变电所的一次系统.ppt
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1、河北科技大学电气信息学院,2,2023/5/31,第5章 变电所的一次系统,5.1 电气设备概述5.2 高低压开关电器5.3 高低压保护电器和限流电器 5.4 电力变压器 5.5 互感器5.6 高低压成套配电装置5.7 电气主接线5.8 电气设备的选择5.9 变电所的总体布置,河北科技大学电气信息学院,3,2023/5/31,5.1 电气设备概述,一次系统(一次回路):,二次系统(二次回路):,担负电能的输送和分配任务的系统。,对一次系统进行监视、控制、测量和保护作用的系统。,一次系统中的所有电气设备,称为一次设备。,二次系统中的所有电气设备,称为二次设备。,河北科技大学电气信息学院,4,20
2、23/5/31,一次设备按其功能可分为以下几类:,变换设备:如电力变压器、电流互感器、电压互感器等。开关设备:如断路器、隔离开关、负荷开关等。保护设备:如熔路器、避雷器、电抗器等。无功补偿设备:如电力电容器、静止补偿器等。成套配电装置:如高压开关柜、低压配电屏等。,河北科技大学电气信息学院,5,2023/5/31,一、开关电器的灭弧原理,1电弧的产生:是触头间中性质点被游离的结果。,高电场发射热电发射碰撞游离热游离,产生电弧的游离方式有:,5.2 高低压开关电器,2电弧的熄灭,电弧熄灭的条件:使触头间电弧中的去游离率大于游离率,即使离子消失的速度大于离子产生的速度。,河北科技大学电气信息学院,
3、6,2023/5/31,去游离的主要方式有:,复合:指正、负带电质点重新结合为中性质点。扩散:指电弧中的带电质点向周围介质扩散开去。,3交流电弧的特性与熄灭,交流电弧的特性,图5-1 交流电弧的伏安特性及电弧电流、电压波形a)伏安特性 b)电流、电压波形图,河北科技大学电气信息学院,7,2023/5/31,如果暂态恢复电压高于弧隙介质强度,将发生弧隙击穿,电弧将会重燃;称为电击穿,如果暂态恢复电压低于弧隙介质强度,电弧就不会重燃,电路开断成功。,交流电弧过零后,弧隙中同时存在着两个对立的过程:,交流电弧的熄灭,弧隙介质强度的恢复过程:弧隙的绝缘能力由熄弧后的较低值逐渐向正常值恢复的过程,取决于
4、灭弧介质和灭弧装置的结构;弧隙电压的恢复过程:弧隙电压从熄弧电压经电磁振荡逐渐恢复到电源电压的过程,取决于电路参数和负荷性质。,河北科技大学电气信息学院,8,2023/5/31,4开关电器中常用的灭弧方法,速拉灭弧法;冷却灭弧法;吹弧灭弧法(图5-2);,图5-2 吹弧方式a)横吹 b)纵吹1电弧 2触头,河北科技大学电气信息学院,9,2023/5/31,长弧切短灭弧法(图5-3);粗弧分细灭弧法;狭缝灭弧法(图5-4);采用多断口灭弧;采用新型介质(SF6、真空)灭弧。,图5-3 长弧切短灭弧原理,图5-4 狭缝灭弧原理,河北科技大学电气信息学院,10,2023/5/31,二、高压断路器,1
5、.高压断路器的用途和基本结构,2.对高压断路器的基本要求,绝缘应安全可靠;有足够的动稳定性和热稳定性;有足够的开断能力;动作速度快,熄弧时间短。,用途:不仅能通断正常负荷电流,而且能通断一定的短路电流,并能在保护装置作用下自动跳闸,切除短路故障。结构:开断元件、支撑元件、传动元件、基座及操动机构 结构特点:具有相当完善的灭弧结构。,河北科技大学电气信息学院,11,2023/5/31,3.高压断路器的类型,油断路器,图5-5 SN1010型高压少油断路器,图5-5 是SN10-10型少油断路器的外形结构图。,少油断路器优点:用油量少、体积小、重量轻、节约油和钢材、占地面积小。用于635kV配电装
