电气工程基础之发电厂及变电所一次设备讲义

*,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,电气工程基础2008,南京理工大学,第七章 发电厂及变电所一次设备,电气工程基础,9/22/2024,第七章 发电厂、变电所的一次设备,7.1 电气设备选择的一般条件,7.2 开关电器的灭弧原理,7.3 高低压开关电器,7.4 高低压保护电器和限流电器,7.5 互感器,7.6 电力变压器,7.7 配电装置简介,9/22/2024,一次系统（一次回路） ：,二次系统（二次回路） ：,担负电能的生产、输送和分配任务的系统。,对一次系统进行监视、控制、测量和保护等的系统。,一次系统中的所有电气设备，称为一次设备。,二次系统中的所有电气设备，称为二次设备。,第七章 发电厂、变电所的一次设备,9/22/2024,一次设备,按其功能可分为以下几类：,变换设备：,如电力变压器、电流互感器、电压互,感器等。,开关设备：,如断路器、隔离开关、负荷开关等。,保护设备：,如熔路器、避雷器、电抗器等。,无功补偿设备：,如电力电容器、静止补偿器等。,成套配电装置：,如高压开关柜、低压配电屏等。,第七章 发电厂、变电所的一次设备,9/22/2024,7.1 电气设备选择的一般条件,基本要求,按正常运行条件进行选择；,按短路条件校验热稳定和动稳定。,9/22/2024,一.按正常工作条件选择电气设备,1.额定电压,2.额定电流,3.环境条件：海拔高度；温度；装设位置（室内或室外）,9/22/2024,二.按短路状态校验,1.热稳定校验,2.动稳定校验,特殊情况：,（,1,）用熔断器保护的电气设备，可不校验热稳定；,（,2,）用有限流电阻的熔断器保护的电气设备，可不校,验动稳定；,（,3,）装设在电压互感器回路中的裸导体和电气设备可,不校验动、热稳定。,短路电流热效应,9/22/2024,3.短路电流计算条件,(1)容量和接线,：,按本工程设计,最终容量,计算，并考虑电力系统,远景发展规划,(一般为本工程建成后510年)；其接线应采用可能发生,最大短路电流的正常接线方式,，但不考虑在切换过程中可能短时并列的接线方式(如切换厂用变压器时的并列)。,(2)短路种类,：,一般按,三相短路,验算，若其他种类短路较三相短路严重时，则应按最严重的情况验算。,(3)计算短路点,：,在计算电路图中，同电位的各短路点的短路电流值均相等，但通过各支路的短路电流将随着短路点的位置不同而不同。在校验电器和载流导体时，必须确定电气设备和载流导体处于最严重情况的短路点，使通过的,短路电流校验值最大。,9/22/2024,短路点的选择,发电机回路,母联,分段,变压器回路,带电抗器的出线,厂用变压器回路,9/22/2024,4.短路计算时间,热稳定,：后备保护动作时间和断路器的全开断时间之和。,开断能力计算时间,9/22/2024,三、主要电气设备的选择和校验项目,设备名称,一般选择条件,特殊选择项目,额定电压,额定电流,热稳定,动稳定,断路器,断流能力校验,隔离开关,电流互感器,准确度等级校验,电压互感器,准确度等级校验,高压熔断器,断流能力校验,硬母线,电晕电压校验,软母线,电晕电压校验,电力电缆,电压损失校验,支柱绝缘子,穿墙套管,注：“”表示需要进行选择计算或校验；“”表示不需要进行选择或校验；,9/22/2024,7.2 开关电器的灭弧原理,1电弧的产生,：是触头间中性质点被游离的结果。,强电场发射,热电发射,碰撞游离,热游离,产生电弧的游离方式有：,一、电弧的产生和熄灭,9/22/2024,（1）强电场发射,在断路器触头分开的最初瞬间，触头电极的表面受到外加电压所形成的强电场的作用，金属电极表面的电子就会在电场力的作用下被拉出，即发生了所谓,强电场发射,。,金属表面发射电子的数量决定于极间电场强度的高低。,当电场强度超过,10,7,V/cm,时，即使金属表面温度不高，其电子发射量也会显著增加。,强电场发射是弧隙间初始电子产生的原因。,一、电弧的产生和熄灭,9/22/2024,（2）碰撞游离,当有一定强动能的电子撞击到某种气体的中性质点时，可使其间电子被释放出来，游离成正离子和新的自由电子。被撞击的电子和原来的电子又会在电场作用下向阳极作加速运动，获得足够动能后，又将撞击其它中性质点，产生更多的自由电子和正离子，使带电质点浓度迅速增加。这一游离过程即称为,碰撞游离,。,一、电弧的产生和熄灭,9/22/2024,（3）热游离,在高温下，气体分子和原子热运动加快，它们互相碰撞，在温度足够高时会撞击产生离子和自由电子，这种现象称为,热游离,。,一、电弧的产生和熄灭,不同温度下空气和气体的热电离程度,9/22/2024,（4）热电发射,在弧光放电过程中，电极表面少数点上有局部较集中的电流，同时因开关触头分离后，触头间接触压力及接触面积逐渐减小，接触电阻也随之增加，会使电极表面有相应高温，从而造成其中的电子获得很大的动能后逸出到周围空间。这种现象称为,热电子发射,，其强弱程度与阴极的材料及表面温度有关，是气体介质中带电质点产生的主要原因之一。,一、电弧的产生和熄灭,9/22/2024,复合：,指正、负带电质点重新结合为中性质点。,扩散：,指电弧中的带电质点向周围介质逸出的现象。,3交流电弧的基本特性,伏安特性：,如图,5-1,所示。,U,A,燃弧电压,U,B,熄弧电压,图5-1 交流电弧的伏安特性,2电弧的熄灭,电弧熄灭的条件：使触头间电弧中的,去游离率大于游离率，,即使离子消失的速度大于离子产生的速度。