第二章 电气设备与电力系统接线方式

第二章电气设备与电力系统接线方式第一节三相电路基本知识第二节电气设备简介第三节电力系统的接线方式电力工业的三相供电系统包括三相发电机、三相输配电线路、三相变压器、三相负载等。三相正弦电路与单相正弦电路相比，有以下优点：（1）体积相同、消耗能源相同，三相电源比单相电源可提高功率输出；（2）输送相同电功率，三相输配电线路比单相节省钢材和有色金属；（3）三相变压器比单相变压器经济、便于负载接入；（4）三相发电、输电设备结构简单、体积小、成本低、运行可靠、维护方便。（5）三相电动机的瞬时功率为常数，使电动机运行平稳、噪声低。第一节三相电路基本知识•×וNSXBYCZA三相定子绕组在空间位置互差120o定子转子转子装有磁极以的角速度旋转时，定子三相绕组中便分别感应电动势。一、三相交流发电机示意图)120sin()240sin()120sin(sinmmCmBmAtEtEetEetEe尾端：XYZ首端：ABC↓↓↓•×וXBYCZNSA定子转子三相交流发电机旋转示意A+–XuAB+–YuBC+–ZuC三相感应电压分别为：AmBmCmsin2sinsin(120)sin(120)uUtUtuUtuUtTuAuBuCu0ωt120°120°120°UBUAUC显然三个电压大小相等，频率相同，相位互差120º。1201200CBAUUUUUU0CBAuuu0CBAUUU三个最大值相等，角频率相同，彼此相位互差120º电角度的单相正弦量称为对称三相交流电。二、三相电路的连接1、三相电源的星形（Y形）连接AUCUBUXZYNBCAABUBCUCAU电源绕组按上述方式联接，构成的供电体系称为三相四线制。三相四线制供电方式显然可以向负载提供两种电压。A+–XuAB+–YuBC+–ZuC星形（Y形）连接：①端线——俗称火线，是从3个电压源的正极端A、B、C向外引出的三条线。②中性点——将三相电源的负极端X、Y、Z连接在一起而形成一个节点，记为N；③中线——从中性点引出的线。当中性点接地时，中线也称为地线或零线。星形连接线电压和相电压之间的关系为：线电压在数量上是相电压的1.732倍。3UU线相生产和生活中，多数用户使用的电压等级是：380V220V-----UU线相、有效值星形电源首、尾端不允许接错，否则上述对称规律不存在，无法正常供电。三相对称电路星形连接的特点：线电流等于相电流！2、三相电源三角形（Δ形）连接的特点ABUBCUCAU三相电源绕组首尾相连组成闭环，在三个连接点处向外引出三根火线，即构成Δ连接。显然，电源绕组Δ接线时有：线电压等于相电压！即：只能向负载提供一种电压。XZYBCAABC负载对称时，相电流、线电流都是对称的，在数量上线电流是相电流的1.732倍。三角形电源首、尾端不允许接错，否则会烧毁电源绕组。3II线相Y0-Y0联结，Y0/Y03、三相对称负载的各种连接方式Δ-Δ联结Δ/ΔY-Δ联结Y/Δ4、民用三相不对称负载必须连成三相四线制NABCIIII中线电流NABCIIII中线电流民用电以照明和单相电动机为主，是三相不对称负载，必须在N‘与N之间连接中线。且中线应线径较粗强度较大，使中线上电阻接近于零。中线上不允许安装开关和熔断器，以保证负载获得对称相电压。否则三相中电阻大的获电压高，电阻小的获电压低，都不能正常工作。民用电接线时，应尽可能均衡负载，使三相负载接近对称。NABCIIII使中线电流尽可能小。电力系统中担负生产和输配电能任务的设备称为一次设备（发电机、变压器、母线、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、高压开关柜、低压开关柜）。一次设备上承受的是高电压、大电流（强电）。一次设备构成的系统称为一次系统。电力系统中担负对一次设备进行监察、测量、控制和保护用的设备称为二次设备。通过电压互感器、电流互感器可将高电压、大电流缩小，然后加在二次设备上。二次设备由电磁器件、电子器件、单片机、仪表等弱电系统构成。二次设备构成的系统称为二次系统（二次回路）。弱电控制强电！！！第二节电气设备简介一、同步发电机（与汽轮机、励磁机同轴）二、电力变压器用户电力变压器大功率高压电源变压器三、母线(汇流排)不分段单母线母线起汇集和分配电能的作用。每一条进、出线回路都组成一个接线单元，每个接线单元都与母线相连。四、断路器（负荷开关）带灭弧装置带自动操动机构SF6断路器的外观图断路器基本结构由开断元件、支撑元件、传动元件、基座及操动机构五个基本部分组成。操动机构箱支撑元件开断元件在其内部传动元件在其内部LW8-40.5型高压SF6断路器断路器的作用断路器的作用是切断和接通有电流的负荷电路，以及切断故障电路，防止事故扩大，保证安全运行。而高压断路器要开断1500V，电流为1500-2000A的电弧，这些电弧可拉长至2m仍然继续燃烧不熄灭。故灭弧是高压断路器必须解决的问题。吹弧熄弧的原理主要是冷却电弧减弱热游离，另一方面通过吹弧拉长电弧加强带电粒子的复合和扩散，同时把弧隙中的带电粒子吹散，迅速恢复介质的绝缘强度。