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高压类理论部分－－－2012版第四章高压电器及成套配电装置常州刘国钧高等职业技术学校汪建义第四章高压电器及成套配电装置大纲要求：1.掌握高压断路器、高压隔离开关、负荷开关、高压熔断器、电容器、成套配电装置的用途、结构特点，技术性能及维护管理。2.熟悉高压开关电器中电弧的产生及灭弧原理。3.熟悉高压接触器的工作原理、成套配套装置的特点。4.了解电器的型号、分类和操动机构。5.了解环网供电的目的和环网柜的基本要求6.了解中、低压箱式变电站的特点和适用范围。第四章高压电器及成套配电装置●本章节高压电器适用电压为3KV-----35KV●高压电器在高压线路传输、分配电能过程中起控制、保护作用。●高压电器的安全、可靠运行对电力系统极其作用。第一节开关电器中的电弧一、开关电器中电弧的产生与熄灭1.开关电器切断电路时，当加在触头间的电压大于触头击穿电压时，将产生电弧。2.电弧电流的本质是离子导电。离子在电场力作用下形成电流。3.电弧是导体，电弧在未熄灭时，电路仍未断开。4.在交流电路中，电弧随正弦变化过零时，电弧暂时熄灭，在下半周当触头间恢复电压大于触头间击穿电压时，电弧重燃，反之则电弧彻底熄灭。第一节开关电器中的电弧5.触头间的击穿电压与触头间的温度、离子浓度和距离（即电弧长度）有关。当温度低、离子浓度低、距离长即击穿电压高，也就是不易被击穿。6.触头间恢复电压与电路电源电压、负载性质、电弧暂时熄灭前的变化速率有关。电路为电阻性时恢复电压只与电源电压的关，有利于灭弧。电路中为感性负载时，产生很大的感生电动势不利于灭弧。第一节开关电器中的电弧二、开关灭弧方法1.气体吹动灭弧利用低温气体吹动电弧，使之降温带走带电质子，提高弧隙击穿电压。气吹根据电弧流动方向不同分纵吹和横吹二种横吹灭弧效果好于纵吹。第一节开关电器中的电弧2.拉长电弧提高触头间电弧的分离速度，使电弧加长，电弧表面积加大从而提高触头间的击穿电压，加速灭弧。3.与固体介质接触电弧与固体介质（石英砂），接触迅速使电弧冷却，电弧在固体介质表面凝结，大量减少带电粒子，加速灭弧。第二节高压断路器一、高压断路器的用途、类型、主要技术参数1.高压断路器的用途在高压电路中起控制（接通或断开）作用。是重要电气设备与继电装置配合能迅速切断故障电路能可靠接通短路电流－－即能通短路电流。2.高压断路器类型按安装地点分成户内（N）和户外(W)型按灭弧介质分油断路器、真空断路器和六氟化硫（SF6）第二节高压断路器⑴油断路器多油断路器采用变压器油作灭弧和绝缘介质少油断路器●多油断路器－－作为主绝缘及带电部分与外壳的绝缘特点：用油量多、金属耗材多、易发生火灾或爆炸，体积大，耐用。价格低。但加工工艺要求不高。目前仅用于35KV中户外型。●少油断路器油作灭弧介质，与接地的绝缘靠瓷瓶或其它有机绝缘材料特点：用油量少、耗材少、价格低、需要定期检修。目前在配电系统中很少使用。第二节高压断路器⑵真空断路器绝缘介质－－真空（气压1.33×10-3Pa）⑶SF6断路器SF6气体的灭弧能力是空气的100倍，绝缘能力是空气的2.33倍特点：不自燃。体积小，使用寿命长，但结构复杂，制造工艺要求高3.高压断路器的主要参数额定电压－－断路器正常工作时所能承受的电压等级。它决定了断路器的绝缘水平。指线电压常用电压等级有3/10/20/35/60/110KV国家规定了对应的最高工作电压为3.6/12/24/40.5/72/126KV第二节高压断路器(2).额定电流指在规定环温下（40℃），断路器长期允许通过的最大工作电流当温度升高时，则额定电流相应下降。常用额定电流等级有200/400/630/1000/1250/1600/2000A(3)额定开断电流指在额定电压下断路器能可靠开断的最大短路电流反映灭弧能力的参数第二节高压断路器(4)关合电流表明在合闸前若存在短路，会产生短路电动力和热量，会造成机械损伤或熔焊，反映能通过的最大短路电流4.