,一、电弧的产生和熄灭,9/22/2024,对熄弧能力较强的断路器：,电流过零后，如果暂态恢复电压高于弧隙介质强度，将发生弧隙击穿，电弧将会重燃；称为,电击穿,，如果暂态恢复电压低于弧隙介质强度，电弧就不会重燃，电路开断成功。,对熄弧能力较弱的断路器,：在电流过零瞬间，如果输入能量大于散失能量，电弧就会重燃，称为,热击穿,；如果散失能量大于输入能量，弧隙温度将继续下降，电弧将会熄灭。,近阴极效应：,交流电弧过零的瞬间，阴极附近在极短的时间内立即出现大约,150V,250V,的介质强度。当触头两端外加交流电压小于,150V,时，电弧将会熄灭。,一、电弧的产生和熄灭,9/22/2024,开关电弧的熄灭条件,介质强度和恢复电压,9/22/2024,二、开关电器中常用的灭弧方法,速拉灭弧法；,冷却灭弧法；,吹弧灭弧法（图,5-2,）；,图5-2 吹弧方式,a）横吹 b）纵吹,1电弧 2触头,9/22/2024,长弧切短灭弧法（图,5-3,）；,粗弧分细灭弧法；,狭缝灭弧法（图,5-4,）；,采用新型介质（,SF,6,、真空）灭弧；,采用多断口灭弧。,图5-3 长弧切短灭弧原理,图5-4 狭缝灭弧原理,二、开关电器中常用的灭弧方法,9/22/2024,7.3 高低压开关电器,一、高压断路器,1. 高压断路器的用途（功能）,2. 对高压断路器的基本要求,绝缘应安全可靠；,有足够的动稳定性和热稳定性；,有足够的开断能力；,动作速度快，熄弧时间短。,结构特点：具有,相当完善的灭弧结构。,不仅能通断正常负荷电流，而且能通断一定的短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。,9/22/2024,一、高压断路器,3. 高压断路器的分类,根据断路器采用的灭弧介质和灭弧方式，一般可分为：,多油式断路器；,少油式断路器；,压缩空气高压断路器；,真空断路器；,SF6,断路器等。,断路器的种类和型号主要根据安装线路的电压等级、切断电流的大小和投资费用等进行选择。,9/22/2024,一、高压断路器,4. 高压断路器的操作性能,图7.6 全开断时间和短路时间计算,9/22/2024,5.高压断路器的型号,例：,SW4-110G/1000-3000,S少油；W户外；4设计序号； 110110kV；G改进型；1000A,I,N,；3000MVA断流容量。,9/22/2024,6. 各类高压断路器简介,油断路器：,分为多油断路器和少油断路器两大类。,图5-5 SN10-10型高压少油断路器,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,图5-5和,图5-6,分别为 SN10-10型少油断路器的外形结构图及其一相油箱内部结构 。,一、高压断路器,9/22/2024,开 断 部 分,操动和传动部分,绝 缘 部 分,组 成,DW8-35型多油断路器,油断路器,多油断路器,一、高压断路器,9/22/2024,高压断路器的型号说明,SN10-10 /3000 43.3,产品名称代号,安装场所代号,设计序号,额定电压,（,k,V,),其他标志代号,额定电流,(,A,),额定开断电流,（,k,A,）,一、高压断路器,9/22/2024,高压断路器的结构,DW8-35型多油断路器,接地金属箱型结构示意图,断口,金属箱,绝缘套管,操动机构,接地金属箱型,绝缘子支持型,（1）,断路器的基本,结构,一、高压断路器,9/22/2024,DW19 - 40.5型,一、高压断路器,9/22/2024,1铝帽 2油气分离室 3上接线端子,4油标 5静触头 6灭弧室,7动触头(导电杆) 8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绝缘筒 17逆止阀 18绝缘油,图5-6 SN10-10型高压少油断路器的一相油箱内部结构,一、高压断路器,9/22/2024,绝缘子支持型结构示意图,SW2-63型少油断路器,支持瓷瓶,操动机构,开断元件,油断路器,少油断路器,一、高压断路器,9/22/2024,断路器的积木组合方式,断路器的积木组合方式示意图,SW2-110型少油断路器 每相单柱双断口,一、高压断路器,9/22/2024,SW2-220型少油断路器每相双柱四断口,一、高压断路器,9/22/2024,(3)多断口断路器的均压问题及措施,一、高压断路器,9/22/2024,采用均压电容,为什么电容C能起到均压的作用？,一、高压断路器,9/22/2024,并联均压电容,并联电容,一、高压断路器,9/22/2024,户内式SN10-10断路器,一、高压断路器,9/22/2024,户内式SN10-10断路器动画演示,一、高压断路器,9/22/2024,SN10-10型少油断路器的灭弧原理可用图5-7表示。,图5-7 SN10-10型少油断路器灭弧原理示意图,1静触头 2吸弧铁片 3横吹灭弧沟,4纵吹油囊 5电弧 6动触头,一、高压断路器,9/22/2024,(2)油断路器小结,优点: 结构简单，价格便宜,缺点：检修周期短,维护工作量大,潜在火灾危险,被SF6断路器取代的趋势（110kV及以上系统）,被真空断路器取代的趋势（10kV电力系统）,一、高压断路器,9/22/2024,六氟化硫（,SF,6,）断路器：,双压式：,有两个气压系统，低压气体系统主要用作断路器的内部绝缘；高压气体系统用于灭弧。其优点是开断容量大，动作迅速，但结构复杂。,单压式：,只有一个低压气压系统，作为断路器的内部绝缘，电弧靠断路器开断时与触头同时运动的压气活塞压出,SF,6,的气流来熄灭。