供配电中主要的电气设备

第6章供配电中主要的电气设备6.1变压器的选择6.2线路导线的选择6.3断路器的选择6.4开关的选择6.5熔断器的选择本章要求:掌握变压器、线路导线、断路器、开关、熔断器的结构及工作原理、分类、选择原则、运行特性、故障处理措施。第6章供配电中主要的电气设备变压器的结构与工作原理变压器是利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器，是电力系统中生产、输送、分配和使用电能的重要装置，也是电力拖动系统和自动控制系统中，电能传递或信号传输的重要元件。6.1变压器的选择电力变压器的种类很多，分类如下：(1)按变压功能分，有升压变压器和降压变压器。(2)按容量系列分，有R8容量系列和R10容量系列。1.变压器的分类6.1变压器的选择(3)按相数分，有单相和三相两大类。(4)按调压方式分，有无载调压（又称无激磁调压）和有载调压两大类。(5)按绕组（线圈）导体材质分，有铜绕组和铝绕组两大类。(6)按绕组型式分，有双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器。(7)按绕组绝缘及冷却方式分，有油浸式、干式和充气式（SF6）等变压器。其中油浸式变压器又有油浸自冷式、油浸风冷式、油浸水冷式和强迫油循环冷却式等。6.1变压器的选择(8)按用途分，有普通电力变压器、全封闭变压器和防雷变压器等。采用较多的是普通电力变压器，只在易燃易爆场所及安全要求特别高的场所采用全封闭变压器，在多雷区采用防雷变压器。6.1变压器的选择变压器由铁芯、绕组、油箱和冷却装置、分接开关、绝缘套管、保护装置等部分组成。2.变压器的结构6.1变压器的选择变压器由铁芯、绕组、油箱和冷却装置、分接开关、绝缘套管、保护装置等部分组成。2.变压器的结构变压器就是按照“动电生磁，动磁生电”的电磁感应原理制成的。变压器基本工作原理示意图如图所示。3.变压器的工作原理6.1变压器的选择变压器的运行特性1.电压变化率和外特性（1）电压变化率变压器副绕组电压随负载变化的程度用电压变化率来表示。变压器等效电路图如图所示。6.1变压器的选择变压器的运行特性1.电压变化率和外特性（2）变压器的外特性变压器的外特性是指原绕组电压为额定电压，负载功率因数cosφ2为常数时，副绕组电压随负载电流I2的变化规律。变压器的外特性曲线如图所。6.1变压器的选择变压器的运行特性1.电压变化率和外特性（3）电压调整电压调整有两种方式，根据分接开关种类的不同分为无励磁调压和有载调压。利用无载分接开关进行调压称为无励磁调压；利用有载分接开关进行调压称为有载调压。6.1变压器的选择变压器的运行特性1.电压变化率和外特性（3）电压调整电压调整有两种方式，根据分接开关种类的不同分为无励磁调压和有载调压。利用无载分接开关进行调压称为无励磁调压；利用有载分接开关进行调压称为有载调压。（4）损耗特性变压器的损耗主要是铁损耗和铜损耗两种。铁损耗包括基本铁损耗和附加铁损耗。铜损耗分基本铜损耗和附加铜损耗。6.1变压器的选择变压器的运行特性2.变压器效率特性(1)效率变压器的效率是指变压器的输出功率与输入功率的比值。21100P=%PpPP12式中，P2——副绕组输出的有功功率；P1——原绕组输入的有功功率；p——代表变压器的总损耗。6.1变压器的选择变压器的运行特性2.变压器效率特性(1)效率效率公式还可以写成：1121FeCuFeCupP+P-=-PP+P+P其中，o22222FeCuSNSNNN2p=PIp=()P=PIP=Scos6.1变压器的选择变压器的运行特性2.变压器效率特性(1)效率P2的计算：若忽略副绕组电压接负载时的变化，则：22NUU①单相变压器2222222222222coscoscoscosNNNNNNIPUIUIUISI6.1变压器的选择变压器的运行特性2.