电气设备实习课件

Page 1讲授提纲讲授提纲1概述2开关电器中的灭弧原理2.1电弧的产生及物理过程2.2交流电弧的熄灭方法3开关电器3.1概述3.2断路器3.3隔离开关3.4熔断器3.5负荷开关3.6低压开关电器第1页/共43页Page 21 1 概概 述述1.1 1.1 电气设备的定义电气设备的定义 供配电系统的电气设备是指用于发供配电系统的电气设备是指用于发电、输电、变电、配电和用电的所有电、输电、变电、配电和用电的所有设备，包括发电机、变压器、控制电设备，包括发电机、变压器、控制电器、保护设备、测量仪表、线路器材器、保护设备、测量仪表、线路器材和用电设备（如电动机、照明用具）和用电设备（如电动机、照明用具）等。等。第2页/共43页Page 32 开关电器中的灭弧原理2.1 电弧的产生及物理过程2.1.1 电弧产生的现象2.1.2 电弧的危害2.1.3 电弧产生的具体过程第3页/共43页Page 4 2.1.1 电弧产生时的现象 电弧是有触点的开关电器在切断有载电路过程中必然产生的物理现象。在开关电器的动、静触头分离瞬间，触头间就会出现电弧。电弧出现后，触头虽然已经分开，但是电路中的电流还在继续流通，直到触头分开足够长的距离，电弧熄灭后，电路才被真正断开。第4页/共43页Page 5电弧：一团温度极高、亮度极强并能导电的气体。是电流的延续。电弧的主要特征：弧的主要特征：（1）能量集中，发出高温、强光。（2）自持放电，维持电弧稳定燃烧所需电压很低。（3）游离的气体，质轻易变。第5页/共43页Page 62.1.2电弧的危害n高温使开关触头变形、熔化，从而导致接触不良甚至损坏。n延长了电路的开断时间，从而使故障对供配电系统造成更大的损坏。n高温可能造成人员灼伤甚至直接或间接的死亡，强光可能损害人的视力。n引起弧光短路，严重时造成爆炸事故。第6页/共43页Page 72.1.3电弧产生的具体过程n 产生游离：中性质点获得外界能量分解出带电质点的过程。热电子发射：触头分断电流时，阳极表面大电流收缩集 中，出现炽热光斑，温度很高，触头表 面电子吸收热能，发射到触头间隙，形成 自由电子。强电场发射：触头开断初，电场强度大，触头表面电子 被强行拉出。第7页/共43页Page 8n 维持与发展碰撞游离：高速电子碰撞中性质点，使中性质点变成正 离子和自由电子，当离子浓度足够大时，介 质击穿产生电弧。热游离：电弧中心温度高达10000摄氏度，电弧中的中 性质点游离为正离子和自由电子。第8页/共43页Page 9n 熄灭去游离：去游离：带电质点从游离区消失或消弱的游离过程。扩散：散：弧柱内的自由电子与正离子溢出弧柱以外，到周围冷介质中去的过程复合：复合：异号带电质点的电荷彼此中和的现象。电弧熄灭的条件：去游离率大于游离率，即其中离子消失的速率大于离子产生的速率。第9页/共43页Page 10n交流电弧的熄灭1）冷却灭弧法 利用介质如油等来降低电弧的温度从而增强去游离来加快电弧的熄灭。2）速拉灭弧法 开关电器中最基本的灭弧方法。高低压断路器中都装有强力的断路弹簧，目的就是加速触头的分断速度。2.2 熄灭电弧的基本方法第10页/共43页Page 113）吹弧灭弧法 利用外力如气流、油流或电磁力来吹动电弧，使电弧拉长，同时也使电弧冷却，电弧中的电场强度降低，复合和扩散增强，加速电弧熄灭。按吹弧的方向(相对电弧方向)分：横吹和纵吹。按施加外力的方向分：气吹、油吹、磁力吹和电动力吹等。第11页/共43页Page 124）采用多段口熄弧 电压高、电流大的断路器多采用每相两个或多个开断口的方式。多断口使电弧的总长度加长、从而导致弧隙电导下降；使每个断口的行程缩短，可以加快触头的分离速度，促使弧隙电导迅速下降，用此灭弧性能好。动触头静触头第12页/共43页Page 135）利用短弧原理熄弧 由于近阴极效应，产生的阳离子空间导电性差，阴极附近出现150V-250V的介质强度，将电弧分成多个短弧，利用这个介质强度，将使所有阴极的介质强度总值大于加在触头上的电压时，电弧将被熄灭。