第二章建筑供配电系统的主要电气设备

建筑供配电与照明第二章建筑供配电系统的主要电气设备第一节建筑供配电系统电气设备的分类一次电路和二次电路。一次电路：建筑工供配电系统中担负输送和分配电能这一主要任务的电路也称为一次回路，或者主电路或主结线。一次电路中的所有电气设备称为一次设备或一次元件。二次电路：用来控制、指示、测量和保护一次电路及其中设备运行的电路。二次电路中的所有电气设备，即称为二次设备或二次元件。二次回路通常接在互感器的二次侧。一次设备：变换设备、控制设备、保护设备、补偿设备。举例：变换设备发电机和电力变压器。电感互压器和电流互感器。控制设备：高低压开关设备保护设备：高低压熔断器和避雷器补偿设备：高低压电容器成套设备：如高压开关柜、低压配电屏、动力和照明配电箱、高低压电容器柜及成套变电所。第二节电气设备中的电弧问题一、概述电弧的特点：强光和高温电弧的主要影响延长了电路的开断时间。电弧高温烧坏开关的触头。二、电弧的产生1．产生电弧的根本原因触头本身及触头周围介质含有大量可被游离的电子。（内因〕当分断的触头间存在足够大的外施电压的条件下，而且电路电流也达到最小生弧电流，其间的介质就会强烈游离形成电弧。（外因〕2.发生电弧的游离方式：（1）高电场发射：开关出头分断之初，触头间的电场强度很大。（2）热电发射：开关触头分断电流时，阴极表面由于大电流逐渐收缩集中而形成炽热的光斑，温度很高，使触头表面的电子吸收足够的热能而发射到触头间隙中去，形成自由电子。（3）碰撞游离：当触头间存在足够大的电场温度时，自由电子高速向阳极移动，碰撞到中性质点，就可能使中性质点中的电子吸收动能而游离的出来，从而使中性质点分裂为带电的正离子和自由电子。离子越来越多形成电子崩现象。（4）热游离：电弧表面温度达3000～4000度，弧心温度可高达10000度，中性质点由于吸收热能而产生热能而可能游离，成为正离子和自由电子，从而加强了电弧中的游离。三、电弧的熄灭1.熄灭电弧的条件要使电弧熄灭，必须使电弧中的去游离大于游离率，即其中离子消失的速率大于离子产生的速率（游离率）。2.熄灭电弧的去游离方式（1）正负带电质点的“复合”（2）正负带电质点的“扩散”第三节高低压熔断器一、概述熔断器（FU）是一种应用广泛的保护电器。当通过的电流超过某一规定值时，熔断器的熔体熔化而切断电路。其功能主要是对电路及其中设备进行短路保护，但有的也具有过负荷保护的功能。二、高压熔断器在6～10kV系统中，目前户内多采用RN1,RN2型，而XRNT1、XRNT2型管式熔断器为今后推广应用的更新换代产品。户外则较多采用RW10型等跌开式熔断器。类型及特点（一）RN1,RN2型户内高压管式熔断器是一种简单的保护电器.由熔体、熔体管和接触导电等部分组成。RN1主要用作高压线路和设备的短路护，也起过负荷保护。RN2用作高压互感器的短路保护。RN1、RN2灭弧能力很强，为”限流“式熔断器。外型见图2-7RN1、RN2工作原理：见书XRNT1-10型电动机保护用高压限流熔断器，适用于户内交流50Hz,额定电压10kV系统，可与其他保护电器配合使用，作为高压电动机及其他电气设备的过载或短路保护。（二）RW10-10F型户外高压跌开式熔断器。灭弧管设计为自动逐级排气式。当线路上发生短路时，短路电流使熔体迅速熔断，形成电弧。具有两种功能：一是作为6～10kV线路额变压器的短路保护；另一种是可当作隔离开关使用，也就是可用来隔离电源以保证安全检修。但灭弧能力不强、速度不快，属于非限流式熔断器。组成由基座和灭弧管组成。三、低压熔断器（一）常用的类型及特性1.RM10型低压无填料密闭管式熔断器灭弧断流能力较差，属非限流式熔断器。结构简单，价廉及更换熔体方便，仍较普遍地应用于低压配电装置中。2.RT0型低压有填料封闭管式熔断器由瓷熔管、栅状铜熔体和触头等部分组成，如图2-10所示。具有熔断器引燃栅。