变压器效率特性(1)效率P2的计算：②三相变压器22222222222223cos3cos3coscosNNNNNNNIPUIUIUISI上述两个式子的结果是一样的。6.1变压器的选择变压器的运行特性2.变压器效率特性(1)效率变压器的效率公式亦可写成：2221100ooSNNSNPP()%ScosPP22222coscos100%100%coscosNNoNoSNNSNSSPSPPSP6.1变压器的选择变压器的运行特性2.变压器效率特性(1)效率β一定时，cosφ2↑=η↑；cosφ2一定时，η=f(β)效率特性曲线。令，则：2mSN0P=P或omSNP=P即当铜损耗等于铁损耗(可变损耗等于不变损耗)时,变压器效率最大：100oo212maxmN2P=(-)%Scos+P6.1变压器的选择【例题6.1.1】一台三相变压器，SN=1000kVA，U1N/U2N=10000V/400V，Y-d接法。空载损耗PO=4.9kW；短路损耗PSN=15kW。试求：①计算满载及cosφ2=0.8（滞后）时的效率；②cosφ2=0.8（滞后）时的最高效率；③cosφ2=1.0时的最高效率。解：222cos10000.897.57%cos10000.84.915NNokNSSPP①②4.9150.5715moSNpp2max222cos0.571510000.897.90%cos0.571510000.84.90.571515mNmNomSNSSpp2max2220cos0.57151000198.31%cos0.5715100014.90.571515mNmNmkNSSPp③6.1变压器的选择(2)效率特性变压器的效率特性是指在功率因数一定时，变压器的效率与负载电流之间的关系η=f(β)，称为变压器的效率特性。变压器的效率特性曲线如图所示。0max0max6.1变压器的选择变压器的连接与容量的选择电力变压器的联接组别，是指变压器一、二次侧（或一、二、三次侧）对应的线电压之间的不同相位关系。变压器三相绕组有星型联结（Y，y连接）、三角形联结（D，d连接）与曲折联结（Z，z连接）等三种联结法。1.变压器的联结组别6.1变压器的选择变压器的连接与容量的选择2.变压器的容量选择变压器容量的选择，要根据它所带设备的计算负荷，还有所带负荷的种类和特点来确定。首先要准确求计算负荷，计算负荷是供电设计计算的基本依据。确定计算负荷目前最常用的一种方法是需用系数法。6.1变压器的选择特殊用途变压器1.自耦变压器自耦变压器又称自耦调压器，它实际是一台单绕组变压器，副绕组只是原绕组的一部分，其结构、原理图如图所示。6.1变压器的选择特殊用途变压器2.仪用变压器仪用变压器是在测量高电压、大电流时使用的一种特殊的变压器，也称为仪用互感器。仪用变压器有电流互感器和电压互感器两种形式。使用互感器的目的：为了工作人员的安全，使测量回路与高压电网隔离；扩大常规仪表的量程，可以使用小量程的电流表测量大电流，用低量程的电压表测量高电压。6.1变压器的选择特殊用途变压器3.电焊变压器电焊变压器是作电焊电源用的变压器。按焊接方式可分为弧焊变压器和阻焊变压器两类。电焊变压器是专供电焊机使用的特殊变压器。工厂和施工工地广泛使用的交流电焊机就是由一个电焊变压器和一个可变电抗器构成的。其中电焊变压器是一个降压变压器。6.2线路导线的选择导线与电缆1.导线工业上也称为“电线”，一般由铜或铝制成，也有用银线所制（导电、热性好），用来疏导电流或者是导热。导线分为单根实芯导线和多根实芯导线。2.电缆电缆通常是由几根或几组导线每组至少两根绞合而成的类似绳索的电缆，每组导线之间相互绝缘，并常围绕着一根中心扭成，整个外面包有高度绝缘的覆盖层。6.2线路导线的选择导线与电缆的选择原则1.导线与电缆型号的选择原则导线与电缆的选择原则分为型号的选择原则和截面的选择原则两部分。2.导线与电缆截面的选择原则导线和电缆型号的选择应根据其使用环境、工作条件等因素来确定。