工厂供配电技术项目3供配电系统的常用电气设备

工厂供配电技术供配电系统的常用电气设备项目三项目导入指用于发电、输电、变电、配电和用电的所有设备。供配电系统的电气设备变压器互感器熔断器高低压开关设备本项目将介绍供配电系统中常用电气设备的分类、型号、结构，以及它们的选择和校验。认识供配电系统的常用电气设备选择与校验供配电系统的常用电气设备/任务导航/任务一任务二一、变压器二、互感器三、熔断器四、高、低压开关设备一、变压器二、互感器三、熔断器四、高、低压开关设备项目目标知识目标技能目标素质目标了解变压器、互感器、熔断器及高低压开关设备的分类及型号熟悉变压器、互感器、熔断器及高低压开关设备的结构掌握变压器、互感器、熔断器及高低压开关设备的选择与校验原则培育崇尚技艺、求实创新的职业品质树立追求卓越、勇于拼搏的奋斗精神养成恪尽职守、事必躬亲、开拓进取的工作作风能够认识高、低压电气设备能够正确选择主变压器及校验一次侧电压设备任务一认识供配电系统的常用电气设备任务引入实训课上，小亮看到了各种各样的电气设备，老师告诉他，只有了解电气设备的分类、型号及结构，才可以动手操作不同种类的电气设备。脱扣器是低压断路器中的重要部件。了解其工作原理后，请大家按照如图所示的电磁式脱扣器实训接线图连接好电路，通过低压断路器的脱扣试验，和小亮一起进一步了解低压断路器的结构和动作特性吧！电磁式脱扣器实训接线图任务一认识供配电系统的常用电气设备供配电系统中用于输送和分配电能的电路称为一次电路或一次回路用于控制、指示、监测和保护一次设备运行的电路，称为二次电路或二次回路一次电路中所有的电气设备称为一次设备二次电路中所有的电气设备称为二次设备任务一认识供配电系统的常用电气设备本任务将带领大家认识供配电系统中的常用电气设备，如变压器、互感器、熔断器，以及高、低压开关设备等。一次设备变换设备保护设备控制设备补偿设备成套设备根据功能的不同可按照供配电系统工作的要求来改变电压或电流，如变压器、电流互感器和电压互感器等。可对供配电系统进行过电流和过电压等保护，如熔断器和避雷器等。可按照供配电系统工作的要求来控制一次电路的通断，如高、低压开关设备等。可用来补偿供配电系统的无功功率，从而提高供配电系统的功率因数，如并联电容器等。可按照一次电路接线方案的要求，将相关一次设备和二次设备组合为一体，如高压开关柜、低压配电屏等。一、变压器变压器文字符号：T或TM；是供配电系统中很关键的一次设备作用：主要用于升高或降低供配电系统中的电压，以利于电能的合理输送、分配和使用。一、变压器根据功能、相数、调压方式、绕组形式、冷却方式的不同，变压器可分为不同的类型，具体如下。1．变压器的分类及型号（1）根据功能的不同升压变压器降压变压器（2）根据相数的不同三相变压器单相变压器在供配电系统中最常用（3）根据调压方式的不同无载变压器有载变压器工厂变配电所大多采用一、变压器1．变压器的分类及型号（4）根据绕组形式的不同双绕组变压器三绕组变压器自耦变压器工厂变配电所大多采用（5）根据冷却方式的不同干式变压器油浸式变压器充气式变压器油浸自冷式变压器油浸风冷式变压器强迫油循环冷却式变压器工厂变配电所大多采用一、变压器变压器型号的表示和含义1．变压器的分类及型号一、变压器2．