1、第4章 供配电系统的主要电气设备,4.1 电气设备概述 4.2 电弧的产生及灭弧方法 4.3 电力变压器 4.4 互感器 4.5 高压开关设备 4.6 熔断器 4.7 低压开关设备 4.8 成套配电装置 4.9 高低压电气设备的选择 基本技能训练 电气设备及其运行维护 思考题与习题,4.1 电气设备概述供配电系统中担负输送和分配电能任务的电路，称为一次电路，也称主电路。 供配电系统中用来控制、指示、监测和保护一次电路及其中电气设备运行的电路称为二次电路，通常称为二次回路。相应地，供配电系统中的电气设备可分为两大类： 一次电路中的所有电气设备，称为一次设备；二次回路中的所有电气设备，称为二次设备
2、。供配电系统的主要电气设备是指一次设备。一次设备按其功能可分以下几类。(1) 变换设备： 指按系统工作要求来改变电压或电流的设备，例如电力变压器、电压互感器、电流互感器及变流设备等。,(2) 控制设备： 指按系统工作要求来控制电路通断的设备，例如各种高低压开关。(3) 保护设备： 指用来对系统进行过电流和过电压保护的设备，例如高低压熔断器和避雷器。(4) 无功补偿设备： 指用来补偿系统中的无功功率、提高功率因数的设备，例如并联电容器。(5) 成套配电装置： 指按照一定的线路方案的要求，将有关一次设备和二次设备组合成一体的电气装置，例如高低压开关柜、动力和照明配电箱等。供配电系统中主要一次设备的
3、图形符号和文字符号如表4-1所示。,4.2 电弧的产生及灭弧方法1. 电弧及其主要危害电弧是一种高温、强光的电游离现象。当开关电器切断(包括正常操作和误操作)有电流的线路或线路、触头、绕组发生短路时，就可能产生电弧。,1) 电弧的主要特征电弧是开关电器和线路中一种必然的物理现象，是电流的延续，其主要特征有如下几点。(1) 能量集中，发出高温、强光。(2) 是自持放电，维持电弧稳定燃烧所需的电压很低。例如，在电气触头间如有大于1020 V的电压、大于80100 mA的电流就会产生电弧；电力变压器中的油在10100 V的电压下就能维持电弧的燃烧。(3) 电弧是游离的气体，是触头周围的介质向等离子状
4、态转化的结果。,2) 电弧的危害(1) 延长了电路的开断时间。当开关分断短路电流时，触头间的电弧延长了短路电流持续的时间，使短路故障蔓延，从而给供配电系统造成了更大的损坏。(2) 高温可使开关触头变形、熔化，从而导致接触不良甚至损坏。(3) 高温可能造成人员灼伤甚至直接或间接的死亡，强光则可能损害人的视力。(4) 引起弧光短路，严重时会造成爆炸事故。因此，为了保证供配电系统的安全运行和值班人员的生命安全，必须采取有效措施迅速熄灭电弧。,2. 电弧的产生与熄灭1) 电弧的产生产生电弧的根本原因是开关触头在分断电流时，触头间电场强度很大， 使得触头本身的电子及触头周围介质中的电子被游离，从而形成电
5、弧电流。产生电弧的游离方式有高电场发射、热电发射、碰撞游离和高温游离。 在触头分开之初是高电场发射和热电发射的游离方式占主导作用，接着碰撞游离和高温游离使电弧持续并发展，而且它们是互相影响、互相作用的。,2) 电弧的熄灭在电弧产生的过程中，游离和去游离是共同存在的两个过程。当游离率等于去游离率时，电弧在间隙中稳定燃烧。要使电弧熄灭，必须使触头间电弧中的去游离率大于游离率，即其中离子消失的速率大于离子产生的速率。熄灭电弧的去游离方式主要有“复合”和“扩散” 两种。带电质点的复合和扩散都会使电弧中的带电质点数量减少，使去游离增强，从而有利于电弧的熄灭。,3. 开关电器中常用的灭弧方法当高低压开关电
