建筑供配电第2章 3、4节

第二章建筑供配电系统的主要电气设备28765341建筑供配电系统电气设备的分类电气设备中的电弧问题高低压熔断器高低压开关设备电流互感器和电压互感器高低压成套配电装置电力变压器与柴油发电机思考题第三、四节重点难点高低压电气设备及其灭弧方法举一反三、触类旁通高低压熔断器一、概述熔断器——FU定义：用于过电流保护的最为简单和常用的电器。功能：当通过的电流超过规定值并经过一定的时间后熔体（熔丝或熔片）熔化而分断电流，断开电路来完成短路保护和过负荷保护功能。熔断器的体积很小，但却能分断很高的短路电流。03

第三节高低压熔断器过电流是短路和过负荷的统称，是输配电线路中时常出现的一种故障。当电路通过的实际电流超过其规定条件下的额定值，即是过电流，简称过流。（1）过负荷电流超过额定值相对不多的一种电流。因此，过负荷只要不是过大，持续时间不是过长，或过于频繁，一般对系统的影响不大。（2）短路电流可达额定电流的十多倍甚至几十、上百倍从而产生相当严重的后果，须设法避免和防护。第三节高低压熔断器二、高压熔断器在输配电系统中，对容量小且不太重要的负荷，广泛采用高压熔断器作为高压输配电线路、电力变压器、电压互感器和电力电容器等电气设备的短路和过负荷保护。高压熔断器的全型号的表示和含义如下：高压熔断器的作用第三节高低压熔断器(一)RN系列户内高压管式熔断器(主要用于3kV～35kV配电系统中作短路保护和过负荷保护用)

RN2、RN4、RN5则用于电压互感器的短路保护，RN4和RN2相似，只是技术数据有所差别RN5和RN6是以RN1和RN2为基础的改进型，具有体积小、重量轻、防尘性能好、维修和更换方便等特点。2）

RN1、RN2的外形和结构基本相同，灭弧原理也基本相同。图2-7和图2-8所示为RN1、RN2型高压熔断器的外形和熔管内部结构图。3）1）RN1型用于高压电力线路及其设备和电力变压器的短路保护，也能作过负荷保护。RN3和RN1相似第三节高低压熔断器

图2-7

RN1、

RN2型高压管式熔断器外形图第三节高低压熔断器

图2-8

RN1、RN2型高压管式熔断器的熔管剖面示意图第三节高低压熔断器工作原理使熔断器能在过负荷电流或较小短路电流时能动作，提高熔断器保护的灵敏度。锡球的作用1使熔断器在短路电流时动作，断开电路，实现短路保护。铜熔丝的作用2能在短路后不到半个周期即短路电流未达到冲击电流值时就能完全熄灭电弧、切断短路电流的特性称“限流”式。“限流”式熔断器3具有“粗弧分细、长弧切短和狭沟灭弧”等灭弧方法，具有“限流”式特性，是“限流”式熔断器。灭弧能力4由于电压互感器的二次侧近于开路状态，RN2型的额定电流一般为0.5A，而RN1型的IN从2～300A不等。第三节高低压熔断器(二)RW系列户外高压跌开式熔断器又称跌落式熔断器—文字符号FD。（1）作用：被广泛用于环境正常的户外场所，作高压线路和设备的短路保护用。（2）种类：1）一般跌开式熔断器如RW4、RW7型等2）负荷型跌开式熔断器如RW10－10F型等3）限流型户外熔断器如RW10－35、RW11型等4）爆炸式跌开式熔断器如RW-B系列熔断器种类第三节高低压熔断器