断路器型号及含义例：ZN4-10/630第二节高压断路器二、真空断路器1.特点：价高、体积小、重量轻、噪声小无可燃物，维护量小2.适用于3-35KV电路中3.断路器结构如图P107⑴真空灭弧室－－真空断路器的关键部件陶瓷－－高氧化铝材质，机械强高，真空灭弧室外壳不易与金属封接玻璃－－易加工、易与金属封接，机械强度差第二节高压断路器⑵真空灭弧室按用途可分断路器用真空灭弧室负荷开关用真空灭弧室接触器用真空灭弧室特殊用途真空灭弧室⑶波纹管●特殊部件－－保证真空度，断路器触头直线运动时保证灭弧室的真空度●采用0.12—0.14mm的铬镍钛不锈钢材料焊接而成●断路器中动静触头间距为10—15mm●波纹管为断路器的易损件，它决定断路器的机械寿命第二节高压断路器●触头结构及材料对灭弧性能影响大，要求：材料具有导电性好、耐弧性强、含气量低、导热性好、机械强度高、加工方便●触头材料常用铜铬合金或铜合金●触头形状为圆盘形、横向磁场触头、纵向磁场触头●波纹管可伸缩距离决定了动触片的运动范围⑷屏蔽筒在真空室内用无氧铜、不锈钢制成的圆筒，作用－－减轻喷弧对真空内壁的污染；提高绝缘强度；改善内部电场分布，以缩小体积；吸收电弧的热能，提高开断能力第二节高压断路器⑸导向套绝缘材料制成，保证导电杆作直线运动；另外防止导电回路的电流分流至波纹管上影响断路器寿命4.真空灭弧原理在触头断开时，触头间的金属蒸气产生电弧，当电弧过零时，电弧暂时熄灭，间隙恢复真空而灭弧。触头间介质击穿电压大于恢复电压，电弧熄灭，否则电弧重燃。第二节高压断路器⑴小电流真空电弧的熄弧原理小电流真空电弧属扩散型电弧。一般采用圆盘形触头。触头表面仅有阴极斑点无阳极斑点。产生的金属蒸气浓度低通过散热灭弧。⑵大电流真空电弧的熄弧原理大电流真空电弧是集聚型真空电弧。在触头表面产生阳极斑点。导致电极严重溶化，产生大量蒸气。在触头间增加横向或纵向磁场，对电弧进行横吹或纵吹灭弧。第二节高压断路器5.ZN28—10真空断路器●型号的含义－－10KV真空户内断路器●断路器的种类见P111，其区别在于：额定电流、额定开断电流、外形尺寸、布置方式、和操作机构的不同6.ZN82—40.5/M型真空断路器●结构由真空灭弧室、操作机构、支撑部分组成●M表示采用永磁操作机构。维护简单●价格相对较低，在35KV中广泛使用第二节高压断路器三、SF6断路器●SF6作为绝缘介质和来弧介质●灭弧能力强，开断电流大，在35KV及以上电压等级应用●灭弧压气方式分：双压气和单压气灭弧室●吹弧方式分：双吹、单吹、外吹式●触头运动形式：变开距和定开距灭弧室●按气体能量取得方式分：压气式和自能式1.SF6气体性质●绝缘强度是空气的2.33倍；灭弧能力是空气的100倍●使用年限可达20年，使用寿命长。●气体与水化合在电弧作用下会化解成酸－－氟化亚硫酸、氢氟酸和二氟化铜，具有强酸和毒性。SF6断路器要有压力监视和净化系统要控制内部含水量，一是会降低绝缘性；二是会引起设备故障要有气体检漏和回收装置，严禁向大气中排放SF6第二节高压断路器2.SF6断路器的特点⑴优点●动静触头的断口距离耐压高●允许的开断次数多，检修周期长●开断电流大，灭弧时间短●操作时噪音小，寿命长20年⑵缺点●在电弧作用下，SF6气体会分解低氟化合物气体有毒●在断路器中与水会生成氢氟酸等强酸腐蚀材料，并在绝缘件表面结露降低绝缘第二节高压断路器●SF6在高温下与铜、钨生成粉末影响皮肤过敏●SF6气体密度比空气重，会聚集在电缆沟底，易造成维修人员窒息●SF6断路器不仅制造工艺高，还须加装吸附有毒气体和回收装置（3）SF6断路器的灭弧原理支柱式－－在6KV及以上高●SF6断路器在结构上分压电路中使用罐式－－重心低、结构稳固，抗震性好，用于多地震、污染重，第二节高压断路器四、断路器操作机构●控制断路器的分闸、合闸并维持合闸位置1.作用与要求●足够的操作功－－保证合闸速度●较高的可靠性－－要求机构动作快、不拒动、不误动●动作迅速●具有自由脱扣装置－－保证在合闸过程中，继电保护动作时能迅速跳闸第二节高压断路器2.