第4章电气设备及载流导体

第4章电气设备及载流导体教学目的：了解高压断路器、隔离开关和负荷开关的用途、技术参数、结构及工作原理复习旧课：1、交流电弧特性和熄灭方法2、电气触头重点：高压断路器、隔离开关和负荷开关的工作原理难点：高压断路器、隔离开关和负荷开关的结构引入新课：4.1高压开关电器4.1高压开关电器4.1.1概述1、开关电器概念：直接用于正常投切和故障切除电路的电气一次设备称为开关电器。2、分类：（1）按电压高低分类：高压开关电器和低压开关电器两类（2）按安装场所分类：户内式和户外式两类（3）按功能分类：断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器和组合式开关电器（高压负荷开关＋熔断器）4.1.2高压断路器1、用途：①控制（操作）作用；②保护作用2、基本要求：（1）工作可靠（2）具有足够的开断能力（3）动作快速（4）具有自动重合闸性能（5）结构简单，经济合理3、基本参数（1）额定电压：指断路器长时间运行能承受的正常工作电压。最高电压对于10~220kV的为1.15倍额定电压，对于330kV及以上为1.1倍额定电压。（2）额定电流：指断路器的触头结构和导电部分在规定环境温度下允许通过的长期工作电流，其相应的发热温度不会超过国家标准。（3）额定开断电流：指断路器在额定电压下能可靠开断的最大短路电流的有效值。（4）额定开断容量：断路器的开断能力也可间接用开断容量来表示，在三相电路中其大小等于额定电压与额定开断电流的倍（5）动稳定电流：表明断路器在冲击短路电流作用下，承受电动力的能力。其值由导电和绝缘等部件的机械强度决定。（6）热稳定电流：表明断路器承受短路电流热效应的能力。用通电时间（一般取4S）和最大电流有效值来综合表示。3（7）开断时间：从操作机构跳闸线圈接通跳闸脉冲起，到三相电弧完全熄灭时止的一段时间称为断路器的开断时间，它等于断路器的固有分闸时间和熄弧时间之和，即4、操动机构（1）组成：操动部分：由动力机构、扣住机构、脱扣机构和自由脱扣机构等组成传动部分：由拉杆、提升机构、缓冲机构等组成（2）分类：手动型、电磁型、液压型、气压型和弹簧型等（3）基本要求：1）具有足够的合闸功率2）能维持断路器处在合闸位置，不因外界震动和其他原因产生误分闸功率。3）有可靠的分闸装置和足够的分闸速度4）具有自由脱扣装置5）要保证分、合动作准确、连续，即分后准备合、合后准备分。6）结构简单、体积小、价格低廉。5、高压断路器的分类（1）油断路器：可分为多油断路器和少油断路器（2）压缩空气断路器（3）真空断路器。（4）六氟化硫（）断路器6、高压断路器的基本结构和灭弧过程（1）少油断路器少油断路器分为户内式和户外式。1）SN10系列户内式少油断路器:图4－32）SW系列户外式少油断路器：图4－5（2）断路器1）断路器的发展2）气体的特点3）断路器的灭弧装置4.1.3隔离开关1、作用和分类作用：（1）隔离电源，保证安全；（2）倒闸操作；（3）接通或切断小电流电路。分类：（1）按装设地点的不同，分为户内式和户外式两种。（2）按绝缘支柱数目分为单柱式、双柱式和三柱式三种。（3）按动触头运动方式，可分为水平旋转式、垂直旋转式、摆动式和插入式等。（4）按有无接地闸刀，可分为无接地闸刀、一侧有接地闸刀、两侧有接地闸刀三种。（5）按操动机构的不同，分为手动式，电动式、气动式和液动式等。（6）按极数分为单极、双极、三极三种。2、操作原则3、结构（1）户内式隔离开关（2）户外隔离开关1）单柱式隔离开关2）双柱式隔离开关3）三柱式隔离开关4.1.4高压熔断器1、基本知识（1）基本构成和工作原理结构：熔断器主要由金属熔件（又称熔体）、支持熔件的触头、灭弧装置和绝缘底座等四部分构成。工作原理：熔断器的工作过程由以下四个阶段组成：1）熔断器的熔件因过载和短路而加热到熔化温度；2）熔件的熔化和气化；3）触头之间的间隙击穿，产生电弧；4）电弧熄灭，电路被断开。