6、器通断负荷电路，特别是通断存在短路故障的电路时，就会在开关电器的触头间产生电弧。因此对于开关电器，其触头间电弧的产生和熄灭问题很值得关注，这直接影响开关电器的结构性能。高低压开关电器中常用的灭弧方法有以下几种。(1) 速拉灭弧法： 迅速拉长电弧，使弧隙的电场强度骤降，使离子的复合迅速增强，从而加速灭弧。这是开关电器最基本的一种灭弧方法。开关电器中装设有断路弹簧，其目的就在于加速触头的分断速度，迅速拉长电弧。(2) 冷却灭弧法： 降低电弧温度可使电弧中的热游离减弱，正负离子的复合增强，从而有助于电弧熄灭。,(3) 吹弧或吸弧灭弧法： 利用外力(如气流、油流或电磁力)来吹动或吸动电弧，使电弧加速冷
7、却，同时拉长电弧，降低电弧中的电场强度，使电弧中离子的复合和扩散加强，从而加速灭弧。吹弧方法按吹弧的方向可分为横吹(见图4-1(a)和纵吹(见图4-1(b)两种；按外力的性质可分为气吹、油吹、电动力吹和磁力吹弧或吸弧等。低压刀开关在拉开刀闸时，开关的电流回路产生的电动力会使电弧拉长，如图4-2所示。有的开关采用专门的磁吹线圈来吹动电弧，如图4-3所示。也有的开关利用铁磁物质(如钢片)来吸引电弧，如图4-4所示，这相当于反向吹弧。,图4-1 吹弧方法(a) 横吹；(b) 纵吹,图4-2 电动力吹弧,图4-3 磁力吹弧,图4-4 铁磁吸弧,(4) 长弧切短灭弧法： 由于电弧的电压降主要降落在阴极和
8、阳极上，其中以阴极的电压降最大，而弧柱(电弧中间部分)的电压降极小，因此，如果利用金属片将长弧切割成若干短弧，则电弧中的电压降将近似增大若干倍。当外施电压小于电弧中总的电压降时，电弧不能维持而迅速熄灭。图4-5为钢灭弧栅将长弧切割成若干短弧的情形。电弧进入钢灭弧栅内，一方面利用如图4-2所示的电动力吹弧，另一方面则利用如图4-4所示的铁磁吸弧。此外，钢片对电弧还有冷却降温作用。,图4-5 钢灭弧栅对电弧的作用,(5) 粗弧分细灭弧法：将粗大的电弧分散成若干平行的细小电弧，使电弧与周围介质的接触面增大，改善电弧的散热条件，降低电弧的温度，从而使电弧中离子的复合和扩散都得到增强，加速电弧的熄灭。(
9、6) 狭沟灭弧法：使电弧在固体介质所形成的狭沟中燃烧，这样电弧的冷却条件得到了改善，从而使去游离增强，同时固体介质表面的复合也比较强烈，有利于加速灭弧。有一种用耐弧的绝缘材料(如陶瓷)制成的灭弧栅就利用了这种狭沟灭弧原理，如图4-6所示。有的熔断器在装有熔丝的熔管内填充石英砂，这也是利用狭沟灭弧原理来加速熔丝的熔断。,图4-6 绝缘灭弧栅对电弧的作用,(7) 真空灭弧法：真空具有相当高的绝缘强度，因此装在真空容器内的触头分断时，在交流电流过零时即能熄灭电弧而不致复燃。真空断路器就是利用真空灭弧原理制成的。(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
10、气的3倍，绝缘恢复的速度约为空气的100倍，因此SF6气体能快速灭弧。六氟化硫断路器就是利用SF6作绝缘介质和灭弧介质的。在现代的电气开关电器中，常常根据具体情况综合利用上述某几种灭弧方法来达到快速灭弧的目的。,4.3 电 力 变 压 器 4.3.1 电力变压器的分类及特点电力变压器是变电所中最关键的一次设备，其主要功能是将电力系统中的电能电压升高或降低，以利于电能的合理输送、分配和使用。(1) 按功能分类，电力变压器有升压变压器和降压变压器两种。在远距离传输配电系统中，为了把发电机发出的较低电压升高为较高的电压级，需采用升压变压器；而对于直接供电给 各类用户的终端变电所，则采用降压变压器。(
11、2) 按相数分类，电力变压器有单相变压器和三相变压器两种。其中，三相变压器广泛用于供配电系统的变电所中，而单相变压器一般供小容量的单相设备专用。,(3) 按绕组导体的材质分类，电力变压器有铜绕组变压器和铝绕组变压器两种。过去我国工厂变电所大多采用铝绕组变压器，但现在低损耗的铜绕组变压器，尤其是大容量的铜绕组变压器已得到了更为广泛的应用。(4) 按绕组形式分类，变压器有双绕组变压器、三绕组变压器和自耦式变压器三种。双绕组变压器用于变换一个电压的场所；三绕组变压器用于需交换两个电压的场所，它有一个一次绕组和两个二次绕组；自耦式变压器大多在实验室中作调压用。,(5) 按容量系列分类，电力变压器有R8
