第五章工廠變配電所及其一次系統(tǒng)

第五章工廠變配電所及其一次系統(tǒng)5.1工廠變配電所的作用和類型5.2電氣設(shè)備中的電弧問題及對(duì)觸頭的要求5.3高壓一次設(shè)備5.4低壓一次設(shè)備5.5電壓互感器和電流互感器5.6工廠變配電所的一次主接線5.7工廠變配電所的布置與結(jié)構(gòu)5.8工廠變配電所的運(yùn)行管理5.1變配電所的作用和類型二、變、配電所的分類：車間變電所按變壓器的安裝位置可分為：1、獨(dú)立變電所：2、附設(shè)變電所：3、車間內(nèi)變電所：4、地下或梁架上變電所：5、戶外變電所：一、變、配電所的作用

變配電站是電力系統(tǒng)變換電壓、接受和分配電能、控制電力的流向和調(diào)整電壓的設(shè)施。二、電弧的產(chǎn)生與熄滅

1、開關(guān)斷開時(shí)電弧的產(chǎn)生由于存在著大量導(dǎo)電的自由電子和正離子，在電路電壓的作用下，失去絕緣性能而導(dǎo)電，被稱為“擊穿”，形成電弧。

5.2電氣設(shè)備中的電弧問題及對(duì)觸頭的要求一、電弧的危害

燒損觸頭、引起火災(zāi)和爆炸事故、損傷人的視力

2、電弧的產(chǎn)生過程

（1）熱電發(fā)射：開關(guān)觸頭分?jǐn)嚯娏鳌|頭面積變小——觸頭發(fā)熱——表面電子形成自由電子。（2）強(qiáng)電場發(fā)射：開關(guān)觸頭分?jǐn)唷妶黾哟蟆砻嫘纬勺杂呻娮印＃?）碰撞游離：自由電子移動(dòng)——碰撞中性質(zhì)點(diǎn)——形成新的自由電子——形成電?。?）熱游離：溫度高——自由電子增加——產(chǎn)生熱游離。

3.電弧的熄滅中性氣體分子的游離，是產(chǎn)生電弧和維持電弧的必要條件。電弧的去游離方式有復(fù)合和擴(kuò)散兩種。復(fù)合是使兩個(gè)帶異號(hào)電荷的質(zhì)點(diǎn)相聚在一起，使異號(hào)電荷中和。

4、熄滅電弧的措施在高、低壓開關(guān)中廣泛采用的滅弧措施為：

(1)加快觸頭的分離速度迅速拉長電弧

(2)將長電弧分成幾個(gè)短電弧

(3)利用氣體縱向或橫向吹動(dòng)電弧

吹弧的基本方式有橫吹和縱吹兩種。(4)使電弧在周圍介質(zhì)中移動(dòng)

(5)利用固體介質(zhì)的狹縫或狹溝滅弧

三、對(duì)電弧觸頭的要求

1、滿足正常負(fù)荷的發(fā)熱要求。2、具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。能經(jīng)受規(guī)定的通斷次數(shù)，不發(fā)生機(jī)械故障。3、具有足夠的動(dòng)穩(wěn)定度、熱穩(wěn)定度。4、具有足夠的斷流能力。觸頭不燒損，不發(fā)生熔焊現(xiàn)象。

滅弧性能是高壓斷路器基本的性能，是評(píng)價(jià)高壓斷路器的重要指標(biāo)。5.3高壓一次設(shè)備

高壓斷路器又叫高壓開關(guān)，是工廠變配電系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備之一。

根據(jù)滅弧介質(zhì)不同，高壓斷路器可分為油斷路器、高壓斷路器、真空斷路器、六氟化硫斷路器等。一、高壓斷路器1、高壓斷路器的定義2、高壓斷路器的特性參數(shù)（1）額定電壓指斷路器正常工作時(shí)允許施加的電壓級(jí)別

