电气一次设备原理解析课件

第三章第三章 主要电气一次设备原理主要电气一次设备原理发电厂变电站的主要电气设备有：高压开关电器、互感器限流限压设备、导体等第三章 主要电气一次设备原理发电厂变电站的主要电气设备有：13-1 3-1 电弧的基本理论电弧的基本理论3-1 电弧的基本理论2教学内容教学内容掌握电弧的形成及熄灭条件熟悉电弧形成的物理过程、特性掌握交流电弧的特性及熄灭条件掌握开关电器常用的熄弧方法教学内容掌握电弧的形成及熄灭条件33.1.1 电弧的形成和熄灭 3.1.1 电弧的形成和熄灭 4一、概述1、电弧一种游离的气体放电现象 开关电器开断电路时，触头间产生耀眼的白光。物质第四种存在形式：固态、液态、气态、等离子态 电弧的存在代表了电流流通到截止的中间过程，只有当电弧熄灭，触头间隙成为绝缘介质时，电路才算断开。一、概述52 2、电弧的特征特征电弧的能量集中，温度极高，亮度很强例：10kV断路器（QF）断开20kA的电流，电弧功率达到 1万kW以上电弧由阴级区，阳极区和弧柱区组成。弧柱区温度最高，可达67k度到1万度以上在弧柱周围温度较低，亮度明显减弱的部分叫弧焰，电流几乎都从弧柱内部流过。2、电弧的特征6 电弧的气体放电是自持放电，维持电弧燃烧的电压很低。在大气中，1cm长的直流电弧的弧柱电压仅1530V，在变压器油中1cm长的直流电弧的弧柱电压仅100220V。电弧是一束游离的气体，质量极轻，极易变形。电弧在气体或液体的流动作用下或电动力作用下，能迅速移动、伸长或弯曲。7二、电弧的形成和维持1、带电质点的来源 电极发射自由电子：热电子发射触头分离 接触电阻加大 表面发热 发射电子 强电场发射触头分离 电场强度加大 电场力拉出 发射电子 弧柱区的气体游离，碰撞游离+热游离 产生大量的电子和离子 2、电弧的形成和维持二、电弧的形成和维持1、带电质点的来源 8三、电弧的熄灭关键是加强去游离作用 去游离由于复合和扩散使带电质子减少的过程 介质的游离作用电弧产生 介质的去游离作用电弧熄灭当 游离去游离电弧电流 当 游离=去游离电弧电流不变（稳定燃烧）当 游离 BUa一、交流电弧特性A BUa12w电弧在自然过零时将自动熄灭，但下半周期随着电压的升高，电弧会重燃。w若电流过零时，电弧不再重燃，电弧就此熄灭。电弧在自然过零时将自动熄灭，但下半周期随着电压的升高，电弧会13二、交流电弧的熄灭1、弧隙中介质强度的恢复过程U dUd弧隙介质能够承受而不致使弧隙击穿的最小电压弧隙介质能够承受而不致使弧隙击穿的最小电压过程：电流过零前，过程：电流过零前，很高，很高，Rn很小，弧隙为良导电通道很小，弧隙为良导电通道 电流过零前后，电流过零前后，Rn具有一定抗电强度具有一定抗电强度 电流过零后，电流过零后，U d恢复不是从零开始恢复不是从零开始,而是有一个起始电压。这种现象称为交流而是有一个起始电压。这种现象称为交流电路的电路的近阴极效应近阴极效应。电流极性改变后的0.11.0秒瞬间,有Ud=150250V的起始介质强度二、交流电弧的熄灭电流极性改变后的0.11.0秒瞬间,有142、弧隙电压的恢复过程UrUr电压由熄弧电压恢复到外电源电压的过程。过程1、电流过零前，电弧电阻很小，电源电压大部分降落在线路或负载的阻抗上。2、电流过零时，电弧熄灭，最后变为绝缘介质，电源电压全部加在弧隙上。2、弧隙电压的恢复过程Ur153、交流电弧的熄灭条件：UrUrUdUd3、交流电弧的熄灭条件：UrUrUdUd16四、交流电弧的灭弧方法1、提高触头的分闸进度 迅速拉长电弧，E，冷却与扩散2、采用多断口灭弧拉长迅速，行程，灭弧时间提高了灭弧能力3、吹弧加强冷却和扩散 横吹将电弧吹弯吹长 纵吹将电弧吹细四、交流电弧的灭弧方法1、提高触头的分闸进度174、利用固体介质的狭缝狭沟灭弧 冷却，表面吸附电子，加强复合。如：介质纵缝灭弧罩 介质填料灭弧管5、利用短弧原理灭弧 w交流电路：电流自然过零时，每一短弧有150250V电压。4、利用固体介质的狭缝狭沟灭弧186、磁吹、磁吹利用电磁力驱动和拉长电弧至固体介质灭弧罩或金属栅灭弧罩中7、高压气体介质灭弧、高压气体介质灭弧 碰撞游离，复合8、真空灭弧、真空灭弧 碰撞游离，热游离，扩散6、磁吹利用电磁力驱动和拉长电弧至固体介质灭弧罩或金属栅19习题及思考题习题及思考题31 何为电弧？简述断路器触头开断时断口电弧的形成过程及由此而确定的基本灭弧方法。32 交流电弧电流有何特点？什么叫介质强度恢复过程？什么叫电压恢复过程？熄灭交流电弧的条件是什么？习题及思考题31 何为电弧？简述断路器触头开断时断口电弧的203.2 3.2 高压开关电器高压开关电器开关电器的分类高压开关、低压开关 户内、户外 既能开断正常工作电流又能开断故障电流断路器 只开断电压隔离开关类 能开断正常工作电流和过电流负荷开关类 只能开断故障电流熔断器 3.2 高压开关电器开关电器的分类213.2.1 3.2.1 高压高压断路器一、高压断路器一、高压断路器.