第四章--高压电器及成套配电装置.

第四章高压电器及成套配电装置第一节开关电器中的电弧•一、开关电器中的电弧的产生与熄灭•1、开关电器切断电路时，断开的触头之间会产生电弧。•2、电弧电流的本质是离子导电。•3、触头断开后，触头之间如果有电弧存在，则电路实际上没有被切断，直到触头间电弧熄灭后电路才是真正断开。•触头间介质击穿电压是指触头间产生电弧的最小电压。•触头间恢复电压是指触头间电弧暂时熄灭后外电路施加在触头之间的电压。•电弧暂时熄灭后，如果触头间的恢复电压电压触头间的介质击穿电压，电弧将重燃。•触头间的恢复电压始终小于触头间的介质击穿电压，电弧将彻底熄灭。•触头间介质击穿电压的大小与触头之间的温度、离子浓度和距离（电弧长度）等因素有关。•触头之间的恢复电压主要由电路中电源电压、电路中电感（或电容）性负载与电阻性负载所占比例，以及电弧暂时熄灭前电弧电流的变化速率等因素有关。•二、开关电弧熄灭方法•（一）气体吹动电弧•（二）拉长电弧•（三）电弧与固体介质接触第二节高压断路器•一、高压断路器的用途、类型和主要技术数据•（一）高压断路器的用途•高压断路器在高压电路中起控制作用，是高压电路中的重要电气设备之一。•（二）高压断路器的类型•1、油断路器•2、真空断路器•3、六氟化硫断路器•（三）高压断路器主要参数•1、额定电压•额定电压是指高压断路器正常工作时所能承受的电压等级，它决定了断路器的绝缘水平。•2、额定电流•额定电流是指在规定的环境温度下，断路器长期允许通过的最大工作电流（有效值）。•3、额定开断电流•额定开断电流是指在额定电压下断路器能够可靠开断的最大短路电流值，它是表明断路器灭弧能力的技术参数。•4、关合电流•关合电流是指保证断路器能可靠关合而又不会发生触头熔焊或其他损伤时，断路器所允许接通的最大短路电流。•（四）断路器型号及含义•二、真空断路器•（一）真空灭弧室•真空灭弧室的绝缘外壳主要用玻璃或陶瓷材料制作。•玻璃材料制成的真空灭弧室的外壳具有容易加工、具有一定的机械强度、易于与金属封接、透明性好等优点。它的缺点是承受冲击的机械强度差。•陶瓷真空灭弧室瓷外壳材料多用高氧化铝陶瓷，它的机械强度远大于玻璃，但与金属封端盖的装配焊接工艺较复杂。•真空断路器在每次分合闸时，波纹管都会有一次伸缩变形，是易损坏的部件，它的寿命通常决定了断路器的机械寿命。•（二）真空灭弧室的灭弧原理•真空灭弧室中的触头断开过程中，依靠触头产生的金属蒸气使触头间产生电弧。•1、小电流真空灭弧的熄弧原理•小电流真空电弧是一种扩散型电弧。•扩散型电弧，它只有阴极斑点而无阳极斑点，各分支电弧均布于触头表面上且处于移动状态。•2、大电流真空电弧的熄弧原理•大电流真空电弧是一种集聚型真空电弧。•集聚型电弧会产生阳极斑点，从而导致电极的严重熔化，并产生大量的金属蒸气。•在触头间施加横向磁场或纵向磁场，从而实现真空灭弧室开断大电流的功能。•三、SF6断路器•SF6（六氟化硫）断路器用SF6气体作为绝缘介质和灭弧介质。•SF6断路器因灭弧性能优良，开断电流大，在35kv及以上电压等级被广泛应用。•（一）SF6(六氟化硫）气体的性质•1、SF6气体是一种无色、无味、无毒、不可燃、易液化，对电气设备不腐蚀的气体。因此，SF6断路器的使用寿命长、检修周期长、检修工作量小，不存在燃烧和爆炸的危险。•2、SF6气体绝缘性和灭弧能力强。•它的绝缘强度是空气的2.33倍，灭弧能力可达空气的100倍。•3、SF6气体在电弧高温作用下会分解为低氟化物，但在电弧过零值后，又很快再结合成SF6气体。•目前使用的某些SF6断路器检修年限可达20年以上。•4、SF6气体化学性质虽稳定，但是与水分或其他杂质成分混合后，在电弧作用下会分解为低氟化合物和低氟氧化物，其中的某些成分有严重腐蚀性和毒性。为此，SF6断路器要有压力监视系统和净化系统。•5、SF6断路器应该设有气体检漏设备和气体回收装置。•（二）SF6断路器与其他断路器比较有以下优缺点•1、优点•（1）断口耐压高。