《电力工程基础(第3版)》孙丽华-第5章.ppt
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1、第第5章章 供配电一次系统供配电一次系统电力工程基础电力工程基础制作制作 孙丽华孙丽华 第第5章章 供配电一次系统供配电一次系统n5.4 电力变压器电力变压器 n5.1 电气设备概述电气设备概述n5.3 高低压保护电器和限流电器高低压保护电器和限流电器n5.5 互感器互感器n5.6 高低压成套配电装置高低压成套配电装置n5.7 电气主接线电气主接线n5.8 电气设备的选择电气设备的选择n5.2 高低压开关电器高低压开关电器n5.9 变电所的总体布置变电所的总体布置河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院22022-7-15 5.1 电气设备概述电气设备概述n 一次系统(一次回路)一次系
2、统(一次回路) :n 二次系统(二次回路)二次系统(二次回路) : 担负电能的输送和分担负电能的输送和分配任务的系统。配任务的系统。 对一次系统进行监视、对一次系统进行监视、控制、测量和保护作用的系统。控制、测量和保护作用的系统。一次系统中的所有电气设备,称为一次设备。一次系统中的所有电气设备,称为一次设备。二次系统中的所有电气设备,称为二次设备。二次系统中的所有电气设备,称为二次设备。32022-7-15 一次设备按其功能可分为以下几类:一次设备按其功能可分为以下几类:变换设备:变换设备:如电力变压器、电流互感器、电压互如电力变压器、电流互感器、电压互感器等。感器等。开关设备:开关设备:如断
3、路器、隔离开关、负荷开关等。如断路器、隔离开关、负荷开关等。保护设备:保护设备:如熔断器、避雷器、电抗器等。如熔断器、避雷器、电抗器等。无功补偿设备:无功补偿设备:如电力电容器、静止补偿器等。如电力电容器、静止补偿器等。成套配电装置:成套配电装置:如高压开关柜、低压配电屏等。如高压开关柜、低压配电屏等。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院42022-7-15 一、开关电器的灭弧原理一、开关电器的灭弧原理1电弧的产生电弧的产生产生原因:触头本身及周围介质中含有大量可被产生原因:触头本身及周围介质中含有大量可被游离的电子。游离的电子。游离方式:游离方式:高电场发射、热电发射、碰撞游离、
4、高电场发射、热电发射、碰撞游离、热游离。热游离。2电弧的熄灭电弧的熄灭灭弧条件:去游离率大于游离率。灭弧条件:去游离率大于游离率。去游离方式:复合去游离方式:复合 、扩散。、扩散。5.2 高低压开关电器高低压开关电器河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院52022-7-15 如果暂态恢复电压高于弧隙介质强度,将发生弧隙如果暂态恢复电压高于弧隙介质强度,将发生弧隙击穿,电弧将会重燃;称为击穿,电弧将会重燃;称为电击穿电击穿,如果暂态恢复电压,如果暂态恢复电压低于弧隙介质强度,电弧就不会重燃,电路开断成功。低于弧隙介质强度,电弧就不会重燃,电路开断成功。 交流电弧在电流过零时,电弧暂时熄
5、灭,过零后弧隙交流电弧在电流过零时,电弧暂时熄灭,过零后弧隙中同时存在着两个对立的过程:中同时存在着两个对立的过程:弧隙介质强度的恢复过程:弧隙介质强度的恢复过程:弧隙的绝缘能力由熄弧后弧隙的绝缘能力由熄弧后的较低值逐渐向正常值恢复的过程,取决于灭弧介质和的较低值逐渐向正常值恢复的过程,取决于灭弧介质和灭弧装置的结构;灭弧装置的结构;弧隙电压的恢复过程:弧隙电压的恢复过程:弧隙电压从熄弧电压经电磁振弧隙电压从熄弧电压经电磁振荡逐渐恢复到电源电压的过程,取决于电路参数和负荷荡逐渐恢复到电源电压的过程,取决于电路参数和负荷性质。性质。3交流电弧的特性与熄灭交流电弧的特性与熄灭河北科技大学电气工程学
6、院河北科技大学电气工程学院62022-7-15 4开关电器中常用的灭弧方法开关电器中常用的灭弧方法速拉灭弧法;速拉灭弧法;冷却灭弧法;冷却灭弧法;吹弧灭弧法(图吹弧灭弧法(图5-1););长弧切短灭弧法(长弧切短灭弧法(图图5-2););粗弧分细灭弧法;粗弧分细灭弧法;图图5-1 吹弧方式吹弧方式a)横吹)横吹 b)纵吹)纵吹1电弧电弧 2触头触头河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院72022-7-15 图图5-2 长弧切短灭弧原理长弧切短灭弧原理图图5-3 狭缝灭弧原理狭缝灭弧原理狭缝灭弧法(图狭缝灭弧法(图5-3););采用多断口灭弧采用多断口灭弧;采用新型介质(采用新型介质(