高压断路器的功能高压断路器的功能 正常工作时开断与闭合电路正常工作时开断与闭合电路 配合继电保护装置，自动开断电网中的短配合继电保护装置，自动开断电网中的短路故障路故障 在跳闸后能够自动重合闸。在跳闸后能够自动重合闸。.高压断路器种类高压断路器种类 油断路器油断路器 压缩空气断路器压缩空气断路器 SFSF断路器断路器 真空断路器真空断路器工程图中符号3.2.1 高压断路器一、高压断路器工程图中符号22少油式断路器少油式断路器 具有用油量少、体积小、结构简单、节省钢材、防火防爆的特点，但检修周期短，在户外使用时，受大气条件影响大，而且配 套性差。以SN10-10I型为例：组成：导电回路上出线座静触头座瓣形触头 动触头导电杆动触头下出线座 灭弧系统纵横吹灭弧室（纵横油气吹+机械油吹）逆止阀：电弧形成后分解油，逆止阀钢球上推堵住回油孔，形成密闭燃弧，使内腔压力升高油气分离器：a.避免灭弧室完全封死，压力过高 b.避免直接将炽热的带有大量电子和离子的油气混合 物排出箱外，引起自燃和设备绝缘闪络。传动机构：主轴、分相轴、操动轴 框架：依靠两个支持绝缘子将各相与地绝缘少油式断路器23少油少油断路器断路器少油断路器24 高压少油断路器高压少油断路器 高压少油断路器25压缩空气断路器压缩空气断路器压缩空气断路器26SFSF6 6断路器断路器LW15-363GCBPSF6断路器LW15-363GCBP27SF6断路器的优缺点断路器的优缺点断口耐压高允许开断次数多开断性能好占地面积小加工精度高，密封性能好，对水分子与气体的检测要求严格SF6断路器的优缺点28真空真空断路器断路器真空断路器29真空真空断路器断路器真空断路器30断路器与隔离开关的配合具有相当完善的灭弧装置，它可以切断正常的负荷电流，也可以切断一定的故障电流。但没有明显的断点，必须借助辅助设备，才能知道断路器处于合闸状态或断开状态。在电路中，需要与隔离开关配合运行断路器与隔离开关的配合具有相当完善的灭弧装置，它可以切断正常313.2.2 隔离开关（隔离开关（QS）1、QS的作用 隔电保安 倒闸操作：等电位操作 切投小电流电路：保证电弧能可靠自行熄灭2、QS的特点 触头暴露在空气中；有明显、清晰可见的断开点 没有专门的灭弧装置不能切断Ig及Id QS应与QF配合使用满足“隔离开关先通后断”原则 （即：合闸时，QS先QF后；分闸时，QF先QS后）QS分闸时，应有明显可见的断口 QS合闸时，应能可靠地通过Igmax及Idmax通过时满足动热稳定工程图中符号3.2.2 隔离开关（QS）工程图中符号323、户内型QS:GN6、GN8型 结构：底座绝缘子、导电系统 磁锁装置的作用：散热 增加接触压力 提高动稳定4、户外型QS GW4-35D 导电回路 双柱式绝缘子 接地刀闸与主刀联锁（一分-合）底座3、户内型QS:33隔离开关隔离开关34隔离开关隔离开关35隔离开关隔离开关36500kV隔离开关500kV隔离开关373.2.3 高低压熔断器高低压熔断器1、作用：短路保护或过载保护 缺点：保护性能不稳定、需要更换熔体2、组成：熔件（熔体）：铜、银 触头、灭弧装置、绝缘底座3、工作过程：汽化过程发弧过程灭弧过程 全开断时间=熔化时间+发弧时间+燃弧时间4、分类之一：限流型速度快、高电阻、出现过电压 非限流型速度慢、不出现过电压5、户内型高压熔断路：RN1、RN3电力变压器或线路保护 RN2、RN6电压互感器保护6、户外型高压熔断器：RW3跌落式FU、RW10-35型限流型FU3.2.3 高低压熔断器383.2.4 高压负荷开关 用于开合负载电流及过载电流的开关电器，具有 一定的灭弧能力，常与熔断器配合使用。负荷开关特点：1）具有可见断点 2）有简易灭弧装置，可以切断负荷电流 3）具有保护功能，如过负荷保护，但不能切断短路电流 4）与高压熔断器配合使用，可起到切断短路电流的作用负荷开关的作用：在10kV回路中，可以作为小容量变压器的进线开关、电力电容器的主开关、电压互感器的主开关。工程图中符号3.2.4 高压负荷开关工程图中符号393.3 3.3 互感器互感器3.3 互感器40互感器的作用将一次侧的高电压大电流变换成二次侧的标准的低电压、小电流，使二次侧装置标准化、系列化。将二次侧与高电压隔离，保证设备和人身安全。使二次侧可以使用低压小截面控制电缆传送电压、电流信号。互感器的作用将一次侧的高电压大电流变换成二次侧的标准的低电压413.3.1 电流互感器工程图中符号原理接线图一次侧N1N23.3.1 电流互感器工程图中符号原理接线图一次侧N142一、电流互感器的结构特点一次侧匝数很少，二次侧匝数多。一次绕组电流完全取决于负荷电流。正常工作时，二次侧负荷阻抗很小，接近短路状态。一次侧与被测回路串联，二次侧绕组与仪表电流线圈串联。一、电流互感器的结构特点一次侧匝数很少，二次侧匝数多。一次绕43电流互感器的等值电路和相量图铁心中合成磁动势电流互感器的等值电路和相量图铁心中合成磁动势44二、电流互感器的误差电流误差：角误差：i为I1与I2 之间的夹角。电流互感器的误差与互感器铁心材料、结构、一次侧电流、二次侧负载等因素有关。