导线和电缆截面的选择必须满足安全、可靠和经济的条件。6.3断路器的选择高压断路器的分类1.高压断路器的结构导线与电缆的选择原则分为型号的选择原则和截面的选择原则两部分。高压断路器由开断元件、绝缘支撑元件、传动元件、基座、操动机构等部分组成。结构图如图所示。6.3断路器的选择高压断路器结构图各部分功能如下：(1)开断元件：开断、关合电路和安全隔离电源；包括导电回路、动静触头和灭弧装置。(2)绝缘支撑元件：支撑开关的器身，承受开断元件的操动力和各种外力，保证开断元件的对地绝缘；包括瓷柱、瓷套管和绝缘管。(3)传动元件：将操作命令和操作动能传递给动触头。包括连杆、拐臂、齿轮、液压或气压管道。6.3断路器的选择(4)基座：用来支撑和固定开关。(5)操动机构：用来提供能量，操动开关分、合闸。有电磁、液压、弹簧、气动等。6.3断路器的选择高压断路器的分类2.高压断路器的分类(1)按灭弧介质或灭弧原理分为油断路器、压缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器、磁吹断路器和固体产气断路器。(2)按照控制、保护对象分为发电机断路器、输变电断路器、馈电断路器和特殊用途断路器。(3)按电压等级分为中压断路器、高压断路器和超高压断路器。6.3断路器的选择高压断路器的分类3.高压断路器的作用(1)控制作用：根据电网运行需要，将部分电器设备或线路投入或退出运行。(2)保护作用：在电气设备或电力线路发生故障时，继电保护装置动作发出跳闸信号时，断路器跳闸，保护无故障部分继续运行。(3)安全隔离作用。6.3断路器的选择高压断路器的分类4.对高压断路器的要求(1)开断、关合功能①能快速可靠的开断、关合各种负载线路和短路故障，且能满足断路器的重合闸要求；②能可靠的开断、关合其它电力元件，且不引起过电压。(2)电气性能①载流能力；②绝缘性能；③机械性能。6.3断路器的选择高压断路器的分类5.几种常用高压断路器介绍1）油断路器油断路器是一种自能式断路器，即是利用电弧本身的能量来熄灭电弧。2）真空断路器真空断路器是指在真空容器中进行电流开断与关合的断路器。3）SF6断路器6.3断路器的选择低压断路器的分类1.低压断路器工作原理低压断路器原理图如图所示。6.3断路器的选择断路器的选择原则1.断路器的一般选用原则(1)断路器的额定工作电压≥线路额定电压。(2)断路器的额定电流≥线路负载电流。(3)断路器的额定短路通断能力≥线路中可能出现的最大短路电流(按有效值计算)。(4)线路末端单相对地短路电流≥1.25倍断路器瞬时脱扣器整定电流。6.3断路器的选择断路器的选择原则1.断路器的一般选用原则(5)断路器的欠电压脱扣器额定电压＝线路额定电压。(6)断路器分励脱扣器额定电压＝控制电源电压。(7)电动传动机的额定工作电压＝控制电源电压。(8)校核断路器允许的接线方向。有些型号断路器只允许上进线，有些型号允许上进线或下进线。6.3断路器的选择断路器的选择原则2.配电用断路器的选用原则(1)断路器长延动作电流整定值≤导线容许载流量。对于采用电线电缆的情况，可取电线电缆容许载流量的80％。(2)3倍长延时动作电流整定值的可返回时间≥线路中最大起动电流的电动机的起动时间。(3)瞬时电流整定值≥——线路计算负载电流；——电动机起动电流的冲击系数，一般取k1=1.7～2；——电动机起动电流倍数；——最大一台电动机的额定电流。jxI1kkIedm6.3断路器的选择断路器的选择原则3.低压断路器的选用原则(1)根据线路对保护的要求确定断路器的类型和保护形式，确定选用框架式、装置式或限流式等。(2)断路器的额定电压UN应≥被保护线路的额定电压。(3)断路器欠压脱扣器额定电压应=被保护线路的额定电压。(4)断路器的额定电流及过流脱扣器的额定电流应≥被保护线路的计算电流。6.3断路器的选择断路器的选择原则3.低压断路器的选用原则(5)断路器的极限分断能力应＞线路的最大短