其优点是结构简单，易于制造，可靠性高，便于维护，应用比较广泛。,分为双压式和单压式两类。,一、高压断路器,9/22/2024,图5-9为LW36-126型SF,6,断路器的外形结构。,其它型号的外形结构,图5-9 LW36-126型SF,6,断路器,图5-8为单压式SF,6,断路器灭弧室的结构。,图5-8 SF6断路器的灭弧室结构,1静触头 2绝缘喷嘴 3动触头,4绝缘筒 5压气活塞 6电弧,一、高压断路器,9/22/2024,LW6B-252断路器,一、高压断路器,9/22/2024,LW12-500型落地罐式,断路器,金属罐,盆式支持绝缘子,一、高压断路器,9/22/2024,(2) SF6断路器小结,优点,绝缘性能和灭弧性能优良,单柱双断口的结构,检修周期长，无火灾的危险,在,110kV,及以上系统取代油断路器,缺点：,要求加工精度高，密封性能好，价格较昂贵。,一、高压断路器,9/22/2024,真空断路器：,图5-10为真空断路器灭弧室的结构。,图5-10 真空断路器的灭弧室结构,1静触头 2动触头 3屏蔽罩,4波纹管 5导电杆 6外壳,目前，国际上真空断路器的设计、制造单位主要是德国西门子公司和ABB公司两大派别。西门子公司的代表产品有3AF、3AG及3AH等；ABB公司的代表产品有VD4。,一、高压断路器,9/22/2024,真空断路器：,一、高压断路器,9/22/2024,(2) 真空断路器结构,ZN12-12系列真空断路器,真空断路器结构外型图,绝缘子,操动机构,真空灭弧室,绝缘拉杆,传动机构,一、高压断路器,9/22/2024,(3)真空灭弧室,真空灭弧室,触头,动触杆,波纹管,屏蔽罩,密封外壳,一、高压断路器,9/22/2024,引进技术并国产化的产品，如,ZN12-12,、,ZN18-12,、,ZN21-12,、,ZN67-12,分别是引进西门子,3AF,、日本东芝公司,VK,、比利时,EIB,公司产品和日本三菱电机,VPR,型真空断路器等。,在借鉴国外同类产品的基础上开发的产品，如,ZN63-12,和,ZN65-12,分别效仿,ABB,的,VD4,和西门子的,3AH,。,自行设计的产品，如,ZN15-12,、,ZN28-12,、,ZN30-12,等。,国内生产的真空断路器归纳起来大致可分为三类：,图5-11,和,图5-12,分别为ZN28A-12型户内式和ZW32-12型户外式真空断路器的外形结构。,其它型号的外形结构,一、高压断路器,9/22/2024,优点：,体积小、重量轻、动作快、寿命长、操作噪声小、安全可靠、便于维护,在10kV电力系统中逐步取代少油断路器 。,缺点：,价格较贵。,图5-11 ZN28A-12型真空断路器,图5-12 ZW32-12型户外高压真空断路,一、高压断路器,9/22/2024,7. 断路器的操作机构,说明：断路器,合闸,时，操作机构必须克服断路器开断弹簧的阻力和可动部分的重量及摩擦阻力等，所以合闸操作,需做的功很大,；断路器,跳闸,时，只要将维持机构的脱扣器释放打开，在跳闸弹簧的作用下可迅速跳闸，所以跳闸操作,所需做的功很小。,手动式（,CS,型）,直流电磁式（,CD,型）,弹簧储能式（,CT,型）,操作机构是指用以进行断路器合闸、保持合闸位置和跳闸的，每种操作机构均包括合闸机构、跳闸机构和维持机构三部分。,能手动跳、合闸和远距离跳闸，不能远距离合闸，操作电源为交流。,能手动和远距离跳合闸，便于实现自动化，结构简单，零件数量少，工作可靠，制造成本低，但需直流操作电源，且合闸功率大。,能手动和远距离跳合闸，结构复杂，零件数量多，且要求加工精度高，制造工艺复杂，成本高，但可用交流操作电源，还可实现一次重合闸。,一、高压断路器,9/22/2024,8. 高压断路器的基本参数,额定电压,U,N,：,指断路器长期正常工作所能承受的电压。,额定电流,I,N,：,指断路器允许长期通过的最大工作电流。,额定开断电流,I,N.oc,：,指断路器在额定电压下能够正常开断的最大短路电流，它表征断路器的开断能力。,额定开断容量,S,N.oc,：,指断路器额定电压和额定开断电流的乘积，即,说明：如果断路器的实际运行电压,U,低于额定电压,U,N,而额定开断电流不变，此时的开断容量应修正为：,一、高压断路器,9/22/2024,热稳定电流,I,ts,：,表征断路器承受短路电流热效应的能力。,动稳定电流,i,es,：,表征断路器承受短路电流力效应的能力。,分闸时间：,指断路器从得到分闸命令起，到三相电弧完全熄灭为止的一段时间，它包括断路器的固有分闸时间和燃弧时间两部分。,合闸时间：,指断路器从接到合闸命令起，到三相触头刚接触为止的一段时间。,固有分闸时间,：,指断路器从得到分闸命令起，到主触头刚分离的一段时间；,燃弧时间,：,指从主触头分离到三相电弧完全熄灭的一段时间。,一、高压断路器,9/22/2024,9. 高压断路器的选择,一、高压断路器,（1）正常工作条件,1)额定电压选择：,式中：,U,N,QF的额定电压；,U,NS,装置地点电网的额定电压。,2)额定电流选择,式中：,I,N,QF的额定电流；,I,max,QF承受的实际最大持续工作电流。,9/22/2024,9. 高压断路器的选择,一、高压断路器,2) 热稳定校验,（2）短路条件,1) 额定开断电流校验,式中：,I,Nbr,额定开断电流；,式中：,i,es,断路器铭牌额定最大冲击电流。,3) 动稳定校验,9/22/2024,例7.1,9/22/2024,二、高压隔离开关（俗称刀闸）,1. 