操作机构的分类①手动操作机构②电磁操动机构－－结构简单、价低、加工工艺要求低、可靠性高，缺点是操作需大功率，所以要配以大容量的直流合闸电源。机构笨重、耗材多，有被弹簧储能机构替代的趋势③永磁操动机构－－由分合闸线圈产生磁场与永磁体磁场叠加来完成分合闸操作机构永磁操动机构具有结构简单、可靠性高、机械寿命长、耐磨损、免维护。电源可用大功率直流电或小功率交流电（一般为5A以下）永磁机构常与真空和SF6断路器配套永磁操动机构电源由储能电容和直流电源提供第二节高压断路器第二节高压断路器④电动弹簧储能操作机构－－利用弹簧储能张力合闸●优点：对电源要求不高，可用交流或直流；要求电源容量小●缺点：操作机构复杂、加工工艺要求高，机件强度高、安装调试困难。⑤液压操动机构－－用液压油作传递介质●优点：体积小、操作功大、动作平稳、无噪音、速度高、不需要大功率电源●缺点：结构复杂、加工工艺要求高、动作速度受温度影响大，价高、维护量大第二节高压断路器3.操作机构型号含义5.断路器运行维护⑴断路器投入运行要求：●新安装或大修后的断路器，投入前要验收合格才能施加运行电压●新安装的断路器验收项目按《电气装置安装工程及施工验收规范》有关规定要求执行⑵断路器正常运行巡视检查●投入运行或处于备用状态（热备用和冷备用）的高压断路器须定期进行巡视检查，有人值班的变电所由当班值班人员巡视；无人变电所按计划定期巡视检查第二节高压断路器●巡视检查周期有人值班的变电所和升压变电所每天巡视不小于一次无人值班的变电所由当地按具体情况定，每月不少于二次⑶对运行断路器的一般要求●断路器应有标出基本参数等内容的铭牌。经增容改造后应修改铭牌相应内容。断路器技术参数须满足装设地点运行工况●断路器的分、合闸指示要易于观察并指示正确●断路器接地金属外壳应有明显接地标志，接地螺栓不小于M12第二节高压断路器第二节高压断路器●断路器接线板的连接处或其他地方应有监视运行温度的措施，如示温蜡片●每台断路器应有运行编号和名称●断路器外露的带电部分应有明显的相位漆标识⑷油断路器的巡视检查●油断路器的分、合闸位置指示正确，并应与实际的运行工况相符●油断路器不过热。－－少油断路器示温蜡片不熔化；变色漆不变色，内部无异常声响●油断路器的油位在正常允许的范围之内，油色透明无碳黑悬浮物●无渗漏油痕迹，放油阀门关闭紧密●套管、瓷瓶无裂痕，无放电声和电晕放电●引线的连接部位接触良好，无过热●排气装置完好，畅通●接地完好●断路器环境好，通风。第二节高压断路器第二节高压断路器⑸SF6断路器的巡视检查●每天定时记录SF6气体压力和温度●无异常声－－漏气声、振动声、●无异味●套管无裂纹，无放电声和电晕●引线连接部分无过热、引线驰度适中●断路器分合闸位置正确●接地完好●断路器附近无杂物●手车式断路器绝缘外壳完好无损、无放电痕迹第二节高压断路器⑹真空断路器巡视检查●分合闸指示正确，●支持绝缘子无裂痕及放电声、●真空灭弧室无异常●接地完好●引线无过热，驰度适中●手车式断路器绝缘外壳完好无损，无放电痕迹⑺弹簧机构特殊巡视●机构箱门平整，关闭紧密●断路器处于运行态时，储能电动机的电源隔离开关应在闭合位置●加热器正常完好⑻断路器的特殊巡视●新投入运行后，应相对缩短巡视周期，投入72小时后转入正常巡视●变配电所应根据设备具体情况安排夜间巡视；夜间巡视要在无月亮和闭灯时进行●在气温突变和高温季节应加强巡视检查●雷雨季节雷电活动后进行巡视检查●有重要活动或高峰负荷期间应加强巡视检查●断路器发生故障或事故经检修恢复送电后应进行特殊巡视第二节高压断路器⑼断路器日常维护●不带电部分的定期清扫●配合其它设备的停电机会，进行转动部位检查，清扫瓷瓶积存的污垢及处理缺陷●按规定加注润滑油●按规定补充油或放油●检查合闸电源熔丝是否正常，核对容量是否相符，当使用电磁操作机构时应同时检查接触器工作熔丝和合闸线圈直流回路熔丝第二节高压断路器⑽断路器的合闸操作●断路器恢复送电，操作前检查保证人身