图2-9

RW10－10F型高压跌开式熔断器第三节高低压熔断器RW10-10F系列熔断器由基座和灭弧管两部分组成。灭弧管设计为自动逐级排气式。当线路上发生短路时，短路电流使熔丝迅速熔断，形成电弧，纤维质消弧管由于电弧燃烧而分解出大量气体，使管内压力剧增，并沿管道形成强烈的纵向吹弧。熔丝熔断后，熔管的上动触头因失去张力而下翻，锁紧机构释放熔管，在触头弹力及熔管自重的作用下，熔管回转跌开，造成明显可见的断开间隙。这种跌开式熔断器具有两种功能：一是作为6～10kV线路和变压器的短路保护；另一是可当作隔离开关(参看下一节)使用，也就是可用来隔离电源以保证安全检修。(一)(二)但跌开式熔断器的灭弧能力不强，灭弧速度不快，因而属于非限流式熔断器。第三节高低压熔断器三、低压熔断器1.功能

主要是具有低压配电系统的短路保护功能，有的也能实现过负荷保护。2.主要缺点熔体熔断后须更换，引起短时停电，保护特性和可靠性相对较差，在一般情况下，须与其他电器配合使用。3.种类目前广泛应用的插入式熔断器有RT0型及引进技术生产的NT型等。低压熔断器第三节

高低压熔断器RT0型熔断器由瓷熔管、栅状铜熔体和触头底座等部分组成，如图2-10所示。灭弧原理由于它的等电位作用，可使熔体在短路电流通过时形成多根并联电弧（粗弧分细灭弧法）。熔体还具有若干变截面小孔，可使熔体在短路电流通过时在截面较小的小孔处熔断，形成多段短弧（长弧切短灭弧法）。加之电弧都是在石英砂中燃烧，使电弧中的离子强烈地复合（狭沟灭弧法和冷却灭弧法）。因此这种熔断器的灭弧能力很强，具有“限流”特性。熔体熔断后，有红色的熔断指示器弹出，便于运行人员检视。第三节高低压熔断器

图2-10

RTO型低压熔断器高低压开关设备一、概述高低压开关设备用于电路的通、断。但由于其结构的不同，有的不能带负荷操作，只能用来隔离电源以保证安全检修，例如高压隔离开关和低压刀开关等；有的虽可带负荷操作但不能断开短路电流，例如高压负荷开关和带灭弧罩的低压刀开关等；还有的既能带负荷操作又能断开短路电流，例如高、低压断路器等。因此，对于各种开关设备，应结合其结构特点了解其功能和操作要求，并逐渐熟悉其型号、规格及用途。04

第四节高低压开关设备一、高压开关设备(一)高压隔离开关——文字符号：QS1.主要功能隔离高压电源，以保证对其他电器设备及线路的安全检修及人身安全。因此其结构特点是断开后具有明显可见的断开间隙，且断开间隙的绝缘及相间绝缘都是足够可靠的。2.使用特点隔离开关没有灭弧装置，所以不容许带负荷操作。但可容许通断一定的小电流。3.类型1)按安装地点分户内式和户外式；2)按有无接地开关分不接地、单接地、双接地；高压隔离开关第四节高低压开关设备

图2-11

GN19-10/600型高压隔离开关第四节高低压开关设备图2-12

CS6型手力操动机构与GN8型隔离开关配合的一种安装方式第四节高低压开关设备(2)高压负荷开关大多还具有隔离高压电源，保证其后的电气设备和线路安全检修的功能，这种负荷开关又称“功率隔离开关”或“负荷隔离开关”。(二)高压负荷开关——文字符号QL(1)能通断一定的负荷电流和过负荷电流，但是不能用它来断开短路电流。(1)只具有简单的灭弧装置，必须借助熔断器来切断短路电流，故负荷开关常与熔断器一起使用。(2)负荷隔离开关断开后通常有明显的断开间隙，与高压隔离开关一样。(2)按安装场所分：户内式和户外式两种。作用特点分类(1)根据所采用的灭弧介质不同分：固体产气式、压气式、油浸式、真空式和六氟化硫。第四节高低压开关设备

