《供配電技術(shù)》課件2.2 變配電所常用的高低壓電氣設(shè)備

省級職業(yè)教育專業(yè)教學(xué)資源庫成果教材新時(shí)代職業(yè)教育課證融通新形態(tài)一體化教材供配電技術(shù)主編

申九菊

喬志杰

趙曉東項(xiàng)目2

變配電所及高低壓配電裝置的選擇2.2

變配電所常用的高低壓電氣設(shè)備2.2.1變配電所常用的高壓電氣設(shè)備1.高壓隔離開關(guān)高壓隔離開關(guān)的主要作用：隔離高壓電源，保證其他設(shè)備和線路的安全檢修。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：斷開后有明顯的斷開間隙，而且斷開間隙的絕緣及相間絕緣都是可靠的，能充分保障人身和設(shè)備安全。高壓隔離開關(guān)按安裝場所分為戶內(nèi)式和戶外式兩類。如左圖所示為GN8-10型戶內(nèi)式高壓隔離開關(guān)；如右圖所示為GW2-35型戶外式高壓隔離開關(guān)。2.2.1變配電所常用的高壓電氣設(shè)備通常采用CS6型手動機(jī)構(gòu)操作戶內(nèi)式高壓隔離開關(guān)。如圖所示為CS6型手動機(jī)構(gòu)與GN8-10型高壓隔離開關(guān)相互配合的一種安裝方式。絕緣操作棒（也稱“令克棒”）操作10kV及以下的戶外式高壓隔離開關(guān)。2.2.1變配電所常用的高壓電氣設(shè)備高壓隔離開關(guān)全型號的表示和含義如圖所示。帶有接地開關(guān)的隔離開關(guān)稱為接地隔離開關(guān)，可將電氣設(shè)備進(jìn)行短接、連鎖和隔離，一般是用隔離開關(guān)將退出運(yùn)行的電氣設(shè)備和成套設(shè)備部分接地和短接。而接地開關(guān)是用于將回路接地的一種機(jī)械式開關(guān)裝置。在異常狀態(tài)下，能夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)承載一定的異常電流；在正?；芈窏l件下，不要求承載電流。大多與隔離開關(guān)構(gòu)成一個(gè)整體，并且在接地開關(guān)和隔離開關(guān)之間有相互連鎖裝置。在操作隔離開關(guān)時(shí)應(yīng)注意操作順序，停電時(shí)先拉下線路側(cè)隔離開關(guān)，送電時(shí)先合上母線側(cè)隔離開關(guān)。在操作隔離開關(guān)之前，注意檢查斷路器確實(shí)在斷開位置后，才能操作隔離開關(guān)。2.2.1變配電所常用的高壓電氣設(shè)備2.高壓負(fù)荷開關(guān)高壓負(fù)荷開關(guān)（文字符號為QL）具有簡單的滅弧裝置，因此能通斷一定的負(fù)荷電流和過負(fù)荷電流，但不能斷開短路電流。它必須與高壓熔斷器串聯(lián)使用，利用熔斷器來實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)，切斷短路故障。當(dāng)高壓負(fù)荷開關(guān)斷開后，與高壓隔離開關(guān)一樣，有明顯可見的斷開間隙，因此它也具有隔離電源、保證線路安全檢修的作用。根據(jù)高壓負(fù)荷開關(guān)滅弧裝置所采用的不同滅弧介質(zhì)，可分為固體產(chǎn)氣式、壓氣式、油管式、真空式和SF6式等。按安裝場所分類，也有戶內(nèi)式和戶外式兩種。高壓負(fù)荷開關(guān)全型號的表示和含義如圖所示。2.2.1變配電所常用的高壓電氣設(shè)備如圖所示為FN3-10RT型高壓負(fù)荷開關(guān)。負(fù)荷開關(guān)上端的絕緣子是一個(gè)簡單的滅弧室，它不僅起到支柱絕緣子的作用，而且其內(nèi)部是一個(gè)氣缸，裝有操動機(jī)構(gòu)主軸傳動的活塞，絕緣子上部裝有絕緣噴嘴和弧靜觸頭。