第二章 电气设备与电力系统接线方式

第二章 电气设备与电力系统接线方式,第一节 三相电路基本知识,第二节 电气设备简介,第三节 电力系统的接线方式,电力工业的三相供电系统包括三相发电机、三相输配电线路、三相变压器、三相负载等。三相正弦电路与单相正弦电路相比，有以下优点：,（1）体积相同、消耗能源相同，三相电源比单相电源可提高功率输出；,（2）输送相同电功率，三相输配电线路比单相节省钢材和有色金属；,（3）三相变压器比单相变压器经济、便于负载接入；,（4）三相发电、输电设备结构简单、体积小、成本低、运行可靠、维护方便。,（5）三相电动机的瞬时功率为常数，使电动机运行平稳、噪声低。,第一节 三相电路基本知识,X,B,Y,C,Z,A,三相定子绕组在空间位置互差120o,定子,转子,转子装有磁极以 的角速度旋转时，定子三相绕组中便分别感应电动势。,一、三相交流发电机示意图,尾端： X Y Z,首端： A B C, ,X,B,Y,C,Z,A,定子,转子,三相交流发电机旋转示意,三相感应电压分别为：,T,uA,uB,uC,120,120,120,显然三个电压大小相等，频率相同，相位互差120。,三个最大值相等，角频率相同，彼此相位互差120电角度的单相正弦量称为对称三相交流电。,二、三相电路的连接,1、三相电源的星形（Y形） 连接,电源绕组按上述方式联接，构成的供电体系称为三相四线 制。三相四线制供电方式显然可以向负载提供两种电压。,星形（Y形）连接：,端线俗称火线，是从3个电压源的正极端A、B、C向外引出的三条线。 中性点将三相电源的负极端X、Y、Z连接在一起而形成一个节点，记为N； 中线从中性点引出的线。当中性点接地时，中线也称为地线或零线。,星形连接线电压和相电压之间的关系为：,线电压在数量上是相电压的1.732倍。,生产和生活中，多数用户使用的电压等级是：,星形电源首、尾端不允许接错，否则 上述对称规律不存在，无法正常供电。,三相对称电路星形连接的特点： 线电流等于相电流！,2、三相电源三角形（形）连接的特点,三相电源绕组首尾相连组成 闭环，在三个连接点处向外引 出三根火线，即构成连接。,显然，电源绕组接线时有： 线电压等于相电压！ 即：只能向负载提供一种电压。,负载对称时，相电流、线电流都是对称的， 在数量上线电流是相电流的1.732倍。,三角形电源首、尾端不允许接错， 否则会烧毁电源绕组。,Y0-Y0联结，Y0/Y0,3、三相对称负载的各种连接方式,- 联结 /,Y-联结 Y/,4、民用三相不对称负载必须连成三相四线制,民用电以照明和单相电动机为主，是三相不对称负载，必须在N与N之间连接中线。且中线应线径较粗强度较大，使中线上电阻接近于零。中线上不允许安装开关和熔断器，以保证负载获得对称相电压。 否则三相中电阻大的获电压高，电阻小的获电压低，都不能正常工作。,民用电接线时，应尽可能均衡负载，使三相负载接近对称。,电力系统中担负生产和输配电能任务的设备称为一次设备（发电机、变压器、母线、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、高压开关柜、低压开关柜）。 一次设备上承受的是高电压、大电流（强电）。 一次设备构成的系统称为一次系统。 电力系统中担负对一次设备进行监察、测量、控制和保护用的设备称为二次设备。 通过电压互感器、电流互感器可将高电压、大电流缩小，然后加在二次设备上。二次设备由电磁器件、电子器件、单片机、仪表等弱电系统构成。 二次设备构成的系统称为二次系统（二次回路）。 弱电控制强电！,第二节 电气设备简介,一、同步发电机（与汽轮机、励磁机同轴）,二、电力变压器,用户电力变压器,大功率高压电源变压器,三、母线 (汇流排),不分段单母线,母线起汇集和分配 电能的作用。每一条进、 出线回路都组成一个接 线单元，每个接线单元 都与母线相连。,四、断路器 （负荷开关）,带灭弧装置 带自动操动机构,SF6断路器 的外观图,操动 机构箱,支撑 元件,开断元件在其内部,传动元件在其内部,LW8-40.5型高压SF6断路器,断路器的作用,断路器的作用是切断和接通有电流的负荷电路，以及切断故障电路，防止事故扩大，保证安全运行。而高压断路器要开断1500V，电流为1500-2000A的电弧，这些电弧可拉长至2m仍然继续燃烧不熄灭。故灭弧是高压断路器必须解决的问题。 吹弧熄弧的原理主要是冷却电弧减弱热游离，另一方面通过吹弧拉长电弧加强带电粒子的复合和扩散，同时把弧隙中的带电粒子吹散，迅速恢复介质的绝缘强度。,五、隔离开关（不能带负荷切断电流）仅起造成明显断点作用,隔离开关的主要功能,隔离开关的主要功能是：当断路器断开电路后，由于隔离开关的断开，使有电与无电部分明显隔离，起辅助开关的作用。 