二、电流互感器的误差电流误差：45三、电流互感器的准确级和额定容量 准确级：在规定的二次负荷变化范围内，一次电流为额定值时的最大电流误差 电流互感器有0.2、0.5、1、3、5P、10P等准确度级，可供不同的测量和保护场合使用。不同准确级的电流互感器有不同的额定二次负荷。电流互感器的额定容量 电流互感器在额定二次电流和额定二次阻抗下运行时，二次线圈输出的容量。由于电流互感器的二次电流为标准值（5A或1A），其容量也常用额定二次阻抗来表示。因电流互感器的误差和二次负荷有关，同一台电流互感器使用在不同准确级时，会有不同的额定容量。电流互感器二次侧所接的负载的阻抗之和不能超过互感器的额定二次阻抗值。三、电流互感器的准确级和额定容量 准确级：46四、电流互感器的运行注意事项二次侧必须有一端接地。防止一、二次侧绝缘损坏，高压窜入二次侧，危及人身和设备安全；接线时要注意极性。电流互感器一、二次侧的极性端子，都用字母表明极性。一次侧串接在线路中，二次侧的继电器或测量仪表串接。电流互感器运行时二次侧不允许开路。四、电流互感器的运行注意事项二次侧必须有一端接地。防止一、二47电流互感器二次侧开路 电流互感器运行时二次侧不允许开路。否则二次侧会感应出极高电压，危及人身和设备安全。二次侧开路时，I1N1全部为励磁磁通势，使铁心中磁通为平顶波，二次侧感应电势为尖顶波。电流互感器二次侧开路 电流互感器运行时二次侧不允许开路。48五、电流互感器二次接线方式单相接线星形接线不完全星形接线五、电流互感器二次接线方式单相接线星形接线不完全星形接线49电气一次设备原理解析课件50110电流互感器35电流互感器110电流互感器35电流互感器51低压电流互感器低压电流互感器523.3.2 3.3.2 电压互感器电压互感器原理接线图3.3.2 电压互感器原理接线图533.3.2 3.3.2 电压互感器电压互感器电磁式电压互感器工作原理与电力变压器相同。一、结构类型：电磁式（包括普通的电磁式电压互感器，及串级式电压互感器）；电容分压式；二、运行注意事项：电压互感器工作时，二次侧有一端必须可靠接地，运行中二次侧不允许短路。工程图中符号3.3.2 电压互感器电磁式电压互感器工作原理与电力变压器54电压互感器电压互感器的的的等值电路U1相量图电压互感器的的等值电路U1相量图55三、电压互感器误差和准确级三、电压互感器误差和准确级 测量误差：电压误差角误差：二次电压相量 与一次电压相量 之间的夹角 ，并规定 超前于 时相位差 为正，反之为负。电压互感器测量误差与空载电流、二次负载等因素有关。准确级：电压互感器的准确级用最大允许误差表示。有0.1、0.2、0.5、3、3P、6P等准确级，分别用在不同的测量与保护场合。三、电压互感器误差和准确级 测量误差：56四、电容式电压互感器的工作原理 随着电力系统输电电压的增高，电磁式电压互感器的体积越来越大，成本随之增高，普遍采用电容式电压互感器。电容式电压互感器实质上是一个电容分压器，在被测装置的相和地之间接有电容 和 ，按反比分压，上的电压为 电容式电压互感器原理接线图（虚线中是非线性补偿电感线圈）四、电容式电压互感器的工作原理 随着电力系统输57电容式电压互感器误差 电容式电压互感器的误差是由空载电流、负载电流以及阻尼器的电流流经互感器绕组产生压降而引起的，其误差由空载误差 、，负载误差 、和阻尼器负载电流产生的误差 、等几部分组成，即 电容式电压互感器的误差除受一次电压、二次负荷和功率因数的影响外，还与电源频率有关。电容式电压互感器用于110500kV中性点直接接地系统。电容式电压互感器误差58五、电压互感器二次接线方式特别注意开口三角接线五、电压互感器二次接线方式特别注意开口三角接线59电气一次设备原理解析课件60110电压互感器110电容式电压互感器110电压互感器110电容式电压互感器61低压电压互感器低压电压互感器623.4 3.4 限流电器限流电器限流电器的作用增加电路的短路阻抗，从而达到限制短路电流的目的。常用的设备有：限流电抗器和分裂变压器限流电抗器和分裂变压器一、限流电抗器：作用：限制电力设备的短路电流、能维持母线电压、将短路容量加以限制，以选择轻型断路器和小截面的电缆。设置位置分段电抗器、出线电抗器、在变压器负荷侧串联电抗器工程图中符号3.4 限流电器限流电器的作用工程图中符号63限流限流电抗器限流电抗器64并联电抗器 并联电抗器应用于电力系统，通常安装在高压长距离输电线的始端升压站、中间联络站以及高压直流输电的换流站中，并联连接于变电站66KV及以下的低压回路。具有补偿电网无功功率、降低电网损耗、提高输电能力以及抑制电网谐振过电压、防止发电机自励磁、消除空载长线电容效应和高压电缆电容效应、抑制工频过电压等众多功能，可节约 能源、提高电力系统的 运行稳定性和可靠性。并 联电抗器与并联电容器、大功率晶闸管和微机控制 系统组成静止无功补偿装 置，可对电力系统的无功 功率进行适时动态调节。并联电抗器 并联电抗器应用于电力系统，通65二、分裂变压器：1、作用分裂变压器，能在正常工作和低压侧短路时，使变压器呈现不同的电抗值，从而起到限制短路电流的作用。