當(dāng)負(fù)荷開關(guān)分閘時(shí)，閘刀一端的弧動觸頭與弧靜觸頭之間產(chǎn)生電弧，同時(shí)分閘時(shí)主軸轉(zhuǎn)動帶動活塞，壓縮氣缸內(nèi)的空氣，從絕緣噴嘴向外吹弧，使電弧迅速熄滅。FN3-10RT型高壓負(fù)荷開關(guān)的外形與戶內(nèi)式高壓隔離開關(guān)相似，也具有明顯的斷開間隙，故同時(shí)具有隔離開關(guān)的作用。2.2.1變配電所常用的高壓電氣設(shè)備如圖所示為西門子公司12kV高壓真空負(fù)荷開關(guān)的剖面圖。它主要利用真空滅弧原理來工作，因此能可靠地完成通斷工作。工作特點(diǎn)是可頻繁操作，配用手動操作機(jī)構(gòu)或電動操作機(jī)構(gòu)，滅弧性能好，使用壽命長。但必須和熔斷器配合使用，才能斷開短路電流，而且斷開后不形成隔離間隙，不能作隔離開關(guān)用，一般用于220kV及以下的電網(wǎng)中。2.2.1變配電所常用的高壓電氣設(shè)備3.高壓斷路器高壓斷路器（文字符號為QF）又稱高壓開關(guān)，是高壓供配電系統(tǒng)中最重要的電氣設(shè)備之一。（1）高壓斷路器的功能。在電路正常情況下用于接通或切斷負(fù)荷電流；在電路發(fā)生故障時(shí)，用于切斷短路電流或自動重合閘。斷路器的滅弧裝置具有很強(qiáng)的滅弧能力，現(xiàn)在常用的高壓斷路器有高壓少油斷路器、高壓真空斷路器、高壓SF6斷路器及高壓空氣開關(guān)等。（2）高壓斷路器的類型。高壓斷路器根據(jù)采用的不同滅弧介質(zhì)，分為少油斷路器、空氣斷路器、SF6斷路器和真空斷路器等。高壓斷路器全型號的表示和含義如圖所示。2.2.1變配電所常用的高壓電氣設(shè)備①少油斷路器。少油斷路器中的油僅作滅弧介質(zhì)使用，不作為主要絕緣介質(zhì)，而載流部分是依靠空氣、陶瓷材料或有機(jī)絕緣材料來絕緣的，因此油量很少。如上圖所示為SN10-10型高壓少油斷路器的外形結(jié)構(gòu)圖。該型少油斷路器由框架、油箱及傳動部分組成?？蚣苌涎b有分閘限位器、合閘緩沖、分閘彈簧及6只支持絕緣子。傳動部分有斷路器主軸、絕緣拉桿等。油箱固定在支持絕緣子上。斷路器的滅弧室為縱橫吹和機(jī)械油吹聯(lián)合作用滅弧，在短時(shí)間內(nèi)可有效地滅大、中、小電流。如下圖所示為SN10-10型高壓少油斷路器的一相剖面圖。2.2.1變配電所常用的高壓電氣設(shè)備如圖所示為SN10-10型高壓少油斷路器的滅弧室。它采用了橫吹、縱吹及機(jī)械油吹3種作用。這種滅弧室的特點(diǎn)是：采用逆流原理，使動力觸頭端部的電弧弧根不斷與新鮮油相接觸，可以有效地冷卻電弧，增加熄弧能力；當(dāng)開斷大電流時(shí)，在電弧高溫作用下，油被分解為氣體，產(chǎn)生高氣壓，當(dāng)導(dǎo)電桿向下移動時(shí)，依次打開第一、第二、第三橫吹弧道，油氣混合物強(qiáng)烈吹動電弧，從而使電弧熄滅；當(dāng)開斷小電流時(shí)，電弧能量小，但由于動觸頭向下運(yùn)動，使下面的一部分油通過滅弧室的附加油道而橫向進(jìn)入滅弧室。這樣除兩個(gè)縱吹油囊的作用以外，又增加了機(jī)械油吹作用，因此能很快熄滅小電流電弧。2.2.1變配電所常用的高壓電氣設(shè)備②真空斷路器。真空斷路器是把觸頭安置在一個(gè)真空容器中，依靠真空作為滅弧和絕緣介質(zhì)。當(dāng)真空容器內(nèi)的真空度達(dá)到10-5mmHg時(shí)，具有較高的絕緣強(qiáng)度（E=10～45kV/mm）。真空斷路器的外形結(jié)構(gòu)圖如圖所示。2.2.1變配電所常用的高壓電氣設(shè)備真空斷路器的類型可從不同角度來劃分，一般情況下主要有以下兩個(gè)方面。