近阴极效近阴极效应：电子向阳极运动，阳离子向阴极运动。交流电路中，电流在过零瞬间，阴阳极变向，电子和阳离子同时向相反方向运动，因为电子质量较阳离子轻的多，故电子运动速度比阳离子快的多，从而电子瞬间进入极板，而在阴极表面聚集了很多的阳离子，形成了一个阳离子空间，这就是“近阴极效应”。第13页/共43页Page 14第14页/共43页Page 156）利用固体介质的狭缝熄弧 低压开关也广泛采用狭缝灭弧装置，通常由石棉水泥或陶土材料压制成的灭弧罩和磁吹装置构成。触头间产生电弧以后，在磁吹装置产生的磁场作用下，对弧柱产生电磁力，将其拉入由灭弧片构成的狭缝中，起到拉长电弧的作用，并促使电弧与灭弧片冷壁紧密接触，加强冷却作用；第15页/共43页Page 16第16页/共43页Page 173 开关电器3.1 概述 在电力系统中，发电机、变压器、线路等元件，由于检修、改变运行方式或发生故障时，都必须将其接入或退出，因而要进行一些操作。而这些操作必须使用一些开关电器。根据开关电器在电路中所担负的任务，可以分为以下几类：（1）用于开断正常电流的的开关电器：如高压负荷开关，低压刀闸开关，接触器等。(2)仅用于断开故障情况下的过负荷电流和短路电流的开关电器：如高压熔断器。（3）既用来断开或闭合正常工作电流：如高压熔断器，低压空气开关（4）不要求断开或闭合电流，只用于检修时隔离高压设备的开关，如 隔离开关。第17页/共43页Page 18 对开关电器的要求1）满足正常负荷的发热要求 触头必须接触紧密良好，尽量减少或避免触头表面产生氧化层，以降低接触电阻。2）具有足够的机械强度 能够经受规定的通断次数而不致发生机械故障或损坏。3）具有足够的动稳定度和热稳定度 具有足够的动稳定度指在可能发生的最大短路冲击电流通过时，触头不至于因最大电动力作用而损坏，具有足够的热稳定度指在可能最长的短路时间内通过最大短路电流时所产生的热量不致使触头烧损或熔焊。4）具有足够的断流能力 在开断规定的最大负荷电流或最大短路电流时，触头不应被电弧过度烧损，更不应发生熔焊现象。第18页/共43页Page 193.2 断路器断路器 开关电器中的断路器的任务最重要，地位最高，结构也最复杂。对高压断路器的基本要求：在各种情况下应具有足够的开断能力，尽可能短的动作时间和高度的工作可靠性。断路器最重要的任务就是熄灭电弧，所以，各种断路器都有不同结构的灭弧装置。第19页/共43页Page 20高压断路器 文字符号QF 是高压输配电线路中最为重要的电气设备，它的选用和性能直接关系到线路运行的安全性和可靠性。n作用 （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，切断短路电流第20页/共43页Page 21n类型 （1）高压断路器按采用的灭弧介质分 1）油断路器 按油量大小分为少油和多油两类。多油断路器的油量多，兼有灭弧和绝缘的双重功能；少油断路器的油量少，只作灭弧介质用。2）六氟化硫(SF6)断路器 3）真空断路器 4）压缩空气断路器 5）磁吹断路器（2）高压断路器按使用场合分 1）户内型 2）户外型第21页/共43页Page 22高压断路器的全型号表示和含义如下：第22页/共43页Page 23图少油断路器内部剖面结构1铝帽2油气分离器3上接线端子4油标5静触头6灭弧室7动触头8中间滚动触头9下接线端子10转轴11拐臂12基座13下支柱瓷瓶14上支柱瓷瓶15断路弹簧16缘筒17逆止阀18绝缘油SN10-10型少油断路器外形结构1铝帽2上接线端子3油标4绝缘筒5下接线端子6基座7主轴8框架9断路弹簧第23页/共43页Page 24(1)组成结构组成结构1）油箱）油箱 断路器的核心部分断路器的核心部分油箱的上部为油箱的上部为“铝帽铝帽”铝帽的上部为铝帽的上部为“油汽分离室油汽分离室”，其作用是将灭弧过程中产生的油汽混，其作用是将灭弧过程中产生的油汽混合物旋转分离，气体从顶部排气孔排出，而油则沿内壁流回灭弧室。