第四章电器电线电缆及其选择

第四章电器、电线电缆及其选择第一节概述第二节开关电器的灭弧原理（难点）第三节高压电器（重点）第四节低压电器（重点）第五节互感器（重点）第六节电线电缆（重点）第七节低压保护电器的选择（重点/难点）第一节概述一、电器的作用通断：保护：变换：控制：调节：按供电系统工作要求来改变电压或电流；按供电系统工作要求来接通或断开一次电路；用来对供电系统进行过电流和过电压等的保护；调节供电系统的电压和功率因数等参数。控制电路和控制系统的通断；电器是指能够根据外界施加的信号和要求，自动或手动地接通和断开电路，断续或连续地改变电路参数，以实现对电路或非电量对象的变换、检测、控制、保护、调节和传递信息用的电气器具。续上页二、供电系统对电器的共同性要求安全可靠的绝缘高可靠、高性能、小型化模块化和组合化电子化和智能化必要的载流能力较高的通断能力良好的机械性能必要的电气寿命完善的保护性能三、电器的发展趋势表征参数有额定电压、最高工作电压、工频试验电压和冲击试验电压等。表征参数有额定电流、额定短时耐受电流和额定峰值耐受电流等。表征参数有额定开断电流和额定关合电流等。表征参数有机械寿命等。表征参数有电气寿命等。满足选择性、可靠性、速动性、灵敏性等要求。第二节开关电器的灭弧原理一、电弧的产生和熄灭机理根本原因:触头本身及周围介质中含有大量可被游离的电子。游离方式：热电发射、高电场发射、碰撞游离、高温游离。熄灭机理：去游离率大于游离率。二、交流电弧的特性与熄灭交流电弧每一个周期要暂时熄灭两次。电弧熄灭瞬间，弧隙温度骤降，热游离中止，去游离(主要为复合)大大增强。三、现代开关电器中的灭弧方法迅速拉长和冷却电弧、利用外力吹弧、将长弧分短、利用狭缝灭弧、采用真空灭弧或六氟化硫（SF6）气体灭弧等。去游离方式：复合、扩散功能：不仅能通断正常负荷电流，而且能接通和承受一定时间的短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除故障。第三节高压电器弹簧操动机构电磁操动机构永磁操动机构操动机构(按合闸所需能量分)类型(按灭弧介质分)油断路器SF6断路器真空断路器一、高压断路器QF符号结构：触头装置、灭弧室、基座框架、传动机构（配操动机构）以油作为灭弧介质已逐步淘汰以SF6气体作绝缘介质和灭弧介质，可频繁操作利用“真空”作绝缘和灭弧介质，可频繁操作交流或直流操作电源，合闸所需能量小直流操作电源，合闸所需能量大直流操作电源，合闸所需能量小功能：主要对高压线路及电气设备进行短路保护，有的也具有过负荷保护功能。二、其他高压电器（一）高压熔断器FU符号保护特性：也称时间--电流特性结构：金属熔体、熔体支持件、熔管及灭弧材料。限流特性：在短路电流尚未达到冲击值之前就切断电路熔断器时间电流特性OIr1ItIr2具有反时限特点熔体熔断过程：（1）从熔体中出现短路(或过载)电流起到熔体熔断；（2）从熔体熔断到产生电弧；（3）从电弧产生到电弧熄灭。功能：主要用来隔离高压电源以保证其他设备的安全检修。它没有专门的灭弧装置，因此不允许带负荷操作。但它可以用来通断一定的小电流电路等。续上页（二）高压隔离开关QS符号结构：触头装置、绝缘瓷瓶、底座及传动机构等。高压隔离开关一般采用手力操动机构。功能：能通断一定的负荷电流和过负荷电流，但不能断开短路电流，因此它一般与高压熔断器串联使用，借助熔断器来切除短路故障。QL符号（三）高压负荷开关结构：主要有产气式、压气式、真空式和SF6式等结构类型。操动机构有手动和电动储能弹簧机构等形式。续上页QFS符号（四）高压负荷开关－限流熔断器组合电器功能：兼有负荷开关与限流熔断器的双重功能。转移电流——当小于该值时，首相电流由熔断器开断，而后两相电流就由负荷开关开断。交接电流——小于这一电流时，熔断器把开断电流的任务交给带脱扣器触发的负荷开关承担。组合电器对负荷开关提出了转移电流与交接电流的要求：封闭式组合电器（以下简称GIS）是将断路器、隔离开关、接地开关、电流和电压互感器、避雷器和连接母线等封闭在金属壳体内，充以具有优异灭弧和绝缘性能的SF6气体，作为相间和对地的绝缘。