由于它的电位作用，可使熔体在短路电流通过时形成多根并联电弧。还具有若干变截面小孔，可是熔体在短路电流通过时在截面较小的离子强烈地复合。因此这种熔断器的灭弧能力很强，具有“限流”特性。灭弧断流能力很强，具有限流作用。能实现短路保护和过负荷保护。保护性能好，断流能力大，可应用在靠近电源的配电装置，但它多为不可拆式，熔体熔断后报废，不经济。3.RS3型有填料封闭管式快速熔断器主要作硅整流元件及其成套装置的短路或过负荷保护,灭弧断流能力很强，具有限流作用。长期工作不老化、不误动作4.较新的RT14型，见书上。RT14型，该系列熔断器由熔体和熔断器支持件组成。支持螺钉安装和轨道安装两种结构。该系列熔断器分带撞击器和不带撞击器两类。带撞击器的熔体熔断时将撞击器弹出，既可作熔断信号指示，又可触动微动开关来控制接触器等控制电器的线圈回路作三相电动机的断相保护。第四节高低压开关设备一、概述高低压开关设备用于电路的通、断。但由于其结构的不同，有的不能带负荷操作，只能用来隔离电源以保证安全检修。二、高压开关设备(QS)（一）高压隔离开关的结构比较简单。它断开后有明显可见的断开间隙，而且断开间隙的绝缘及相间绝缘都是足够可靠的，因此可用来隔离高压电源以保证其他设备的安全检修。（二）高压负荷开关(QL)高压负荷开关：具有简单的灭弧装置，因而能通断一定的负荷电流和过负荷电流，但不能断开短路电流，因此它一般与高压熔断器串联使用，借助熔断器来切除短路故障。型号：FN3-10RT型高压负荷开关。此绝缘子不仅起支持作用，而且内部是一个汽缸，内有由操动机构主轴传动的活塞，其功能类似打气筒。当负荷开关闸时，在闸刀一端的弧动触头与绝缘喷嘴内的弧静触头之间产生电弧。由于分闸时主轴转动而带动活塞，压缩气缸内的空气而从喷嘴往外吹弧，加之断路弹簧使电弧迅速拉长以及电流回路的吹弧作用，使电弧迅速熄灭。CS2是与FN3型负荷开关配合的一种安装图。当开关自动跳闸时，CS2型手力操动机构的跳闸指示牌会转到水平位置，告知值班人员。若要重新合闸，需先将手柄向下扳倒分闸位置，这时指示牌掉下，然后才能合闸。(三)高压断路器(QF)1.高压断路器的功能和类型高压断路器具有相当完善的灭弧装置，因此它不仅能通断正常的负荷电流，而且能通断一定的短路电流。它还能继电保护装置的作用下自动跳闸，切除短路故障。高压断路器按其采用的灭弧介质分，油断路器、真空断路器、六氟化硫断路器。建筑供配电系统常用真空断路器和六氟化硫断路器。1.油断路器(1)多油断路器：开关触头在绝缘油中闭合和断开。油兼有灭弧和绝缘功能，油量多，有易燃易爆危险。体积大，维护麻烦。可频繁通断负荷。趋于淘汰。(2)少油断路器：开关触头在绝缘油中闭合和断开。油只作灭弧功能，油量少，易燃易爆危险性较小。体积小，价廉，维护方便。不能频繁操作。6～10kv多用。如SN10-10型少油断路器。2.真空断路器开关触头在真空的容器内闭合和断开。灭弧能力强燃弧时间短，属高速断路器。开断能力强。结构简单，重量轻，体积小。寿命长，易维修。可频繁操作。无易燃易爆危险。由于开断速度高,易产生截流过电压,对变压器等感性负载易造成危害,应配置过电压吸收装置。(1)真空断路器的发展状况目前国际上，真空断路器的设计、制造领域里逐步形成了以德国西门子公司为代表的空气绝缘产品和以ABB公司为代表的复合绝缘产品的两大派别。西门子公司的产品有3AF、3AG及3AH等系列产品。ABB公司的代表产品有VD4。国内生产的真空断路器归纳起来大致可分为三类：引进技术并国产化的产品。如ZN12-12，引进西门子3AF；ZN18-12，引进日本东芝公司VK系列产品；ZN21-12，引进比利时EIB公司的产品技术；ZN67-12，引进日本三菱电机VPR型真空断路器等。在借鉴国外同类产品的基础上开发的产品，如：ZN63-12和ZN65-12分别效仿ABB的VD4和西门子3AH。