a.按安裝場所可分為戶內(nèi)式和戶外式，如右圖所示為ZN39-40.5C型高壓真空斷路器的外形結(jié)構(gòu)圖，如左圖所示為ZW7-40.5/T2000-31.5型高壓真空斷路器的外形結(jié)構(gòu)圖。2.2.1變配電所常用的高壓電氣設(shè)備b.按斷路器主體與操動機(jī)構(gòu)的位置可分為整體式和分體式。整體式真空斷路器的操動機(jī)構(gòu)與開關(guān)安裝在同一骨架上，這種安裝方式的特點(diǎn)是體積小、重量輕、安裝調(diào)整方便、機(jī)械性能穩(wěn)定。分體式真空斷路器的操動機(jī)構(gòu)與開關(guān)分別安裝在開關(guān)柜的不同位置上，斷路器的各項(xiàng)機(jī)械特性參數(shù)必須安裝在開關(guān)柜上調(diào)整試驗(yàn)才有實(shí)際意義，這種安裝方式主要受我國少油斷路器安裝方式的影響，比較適合于少油開關(guān)柜的無油化改造，優(yōu)點(diǎn)是巡視和檢修方便，缺點(diǎn)是安裝調(diào)整較麻煩，機(jī)械性能的穩(wěn)定性和可靠性較差。③高壓六氟化硫（SF6）斷路器。六氟化硫（SF6）斷路器主要利用SF6氣體作為滅弧和絕緣介質(zhì)。SF6氣體是一種無色、無臭、不燃燒的惰性氣體，具有優(yōu)異的絕緣及滅弧能力。在150℃以下時(shí)，其化學(xué)性能相當(dāng)穩(wěn)定。它的絕緣能力約高出普通空氣的2.5～3倍，滅弧能力則高出近100倍。這種斷路器的外形尺寸小，占地面積少，開斷能力很強(qiáng)，此外，電弧在SF6氣體中燃燒時(shí)，電弧電壓特別低，燃弧時(shí)間也短，因此SF6斷路器觸頭燒損很輕微，適用于頻繁操作，檢修周期長的開關(guān)柜。2.2.1變配電所常用的高壓電氣設(shè)備如圖所示為LN2-10型高壓SF6斷路器的外形結(jié)構(gòu)圖。SF6斷路器的缺點(diǎn)是電氣性能受電場均勻程度及水分等雜質(zhì)的影響特別大，故對SF6斷路器的密封結(jié)構(gòu)、元件結(jié)構(gòu)及SF6氣體的質(zhì)量要求相當(dāng)嚴(yán)格。SF6斷路器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是開關(guān)觸頭在SF6氣體中閉合和斷開；SF6氣體具有滅弧和絕緣功能；滅弧能力強(qiáng)，屬于高速斷路器；結(jié)構(gòu)簡單，無燃燒、爆炸危險(xiǎn)；SF6氣體無毒，但在電弧的高溫作用下，會產(chǎn)生氟化氫等有強(qiáng)烈腐蝕性的劇毒物質(zhì)，檢修時(shí)應(yīng)注意防毒。SF6斷路器的操動機(jī)構(gòu)主要采用彈簧操動機(jī)構(gòu)和液壓操動機(jī)構(gòu)。2.2.1變配電所常用的高壓電氣設(shè)備4.高壓熔斷器高壓熔斷器（文字符號為FU）是一種應(yīng)用非常廣泛的過電流保護(hù)裝置。主要功能是對電路及電路設(shè)備進(jìn)行短路保護(hù)，但有的也具有過負(fù)荷保護(hù)功能。在供配電系統(tǒng)中，戶內(nèi)廣泛采用RN1型和RN2型高壓管式熔斷器，戶外廣泛采用RW4型和RW10(F)型高壓跌開式熔斷器。高壓熔斷器全型號的表示和含義如圖所示。2.2.1變配電所常用的高壓電氣設(shè)備（1）RN1型和RN2型戶內(nèi)高壓熔斷器。RN1型和RN2型的結(jié)構(gòu)基本相同，都是瓷質(zhì)熔管內(nèi)充石英砂填料的密閉管式熔斷器。RN1型主要用作高壓線路和設(shè)備的短路保護(hù)，并能起過負(fù)荷保護(hù)的作用，其熔體在正常情況下要通過主電路的負(fù)荷電流，因此結(jié)構(gòu)尺寸較大。