6、置中。,多油断路器:油既作为灭弧介质,又作绝缘介质 少油断路器:油只作为灭弧介质,河北科技大学电气信息学院,12,2023/5/31,六氟化硫(SF6)断路器:,按灭弧室结构分:双压式和单压式,按对地绝缘方式分:落地罐式和瓷柱式,图5-6为LW36-126型SF6断路器的外形结构。其它型号的外形结构,图5-6 LW36-126型SF6断路器,优点:断流能力强、灭弧速度快、电绝缘性能好、检修周期长、没有燃烧爆炸危险等。缺点:要求加工精度高,密封性能好,价格较昂贵。,河北科技大学电气信息学院,13,2023/5/31,真空断路器:,利用真空作为灭弧介质和绝缘介质的,其触头装在真空灭弧室内。图5-7
7、为真空断路器灭弧室的结构。,图5-7 真空断路器的灭弧室结构1静触头 2动触头 3屏蔽罩 4波纹管 5导电杆 6外壳,目前,国际上真空断路器的设计、制造单位主要是德国西门子公司和ABB公司两大派别。西门子公司的代表产品有3AF、3AG及3AH等;ABB公司的代表产品有VD4。,河北科技大学电气信息学院,14,2023/5/31,引进技术并国产化的产品,如ZN12-12、ZN18-12、ZN21-12、ZN67-12分别是引进西门子3AF、日本东芝公司VK、比利时EIB公司产品和日本三菱电机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
8、的VD4和西门子的3AH。自行设计的产品,如ZN15-12、ZN28-12、ZN30-12等。,国内生产的真空断路器归纳起来大致可分为三类:,图5-8和图5-9分别为ZN28A-12型户内式和ZW32-12型户外式真空断路器的外形结构。其它型号的外形结构,河北科技大学电气信息学院,15,2023/5/31,图5-11 ZN28A-12型真空断路器,图5-12 ZW32-12型户外高压真空断路,优点:体积小、重量轻、动作快、寿命长、操作噪声小、安全可靠、便于维护。缺点:价格较贵。,河北科技大学电气信息学院,16,2023/5/31,高压断路器的型号:,河北科技大学电气信息学院,17,2023/5
9、/31,4.断路器的操作机构,说明:断路器合闸时,操作机构必须克服断路器开断弹簧的阻力和可动部分的重量及摩擦阻力等,所以合闸操作需做的功很大;断路器跳闸时,只要将维持机构的脱扣器释放打开,在跳闸弹簧的作用下可迅速跳闸,所以跳闸操作所需做的功很小。,手动式(CS型)直流电磁式(CD型)弹簧储能式(CT型),操作机构是指用以进行断路器合闸、保持合闸位置和跳闸的设备,每种操作机构均包括合闸机构、跳闸机构和维持机构三部分。,能手动跳、合闸和远距离跳闸,不能远距离合闸,操作电源为交流。,能手动和远距离跳合闸,便于实现自动化,结构简单,零件数量少,工作可靠,制造成本低,但需直流操作电源,且合闸功率大。,能
10、手动和远距离跳合闸,结构复杂,零件数量多,且要求加工精度高,制造工艺复杂,成本高,但可用交流操作电源,还可实现一次重合闸。,河北科技大学电气信息学院,18,2023/5/31,5.高压断路器的基本参数,额定电压UN:指断路器长期正常工作所能承受的电压。,额定电流IN:指断路器允许长期通过的最大工作电流。,额定开断电流IN.oc:指断路器在额定电压下能够正常开断的最大短路电流,它表征断路器的开断能力。,额定开断容量SN.oc:指断路器额定电压和额定开断电流的乘积,即,说明:如果断路器的实际运行电压U低于额定电压 UN而额定开断电流不变,此时的开断容量应修正为:,河北科技大学电气信息学院,19,2
