第三章建筑常用电气设备(三)

第三章建筑常用电气设备(三)3.3高压电气设备变配电所中，承担传输和分配电能到各用电场所的配电线路称为一次电路或称主电路。一次电路中所有电气设备称为一次设备。而用来测量、控制、信号显示和保护一次设备运转的电路，又称二次电路。二次电路中的所有电气设备（如测量仪表、继电器等）称为二次设备。3.3.1高压断路器高压断路器是配电装置中最重要的控制和保护设备。正常时用以接通和切断负荷电流。短路故障或严重过负荷时借助继电保护装置的作用，自动、迅速地切断故障电流。断路器应在尽可能短的时间内熄灭电弧，因而具有可靠的灭弧装置。断路器工作性能优劣，直接影响供配电系统的运行情况。断路器一般与隔离开关配合使用，“倒闸操作”原则是指：断开电路时，先断断路器，后拉隔离开关；接通电路时，先合隔离开关，后合断路器。断路器按其所采用的灭弧介质不同大致分为下列几种：1.多油断路器（DW）多油断路器是用绝缘油作为灭弧介质。变压器油有三个作用：一是作为灭弧介质；二是断路器切断电路时作为动、静触头间的绝缘介质；三是作为带电导体对地（外壳）的绝缘介质。多油断路器依据其额定电流和断路容量的大小不同，分为三相共用一个油箱和三相有单独的油箱两种，主要安装在35kV以上的电压等级的用户中。2.少油断路器（SN）少油断路器用油量很少，一般约为多油断路器的1／10。少油断路器有户内型和户外型，通常35kV以上多为户外型，10kV及6kV多为户内型，不论户内还是户外型均为每相有单独的油箱。少油断路器具有体积小、机构简单、防爆防火、使用安全等特点，其中油只做灭弧介质，不做绝缘介质。少油断路器按开断容量分，有SN10-10Ⅰ型，SOC＝300MVA；SN10-10Ⅱ型，SOC＝500MVA；SN10-10Ⅲ型，SOC＝750MVA。3.空气断路器（KN）空气断路器采用压缩空气作为灭弧介质。断路器中的空气有三个作用：一是强烈的灭弧，使电弧冷却而熄灭；二是作为动、静触头间的绝缘介质；三是接通。切断操作时的动力。该断路器动作快，断流容量大，但构造复杂，价格高，因而使用在电压等级为10kV～35kV的电力系统中。4.六氟化硫断路器（LN）六氟化硫（SF6）分子能在电弧间隙的游离气体中吸附自由电子。因此，SF6气体有优异的绝缘能力和灭弧能力，与普通空气相比，它的绝缘能力约高2.5～3倍，灭弧能力则高5～10倍，而且，电弧在SF6中燃烧时，电弧电压特别低，燃烧时间也短，因此SF6断路器开断后，触头烧损轻微，不仅适用于频繁操作，同时也延长了检修周期。由于SF6断路器有上述优点，所以它的发展速度很快，电压等级也在不断地提高。5.磁吹式断路器（CN）磁吹式断路器是利用电弧电流通过专门的磁吹线圈时产生吹弧磁场，将电弧熄灭。磁吹式断路器有不用油，没有火灾危险；灭弧性能良好，多次切断故障电流后，触头及灭弧室烧损轻微；灭弧室具有半永久性；结构较简单，体积较小，重量轻；维护简单等优点。6.真空断路器（ZN）真空断路器是指触头在高度真空灭弧室中切断电路的断路器。真空断路器采用的绝缘介质和灭弧介质是高度真空空气。真空断路器有触头开距小，动作快；燃弧时间短，灭弧快；体积小，重量轻，防火防爆；操作噪声小，适于频繁操作优点。真空断路器的结构如图3-28所示。3.3.2高压负荷开关负荷开关是专门用于接通和切断负荷电路的开关设备，它具有简单的灭弧装置，所以不能切断短路电路，能通断一定的负荷电流和过负荷电流。通常负荷开关与熔丝（管形熔断器）串联，借助（管形熔断器的）熔丝切断短路电流。负荷开关断开后，与隔离开关一样具有明显的断开间隙。高压负荷开关的型号：如：型号FN3—10R／400：F——负荷开关N——户内，W——户外；3——设计序号；10——额定电压（kV）；400——额定电流（A）；R——带熔断器。