基本要求：1）有良好和稳定的导电性能，能长期安全地通过允许电流而不发生误熔断。2）有较低的熔点。熔点高不仅使正常工作温度偏高，对触头、金属材料和绝缘材料均不利，而且延长了加热熔化的时间，不利于熔断器的快速动作。3）有利于灭弧。（2）熔件材料:铅锡合金、铅、锌、铜、银200ºC、327ºC、420ºC、1080ºC、960ºC（3）分类①按安装地点分：户内式和户外式；②按使用电压分：高低熔断和低压熔断器；③按灭弧方法及结构特点的不同分：瓷插式、封闭产气式、封闭填料式和产气纵吹式等；④按限流特性分为限流式和非限流式。（4）技术参数1）熔断器的额定电压2）熔断器的额定电流3）熔体额定电流4）熔断器的开断电流（5）保护特性图4－182、高压熔断器的结构（1）户内高压熔断器镀银康铜丝焊小锡球石英砂填充＜7.5A固定于瓷芯熔断指示器RN1：电力线路和配电变压器RN2：电压互感器（2）外高压熔断器1）RW系列跌落式熔断器2）RW型限流熔断器4.1.5高压负荷开关1、用途及类型（1）用途（2）类型2、结构（1）户内式负荷开关（2）户外式负荷开关新课小结：断路器、隔离开关、熔断器和负荷开关的作用、分类及工作原理。作业：第4章电气设备及载流导体教学目的：了解高压断路器、隔离开关和负荷开关的用途、技术参数、结构及工作原理复习旧课：断路器、隔离开关、熔断器和负荷开关的作用、分类及工作原理。重点：互感器的工作原理及接线方式难点：误差分析引入新课：4.2互感器（一）4.2互感器（一）4.2.1互感器的作用：图4－26广泛应用于电压等级的交流电路中，是一、二次设备之间的重要联络元件，其作用：（1）变压或变流，正确反应一次系统的运行状态；（2）隔离高压，保证工作人员安全；（3）使二次元件标准化、小型化，方便遥测；（4）安装方便，便于实现集中管理和远方监控测量。4.2.2电流互感器工作特点：图4－271）一次绕组串联在电路中，并且匝数很少；故一次绕组中的电流完全取决于被测电路的负荷电流，而与二次电流大小无关；2）电流互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路的状态下运行。3）运行中的电流互感器二次回路不允许开路，否则会在开路的两端产生高电压危及人身安全或使电流互感器发热损坏。（开路的危害：∵，∴＝0时危害：（1）φ↑↑→ｄφ／ｄｔ↑↑→ｅ2↑↑103～104V，将危及二次元件和人身安全；（2）φ↑↑→铁芯饱和→磁滞涡流↑↑→热烧毁；（3）剩磁→测量不准确。）2、误差采用继电保护的方法分析（1）电流误差：（2）相位误差：－与之间的夹角3、准确度等级和额定容量（1）电流互感器的准确度等级：表4－110％误差曲线是指在保证电流互感器误差不超过10％的条件下，一次电流倍数n与电流互感器允许最大二次负载阻抗的关系曲线。（2）电流互感器的额定容量：由于电流互感器的二次电流为标准值，故其容量也常用额定二次阻抗来表示。%100112IIIKfii2I1Ii4、接线图4-29电流互感器的常见接线方式（a）单相接线：测一相电流，用于三相对称电路。图4-29（a）（b）完全星形接线：测三相电流，用于不对称或380／220V电路。图4-29（b）（c）不完全星形接线：广泛用于小接地短路电流系统。图4-29（d）（d）两相差接线：用于励磁或自动装置中。5、分类和结构（1）电磁式电流互感器的分类1）按安装地点可分为户内式和户外式2）按安装方式可分为穿墙式、支持式和装入式3）按绝缘可分为干式、浇注式、油浸式等4）按一次绕组匝数可分为单匝和多匝式（2）电磁式电流互感器的结构（3）光电式电流互感器特点与原理介绍优点：1）优良的绝缘性能以及便宜的价格2）不含铁芯，消除了磁饱和及铁磁谐振等问题3）抗电磁干扰性能好，低压边无开路高压危险4）动态范围大，测量精度高，频率响应范围宽5）体积小、重量轻6）适应了电力计量和保护数字化、微机化和自动化发展的潮流（4）混合式光纤电流互感器的工作原理：新课小结：电流互感器的原理、作用、分类、误差及接线。