RN2型只用作電壓互感器一次側(cè)的短路保護(hù)，其熔體額定電流一般為0.5A，結(jié)構(gòu)尺寸較小，瓷熔管較細(xì)。如左圖所示為RN1型和RN2型高壓熔斷器的外形結(jié)構(gòu)圖，如右圖所示為RN1型和RN2型高壓熔斷器瓷熔管的剖面示意圖。2.2.1變配電所常用的高壓電氣設(shè)備（2）RW4型和RW10（F）型戶外高壓跌開式熔斷器。跌開式熔斷器（文字符號一般型用FD，負(fù)荷型用FDL），又稱跌落式熔斷器，廣泛用于室外場所，其功能是既可用于6～10kV線路和設(shè)備的短路保護(hù)，也可在一定條件下，直接用高壓絕緣操作棒來操作熔管的分合。一般型跌開式熔斷器如RW4-10（G）型，只能在無負(fù)荷下操作，或通斷小容量的空載變壓器和空載線路等，其操作要求與高壓隔離開關(guān)相同。而負(fù)荷型跌開式熔斷器如RW10-10（F）型，能帶負(fù)荷操作，其操作要求與高壓負(fù)荷開關(guān)相同。如圖所示為RW4-10（G）型跌開式熔斷器。2.2.1變配電所常用的高壓電氣設(shè)備RW10-10（F）型跌開式熔斷器是在一般型跌開式熔斷器的上靜觸頭加裝了簡單的滅弧裝置和弧觸頭，如圖所示，因此它能帶負(fù)荷操作。跌開式熔斷器主要依靠電弧燃燒使熔管內(nèi)消弧管內(nèi)壁分解產(chǎn)生氣體吹弧來滅弧，負(fù)荷型跌開式熔斷器加裝有簡單的滅弧裝置，其滅弧能力都不強(qiáng)，滅弧速度不快，不能在短路電流達(dá)到?jīng)_擊值即半個(gè)周期（0.01s）內(nèi)熄滅電弧，因此這種跌開式熔斷器屬于“非限流式”熔斷器。2.2.2變配電所常用的低壓電氣設(shè)備1.低壓刀開關(guān)低壓刀開關(guān)（文字符號為QK）是最普通的一種低壓開關(guān)電器，適用于交流頻率為50Hz、額定交流電壓為380V、直流電壓為440V、額定電流為1500A及以下的供配電系統(tǒng)，做不頻繁手動接通和分?jǐn)嚯娐坊蛴脕砀綦x電源以保證安全檢修。為了能在短路或過電流時(shí)自動切斷電路，低壓刀開關(guān)必須與熔斷器串聯(lián)使用。低壓刀開關(guān)的種類很多，按滅弧結(jié)構(gòu)分，有不帶滅弧罩和帶滅弧罩兩種；按極數(shù)分，有單極、雙極和三極3種；按操作方式分，有直接手柄操作和連桿操作兩種；按用途分，有單投和雙投兩種。如圖所示為HD13型低壓刀開關(guān)的外形結(jié)構(gòu)圖，其額定電流最大為1500A。低壓刀開關(guān)全型號的表示和含義2.2.2變配電所常用的低壓電氣設(shè)備2.低壓刀熔開關(guān)低壓刀熔開關(guān)（文字符號為QKF或FU-QK），又稱熔斷器式刀開關(guān)，由低壓刀開關(guān)和低壓熔斷器組合而成，具有低壓刀開關(guān)和低壓熔斷器的雙重功能。常見的低壓刀熔開關(guān)是HR3型刀開關(guān)，它將HD型刀開關(guān)的閘刀換成RT0型熔斷器的具有刀形觸頭的熔管。采用這種組合型的低壓開關(guān)電器，既簡化了配電裝置結(jié)構(gòu)，又經(jīng)濟(jì)實(shí)用，廣泛用于低壓配電屏上。HR3型低壓刀熔開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。低壓刀熔開關(guān)全型號的表示和含義2.2.2變配電所常用的低壓電氣設(shè)備3.低壓負(fù)荷開關(guān)低壓負(fù)荷開關(guān)（文字符號為QL）由低壓刀開關(guān)與低壓熔斷器組合而成，外裝封閉式鐵殼或開啟式膠蓋。裝鐵殼的稱為鐵殼開關(guān)；裝膠蓋的稱為膠殼開關(guān)。低壓負(fù)荷開關(guān)具有帶滅弧罩的低壓刀開關(guān)和低壓熔斷器的雙重功能，既可帶負(fù)荷操作，也可作為短路保護(hù)，但是當(dāng)熔斷器的熔體熔斷后，須更換熔體后方可恢復(fù)供電。