2、结构分裂变压器是一种多绕组变压器，它是将普通的双绕组变压器的低压绕组分裂成额定容量相等的两个完全对称的绕组。二、分裂变压器：663.5 避雷器 （）1.功能：用来限制过电压的一种主要保护电器，是发电厂变电所防雷保护的基本保护措施之一。2.工作原理：避雷器与被保护设备并联，当线路上有雷电侵入时，首先击穿避雷器对地放电，从而保护设备绝缘。3.5 避雷器（）1.功能：67感应雷的防护分流：采用避雷器来限制雷电过电压波，将雷电流分流入地。避雷器被保护设备接地体感应雷的防护分流：采用避雷器来限制雷电过电压波，将雷电流分流68避雷器结构类型放电间隙避雷器；阀形避雷器；氧化锌避雷器；避雷器结构类型放电间隙避雷器；69空气间隙避雷器 空气间隙放电器的主要元件是放电电极的材料 空气间隙避雷器 空气间隙放电器的主要元件是放电电极的材料 70阀型避雷器由装在密封瓷套中的间隙（又称火花间隙）和非线性电阻（又称阀片）串联。火花间隙将带电部分与阀片隔开，阀片电阻值与流过的电流有关，电流愈大电阻愈小。有普通型和磁吹型两类。电阻阀片由金刚砂（SiC）和结合剂烧结而成，称为碳化硅阀片主要应用在变电所的高压防雷，特点是通流量大，但是反应时间比较长，目前普通阀型避雷器已淘汰。磁吹型避雷器还是电力系统常见的高压防雷产品。阀型避雷器由装在密封瓷套中的间隙（又称火花间隙）和非线性电阻71氧化锌避雷器 阀片以氧化锌（ZnO）与少量金属氧化物烧结而成单基片避雷器 双基片避雷器 多基片避雷器能量分配的问题，如果在一个避雷器里使用3个或3个以上的基片，那么其每个基片的启动电压和内阻要做到非常近似。因为在高电压大电流状态下即使是1欧姆的电阻差别也会使氧化锌基片造成能量分配的不均衡，那么就会有某一片损坏而其他没有损坏或者很少损坏，特点就是反应时间短可在ns级 氧化锌避雷器 阀片以氧化锌（ZnO）与少量金属氧化物烧结而成72氧化氧化锌锌避雷器避雷器氧化锌避雷器733.6 导体、母线和电缆一、母线1、母线是有多条引出线的节点。汇集，分配和传送电能2、母线种类和材料有：软母线：钢芯铝绞线 硬母线：铜导电率高、机械强度高、抗腐蚀性能好 铝导电率较低、截面大、重量轻、耐腐蚀性能差 钢导电率差、趋肤效应严重、损耗较大 封闭母线：分箱式、共箱式3、截面形状 矩形母线：在同截面下，周长要长，冷却条件好耗金属要少 菱形与管形母线：可防止产生电晕，散热面小3.6 导体、母线和电缆一、母线744、母线的布置、母线的布置母线三相导体排列方式：水平排列、竖直排列、角形排列 （各相之间的相对关系）软母线 硬母线母线的放置法：平放、立放 （母线与空间的相对关系）安装方式：平装机械抗弯强度高，对流散热效果差 立装对流散热效果好，机械抗弯强度高差 （母线与绝缘子的相互关系）综合布置方式：综合布置方式：竖排立放平装、平排平放平装 竖排平放立装、平排立放立装5、母线的着色、母线的着色 硬母线刷漆：直流、交流 目的：区别相序 增加辐射散热、载流量提高12%15%防腐蚀作用4、母线的布置75软母线管形母线软母线管形母线76低压封闭母线低压封闭母线77高压封闭母线共箱式分箱式高压封闭母线共箱式分箱式78 二、电力电缆二、电力电缆特点：铺设在地下，结构紧凑、占用空间小、走向和布置灵活、不影响环境、现场施工简便结构：电缆芯线：铝芯或铜芯、圆形或扇形截面 绝缘层：各芯线绝缘相间绝缘芯线对地绝缘 密封护套：铅色、铅包 保护层：钢带、钢丝叠加、沥青防腐层分类 油浸纸绝缘电缆、聚氯乙烯绝缘电缆、交联聚氯乙烯绝缘电缆、橡皮绝缘电缆电缆头-电缆与电缆、架空线、电机、电器等连接时要用电缆头 分类：终端头：环氧树脂型、干包型 中间接头：电缆与电缆的连接 二、电力电缆79电力电缆工程图中符号电力电缆工程图中符号803.7 绝缘子n作用：支持支持及固定带电裸导体，并使之与地绝缘 绝缘带电导体之间的绝缘n技术要求：绝缘性能好+机械性能好n分类 电器绝缘子固定电器的载流部分 电站绝缘子固定硬母线（支柱绝缘子-套管绝缘子）线路绝缘子固定软母线（针式、悬式、棒式）n结构：绝缘体+金属配件n支柱绝缘子 套管绝缘子3.7 绝缘子作用：支持支持及固定带电裸导体，并使之与地81绝缘子绝缘子82绝缘子绝缘子83绝缘子绝缘子84绝缘子绝缘子85主要电气设备小结设备名称主要作用接入系统的方式断路器切断电流串联接入，每相一个隔离开关切断电压在断路器两边串联接入电流互感器 变换电流串联接入电路电压互感器 变换电压并联接入电路避雷器防止过电压并联接入电路母线连接各回路单母线、双母线电抗器限制短路电流串联接入电路主要电气设备小结设备名称主要作用接入系统的方式断路器切断电流86习题与思考题习题与思考题3-3 高压断路器的作用是什么？其常见类型有哪些？3-4 隔离开关的作用是什么？3-4 电压互感器与电流互感器各有何作用，运行时有何特点？为什么工作时，电磁型电流互感器二次侧不能开路，而电压互感器不能短路？习题与思考题3-3 高压断路器的作用是什么？