建筑电气第4章电气设备选择(二)

4.3高压开关设备及选择高压开关设备包括高压断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器及高压开关柜等。1高压断路器（1）功能•通断正常负荷电流；•接通和承受一定的短路电流；•在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。（2）组成高压断路器主要由以下部分组成：触头是电路通断的重要部分，一般分为动触头和静触头两部分：在开关进行分闸或合闸操作时，静触头不运动，动触头运动；灭弧室熄灭电弧的地方；绝缘介质分为灭弧用绝缘介质和支持用绝缘介质，前者在熄灭电弧中起作用，一般有矿物油（又称绝缘油）、SF6气体、真空等；后者用于支持运动机构、触头、灭弧室等，一般有电工瓷、环氧树脂等；壳体结构断路器的各个部分安装为一体；运动机构推动动触头运动的机构，多由连杆机构组成。（3）型号和类型第一单元是产品字母代号：S—少油断路器；D—多油断路器；K—空气断路器；L—六氟化硫断路器；Z—真空断路器；Q—自产气断路器；C—磁吹断路器；G—隔离开关。第二单元是装设地点代号：N—户内式；W—户外式。第三单元是设计序号。第四单元是额定电压，kV。第五单元是补充工作特性标志：G—改进型；F—分相操作。第六单元是额定电流，A。第七单元是额定开断电流，kA。A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。B空气断路器利用压缩空气吹动电弧，并使电弧熄灭。灭弧能力强，分断时间短，断流容量大。结构复杂，价贵，维护要求高。多用于110kv及以上大型电站或变电所及不适应采用六氟化硫断路器的高寒地区。C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。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。SF6(六氟化硫)断路器D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。D高压真空断路器真空断路器利用真空度约为10-4Pa（在运行过程中不低于10-2Pa）的高真空作为内绝缘和灭弧介质。真空间隙的气体稀薄，分子的自由行程较大，发生碰撞游离的几率很小。所以，真空击穿产生电弧，是由触头蒸发出来的金属蒸气帮助形成的。真空断路器是由真空灭弧室、绝缘支撑、传动机构、操动机构、机座（框架）等组成，如右图所示。导电回路由导电夹、软连接、出线板通过灭弧室两端组成。真空断路器的固定方式不受安装角度限制，既可以水平安装，又可以垂直安装，还可以任意角度安装。按真空灭弧室的布置方式可分为落地式和悬挂式两种基本形式，以及这两种方式相结合的综合式和接地箱式。（1）落地式是将真空灭弧室安装在上方，用绝缘子支持，操动机构设置在底座的下方，上下两部分由传动机构通过绝缘杆连接起来。落地式优点：传动效率高，分合闸操作时直上直下，传动环节少，摩擦阻力小；稳定性好，操作时振动小；便于操作人员观察和更换灭弧室；产品系列性强，而且容易实现户内外产品的相互交换。落地式缺点：总体高度较高，操动机构检修不方便。真空断路器的分类：（２）悬挂式真空断路器，是将真空灭弧室用绝缘子悬挂在底座框架前方，而操动机构设置在后方（即框架内部），前后两部分用（绝缘传动）杆连接起来。悬挂式优点：宜用于手车式开关柜。由于操动机构与高电压隔离，便于检修。悬挂式缺点：总体深度尺寸大，用铁多，质量重；绝缘子承受弯曲力；操作时灭弧室振动大；传动效率不高。因此，悬挂式真空断路器一般只适用于中等电压以下的产品。ZN28-10型断路器外型图它采用悬挂式结构，真空断路器装在一个手车上，主要由机架、真空灭弧室及传动系统组成。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。(3)高压断路器铭牌所列的技术数据•额定电压Ur·QF：保证长期正常工作时断路器所耐受的电压值。名牌上所标的电压系指线电压的额定值。•额定电流Ir·QF:是断路器可以长期通过的最大电流。我国额定电流的等级有：200A、400A、600A、1000A、1500A、2000A、3000A、4000A、5000A、6000A、8000A、10000A•额定开断电流Ir·off:是指断路器在额定的电压下能正常开断的最大电流。开断电流Ir·off必须大于或等于其安装处的短路电流，即Ir·off≥Ik(3)•额定断流容量Sr·QF:额定电压与额定开断电流的乘积。额定断流容量必须大于或等于其安装处的短路容量，即SrQF≥Sk(3)•热稳定电流Its:表示断路器能承受的短路电流热效应的能力。物理意义：当热稳定电流通过断路器时，在规定时间ts内，断路器各部分温度不超过国家规定的短时发热温度、保证断路器不被破坏。•动稳定电流irs:表示断路器能承受的短路电流电动力作用的能力。QFrQFrQFrIUS3物理意义：当断路器在闭合状态时，所能承受通过的最大电流峰值，而不会因为电力的作用发生任何机械损坏。该最大电流峰值称为动稳定电流，也成为极限通过电流。（4）高压断路器的选择•首先考虑工作条件,确定断路器的额定值（电压、电流、频率、机械负载）。•结合环境条件选用断路器的型号和规格。•据短路电流进行断流容量,动、热稳定校验。•尽量选用维修方便，价格便宜，运行费用少设备。