图2-13

FN3-10RT型高压负荷开关第四节高低压开关设备

图2-14

FN3-10型高压负荷开关压气式灭弧装置工作示意图第四节高低压开关设备负荷开关不便配用保护短路的继电保护装置来自动跳闸，但热脱扣器在过负荷时能使负荷开关自动跳闸。图2-15是CS2型手力操动机构的外形结构及它与FN3型负荷开关配合的一种安装图。在10kV高压环网柜中装设的高压熔断器与负荷开关之间有联锁机构，当熔断器熔断时，会带动负荷开关自动打开。当开关自动跳闸时，CS2型手力操动机构的跳闸指示牌会转到水平位置，以此告知值班人员。若要重新合闸，需先将手柄向下扳到分闸位置，这时指示牌掉下，然后才能合闸。第四节高低压开关设备

图2-15

CS2型手力操动机构及其与FN3型负荷开关配合的一种安装方式第四节高低压开关设备(三)高压断路器—文字符号QF1．高压断路器的功能和类型功能（1）通断正常的负荷电流和过负荷电流（2）通断一定的短路电流（3）在保护装置作用下，自动跳闸，切断短路电流类型油断路器六氟化硫(SF6)断路器真空断路器压缩空气断路器磁吹断路器第四节高低压开关设备2.真空断路器分类按使用场合分有户内式和户外式。根据其结构分有落地式、悬挂式、手车式三种形式；是利用“真空”作为绝缘和灭弧介质，灭弧能力强、无爆炸、低噪音、体积小、重量轻、寿命长、电磨损少、结构简单、无污染、可靠性高、维修方便，属高速断路器，是实现无油化改造的理想设备。因此，虽然价格较贵，在要求频繁操作和高速开断的场合，尤其是安全要求较高的工矿企业、住宅区、商业区等被广泛采用。高压真空断路器第四节高低压开关设备ZN63A-12（即VS1-12）型真空断路器1)主要用途和适用范围

ZN63A-12型户内交流高压真空断路器是三相交流50HZ，额定电压12KV的户内高压开关设备。主要用于工矿企业、发电厂及变电站等场合，作为电气设施的控制和保护之用，并可投切各种不同性质的负荷，尤其适用于需要频繁操作的场所。2)结构特点真空断路器总体结构是由弹簧操动机构和真空灭弧室组成统一整体的形式。采用铜铬触头材料，杯状纵磁场触头结构，触头具有电磨损速率小、电寿命长、耐压水平高、介质绝缘强度稳定且弧后恢复迅速、截流水平低、开断能力强等优点。第四节高低压开关设备

真空断路器的核心部件为真空灭弧室，它纵向安装在一个椭圆形管状绝缘筒内，绝缘筒为高爬电比距结构，由环氧树脂经APG工艺浇注或SMC材料压制而成。这种安装方式，可减少粉尘等在真空灭弧室表面的聚积，同时可防止真空灭弧室受到损坏，并且可确保在湿热及严重污秽环境下，也可对电压效应呈现出高阻态。优点：由于高度的真空具有极高的绝缘强度，因而真空断路器只需很小的触头开距就能满足绝缘的要求。图2-17和图2-18分别是ZN63A-12型真空断路器的结构简图（一）和（二）。真空灭弧室是以真空作为灭弧和绝缘介质的电真空器件。3)灭弧原理第四节高低压开关设备

图2-17

真空断路器的结构简图（一）第四节高低压开关设备

图2-18真空断路器的结构简图（二）第四节高低压开关设备3.六氟化硫（SF6）断路器原理：SF6气体有优异的绝缘及灭弧能力，与空气相比，它的绝缘能力约高3倍，灭弧能力则高约100倍，因此，采用SF6作为断路器的绝缘介质或灭弧介质。优点：大大缩小电器的外形尺寸、可利用简单的灭弧结构达到很大的开断能力、电弧电压低、燃弧时间短，触头烧损轻微、适用于频繁操作、延长了检修周期。缺点：电气性能受电场均匀程度及水分等杂质影响特别大，对其密封结构、元件结构的加工精度以及SF6气体本身质量的要求严格，价格较贵。原理优点缺点第四节高低压开关设备