其常见类型有哪些87第三章第三章 主要电气一次设备原理主要电气一次设备原理发电厂变电站的主要电气设备有：高压开关电器、互感器限流限压设备、导体等第三章 主要电气一次设备原理发电厂变电站的主要电气设备有：883-1 3-1 电弧的基本理论电弧的基本理论3-1 电弧的基本理论89教学内容教学内容掌握电弧的形成及熄灭条件熟悉电弧形成的物理过程、特性掌握交流电弧的特性及熄灭条件掌握开关电器常用的熄弧方法教学内容掌握电弧的形成及熄灭条件903.1.1 电弧的形成和熄灭 3.1.1 电弧的形成和熄灭 91一、概述1、电弧一种游离的气体放电现象 开关电器开断电路时，触头间产生耀眼的白光。物质第四种存在形式：固态、液态、气态、等离子态 电弧的存在代表了电流流通到截止的中间过程，只有当电弧熄灭，触头间隙成为绝缘介质时，电路才算断开。一、概述922 2、电弧的特征特征电弧的能量集中，温度极高，亮度很强例：10kV断路器（QF）断开20kA的电流，电弧功率达到 1万kW以上电弧由阴级区，阳极区和弧柱区组成。弧柱区温度最高，可达67k度到1万度以上在弧柱周围温度较低，亮度明显减弱的部分叫弧焰，电流几乎都从弧柱内部流过。2、电弧的特征93 电弧的气体放电是自持放电，维持电弧燃烧的电压很低。在大气中，1cm长的直流电弧的弧柱电压仅1530V，在变压器油中1cm长的直流电弧的弧柱电压仅100220V。电弧是一束游离的气体，质量极轻，极易变形。电弧在气体或液体的流动作用下或电动力作用下，能迅速移动、伸长或弯曲。94二、电弧的形成和维持1、带电质点的来源 电极发射自由电子：热电子发射触头分离 接触电阻加大 表面发热 发射电子 强电场发射触头分离 电场强度加大 电场力拉出 发射电子 弧柱区的气体游离，碰撞游离+热游离 产生大量的电子和离子 2、电弧的形成和维持二、电弧的形成和维持1、带电质点的来源 95三、电弧的熄灭关键是加强去游离作用 去游离由于复合和扩散使带电质子减少的过程 介质的游离作用电弧产生 介质的去游离作用电弧熄灭当 游离去游离电弧电流 当 游离=去游离电弧电流不变（稳定燃烧）当 游离 BUa一、交流电弧特性A BUa99w电弧在自然过零时将自动熄灭，但下半周期随着电压的升高，电弧会重燃。w若电流过零时，电弧不再重燃，电弧就此熄灭。电弧在自然过零时将自动熄灭，但下半周期随着电压的升高，电弧会100二、交流电弧的熄灭1、弧隙中介质强度的恢复过程U dUd弧隙介质能够承受而不致使弧隙击穿的最小电压弧隙介质能够承受而不致使弧隙击穿的最小电压过程：电流过零前，过程：电流过零前，很高，很高，Rn很小，弧隙为良导电通道很小，弧隙为良导电通道 电流过零前后，电流过零前后，Rn具有一定抗电强度具有一定抗电强度 电流过零后，电流过零后，U d恢复不是从零开始恢复不是从零开始,而是有一个起始电压。这种现象称为交流而是有一个起始电压。这种现象称为交流电路的电路的近阴极效应近阴极效应。电流极性改变后的0.11.0秒瞬间,有Ud=150250V的起始介质强度二、交流电弧的熄灭电流极性改变后的0.11.0秒瞬间,有1012、弧隙电压的恢复过程UrUr电压由熄弧电压恢复到外电源电压的过程。过程1、电流过零前，电弧电阻很小，电源电压大部分降落在线路或负载的阻抗上。2、电流过零时，电弧熄灭，最后变为绝缘介质，电源电压全部加在弧隙上。2、弧隙电压的恢复过程Ur1023、交流电弧的熄灭条件：UrUrUdUd3、交流电弧的熄灭条件：UrUrUdUd103四、交流电弧的灭弧方法1、提高触头的分闸进度 迅速拉长电弧，E，冷却与扩散2、采用多断口灭弧拉长迅速，行程，灭弧时间提高了灭弧能力3、吹弧加强冷却和扩散 横吹将电弧吹弯吹长 纵吹将电弧吹细四、交流电弧的灭弧方法1、提高触头的分闸进度1044、利用固体介质的狭缝狭沟灭弧 冷却，表面吸附电子，加强复合。如：介质纵缝灭弧罩 介质填料灭弧管5、利用短弧原理灭弧 w交流电路：电流自然过零时，每一短弧有150250V电压。4、利用固体介质的狭缝狭沟灭弧1056、磁吹、磁吹利用电磁力驱动和拉长电弧至固体介质灭弧罩或金属栅灭弧罩中7、高压气体介质灭弧、高压气体介质灭弧 碰撞游离，复合8、真空灭弧、真空灭弧 碰撞游离，热游离，扩散6、磁吹利用电磁力驱动和拉长电弧至固体介质灭弧罩或金属栅106习题及思考题习题及思考题31 何为电弧？简述断路器触头开断时断口电弧的形成过程及由此而确定的基本灭弧方法。32 交流电弧电流有何特点？什么叫介质强度恢复过程？什么叫电压恢复过程？熄灭交流电弧的条件是什么？习题及思考题31 何为电弧？简述断路器触头开断时断口电弧的1073.2 3.2 高压开关电器高压开关电器开关电器的分类高压开关、低压开关 户内、户外 既能开断正常工作电流又能开断故障电流断路器 只开断电压隔离开关类 能开断正常工作电流和过电流负荷开关类 只能开断故障电流熔断器 3.2 高压开关电器开关电器的分类1083.2.1 3.2.1 高压高压断路器一、高压断路器一、高压断路器.高压断路器的功能高压断路器的功能 正常工作时开断与闭合电路正常工作时开断与闭合电路 配合继电保护装置，自动开断电网中的短配合继电保护装置，自动开断电网中的短路故障路故障 在跳闸后能够自动重合闸。