7、SF6、真空)灭弧。、真空)灭弧。 河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院82022-7-15 二、高压断路器二、高压断路器1. 高压断路器的用途和基本结构高压断路器的用途和基本结构u 用途:不仅能通断正常负荷电流,而且能切断一用途:不仅能通断正常负荷电流,而且能切断一定的短路电流,并能在保护装置作用下自动跳闸,定的短路电流,并能在保护装置作用下自动跳闸,切除短路故障。切除短路故障。u结构:开断元件、支撑元件、传动元件、基座及结构:开断元件、支撑元件、传动元件、基座及操动机构操动机构 u结构特点:具有相当完善的灭弧结构。结构特点:具有相当完善的灭弧结构。河北科技大学电气工程学院河北科
8、技大学电气工程学院92022-7-15 2. 高压断路器的类型高压断路器的类型多油断路器:油既作为灭弧介质,又作绝缘介质多油断路器:油既作为灭弧介质,又作绝缘介质 少油断路器:油只作为灭弧介质少油断路器:油只作为灭弧介质 图图5-4 SN1010型高压少油断路器型高压少油断路器油断路器油断路器六氟化硫(六氟化硫(SF6)断路器)断路器 按灭弧室结构分:压气式、自按灭弧室结构分:压气式、自能灭弧式、混合灭弧式能灭弧式、混合灭弧式 按整体结构分:罐式、瓷柱式按整体结构分:罐式、瓷柱式 LW36126型瓷柱式型瓷柱式SF6断路器断路器其他型号的外形结构其他型号的外形结构河北科技大学电气工程学院河北科
9、技大学电气工程学院102022-7-15 v优点:优点:断流能力强、灭弧速度快、电断流能力强、灭弧速度快、电绝缘性能好、检修周期长、没有燃烧爆绝缘性能好、检修周期长、没有燃烧爆炸危险等。炸危险等。v缺点:缺点:要求加工精度高,密封性能好,要求加工精度高,密封性能好,价格较昂贵。价格较昂贵。图图5-5 LW36-126型型SF6断路器断路器真空断路器真空断路器 目前,国际上真空断路器的设计、制造单位主要是目前,国际上真空断路器的设计、制造单位主要是德国西门子公司和德国西门子公司和ABB公司两大派别。西门子公司的代公司两大派别。西门子公司的代表产品有表产品有3AF、3AG及及3AH等;等;ABB公
10、司的代表产品有公司的代表产品有VD4。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院112022-7-15 F在借鉴国外同类产品的基础上开发的产品,如在借鉴国外同类产品的基础上开发的产品,如ZN63-12和和ZN65-12分别效仿分别效仿ABB的的VD4和西门子的和西门子的3AH。F引进技术并国产化的产品,如引进技术并国产化的产品,如ZN12-12、 ZN18-12、 ZN21-12、 ZN67-12分别是引进西门子分别是引进西门子3AF、日本东芝公、日本东芝公司司VK、比利时、比利时EIB公司产品和日本三菱电机公司产品和日本三菱电机VPR型真空型真空断路器等。断路器等。F自行设计的产品,如
11、自行设计的产品,如ZN15-12、ZN28-12、ZN30-12等。等。 ZN28A-12型型户内式和户内式和ZW32-12型型户外式真空断路户外式真空断路器的外形结构器的外形结构其他型号的外形结构其他型号的外形结构 国内生产的真空断路器大致可分为三类:国内生产的真空断路器大致可分为三类:河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院122022-7-15 图图5-6 ZN28A-12型真空断路器型真空断路器 图图5-7 ZW32-12型户外高压真空断路型户外高压真空断路 v优点:优点:体积小、重量轻、动作快、寿命长、操作噪声小、体积小、重量轻、动作快、寿命长、操作噪声小、安全可靠、便于维护
12、。安全可靠、便于维护。v缺点:缺点:价格较贵。价格较贵。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院132022-7-15 2022-7-15河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院14 p高压断路器的型号与符号:高压断路器的型号与符号:QF 符号:符号:河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院152022-7-15 手动式(手动式(CS型):型):结构简单,便于维护,但操结构简单,便于维护,但操作力小,操作速度慢,不能远距离合闸,已基本作力小,操作速度慢,不能远距离合闸,已基本不用;不用;直流电磁式(直流电磁式(CD型):型):能手动和远距离跳合闸,能手动和远距离跳合闸,
13、直流操作电源,合闸所需能量大;直流操作电源,合闸所需能量大;弹簧储能式(弹簧储能式(CT型):型):能手动和远距离跳合闸,能手动和远距离跳合闸,结构复杂,制造成本高,交流操作电源,合闸所结构复杂,制造成本高,交流操作电源,合闸所需能量小。需能量小。3. 断路器的操动机构断路器的操动机构河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院162022-7-15 三、高压隔离开关三、高压隔离开关(俗称刀闸)(俗称刀闸)1. 隔离开关的用途隔离开关的用途u结构特点:没有灭弧装置(不允许带负荷操作)结构特点:没有灭弧装置(不允许带负荷操作) 隔离电压:隔离电压:隔离开关断开后在电路中可以造成一隔离开关断开