图2-19

LN2-10型高压SF6断路器第四节高低压开关设备4.操动机构

操动机构又称操作机构，是供高压断路器、高压负荷开关和高压隔离开关进行分、合闸及自动跳闸的设备。一般常用的有手动操动机构、电磁操动机构和弹簧储能操动机构。SN10-10型少油断路器可配用CS2型手力操动机构或CD10型电磁操动机构或CT8等型弹簧操动机构。真空断路器一般配电磁或弹簧操动机构；也有真空断路器与操动机构作成一体化结构的，例如上述ZN63A-12型(VS1-12)等。SF6断路器则主要配用弹簧或液压操动机构。（1）CS2型手力操动机构CS2型手力操动机构（见图2-15）能手动或电动分闸，但只能手动合闸，且因操作速度所限，其所操作的断路器开断的短路容量不宜大于100MVA；但它结构简单、价格便宜，且为交流操作，可使控制和保护装置大为简化，因此尚应用于以前设计的一些中小型供配电系统中。操动机构合闸机构分闸机构保持合闸机构第四节高低压开关设备（2）CD10型电磁操动机构CD10型电磁操动机构能手动或远距离电动分闸和合闸，便于实现自动化，但需直流操作电源。图2-20是CD10型电磁操动机构的外形图和剖面图，图2-21是其传动原理示意图。跳闸时，如图2－21a所示，跳闸铁心上的撞头，因手动或因远距离控制使跳闸线圈通电而向上撞击连杆机构，破坏了连杆机构原来在合闸位置时的稳定平衡状态，使搭在L形搭钩上的连杆滚轴下落，于是主轴在断路弹簧作用下转动，使断路器跳闸，并带动辅助开关切换。断路器跳闸后，跳闸铁心下落，正对此铁心的两连杆也回复到跳闸前的状态。合闸时，如图2-21b所示，合闸铁心因手动或因远距离控制使合闸线圈通电而上举，使连杆滚轴又搭在L形搭钩上，同时使主轴反抗断路弹簧的作用而转动，使断路器合闸，并带动辅助开关切换，整个连杆机构又处于新的稳定平衡状态。CD10型电磁操动机构第四节高低压开关设备

图2-20

CD10型电磁操动机构第四节高低压开关设备图2-21

CD10型电磁操动机构传动原理示意图第四节高低压开关设备（3）CT8型弹簧操动机构是一种弹簧储能式电动操动机构。它由交直流两用串激电动机使合闸弹簧储能，在合闸弹簧释放能量的过程中将断路器合闸。弹簧操动机构可手动或远距离电动合闸，并可方便地实现一次自动重合闸，且可以交流操作，从而可使控制和保护装置简化，但结构复杂，价格较贵。图2-22是CT8型弹簧操动机构的外形示意图。真空断路器的型号表示及其含义如下所示:

CT8型弹簧操动机构第四节高低压开关设备图2-22

CT8

型弹簧操动机构结构简图第四节高低压开关设备三、低压开关设备（一）低压刀开关、刀熔开关和负荷开关低压刀开关按型式分按极数分按灭弧结构分单投（HD）双投（HS）单极双极三极不带灭罩带灭弧罩第四节高低压开关设备低压刀开关的型号表示及其含义第四节高低压开关设备图2-23

HD13

型低压刀开关第四节高低压开关设备图2-24

HR

型刀熔开关结构示意图

将刀开关的闸刀换为RT0型熔断器的熔管，就构成熔断器式刀开关（HR型），简称刀熔开关（见图2-24）。它兼有刀开关和熔断器的双重功能，有利于简化配电装置的结构。

将刀开关与熔断器串联，装在金属盒内，就构成低压负荷开关（HH型），亦称铁壳开关。它兼有刀开关和熔断器的双重功能，也可以带负荷操作。第四节高低压开关设备（二）低压断路器（QF）