在跳闸后能够自动重合闸。.高压断路器种类高压断路器种类 油断路器油断路器 压缩空气断路器压缩空气断路器 SFSF断路器断路器 真空断路器真空断路器工程图中符号3.2.1 高压断路器一、高压断路器工程图中符号109少油式断路器少油式断路器 具有用油量少、体积小、结构简单、节省钢材、防火防爆的特点，但检修周期短，在户外使用时，受大气条件影响大，而且配 套性差。以SN10-10I型为例：组成：导电回路上出线座静触头座瓣形触头 动触头导电杆动触头下出线座 灭弧系统纵横吹灭弧室（纵横油气吹+机械油吹）逆止阀：电弧形成后分解油，逆止阀钢球上推堵住回油孔，形成密闭燃弧，使内腔压力升高油气分离器：a.避免灭弧室完全封死，压力过高 b.避免直接将炽热的带有大量电子和离子的油气混合 物排出箱外，引起自燃和设备绝缘闪络。传动机构：主轴、分相轴、操动轴 框架：依靠两个支持绝缘子将各相与地绝缘少油式断路器110少油少油断路器断路器少油断路器111 高压少油断路器高压少油断路器 高压少油断路器112压缩空气断路器压缩空气断路器压缩空气断路器113SFSF6 6断路器断路器LW15-363GCBPSF6断路器LW15-363GCBP114SF6断路器的优缺点断路器的优缺点断口耐压高允许开断次数多开断性能好占地面积小加工精度高，密封性能好，对水分子与气体的检测要求严格SF6断路器的优缺点115真空真空断路器断路器真空断路器116真空真空断路器断路器真空断路器117断路器与隔离开关的配合具有相当完善的灭弧装置，它可以切断正常的负荷电流，也可以切断一定的故障电流。但没有明显的断点，必须借助辅助设备，才能知道断路器处于合闸状态或断开状态。在电路中，需要与隔离开关配合运行断路器与隔离开关的配合具有相当完善的灭弧装置，它可以切断正常1183.2.2 隔离开关（隔离开关（QS）1、QS的作用 隔电保安 倒闸操作：等电位操作 切投小电流电路：保证电弧能可靠自行熄灭2、QS的特点 触头暴露在空气中；有明显、清晰可见的断开点 没有专门的灭弧装置不能切断Ig及Id QS应与QF配合使用满足“隔离开关先通后断”原则 （即：合闸时，QS先QF后；分闸时，QF先QS后）QS分闸时，应有明显可见的断口 QS合闸时，应能可靠地通过Igmax及Idmax通过时满足动热稳定工程图中符号3.2.2 隔离开关（QS）工程图中符号1193、户内型QS:GN6、GN8型 结构：底座绝缘子、导电系统 磁锁装置的作用：散热 增加接触压力 提高动稳定4、户外型QS GW4-35D 导电回路 双柱式绝缘子 接地刀闸与主刀联锁（一分-合）底座3、户内型QS:120隔离开关隔离开关121隔离开关隔离开关122隔离开关隔离开关123500kV隔离开关500kV隔离开关1243.2.3 高低压熔断器高低压熔断器1、作用：短路保护或过载保护 缺点：保护性能不稳定、需要更换熔体2、组成：熔件（熔体）：铜、银 触头、灭弧装置、绝缘底座3、工作过程：汽化过程发弧过程灭弧过程 全开断时间=熔化时间+发弧时间+燃弧时间4、分类之一：限流型速度快、高电阻、出现过电压 非限流型速度慢、不出现过电压5、户内型高压熔断路：RN1、RN3电力变压器或线路保护 RN2、RN6电压互感器保护6、户外型高压熔断器：RW3跌落式FU、RW10-35型限流型FU3.2.3 高低压熔断器1253.2.4 高压负荷开关 用于开合负载电流及过载电流的开关电器，具有 一定的灭弧能力，常与熔断器配合使用。负荷开关特点：1）具有可见断点 2）有简易灭弧装置，可以切断负荷电流 3）具有保护功能，如过负荷保护，但不能切断短路电流 4）与高压熔断器配合使用，可起到切断短路电流的作用负荷开关的作用：在10kV回路中，可以作为小容量变压器的进线开关、电力电容器的主开关、电压互感器的主开关。工程图中符号3.2.4 高压负荷开关工程图中符号1263.3 3.3 互感器互感器3.3 互感器127互感器的作用将一次侧的高电压大电流变换成二次侧的标准的低电压、小电流，使二次侧装置标准化、系列化。将二次侧与高电压隔离，保证设备和人身安全。使二次侧可以使用低压小截面控制电缆传送电压、电流信号。互感器的作用将一次侧的高电压大电流变换成二次侧的标准的低电压1283.3.1 电流互感器工程图中符号原理接线图一次侧N1N23.3.1 电流互感器工程图中符号原理接线图一次侧N1129一、电流互感器的结构特点一次侧匝数很少，二次侧匝数多。一次绕组电流完全取决于负荷电流。正常工作时，二次侧负荷阻抗很小，接近短路状态。一次侧与被测回路串联，二次侧绕组与仪表电流线圈串联。一、电流互感器的结构特点一次侧匝数很少，二次侧匝数多。一次绕130电流互感器的等值电路和相量图铁心中合成磁动势电流互感器的等值电路和相量图铁心中合成磁动势131二、电流互感器的误差电流误差：角误差：i为I1与I2 之间的夹角。电流互感器的误差与互感器铁心材料、结构、一次侧电流、二次侧负载等因素有关。