合物旋转分离，气体从顶部排气孔排出，而油则沿内壁流回灭弧室。铝帽的下部装有铝帽的下部装有“插座式静触头插座式静触头”，有，有34片弧触片。断路器在合闸片弧触片。断路器在合闸或分闸时，电弧总在弧触片和或分闸时，电弧总在弧触片和“动触头动触头(导电杆导电杆)”端部的弧触头之间产端部的弧触头之间产生，从而保护了静触头的工作触片。生，从而保护了静触头的工作触片。油箱的中部为油箱的中部为“灭弧室灭弧室”，外面，外面套的是高强度的绝缘筒，灭弧室的结构如图所示。套的是高强度的绝缘筒，灭弧室的结构如图所示。图灭弧室结构1第一道灭弧沟2第二道灭弧沟3第三道灭弧沟4吸弧钢片第24页/共43页Page 25户外少油断路器户外少油断路器(SW6-220型）型）第25页/共43页Page 26 SF6断路器 SF6气体的特性是种无色、无味、无毒且不易燃的惰性气体，兼有灭弧和绝缘功能。优点：1、开断能力强。2、体积小。缺点：1、结构复杂。2、金属消耗量大。3、价格昂贵。一般用于220KV以上。第26页/共43页Page 27高压开关设备的常用操动机构介绍高压开关设备的常用操动机构介绍 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。操动机构的型号表示和含义如下：第27页/共43页Page 28n断路器操作机构的作用：控制断路器进行合闸、分闸操作，并保持在合、分闸状态。操作机构是决定断路器性能的关键部件之一，它的好坏直接影响到断路器的技术性能。电磁操动机构的特点：电磁操动机构的特点：A A、结构简单，维护方便，价格便宜，运行可靠；、结构简单，维护方便，价格便宜，运行可靠；B B、能够进行电动分合闸、手动分合闸、自动重合闸；、能够进行电动分合闸、手动分合闸、自动重合闸；C C、需要一个大功率直流电源；、需要一个大功率直流电源；弹簧操动机构的特点：弹簧操动机构的特点：A、结构复杂、维护不方便、价格昂贵；结构复杂、维护不方便、价格昂贵；B、能够手动分合闸，电动分合闸；能够手动分合闸，电动分合闸；C、不需要大功率直流电机，利用弹簧储能、释放能进行分合闸不需要大功率直流电机，利用弹簧储能、释放能进行分合闸第28页/共43页Page 29图图 CD10型电磁操动机构型电磁操动机构1外壳外壳 2跳闸线圈跳闸线圈 3手动跳闸铁心手动跳闸铁心4合闸线圈合闸线圈 5合闸操作手柄合闸操作手柄6缓冲底座缓冲底座 7接线端子排接线端子排 8辅助开关辅助开关 9分合指示器分合指示器a)外形图外形图b)剖面图剖面图第29页/共43页Page 303.3 3.3 隔离开关隔离开关文字符号QS主要功能：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。可以操作哪些可以操作哪些电路：路：隔离开关没有灭弧装置，所以不容许带负荷操作。但可断开电压互感器、避雷器、母线及母线相连的容性电流、励磁电流不超过2A的空载变压器、容性电流不超过5A的空载线路。QS（GK)第30页/共43页Page 31图图 GN8-10型高压隔离型高压隔离开关外形开关外形1上接线端子上接线端子 2静触静触头头 3闸刀闸刀 4套管绝套管绝缘子缘子5下接线端子下接线端子6框架框架 7转轴转轴 8拐拐臂臂 9升降绝缘子升降绝缘子 10支柱绝缘子支柱绝缘子操作隔离开关的基本要领：操作隔离开关的基本要领：合闸时：合闸时：A，应迅速而果断，应迅速而果断，B，在闸行程终了时，不能用力过猛，以防损坏支持，在闸行程终了时，不能用力过猛，以防损坏支持瓷瓶及合闸过头，瓷瓶及合闸过头，C，在合闸过程中如果产生电弧，要还不犹豫的将隔离开关继续，在合闸过程中如果产生电弧，要还不犹豫的将隔离开关继续迅速合上，禁止将隔离开关再往回拉，因为往回拉会使弧光扩大，造成设备更大迅速合上，禁止将隔离开关再往回拉，因为往回拉会使弧光扩大，造成设备更大的损坏，隔离开关合上后，刀片应完全进入固定触头内。