变压器的结构1—高压绝缘套管；2—分接开关；3—低压绝缘套管；4—气体继电器；5—防爆管；6—储油柜；7—油位表；8—吸湿器；9—散热器；10—铭牌；11—接地螺栓；12—油样阀门；13—放油阀门；14—蝶阀；15—绕组；16—信号温度计；17—铁心；18—净油器；19—变压器油；20—油箱。变压器的结构变压器铁心绕组绝缘套管油箱分接开关保护装置一、变压器2．变压器的结构变压器的结构1）铁心铁心是变压器最基本的组成部分之一。铁心是用涂有绝缘漆或表面氧化膜的硅钢片叠装而成的，它既是变压器的磁通通道，也是器身的骨架。一、变压器铁心不允许多点接地。因为多点接地会在接地点形成回路，从而在铁心中造成局部短路，产生涡流，使铁心发热，严重时会使铁心绝缘损坏甚至烧毁变压器。小提示一、变压器2．变压器的结构变压器的结构2）绕组绕组是变压器的电路部分，它一般用绝缘的铜或铝导线绕制。铜绕组变压器因具有低损耗性能而得到了广泛的应用，如S9系列和S10系列。变压器的高、低压绕组同心地套在铁心上，一般情况下，低压绕组放在靠近铁心处，高压绕组放在外面。高压绕组与低压绕组、低压绕组与铁心之间都留有一定的绝缘间隙和散热通道（油道或气道），并用绝缘纸筒隔开。一、变压器2．变压器的结构变压器的结构3）绝缘套管绝缘套管包括高压绝缘套管和低压绝缘套管，是将绕组的高、低压引线引到油箱外的绝缘装置，它起到引线对地（外壳）绝缘和固定引线的作用。绝缘套管装于油箱盖中，中间穿有导电杆，下端伸进油箱与绕组引线相连，上端露出油箱外，与外电路相连。一、变压器2．变压器的结构变压器的结构4）油箱是变压器的外壳，由钢板焊接而成。油箱内充满了对铁心和绕组起绝缘、冷却和灭弧作用的变压器油。5）分接开关用于改变线圈的匝数，以调节输出电压。储油柜吸湿器防爆管气体继电器一、变压器2．变压器的结构变压器的结构（1）储油柜又称油枕，安装在变压器顶部，通过弯管及阀门等与变压器的油箱相连。作用：储油和补油，以保证变压器的油位高度，减缓变压器油的氧化过程。6）保护装置（2）吸湿器由一根铁管和玻璃容器组成，内装硅胶等干燥剂。作用：吸收进入储油柜空气中的水蒸气，以保证变压器油的纯度。一、变压器2．变压器的结构变压器的结构（3）防爆管是一根一端与油箱连通，另一端用薄玻璃密封的钢质圆管。作用：当变压器内部发生故障，使变压器油剧烈分解产生大量气体导致油箱内压力剧增，而保护装置拒动时，气体和变压器油将冲破玻璃向外喷出，从而防止油箱发生爆炸。（4）气体继电器又称瓦斯继电器，安装在储油柜和油箱中间的连通管上。作用：当变压器内部发生故障时，发出报警信号或使变压器跳闸，从而保护变压器。二、互感器一种特殊的变压器主要作用：根据变压器的变压和变流原理将一次电量（电压、电流）转变为同类型的二次电量，该二次电量可作为二次回路中测量仪表和继电器的电源或信号源。互感器电流互感器电压互感器根据用途的不同二、互感器电流互感器是将大电流变换成电压较低的小电流的设备，简称CT，文字符号为TA。1．电流互感器主要作用：①与测量仪表配合，对线路的电流等进行测量；②与继电保护装置配合，对供配电系统进行过负荷和过电流保护；③使测量仪表、继电保护装置与高压电网隔离，以保证人身和设备的安全。二、互感器1．电流互感器1）电流互感器的分类及型号电流互感器干式油浸式浇注式充气式户内式户外式装入式单匝式多匝式根据安装场所的不同根据一次绕组匝数的不同根据绝缘方式的不同二、互感器1．