（2）最高工作電壓由于輸電線路存在電壓損失，線路首端的初始電壓高于額定電壓，這樣斷路器就有可能在高于額定電壓的情況下長期工作。因此，在設(shè)計(jì)制造中就給斷路器規(guī)定了一個(gè)最高工作電壓。按國家規(guī)定，額定電壓在220kV及以下的電氣設(shè)備，最高工作電壓為額定電壓的1.15倍；330kV及以上的電氣設(shè)備為1.1倍

（3）額定電流指斷路器可以長期通過的最大工作電流。斷路器長期通過額定電流時(shí)，其各部分的發(fā)熱溫度不超過允許值.（4）額定斷路電流指斷路器在額定電壓下能可靠切斷的最大電流。它表明斷路器的滅弧能力。

（5）額定斷流容量

是表征斷路器滅弧能力的參數(shù)，它是以額定斷路電流為基礎(chǔ)推算出在額定電壓時(shí)的斷流容量。.（6）穩(wěn)定電流

指斷路器在沖擊短路電流的作用下承受電動(dòng)力的能力。是生產(chǎn)廠家在設(shè)計(jì)制造時(shí)確定的。一般以額定電流幅值的倍數(shù)表示。

（7）熱穩(wěn)定電流

指斷路器承受短路電流熱效應(yīng)的能力。是指制造廠給定的在某規(guī)定時(shí)間內(nèi)，斷路器各部件的發(fā)熱溫度不超過短時(shí)最高允許溫度所允許的最大短路電流。（8）合閘時(shí)間

對(duì)有操動(dòng)機(jī)構(gòu)的斷路器，自合匝線圈加電壓（即發(fā)出合閘信號(hào)）起，到斷路器接通時(shí)為止所需要的時(shí)間。

（9）分閘時(shí)間

指自分閘線圈加上電壓（即發(fā)出分閘信號(hào)）起，到斷路器觸頭斷開至三相電弧完全熄滅時(shí)為止所需要的全部時(shí)間。分閘時(shí)間包括斷路器的有分閘時(shí)間（從跳閘線圈通電到滅弧觸頭剛分離）和電弧熄滅時(shí)間。一般分閘時(shí)間為0.06-0.12s。分閘時(shí)間小于0.06s的斷路器稱為快速斷路器。

3、戶內(nèi)少油式斷路器少油式斷路器是當(dāng)前最常用的一種斷路器。其特點(diǎn)是絕緣油只作觸頭間的絕緣和滅弧介質(zhì)，導(dǎo)電部分之間及其對(duì)地絕緣，利用空氣和固體絕緣材料來實(shí)現(xiàn)，因而用油量少，具有體積小，結(jié)構(gòu)簡單堅(jiān)固，使用安全和簡化配電裝置等特點(diǎn)。我國生產(chǎn)的少油式斷路器有戶內(nèi)少油式（SN系列）和戶外少油式（SW系列）兩類。戶內(nèi)少油式斷路器已有10余種型號(hào)。當(dāng)前工廠變配電系統(tǒng)中應(yīng)用最廣的主要是SN10-10型戶內(nèi)少油式斷路器。型號(hào)的意義是：S（少油）、N（戶內(nèi)式）、10（設(shè)計(jì)序號(hào)為10）-10、（額定電壓為10kV）。

4、六氟化硫斷路器六氟化硫斷路器是利用SF6氣體作絕緣和滅弧介質(zhì)的高壓斷路器。由于它具有較好的電氣性能，運(yùn)行可靠、穩(wěn)定，易于向高壓大容量發(fā)展，可達(dá)到較先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，近20年已在國外電網(wǎng)中廣泛應(yīng)用。近年來我國以生產(chǎn)10kV以上各種電壓的SF6斷路器，并逐步推廣應(yīng)用。

5、真空斷路器真空斷路器是以氣體分子極少，不易游離而且絕緣強(qiáng)度很高的真空空間作為滅弧介質(zhì)的新型開關(guān)電器。我國已成批生產(chǎn)戶內(nèi)ZN型3-10kV系列的真空斷路器。

6、斷路器的操動(dòng)機(jī)構(gòu)

