/3)

电流互感器是将高压系统中的电流或低压系统中的大电流改变为低压的标准小电流(5A或lA)。

互感器一、互感器作用1)与测量仪表配合，对线路的电压、电流、电能进行测量;与继电器配合，对系统和电气设备进行过电压、过电流和单相接地等保护。，2）将测量仪表、继电保护装置和线路的高电压隔开，以保证操作人员和设备的安全。3)将电压和电流变换成统一的标准值，以利于仪表和继电器的标准化。二、电压互感器1、原理2、分类按用途分测量用电压互感器和保护用电压互感器。电压互感器的标准准确度:标准仪表0.2级、计量仪表0.5级、一般测量仪表1-3级，保护用0.2、0.5级。3、型号4、容量电压互感器的容量是指其二次绕组允许接入的负载功率。5、运行

1）极性正确

2）装设熔断器

3）可靠接地

4）电压降6、巡视检查7、异常运行8、更换运行中的电压互感器及二次线圈注意事项9、停用注意事项三、电流互感器1、原理2、分类按用途分测量用电流互感器和保护用电流互感器。标准准确度:标准仪表0.2级、计量仪表0.5级、一般测量仪表1-3级，保护用0.2、0.5级。3、型号4、变流比

电流互感器的变流比为一次绕组的额定电流与二次绕组额定电流之比。二次额定电流一般为5A。5、容量电流互感器的容量，即允许接人的二次负载容量Se(VA)，其标准值为5-l00VA。6、运行三、高低压常用电气元件一次电气元件简介

功能：正常供电时通过负荷电流，当供电系统发生短路故障或严重过负荷时，与其相应的继电保护或自动装置配合，快速切断故障电流或过负荷。高压断路器电气、机械寿命：2000～3000次实物示意绘图符号一次电气元件简介

功能：配专用高压熔断器装置通断负荷电流，过负荷情况下自动跳闸，切断过负荷电流。用于频繁操作场合。高压接触器绘图符号实物示意电气、机械寿命：1000000次一次电气元件简介

功能：

正常工作条件下可不频繁通断负荷电流，在短路、过负荷或失电压时能自动跳闸切断电路。高压空气断路器实物示意绘图符号一次电气元件简介

功能：专用高压装置中通断负荷电流，过负荷情况下自动跳闸，切断过负荷电流。绘图符号实物示意高压负荷开关

配用熔断器时可以切断短路电流一次电气元件简介

功能：用来隔开电源以保证高压装置检修工作的安全，或用在双母线电路中作倒闸操作开关和接通、切断不会引起隔离开关触头产生电弧的小电流电路(一般小于2A)。绘图符号实物示意高压隔离开关一次电气元件简介

功能：当电流超过规定值一定时间后，以它本身产生的热量使熔体熔化而开断电路的开关装置。用来在电路发生过载或短路时关合和开断电路。绘图符号实物示意高低压熔断器一次电气元件简介

功能：用于将回路接地的一种机械式开关装置。在正常回路条件下，不要求承载电流。绘图符号实物示意高压接地开关一次电气元件简介

功能：将大电流变换成小电流，或高压电流变换成低压电流(1A或5A)，供计量、检测仪表和继电器保护装置使用。一次绘图符号实物示意电流互感器二次绘图符号一次电气元件简介一次绘图符号实物示意电压互感器

功能：将高电压变换成低电压(100V)，供计量、检测仪表和继电器保护装置使用。二次绘图符号一次电气元件简介

功能：通过显示装置上的指示判断线路是否有高压电，同时提供适当的闭锁接点。绘图符号实物示意带电显示器一次电气元件简介

功能：可以有效地保护供电设备和线路的绝缘不受雷电产生的大气过电压或操作产生的过电压的危害。绘图符号实物示意避雷器一次电气元件简介

功能：将高电压变换成低电压或低电压变换成高电压的设备。绘图符号实物示意变压器一次电气元件简介触头盒其它元件绝缘子电缆消谐器二次电气元件简介

功能：对线路中负荷使用状况进行计量、测量。绘图符号实物示意表计类二次电气元件简介

功能：反应电气回路中的二次电量及回路通断状态。绘图符号实物示意继电器类二次电气元件简介

功能：对电气回路中通断状态进行指示。绘图符号实物示意指示类二次电气元件简介

功能：对电气回路中二次设备进行控制。绘图符号实物示意控制开关类二次电气元件简介

功能：对电气回路中特定状态进行控制。绘图符号实物示意旋钮、按钮类二次电气元件简介

功能：保护电气回路的二次设备。绘图符号实物示意空气开关、熔断器类二次电气元件简介

功能：对开关柜设备内的环境状态进行监控，以达到除湿、防凝露作用。绘图符号实物示意温控器、加热器类二次电气元件简介

功能：体现了继电器的集合，具有计量、测量、继电保护功能、远程控制、通讯等的功能，实现了变电站的综合自动化。绘图符号实物示意微机保护类二次电气元件简介其它元件压板动态模拟指示器照明灯电磁门锁二次电气元件简介其它元件导线接线端子电度表接线盒闭锁线圈四、异步电动机1、三相异步电动机的基本结构一、定子部分1.定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成——导磁部分。2、定子绕组：放在定子铁心内圆槽内——导电部分。3、机座：固定定子铁心及端盖，具有较强的机械强度和刚度。二、转子部分1、转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。2、转子绕组：1）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。2）绕线式转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。