五、隔离开关（不能带负荷切断电流）仅起造成明显断点作用隔离开关的主要功能隔离开关的主要功能是：当断路器断开电路后，由于隔离开关的断开，使有电与无电部分明显隔离，起辅助开关的作用。断路器触头位置在内部看不见，其外部指示器不直观，有时不能保证它的指示与触头的位置相一致，所以有必要用隔离开关把有电、无电部分明显隔开。隔离开关也可用在电压互感器、避雷器等电流很小的设备投入和断开上。断路器与隔离开关的组合断路器可以带负荷（电流）通断，由保护装置、自动装置或人工控制。隔离开关不能带负荷通断，仅在没有电流的情况下，拉开造成明显断点，避免突然来电时线路和设备带电。隔离开关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。隔离开关的作用L1L2QS4QF2QS2QS1L4L3QS3QF1G1G2W图6-1单母线接线QF-断路器；QS-隔离开关；L-线路；W-母线在运行操作时，必须严格遵守下列操作顺序：如对馈线L1送电时，须先合上QS2→合QS3→合QF2；如欲停止对其供电时，须先断开QF2→断QS3→断QS2。注意仔细体会带有接地闸刀的隔离开关必须有连锁机构，以保证先断开主闸刀后，再合上接地闸刀；先断开接地闸刀后，再合上主闸刀的操作顺序。L1L2QS4QF2QS2QS1L4L3QS3QF1G1G2W图6-1单母线接线QF-断路器；QS-隔离开关；L-线路；W-母线接地闸刀主闸刀六、电压互感器（严格按比例将电压缩小到100V）电压互感器JSJW-10型电压互感器外形JCC1-110型电压互感器结构图JDJ—35普通结构的油浸式电压互感器1．干式电压互感器2．普通结构的油浸式电压互感器3．串组式电压互感器单相电压互感器的接线用于仪表、继电器接于三相电路的一个线电压两端上。两个单相电压互感器接成V/V形用于仪表、继电器接于三相三线制电路的各个线电压上，广泛应用于工厂变电所１０kV高压配电装置中。三个单相电压互感器或一个三相双绕组电压互感器接成Y0/Y0形常用于三相三线制和三相四线制线路，同时需要用仪表、继电器测线电压、相电压的情况。高压电流互感器七、电流互感器（严格按比例将电流缩小到5A或1A）低压电流互感器电流互感器的外形图举例1—铭牌2—一次母线穿孔3—铁心(外绕二次绕组,环氧树脂浇注)；4—安装板5—二次接线端子母线式电流互感器电流互感器的接线方式AABCAAABCAAAABCA(a)(b)(c)图5-33电流互感器的接线方式（a）单相接线；（b）完全星形接线；（c）不完全星形接线B相的电流（a）单相接线：测一相电流，用于三相对称电路。（b）完全星形接线：测三相电流，用于不对称或380／220V电路。（c）不完全星形接线：广泛用于小接地短路电流系统。电压互感器TV、电流互感器TA与系统的连接电流互感器电压互感器电气设备还包括高压熔断器、电力电容器、调相机、消弧线圈、并联电抗器、避雷器、避雷针、导线、电缆、绝缘瓷柱、瓷瓶、其他绝缘子、接地装置、杆塔、各种二次设备等等。二次设备：对电气一次设备的工作状况进行监测、控制和保护的辅助性电气设备称为二次设备。如电气仪表，继电器，自动控制设备，信号及控制电缆等。包括：（1）测量表计。（2）继电保护及自动装置。（3）直流设备。(4)控制和信号设备及其控制电缆(5)绝缘监察装置(6)数据采集及通信线路。八、二次系统（回路）简介按功能二次回路可分为断路器控制回路、信号回路、保护回路、监测回路和自动化回路，为保证二次回路的用电，还有相应的操作电源回路等。硅整流直流电源在工厂变配电所应用较广，按断路器的操动机构的要求有电容储能(电磁操动)和电动机储能(弹簧操动)等类型。图示为硅整流电容储能直流系统原理图。二次回路举例硅整流直流操作电源九、配电装置简介根据电气主接线方式，由开关设备、母线装置、保护和测量电器、必要的辅助设备构成，并按照一定技术要求建造而成的特殊电工建筑物。１、配电装置的概念２、配电装置的作用正常运行时接受电能、分配电能。故障情况下迅速切除故障部分，继而恢复运行，对电力系统运行方式的改变以及对线路、设备的操作都在其中进行。室外配电装置室内配电装置第三节电力系统的接线方式星形连接的三相变压器或发电机绕组的公共连接点。电力系统的中性点：中性点的运行方式----接地方式：即与大地的连接关系。一、中性点有效接地系统（直接接地系统）、（大电流接地系统）适用于110kV及以上高压电网，还适用于380/220V低压配电网。二、中性点非有效接地系统（中性点绝缘系统、小电流接地系统）适用于35kV、10kV中压配电网。浮地系统故障65%为单相接地大电流接地系统接地相电源被短接接地电流很大断路器跳闸切出故障停电小电流接地系统不发生电源被短接带负荷运行转移负荷、处理故障可靠性高但小电流接地系统单相接地绝缘投资加大成本升高电压越高，绝缘费用在电力设备造价中的比重越大非故障相电压升高至线电压中性点不同接地方式的比较大电流接地方式优点(1)快速切除故障，安全性能好；(2)经济性好。缺点系统供电可靠性差。小电流接地方式优点(1)供电可靠性高；(2)不易造成或轻微造成人身和设备安全事故。缺点(1)经济性差；(2)谐振过电压幅值过大，危及绝缘。