断路器触头位置在内部看不见，其外部指示器不直观，有时不能保证它的指示与触头的位置相一致，所以有必要用隔离开关把有电、无电部分明显隔开。 隔离开关也可用在电压互感器、避雷器等电流很小的设备投入和断开上。,断路器与隔离开关的组合,断路器可以带负荷（电流）通断，由保护装置、自动装置或人工控制。 隔离开关不能带负荷通断，仅在没有电流的情况下，拉开造成明显断点，避免突然来电时线路和设备带电。,隔离开关没有专门的灭弧装置，故不能用来切断负荷电流和短路电流。,隔离开关的作用,在运行操作时，必须严格遵守下列操作顺序： 如对馈线L1送电时，须先合上QS2合QS3合QF2； 如欲停止对其供电时，须先断开QF2断QS3断QS2。,注意仔细体会,带有接地闸刀的隔离开关必须有连锁机构，以保证先断开主闸刀后，再合上接地闸刀；先断开接地闸刀后，再合上主闸刀的操作顺序。,接地 闸刀,主闸刀,六、电压互感器（严格按比例将电压缩小到 100V）,电压互感器,1干式电压互感器 2普通结构的油浸式电压互感器 3串组式电压互感器,单相电压互感器的接线,用于仪表、继电器接于三相电路的一个线电压两端上。,两个单相电压互感器接成V/V形,用于仪表、继电器接于三相三线制电路的各个线电压上，广泛应用于工厂变电所kV高压配电装置中。,三个单相电压互感器或一个三相双绕组电压互感器接成Y0/Y0形,常用于三相三线制和三相四线制线路，同时需要用仪表、继电器测线电压、相电压的情况。,高 压 电 流 互 感 器,七、电流互感器（严格按比例将电流缩小到5A或1A）,低 压 电 流 互 感 器,电流互感器的外形图举例,1铭牌 2 一次母线穿孔 3铁心(外绕二次绕组,环氧树脂浇注)； 4安装板 5二次接线端子,母线式电流互感器,电流互感器的接线方式,B相的电流,（a）单相接线：测一相电流，用于三相对称电路。 （b）完全星形接线：测三相电流，用于不对称或380220V电路。 （c）不完全星形接线：广泛用于小接地短路电流系统。,电压互感器TV、电流互感器TA与系统的连接,电 流 互 感 器,电 压 互 感 器,电气设备还包括高压熔断器、电力电容器、调相机、消弧线圈、并联电抗器、避雷器、避雷针、导线、电缆、绝缘瓷柱、瓷瓶、其他绝缘子、接地装置、杆塔、各种二次设备等等。,二次设备：对电气一次设备的工作状况进行监测、控制和保护的辅助性电气设备称为二次设备。如电气仪表，继电器，自动控制设备，信号及控制电缆等。,包括： （1）测量表计。 （2）继电保护及自动装置。 （3）直流设备。,(4) 控制和信号设备及其控制电缆 (5) 绝缘监察装置 (6) 数据采集及通信线路。,八、二次系统（回路）简介,按功能二次回路可分为断路器控制回路、信号回路、保护回路、监测回路和自动化回路，为保证二次回路的用电，还有相应的操作电源回路等。,硅整流直流电源在工厂变配电所应用较广，按断路器的操动机构的要求有电容储能(电磁操动)和电动机储能(弹簧操动)等类型。 图示为硅整流电容储能直流系统原理图。,二次回路举例 硅整流直流操作电源,九、配电装置简介,根据电气主接线方式，由开关设备、母线装置、保护和测量电器、必要的辅助设备构成，并按照一定技术要求建造而成的特殊电工建筑物。,、配电装置的概念,、配电装置的作用,正常运行时接受电能、分配电能。故障情况下迅速切除故障部分，继而恢复运行，对电力系统运行方式的改变以及对线路、设备的操作都在其中进行。,室外配电装置,室内配电装置,第三节 电力系统的接线方式,星形连接的三相变压器或发电机绕组的公共连接点。,电力系统的中性点：,中性点的运行方式-接地方式：即与大地的连接关系。,一、中性点有效接地系统 （直接接地系统）、（大电流接地系统）,适用于110kV及以上高压电网，还适用于380/220V低压配电网。,二、中性点非有效接地系统 （中性点绝缘系统、小电流接地系统）,适用于35kV、10kV 中压配电网。,浮地系统,故障,65%为单相接地,大电流接地系统,接地相电源被短接,接地电流很大,断路器跳闸切出故障,停电,小电流接地系统,不发生电源被短接,带负荷运行,转移负荷、处理故障,可靠性高,但,小电流接地系统,单相接地,绝缘投资加大,成本升高,电压越高，绝缘费用在电力设备造价中的比重越大,非故障相电压升高至线电压,中性点不同接地方式的比较,大电流接地方式,优点,(1)快速切除故障，安全性能好； (2)经济性好。,缺点,系统供电可靠性差。,小电流接地方式,优点,(1)供电可靠性高； (2) 不易造成或轻微造成人身和设备安全事故。,缺点,(1)经济性差； (2)谐振过电压幅值过大，危及绝缘。,