隔离开关的性能,结构特点：,没有灭弧装置。,隔离电压：,隔离开关断开后在电路中可以造成一明显可见的断开点，建立可靠的绝缘间隙，保证检修人员的安全。,倒闸操作：,合闸时，先合上隔离开关，后合上断路器；跳闸时，先断开断路器，后断开隔离开关。,分、合小电流：,可以接通或断开电流较小的回路（如电压互感器、避雷器、空载母线、励磁电流不超过,2A,的空载变压器、电容电流不超过,5A,的空载线路等）。,7.3 高低压开关电器,用途,9/22/2024,2. 高压隔离开关的类型,按安装地点分：户内式和户外式；,按绝缘支柱的数目分：单柱式、双柱式和三柱式；,按刀闸的运行方式分：水平旋转式、垂直旋转式、摆动式和插入式；,按有无接地刀闸分：单接地刀闸、双接地刀闸和无接地刀闸。,二、高压隔离开关（俗称刀闸）,9/22/2024,隔离开关的型号说明,GN2-10G /3150 G,产品名称代号,安装场所代号,设计序号,额定电压,（,k,V),其他标志代号,额定电流,(A),极限通过峰值电流,（,k,A）,高原型,二、高压隔离开关（俗称刀闸）,9/22/2024,户内式隔离开关,3. 隔离开关的外形与结构,图5-13为GN8-10型户内隔离开关的外形结构。,图5-13 GN8-10型隔离开关,1上接线端子 2静触头 3闸刀,4套管绝缘子 5下接线端子,6框架 7转轴 8拐臂,9升降绝缘子 10支持绝缘子,视频,二、高压隔离开关（俗称刀闸）,9/22/2024,户外式隔离开关,图5-14为GW4-110型双柱式户外隔离开关的外形结构。,图5-14 GW4-110型双柱式隔离开关,1接线座 2主触头,3接地刀闸触头 4支柱绝缘子,5主闸刀传动轴 6接地刀闸传动轴,7轴承座 8接地刀闸 9交叉连杆,视频,二、高压隔离开关（俗称刀闸）,9/22/2024,户外型三柱式,GW7-500型隔离开关（开断状态）,GW7A220型三柱式隔离开关（关合状态）,二、高压隔离开关（俗称刀闸）,9/22/2024,GW5A-35、66、110系列隔离开关,户外型,V,形,视频,二、高压隔离开关（俗称刀闸）,9/22/2024,图5-15为GW5-110D型V形户外隔离开关的外形结构。,图5-15 GW5-110D型V形双柱式隔离开关,1主闸刀底座 2接地静触头 3出线座,4导电带 5绝缘子 6轴承座,7伞齿轮 8接地刀闸,二、高压隔离开关（俗称刀闸）,9/22/2024,户外型剪刀型,二、高压隔离开关（俗称刀闸）,9/22/2024,二、高压隔离开关（俗称刀闸）,9/22/2024,剪刀型隔离开关动画演示,二、高压隔离开关（俗称刀闸）,9/22/2024,4. 隔离开关的操作机构,手动杠杆操作机构；,手动蜗轮操作机构；,隔离开关的型号：,电动操作机构；,气动操作机构。,二、高压隔离开关（俗称刀闸）,9/22/2024,（1）种类和型式的选择 ：选型时应根据配电装置特点和使用要求以及技术经济条件来确定。,4. 隔离开关的选择,二、高压隔离开关（俗称刀闸）,（2）额定电压选择,（3）额定电流选择,（4）热稳定校验,（5）动稳定校验,9/22/2024,三、高压负荷开关,结构特点：,有简单的灭弧装置。,功能：,可以接通或断开正常的,负荷电流,，但不能切断短路电流；,多与高压熔断器配合使用,。与隔离开关一样，具有明显的断开间隙，也具有隔离电源，保证安全检修的功能。,负荷开关的分类,：,按安装地点分：户内式和户外式；,按结构不同分：油负荷开关、真空负荷开关、,SF,6,负荷开关、产气式负荷开关、压气式负荷开关；,按操作方式分：手动操作和电动操作。,7.3 高低压开关电器,9/22/2024,图5-16,为FN3-10型户内压气式负荷开关的外形结构。,负荷开关的型号：,三、高压负荷开关,9/22/2024,图5-16 FN3-10型高压负荷开关,1主轴 2上绝缘子,3连杆 4下绝缘子,5框架 6熔断器,7下触座 8闸刀,9弧动触头,10绝缘喷嘴（内有弧静触头）,11主静触头,12上触座,13断路弹簧,14绝缘拉杆,15热脱扣器,三、高压负荷开关,9/22/2024,图5-17和图5-18分别为ZFN-10型户内高压真空负荷开关和ZFN-10R型高压真空负荷开关-熔断器组合电器的外形结构。,图5-17 ZFN-10型高压真空负荷开关,图5-18 ZFN-10R型高压真空负荷开关,其它真空负荷开关的外形结构,如图所示,。,三、高压负荷开关,9/22/2024,2.负荷开关举例,FKRN12-12D压气式负荷开关,FZW30-12户外交流高压真空负荷开关,三、高压负荷开关,9/22/2024,FN5-10系列户内高压真空负荷开关及熔断器组合电器,三、高压负荷开关,9/22/2024,四、低压开关,1低压刀开关,按极数分：有单极、双极和三极三种,;,按用途分：有单投和双投两种；,按操作方式分：直接手柄操作和连杆操作两种；,按灭弧结构分，有不带灭弧罩和带灭弧罩两种。,低压刀开关的分类,说明：,不带灭弧罩的刀开关只能在无负荷下操作，可作低压隔离开关使用；带灭弧罩的刀开关能通断一定的负荷电流。,7.3 高低压开关电器,9/22/2024,图5-1,9为HD13型刀开关的外形结构。,低压刀开关的型号,7.3 高低压开关电器,9/22/2024,图5-19 HD13型刀开关,1上接线端子 2钢栅片灭弧罩 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,7.3 高低压开关电器,9/22/2024,2低压刀熔开关,HR系列刀熔开关是将HD型刀开关的闸刀换以具有刀形触头的RT型熔断器的熔管，,具有刀开关和熔断器双重功能。