3.3.3高压隔离开关使用高压隔离开关主要是保证高压装置检修工作的安全。它能将线路中的高压电气设备与电源隔离，使检修人员能明显地看到电路的断开点。一般配电用隔离开关大多采用闸刀垂直转动式，其典型结构如图3-29所示。隔离开关的功能主要用来隔离电源，将需要检修的设备与电源可靠地断开，在结构上，它的特点是断开后有明显的可见的断开间隙，故隔离开关的触头是暴露在空气中的。隔离开关没有专门的灭弧装置，不许带负荷操作，可以用来通断一定的小电流，如励磁电流不超过2A的空载变压器、电容电流不超过5A的空载线路以及电压互感器和避雷器电路等。隔离开点按安装地点，分为户内型和户外型两大类。如：GN22—10／2000—40G——隔离开关；N——户内型；W——户外型；22——设计序号；10——额定电压（kV）；2000——额定电流（A）；40——2s热稳定电流有效值（kA）3.3.4高压熔断器1.高压熔断器的作用当过负荷或短路电流流过熔件时，由本身产生的热量将自己熔断，从而使电路断开，实现过载和短路保护。高压熔断器是高压供电系统中设置的保护元件。2.户内高压管式熔断器高压管式熔断器是一种简单的保护电器。当电路发生过负荷或短路故障时，故障电流超过熔体的额定电流，熔体被电流迅速加热熔断，从而切断电流，防止故障扩大。熔断器的功能主要是对电路及电路中的设备进行短路保护，如图3-30所示。从管式熔断器剖面图可以看出，其内部是由几根全长和直径相等的镀银铜丝并联组成，在镀银铜丝中间焊有小锡球，管内填充石英砂。两端管帽封端，并在管帽的一端装有红色熔断指示器。熔体的熔断过程：是当短路电流或过负荷电流通过熔体时，熔体被加热，由于锡熔点低，故先熔化，并包围铜丝，铜锡互相渗透形成熔点较低的铜锡合金，使钢丝能在较低的温度下熔断，这就是所谓的“冶金效应”。在熔体被熔断时，产生电弧，在几条平行的小直径沟中，各沟产生的金属蒸汽喷向四周，渗入石英砂，电弧与之紧密接触，在短路电流未达到冲击值之前（即短路后不到半个周期），电弧迅速熄灭，从而使熔断器本身及其保护的线路设备均未受到冲击电流的影响，因此，这种熔断器称为限流式熔断器。在熔断器熔断后，红色指示器被弹出表示熔体已熔断。型号是RN3—10／400：R——熔断器；3——设计序号；N——户内；10——额定电压（kV）；W——户外；400——额定电流（A）。3.户外跌落式熔断器跌落式熔断器如图3-31所示。跌落式熔断器是一种最简便、价格低廉、性能良好的户外线路开关保护设备。其功能既可以作配电线路和变压器的短路保护，又可在一定条件下（用高压绝缘钩棒操作），可以切断或接通小容量空载变压器或线路。跌落式熔断器是由固定的支持部件和活动的熔管及熔体组成。当线路发生故障时，故障电流使熔体迅速熔断并产生电弧。电弧的高温使灭弧管壁分解出大量气体，使管内压力剧增，高压气体沿管道纵向强烈喷出，形成纵向吹弧，电弧迅速熄灭。同时，在熔体熔断后、熔管下端动触头失去张力而下翻，紧锁机构释放，在触头弹力和熔管自身重力作用下，绕轴跌落，造成明显可见的断路间隙。由于熔体熔断后，靠熔管自身重力跌落，故名跌落式熔断器。3.3.5互感器互感器是一种特殊的变压器，它被广泛应用于供电系统中，向测量仪表和继电器的电压线圈或电流线圈供电。依据用途的不同，互感器分为两大类：一类是电流互感器，它是将一次侧的大电流，按比例变为适合通过仪表或继电器使用的额定电流为5A的低压小电流的设备；另一类是电压互感器，它是将一次侧的高电压降到线电压为100V的低电压，供给仪表或继电器用电的专用设备。互感器的作用有：a.