14、后在电路中可以造成一明显可见的断开点,建立可靠的绝缘间隙,保证检明显可见的断开点,建立可靠的绝缘间隙,保证检修人员的安全。修人员的安全。倒闸操作:倒闸操作:合闸时,先合上隔离开关,后合上断合闸时,先合上隔离开关,后合上断路器;跳闸时,先断开断路器,后断开隔离开关。路器;跳闸时,先断开断路器,后断开隔离开关。分、合小电流:分、合小电流:可以接通或断开电流较小的回路。可以接通或断开电流较小的回路。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院172022-7-15 2. 高压隔离开关的类型高压隔离开关的类型按安装地点分:户内式和户外式;按安装地点分:户内式和户外式;按绝缘支柱的数目分:单柱式、双
15、柱式和三柱式;按绝缘支柱的数目分:单柱式、双柱式和三柱式;按刀闸的运行方式分:水平旋转式、垂直旋转式、按刀闸的运行方式分:水平旋转式、垂直旋转式、摆动式和插入式;摆动式和插入式;按有无接地刀闸分:单接地刀闸、双接地刀闸和无按有无接地刀闸分:单接地刀闸、双接地刀闸和无接地刀闸。接地刀闸。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院182022-7-15 n户内式隔离开关户内式隔离开关图图5-8 GN8-10型隔离开关型隔离开关1上接线端子上接线端子 2静触头静触头 3闸刀闸刀 4套管绝缘子套管绝缘子 5下接线端子下接线端子6框架框架 7转轴转轴 8拐臂拐臂 9升降绝缘子升降绝缘子 10支持绝
16、缘子支持绝缘子GN19-10型隔离开关型隔离开关河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院192022-7-15 n户外式隔离开关户外式隔离开关图图5-9 GW4-110型双柱式隔离开关型双柱式隔离开关1接线座接线座 2主触头主触头 3接地刀闸触头接地刀闸触头 4支柱绝缘子支柱绝缘子 5主闸刀传动轴主闸刀传动轴 6接地刀闸传动轴接地刀闸传动轴 7轴承座轴承座 8接地刀闸接地刀闸 9交叉连杆交叉连杆河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院202022-7-15 图图5-10 GW5-110D型型V形双柱式隔离开关形双柱式隔离开关1主闸刀底座主闸刀底座 2接地静触头接地静触头 3出线
17、座出线座 4导电带导电带 5绝缘子绝缘子 6轴承座轴承座 7伞齿轮伞齿轮 8接地刀闸接地刀闸河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院212022-7-15 p隔离开关的型号与符号:隔离开关的型号与符号:QS符号:符号:p隔离开关的操作机构:手动式、电动式和气动式隔离开关的操作机构:手动式、电动式和气动式 河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院222022-7-15 四、高压负荷开关四、高压负荷开关n结构特点:有简单的灭弧装置。结构特点:有简单的灭弧装置。 n功能:功能:能通断正常的负荷电流,但不能断开短路电能通断正常的负荷电流,但不能断开短路电流;多与高压熔断器配合使用。具有
18、明显的断开间流;多与高压熔断器配合使用。具有明显的断开间隙,也具有隔离电源,保证安全检修的功能。隙,也具有隔离电源,保证安全检修的功能。 n负荷开关的分类:负荷开关的分类:按安装地点分:户内式和户外式;按安装地点分:户内式和户外式; 按灭弧介质不同分:压气式、产气式、按灭弧介质不同分:压气式、产气式、真空式真空式 、SF6负荷开关;负荷开关;河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院232022-7-15 p负荷开关的型号与符号:负荷开关的型号与符号:QL 符号:符号: ZFN-10型型真空负荷开关真空负荷开关ZFN-10R型型真空负荷开关真空负荷开关-熔断器组合电器熔断器组合电器河北科
19、技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院242022-7-15 图图5-11 ZFN-10型高压真空负荷开关型高压真空负荷开关 图图5-12 ZFN-10R型高压真空负荷开关型高压真空负荷开关其它型号真空负荷开关的外形结构其它型号真空负荷开关的外形结构河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院252022-7-15 五、低压刀开关和负荷开关五、低压刀开关和负荷开关按极数分:有单极、双极和三极三种按极数分:有单极、双极和三极三种;按用途分:有按用途分:有单投单投和和双投双投两种;两种;按操作方式分:直接手柄操作和连杆操作两种;按操作方式分:直接手柄操作和连杆操作两种;按灭弧结构分,有不带