12、系列和R10系列。目前，我国大多采用IEC推荐的R10系列来确定变压器的容量，即容量按 的倍数递增，常用的有100 kVA、125kVA、160 kVA、200 kVA、250 kVA、315 kVA、 400 kVA、500 kVA、630 kVA、800 kVA、1000 kVA、 1250 kVA、1600 kVA、2000 kVA、2500 kVA、3150 kVA等，其中容量在500 kVA以下的为小型，6306300 kVA的为中型，8000kVA以上的为大型。变压器容量的等级较密，便于合理选用。,(6) 按电压调节方式分类，电力变压器有无载调压变压器和有载调压变压器两种。其中，无
13、载调压变压器一般用于对电压水平要求不高的场所，特别是10 kV及10 kV以下的配电变压器；10 kV以上的电力系统和对电压水平要求较高的场所主要采用有载调压变压器。,(7) 按冷却方式和绕组绝缘分类，电力变压器有油浸式、干式和充气式(SF6)等。其中，油浸式变压器分为油浸自冷式、油浸风冷式、油浸水冷式和强迫油循环冷却方式等，而干式变压器分为浇注式、开启式、封闭式等。油浸式变压器具有较好的绝缘和散热性能，且价格较低，便于检修，因此得到了广泛采用；但由于油具有可燃性，因此不便用于易燃易爆和安全要求较高的场合。干式变压器结构简单，体积小，质量轻，且防火、防尘、防潮，价格较同容量的油浸式变压器贵，主
14、要用于在安全防火要求较高的场所，尤其是大型建筑物内的变电所、地下变电所和矿井内变电所等。,充气式变压器是利用填充的气体进行绝缘和散热，具有优良的电气性能，主要用于安全防火要求较高的场所，并常与其他充气电器配合组成成套装置。普通的中小容量的变压器采用自冷式结构，即变压器产生的损耗热经自然通风和辐射逸散；大容量的油浸式变压器采用水冷式和强迫油循环冷却方式。风冷式利用通风机来加强变压器的散热冷却，一般用于大容量变压器(2000 kVA及以上)和散热条件较差的场所。(8) 按用途分类，电力变压器有普通变压器和防雷变压器两种。610 kV0.4 kV的变压器常称做配电变压器，安装在总降压变电所的变压器通
15、常称为主变压器。(9) 按安装地点分类，电力变压器有户内式和户外式两种。,4.3.2 电力变压器的结构及型号1. 电力变压器的结构电力变压器是利用电磁感应原理进行工作的，因此其基本的结构组成有电路和磁路两部分。变压器的电路部分就是它的绕组，对于降压变压器来说，与系统电路和电源连接的称为一次绕组，与负载连接的称为二次绕组；变压器的铁芯构成了它的磁路，铁芯由铁轭和铁芯柱组成，绕组套在铁芯柱上。为了减少变压器的涡流和磁滞损耗，一般采用表面有绝缘漆膜的硅钢片交错叠成铁芯。如图4-7所示为三相油浸式电力变压器的外形结构图。如图4-8所示为三相树脂浇注绝缘干式电力变压器的外形结构图。,图4-7 三相油浸式
16、电力变压器,图4-8 三相树脂浇注绝缘干式电力变压器,2. 电力变压器的型号电力变压器全型号的表示和含义如下： 例如，S9-100010为三相铜绕组油浸式电力变压器，设计序号为9，高压绕组电压为10 kV，额定容量为1000 kVA。,4.3.3 电力变压器的联结组别电力变压器的联结组别是指变压器一、二次绕组所采用的连接方式的类型及相应的一、二次侧对应线电压的相位关系。常用的联结组别有Yyn0、Dynll、Yznll、Ydll、Yndll等。下面分析变压器的一些常见联结组别的特点和应用。1. 配电变压器的联结组别610 kV配电变压器(二次侧电压为220380 V)有Yyn0和Dynll两种常
