电力工程基础第5章..ppt

电力工程基础 第5章 变电所的一次系统 2* 第5章 变电所的一次系统 n5.1 电气设备概述 n5.2 高低压开关电器 n5.3 高低压保护电器和限流电器 n5.4 电力变压器 n5.5 互感器 n5.6 高低压成套配电装置 n5.7 电气主接线 n5.8 电气设备的选择 n5.9 变电所的总体布置 3* 5.1 电气设备概述 n 一次系统（一次回路） ： n 二次系统（二次回路） ： 担负电能的输送和分 配任务的系统 对一次系统进行监视、 控制、测量和保护作用的系统 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 4* 一次设备按其功能可分为以下几类： Ø 变换设备：如电力变压器、电流互感器、电压互感 器等 Ø 开关设备：如断路器、隔离开关、负荷开关等 Ø 保护设备：如熔路器、避雷器、电抗器等 Ø 无功补偿设备：如电力电容器、静止补偿器等 Ø 成套配电装置：如高压开关柜、低压配电屏等 5* 一、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 ü 高电场发射 ü 热电发射 ü 碰撞游离 ü 热游离 产生电弧的游离方式有： 5.2 高低压开关电器 动、静触头间的电压高于10~20V，电流大于80~100mA时 ，就会在触头间产生电弧。

6* 去游离的主要方式有： ü 复合：指正、负带电质点重新结合为中性质点 ü 扩散：指电弧中的带电质点向周围介质扩散开去 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 7* 4．开关电器中常用的灭弧方法 Ø 速拉灭弧法； Ø 冷却灭弧法； Ø 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 8* Ø 长弧切短灭弧法（图5-3）； Ø 粗弧分细灭弧法； Ø 狭缝灭弧法（图5-4）； Ø 采用多断口灭弧 ； Ø 采用新型介质（SF6、真空）灭弧 图5-3 长弧切短灭弧原理图5-4 狭缝灭弧原理 9* 二、高压断路器 1. 高压断路器的用途和基本结构 2. 对高压断路器的基本要求 Ø 绝缘应安全可靠； Ø 有足够的动稳定性和热稳定性； Ø 有足够的开断能力； Ø 动作速度快，熄弧时间短 u 用途：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 u结构：开断元件、支撑元件、传动元件、基座及操动机构 u结构特点：具有相当完善的灭弧结构 10* 3. 高压断路器的类型 Ø 油断路器 图5-5 SN10—10型高压少油断路器 图5-5 是SN10-10型少油 断路器的外形结构图。

少油断路器优点：用油量少 、体积小、重量轻、节约油和钢 材、占地面积小用于6～35kV 配电装置中 ü 多油断路器：油既作为灭弧介质，又作绝缘介质 ü 少油断路器：油只作为灭弧介质 11* Ø 六氟化硫（SF6）断路器： ü 按灭弧室结构分：双压式和单压式 ü 按对地绝缘方式分：落地罐式和瓷柱式 图5-6为LW36-126型SF6断路器的 外形结构 图5-6 LW36-126型SF6断路器 优点：断流能力强、灭弧速度快、电绝缘性能 好、检修周期长、没有燃烧爆炸危险等 缺点：要求加工精度高，密封性能好，价格较 昂贵 双压式：结构复杂，辅助设备多，性能较差 单压式：结构简单，可靠性高，便于维护 12* Ø 真空断路器： 利用真空作为灭弧介质和绝缘介质 的，其触头装在真空灭弧室内图5-7 为真空断路器灭弧室的结构 图5-7 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 13* 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 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。

缺点：价格较贵 14* 瓷柱式SF6断路器 落地罐式SF6断路器 LW8-40.5型SF6断路器 15* VD4型真空断路器 ZW10-12型真空断路器 ZN12型真空断路器 ZW7-40.5型真空断路器 16* 三、高压隔离开关（俗称刀闸） 1. 隔离开关的用途 u结构特点：没有灭弧装置 Ø 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 Ø 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 Ø 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） 17* 2. 高压隔离开关的类型 Ø 按安装地点分：户内式和户外式； Ø 按绝缘支柱的数目分：单柱式、双柱式和三柱式； Ø 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； Ø 按有无接地刀闸分：单接地刀闸、双接地刀闸和无接地刀 闸 18* n户内式隔离开关 图5-10为GN8-10型户内 隔离开关的外形结构 图5-10 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 19* n户外式隔离开关 图5-11为GW4-110型双柱式户外隔离开关的外形结构。