,刀熔开关的型号,:,7.3 高低压开关电器,9/22/2024,3低压负荷开关,由低压刀开关与低压熔断器串联组合而成，,具有带灭弧罩的刀开关和熔断器的双重功能，,既可以带负荷操作，又能进行短路保护。,常用的低压负荷开关有HH和HK两种系列:,HH,系列：为封闭式负荷开关，将刀开关与熔断器串联，安装在铁壳内构成，俗称,铁壳开关,；,HK,系列：为开启式负荷开关，外装瓷质胶盖，俗称,胶壳开关,。,7.3 高低压开关电器,9/22/2024,五、低压断路器（低压自动开关或空气开关）,功能：既能带负荷通断电路，又能在线路发生,短路、过负荷、低电压（或失压）,等故障时自动跳闸。,1低压断路器的工作原理,低压断路器的动作原理可用图5-20表示。,图5-20 低压断路器的动作原理图,1主触头 2跳钩 3锁扣 4分励脱扣器,5失压脱扣器 6过流脱扣器 7热脱扣器,8加热电阻 9、10脱扣按钮,7.3 高低压开关电器,9/22/2024,2低压断路器的分类,按电源种类分：有交流和直流两种；,按结构型式分：有装置式和万能式两大类；,按其灭弧介质分：有空气断路器和真空断路器等；,按操作方式分：有手动操作、电磁铁操作和电动机储能操作；,按保护性能分：有非选择型断路器、选择型断路器和智能型断路器；,按用途分：有配电用断路器、电动机保护用断路器、照明用断路器和漏电保护断路器。,7.3 高低压开关电器,9/22/2024,低压断路器的型号：,7.3 高低压开关电器,9/22/2024,又称,塑料外壳式,自动开关，其全部机构和导电部分均装设在一个塑料外壳内，仅在壳盖中央露出操作手柄，供手动操作之用，如图5-21所示。,DZ系列装置式低压断路器的特点：,图5-21 装置式低压断路器,其它系列装置式低压断路器的外形结构,如图所示,。,采用钢灭弧栅，脱扣器的脱扣速度快，整个断路时间不超过一个周期（0.02s），且断流能力也较大。,装置式低压断路器,7.3 高低压开关电器,9/22/2024,又称,框架式,自动开关。它无外壳，其全部机构和导电部分敞开地装设在塑料的或金属的框架上。由于它的保护方案和操作方式较多，装设地点也很灵活，故称“万能式”或“框架式”。,合闸操作方式较多，可手柄操作、杠杆操作、电磁铁操作和电动机操作；,采用钢灭弧栅，灭弧断流能力较强，但由于操作机构的影响，动作稍慢，断路时间在一个周期（,0.02s,）以上。,DW系列万能式低压断路器的特点：,图5-22,为DW15系列低压断路器的外形结构图。,其它系列装置式低压断路器的外形结构,如图所示,。,万能式低压断路器,7.3 高低压开关电器,9/22/2024,图5-22 DW15型低压断路器,1操作手柄 2自由脱扣机构 3失压脱扣器 4过流脱扣器电流调节螺母,5过流脱扣器 6辅助触点（联锁触点） 7钢栅片灭弧罩,7.3 高低压开关电器,9/22/2024,3低压断路器的主要技术参数,低压断路器的额定电流,I,N1,；,过流脱扣器的额定电流,I,N2,；,热脱扣器的额定电流,I,N3,。,额定电流：,三者关系是：,I,N1,I,N2,I,N3,I,30,分断能力：指断路器在指定的使用和工作条件下，能在规定的电压下接通和分断的最大电流值，又称为极限分断电流或极限分断能力，通常用,kA,表示。,7.3 高低压开关电器,9/22/2024,4低压断路器的保护特性,过电流保护特性：,I,=,f,（,t,）,，,如图,5-23,所示。,欠电压保护特性：当低压断路器主电路电压高于,0.75,U,N,时，应能可靠工作而不动作；当该电压小于,0.,U,N,时，应能可靠动作跳闸。欠电压脱扣器分为延时式和瞬时式两种。,7.3 高低压开关电器,9/22/2024,5. 低压断路器的选择与校验,低压断路器过流脱扣器的选择,过流脱扣器的额定电流应不小于线路的计算电流，即,低压断路器过流脱扣器的整定,式中， 为可靠系数，对动作时间在0.02s以上的万能式断路器（DW型），取1.35；对动作时间在0.02s以下的塑料外壳式断路器（DW型），取1.72。,瞬时过流脱扣器的动作电流应躲过线路的尖峰电流,，即,7.3 高低压开关电器,9/22/2024,（ 取1.2）,（ 取1.1）,短延时过流脱扣器,的动作电流也应躲过线路的尖峰电流 ，即,长延时过流脱扣器,的动作电流应躲过线路的计算电流 ，即,过流脱扣器的动作电流应与被保护线路的允许电流相配合，即,7.3 高低压开关电器,9/22/2024,低压断路器的选择与校验,对动作时间在,0.02s,以上的,DW,型断路器：,对动作时间在,0.02s,以下的,DZ,型断路器：,低压断路器的额定电压应不低于保护线路的额定电压；,低压断路器的额定电流应不小于它所安装脱扣器的额定电流；,低压断路器的类型应符合安装条件、保护性能及操作方式的要求；,断流能力的校验：,7.3 高低压开关电器,9/22/2024,1.5,式中，,I,op,为低压断路器瞬时或短延时过流脱扣器的动作电流； 为低压断路器保护线路末端的最小短路电流，对中性点不接地系统，取两相短路电流,；,对中性点直接接地系统，取单相短路电流 。,低压断路器保护灵敏度校验,前后低压断路器之间及低压断路器与熔断器之间的选择性配合,应按其保护特性曲线来进行校验，其偏差范围按（20%30%）考虑，前一级考虑负偏差，后一级考虑正偏差。