建筑电气第二章 常用电气设备.ppt
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1、1,第二章 常用电气设备,第一节 建筑供配电系统电气设备的分类第二节 电气设备中的电弧问题第三节 高压电气设备第四节 低压电气设备本章小结,2,第一节 建筑供配电系统电气设备的分类,一次设备或一次元件:一次电路中的所有电器设备二次设备或二次元件:二次电路中的所有电气设备,3,第一节 建筑供配电系统电气设备的分类,一次设备按其在一次电路中的作用又可分为变换设备、控制设备、保护设备和补偿设备等。,4,第一节 建筑供配电系统电气设备的分类,变换设备:是用来变换电能、电压或电流的设备,如发电机和电力变压器等。控制设备:是用来控制电路通断的设备,如各种高低压开关设备等。,5,第一节 建筑供配电系统电气设
2、备的分类,保护设备:是用来防护电路过电流或过电压的设备,如高低压熔断器和避雷器等。补偿设备:是用来补偿电路的无功功率以提高系统功率因数的设备,如高低压电容器。成套设备:则是按照一定的线路方案将有关一、二次设备组合而成的设备,如高低压开关柜、低压配电屏、动力和照明配电箱、高低压电容器柜及成套变电所等。,6,常见开关设备的功能,7,第二节 电气设备中的电弧问题,一、电弧的产生和危害产生:电气设备的触头在分断电流时会产生电弧,原因在于触头本身周围介质中含有大量可被游离的电子。当触头间存在着足够的电场强度时,就可能使电子强烈游离而形成电弧。危害:电弧延长了电路开断的时间,如果电弧是短路电流产生的,电弧
3、的存在就意味着短路电流还存在,从而使短路电流危害的时间延长。电弧的高温可能烧损开关触头,烧毁电气设备及导线、电缆,甚至引起火灾和爆炸事故。强烈的弧光还可能损伤人的视力。因此,电气设备在结构设计上要力求避免产生电弧,或在产生电弧后能迅速地熄灭。,8,二、电气设备中常用的灭弧方法(1)速拉灭弧法:迅速拉长电弧,可使电弧的电场强度骤降,加速电弧的熄灭(2)冷却灭弧法:降低电弧的温度,可使电弧中的热游离减弱(3)吹弧灭弧法:利用外力(如气流、油流或电磁力)来吹动电弧,使电弧加速冷却,同时拉长电弧(4)长弧切短灭弧法:利用金属片(如钢栅片)将长弧切为若干短弧,使电弧上的压降增大,大于外施电压,9,二、电
4、气设备中常用的灭弧方法(5)粗弧分细灭弧法:将粗大的电弧分为若干平行的细小电弧,使电弧与周围介质的接触面增大,从而改善电弧的散热条件,降低电弧的温度(6)狭沟灭弧法:使电弧在固体介质所形成的狭沟中燃烧,改善电弧的冷却条件,使电弧易于熄灭(7)真空灭弧法:真空具有较高的绝缘强度,处于真空中的触头之间只有触头开断初瞬间产生的所谓“真空电弧”,这种电弧在电流过零时就能自动熄灭而不致复燃。(8)六氟化硫(SF6)灭弧法:SF6气体具有优良的绝缘性能和灭弧性能。其绝缘强度约为空气的3倍。,10,第三节 高压电气设备,高压电器的分类高压断路器高压隔离开关高压负荷开关高压熔断器互感器高压开关柜,11,一、高
5、压电器的分类,按结构形式分类:单极式、三极式按安装地点分类:户内式、户外式按组合方式分类:元件、组合电器按照电流制式分类:交流电器、直流电器按用途和功能分类:开关电器、量测电器、限流、限压电器、成套设备,12,高压断路器文字符号QF是高压输配电线路中最为重要的电气设备,它的选用和性能直接关系到线路运行的安全性和可靠性。1作用(1)通断正常的负荷电流和过负荷电流;(2)通断一定的短路电流;(3)在保护装置作用下,自动跳闸,切断短路电流。,二、高压断路器,13,2类型(1)高压断路器按采用的灭弧介质分1)油断路器 按油量大小分为少油和多油两类。多油断路器的油量多,兼有灭弧和绝缘的双重功能;少油断路