二、电流互感器的误差电流误差：132三、电流互感器的准确级和额定容量 准确级：在规定的二次负荷变化范围内，一次电流为额定值时的最大电流误差 电流互感器有0.2、0.5、1、3、5P、10P等准确度级，可供不同的测量和保护场合使用。不同准确级的电流互感器有不同的额定二次负荷。电流互感器的额定容量 电流互感器在额定二次电流和额定二次阻抗下运行时，二次线圈输出的容量。由于电流互感器的二次电流为标准值（5A或1A），其容量也常用额定二次阻抗来表示。因电流互感器的误差和二次负荷有关，同一台电流互感器使用在不同准确级时，会有不同的额定容量。电流互感器二次侧所接的负载的阻抗之和不能超过互感器的额定二次阻抗值。三、电流互感器的准确级和额定容量 准确级：133四、电流互感器的运行注意事项二次侧必须有一端接地。防止一、二次侧绝缘损坏，高压窜入二次侧，危及人身和设备安全；接线时要注意极性。电流互感器一、二次侧的极性端子，都用字母表明极性。一次侧串接在线路中，二次侧的继电器或测量仪表串接。电流互感器运行时二次侧不允许开路。四、电流互感器的运行注意事项二次侧必须有一端接地。防止一、二134电流互感器二次侧开路 电流互感器运行时二次侧不允许开路。否则二次侧会感应出极高电压，危及人身和设备安全。二次侧开路时，I1N1全部为励磁磁通势，使铁心中磁通为平顶波，二次侧感应电势为尖顶波。电流互感器二次侧开路 电流互感器运行时二次侧不允许开路。135五、电流互感器二次接线方式单相接线星形接线不完全星形接线五、电流互感器二次接线方式单相接线星形接线不完全星形接线136电气一次设备原理解析课件137110电流互感器35电流互感器110电流互感器35电流互感器138低压电流互感器低压电流互感器1393.3.2 3.3.2 电压互感器电压互感器原理接线图3.3.2 电压互感器原理接线图1403.3.2 3.3.2 电压互感器电压互感器电磁式电压互感器工作原理与电力变压器相同。一、结构类型：电磁式（包括普通的电磁式电压互感器，及串级式电压互感器）；电容分压式；二、运行注意事项：电压互感器工作时，二次侧有一端必须可靠接地，运行中二次侧不允许短路。工程图中符号3.3.2 电压互感器电磁式电压互感器工作原理与电力变压器141电压互感器电压互感器的的的等值电路U1相量图电压互感器的的等值电路U1相量图142三、电压互感器误差和准确级三、电压互感器误差和准确级 测量误差：电压误差角误差：二次电压相量 与一次电压相量 之间的夹角 ，并规定 超前于 时相位差 为正，反之为负。电压互感器测量误差与空载电流、二次负载等因素有关。准确级：电压互感器的准确级用最大允许误差表示。有0.1、0.2、0.5、3、3P、6P等准确级，分别用在不同的测量与保护场合。三、电压互感器误差和准确级 测量误差：143四、电容式电压互感器的工作原理 随着电力系统输电电压的增高，电磁式电压互感器的体积越来越大，成本随之增高，普遍采用电容式电压互感器。电容式电压互感器实质上是一个电容分压器，在被测装置的相和地之间接有电容 和 ，按反比分压，上的电压为 电容式电压互感器原理接线图（虚线中是非线性补偿电感线圈）四、电容式电压互感器的工作原理 随着电力系统输144电容式电压互感器误差 电容式电压互感器的误差是由空载电流、负载电流以及阻尼器的电流流经互感器绕组产生压降而引起的，其误差由空载误差 、，负载误差 、和阻尼器负载电流产生的误差 、等几部分组成，即 电容式电压互感器的误差除受一次电压、二次负荷和功率因数的影响外，还与电源频率有关。电容式电压互感器用于110500kV中性点直接接地系统。电容式电压互感器误差145五、电压互感器二次接线方式特别注意开口三角接线五、电压互感器二次接线方式特别注意开口三角接线146电气一次设备原理解析课件147110电压互感器110电容式电压互感器110电压互感器110电容式电压互感器148低压电压互感器低压电压互感器1493.4 3.4 限流电器限流电器限流电器的作用增加电路的短路阻抗，从而达到限制短路电流的目的。常用的设备有：限流电抗器和分裂变压器限流电抗器和分裂变压器一、限流电抗器：作用：限制电力设备的短路电流、能维持母线电压、将短路容量加以限制，以选择轻型断路器和小截面的电缆。设置位置分段电抗器、出线电抗器、在变压器负荷侧串联电抗器工程图中符号3.4 限流电器限流电器的作用工程图中符号150限流限流电抗器限流电抗器151并联电抗器 并联电抗器应用于电力系统，通常安装在高压长距离输电线的始端升压站、中间联络站以及高压直流输电的换流站中，并联连接于变电站66KV及以下的低压回路。具有补偿电网无功功率、降低电网损耗、提高输电能力以及抑制电网谐振过电压、防止发电机自励磁、消除空载长线电容效应和高压电缆电容效应、抑制工频过电压等众多功能，可节约 能源、提高电力系统的 运行稳定性和可靠性。并 联电抗器与并联电容器、大功率晶闸管和微机控制 系统组成静止无功补偿装 置，可对电力系统的无功 功率进行适时动态调节。并联电抗器 并联电抗器应用于电力系统，通152二、分裂变压器：1、作用分裂变压器，能在正常工作和低压侧短路时，使变压器呈现不同的电抗值，从而起到限制短路电流的作用。