图5-11 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 20* 图5-12为GW5-110D型V形户 外隔离开关的外形结构 图5-12 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 21* 四、高压负荷开关 n结构特点：有简单的灭弧装置 n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有明显的断开点，具有隔 离开关的作用 n负荷开关的分类： Ø 按安装地点分：户内式和户外式； Ø 按灭弧介质不同分：压气式、产气式、真空式 、SF6负荷 开关； 22* 图5-13和图5-14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5-13 ZFN-10型高压真空负荷开关 图5-14 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 23* 24* 五、低压开关 1．低压刀开关 Ø 按极数分：有单极、双极和三极三种; Ø 按用途分：有单投和双投两种； Ø 按操作方式分：直接手柄操作和连杆操作两种； Ø 按灭弧结构分，有不带灭弧罩和带灭弧罩两种。

n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 25* 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: ü HH系列：为封闭式负荷开关，外装铁壳，俗称铁壳开关； ü HK系列：为开启式负荷开关，外装胶盖，俗称胶壳开关 26* HH系列铁壳开关 HK系列胶壳开关 27* 六、低压断路器（低压自动开关或空气开关） u功能：既能带负荷通断电 路，又能路发生短路、 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 ü 过流脱扣器： 用于短路或 过负荷保护； ü 失压（欠压）脱扣器：用 于失电压或欠电压保护； 图5-16 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 28* 2．低压断路器的分类 Ø 按灭弧介质分：有空气断路器和真空断路器等； Ø 按操作方式分：有手动操作、电磁铁操作和电动机储能操 作； Ø 按用途分：有、电动机保护用、照明用和漏电保护用等 。

ü 热脱扣器：用于线路或设备长时间过负荷保护 ； ü 分励脱扣器：用于远距离跳闸 配电用 按保护性能分 按结构型式分：塑料外壳式和万能式 非选择型：瞬时动作，作短路保护 选择型：两段式和三段式保护特性 智能型：脱扣器为微处理器 29* 图5-18 装置式低压断路器 操作手柄有三个位置： ü 合闸位置：手柄扳向上方，跳钩被锁 扣扣住， ü 自由脱扣位置：手柄位于中间位置， 主触头断开，跳钩被释放（脱扣） ü 分闸和再扣位置：手柄扳向下方，主 触头断开，跳钩又被锁扣扣住——“再 扣”操作 特点：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 30* 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” n万能式低压断路器 特点：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 31* 图5-20 CW1系列智能型万能式低压断路器 32* 5.3 高低压保护电器和限流电器 一、熔断器 u功能：对电路及其设备进行短路或过 负荷保护. （一）高压熔断器 1．户内式熔断器 图5-22 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 图5-21 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 33* 图5-23 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 2．户外式熔断器 34* （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。

瓷插式熔断器 螺旋式熔断器 35* 二、避雷器 避雷器是一种用来限制雷电过电压电过电压 的保护电护电 器，它可防 止雷电过电压电过电压 沿线线路侵入变变配电电所或其它建筑物内，危害 电电气设备绝缘设备绝缘 避雷器应应与被保护护物并联联，装在被保护护物的电电源侧侧 36* 1. 保护间隙（角型避雷器） 由两个圆钢型电极组成，其中一 个电极接线路，另一个电极接地主 要用于室外且负荷不重要的线路上 2. 管型避雷器（排气式避雷器） 由外部间隙s1 、内部 间隙s2和产气管组成，其 结构原理如图5-28所示 图5-28 管型避雷器的结构原理图 1—产气管 2—棒形电极 3—环形电极 4—螺母 s1—外部间隙 s2—内部间隙 37* 3. 阀型避雷器 阀型避雷器由火花间隙和阀片组成，如图5-29所示 用金刚砂（SiC）颗粒和结合剂 在一定温度下烧结而成的非线性 电阻元件，它的阻值随通过电流 的大小而变化，当通过电流较大 时，电阻值很小；当通过电流较 小时，电阻值很大 阀型避雷器象一个阀门：对雷电流，阀门打开使其泄入大 地；对工频续流，阀门关闭，迅速切断电路 38* 4. 金属氧化物避雷器（压敏避雷器） 它没有火花间隙，只有压敏电阻片 （以氧化锌为主要材料），具有良好的 非线性特性 。