低压断路器又称低压空气开关或自动空气断路器。它既能带负荷通断电路，又可在失压、短路和过负荷时自动跳闸，其功能类似于高压断路器。图2-25为低压断路器的原理结构和结线图。当线路上出现短路故障时，过电流脱扣器动作，断路器跳闸。如发生过负荷时，双金属片受热弯曲，也使断路器跳闸，当线路电压严重下降或电压消失时，失压脱扣器动作，同样会使断路器跳闸。若按下脱扣按钮9或10，使失压脱扣器失电或使分励脱扣器通电，都可使断路器跳闸。分类电动机保护用配电用照明用漏电保护用万能式(ACB)塑料外壳式(MCCB)第四节高低压开关设备图2-25

低压断路器的原理结构和结线第四节高低压开关设备图2-26

DZ20型塑壳式低压断路器1．塑料外壳式低压断路器（MCCB）塑料外壳式低压断路器又称装置式自动空气断路器，它通常装设在低压配装置之中。塑壳式断路器的型式很多，以前最常用的是DZ10型，较新的还有DZX10、DZ20型等以及引进技术生产的KFM2型和S、NS、C45N、NM1、CM1、3VE等系列。(1)DZ20型低压断路器。DZ20型塑壳式低压断路器的结构图如图2-26所示：第四节高低压开关设备

断路器的操作机构具有使触头快速合闸和分断的功能，DZ20型断路器的工作状态在手动操作时，应由手柄来指示，在图2-27中表示了合闸、分断、自由脱扣和再扣四个位置。合闸和分断分别表示了断路器接通电源和断开电源的手柄位置；自由脱扣位置是由于过载、短路、欠电压、操作分励脱扣器或脱扣按钮而断开时手柄的位置，此时若断路器装有报警触头，则通过报警触头可发出报警讯号。在断路器处于自由脱扣位置时，要使断路器合闸必须进行再扣，然后才能把断路器手柄推向合闸位置。该系列断路器是以Y型为基本产品，由绝缘外壳、操作机构、触头系统和脱扣器四部分组成。第四节高低压开关设备图2-27

低压断路器的操作传动原理说明第四节高低压开关设备(2)S系列、NS系列和KFM2系列塑料外壳式断路器简介

S系列塑料外壳式断路器：是以ABBSACE公司技术和设备生产的新型断路器，适用于交流50Hz或60Hz、额定电压690V及以下的配电网中，用于设备的过载、短路、欠电压、接地故障保护，以及正常条件下线路的不频繁转换之用。安装方式有固定式、插入式及抽出式。S1~S3型的过电流脱扣器为热一电磁式；S4~S7型则用的是微处理器过电流脱扣器。NS系列塑料外壳式断路器:是施耐德（Schneider）电气公司生产的新型断路器，多种附加模块使NS系列结构与性能更加完善。NS100～NS250断路器的热磁脱扣器和电子脱扣器都可以调整整定值满足保护要求；NS400～NS630断路器的电子脱扣器是通用式插入模块。此外，NS系列还具有显示和测量功能，可带DIGIPACT通讯模块，操动方式有拨动、转动或电动。KFM2型塑料外壳式断路器中的KF为江苏凯帆电器有限公司的企业代号，M表示为塑料外壳式断路器，2为设计序号。适用于交流50HZ，该产品的分断能力分C、S、M、H四个级别，有多种可供选择的脱扣器方式和附件代号，安装方式和操作方式亦灵活多样。该产品的性能价格比较好，可以替代进口的NS系列等同类产品。S系列NS系列KFM2系列第四节高低压开关设备图2-28

KFM2型塑壳式低压断路器的外形图第四节高低压开关设备

万能式低压断路器的型式很多，目前最常用的为DW15、DW16型，其他还有DWX15、DW45