,前后低压断路器之间的选择性配合,7.3 高低压开关电器,9/22/2024,9/22/2024,应通过各自的保护特性曲线来进行校验，前一级低压断路器考虑20%30%的负偏差，后一级熔断器考虑+30%+50%的正偏差。,低压断路器与熔断器之间的选择性配合,7.3 高低压开关电器,9/22/2024,7.4 高低压保护电器和限流电器,一、高压熔断器,功能：,当被保护线路流过短路电流或过负荷电流时，熔体会因自身产生的热量而自行熔断，从而达到切断电路、保护电网和设备的目的。,高压熔断器的型号,9/22/2024,7.4 高低压保护电器和限流电器,1户内式熔断器,户内式熔断器常用型号有RN1和RN2两种，两者的外形结构如图5-24所示。其熔管的内部结构如图5-25所示。,图5-24 RN1 、RN2型高压熔断器,1瓷熔管 2金属管帽 3弹性触座,4熔断器指示 5接线端子 6瓷绝缘子 7底座,图5-25 RN1、RN2型熔断器熔管内部结构图,1金属管帽 2瓷管 3工作熔体,4指示熔体 5锡球 6石英砂填料,7熔断器指示器,用于保护电力线路和电力变压器，熔体为一根或几根并联，额定电流较大。,用于保护电压互感器，熔体为单根，额定电流较小（0.5A）。,9/22/2024,1户内式熔断器,特点：,灭弧能力很强，灭弧速度很快，能在短路电流未达到冲击值以前完全熄灭电弧，属于,“限流”,式熔断器。,7.4 高低压保护电器和限流电器,9/22/2024,2户外式熔断器,户外跌落式熔断器常用型号有RW4和RW10两种，,图5-26,为RW4型的外形结构。,特点：,灭弧能力不强，灭弧速度不高，不能在短路电流达到冲击值以前熄灭电弧，属于,“非限流”,式熔断器。,7.4 高低压保护电器和限流电器,9/22/2024,9/22/2024,图5-26 RW4型高压跌落式熔断器,1上接线端子 2上静触头 3上动触头 4管帽,5操作环 6熔管 7铜熔丝 8下动触头 9下静触头,10下接线端子 11绝缘瓷瓶 12固定安装板,7.4 高低压保护电器和限流电器,9/22/2024,二、低压熔断器,低压熔断器有,瓷插式,（RC型）、,螺旋式,（RL型）、无填料密闭管式（RM型）、有填料密闭管式（RT型）等。,低压熔断器的型号,7.4 高低压保护电器和限流电器,9/22/2024,1RM10型密闭管式熔断器,图5-27为RM10型熔断器的结构图。熔体采用变截面的锌熔片以改善熔断器的保护性能。,特点：,结构简单、更换熔体方便、运行安全可靠，但灭弧能力较差，不能在短路电流达到冲击值以前熄灭电弧，属于,“非限流”,式熔断器。,图5-27 RM10型低压熔断器,1铜帽 2管夹 3纤维熔管,4触刀 5变截面锌熔片,7.4 高低压保护电器和限流电器,9/22/2024,2RT0型有填料管式熔断器,它的栅状铜熔体具有引燃栅，熔体具有变截面小孔和“锡桥”，熔管内有石英砂填料，因此灭弧能力很强，有,“限流”,作用。,特点：,保护性能好，断流能力大，但熔体为不可拆式，熔断后整个熔断器报废，不够经济。,图5-28,为RT0型熔断器的结构图。,3RZ1型自复式熔断器,RZ1型自复式熔断器的结构如,图5-29,所示。它采用金属钠作熔体。,7.4 高低压保护电器和限流电器,9/22/2024,图5-28 RT0型低压熔断器,a）熔体 b）熔管 c）熔断器 d）操作手柄,1栅状铜熔体 2触刀 3瓷熔管 4熔断器指示 5端面盖板,6弹性触座 7瓷底座 8接线端子 9扣眼 10绝缘拉手手柄,7.4 高低压保护电器和限流电器,9/22/2024,特点：既能切断短路电流，又能自动恢复供电，缩短了停电时间。,图5-29 RZ1型自复式熔断器,1接线端子 2云母玻璃 3氧化瓷管,4不锈钢外壳 5钠熔体 6氩气 7接线端子,7.4 高低压保护电器和限流电器,9/22/2024,熔断器的选择与校验,熔断器熔体额定电流的选择,熔体的额定电流不小于线路的计算电流，即,熔体的额定电流应躲过线路的尖峰电流，即,熔体的额定电流应与被保护线路的允许电流相配合，即,（1.52）,I,NT,对于,保护电力线路,的熔断器，其熔体额定电流应满足：,对于,保护电力变压器,的熔断器：,9/22/2024,熔断器的选择与校验,对限流式熔断器（如,RN1,、,RT0,等）：,对非限流式熔断器（如,RW4,、,RM10,等）：,对于,保护电压互感器,的,RN2,型熔断器，其熔体额定电流一般选用,0.5A,。,熔断器的额定电压应不低于保护线路的额定电压 ，即,熔断器的熔管额定电流应不小于它所安装熔体的额定电流，即,熔断器断流能力的校验：,熔断器的选择与校验,9/22/2024,熔断器保护灵敏度校验,47,前后熔断器之间的选择性配合,熔断器的保护特性曲线：是指熔断器熔体的熔断时间和通过其电流的关系曲线 。,熔断器的实际熔断时间与从平均保护特性曲线上查出的时间可能有,50%,的误差；,熔体截面越大，额定电流越大，时限特性越高。,式中， 为熔断器保护线路末端的最小短路电流，对中性点不接地系统，取两相短路电流,；,对中性点直接接地系统，取单相短路电流 。,熔断器的选择与校验,9/22/2024,在,图5-63a,中，当在k点发生三相短路时，设FU2的实际熔断时间 比从标准保护特性曲线上查得的时间 大50%（为正偏差），即 ，而FU1的实际熔断时间 比从标准保护特性曲线上查得的时间 小50%（为负偏差），即 ，由图,5-63b,可知，为保证前后两熔断器FU1和FU2动作的选择性，必须满足的条件是 ，即,前后熔断器之间的选择性配合：应按其保护特性曲线来进行校验。