的损坏，隔离开关合上后，刀片应完全进入固定触头内。分闸时：分闸时：A，应缓慢而谨慎，应缓慢而谨慎，B，当刀片离开固定触头时，如发生电弧，应立即反，当刀片离开固定触头时，如发生电弧，应立即反向操作将隔离开关合上，并停止操作，向操作将隔离开关合上，并停止操作，C，如果利用隔离开关切断小容量变压器的，如果利用隔离开关切断小容量变压器的空载电流、一定长度的架空线路、电缆线路的充电电流及少量的负荷电流等，都空载电流、一定长度的架空线路、电缆线路的充电电流及少量的负荷电流等，都将有一定长度的电弧产生，此时，应迅速将隔离开关拉开，以便顺利消弧。将有一定长度的电弧产生，此时，应迅速将隔离开关拉开，以便顺利消弧。第31页/共43页Page 323CJ13CJ1接地隔离开关接地隔离开关第32页/共43页Page 33（1 1）作用：）作用：起过载或短路保护作用起过载或短路保护作用Fu（RD)（2 2）分类：）分类：（分户内型和户外型（分户内型和户外型 ）（3 3）型号表达式）型号表达式 3.4 熔断器第33页/共43页Page 34熔管内部结构剖面图熔管内部结构剖面图1金属管帽金属管帽 2瓷熔管瓷熔管 3工作工作熔体熔体 4指示熔体指示熔体 5锡球锡球 6石英砂填料石英砂填料 7熔断指示器熔断指示器(熔断熔断后弹出状态后弹出状态)RN1及及RN2型熔断器外形型熔断器外形1瓷熔管瓷熔管 2金属管帽金属管帽 3弹性触座弹性触座4熔断指示器熔断指示器5接线端子接线端子 6瓷绝缘瓷绝缘子子7铸铁底座铸铁底座 第34页/共43页Page 352）工作原理）工作原理 锡球的作用锡球的作用 使熔断器能在过负荷电流或较小短路电流时能动作，提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。高熔断器保护的灵敏度。当过负荷电流通过时，铜熔丝能在较低的温度当过负荷电流通过时，铜熔丝能在较低的温度下熔断下熔断“冶金效应冶金效应”铜熔丝的作用铜熔丝的作用 使熔断器在短路电流时动作，断开电路，实现短路保使熔断器在短路电流时动作，断开电路，实现短路保护。护。“限流限流”式熔断器式熔断器 能在短路后不到半个周期即短路电流未达到冲击电能在短路后不到半个周期即短路电流未达到冲击电流值流值(ish)时就能完全熄灭电弧、切断短路电流的特性称时就能完全熄灭电弧、切断短路电流的特性称“限流限流”式。式。灭弧能力灭弧能力 具有具有“粗弧分细、长弧切短和狭沟灭弧粗弧分细、长弧切短和狭沟灭弧”等灭弧方法，因等灭弧方法，因此，该熔断器的灭弧能力很强，具有此，该熔断器的灭弧能力很强，具有“限流限流”式特性，因此式特性，因此RN系列熔系列熔断器为断器为“限流限流”式熔断器。式熔断器。3）由于电压互感器的二次侧近于开路状态，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型的额定电流一般为0.5A，而，而RN1型的型的IN从从2300A不等。不等。第35页/共43页Page 36RWRW系列户外高压跌开式熔断器，又称跌落式熔断器系列户外高压跌开式熔断器，又称跌落式熔断器（1 1）作用：被广泛用于环境正常的户外场所，作高压线路）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。和设备的短路保护用。