三、SF6封闭式组合电器占地面积小；占用空间少；不受外界环境条件的影响；不产生噪声和无线电干扰；运行安全可靠；维护工作量少。优点：开关柜是金属封闭开关设备的俗称，是按一定的电路方案将有关电气设备组装在一个封闭的金属外壳内的成套配电装置。四、高压开关柜落地式：中置式：中压断路器的置放绝缘类型空气绝缘金属封闭开关柜SF6气体绝缘金属封闭开关设备(充气柜)用户变配电所采用高压开关柜组合成高压配电系统。结构类型铠装式：间隔式：箱式：各室间用金属板隔离且接地，如KYN型和KGN型。各室间是用一个或多个非金属板隔离，如JYN型。具有金属外壳，但间隔数目少，如XGN型。断路器手车本身落地，推入柜内；手车装于开关柜中部，装卸需要装载车。五、高压电器的选择与校验（一）选择校验项目及条件必须满足供电系统正常工作条件下和短路故障条件下工作要求，同时电气设备应工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。1.按正常工作条件选择考虑电气设备的环境条件和电气要求。环境条件是指电气设备的使用场所、环境温度，海拔高度以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求，据此选择电气设备结构类型。电气要求是指电气设备在电压电流、频率等方面的要求，即N.etNN.etcUUII电气设备的额定电压线路的额定电压电气设备的额定电流线路最大持续工作电流续上页对一些开断电流的电器，如熔断器、断路器和负荷开关等，则要求其最大开断电流应不小于它可能开断的最大电流。1）对断路器，其最大开断电流应不小于它可能开断的线路最大短路电流。即(3)ock.maxII2）对负荷开关，其最大开断电流应不小于它可能开断的线路最大负荷电流。即ocL.maxII3）对熔断器，其最大开断电流应不小于它可能开断的线路最大短路电流。即(3)ocshII（对非限流型熔断器）(3)ock.maxII（对限流型熔断器）按短路故障条件校验，就是要按最大可能的短路故障时的力稳定性和热稳定性进行校验。2.按短路故障条件校验续上页主要是按环境条件选择结构类型，按正常工作条件选择额定电压、额定电流并校验开断能力，按短路故障条件校验动稳定性和热稳定性，并同时选择其操动机构和操作电源。例4-1试选择某10kV高压配电所进线侧的高压户内真空断路器的型号规格。已知该进线的计算电流为295A，配电所母线的三相短路电流周期分量有效值为3.2kA，继电保护的动作时间为1.1s。解：初步选VS1-12/630-16型进行校验，如表所示，所选正确。(3)kI(3)shi2imaIt序号安装地点的电气条件VS1-12/630-16型断路器项目数据项目数据结论1UN10kVUN.QF12kV合格2Ic295AIN.QF630A合格33.2kAIoc16kA合格42.55×3.2kA=8.16kAimax40kA合格5(3.2kA)2×(1.1+0.1)s=12.3kA2·s(16kA)2×4s=1024kA2·s合格2tIt（二）高压断路器的选择与校验续上页主要是按环境条件选择结构类型，按正常工作条件选择额定电压、额定电流并校验开断能力。高压熔断器的额定电流应不小于它所安装的熔体电流。IN≥In熔体电流的选择应满足下列条件：1）保护高压线路In=1.1～1.3Ic2）保护电力变压器的熔断器的熔体电流(考虑到变压器的正常过负荷电流、励磁涌流及低压侧电动机自起动引起的尖峰电流等因素)In=1.5～2.0I1NT3）保护电压互感器In=0.5A（三）高压熔断器的选择与校验功能：它既能带负荷通断电路，又能在失压、短路和过负荷时自动跳闸，其功能类似于高压断路器。第四节低压电器一、低压断路器结构触头系统（主触头及辅助触点）灭弧装置脱扣器自由脱扣机构及操作机构（手柄、电磁铁、电动机操作）热—电磁式电子式智能式用途：配电用、电动机保护用、照明用、漏电保护用。QF符号配电用断路器类型：塑壳式断路器和框架式断路器。续上页保护特性曲线：Ir1、Ir2、Ir3分别为过电流脱扣器长延时、短延时、瞬时动作电流的整定值。