,熔断器的选择与校验,9/22/2024,9/22/2024,一般而言，只要前一级熔断器熔体额定电流比后一级熔断器的熔体额定电流大23级，就能保证选择性动作。,图5-63 熔断器保护的选择性配合,a）熔断器在线路中的选择性配置 b）熔断器保护特性曲线进行选择性校验,熔断器的选择与校验,9/22/2024,三、限流电抗器,分类：,空心式电抗器、铁心式电抗器和饱和电抗器。,空心电抗器：,串接于交流电力系统中，用于限制系统故障时的短路电流。,铁心电抗器：,分为串联电抗器和并联电抗器，串联电抗器用于抑制电容器组的高次谐波电压及限制电容器组的合闸电流；并联电抗器用于补偿输电线路的无功容量，维持输电系统的电压稳定，降低系统的绝缘水平及操作过电压。,饱和电抗器：,并联于静止无功补偿装置中，用于调节系统的负荷电流和无功功率，调节或稳定系统的运行电压。,7.4 高低压保护电器和限流电器,9/22/2024,7.4 高低压保护电器和限流电器,9/22/2024,7.4 高低压保护电器和限流电器,9/22/2024,电抗器的基本参数：,是额定电抗百分数，它等于在电抗器中流过额定电流时的感抗压降占其额定电压的百分数，即,电抗器的布置方式：,三相垂直布置、品字型布置和三相水平布置，如图,5-33,所示。,图5-33 电抗器的布置方式,a）垂直布置 b）品字型布置 c）水平布置,7.4 高低压保护电器和限流电器,9/22/2024,7.5 互感器,一、概述,互感器在供配电系统中的作用是：,使测量仪表、继电器等二次设备与主电路隔离；,使测量仪表、继电器等标准化，有利于大批量生产；,使测量仪表、继电器等二次设备的使用范围扩大。,二、电流互感器,1. 电流互感器的工作原理,一次绕组：匝数很少，导线很粗，串联在一次回路中；,二次绕组：匝数很多，导线很细，与测量仪表、继电器等的电流线圈串联。,9/22/2024,电流互感器的一次电流,I,1,与二次电流,I,2,之间的关系为,式中，,K,i,为电流互感器的变流比， 。,7.5 互感器,图5-37 电流互感器原理接线图,9/22/2024,根据磁势平衡原理可知:,由相量图可知， 与不仅在数值上不相等，而且相位也不相同，即出现了,电流误差,和,相位误差,。,7.5 互感器,2电流互感器的误差,9/22/2024,电流误差,f,i,（又称比值差） ：是二次电流乘以额定变流比,K,i,与一次电流数值差的百分数，即,相位误差 （又称角差） ：是与的相角差，并规定若 超前于，为正值，反之为负值。,由于很小，由,图5-38,可得：,7.5 互感器,9/22/2024,复合误差 ：,在稳态情况下，电流互感器二次电流瞬时值乘以额定变比后与一次电流瞬时值之差的有效值占一次电流有效值的百分数，即,7.5 互感器,9/22/2024,7.5 互感器,与二次负荷的功率因数有关：,功率因数减小时，电流误差将加大，而相位误差相对减小。,电流互感器的误差与下列因素有关：,与励磁安匝大小有关：,励磁安匝加大时，误差加大。,与一次电流大小有关：,在额定值范围内，一次电流增大时，误差减小，当一次电流在额定值附近时，误差最小。,与二次负荷阻抗大小有关：,二次负荷阻抗加大时，误差加大。,9/22/2024,9/22/2024,3. 电流互感器的类型和型号,按一次电压分：,有高压和低压两大类；,按一次线圈匝数分：,有单匝式和多匝式；,按安装地点分：,有户内式和户外式；,按用途分：,有测量用和保护用两大类；,按准确度等级分：,有,0.2,、,0.5,、,1,、,3,、,5P,、,10P,等级；,按绝缘介质分：,有油浸式和干式（含环氧树脂浇注式）；,按安装型式分：,有穿墙式、母线式、套管式、支持式等。,7.5 互感器,9/22/2024,电流互感器的型号,7.5 互感器,9/22/2024,7.5 互感器,图5-39 LQJ-10型电流互感器,1一次接线端子 2一次绕组 3二次接线端子,4铁心 5二次绕组 6警告牌,LQJ-10,型电流互感器：其外形结构如图,5-39,所示，有两个铁心和两个二次线圈，,0.5,级用于测量，,3,级用于继电保护。,9/22/2024,7.5 互感器,图5-40 LMZJ1-0.5型电流互感器,1铭牌 2一次母线穿孔 3铁心,4安装板 5二次接线端子,LMZJ1-0.5,型电流互感器：其外形结构如,图,5-40,所示，属于单匝式电流互感器，互感器铁心为环形（,5,800A,）或矩形卷铁心（,1000,3000A,）。,9/22/2024,图5-42 LCW1-35型,电流互感器,图5-41 LLB-110型,SF,6,电流互感器,7.5 互感器,LLB-110,型电流互感器：其外形结构如图,5-41,所示，为倒挂式结构，互感器的底座、瓷套与顶部躯壳内部充以,SF,6,气体作为绝缘介质。,LAB1-35,（原,LCW1-35,）型电流互感器：其外形结构如图,5-42,所示。,9/22/2024,LB-220W2型电流互感器,LVQB-110SF6绝缘电流互感器,一次绕组,出线端,二次出线盒,7.5 互感器,9/22/2024,7.5 互感器,电流互感器视频1,电流互感器视频2,9/22/2024,4. 电流互感器的极性与接线方式,电流互感器的极性,：采用“,减极性,”原则。,通常，一次绕组的出线端子标为L1和L2，二次绕组的出线端子标为K1和K2，其中L1和K1为同名端，L2和K2为同名端。如果,一次电流从同极性端流入时,，则,二次电流应从同极性端流出,。,减极性：,在一次绕组和二次绕组的同极性端（同名端）同时加入某一同相位电流时，两个绕组产生的磁通在铁心中同方向。