自行设计的产品，如：ZN15-12，ZN28-12，ZN30-12等。重点介绍ZN63A-12(VS1-12)型真空断路器。1）主要用途和适用范围：ZN63A-12型户内交流高压真空断路器是三相交流50Hz，额定电压12kV的户内高压开关设备。2）结构特点：真空短路器总体结构是专用弹簧操作机构和真空灭弧室部件前后布置，组成统一整体的形式。这种一体化的布局形式，可使弹簧操动机构的操作性能与真空开关密切配合，并可减少不必要的中间传动环节，降低了能耗和噪声。核心部件为为真空灭弧室，它纵向安装在一个椭圆形管状绝缘筒内，具有高爬电比距结构。3）灭弧原理：真空灭弧室是以真空作为灭弧和绝缘介质的电真空器件。当真空灭弧室的动、静触头在操动机构的作用下带电分离时，在触头间隙中会产生真空电弧。同时，电弧电流流经具有特殊结构的触头时，在触头间隙会产生纵向磁场，促使真空电弧保持为扩散型，并均匀地分布在触头表面燃烧，维持较低的电弧电压。3.六氟化硫断路器开关触头在SF6气体中闭合和断开。SF6气体兼有灭弧和绝缘功能。灭弧能力强，属高速断路器。断流容量大，电绝缘性能好，检修周期长。可频繁操作。无燃烧爆炸危险，体积小，维护要求严格，价贵。在全封闭组合电器中多采用。不适于高寒地区。采用SF6燃烧时电弧电压特别低，燃弧时间也短每次开断后触头烧损很轻微（适用于频繁操作，同时也延长了检修周期的原因）本身无毒，但电弧在高温作用下会生成氟化氢等强烈腐蚀性的剧毒物，检修时，应注意防毒。它的电气性能受电场均匀程度及水分等杂志影响特别大，故对SF6气体本省质量的要求相当严格，因而价格较贵。LW8-40.5型户外交流高压六氟化硫断路器ZN28A-12系列户内交流高压真空断路器4.操作机构操动机构的作用是使断路器进行分闸或合闸，并使合闸后保持在合闸状态。操动机构一般由合闸机构、分闸机构和保持合闸机构等三部分组成。操动机构的辅助开关还可以实现电气联锁作用。1.分类（1）手动操动机构（CS〕能手动和远距离跳闸，但只能手动合闸，不能自动合闸。操作电源为交流。结构简单，价格便宜，控制和保护装置简化。（2）电磁操动机构（CD〕能手动和远距离跳合闸，适于自动化，结构简单，零件数量少，工作可靠，制造成本低。但需直流操作电源。操作功率很大，影响到合闸速度的提高及机电寿命。应用广泛，手动合闸时速度较慢，一般只有在检修和调整时才允许使用手动合闸。(3)弹簧储能操动机构（CT〕能手动和远距离跳合闸。断路器的合、分操作仅由功率很小的电磁铁控制，所以对直流电源的要求不高，还可用交流电源操作，其速度特性和使用寿命都得到很大程度的改善。结构比较复杂，零件数量多，且要求加工精度高，制造工艺复杂，成本高，产品的可靠性不易保证。利用弹簧机构储能，因而可实现一次重合闸。2.选择：*(补充)选定操作机构，要结合变电所操作电源情况确定，有直流操作电源处，尽量采用电磁操作机构；小型变电所采用手动操作机构，但断路器断流容量要减弱很多；一般情况多推荐采用弹簧储能操作机构。(1)出线回路在六回以下，且变压器总容量不超过5000kvA时，可选用交流操作机构；(2)变压器总容量超过5000kvA，高压母线采用单母线分段时，宜选用直流操作，采用直流弹簧储能机构；(3)一类负荷或特别重要负荷容量较大，且系统容量在10000kw左右时，应选用直流操作，采用CD型直流操作机构。三、低压开关设备（一）低压刀开关、刀熔开关和负荷开关按其类型分，有单投(HD)和双投(HS)两类：按其级数分，有单极、双极和三极；按其灭弧结构分，有不带灭弧罩和带灭弧罩的两种。不带灭弧罩的刀开关不能带负荷操作，只当隔离开关用，带灭弧罩的刀开关则可带负荷操作。将刀开关的闸刀换为RT0型熔断器的熔管，就构成熔断器式刀开关(HR型)，简称刀熔开关。兼有刀开关和熔断器的双重功能。将刀开关和熔断器串联，装在金属盒内，就构成低压负荷开关(HH型)，亦称铁壳开关。例：HR3刀熔开关；HH封闭