长延时瞬时toIIr3Ir1a)非选择型IIton2长延时Itoff短延时2toIr2Ir1b)选择型两段式作过负荷保护作短路保护作短路保护作过负荷保护续上页保护特性曲线（续）：Ir4为接地保护动作电流的整定值短延时长延时toff2ItonI2瞬时ItoIr2Ir1c)选择型三段式Ir3I长延时I2toff瞬时2Iton短延时短延时接地toIr2Ir1d)选择型四段式Ir3Ir4作过负荷保护作短路保护万能式断路器（又称框架式断路器）结构特征：一般有一个有绝缘衬垫的钢制框架，所有部件均安装在这个框架底座内。续上页用途：主要安装在低压配电柜中作为进线开关、母联开关和大电流出线开关，用于控制和保护低压配电网络。塑壳式断路器（原称装置式断路器）结构特征：有一个采用聚酯绝缘材料模压而成的外壳，所有部件都装在这个封闭外壳中，仅在壳盖中央露出操作手柄。用途：通常装设在低压配电柜（箱）之中，作为配电线路或电动机回路的控制与保护开关。模数化微型断路器模数化微型断路器是组成终端组合电器的主要元件。tI0Ir熔断器时间电流特性二、其他低压电器（一）低压熔断器结构类型刀形触头，如NT、RT16、RT17系列螺栓连接式，如RT12、RT15系列螺旋式，如RL6、RL7系列圆筒帽式，如RT14、RT30系列等FU符号功能：主要对低压线路及电气设备进行短路保护，有的也具有过负荷保护功能。结构：金属熔体、熔体支持件、熔管及灭弧材料。保护特性：具有反时限特点。分断范围：（1）g类——全范围分断（2）a类——部分范围分断功能：主要用来隔离低压电源。续上页（二）低压隔离电器、隔离开关结构：触头装置、绝缘子、底座及传动机构等。低压隔离开关一般采用手力操动机构。（三）低压熔断器组合电器熔断器组合电器包括：开关熔断器组（俗称负荷开关）隔离器熔断器组熔断器式开关（俗称刀熔开关）熔断器式隔离器功能：具有隔离电器（开关）与熔断器的双重功能。QS符号QFS符号终端组合电器是一种安装终端电器(微型低压断路器、插座、开关等)的装置，对用电电器和设备进行配电、控制，对线路过载、短路和漏电起保护作用。常用终端组合电器为PZ30型。续上页（四）终端组合电器功能：用于供电系统的主电源与备用电源的自动转换或两台负载设备的自动转换。类型断路器转换型ATS负荷开关转换型ATS（五）自动转换开关电器ATS由一个或多个低压开关设备和相应的控制、测量、信号、保护、调节等电气元件或设备，以及所有内部的电气、机械的相互连接和结构部件组装成的一种组合体，称为低压成套开关设备。三、低压开关柜结构类型（按开关安装方式分）固定式结构简单、价格便宜抽屉式操作安全、易于检修及维护、更换故障开关容易插拔式仅主要元件（断路器）采用抽出式或插入式安装组合式小开关用抽屉式、大开关用插拔式1、抽出式低压开关柜主要有GCL(K)、GCS、MNS型等可用作动力中心(PC)和电动机控制中心(MCC)。2、固定分隔式开关柜有GLL(K)型等。3、固定式开关柜有GGD、JK型等。用户变配电所采用低压开关柜组合成低压配电系统。四、低压电器的选择与校验1.按正常工作条件选择1）考虑所选择设备的工作环境。如户内、户外、环境温度，海拔高度以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求，以及沿海或是温热地域的特点。2）电器的额定电压应不低于所在线路的额定电压。3）电器的额定电流应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流。4）保护电器还应按保护特性选择。2.按短路条件校验1）可能通过短路电流的电器(如刀开关、熔断器式开关)，应满足在短路条件下短时和峰值耐受电流的要求。2）断开短路电流的保护电器(如熔断器、低压断路器)，应满足在短路条件下分断能力的要求。第五节互感器结构原理：一次绕组串联在主电路中或直接利用一次母线；二次绕组所接仪表、继电器均串联。用来使仪表、继电器等二次设备与主电路绝缘用来扩大仪表、继电器等二次设备的应用范围功能一、电流互感