,7.5 互感器,电流互感器的接线方式,（见,图,5-39,）,一相式接线：,用于负荷平衡的三相电路中。,9/22/2024,两相不完全星形接线：,用于中性点不接地的三相三线制系统中。,两相电流差接线：,用于中性点不接地的三相三线制系统中。,三相完全星形线：,用于三相四线制或三相三线制系统中。,7.5 互感器,又叫两相V形接线,接线系数,9/22/2024,5. 电流互感器的使用注意事项,电流互感器在工作时二次侧绝对不允许开路；,电流互感器的二次侧必须有一端接地。,6. 电流互感器的10%误差曲线,电流互感器的10%误差曲线，是指电流互感器的误差为10%时，一次电流倍数 与二次负荷阻抗最大允许值的关系曲线，如图5-44所示。,用于继电保护回路的电流互感器，应按10%误差曲线进行校验。,7.5 互感器,9/22/2024,2. 电流互感器的选择,结构类型：,户内、户外,一次绕组额定电压：,应不低于安装地点电网的额定电压。,一次绕组额定电流：,取线路最大工作电流或变压器额定电流的,1.2,1.5,倍,。,准确度等级与二次侧负荷的选择：,电流互感器二次侧的实际负荷应小于其准确度等级所规定的额定二次负荷，即,因此，满足准确度等级的连接导线电阻为,9/22/2024,则连接导线的截面为 ：,式中，,l,c,为连接导线的计算长度（m），与电流互感器的接线方式有关。,l,为从电流互感器二次端子到仪表、继电器接线端子的单向长度,注意：,选择电流互感器二次侧连接导线截面时，还应按机械强度进行校验，一般要求铜线截面不得小于1.5mm,2,，铝线截面不得小于2.5mm,2,。,一相式接线,:,三相完全星形接线,:,两相不完全星形接线和两相电流差接线 ：,2. 电流互感器的选择,9/22/2024,式中，,es,为电流互感器的动稳定倍数，且。,动稳定校验：,满足动稳定的条件为,热稳定校验：,满足热稳定的条件为,式中，,t,为电流互感器的热稳定倍数，且。,2. 电流互感器的选择,例7.2,9/22/2024,三、电压互感器,1. 电压互感器的工作原理,一次绕组：匝数很多，并联在供电系统的一次电路中；,图5-45为电压互感器的原理接线图。,电压互感器的一次电压,U,1,与二次电压,U,2,之间的关系为,二次绕组：匝数很少，与电压表、继电器的电压线圈等并联。,式中，,K,u,为电压互感器的变压比， 。,7.5 互感器,9/22/2024,2. 电压互感器的误差,电压互感器的等效电路和相量图如图5-46所示。,7.5 互感器,图5-46 电压互感器的等效电路和相量图,a）等效电路 b）相量图,9/22/2024,由相量图可知， 与不仅在数值上不相等，而且相位也不相同，即出现了,电压误差,和,相位误差,。,电压误差,f,u,（又称比值差） ：是二次电压乘以额定变压比,K,u,与一次电压数值差的百分数，即,相位误差 （又称角差） ：是与 的相角差，并规定若 超前于，为正值，反之为负值。,7.5 互感器,9/22/2024,电,压,互感器的误差与下列因素有关：,7.5 互感器,互感器的励磁电流有关：励磁电流增大时，误差也增大。,与互感器绕组的阻抗及漏抗有关：阻抗和漏抗加大时，误差也加大。,与互感器二次负荷阻抗大小有关：二次负荷阻抗加大时，误差加大。,与二次负荷的功率因数有关：功率因数减小时，角误差将明显增大。,9/22/2024,3. 电压互感器的类型和型号,按相数分：有单相和三相两大类；,按用途分：有测量用和保护用两大类；,按准确度等级分，有,0.2,、,0.5,、,1,、,3,、,3P,、,6P,等级；,按安装地点分：有户内式和户外式；,按绝缘介质分：有油浸式和干式（含环氧树脂浇注式）。,电压互感器的型号,7.5 互感器,9/22/2024,图5-47和图5-48分别为JDJ-10和JDJ2-35型电压互感器的外形结构。,图5-47 JDJ-10型电压互感器,图5-48 JDJ2-35型,电压互感器,7.5 互感器,JDJ,型单相双绕组油浸式电压互感器：,JDZJ-10,型单相三绕组环氧树脂浇注绝缘绝缘电压互感器：其外形结构如,图,5-49,所示，采用,Y0/Y0/,（开口三角形）接线，额定电压为,9/22/2024,7.5 互感器,图5-49 JDZJ-10型电压互感器,1,一次接线端子 2高压绝缘套管,3一、二次绕组 4铁心 5二次接线端子,JSJW型,JSJW,型三相三线圈五芯柱油浸式电压互感器：用于小电流接地系统中的电压、电能测量和绝缘监视。,9/22/2024,图5-50 JDC6-110型,电压互感器,7.5 互感器,4. 电压互感器的极性与接线方式,电,压,互感器的极性,：采用“,减极性,”原则。,通常，单相电压互感器一次绕组的出线端子标为A和X，二次绕组的出线端子标为a和x，其中A和a为同名端，X和x为同名端。如果一次电压的方向由A指向X，则二次电压的方向由a指向x。,电,压,互感器的,接线方式（见,图,5-51,）,JDC6-110,（原,JCC6-110,）型单相三绕组串级式电压互感器：其外形结构如图,5-50,所示。,9/22/2024,图5-51 电压互感器的接线方式,a）单相式接线,b）V/V形接线,c）Y,0,/Y,0,形接线,d）Y,0,/Y,0,/,（开口三角）形接线,9/22/2024,7.5 互感器,5. 电压互感器的使用注意事项,电压互感器在工作时二次侧绝对不允许短路；,电压互感器的二次侧必须有一端接地。,单相式接线,（,见图,5-51a,）：可测量一个线电压。,V/V,形接线,（,见