11、023/5/31,热稳定电流 Its:表征断路器承受短路电流热效应的能力。,动稳定电流 imax:表征断路器承受短路电流力效应的能力。,分闸时间:指断路器从得到分闸命令起,到三相电弧完全熄灭为止的一段时间,它包括断路器的固有分闸时间和燃弧时间两部分。,合闸时间:指断路器从接到合闸命令起,到三相触头刚接触为止的一段时间。,固有分闸时间:指断路器从得到分闸命令起,到主触头刚分离的一段时间;燃弧时间:指从主触头分离到三相电弧完全熄灭的一段时间。,河北科技大学电气信息学院,20,2023/5/31,三、高压隔离开关(俗称刀闸),1.隔离开关的用途,结构特点:没有灭弧装置。,隔离电压:隔离开关断开后在电
12、路中可以造成一明显可见的断开点,建立可靠的绝缘间隙,保证检修人员的安全。倒闸操作:合闸时,先合上隔离开关,后合上断路器;跳闸时,先断开断路器,后断开隔离开关。分、合小电流:可以接通或断开电流较小的回路(如电压互感器、避雷器、空载母线、励磁电流不超过2A的空载变压器、电容电流不超过5A的空载线路等)。,河北科技大学电气信息学院,21,2023/5/31,2.高压隔离开关的类型,按安装地点分:户内式和户外式;按绝缘支柱的数目分:单柱式、双柱式和三柱式;按刀闸的运行方式分:水平旋转式、垂直旋转式、摆动式和插入式;按有无接地刀闸分:单接地刀闸、双接地刀闸和无接地刀闸。,河北科技大学电气信息学院,22,
13、2023/5/31,户内式隔离开关,图5-10为GN8-10型户内隔离开关的外形结构。,图5-10 GN8-10型隔离开关1上接线端子 2静触头 3闸刀 4套管绝缘子 5下接线端子6框架 7转轴 8拐臂 9升降绝缘子 10支持绝缘子,河北科技大学电气信息学院,23,2023/5/31,户外式隔离开关,图5-11为GW4-110型双柱式户外隔离开关的外形结构。,图5-11 GW4-110型双柱式隔离开关1接线座 2主触头 3接地刀闸触头 4支柱绝缘子 5主闸刀传动轴 6接地刀闸传动轴 7轴承座 8接地刀闸 9交叉连杆,河北科技大学电气信息学院,24,2023/5/31,图5-12为GW5-110
14、D型V形户外隔离开关的外形结构。,图5-12 GW5-110D型V形双柱式隔离开关1主闸刀底座 2接地静触头 3出线座 4导电带 5绝缘子 6轴承座 7伞齿轮 8接地刀闸,河北科技大学电气信息学院,25,2023/5/31,隔离开关的操作机构:手动式、电动式和气动式,隔离开关的型号:,河北科技大学电气信息学院,26,2023/5/31,四、高压负荷开关,结构特点:有简单的灭弧装置。,功能:可以接通或断开正常的负荷电流,但不能切断短路电流;多与高压熔断器配合使用。有明显的断开点,具有隔离开关的作用。,负荷开关的分类:,按安装地点分:户内式和户外式;按灭弧介质不同分:压气式、产气式、真空式、SF6
15、负荷开关;,河北科技大学电气信息学院,27,2023/5/31,负荷开关的型号:,河北科技大学电气信息学院,28,2023/5/31,图5-13和图5-14分别为ZFN-10型户内高压真空负荷开关和ZFN-10R型高压真空负荷开关-熔断器组合电器的外形结构。,图5-13 ZFN-10型高压真空负荷开关,图5-14 ZFN-10R型高压真空负荷开关,其它真空负荷开关的外形结构如图所示。,河北科技大学电气信息学院,29,2023/5/31,五、低压开关,1低压刀开关,按极数分:有单极、双极和三极三种;按用途分:有单投和双投两种;,按操作方式分:直接手柄操作和连杆操作两种;按灭弧结构分,有不带灭弧罩
