第4章电器设备的选择

1第4章电器设备的选择2第4章电气设备的选择•§4-1概述•§4-2高压电气设备及成套配电装置•§4-3低压电气设备及成套配电装置•§4-4电压互感器和电流互感器•§4-5电气设备选择的共同原则3§4-1概述•1、电气设备主要作用–电路的通断、保护。•2、分类–按电压分•高压电气设备•低压电气设备4–按在电路中的位置分•一次回路–也称主接线、一次电路、主电路。–担负输送和分配电能任务的电路（变配电所中）–一次电路中的电气设备称一次设备。•二次回路–凡用来控制、指示、测量一次设备运行的电路称二次回路（电路、接线)。–二次回路通常接在互感器的二次侧，–二次回路中的电气设备称二次设备或二次元件。53、电力系统短路•短路定义–电力系统中，相与相之间或相与地之间(对中性点直接接地系统）通过金属导体、电弧或其较小阻抗连结而形成的非正常状态•短路类型（右图）6•短路的危害–巨大的短路电流的热效应会使导体或电气设备发热，可能熔化导体，破坏绝缘。–巨大的短路电流在相间的导体上会产生电动力，可能使设备变形，甚至损坏。–短路处有电弧产生，高温电弧会烧毁设备，甚至引起火灾。–短路时，各节点电压有不同程度的下降，使电力系统和负荷都不能正常工作。7•定义–是一种气体放电现象，电流通过某些绝缘介质(例如空气)产生的瞬间火花。–当开关电器切断的回路电压大于10～20V，电流大于80～100mA，在触头分离的瞬间，就会产生电弧。•产生原因–触头本身及触头周围介质含大量可被游离的电子。（内因〕–分断触头间存在足够大的外施电压，且电路电流也达到最小生弧电流。（外因〕4、电弧8•电弧主要影响–延长了电路的开断时间。–电弧高温烧坏开关触头。•常用灭弧方法–电弧熄灭：带电质点去游离的过程。–拉长电弧：电弧拉长，其表面积增大，增加了散热面积，电弧的温度降低，有利于带电质点的复合（去游离）•速拉灭弧法–气体吹弧：特别是用冷气高速吹弧，•一方面使弧温度降低，自由电子运动速度减小，利于电子和正粒子复合；•另方面，吹弧时把带电质点带走，减少了弧隙中带电质点的浓度。•冷却灭弧法、吹弧灭弧法、长弧吹短灭弧法–真空灭弧法95、对电气触头的基本要求–满足正常负荷的发热要求–具有足够的机械强度–具有足够的动稳定和热稳定–具有足够的断流能力•断开短路电流大小的能力•能力越高，断开的短路电流就越大。•若分断能力很低，发生的短路电流超过它的允许就会烧坏触头。10§4-2高压电气设备及成套配电装置•§4.2.1高压电器相关知识•§4.2.2高压开关：–断路器–隔离开关–负荷开关•§4.2.3高压熔断器•§4.2.4高压电容器•§4.2.5高压成套配电装置11§4.2.1高压电器相关知识1、高压电器的种类•开关电器：如断路器、隔离开关、负荷开关、接地开关等。•保护电器：如熔断器、避雷器。•测量电器：如电压互感器、电流互感器。•限流电器：如电抗器、电阻器。•补偿电器：如电力电容器。•组合电器：如成套配电装置等。122、对高压电器的基本要求•绝缘可靠•在额定电流下长期运行时，其温升应合乎国家标准且要有一定的短时过载能力•能承受短路电流的热效应和电动力效应而不致损坏。•开关电器应能安全可靠地关合和开断规定数值的电流•高压电器(尤其是安装在户外时)应能承受一定自然条件的作用.13§4.2.2高压开关设备1、高压断路器•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。–同时承担着控制和保护双重任务•类型（按灭弧原理分）–油断路器：多油断路器、少油断路器–空气断路器–六氟化硫断路器–真空断路器断路器、隔离开关、负荷开关、接地开关QF14•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，可频繁通断负荷，但有易燃易爆危险。–体积大，维护麻烦。–趋于淘汰。•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。绝缘是其它绝缘材料，如瓷瓶。–体积小，价廉，维护方便。不能频繁操作。–6～10kv多用。1516•空气断路器–利用压缩空气吹动并熄灭电弧。–灭弧能力强，分断需时间短，属高速断路器，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。17•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（多次灭弧后，仍能保持其稳定性能）。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。–灭弧能力是空气的１００倍–本身无毒，但在电弧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。18LW8-40.5型户外交流高压六氟化硫断路器1920•真空断路器–开关触头在真空容器内闭合和断开。–稀薄空气灭弧能力强。–开断速度高，开断能力强，属高速断路器。–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。–在额定电压为３～10kV广泛应用21ZN28A-12系列户内交流高压真空断路器2223ZN63A-12(VS1)户内交流高压真空断路器24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。25•国内真空断路器分三类：–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。26•断路器操动机构–分类•手动操动机构（CS〕–能手动和远距离跳闸–只能手动合闸、不能自动合闸。