电气设备原理及功能

电气设备原理及功能电气设备的原理与功能电气设备原理与功能电气设备的分类同步发电机电力变压器电动机高压断路器互感器隔离开关电气设备的原理与功能第一节电气设备的分类一次设备直接生产、输送、分配和使用电能的设备，包括：（1）生产和转换电能的设备，如发电机和变压器等；（2）接通或断开电路的开关设备，如断路器、隔离开关、熔断器、接触器等；（3）将有关电气设备连接成电路的载流导体，如母线、电缆等；（4）变换电气量的设备，电压互感器和电流互感器；（5）保护电器，如电抗器和避雷器等；（6）接地装置，电力系统中有工作接地、保护接地和防雷接地；二次设备在电力系统中为了能对电气一次设备和系统的运行状况进行测量、控制、保护和监察而需要一些专门的设备，包括：（1）测量表计。如电压表、电流表、功率表、电能表、频率表等，用于测量一次电路中的电气参数。（2）继电保护及自动装置。如各种继电器和自动装置等，用于监视一次系统的运行状况，迅速反应不正常情况并进行调节或作用于断路器跳闸，切除故障。（3）直流设备。如直流发电机、蓄电池组、硅整流装置等，为保护、控制和事故照明等提供直流电源。电气设备的原理与功能第二节同步发电机发电机将机械能转变为电能的机械水轮机风力机蒸汽轮机燃气轮机柴油机…定子转子（a）转子定子(b)电气设备的原理与功能第三节电力变压器6变压器将一种电压的电能变换为另一种电压的电能的装置单相变压器三相变压器…电气设备的原理与功能（一）变压器的工作原理变压器是通过电磁感应原理，通过电磁耦合实现电能传递的一种静止电气设备，主要由铁芯及绕在铁芯上的绕组组成。电气设备的原理与功能（二）变压器的结构1油浸式变压器2干式变压器用环氧树脂浇注的变压器称为环氧树脂干式变压器。电气设备的原理与功能（三）变压器基本参数及性能指标1基本参数（1）额定电压U1N,U2N，三相变压器指线电压；（2）额定容量SN；（3）额定电流I1N,I2N，根据额定电压和额定容量计算得出；（4）额定频率fN，我国规定工业用电频率为50Hz；（5）阻抗电压（短路电压），通常以额定电压的百分数表示由变压器短路试验获得，其反映在变压器在额定负载下运行时，漏阻抗压降的大小，相应的有短路损耗Pk（6）空载电流，通常以额定电流的百分数表示由变压器空载试验获得，相应的有空载损耗P0（7）连接组号Y——星形连接，YN——星形连接并有中性点引线，d——三角形连接，例YNd11%kU0%I电气设备的原理与功能2性能参数（1）变压器负载运行，二次侧端电压变化率∆u%。变压器外特性电气设备的原理与功能（2）变压器损耗Σp。（3）变压器效率η。电气设备的原理与功能（四）变压器分类电气设备的原理与功能第四节电动机电动机将电能变换为机械能的装置异步电动机同步电动机特种电机电气设备的原理与功能第五节高压断路器额定电压为3kV及以上，能够关合、承载和开断运行状态的正常电流，并能在规定时间内关合、承载和开断规定的异常电流（如短路电流、过负荷电流）的开关电器称为高压断路器。高压断路器的作用：电力网正常工作和发生故障时开断和关合电路。也即，①控制（操作）作用；②保护作用。断路器的型号含义断路器的基本结构断路器的型号含义断路器的基本技术参数电气设备的原理与功能一、断路器的型号含义1234567产品名称；S—少油断路器，D—多油断路器，L—六氟化硫（SF6）断路器，Z—真空断路器，K—压缩空气断路器，Q—自产气断路器，C—磁吹断路器安装地点；N－户内型，W－户外型设计序号额定电压（或最高工作电压）（kV）补充特性：C－手车式，G－改进型，W－防污型，Q－防震型额定电流（A）额定开断电流（kA）例如：ZN28－12/1250－25，表示户内式真空断路器，设计序号为28，最高工作电压12kV，额定电流为1250A，额定开断电流为25kA。