操動(dòng)系統(tǒng)主要由合閘動(dòng)力的操動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳遞動(dòng)力的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)兩部分組成。

二、隔離開關(guān)1、隔離開關(guān)的作用

（1）隔離電源將需要檢修的電氣設(shè)備用隔離開關(guān)與電網(wǎng)的帶電部分可靠的隔離，使被檢修的電氣設(shè)備與電源有明顯的斷開點(diǎn)，以保證檢修工作的安全。

隔離開關(guān)是高壓開關(guān)的一種,沒有滅弧裝置,通常與斷路器配合使用。（2）改變運(yùn)行方式進(jìn)行倒閘操作如在雙母線運(yùn)行的電路中，可以利用隔離開關(guān)將設(shè)備或線路從一組母線切換到另一組母線上去。

（3）接通和切斷小電流電路

利用隔離開關(guān)可以進(jìn)行以下的操作：1)投入或切斷電壓互感器和避雷器。2)電壓為10kV、長5km以內(nèi)，電壓35kV、長10km以內(nèi)的空載輸電線路的投入或切斷。3)10kV3150kW及以下和35kV1000kW及以下的空載變壓器的投入或切除。4)切斷無恢復(fù)電壓的環(huán)流，即利用隔離開關(guān)“解環(huán)”。

2、戶內(nèi)式隔離開關(guān)當(dāng)前我國生產(chǎn)的戶內(nèi)式隔離開關(guān)都是閘刀式，分為單極和三極兩種，GN1、GND型為單極隔離開關(guān)，GN2，GN6、GN8等型號(hào)則為三極隔離開關(guān)。工廠變配電系統(tǒng)中常用GN2、GN6等型號(hào)的三極隔離開關(guān)。

GN2-10/400型隔離開關(guān)的型號(hào)的意義是G(隔離開關(guān))N(戶內(nèi)式)2(設(shè)計(jì)序號(hào)戶一10(額定電壓kV)，400(額定電流A)。

3、戶外式隔離開關(guān)

由于戶外式隔離開關(guān)在比較惡劣的條件下工作，絕緣要求較高，以保證在各種氣候條件下能可靠工作。同時(shí)戶外隔離開關(guān)可能在觸頭結(jié)冰的情況下進(jìn)行操作，這不僅要求隔離開關(guān)在動(dòng)作過程中有破冰的能力，而且還要有較高的機(jī)械強(qiáng)度。國產(chǎn)新結(jié)構(gòu)的GW5系列的隔離開關(guān)應(yīng)用較廣。

低壓開關(guān)是1000伏以下的電路控制設(shè)備。在工廠供用電系統(tǒng)中用于開、合低壓交、直流電路，是工廠中用量最多的一種電氣設(shè)備。常用的低壓開關(guān)有：閘刀開關(guān)、交、直流接觸器、磁力起動(dòng)器和低壓斷路器。

5.4低壓一次設(shè)備一、低壓開關(guān)

二、閘刀開關(guān)與低壓負(fù)荷開關(guān)

閘刀開關(guān)是低壓手動(dòng)操作電器中最簡單的一種，常用于不經(jīng)常操作的電路中。為了能在短路過載時(shí)自動(dòng)切斷電路，應(yīng)將閘刀開關(guān)與熔斷器串聯(lián)配合使用。有時(shí)將閘刀開關(guān)和熔斷器組成一個(gè)元件，稱為低壓負(fù)荷開關(guān)。閘刀開關(guān)和低壓負(fù)荷開關(guān)的種類很多，有膠蓋閘刀開關(guān)、石板閘刀開關(guān)、刀閘開關(guān)、鐵殼開關(guān)等多種系列，其結(jié)構(gòu)外形如圖5—23所示。還可按極數(shù)分為單極、雙極和三極。常用的低壓開關(guān)種類