低壓負(fù)荷開關(guān)全型號的表示和含義如圖所示。2.2.2變配電所常用的低壓電氣設(shè)備4.低壓斷路器低壓斷路器的原理結(jié)構(gòu)和接線方式低壓斷路器（文字符號為QF），又稱低壓自動開關(guān)。既能帶負(fù)荷通斷電路，又能在短路、過負(fù)荷和欠電壓情況下自動跳閘，切斷電路。低壓斷路器的原理結(jié)構(gòu)和接線方式如上圖所示。如下圖所示為低壓斷路器的3種保護(hù)動作特性曲線。非選擇型斷路器一般為瞬時(shí)動作，只用作短路保護(hù)；有的為長延時(shí)動作，只用作過負(fù)荷保護(hù)。選擇型斷路器具有兩段保護(hù)和三段保護(hù)。兩段保護(hù)為瞬時(shí)（或短延時(shí)）和長延時(shí)特性，三段保護(hù)為瞬時(shí)、短延時(shí)和長延時(shí)特性。2.2.2變配電所常用的低壓電氣設(shè)備5.低壓熔斷器低壓熔斷器（文字符號為FU）主要用于低壓配電系統(tǒng)的短路保護(hù)和過負(fù)荷保護(hù)。它的主要缺點(diǎn)是熔體熔斷后必須更換，否則會引起短時(shí)停電，保護(hù)動作特性和可靠性較差，在一般情況下，必須與其他低壓電器配合使用。低壓熔斷器的類型很多，按結(jié)構(gòu)形式分為RM型無填料密閉管式熔斷器、RT型有填料密閉管式熔斷器、RC型瓷插式熔斷器、RL型螺旋式熔斷器和NT型高分?jǐn)嗄芰θ蹟嗥鞯?。低壓熔斷器全型號的表示和含義如上圖所示。RC1型瓷插式熔斷器RL型螺旋式熔斷器2.2.3電壓互感器和電流互感器1.電壓互感器電壓互感器(文字符號為TV)的種類很多，按相數(shù)分類，有單相電壓互感器和三相電壓互感器；按絕緣方式和冷卻方式分類，有油浸式電壓互感器和干式電壓互感器；按用途分類，有測量用電壓互感器和保護(hù)用電壓互感器；按結(jié)構(gòu)原理分類，有電磁感應(yīng)式電壓互感器和電容分壓式電壓互感器等。JDZJ-10型電壓互感器的外形結(jié)構(gòu)圖如上圖所示。電壓互感器的基本結(jié)構(gòu)和原理接線圖如下圖所示。2.2.3電壓互感器和電流互感器電壓互感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下。①一次繞組匝數(shù)較多，二次繞組匝數(shù)較少，相當(dāng)于降壓變壓器。②工作時(shí)一次繞組并聯(lián)在一次電路中，二次繞組并聯(lián)接入儀表、繼電器的電壓線圈回路，二次繞組負(fù)載阻抗很大，接近開路狀態(tài)。③一次繞組導(dǎo)線較細(xì)，二次繞組導(dǎo)線較粗，二次側(cè)額定電壓為100V，接成開口三角形的二次繞組，當(dāng)一次電壓正常時(shí)，由于3個(gè)相電壓對稱，開口三角形兩端的電壓接近于零。當(dāng)某一相接地時(shí)，開口三角形兩端會出現(xiàn)近100V的零序電壓。電壓互感器的一次電壓U1與其二次電壓U2之間存在下列關(guān)系2.2.3電壓互感器和電流互感器（2）電壓互感器的接線方式。電壓互感器全型號的表示和含義2.2.3電壓互感器和電流互感器2.電流互感器（1）電流互感器的功能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。電流互感器（文字符號為TA）用來使測量儀表、繼電器等二次設(shè)備與主電路絕緣，既可防止主電路的高電壓直接引入測量儀表、繼電器等二次設(shè)備，也可防止測量二次設(shè)備發(fā)生故障，提高整個(gè)電路運(yùn)行的安全性和可靠性，有利于保障人身安全。電流互感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：一次繞組的匝數(shù)很少，