2高压隔离开关隔离开关又称隔离刀闸，是一种高压开关电器。因为它没有专门的灭弧装置，故不能用来切断负荷电流和短路电流。使用时应与断路器配合，只有在断路器断开时才能进行操作。隔离开关在分闸时，动静触头间形成明显可见的断口，绝缘可靠。（1）高压隔离开关功能（1）隔离电源。（2）倒闸操作。（3）接通和断开小电流电路。（2）类型：a.户内型（GN）三相刀闸同一底座。b.户外型（GW）单柱式、双柱式、三柱式。（3）选择a.首先按安装地点选择户内型或户外型。b.结合工作条件确定额定值，校验动、热稳定值。c.35kv及以上宜选用带接地刀闸。d.考虑开关接线端的机械负荷。3高压负荷开关我们知道断路器分闸时不单能分合正常的负荷电流，通常在设计合理的前提下，还能安全分合短路电流。当然，断路器的综合价格也不低（不单涉及断路器本身的采购价格，还涉及建安费、配套设备和检修等费用），在某些场合下，采用断路器将存在投资浪费，因此负荷开关应运而生。显然，高压负荷开关是用来分合负荷电流的，一般具有一定的灭弧能力，多使用产气管灭弧，但对于短路电流，通常也能关合一定的短路电流，但不能开断短路电流。因此，高压负荷开关可用于控制供电线路的负荷电流，也可用来控制空载线路、空载变压器及电容器等。高压负荷开关在分闸时有明显的断口，可起到隔离开关的作用，与高压熔断器串联使用，前者作为操作电器投切电路的正常负荷电流，而后者作为保护电器开断电路的短路电流及过负荷电流。（1）按使用地点分为户内型和户外型。（2）按灭弧方式的不同，可以分为产气式、压气式、压缩空气式、油浸式、真空式、SF6式等，近年来，真空式发展很快，在配电网中得到了广泛应用。（3）按是否带熔断器可分为带熔断器和不带熔断器。高压负荷开关的类型一单元：F，表示负荷开关；Z，表示真空负荷开关。二单元：N，户内型；W，户外型。三单元；设计序号。四单元：额定电压。五单元：操动机构代号，有D表示电动操动机构，无D手动。六单元：熔断器代号，有R表示带熔断器，无R不带熔断器。七单元：S，表示熔断器装在开关上端，没S时装在下端。八单元：额定工作电流，A。九单元：额定开断电流，kA。4高压熔断器熔断器就是我们通常所说的保险，只不过高压熔断器和我们日常生活中所使用的保险有一些差别。（1）熔断器的组成：熔件（合金材料）、触头和外壳。（2）工作原理：熔件的熔点不高，电流流过熔件时会产生热量使熔件温度升高，当温度升高到其熔点后，熔件逐步烧断，从而切断电源。熔件熔断的电流和时间之间是非线形关系，大致与继电保护中反时限电流保护特性相同。熔断器的保护特性，也称安秒特性。熔件熔断后，只要重新更换新的熔件，熔断器就可以继续工作。熔断器兼有开关和保护的功能。是一种供电末端广泛采用的设备。熔断器按使用地点可分为户内（RN)和户外(RW)两种类型。户外高压熔断器多以跌落式出现，即熔断器在安装时带有一个向下的角度，当熔断器中熔件熔断时，熔断器的触头分离。高压熔断器按照是否有限流作用又可分为限流式和非限流式。限流式熔断器即带有用于灭弧的石英砂或产气纤维管等灭弧装置。（3）高压熔断器的技术参数：a.熔断器的额定电压。它既是绝缘所允许的电压等级，又是熔断器允许的灭弧电压等级。对于限流式熔断器，不允许降低电压等级使用，以免出现大的过电压。b.熔断器的额定电流。指一般环境温度（≤40℃）下熔断器壳体载流部分和接触部分允许通过的长期最大工作电流。c.熔体的额定电流。熔体允许长期通过而不致发生熔断的最大有效电流。该电流可以小于或等于熔断器的额定电流，但不能超过。d.熔断器的开断电流。熔断器所能正常开断的最大电流。若被开断的电流大于此电流时，有可能导致熔断器损坏，由于电弧不能熄灭引起相间短路。（4）特点RN1主要用作高压线路和设备的短路保护，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。RW3即可作6～10kv线路和变压器的短路保护，又可在一定条件下直接用高压绝缘棒（俗称令克棒〕来操作熔管分合，以断开或接通小容量的空载变压器和空载线路等。其灭弧能力不强，为“非限流”式熔断器。（5）选择a.其额定电压应符合线路或设备的额定电压。b.熔断器额定电流Ir.FU（指熔管的额定电流）和熔体的额定电流Ir.FE的确定：Ir.FE≈(1.4-2.5)ICIr.FE=(0.3-1.0)IN.FUc.前后选择性的配合要求。即后级或上级的Ir.FE，要比前级或下级的Ir.FE相差2～3个额定电流级。d.断流能力的校验，即：)2(min)3()3(poffshFEoffpFEoffIIIIII－－熔断器最大分断电流。－－熔断器最小分断电流。－－熔断器安装点的三相短路电流。－－熔断器安装点的三相短路冲击电流。－－熔断器所保护线路末端的两相短路电流。FEoffIminoffI)3(pI)2(pI)3(shI5高压开关柜按一定线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种高压成套配电装置。（1）用途作为电能接受、分配的通断和监视保护之用。（2）类型固定式、手车式a.固定式制造工艺简单，节省钢材，价格便宜，但体积较大防护等级较低b.手车式维护方便，安全可靠，更换断路器容易,占用建筑体积少等。（3）选择•据使用环境和工作条件决定开关柜类型和相应的电气设备。•据变配电所一次电路图的要求并经几个方案的技术经济比较，优选开关柜及其一次方案编号，并确定一、二次设备型号和规格。•结合控制、计量、保护和信号等方面要求，选用或自行设计