电气设备的原理与功能•二、断路器的基本结构：开断元件支持绝缘件传动元件操动机构基座主要零部件：开关本体的底架、底座功能：整台产品的基础电气设备的原理与功能•支持绝缘件：•主要零部件：•瓷柱•瓷套管•绝缘管等构成的支柱本体•拉紧绝缘子等•功能：•保证开断元件有可靠的对地绝缘，承受开断元件的操作力及各种外力电气设备的原理与功能•传动元件：•主要零部件：•各种连杆•齿轮•拐臂•液压管道•压缩空气管道等•功能：•将操作命令及操作功传递给开断元件的触头和其它部件电气设备的原理与功能•开断元件：•主要零部件：•主灭弧室•主触头系统•主导电回路•辅助灭弧室•辅助触头系统•并联电阻•功能：•开断及关合电力线路，安全隔离电源电气设备的原理与功能•操作机构：•主要零部件：•弹簧、液压、电磁、气动及手动机构的本体及其配件•功能：•为开断元件分合闸操作提供能量，并实现各种规定的操作电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能三、断路器的类型按灭弧介质的不同分类（1）油断路器采用绝缘油作为灭弧介质的断路器，逐渐被淘汰。（2）压缩空气断路器采用压缩空气作为灭弧介质及操作机构能源的断路器。（3）真空断路器在真空中开断电流，利用真空的高绝缘强度来实现灭弧的断路器。（4）六氟化硫（SF6）断路器采用具有优良灭弧性能的SF6气体作为灭弧介质的断路器。（1）油断路器多油断路器多油断路器的触头和灭弧系统放置在由钢板焊接成的装有大量绝缘油的油箱中，其绝缘油既是灭弧介质，又是主要的绝缘介质，承受不同的导体之间及导体与地之间的绝缘。结构特点：结构简单，制造方便，便于在套管上加装电流互感器，配套性强；耗钢、耗油量大、体积大、重量重；属自能式灭弧结构。技术特点：额定电流不易做得很大；开断小电流时，燃弧时间较长；开断电路的速度较慢；油量多，有发生爆炸和火灾的危险性。运行维护特点：运行维护简单；噪声低；检修周期短；需配备一套油处理装置。电气设备的原理与功能少油断路器少油断路器的触头和灭弧系统放置在装有少量绝缘油的绝缘筒中，其绝缘油主要作为灭弧介质，只承受触头断开时断口之间的绝缘，不作为主要的绝缘介质。少油断路器中不同相的导电部分之间及导体与地之间是利用空气、陶瓷和有机绝缘材料来实现绝缘。结构特点：结构简单，制造方便，可配用各种操动机构；比多油断路器油量少、重量轻；采用积木式结构，便于制成各种电压等级产品。技术特点：开断电流大，10kV等级可通过加并联回路以提高额定电流；110kV及以上电压等级时采用积木结构；全开断时间较短；增加压油活塞装置加强机械油吹后，提高开断小电流的能力；存在火灾危险。运行维护特点：运行经验丰富，易于维护；噪声低；油质容易劣化；需配备一套油处理装置。电气设备的原理与功能户外多油断路器电气设备的原理与功能（2）压缩空气断路器结构特点：结构比较复杂，工艺和材料要求高；有色金属消耗量大、价格高；需要装设专用的空气压缩系统；操动机构与断路器合为一体；体积和重量比较轻。技术特点：额定电流和开断电流都可以做得很大，适合开断大容量电路；动作快，全开断时间短；快速自动重合闸时断流容量不降低；无火灾危险。运行维护特点：维修周期长；噪声较大；无火灾危险；需要一套压缩空气装置作为气源；运行费用大。电气设备的原理与功能（3）真空断路器结构特点：灭弧室材料及工艺要求高；体积小、重量轻；触头不易氧化；灭弧室的机械强度比较差，不能承受较大的冲击振动。技术特点：可连续多次操作，开断性能好；灭弧迅速，开断时间短；开断电流及断口电压不易做得很高；无火灾危险；开距小，约为同等电压油断路器触头开距的1/10左右；所需操作能量小；开断时产生的电弧能量小；灭弧室的机械寿命和电气寿命都很高。运行维护特点：运行维护简单，灭弧室不需要检修；噪声低；运行费用低；无火灾和爆炸危险。电气设备的原理与功能•ZW32-12真空断路器电气设备的原理与功能（4）SF6断路器结构特点：结构简单，工艺及密封要求严格，对材料要求高；体积小、重量轻；用于封闭式组合电器时，可大量节省占地面积。技术特点：额定电流和开断电流都可以做得很大；开断性能好，适合于各种工况开断；SF6气体灭弧、绝缘性能好，故断口电压可做得较高；断口开距小。运行维护特点：维护工作量小；噪声低；检修周期长；运行稳定，安全可靠，寿命长；可频繁操作。