电流互感器电流互感器型号的表示和含义二、互感器知识链接电气设备的用途、特殊用途和设计序号等内容，有时可不用在其型号表示中标出来。二、互感器2）电流互感器的结构电流互感器的类型较多，本任务以LQJ-10型电流互感器为例介绍其结构，如图所示。1．电流互感器LQJ-10型电流互感器的结构由条形硅钢片叠装而成特点：体积小、质量轻、机械强度高、维护方便；常用于：10KV高压开关柜中。在顶部引出位于侧面LQJ-10型电流互感器常制成不同准确度级的两个铁心和两个二次绕组。二、互感器电压互感器是变换电压的设备，简称PT，文字符号为TV。作用：可靠地隔离高电压，保证测量人员、仪表及装置的安全，按一定比例缩小高电压，使低压绕组能够准确地反映高电压量值的变化，以解决高电压测量的困难。2．电压互感器二、互感器1）电压互感器的分类及型号2．电压互感器电压互感器电磁感应式电容分压式双线圈三线圈单相三相干式浇注式充气式油浸式线圈数目的不同相数的不同根据工作原理的不同根据绝缘方式的不同二、互感器2．电压互感器电压互感器型号的表示和含义例如，对于型号为JDZJ-10的电压互感器，其含义为单相树脂浇注式接地保护用电压互感器，额定电压为10kV。二、互感器2）电压互感器的结构电压互感器的类型也较多，本任务以JDZJ-10型电压互感器为例介绍其结构，如图所示。2．电压互感器JDZJ-10型电压互感器的结构采用硅钢片卷制成C形或叠装成方形，外露在空气中同心绕制，用环氧树脂浇注为一体，属于全绝缘结构绝缘浇注体下半部分涂有半导体漆并与金属底板及铁心相连，用于改善电场的分布三、熔断器熔断器是一种最简单的保护电器，它串联在电路中，其文字符号为FU。当电路发生短路或过负荷时，熔体熔断，切断故障电路，使其他电气设备免遭损坏。熔断器高压熔断器低压熔断器根据电压等级的不同三、熔断器高压熔断器是应用非常广泛的保护电器，主要用来防止高压电气设备发生短路和长期负载。1．高压熔断器高压熔断器限流式熔断器非限流式熔断器户内式熔断器户外式熔断器根据安装场所的不同根据限流作用的不同1）高压熔断器的分类及型号三、熔断器1．高压熔断器高压熔断器型号的表示和含义例如，对于型号为RN1-10的高压熔断器，其含义为户内式的高压熔断器，设计序号为1，额定电压为10kV。三、熔断器在供配电系统中，广泛采用RN系列户内式熔断器和RW系列户外式熔断器。下面以RN系列户内式熔断器为例其结构。1．高压熔断器RN1型和RN2型高压熔断器属于户内式熔断器，其结构都是瓷熔管内填充石英砂的密闭式熔断器。RN1、RN2型高压熔断器的结构三、熔断器1．高压熔断器RN1、RN2型高压熔断器的结构RN1、RN2型高压熔断器的铜丝上焊有小锡球，它能使熔断器在出现过负荷电流或较小的短路电流时也可以动作，提高了保护的灵敏度。熔体由多根铜丝并联，利用“粗弧分细灭弧法”来加速电弧的熄灭。瓷熔管内填充的石英砂具有灭弧能力强和灭弧速度快的特点。这种熔断器能在短路电流到冲击值之前完全熄灭电弧，切断短路，属于限流式熔断器。三、熔断器低压熔断器主要用于低压配电线路的短路保护和过负荷保护。1）低压熔断器的分类及型号2．低压熔断器低压熔断器型号的表示和含义低压熔断器RM系列无填料密闭管式熔断器RT系列有填料密闭管式熔断器RC系列插入式熔断器RL系列螺旋式熔断器NT系列高分断能力熔断器根据结构形式的不同三、熔断器2）低压熔断器的结构2．低压熔断器（a）熔体