6、器的油量少,只作灭弧介质用。2)六氟化硫(SF6)断路器3)真空断路器4)压缩空气断路器5)磁吹断路器,二、高压断路器,14,(2)高压断路器按使用场合分 1)户内型2)户外型(3)按分断速度分 有高速(0.01s)、中速(0.10.2s)、低速(0.2s)三种。(现采用高速断路器比较多。)3.高压断路器的全型号表示和含义如下:,二、高压断路器,15,4.高压少油断路器(SW、SN型)一般6kV35kV户内配电装置中主要采用的高压少油断路器是我国统一设计、推广应用的一种新型少油断路器。按其断流容量(Soc)分有I、II、型。断流容量SN10-10I型Soc为300MVA;SN10-10型Soc
7、为500MVA;SN10-10型Soc为750MVA。图1 SNl0-10型高压少油断路器的外形结构图图2 油箱内部结构图,二、高压断路器,16,图1 SN10-10型少油断路器外形结构1铝帽 2上接线端子 3油标4绝缘筒 5下接线端子 6基座7主轴 8框架 9断路弹簧,图2 少油断路器内部剖面结构1铝帽 2油气分离器 3上接线端子 4油标5静触头 6灭弧室 7动触头 8中间滚动触头9下接线端子 10转轴 11拐臂 12基座13下支柱瓷瓶 14上支柱瓷瓶 15断路弹簧16缘筒 17逆止阀 18绝缘油,二、高压断路器,17,5.高压真空断路器(ZN、ZW型)(1)特点 高压真空断路器是利用“真空
8、”作为绝缘和灭弧介质,灭弧能力强、无爆炸、低噪音、体积小、重量轻、寿命长、电磨损少、结构简单、无污染、可靠性高、维修方便,属高速断路器,是实现无油化改造的理想设备。因此,虽然价格较贵,在要求频繁操作和高速开断的场合,尤其是安全要求较高的工矿企业、住宅区、商业区等被广泛采用。(2)类型根据其结构分有落地式、悬挂式、手车式三种形式;按使用场合分有户内式和户外式。,二、高压断路器,18,(3)ZN3-10型真空断路器的外形结构如图3所示1)组成 真空灭弧室 真空灭弧室由圆盘状的动静触头、屏蔽罩、波纹管屏蔽罩、绝缘外壳(陶瓷或玻璃制成外壳)等组成。操动机构 可配用CD系列电磁操动机构或CT系列弹簧操动
9、机构。绝缘体传动件 底座2)工作原理 在触头刚分离时,触头间只产生真空电弧。电弧的温度很高,使金属触头表面产生金属蒸气,由于触头的圆盘状设计使真空电弧在主触头表面快速移动,其金属离子在屏蔽罩内壁上凝聚,以致电弧在自然过零后极短的时间内,触头间隙又恢复了原有的高真空度。因此,电弧暂时熄灭,触头间的介质强度迅速恢复;电流过零后,外加电压虽然很快恢复,但触头间隙不会再被击穿,真空电弧在电流第一次过零时就能完全熄灭。,二、高压断路器,19,图3 ZN3-10型真空断路器外形 1上接线端子(后出线)2真空灭弧室 3下接线端子(后出线)4操动机构箱 5合闸电磁铁 6分闸电磁铁 7断路弹簧 8底座,图4 真
10、空断路器灭弧室结构1一静触头 2一动触头 3一屏蔽罩 4一波纹管 5一与外壳封接的金属法兰盘6一波纹管屏蔽罩 7一绝缘外壳,二、高压断路器,20,6.六氟化硫(SF6)断路器(LN、LW型)(1)SF6气体的特性 是种五色、无味、无毒且不易燃的惰性气体,兼有灭弧和绝缘功能在150以下时,其化学性能相当稳定。1)由于SF6中不含碳(C)元素,对于灭弧和绝缘介质来说,具有极为优越的特性,不需要象油断路器那样要经常检修;2)SF6不含氧(O)元素,因此不存在触头氧化问题,所以其触头磨损少,使用寿命长。3)SF6具有优良的电绝缘性能,在电流过零时,电弧暂时熄灭后,SF6能迅速恢复绝缘强度,从而使电弧很