16、和带灭弧罩两种。,低压刀开关的分类,说明:不带灭弧罩的刀开关只能在无负荷下操作,可作低压隔离开关使用;带灭弧罩的刀开关能通断一定的负荷电流。,河北科技大学电气信息学院,30,2023/5/31,图5-15为HD13型刀开关的外形结构。,低压刀开关的型号,河北科技大学电气信息学院,31,2023/5/31,图5-15 HD13型刀开关1上接线端子 2钢栅片灭弧罩 3闸刀 4底座 5下接线端子 6主轴 7静触头 8连杆 9操作手柄,河北科技大学电气信息学院,32,2023/5/31,2低压刀熔开关,HR系列刀熔开关是将HD型刀开关的闸刀换以具有刀形触头的RT型熔断器的熔管,具有刀开关和熔断器双重功
17、能。,刀熔开关的型号:,河北科技大学电气信息学院,33,2023/5/31,3低压负荷开关,由低压刀开关与低压熔断器串联组合而成,具有带灭弧罩的刀开关和熔断器的双重功能,既可以带负荷操作,又能进行短路保护。,常用的低压负荷开关有HH和HK两种系列:,HH系列:为封闭式负荷开关,外装铁壳,俗称铁壳开关;HK系列:为开启式负荷开关,外装胶盖,俗称胶壳开关。,河北科技大学电气信息学院,34,2023/5/31,六、低压断路器(低压自动开关或空气开关),功能:既能带负荷通断电路,又能在线路发生短路、过负荷、低电压(或失压)等故障时自动跳闸。,1.低压断路器的工作原理,过流脱扣器:用于短路或过负荷保护;
18、失压(欠压)脱扣器:用于失电压或欠电压保护;,图5-16 低压断路器的动作原理图1主触头 2跳钩 3锁扣 4分励脱扣器5失压脱扣器 6过流脱扣器 7热脱扣器8加热电阻 9、10脱扣按钮,河北科技大学电气信息学院,35,2023/5/31,2低压断路器的分类,按灭弧介质分:有空气断路器和真空断路器等;按操作方式分:有手动操作、电磁铁操作和电动机储能操作;按用途分:有、电动机保护用、照明用和漏电保护用等。,热脱扣器:用于线路或设备长时间过负荷保护;分励脱扣器:用于远距离跳闸。,河北科技大学电气信息学院,36,2023/5/31,两段式:瞬时和长延时;三段式:瞬时、短延时和长延时。,图5-17 低压
19、断路器的保护特性a)两段式保护特性 b)三段式保护特性,河北科技大学电气信息学院,37,2023/5/31,低压断路器的型号:,又称装置式自动开关,其全部机构和导电部分均装设在一个塑料外壳内,仅在壳盖中央露出操作手柄,供手动操作之用,如图5-18所示。,塑料外壳式低压断路器(DZ系列),河北科技大学电气信息学院,38,2023/5/31,图5-18 装置式低压断路器,操作手柄有三个位置:,合闸位置:手柄扳向上方,跳钩被锁扣扣住,自由脱扣位置:手柄位于中间位置,主触头断开,跳钩被释放(脱扣)分闸和再扣位置:手柄扳向下方,主触头断开,跳钩又被锁扣扣住“再扣”操作,特点:采用钢灭弧栅,脱扣器的脱扣速
20、度快,整个断路时间不超过一个周期(0.02s),且断流能力也较大。,河北科技大学电气信息学院,39,2023/5/31,又称框架式自动开关。它无外壳,其全部机构和导电部分敞开地装设在塑料的或金属的框架上。由于它的保护方案和操作方式较多,装设地点也很灵活,故称“万能式”或“框架式”。,图5-19和图5-20分别为DW15和CW1系列低压断路器的外形结构图。,万能式低压断路器,特点:合闸操作方式较多,可手柄操作、杠杆操作、电磁铁操作和电动机操作;采用钢灭弧栅,灭弧断流能力较强,但由于操作机构的影响,动作稍慢,断路时间在一个周期(0.02s)以上。,河北科技大学电气信息学院,40,2023/5/31