（2 2）种类：）种类：1 1）一般跌开式熔断器）一般跌开式熔断器 如如RW4RW4、RW7RW7型等型等2 2）负荷型跌开式熔断器）负荷型跌开式熔断器 如如RW10RW1010F10F型等型等 3 3）限流型户外熔断器）限流型户外熔断器 如如RW10RW103535、RW11RW11型等型等4 4）爆炸式跌开式熔断器）爆炸式跌开式熔断器 如如RW-BRW-B系列熔断器系列熔断器（3 3）一般户外高压跌开式熔断器一般户外高压跌开式熔断器 文字符号文字符号FDFDRW4-10(G)RW4-10(G)型跌落式熔断器型跌落式熔断器1 1上接线端子上接线端子 2 2上静触头上静触头 3 3上上动触头动触头4 4管帽管帽5 5操作环操作环 6 6熔管熔管 7 7铜熔丝铜熔丝 8 8下动触头下动触头 9 9下静触下静触头头 1010下接线端子下接线端子 1111绝缘瓷瓶绝缘瓷瓶 1212安装板安装板第36页/共43页Page 373.53.5负荷开关负荷开关1）作用：用于切断、关合线路负荷电流，空载线路、空载变）作用：用于切断、关合线路负荷电流，空载线路、空载变压器及电容器等，并能通过规定的短路电流。压器及电容器等，并能通过规定的短路电流。（有的分闸时有（有的分闸时有明显断口，可起隔离作用）明显断口，可起隔离作用）（只能开合负荷电流，不能切断短路电流）（只能开合负荷电流，不能切断短路电流）2 2）分类：）分类：按安装地点分户内、户外式；按灭弧方式分产气式、按安装地点分户内、户外式；按灭弧方式分产气式、压气式、压缩空气式、油浸式、真空式、压气式、压缩空气式、油浸式、真空式、SF6式；还分可带式；还分可带熔断器和不带熔断器熔断器和不带熔断器3）型号表达式）型号表达式第37页/共43页Page 38FN3-10RT户内压气户内压气式负荷开关外形式负荷开关外形1主轴主轴 2上绝缘子兼上绝缘子兼气缸气缸 3连杆连杆 4下下绝缘子绝缘子 5框架框架 6RNI型熔断器型熔断器7下触下触座座 8闸刀闸刀 9弧动弧动触头触头 10绝缘喷嘴绝缘喷嘴(内有弧静触头内有弧静触头)11主静触头主静触头 12上触上触座座 13断路弹簧断路弹簧 14绝缘拉杆绝缘拉杆 15热热脱扣器脱扣器第38页/共43页Page 391）刀）刀闸开关开关3.6 低压开关电器通断电压在通断电压在1000V1000V以下的交直流电路的开关电器，它包括刀开关、自动空气以下的交直流电路的开关电器，它包括刀开关、自动空气开关低压断路器、接触器、磁力启动器、低压熔断器等开关低压断路器、接触器、磁力启动器、低压熔断器等（1 1）作用）作用 最最简简单单的的低低压压开开关关，只只能能手手动动操操作作，所所以以适适于于不不频频繁繁地通断电路。一般刀闸开关与熔断器配合使用。地通断电路。一般刀闸开关与熔断器配合使用。按极数分，有单极、双极、三极；按灭弧结构可分为按极数分，有单极、双极、三极；按灭弧结构可分为带灭弧罩的和不带灭弧罩的；按操作方式分为直接手柄操带灭弧罩的和不带灭弧罩的；按操作方式分为直接手柄操作和用杠杆操作的；按用途分为单投的和双投的；按接线作和用杠杆操作的；按用途分为单投的和双投的；按接线方式可分为板前接线和板后接线。方式可分为板前接线和板后接线。（2 2）分类）分类第39页/共43页Page 40（3 3）型号表达式）型号表达式双投开关双投开关HSHS1111-100-100型型HDHD1111系列刀开关系列刀开关第40页/共43页Page 412 2）接触器）接触器 用来远距离通断负荷电路的低压开关，广泛用于频繁起用来远距离通断负荷电路的低压开关，广泛用于频繁起动和控制电动机的电路。动和控制电动机的电路。分交流接触器（分交流接触器（CJCJ系列）和直流接触器（系列）和直流接触器（CZCZ系系列）。列）。（1 1）作用）作用（2 2）分类）分类CJ10CJ10接触器接触器 接触器简单结构示意图接触器简单结构示意图 交流接触器实物交流接触器实物第41页/共43页Page 423)低压熔断器低压熔断器在交直流低压配电系统中起过载和短路保护。在交直流低压配电系统中起过载和短路保护。（1 1）作用）作用（2 2）型号表达式）型号表达式 熔断器熔断器RC.RL.RMRC.RL.RM型号的含义？型号的含义？第42页/共43页Page 43QS1QF1QS2QS3QF2QS4L-1L-2L-3第43页/共43页