（b）熔管

（c）熔断器

（d）操作手柄1—栅状铜熔体；2—锡桥；3—触头；4—引燃栅；5—变截面小孔；6—瓷熔管；7—熔断指示器；8—盖板；9—弹性触座；10—底座；11—接线端子；12—扣眼；13—绝缘拉手手柄。RT0型低压熔断器的结构

栅状铜熔体触头瓷熔管底座三、熔断器2．低压熔断器（a）熔体

（b）熔管

（c）熔断器

（d）操作手柄1—栅状铜熔体；2—锡桥；3—触头；4—引燃栅；5—变截面小孔；6—瓷熔管；7—熔断指示器；8—盖板；9—弹性触座；10—底座；11—接线端子；12—扣眼；13—绝缘拉手手柄。RT0型低压熔断器的结构RT0型低压熔断器的栅状铜熔体具有引燃栅，而引燃栅的等电位作用能够使熔体在短路电流通过时形成多根并行电弧，且所有电弧均在石英砂中燃烧，石英砂可使电弧中的正负离子强烈复合。这种有石英砂填料的熔断器有极强的灭弧能力，具有限流作用。四、高、低压开关设备高压开关设备高压隔离开关高压负荷开关高压断路器1．高压开关设备用于高、低压电路的通断控制。1）高压隔离开关（刀闸）是最简单的高压开关设备，其文字符号为QS。高压隔离开关具有明显的分断间隙，它主要用来隔离高压电源，保证安全。由于高压隔离开关没有专门的灭弧装置，因此其不能用来开断负荷电流和短路电流。四、高、低压开关设备（1）高压隔离开关的分类及型号。1．高压开关设备高压隔离开关户内式户外式水平旋转式垂直旋转式摆动式插入式单柱式双柱式三柱式根据运行方式的不同根据绝缘支柱数目的不同根据安装场所的不同四、高、低压开关设备1．高压开关设备高压隔离开关型号的表示和含义四、高、低压开关设备（2）高压隔离开关的结构。1．高压开关设备GW5-35D型高压隔离开关的结构它由轴承座、绝缘子和导电回路等组成，两绝缘子呈“V”形，夹角为50°。四、高、低压开关设备在操作高压隔离开关时，应先确定高压断路器在断开位置，且要注意操作顺序。停电时应先拉线路侧高压隔离开关，送电时应先合母线侧高压隔离开关。小提示四、高、低压开关设备2）高压负荷开关高压负荷开关为组合式高压电器，文字符号为QL，它能通断正常的负荷电流和过负荷电流，隔离高压电源。（1）高压负荷开关的分类及型号。1．高压开关设备高压负荷开关型号的表示和含义高压负荷开关产气式压气式充油式真空式SF6式户内式户外式根据安装场所的不同根据灭弧介质及灭弧方式的不同四、高、低压开关设备（2）高压负荷开关的结构。1．高压开关设备1—主轴；2—上绝缘子兼气缸；3—连杆；4—下绝缘子；5—框架；6—热脱扣器；7—RN1型高压熔断器；8—下触座；9—闸刀；10—弧动触头；11—绝缘喷嘴（内有弧静触头）；12—主静触头；13—绝缘拉杆；14—上触座；15—断路弹簧。FN3-10RT型高压负荷开关的结构

主轴绝缘子触头绝缘喷嘴高压熔断器当高压负荷开关分闸时，闸刀一端的弧动触头与弧静触头之间产生电弧，同时主轴转动带动活塞压缩气缸内的空气，从绝缘喷嘴向外吹弧，使电弧迅速熄灭。高压负荷开关的上绝缘子是一个简单的灭弧装置，它不但起支持绝缘子的作用，而且内部是一个气缸，装有由操动机构主轴传动的活塞，上绝缘子还装有绝缘喷嘴和弧静触头。四、高、低压开关设备3）高压断路器高压断路器是供配电系统中较为重要的开关设备，其文字符号为QF。作用：具有完善的灭弧装置，既能通断负荷电流，又能自动、快速地切除短路电流。1．高压开关设备高压断路器型号的表示和含义（1）高压断路器的分类及型号。高压断路器油断路器真空断路器SF6断路器户内式户外式根据安装场所的不同根据灭弧介质的不同四、高、低压开关设备（2）高压断路器的结构。1．高压开关设备1—铝帽；2—油气分离室；3—上接线端子；4—游标；5—静触头；6—灭弧室；7—导电杆；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；17—逆止阀。SN10-12型高压断路器的结构油箱是断路器的核心部分