异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达到的最小值。三、气隙按转子结构分：绕线型异步电动机鼠笼型异步电动机下面是它主要部件的拆分图。

右图是一台三相鼠笼型异步电动机的外形图。鼠笼型转子铁心和绕组结构示意图三相绕线型转子结构图铸铝转子绕线转子转子铁心和绕组三相异步电动机的基本工作原理U2U1W2V1W1V2n●转动原理1、电生磁：三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转磁场。2、磁生电：旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。3、电磁力：转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转，将电能转化为机械能。只要转子绕组和气隙旋转磁通密度之间有相对运动，转子就会有电流，就会有电磁转矩作用在转子上，当电磁转矩等于负载转矩时，转子以恒速n运行。●异步电机的三种运行状态根据转差率的大小和正负,异步电机有三种运行状态机械能转变为电能电能和机械能变成内能电能转变为机械能能量关系制动制动驱动电磁转矩转差率转速外力使电机快速旋转外力使电机沿磁场反方向旋转定子绕组接对称电源实现发电机电磁制动电动机状态

三相异步电动机的定子部分在结构上和同步电动机的定子部分完全相同。对中、小容量的低压异步电动机，通常定子三相绕组的六个出线头都引出，这样可根据需要灵活地接成“Y”形或“D”形。“Y”形连接时，线电流=相电流，线电压=相电压；“D”形连接时，线电压=相电压，线电流=相电流三、接线U1V1W1U1V1W1U2V2W2D联结Y联结U2V2W2●

三相异步电动机的起动

起动指电动机接通电源后由静止状态加速到稳定运行状态的过程.对电动机的起动性能要求二：起动电流小,起动转矩不大。1.起动电流大的原因

起动时,转子感应电动势大,使转子电流大,根据磁动势平衡关系,定子电流必然增大.2.起动转矩不大的原因从下述公式分析

起动时,,远大于运行时的,转子漏抗很大,很低,尽管很大,但并不大.

由于起动电流大,定子漏阻抗压降大,使定子感应电动势减小,对应的气隙磁通减小.由上述两个原因使得起动转矩不大.●

三相笼型异步电动机的起动一、直接起动可以直接起动的条件：起动电流倍数从三相异步电动机固有机械特性中分析知道，如果在额定电压下直接起动，起动电流大。起动转矩不大。一般起动电流可达额定电流的5-7倍，对机械设备的冲击也大。

一般情况下，在供电变压器容量较大，电机的容量较小时，三相鼠笼型电机可以直接启动，经验上5.5KW以下的小容量电机可以直接起动。二、降压起动

适用于正常运行时定子绕组为三角形接线的电动机。起动时Y接，起动电压降为U

起动电流降为I

运行时△接。起动电流关系:Y-△降压起动多用于空载或轻载起动1.Y-△降压起动起动转矩关系:2.自耦变压器降压起动直接起动时的起动电流：降压后二次侧起动电流：变压器一次侧电流：电网提供的起动电流减小倍数：起动转矩减小的倍数：自耦变压器一般有三个分接头可供选用。3、转子回路串电阻起动

在转子回路中串联适当的电阻,既能限制起动电流，又能增大起动转矩。

为了有较大的起动转矩、使起动过程平滑，应在转子回路中串入多级对称电阻，并随着转速的升高，逐渐切除起动电阻。

电动机由a点开始起动，经b→c→d→e→f→g→h，完成起动过程。起动过程转子串频敏变阻器起动

频敏变阻器是一铁损很大的三相电抗器。转子电动势的频率为：

起动时，S2断开，转子串入频敏变阻器,S1闭合，电机通电开始起动。起动时,,频敏变阻器铁损大,反映铁损耗的等效电阻大,相当于转子回路串入一个较大电阻。所以限制了转子的起动电流，随着上升,转子频率减小,铁损减少,等效电阻减小,相当于逐渐切除,起动结束,S2闭合，切除频敏变阻器，转子电路直接短路。

理想状态时,三相异步电动机的电磁制动1、能耗制动实现：制动时，S1断开,电机脱离电网，同时S2闭合,在定子绕组中通入直流励磁电流。

直流励磁电流产生一个恒定的磁场，因惯性继续旋转的转子切割恒定磁场，导体中感应电动势和电流。感应电流与磁场作用产生的电磁转矩为制动性质，转速迅速下降，当转速为零时，感应电动势和电流为零，制动过程结束。

制动过程中，转子的动能转变为电能消耗在转子回路电阻上——能耗制动。

对笼型异步电动机,可以增大直流励磁电流来增大初始制动转矩。

对绕线型异步电动机,可以增大转子回路电阻来增大初始制动转矩。2、反接制动实现：将电动机电源两相反接可实现反接制动。3、回馈制动实现：电动机转子在外力作用下，使n>n1.

回馈制动状态实际上就是将轴上的机械能转变成电能并回馈到电网的异步发电机状态。能耗制动、反接制动和回馈制动的优缺点与直流电机的这三种方式大体一致。根据实际需要合理选择。●

三相异步电动机的调速异步电动机有下列三种基本调速方法：（1）改变定子极对数P调速。（2）改变电源频率F1调速。（3）改变转差率S调速，用降低定子绕组电压和绕线