–操作电源为交流。•电磁操动机构（CD〕（10ｋＶ的断路器常用）–定义：用电磁铁将电能转变成机械能来实现断路器分、合闸的操动机构。–能手动和远距离跳、合闸，–适于自动化，结构简单，零件数量少，工作可靠，制造成本低。–需大容量直流操作电源。操作功率很大，影响到合闸速度的提高及机电寿命。27•弹簧操动机构（CT）–合闸前利用电动机或手动使分闸弹簧拉伸储能，合闸时利用弹簧收缩释放已储存的能量，并通过机械装置使断路器的触头运动而合闸。–能手动和远距离跳、合闸。–断路器的合、分操作仅由功率很小的电磁铁控制，所以对电源要求不高，直流、交流都可。–其速度特性和使用寿命都得到很大程度的改善。–结构复杂，制造工艺复杂，加工精度要求高，成本高，产品的可靠性不易保证。机件强度要求高，安装调试比较困难。28•选择：–选操动机构，要结合变电所操作电源情况确定，•有直流操作电源处，尽量采用电磁操作机构；•小型变电所采用手动操作机构，但断路器断流容量要减弱很多；•一般情况多推荐采用弹簧储能操作机构。29•断路器铭牌的技术数据–额定电压：它决定了断路器的绝缘水平和外形尺寸。–额定电流–额定开断电流：•断路器在额定电压下能正常开断的最大电流，表示其切断电路的能力。必须≥安装处的短路电流。–额定断流容量•额定电压×额定开断电流。必须≥安装处的短路容量。–热稳定电流•断路器能承受短路电流热效应的能力（不过热）。–动稳定电流•断路器能承受短路电流电动力作用的能力（不受机械损坏30•断路器选择–首先考虑工作条件,确定断路器的额定值。–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。–尽量维修方便，价格便宜，运行费用少等。31•断路器型号意义：－/断路器名称额定电流（A)S---少油式其它标志Ｇ：改进型Ｃ：手车型D－多油式额定电压（ｋＶ）Ｑ－产气式设计序号Ｋ－空气使用环境：Ｎ－户内式Ｚ－真空Ｗ－户外式Ｌ－ＳF６例：ＺＮ４－１０／６００，ＬＷ11－10322、高压隔离开关•特点–因没有灭弧装置，不能接通和切断负荷电流和短路电流。所以必须在断路器断开电路的情况下才可以操作隔离开关。•主要作用–在电气设备停电检修时，断开无负荷电流的电路，将电气设备与电源隔离，形成一个可见断点，以保证工作人员和设备的安全。–改变运行方式的倒闸操作：如双母线间负荷切换等–接通和断开空载或小电流电路QS33•分类–按安装位置分：•户内型（GN〕、户外型（GW〕•60kV及以上电压无户内型–按绝缘支柱的数目分：•单柱式、双柱式、三柱式–按闸刀的运动方式分：•水平旋转式、垂直旋转式、插入式。–按有无接地闸刀分：•有接地闸刀、无接地闸刀–按隔离开关极数分：•单极隔离开关（断单相回路）、三极隔离开关。–按隔离开关配用的操动机构分：•手动、电动、气动操作等类型3435高压户内隔离开关实物图片3637GW5—110D型隔离开关1－底座；2、3－闸刀；4一接线端子5一挠性导体；6一棒式绝缘子7一支承座；8一接地刀闸V型式隔离开关38•选择–首先按安装地点选择户内型或户外型。–结合工作条件确定额定值，校验动、热稳定值。–35kv及以上宜选用带接地刀闸。–考虑开关接线端的机械负荷。393、高压负荷开关•功能–有简单灭弧装置。能通断一定的负荷电流和过负荷电流。–必须与高压熔断器串联，才可切除短路电流。–与隔离开关一样，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。•分类–按安装地点分：户内型、户外型–按灭弧方式分：油浸式、产气式、压气式、真空式和ＳＦ６式•户内FN型：FN2、FN3（压气式）、FN4（真空）、FN5（轻小型）等•户外FW型：FW5型产气式负荷开关–即采用固体产气元件灭弧，在电弧高温下产生大量气体，沿喷嘴高速喷出，形成强烈的纵吹作用，使电弧很快熄灭。QL40负荷开关型号意义－Ｆ负荷开关数字额定短路开断电流Ｎ户内式Ｗ户外式设计序号额定电压ＦZ真空负荷开关R带限流熔断器D接地开关T弹簧操动机构数字限流熔断器最大额定电流41负荷开关有两对触头：一对是工作触头，一对是灭弧触头。闭合时：灭弧触头先合工作触头后合；分闸时：工作触头先分灭弧触头后分。42FZRN21-12D/T125-31.5型户内交流高压真空负荷开关－熔断器组合电器4344FLRN36-12D型户内交流高压六氟化硫负荷开关－熔断器组合电器45•功能–简单的保护电器。在电路中主要作线路、变压器、电动机和互感器等的严重过载和短路保护。–在３～３５ｋＶ小容量装置中广泛应用。•组成–由熔断管、熔体、灭弧填充物、动、静触座、绝缘支持物及指示器等组成•分类–按安装地点分：RW、RN–按动作特征分：固定式和跌落式–按工作特性分：有限流作用（在冲击电流出现之前能切断短路电流）、无限流作用§4.2.3高压熔断器FU46•特点–优点：结构简单，维护方便，价格便宜，体小量轻–户内型（RN〕固定式•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。•RN3：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。–户外型（RW〕跌落式•应用：串接于被保护电路的首端47高压限流熔断器实物图片4849RW3－10户外高压跌落式熔断器5051•选择–额定电压：应符合线路或设备的额定电压。–额定电流：熔断器额定电流IN.FU和熔体的额定电流IN.FE的确定：IN.FE≈(1.4～2.5)ICIN.FE=(0.3～1.0)IN.FU•熔体电流IN.FE还应躲过变压器空载励磁电流、电容器组投入时的合闸涌流、外部短路或电动机频繁自起