油气分离室灭弧室基座油箱的上部为铝帽，铝帽的上部为油气分离室，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，油沿内壁流回灭弧室；油箱的中部为灭弧室，外面套的是高强度的绝缘筒；油箱的下部为基座，基座内有操作断路器导电杆的转轴和拐臂等传动机构。四、高、低压开关设备2．低压开关设备低压开关设备低压刀开关低压刀熔开关低压负荷开关低压断路器1）低压刀开关低压刀开关的文字符号为QK。由于其断开后有明显的分断间隙，可作为隔离开关使用，因此低压刀开关也称为低压隔离开关。四、高、低压开关设备（1）低压刀开关的分类及型号。2．低压开关设备低压刀开关型号的表示和含义低压刀开关单投户外式不带灭弧罩带灭弧罩单极双极三极根据灭弧结构的不同根据极数的不同根据操作方式的不同四、高、低压开关设备（2）低压刀开关的结构。其能够通断一定的负荷电流，并使负荷电流产生的电弧有效熄灭。2．低压开关设备1—上接线端子；2—灭弧罩；3—闸刀；4—底座；5—下接线端子；6—主轴；7—静触头；8—连杆；9—操作手柄。HD13型低压刀开关的结构四、高、低压开关设备2）低压刀熔开关低压刀熔开关是一种由低压刀开关和低压熔断器组合而成的低压电器，文字符号为QKF。2．低压开关设备低压刀熔开关型号的表示和含义它是将HD型低压刀开关的闸刀换成具有刀形触头的RT0型低压熔断器的熔管而形成的。HR3型低压刀熔开关的结构四、高、低压开关设备3）低压负荷开关低压负荷开关的文字符号为QL。2．低压开关设备低压负荷开关型号的表示和含义将低压刀开关与低压熔断器串联，装在金属盒内，就构成低压负荷开关。功能：具有带灭弧罩的刀开关和熔断器的双重功能，既可带负荷操作，又可进行短路保护。当熔体熔断时，更换熔体就可以恢复供电。1—动触头；2—静夹座；3—熔断器；4—进线孔；5—出线孔；6—速断弹簧；7—转轴；8—手柄；9—罩盖；10—罩盖锁紧螺栓。低压负荷开关的结构四、高、低压开关设备4）低压断路器（空气自动开关）文字符号为QF。功能：既可带负荷通断电路，又可在短路、过负荷和欠压情况下自动跳闸，切断电路。2．低压开关设备低压断路器空气断路器真空断路器选择型断路器非选择型断路器智能型断路器框架式断路器塑料外壳式断路器根据保护性能的不同根据结构的不同根据灭弧介质的不同（1）低压断路器的分类及型号。四、高、低压开关设备2．低压开关设备低压断路器型号的表示和含义四、高、低压开关设备（2）低压断路器的结构。2．低压开关设备1—主触头；2—跳钩；3—锁扣；4—过电流脱扣器；5—分励脱扣器；6—失压脱扣器；7、8—脱扣按钮；9—加热电阻丝；10—热脱扣器。低压断路器的结构当出现短路故障时过电流脱扣器10动作，使低压断路器跳闸。当出现过负荷时串联在一次电路中的加热电阻丝8加热，使热脱扣器9的双金属片向上弯曲，也会使低压断路器跳闸。当电路电压严重下降时失压脱扣器5动作，同样会使低压断路器跳闸。四、高、低压开关设备知识链接成套配电装置定义：以断路器为主的电气设备，是制造厂家根据电气主接线图的要求，将有关的开关电器、测量电器、保护电器，以及母线、载流导体和绝缘子等装配在封闭的或敞开的金属柜体中而形成的，为成套供应的设备。成套配电装置起着重要的作用：①当供配电系统正常运行时，起接收和分配电能的作用。②当供配电系统故障时，起切断故障、迅速恢复系统正常运行的作用。小型变配电所常用的成套配电装置有高压成套配电装置（又称高压开关柜）低压成套配电装置（又称低压配电屏）关于高、低压成套配电装置的相关知识，学生可自行查阅资料了解。任务实训——认识高、低压电气设备1．观察和研究各种高、低压电气设备卸下外盖，观察常用的高、低压电气设备（包括高压熔断器、高压隔离开关、高压负荷开关、高压断路器、低压熔断器、低压刀开关、低压刀熔开关、低压负荷开关、低压断路器）的实际结构，了解它们分类、型号及操作步骤。认识高、低压电气设备任务实训——认识高、低压电气设备2．电磁脱扣器实训DZ10-100G型低压断路器有三种类型的脱扣器，即电磁式（过流）脱扣器、热脱扣器、分励脱扣器。请学生根据“任务引入”中图中所示的电磁式脱扣器实训接线图连接好电路，通过低压断路器的脱扣试验，进一步了解低压断路器的结构和动作特性。（1）连接好电路，将调压器T的输出电压调至零，并合上电源开关。（2）合上低压断路器QF。电磁式脱扣器实训接线图任务实训——认识高、低压电气设备（3）缓慢调节调压器T提高输出电压，电流互感器TA的输出电流上升。注意电流表读数，当低压断路器跳闸（70A左右）时，将电流表的读数记录在表中。（4）将调压器T的输出电压调至零。（5）重复步骤（2）（3）（4）两次。（6）断开电源开关。（7）计算三次实训中测定电流的平均值，作为脱扣电流值。实训数据记录测量次数123电流表读数