电气设备的原理与功能罐式SF6断路器电气设备的原理与功能瓷柱式SF6断路器电气设备的原理与功能四、断路器的基本技术数据（1）额定电压（kV）保证断路器长时间正常运行能承受的工作电压（线电压），我国采用的额定电压等级：3、6、10、35、60、110、220、330、500、750、1000kV等。（2）最高工作电压（kV）通常规定，220kV及以下设备，其最高工作电压为额定电压的1.15倍；对于330kV及以上的设备规定为额定电压的1.1倍。我国采用的最高电压有：3.5、6.9、11.5、40.5、69、126、252、363、550、825、1100kV等。（3）额定电流（A）断路器在规定的基准环境温度下允许长期通过的最大工作电流有效值。我国采用的额定电流有：200、400、630、1000、1250、1600、2000、2500、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000A等。电气设备的原理与功能（4）额定开断电流（kA）在额定电压下，断路器能可靠开断的最大电流有效值，称为该电压下的额定开断电流。在电压低于额定电压时，开断电流可以比额定开断电流大，但由于灭弧装置机械强度的限制，开断电流有个极限值，称为极限开断电流。（5）额定关合电流（kA）在额定电压下，断路器能可靠地闭合的最大短路电流峰值。额定关合电流反映断路器关合短路故障的能力，主要决定于断路器灭弧装置的性能、触头构造及操动机构的型式。（6）额定热稳定电流（kA）断路器在规定时间（通常为4s）内允许通过的最大短路电流有效值。额定热稳定电流表明断路器承受短路电流热效应的能力。电气设备的原理与功能（7）额定动稳定电流（kA）断路器在闭合状态下，允许通过的最大短路电流峰值，又称极限通过电流。额定动稳定电流表明断路器在冲击短路电流的作用下，承受电动力效应的能力，它决定于导体和绝缘等部件的机械强度。（8）合闸时间（s）断路器从接到合闸命令（合闸回路通电）起到断路器触头刚接触时所经过的时间间隔，称为合闸时间。（9）分闸时间（s）分闸时间是反映断路器开断过程快慢的参数。电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能1）固有分闸时间t1指断路器接到分闸命令起到灭弧触头刚分离时所经过的时间2）灭弧时间t2触头分离到各相电弧完全熄灭所经过的时间3）全分闸时间tt断路器从接到分闸命令起到断路器触头开断至三相电弧完全熄灭时所经过的时间间隔。tt=t1+t2（10）额定开断容量（MVA）断路器的开断能力也可间接用开断容量来表示，其大小与额定电压与额定开断电流的有关：3NNbNbrNNrbrNbrUISUSI其中，——断路器的额定电压——断路器的额定开断电流——断路器的额定开断容量电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能3电气设备的原理与功能（2）所有二次设备可用低电压、小电流的电缆连接，使配电屏内布线简单、安装方便；便于集中管理，可以实现远距离控制和测量。（3）二次回路不受一次回路的限制，接线灵活方便。对二次设备进行维护、调换以及调整试验时，不需中断一次系统的运行。（4）使二次侧的设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧要有一点接地，保证二次系统设备和工作人员的安全。电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能磁势平衡方程101221INININ忽略很小的励磁安匝1122ININ只考虑电流数值得1122ININ电流互感器的额定电流比Ki：122112///iNNKIINNII电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能101221INININ电气设备的原理与功能电气设备的原理与功能电流互感器使用注意事项电流互感器在工作时其二次侧不得开路。电流互感器的二次侧有一端必须接地。电流互感器在连接时，要注意其端子的极性。电流互感器必须保证一