二、交流接觸器三、熱繼電器和磁力起動(dòng)器四、低壓斷路器五、熔斷器

熔斷器是一種最簡單的保護(hù)電器。熔斷器的額定電流是指熔斷器的載流部分和接觸部分所允許通過的最大工作電流。每一個(gè)熔斷器，都可以配用不大于自身額定電流的各種額定電流的熔件。當(dāng)熔件通過的電流等于額定電流時(shí)，熔件長期不熔斷；通過1.3倍額定電流時(shí),熔斷時(shí)間約1小時(shí)左右；通過的電流越大，熔斷時(shí)間越短，呈反時(shí)限特性。熔斷器熔斷時(shí)間與通過電流的關(guān)系曲線，稱為熔斷器的保護(hù)特性曲線，由制造廠給出。

1、高壓熔斷器在工廠變配電系統(tǒng)中，對(duì)容量較小且不太重要的負(fù)荷，可以使用高壓熔斷器作為配電線路及變壓器、電壓互感器的過載和短路保護(hù)，即經(jīng)濟(jì)又可滿足一定程度的可靠性。高壓熔斷器不僅要滿足額定電壓、電流的要求，而且短路電流不能超過熔斷器的最大開斷電流。主要類型有：

RN型戶內(nèi)高壓管型熔斷器、RW型戶外高壓跌落式熔斷器。2、低壓熔斷器工廠供電系統(tǒng)中常用的低壓熔斷器有RM密閉管式、RT有填料管式、RL螺旋式和RC瓷插式等幾個(gè)系統(tǒng)，近年來又引進(jìn)和研制了NT型高分?jǐn)嗄芰θ蹟嗥?、NGT型保護(hù)半導(dǎo)體器件熔斷器等新產(chǎn)品。一、電流互感器電流互感器是一種特殊的變壓器，將高壓電路內(nèi)的大電流，按比例變?yōu)檫m合通過儀表或繼電器的，額定電流為5A或1A的低壓小電流。

5.5電壓互感器和電流互感器1、電流互感器的作用有：（1）

使測量儀表、繼電器等二次設(shè)備與高電壓隔離，以保證人身和設(shè)備安全。（2）

使測量儀表和繼電器標(biāo)準(zhǔn)化和小型化，并可采用小截面的控制電纜和導(dǎo)線連線，使配電盤內(nèi)布置簡單，安裝方便。（3）

可以避免電路中的短路電流直接通過測量儀表和繼電器，使其不受大電流沖擊的損傷。（4）可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離測量。

2、電流互感器的工作原理與技術(shù)特性電流互感器的原繞組導(dǎo)線截面大、匝數(shù)N1少，串接在被測電路中。副繞組的導(dǎo)線截面小、匝數(shù)N2多，串接測量儀表和繼電器的電流線圈。為了預(yù)防原、副繞組間的絕緣萬一被擊穿時(shí)高電壓進(jìn)入低壓惻，凡用于高壓電路的電流互感器，二次線圈必須可靠的接地。3、電流互感器的誤差及準(zhǔn)確度等級(jí)電流互感器的誤差是指一次電流的測量植（二次電流乘以變流比）與一次電流的實(shí)際值之差。（1）電流誤差（又稱變比誤差）（2）角誤差（3）準(zhǔn)確度等級(jí)4、電流互感器的接線方式

電流互感器副繞組與測量儀表、繼電器等的連線，最常用的有以下三種方式:

（1）一只電流互感器一只電流表的單相接線，用于三相對(duì)稱的電路。（2）星形接線。可測量三相負(fù)荷電流，監(jiān)視各相負(fù)荷的不對(duì)稱情況。除了用于重要的高壓線路外，還廣泛用于220/380V三相四線制的線路中.（3）不完全星形接線，或稱兩相式接線。流過公共線的電流等于A、C兩相電流的向量和，廣泛用于三相負(fù)荷平衡或不平衡電路中.