21、,图5-19 DW15型低压断路器1操作手柄 2自由脱扣机构 3失压脱扣器 4过流脱扣器电流调节螺母5过流脱扣器 6辅助触点(联锁触点)7钢栅片灭弧罩,河北科技大学电气信息学院,41,2023/5/31,图5-20 CW1系列智能型万能式低压断路器,河北科技大学电气信息学院,42,2023/5/31,5.3 高低压保护电器和限流电器,一、熔断器,功能:对电路及其设备进行短路或过负荷保护.,高压熔断器的型号,(一)高压熔断器,河北科技大学电气信息学院,43,2023/5/31,1户内式熔断器,户内式熔断器常用型号有RN1和RN2两种,两者的外形结构如图5-21所示。其熔管的内部结构如图5-22所
22、示。,图5-21 RN1、RN2型高压熔断器1瓷熔管 2金属管帽 3弹性触座4熔断器指示 5接线端子 6瓷绝缘子 7底座,图5-22 RN1、RN2型熔断器熔管内部结构图1金属管帽 2瓷管 3工作熔体 4指示熔体 5锡球 6石英砂填料 7熔断器指示器,用于保护电力线路和电力变压器,熔体为一根或几根并联,额定电流较大。,用于保护电压互感器,熔体为单根,额定电流较小(0.5A)。,河北科技大学电气信息学院,44,2023/5/31,特点:灭弧能力很强,灭弧速度很快,能在短路电流未达到冲击值以前完全熄灭电弧,属于“限流”式熔断器。,2户外式熔断器,户外跌落式熔断器常用型号有RW4和RW10两种,图5
23、-23为RW4型的外形结构。,特点:灭弧能力不强,灭弧速度不高,不能在短路电流达到冲击值以前熄灭电弧,属于“非限流”式熔断器。,河北科技大学电气信息学院,45,2023/5/31,图5-23 RW4型高压跌落式熔断器1上接线端子 2上静触头 3上动触头 4管帽 5操作环 6熔管 7铜熔丝 8下动触头 9下静触头 10下接线端子 11绝缘瓷瓶 12固定安装板,河北科技大学电气信息学院,46,2023/5/31,(二)低压熔断器,低压熔断器有瓷插式(RC型)、螺旋式(RL型)、无填料密闭管式(RM型)、有填料密闭管式(RT型)等。,低压熔断器的型号,河北科技大学电气信息学院,47,2023/5/3
24、1,1RM10型密闭管式熔断器,图5-24为RM10型熔断器的结构图。熔体采用变截面的锌熔片以改善熔断器的保护性能。,特点:结构简单、更换熔体方便、运行安全可靠,但灭弧能力较差,不能在短路电流达到冲击值以前熄灭电弧,属于“非限流”式熔断器。,图5-24 RM10型低压熔断器1铜帽 2管夹 3纤维熔管 4触刀 5变截面锌熔片,河北科技大学电气信息学院,48,2023/5/31,2RT0型有填料管式熔断器,它的栅状铜熔体具有引燃栅,熔体具有变截面小孔和“锡桥”,熔管内有石英砂填料,因此灭弧能力很强,有“限流”作用。,特点:保护性能好,断流能力大,但熔体为不可拆式,熔断后整个熔断器报废,不够经济。,
25、图5-25为RT0型熔断器的结构图。,3RZ1型自复式熔断器,RZ1型自复式熔断器的结构如图5-26所示。它采用金属钠作熔体。,河北科技大学电气信息学院,49,2023/5/31,图5-25 RT0型低压熔断器a)熔体 b)熔管 c)熔断器 d)操作手柄1栅状铜熔体 2触刀 3瓷熔管 4熔断器指示 5端面盖板6弹性触座 7瓷底座 8接线端子 9扣眼 10绝缘拉手手柄,河北科技大学电气信息学院,50,2023/5/31,特点:既能切断短路电流,又能自动恢复供电,缩短了停电时间。,二、避雷器,避雷器是一种用来限制雷电过电压的保护电器,它可防止雷电过电压沿线路侵入变配电所或其它建筑物内,危害电气设备
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