•（2）允许的开断次数多，检修周期长。•（3）开断电流大，灭弧时间短。•（4）操作时噪音小，寿命长。•2、缺点•（1）在电弧作用下，SF6气体分解的低氟化物气体有毒。•（2）SF6气体在高温下与铜、钨等金属生成粉末状的金属氟化物，碰到人体的皮肤可能引起过敏。•（3）如断路器密封不良还会引起水分或潮气浸入内部，水分遇到低氟化分解物会产生氢氟酸，氢氟酸有毒性且会腐蚀材料；当内部水分达到一定量时还会在绝缘件表面结露而影响绝缘强度，甚至会产生沿面放电。•（4）SF6气体密度比空气大，假如SF6开关设备泄漏，SF6气体会沉积在电缆沟等低洼处，很难清除，气体积聚多了会引起工作人员窒息事故。•（三）SF6断路器结构及灭弧原理•SF6断路器在结构上可分为支柱式和罐式两种。•支柱式SF6断路器在6kv及以上的高压电路中广泛使用；•罐式SF6断路器的特点是设备重心低、结构稳固、抗震性能好、可以加装电流互感器，特别适用于多地震、污染严重地区的变电所。•四、断路器操作机构•（一）作用与要求•操作机构应符合以下基本要求：•1、足够的操作功•2、较强的可靠性•3、动作迅速•4、具有自由脱扣装置•（二）操作机构分类•1、电磁操作机构•电磁操作机构是用直流螺管电磁力合闸的操作机构。•优点：结构简单、价格较低、加工工艺要求低、可靠性高。•缺点：合闸功率大、需要配备大容量的直流合闸电源、机构笨重、机构耗材多。•2、永磁操作机构•永磁操作机构是由分、合闸线圈产生的磁场与永磁体产生的磁场叠加来完成分、合闸操作的操作机构。•优点：结构简单、可靠性高、机械寿命长、耐磨损、免维护。•3、电动弹簧储能操作机构•弹簧储能操作机构简称为弹簧机构，它是一种利用合闸弹簧张力合闸的操作机构。•优点：只需要小容量合闸电源，对电源要求不高（直流、交流均可）。•缺点：操作机构的结构复杂，加工工艺要求高，机件强度要求高，安装调试困难。•4、液压操作机构•液压操作机构是利用液压油作为传递介质，依靠高压油传递能量进行分合闸的操作机构。•优点：体积小、操作功大、动作平稳、无噪音、速度快、不需要大功率的合闸电源。•缺点：结构复杂、加工工艺要求很高、动作速度受温度影响大、价格昂贵、运行维护工作量大。（三）操作机构的结构型号含义及动作原理1、操作机构型号的含义2、CD型电磁操作机构结构及工作原理3、DYM双稳态永磁操作机构永磁机构的合闸电源有两种方式供用户选择：一种由储能电容提供，另一种直接由直流电源提供。•五、断路器运行维护•（一）断路器投入运行•（二）断路器正常运行巡视检查•（三）对运行断路器的一般要求•（四）油断路器巡视检查•断路器的油位在正常允许的范围之内，油色透明无碳黑悬浮物。•（五）SF6断路器的巡视检查•（六）真空断路器巡视检查•（七）弹簧机构巡视检查•（八）断路器特殊巡视•1、新设备投入运行后，应相对缩短巡视周期。•2、变（配）电所应根据设备具体情况安排夜间巡视，夜间巡视应在没有月亮的夜间闭灯进行。•3、气温突变和高温季节应加强巡视检查。•4、雷雨季节雷电活动后进行巡视检查。•5、有重要活动或高峰负荷期间应加强巡视检查。•6、断路器发生故障或事故，经检修恢复送电后应进行特殊巡视。•（九）断路器日常维护工作•（十）断路器的合闸操作•（十一）断路器异常运行及处理第三节隔离开关•一、隔离开关的用途和类型•（一）隔离开关的作用•1、隔离电源•2、倒闸操作•3、拉、合小电流电路•（1）拉、合电压互感器与避雷器回路；•（2）拉、合母线和直接与母线相连设备的电容电流；•（3）拉、合励磁电流小于2A的空载变压器：一般电压为35kv容量为1000KVA及以下变压器，电压为110kv容量为3150KVA及以下变压器；•（4）拉、合电容电流不超过5A的空载线路：一般电压为10kv长度为5km及以下的架空线路，电压为35kv长度为10km及以下的架空线路。•（二）隔离开关类型•隔离开关的型号及含义标示•二、户内式隔离开关•（一）GN19-12CST系列双掷隔离开关•GN19-12CST系列隔离开关是适用于10kv配电系统的双掷隔离开关。