隔离高压电路互感器一次侧和二次侧没有电的联系，只有磁的联系，因而使测量仪表和保护电器与高压电路隔开，以保证二次设备和人员的安全。b.使测量仪表和继电器小型化和标准化如电流互感器二次绕组的额定电流都是5A；电压互感器二次绕组电压通常都规定为100V。c.可以避免短路电流直接流过测量仪表和继电器的线圈，使其不受大电流的损坏。互感器的准确度等级一般分为0.2、0.5、1、3等级。一般0.2级作实验室精密测量用，0.5级作计算电费测量用，1级供配电盘上的仪表使用，一般指示仪表和继电保护用3级。1.电压互感器电压互感器按绝缘及冷却方式来分，有干式和油浸式。按相数来分，有单相和三相等。以环氧树脂浇注绝缘的干式电压互感器应用最广泛的是单相干式电压互感器。（1）型号与结构结构如图3-32所示。（2）使用注意事项1）电压互感器的二次侧在工作时不能短路。在正常工作时，其二次侧的电流很小，近似于开路状态，当二次侧短路时，其电流很大（二次阻抗很小），将烧毁设备。2）电压互感器的二次侧必须有一端接地，防止一、二次侧击穿时，高压窜入二次侧，危及人身和设备安全。3）电压互感器接线时，应注意一、二次侧接线端子的极性，以保证测量的准确性。4）电压互感器的一、二次侧通常都应装设熔丝作为短路保护，同时一次侧应装设隔离开关作为安全检修用。5）一次侧并接在线路中。2.电流互感器电流互感器均为单相，以便使用。按一次绕组的匝数，可分为单匝（母线式、芯柱式、套管式）和多匝（线圈式、线环式、串级式）；按绝缘可分为干式、浇注式和油浸式；按一次电压分为高压和低压等。（1）型号与结构电流互感器的型号：结构如图3-33所示。（2）联结1）单相式接线用于三相平衡负载的电路，仅测量一相电流，或在保护中作过载保护，一般装在第二相上。2）三相完全星形接线（Y联结）用于三相平衡负载或不平衡负载电路及三相四线制电路，可分别测量三相电流。中性线中流过的电流为三相电流的相量和。三相平衡负载时，中性线中的电流为零。不平衡负载或发生故障时，中性线中有电流通过。3）两相不完全星形（V联结）两只电流互感器三只电流表测量三相电流，流入第三块电流表的电流为L1、L2两相电流的相量和，反映第三相（L3）的电流，此接线被广泛应用于中性点不接地的三相三线制中。4）三角形联结（△联结）该联结使三个电流互感器作△联结，在供电系统中无特殊用途，一般电流互感器不作△联结。该接法零相序电流在三相绕组内循环流动，不会出现在引出线。当变压器需要差动继电器保护时，多采用电流互感器△联结。5）零相序联结该联结使三个电流互感器并联，测量的是二次侧中性线中的电流，等于三相电流之相量和，反映的是零相序电流。该接线方式用于架空线路单相接地的零序保护。6）两相差联结该联结使两个电流互感器作差接，流入继电器中的电流为线电流，一般用于电动机保护。（3）使用注意事项1）电流互感器的二次侧在使用时绝对不可开路。一旦开路，一次电流全部变成铁心的励磁电流，此时，铁心极度饱和而导致发热，同时二次侧感应出危险的高压，其电压可达几千伏甚至更高，此时不仅危及人身安全，绕组可能被击穿而起火烧毁，铁心由于过饱和而产生的剩磁还会影响电流互感器的误差。使用过程中，拆卸仪表或继电器时，应事先将二次侧短路。安装时，接线应可靠，不允许二次侧安装熔丝。2）二次侧必须有一端接地。防止一、二次侧绝缘损坏，高压窜入二次侧，危及人身和设备安全。3）接线时要注意极性。电流互感器一、二次侧的极性端子，都用“±”或字母表明极性。在接线时一定要注意极性标记，否则二次侧所接仪表、继电器中的电流不是预想值，甚至引起事故。4）一次侧串接在线路中，二次测与继电器或测量仪表串接。应该强调的是，高压电流互感器多制成两个铁心和两个二次绕组的型式，分别接测量仪表和继电器，满足测量仪表和继电保护的不同要求。