11、快熄灭。4)在电弧的高温作用下,SF6会分解出氟(F2),具有较强的腐蚀性和毒性,且能与触头的金属蒸汽化合为种具有绝缘性能的白色粉末状的氟化物,因此,SF6断路器的触头一般都设计成具有自动净化的作用。这些氟化物在电弧熄灭后的极短时间内能自动还原。对残余杂质可用特殊的吸附剂清除,基本上对人体和设备没有什么危害。,二、高压断路器,21,(2)六氟化硫(SF6)断路器特点 利用SF6气体作灭弧和绝缘介质,触头磨损少,使用寿命长,无须经常检修,电绝缘性能好,结构简单,灭弧能力强,无燃烧爆炸危险,属高速断路器。但是,SF6断路器的要求加工精度高,密封性能要求严,价格相对昂贵。适用于需频繁操作及有易燃易爆
12、炸危险的场所。(3)类型 按SF6断路器灭弧室的结构形式分,有压气式、自能灭弧式(旋弧式、热膨胀式)和混合灭弧式(一般采用以上几种灭弧方式的组合,如压气+旋弧式等)。注:我国生产的LNl、LN2型为压气式,LW3型户外式采用旋弧式灭弧结构。,二、高压断路器,22,(4)LN2-10型高压SF6断路器的外形结构如图5所示,其绝缘筒内灭弧室的剖面图和工作原理如图6所示。1)组成 绝缘筒和灭弧室操动机构箱 主要采用弹簧、液压操动机构固定用小车2)工作原理 断路器的静触头和灭弧室中的压气活塞是相对固定的。当跳闸时,装有动触头和绝缘喷嘴的汽缸由断路器的操动机构通过连杆带动离开静触头,电弧在动、静触头间产
13、生,汽缸和活塞的相对运动压缩SF6气体并使之通过绝缘喷嘴吹出,用吹弧法来迅速熄灭电弧。,二、高压断路器,23,图6 SF6高压断路器灭弧室1静触头 2绝缘喷嘴 3动触头4汽缸 5压气活塞 6电弧,图5 LN2-10高压SF6断路器1上接线端子 2绝缘筒 3下接线端子4操动机构箱 5小车 6断路弹簧,二、高压断路器,24,7高压开关设备的常用操动机构介绍操动机构又称操作机构,是供高压断路器、高压负荷开关和高压隔离开关进行分、合闸及自动跳闸的设备。一般常用的有手动操动机构、电磁操动机构和弹簧储能操动机构。操动机构的型号表示和含义如下:,二、高压断路器,25,图7是CS6型的手动操动机构和GN8型高
14、压隔离开关的配合使用图。图8是CS2型手动操动机构的外形结构。,(1)CS系列手动操动机构特点:手动和远距离跳闸,只能手动合闸;采用交流操作电源;无自动重合闸功能;操作速度有限,所操作的断路器开断的短路容量不宜超过100MVA;结构简单,价格低廉;一般用于操作容量630KVA以下的变电所中的隔离开关和负荷开关。,二、高压断路器,26,图7 SC6型的手动操动机构和GN8型高压隔离开关的配合使用1GN8隔离开关 2焊接钢管 3调节杆4CS6手动操动机构 5操作手柄,图8 CS2型手动操动机构的外形结构1操作手柄 2外壳 3跳闸指示牌4脱扣器盒 5跳闸铁心,二、高压断路器,27,图9 CD10型电
15、磁操动机构a)外形图 b)剖面图1外壳 2跳闸线圈 3手动跳闸铁心 4合闸线圈 5合闸操作手柄 6缓冲底座 7接线端子排 8辅助开关 9分合指示器,(3)CT系列的弹簧储能操动机构 特点:不仅能手动和远距离跳、合闸,且操作电源交、直流均可,又可实现一次重合闸,因而其保护和控制装置可靠、简单。虽然结构复杂,价格较贵,但其应用已越来越广泛。,二、高压断路器,(2)电磁操动机构特点:能手动和远距离跳、合闸(通过其跳、合闸线圈),也可进行自动重合闸,合闸功率大,但需直流操作电源。图9是CD10型的外形和内部结构图。,28,高压隔离开关文字符号QS1.主要功能:隔离高压电源,以保证对其他电器设备及线路的