作业：第4章电气设备及载流导体教学目的：了解高压断路器、隔离开关和负荷开关的用途、技术参数、结构及工作原理复习旧课：电流互感器的原理、作用、分类、误差及接线。重点：互感器的工作原理及接线方式难点：误差分析引入新课：4.2互感器（二）4.2互感器（二）4.2.2电压互感器1、工作特点（1）二次负荷小且恒定：仅几十～几百伏安（2）二次阻抗大，接近空载，不影响一次系统（3）运行中的电流互感器二次回路不允许短路2、误差（1）电压误差：（2）相位误差与之间的夹角（3）准确等级和额定容量1）准确等级：0.2、0.5、1、3表4－22）额定容量：是指对应于最高准确级的容量最大容量%100112UUUKfuu2U1Uu3、接线（1）台单相双绕组－／－接线图4-34(a)、(b)35kV及以下测某一相对地电压和相间电压。（2）单台单相双绕组Ｖ／Ｖ接线图4-34(c)35kV及以下测线、对中电压，但ＵCA误差大；（3）三台单相三绕组Ｙ0／Ｙ0／＞接线图4-34(d)万能接线，它广泛用于3～220kV系统。4、分类和结构（1）电磁式电压互感器的分类电压互感器按其特征分类如下：1）根据安装地点的不同，可分为户内式和户外式；2）根据相数的不同，可分为单相式和三相式，只有20kV以下才有三相式；3）按每相绕组数的不同，可分为双绕组和三绕组式；4）按绝缘方式的不同，可分为干式、浇注式、油浸式、气体绝缘等。（2）电磁式电压互感器的结构1）浇注绝缘电压互感器2）油浸式电压互感器3）六氟化硫气体绝缘式电压互感器（3）电容式电压互感器的原理与特点新课小结：电压互感器的原理、作用、分类、误差及接线。作业：第4章电气设备及载流导体教学目的：了解母线、电缆及绝缘子的用途、技术参数、结构及布置复习旧课：电压互感器的原理、作用、分类、误差及接线。重点：难点：电缆的结构引入新课：4.3.1母线4.3.2电力电缆4.3.3绝缘子4.3.1母线4.3.1.1用途及类别1、用途：母线（也称汇流排）是汇集和分配电流的裸导体，是发电机、变压器和配电装置等大电流回路的导体，也泛指用于各种电气设备连接的导线。2、类别：软母线：LGJ-S硬母线：圆形、管形、矩形、槽形等3、材料：母线的材料有铜、铝和钢三种。性能比较：电阻率、机械强度、防腐、价格、含量、连接等“以铝代铜”4.3.1.2布置和排列截面形状：布置：排列（平排、竖排、三角排）、放置（平放、立放）与装配；母线的排列应按设计规定，如无设计规定时，应按下述要求排列。（1）垂直布置的母线。由上向下：A，B，C相；（2）水平布置的母线。由内向外（面对母线）：A，B，C相的排列；（3）引下线排列。由左向右（面对母线）：A，B，C相的排列；（4）各种不同电压配电装置的母线，其相位的配置应相互一致。4.3.1.3母线的定相与着色刷漆的目的：（1）为了便于识别相序、（2）防止腐蚀；（3）提高母线表面散热效果（可增加载流量12%~15%）。母线应按下列规定刷漆着色：（1）三相交流母线：A相——黄色，B相——绿色，C相——红色；（2）直流母线：正极——赭色，负极——蓝色。（3）交流中性点汇流母线和直流均压汇流母线，不接地者刷白色，接地者刷紫色带黑色横条。软母线不宜着相色漆。4.3.2电力电缆4.3.2.1用途与特点1、用途：2、特点：（1）电缆结构紧凑，占用空间小，走向和布置极为灵活方便；（2）现场施工简便；（3）运行可靠行高；（4）虽然电缆单价较贵，但由于其基础和土建工程较省，故综合工程费用不一定超出母线；（5）载流量小。4.3.2.2一般结构导电芯线、绝缘层、密封护套和保护层等主要部分组成。4.3.2.3电力电缆的类型按电压高低分：高压电缆和低压电缆（1000V及以下）。按使用环境分：空气中敷设电缆、直埋电缆与水下电缆等。按电缆芯数分：单芯、双芯、三芯、四芯电力电缆。按芯线的材料分：铜芯电缆与铝芯电缆。按密封护套材料分：铅包、铝包、塑料包或橡套电缆。按保护层分：裸钢带、钢丝铠装电缆和带麻被层的钢带、钢丝铠装电缆等。4.3.2.4电缆三头