2、结构分裂变压器是一种多绕组变压器，它是将普通的双绕组变压器的低压绕组分裂成额定容量相等的两个完全对称的绕组。二、分裂变压器：1533.5 避雷器 （）1.功能：用来限制过电压的一种主要保护电器，是发电厂变电所防雷保护的基本保护措施之一。2.工作原理：避雷器与被保护设备并联，当线路上有雷电侵入时，首先击穿避雷器对地放电，从而保护设备绝缘。3.5 避雷器（）1.功能：154感应雷的防护分流：采用避雷器来限制雷电过电压波，将雷电流分流入地。避雷器被保护设备接地体感应雷的防护分流：采用避雷器来限制雷电过电压波，将雷电流分流155避雷器结构类型放电间隙避雷器；阀形避雷器；氧化锌避雷器；避雷器结构类型放电间隙避雷器；156空气间隙避雷器 空气间隙放电器的主要元件是放电电极的材料 空气间隙避雷器 空气间隙放电器的主要元件是放电电极的材料 157阀型避雷器由装在密封瓷套中的间隙（又称火花间隙）和非线性电阻（又称阀片）串联。火花间隙将带电部分与阀片隔开，阀片电阻值与流过的电流有关，电流愈大电阻愈小。有普通型和磁吹型两类。电阻阀片由金刚砂（SiC）和结合剂烧结而成，称为碳化硅阀片主要应用在变电所的高压防雷，特点是通流量大，但是反应时间比较长，目前普通阀型避雷器已淘汰。磁吹型避雷器还是电力系统常见的高压防雷产品。阀型避雷器由装在密封瓷套中的间隙（又称火花间隙）和非线性电阻158氧化锌避雷器 阀片以氧化锌（ZnO）与少量金属氧化物烧结而成单基片避雷器 双基片避雷器 多基片避雷器能量分配的问题，如果在一个避雷器里使用3个或3个以上的基片，那么其每个基片的启动电压和内阻要做到非常近似。因为在高电压大电流状态下即使是1欧姆的电阻差别也会使氧化锌基片造成能量分配的不均衡，那么就会有某一片损坏而其他没有损坏或者很少损坏，特点就是反应时间短可在ns级 氧化锌避雷器 阀片以氧化锌（ZnO）与少量金属氧化物烧结而成159氧化氧化锌锌避雷器避雷器氧化锌避雷器1603.6 导体、母线和电缆一、母线1、母线是有多条引出线的节点。汇集，分配和传送电能2、母线种类和材料有：软母线：钢芯铝绞线 硬母线：铜导电率高、机械强度高、抗腐蚀性能好 铝导电率较低、截面大、重量轻、耐腐蚀性能差 钢导电率差、趋肤效应严重、损耗较大 封闭母线：分箱式、共箱式3、截面形状 矩形母线：在同截面下，周长要长，冷却条件好耗金属要少 菱形与管形母线：可防止产生电晕，散热面小3.6 导体、母线和电缆一、母线1614、母线的布置、母线的布置母线三相导体排列方式：水平排列、竖直排列、角形排列 （各相之间的相对关系）软母线 硬母线母线的放置法：平放、立放 （母线与空间的相对关系）安装方式：平装机械抗弯强度高，对流散热效果差 立装对流散热效果好，机械抗弯强度高差 （母线与绝缘子的相互关系）综合布置方式：综合布置方式：竖排立放平装、平排平放平装 竖排平放立装、平排立放立装5、母线的着色、母线的着色 硬母线刷漆：直流、交流 目的：区别相序 增加辐射散热、载流量提高12%15%防腐蚀作用4、母线的布置162软母线管形母线软母线管形母线163低压封闭母线低压封闭母线164高压封闭母线共箱式分箱式高压封闭母线共箱式分箱式165 二、电力电缆二、电力电缆特点：铺设在地下，结构紧凑、占用空间小、走向和布置灵活、不影响环境、现场施工简便结构：电缆芯线：铝芯或铜芯、圆形或扇形截面 绝缘层：各芯线绝缘相间绝缘芯线对地绝缘 密封护套：铅色、铅包 保护层：钢带、钢丝叠加、沥青防腐层分类 油浸纸绝缘电缆、聚氯乙烯绝缘电缆、交联聚氯乙烯绝缘电缆、橡皮绝缘电缆电缆头-电缆与电缆、架空线、电机、电器等连接时要用电缆头 分类：终端头：环氧树脂型、干包型 中间接头：电缆与电缆的连接 二、电力电缆166电力电缆工程图中符号电力电缆工程图中符号1673.7 绝缘子n作用：支持支持及固定带电裸导体，并使之与地绝缘 绝缘带电导体之间的绝缘n技术要求：绝缘性能好+机械性能好n分类 电器绝缘子固定电器的载流部分 电站绝缘子固定硬母线（支柱绝缘子-套管绝缘子）线路绝缘子固定软母线（针式、悬式、棒式）n结构：绝缘体+金属配件n支柱绝缘子 套管绝缘子3.7 绝缘子作用：支持支持及固定带电裸导体，并使之与地168绝缘子绝缘子169绝缘子绝缘子170绝缘子绝缘子171绝缘子绝缘子172主要电气设备小结设备名称主要作用接入系统的方式断路器切断电流串联接入，每相一个隔离开关切断电压在断路器两边串联接入电流互感器 变换电流串联接入电路电压互感器 变换电压并联接入电路避雷器防止过电压并联接入电路母线连接各回路单母线、双母线电抗器限制短路电流串联接入电路主要电气设备小结设备名称主要作用接入系统的方式断路器切断电流173习题与思考题习题与思考题3-3 高压断路器的作用是什么？其常见类型有哪些？3-4 隔离开关的作用是什么？3-4 电压互感器与电流互感器各有何作用，运行时有何特点？为什么工作时，电磁型电流互感器二次侧不能开路，而电压互感器不能短路？习题与思考题3-3 高压断路器的作用是什么？其常见类型有哪些174