16、安全检修及人身安全。因此其结构特点是断开后具有明显可见的断开间隙,且断开间隙的绝缘及相间绝缘都是足够可靠的。2.使用特点:隔离开关没有灭弧装置,所以不容许带负荷操作。但可容许通断一定的小电流,如励磁电流不超过2A的35KV、1000KVA及以下的空载变压器电路、电容电流不超过5A的10KV及以下、长5Km的空载输电线路以及电压互感器和避雷器回路等。3.类型 1)按安装地点分 户内式和户外式;2)按有无接地开关分 不接地、单接地、双接地。,三、高压隔离开关,29,5.户内式高压隔离开关户内式高压隔离开关型号较多,常用的有GN8、GNl9、GN24、GN28、GN30等户内式系列,图10所示为GN
17、8-10高压隔离开关的外形结构图。它的三相闸刀安装在同一底座上,闸刀均采用垂直回转运动方式。GN型高压隔离开关一般采用手动操动机构进行操作。,三、高压隔离开关,4.高压隔离开关型号含义,30,图10 GN8-10型高压隔离开关外形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支柱绝缘子,三、高压隔离开关,31,6.户外高压隔离开关户外高压隔离开关常用的有GW4、GW5、和GW1等系列。GW4-35型的户外高压隔离开关的外形如图11所示。为了熄灭小电流电弧,该隔离开关安装有灭弧角条。采用的是三柱式结构。,三、高压隔离开关,图11GW2-35型户
18、外隔离开关1角钢架 2支柱瓷瓶 3旋转瓷瓶 4曲柄 5轴套6传动装置 7管形闸刀 8工作动触头 9、10灭弧角条 11插座 12、13接线端 14曲柄传动机构,32,7.带有接地开关的隔离开关1)接地隔离开关 用来进行电气设备的短接、连锁和隔离,一般是用来将退出运行的电气设备和成套设备部分接地和短接。2)接地开关 用于将回路接地的一种机械式开关装置。在异常条件(如短路下),可在规定时间内承载规定的异常电流;在正常回路条件下,不要求承载电流。大多与隔离开关构成一个整体,并且在接地开关和隔离开关之间有相互连锁装置。3)图12所示为西门子公司产品3CJ1户内高压接地隔离开关的外形图。它是一种多用途,
19、可模块化配置的高压电气设备,可以配置接地开关、熔断器等设备,成为一个多功能的装置。4)图13是该公司的另一种户内高压接地隔离开关3D型的外形图。它用于12KV36KV的室内高压供配电线路上,可采用手动操动机构或电动操动机构进行操作。,三、高压隔离开关,33,三、高压隔离开关,图12 3CJ1接地隔离开关,34,三、高压隔离开关,图13 3D型接地隔离开关,35,四、高压负荷开关,高压负荷开关文字符号QL1.作用:(1)能通断一定的负荷电流和过负荷电流,但是不能用它来断开短路电流;(2)高压负荷开关大多还具有隔离高压电源,保证其后的电气设备和线路安全检修的功能,这种负荷开关又称“功率隔离开关”或
20、“负荷隔离开关”。2.特点:(1)只具有简单的灭弧装置,必须借助熔断器来切断短路电流,故负荷开关常与熔断器一起使用。(2)负荷隔离开关断开后通常有明显的断开间隙,与高压隔离开关一样。,36,5.户内压气式负荷开关 国内目前多采用FN2-10RT及FN3-10RT型的压气式负荷开关。图14为FN3-10RT户内压气式负荷开关外形结构图。,3.高压负荷开关的类型:(1)根据所采用的灭弧介质不同分 固体产气式、压气式、油浸式、真空式和六氟化硫(SF6)等(2)按安装场所分 户内式和户外式两种4.高压负荷开关全型号的表示和含义如下:,四、高压负荷开关,37,图14 FN3-10RT户内压气式负荷开关外