20、灭弧罩和带灭弧罩两种。按灭弧结构分,有不带灭弧罩和带灭弧罩两种。1. 低压刀开关低压刀开关说明:说明:不带灭弧罩的刀开关只能在无负荷下操作,可作低压隔不带灭弧罩的刀开关只能在无负荷下操作,可作低压隔离开关使用;带灭弧罩的刀开关能通断一定的负荷电流。离开关使用;带灭弧罩的刀开关能通断一定的负荷电流。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院262022-7-15 p低压刀开关的型号和符号低压刀开关的型号和符号QK符号:符号:河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院272022-7-15 2低压刀熔开关低压刀熔开关 HR系列刀熔开关是将系列刀熔开关是将HD型刀开关的闸刀换以具型刀开关
21、的闸刀换以具有刀形触头的有刀形触头的RT型熔断器的熔管,型熔断器的熔管,具有刀开关和熔具有刀开关和熔断器双重功能。断器双重功能。p刀熔开关的型号与符号刀熔开关的型号与符号:QK符号:符号:河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院282022-7-15 3低压负荷开关低压负荷开关 由低压刀开关与低压熔断器串联组合而成,由低压刀开关与低压熔断器串联组合而成,具具有带灭弧罩的刀开关和熔断器的双重功能,有带灭弧罩的刀开关和熔断器的双重功能,既可以既可以带负荷操作,又能进行短路保护。带负荷操作,又能进行短路保护。 常用的低压负荷开关有常用的低压负荷开关有HH和和HK两种系列两种系列: HH系列:
22、为封闭式负荷开关,外装铁壳,俗称系列:为封闭式负荷开关,外装铁壳,俗称铁壳开关;铁壳开关;HK系列:为开启式负荷开关,外装胶盖,俗称系列:为开启式负荷开关,外装胶盖,俗称胶壳开关。胶壳开关。低压负荷开关图片低压负荷开关图片河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院292022-7-15 六、低压断路器六、低压断路器(低压自动开关或空气开关)(低压自动开关或空气开关)u功能:功能:既能带负既能带负荷通断电路,又能荷通断电路,又能在线路发生短路、在线路发生短路、过负荷、低电压过负荷、低电压(或失压)等故障(或失压)等故障时自动跳闸。时自动跳闸。1. 低压断路器的工低压断路器的工作原理作原理图
23、图5-13 低压断路器的动作原理图低压断路器的动作原理图1主触头主触头 2跳钩跳钩 3锁扣锁扣 4分励脱扣器分励脱扣器5失压脱扣器失压脱扣器 6过流脱扣器过流脱扣器 7热脱扣器热脱扣器8加热电阻加热电阻 9、10脱扣按钮脱扣按钮河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院302022-7-15 过流脱扣器:过流脱扣器: 用于短路或过负荷保护;用于短路或过负荷保护;失压(欠压)脱扣器:用于失电压或欠电压保护失压(欠压)脱扣器:用于失电压或欠电压保护热脱扣器:用于线路或设备长时间过负荷保护热脱扣器:用于线路或设备长时间过负荷保护 ;分励脱扣器:用于远距离跳闸分励脱扣器:用于远距离跳闸 。2低压
24、断路器的分类低压断路器的分类按灭弧介质分:有空气断路器和真空断路器等;按灭弧介质分:有空气断路器和真空断路器等;按操作方式分:有手动操作、电磁铁操作和电动按操作方式分:有手动操作、电磁铁操作和电动机储能操作;机储能操作;按用途分:有配电用、电动机保护用、照明用和按用途分:有配电用、电动机保护用、照明用和漏电保护用等漏电保护用等 。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院312022-7-15 p低压断路器的型号和符号:低压断路器的型号和符号:QF 符号:符号:配电用低压断路器按结构分:塑料外壳式和万能式配电用低压断路器按结构分:塑料外壳式和万能式河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气
25、工程学院322022-7-15 n塑料外壳低压断路器(塑料外壳低压断路器(DZ系列)系列)v结构特征:结构特征:全全部机构和导电部部机构和导电部分均装设在一个分均装设在一个塑料外壳内,仅塑料外壳内,仅在壳盖中央露出在壳盖中央露出操作手柄,供手操作手柄,供手动操作之用。动操作之用。(装置式)(装置式)手动操作手柄手动操作手柄上接线端子上接线端子分励脱扣按钮分励脱扣按钮下接线端子下接线端子图图5-14 DZ系列低压断路器系列低压断路器河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院332022-7-15 操作手柄有三个位置:操作手柄有三个位置: 合闸位置:手柄扳向上方,跳钩被锁扣扣住,合闸位置:手
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