平均值

任务实训——认识高、低压电气设备小提示任务2选择与校验供配电系统的常用电气设备任务引入一、变压器1．变压器型式的选择供配电系统中，变压器的选择会影响到整个系统的性能和稳定性。因此，选择合适的变压器至关重要，下面将主要介绍选择变压器型式、变压器台数和变压器容量时应当遵循的原则。选择变压器的型式应遵循以下原则。（1）优先选择低损耗节能型变压器，如S9系列或S10系列。（2）对于安装在室内的变压器，通常选择干式变压器。（3）对于易燃、易爆或有腐蚀性气体的场所，一般选择密闭型变压器或防腐型变压器。（4）对于电网电压波动较大的场所，为改善电能质量，应选择有载变压器。一、变压器2．变压器台数的选择选择变配电所主变压器的台数应遵循以下原则。（1）对于无特殊供电要求的三级负荷，变配电所宜采用一台变压器，但对于负荷集中且容量较大的变配电所，也可采用两台变压器或多台变压器。（2）对于有大量一、二级负荷的变配电所，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。（3）对于没有一级负荷但有二级负荷的变配电所，宜采用两台变压器。若低压侧有与其他变配电所相连的联络线作为备用电源，也可采用一台变压器。（4）对于季节性负荷或昼夜负荷变动较大且采用经济运行方式的变配电所，可采用两台变压器。（5）在确定变配电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余量。一、变压器3．变压器容量的选择一、变压器3．变压器容量的选择一、变压器3．变压器容量的选择4）车间变电所主变压器的单台容量上限车间变电所主变压器的单台容量一般不宜大于1250kV·A。这一方面是受低压开关设备断流能力和短路稳定度要求的限制；另一方面是考虑到可以使主变压器更接近于车间负荷中心，以减少低压配电线路的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量。在确定变配电所主变压器容量时，需要适当考虑未来5～10年负荷的增长，应留有较大的余量。一、变压器3．变压器容量的选择二、互感器1．电流互感器的选择与校验电流互感器主要从以下几个方面进行选择与校验。1）型号的选择根据安装场所和工作要求选择电流互感器的型号。互感器不仅关系到供配电系统的安全、稳定运行，还直接影响着电能计量的准确性和经济效益。2）额定电压和额定电流的选择二、互感器1．电流互感器的选择与校验二、互感器1．电流互感器的选择与校验4）准确度的选择与校验电流互感器的准确度等级是指它的测量误差，一般有六个准确度等级。准确度等级越大，测量误差越大。当同一回路中测量仪表的准确度等级要求不同时，应按准确度等级最高的测量仪表确定电流互感器的准确度等级。计量用的电流互感器的准确度选0.2～0.5级；测量用的电流互感器准确度选1.0～3.0级。0.10.20.5135二、互感器1．电流互感器的选择与校验二、互感器1．电流互感器的选择与校验二、互感器2．电压互感器的选择与校验电压互感器的选择与校验具体有以下几个方面。（1）根据安装场所和工作要求选择电压互感器的型号。（2）电压互感器的一次侧额定电压应不低于所接电网的额定电压；其二次侧额定电压通常为100V。（3）根据测量仪表对电压互感器准确度的要求选择并校验准确度。计量用的电压互感器准确度选0.5级以上，测量用的电压互感器准确度选1.0～3.0级，保护用的电压互感器准确度选3P级和6P级。为保证准确度误差不超过规定值，电压互感器二次侧负荷容量S2应不大于二次侧额定负荷容量S2N。（4）电压互感器由于一、