21、形1主轴 2上绝缘子兼气缸 3连杆 4下绝缘子 5框架 6RNI型熔断器7下触座 8闸刀 9弧动触头 10绝缘喷嘴(内有弧静触头)11主静触头 12上触座 13断路弹簧 14绝缘拉杆 15热脱扣器,四、高压负荷开关,38,(1)结构组成1)上绝缘子兼汽缸 是一个简单的灭弧室,不仅起到支持绝缘子的作用,而且其内部气缸,装有传动机构传动的活塞。2)传动机构 主轴、连杆、活塞等3)绝缘喷嘴和弧静触头 在上绝缘子上部4)闸刀和弧动触头(2)工作原理 当负荷开关分闸时,弧动触头与弧静触头之间产生电弧,同时分闸时主轴转动而带动活塞,压缩气缸内的空气,从喷嘴向外吹弧,使电弧迅速熄灭。同时,其外形与户内式隔离
22、开关相似,也具有明显的断开间隙。因此,它同时具有隔离开关的作用。,四、高压负荷开关,39,6.真空负荷开关 国内有FN4型等户内用真空负荷开关,一般用于220KV及以下电网中。图15为西门子公司12KV的真空负荷开关的剖面图和外形图。(1)工作原理 利用真空灭弧原理来工作,因而能不受限制地可靠完成开断工作;配用手动操动机构或电动操动机构。(2)特点 可频繁操作,灭弧性能好,使用寿命长;但必须和HH-熔断器相配合,才能开断短路电流;而且开断时,不形成隔离间隙,不能作隔离开关用。,7.六氟化硫(SF6)负荷开关(如FW11-10型)、油浸式负荷开关(如FW2、FW4型)(1)特点 灭弧能力强,容量
23、大,但都必须与熔断器串联使用才能断开短路电流,而且断开后无可见间隙,不能作隔离开关用。适用于35KV及以下的户外电网。(2)应用 35kV及以下的户外电网。,四、高压负荷开关,40,图15 西门子公司12KV的真空负荷开关的剖面图a)外形图 b)剖面图1上支架 2前支撑杆 3静触头 4动触头5波纹管 6软联结 7下支架 8下结线端子 9接触压力弹簧和分闸弹簧 10操作杆 11下支持绝缘子12后支撑杆 13陶瓷外壳 14上支持绝缘子 15上结线端子,a)外形图,b)剖面图,四、高压负荷开关,41,负荷开关常与熔断器一起使用,借助熔断器来切断故障电流。高压负荷开关适用于无油化、不检修、要求频繁操作
24、的场所。,四、高压负荷开关,42,五、高压熔断器,高压熔断器文字符号FU是电力系统中过载和短路故障的保护设备。(一).作用:当电流超过给定值一定时间,熔化一个或几个特殊设计配合的熔件,分断电路。(二)类型(1)户内型:RN1和RN2型RN1:线路和变压器的短路保护;RN2:电压互感器的短路保护(2)户外型:跌落式和柱上式跌落式:用于335kV的电力线路和电力变压器的过载和短路保护,RW3、RW4、RW7、RW10、RW11 柱上式:作为35kV电气设备保护,RW9-35、RW10-35和RXW9-35,43,户内RN1、RN2型高压熔断器,户外跌落式高压熔断器,户外支柱式高压熔断器,五、高压熔
25、断器,44,(三)高压熔断器型号含义,五、高压熔断器,45,六、互感器,(一)电压互感器(二)电流互感器,46,(一)电流互感器,简称CT,文字符号TA,是变换电流的设备。1基本原理电流互感器的基本结构和原理如图17所示,47,(2)结构特点:1)一次绕组匝数少,二次绕组匝数多 2)一次绕组导体较粗,二次绕组导体细 3)一次绕组串接在一次电路中,二次绕组与仪表、继电器电流线圈串联,形成闭合回路。由于这些电流线圈阻抗很小,工作时电流互感器的二次回路接近短路状态。(3)电流互感器的变流比用Ki表示,(1)组成:一次绕组、铁心、二次绕组,式中,I1N 一次侧额定电流值;I2N 二次侧额定电流值;N1
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