5、電流互感器的接線

電流互感器接線時(shí)，必須注意標(biāo)注在電流互感器端子上的符號(hào)和極性。通常用字母L1與L2表示原繞組端子，副繞組端子用K1和K2表示。原邊電流從L1流向L2時(shí)，副邊電流從K1流出經(jīng)測量儀表流回K2，則L1與K1，L2與K2分別為同極性端子。6、電流互感器的類型及其結(jié)構(gòu)

電流互感器的類型很多。按一次繞組的匝數(shù)分，有單匝（母線式、芯柱式、套管式）和多匝（線圈式、線環(huán)式、串極式），按一次電壓分，有高壓、低壓兩大類；按安裝地點(diǎn)分，有戶內(nèi)式和戶外式。

二、電壓互感器電壓互感器是將一次電路的高電壓降低到線電壓為100伏的低電壓，供給測量儀表和繼電器用電的專用電氣設(shè)備，其作用與電流互感器相同。

1、電壓互感器的工作原理與技術(shù)特性電壓互感器的結(jié)構(gòu)、原理、接線和工作特點(diǎn)都與電力變壓器相同，其主要區(qū)別在于電壓互感器的容量很小，通常只有幾十或幾百伏安，二次接的是儀表和繼電器的電壓線圈，基本上是恒定高阻抗，其工作狀態(tài)接近于電力變壓器的空載運(yùn)行。2、電壓互感器的誤差及準(zhǔn)確度等級(jí)（1）電壓誤差：是二次電壓的測量值U2乘以額定變比Ke與一次電壓的實(shí)際值U1之差，并以值一次實(shí)際電壓的百分?jǐn)?shù)表示。（2）電壓互感器的準(zhǔn)確度等級(jí)

3、電壓互感器的接線方式

電流互感器副繞組與測量儀表、繼電器等的連線，最常用的有以下三種方式:

（1）一只電流互感器一只電流表的單相接線，用于三相對(duì)稱的電路。（2）星形接線?？蓽y量三相負(fù)荷電流，監(jiān)視各相負(fù)荷的不對(duì)稱情況。除了用于重要的高壓線路外，還廣泛用于220/380V三相四線制的線路中.（3）不完全星形接線，或稱兩相式接線。流過公共線的電流等于A、C兩相電流的向量和，廣泛用于三相負(fù)荷平衡或不平衡電路中.

4、電壓互感器的類型及其結(jié)構(gòu)

電流互感器的類型很多。按一次繞組的匝數(shù)分，有單匝（母線式、芯柱式、套管式）和多匝（線圈式、線環(huán)式、串極式），按一次電壓分，有高壓、低壓兩大類；按安裝地點(diǎn)分，有戶內(nèi)式和戶外式。

1、一次接線圖：表示生產(chǎn)、輸送、分配和使用電能的電氣設(shè)備連接順序的接線圖。其中連接的電氣設(shè)備如發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器、隔離開關(guān)等叫一次設(shè)備。5.6工廠變電所的電氣主接線一、電氣接線圖

按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的圖形符號(hào)和文字符號(hào)表示電氣裝置中各元件相互聯(lián)系的一種工程圖,叫做電氣接線圖。電氣接線圖按作用可分為兩類：2、二次接線圖：表示測量、控制、監(jiān)視和保護(hù)一次設(shè)備安全運(yùn)行的電氣設(shè)備之間連接的接線圖叫二次接線圖。其中直接相聯(lián)的電氣設(shè)備如儀表、繼電器等叫二次設(shè)備二、對(duì)電氣主接線的基本要求

（1）可靠性：保證必要的供電可靠性和電能質(zhì)量。（2）靈活性：不僅能適應(yīng)各種運(yùn)行方式，而且便于檢修。（3）操作方便：主接線應(yīng)簡單清晰，布置對(duì)稱合理，運(yùn)行方便。（4）經(jīng)濟(jì)性：在滿足可靠性、靈活性和操作方便的前提下，應(yīng)力求使設(shè)備和投資最省。（5）有擴(kuò)建的可能性：主接線除能滿足當(dāng)前運(yùn)行和檢修的要求外，還應(yīng)考慮將來有發(fā)展的可能性。

2、車間變電所的主接線三種