•（二）GN30-12D系列隔离开关（如图4-10（b）所示）•GN30-12、GN30-12D系列隔离开关是适用于10kv配电系统旋转触刀式的高压电器元件。•三、户外式隔离开关•（一）GW4-35系列隔离开关•（二）GW5-35系列隔离开关•合闸操作时，连杆带动伞齿轮转动，伞齿轮使两个棒式绝缘子以相同速度沿相反方转动，带动两个主闸刀转动90°实现合闸；分闸时，操作与上述的合闸动作相反。•四、隔离开关的操作机构•隔离开关操作机构型号及含义•（一）手动式操作机构•（二）电动操作机构•五、隔离开关巡视检查内容第三节变、配电所•变、配电所是电力网中的线路连接点，是用以变换电压、交换功率和汇集、分配电能的设施。•变、配电所中用来承担输送和分配电能任务的电路，称为一次电路或电气主接线。•一次电路中所用的电气设备，称为一次设备。•一、变、配电所常用的一次电气设备•（一）主变压器•在降压变电所内变压器是将高电压改变为低电压的电气设备。•（二）高压断路器•（三）隔离开关•（四）电压互感器•（五）电流互感器•（六）熔断器•（七）负荷开关•二、变、配电所常用的电气主接线•（一）高压配电所电气主接线•1、单电源的高压配电所电气主接线•2、双电源的高压配电所电气主接线•隔离开关与断路器配合操作时，执行“先合后断”的原则。•（二）总降压变电所的电气主接线•1、单相变压器的总降压变电所主接线示例•2、双电源两台变压器的总降压变电所主接线示例•内桥接线的特点是线路故障或检修，不影响变压器运行，而变压器故障或检修要影响相应线路，线路要短时停电。•外桥接线的特点是变压器故障或检修不影响线路运行，而线路故障或检修要影响变压器，相应的变压器要短时停电。•（三）用户区（或小型用户）变电所的电气主接线•1、有用户总降压变电所的用电变电所电气主接线•2、无用户总变配电所的用户区或小型变电所电气主接线•（1）高压侧采用隔离开关和熔断器或跌落式熔断器•（2）高压侧采用符合开关和熔断器•（3）高压侧采用隔离开关和断路器•（4）双台变压器的用户区变电所或小型用户变电所电气主接线第四节高压负荷开关•一、高压负荷开关是高压电路中用于在额定电压下接通或断开符合电流的开关电器。•它虽有灭弧装置，但灭弧能力较弱，只能切断和接通正常的负荷电流，而不能用来切断短路电流。•负荷开关与高压熔断器配合使用，由熔断器起保护作用。•负荷开关操作机构有手动、电动弹簧储能和电动操作机构等。•负荷开关的型号及含义•二、负荷开关的结构与工作原理•（一）FN5-10系列高压负荷开关•负荷开关合闸时，主回路与辅助回路并联，电流大部分经主回路，当负荷开关分闸瞬间，主回路先断开，电流只通过辅助回路。•（二）FW5-10型系列负荷开关•FW5-10户外负荷开关为三相联动，采用固体产气灭弧材料，用绝缘棒式绳索操作，分闸状态具有明显断口，起隔离作用。•（三）BFN1型压气式负荷开关•BFN1系列压气式负荷开关可以分合负载电流和过载电流。•BFN2系列压气式负荷开关熔断器组合电器可以分合负载电流、过载电流、开断线路短路电流（由熔断器完成）•（四）VBFN型真空负荷开关•VBFN1型户内交流高压真空负荷开关•VBFN2型户内交流高压真空负荷开关-熔断器组合电器•结构特点•VBFN系列真空负荷开关的主触头由隔离断口触头和设置于真空灭弧室内的灭弧触头组成。•（五）FL（R）N36-12D型SF6负荷开关•FL（R）N36-12D型户内高压SF6负荷开关为额定电压12kv的户内开关设备，采用SF6气体作为灭弧和绝缘介质，包括合闸、分闸和接地三个工位，具有体积小，安装使用方便和对环境适应性强的特点。•FL（R）N36-12D型负荷开关是以充入的SF6气体作为绝缘和灭弧介质。当负荷开关分闸时，电弧在永磁体产生的磁场作用下，产生旋转拉长，并在SF6气体的作用下冷却，直至电流过零时熄灭。SF6负荷开关一般不设置气