17、用的联结组别。,(1) Yyn0联结组别的一次线电压和对应二次线电压的相位关系与时钟在零点(12点) 时时针和分针的位置一样。Yyn0联结组别的一次绕组为星形联结，二次绕组为带中性线的星形联结，其线路中可能有的3n次谐波电流会注入公共的高压电网中并且规定其中性线的电流不能超过相线电流的25%。因此，负荷严重不平衡或3n次谐波比较突出的场合不宜采用这种联结。但该联结组别的变压器一次绕组的绝缘强度要求较低(与Dynll比较)，因而造价比Dynll型的稍低。在TN和TT系统中，由单相不平衡电流引起的中性线电流不超过二次绕组额定电流的25%，且任一相的电流在满载时都不超过额定电流，这种情况下可选用Yy
18、n0联结组别的变压器。,(2) Dynll联结组别的一次线电压和对应二次线电压的相位关系与时钟在11点时时针和分针的位置一样。Dynll联结组别一次绕组为三角形联结，3n次谐波电流在其三角形的一次绕组中形成环流，不致注入公共电网，有抑制高次谐波的作用；其二次绕组为带中性线的星形联结。按规定，中性线电流容许达到相电流的75，因此其承受单相不平衡电流的能力远远大于Yyn0联结组别的变压器。对于现代供电系统中单相负荷急剧增加的情况，尤其在TN和TT系统中，Dynll联结的变压器已得到大力的推广和应用。,2. 防雷变压器的联结组别防雷变压器通常采用Yznll联结组别，其一次绕组采用星形联结，二次绕组分
19、成两个匝数相同的绕组，并采用曲折形联结，在同一铁芯柱上的两个绕组的电流正好相反，使磁动势相互抵消。因此，如果雷电过电压沿二次侧线路侵入，则此过电压不会感应到一次侧线路上；反之，如果雷电过电压沿二次侧线路侵入，则二次侧也不会出现过电压。由此可见，Yznll联结的变压器有利于防雷，适用于多雷地区。但这种变压器二次绕组的用材量比Yyn0型的增加了15以上。,4.3.4 电力变压器的实际容量及过载能力1. 电力变压器的额定容量与实际容量电力变压器的额定容量(铭牌容量)是指它在规定的环境温度条件下，室外安装时，在规定的使用年限(一般规定为20年)内所能连续输出的最大视在功率(单位为kVA)。电力变压器正
20、常使用的最高年平均气温为+20。如果变压器安装地点的年平均气温0.av20， 则年平均气温每升高1，变压器的容量就相应减小1%。因此变压器的实际容量应计入一个温度校正系数K。,对于室外变压器，其实际容量为(4-1) 式中， SN.T为变压器的额定容量。上述年平均气温指的是室外温度，对室内运行的变压器来说，由于散热条件差，因此其运行发热的影响有所升高。一般室内运行的变压器的环境温度比户外温度高8，因此其容量还要减少8%，故室内变压器的实际容量为(4-2),2. 电力变压器的正常过负荷能力电力变压器在运行中，其负荷总是在变化。就一昼夜来说，很大一部分负荷都低于最大负荷，而变压器容量又是按最大负荷来
21、选择的，因此变压器运行时实际上并没有充分发挥其负荷能力。从维持变压器规定的使用年限来考虑，变压器在必要时完全可以过负荷运行。对于油浸式电力变压器，其允许过负荷包括以下两部分： (1) 由于昼夜负荷不均匀而考虑的过负荷；(2) 由于夏季欠负荷而在冬季考虑的过负荷。同时考虑以上两点，油浸式电力变压器总的正常过负荷系数不得超过下列数值：室内变压器为20%，室外变压器为30%。干式电力变压器一般不考虑正常过负荷。,3. 电力变压器的事故过负荷能力电力变压器在事故情况下，允许在短时间内较大幅度地过负荷运行，但运行时间有一定的限制，必须符合表4-2所规定的时间。,4.3.5 电力变压器的选择1. 变电所主
22、变压器选型原则电力变压器的选择应遵循以下原则： (1) 一般应优先采用S9、S11等系列的低损耗变压器。(2) 在多尘或有腐蚀性气体以致严重影响变压器安全运行的场所，应选用密闭式电力变压器，如BSL1型。(3) 对于高层建筑、地下建筑、化工单位等对消防要求较高的场所，宜采用干式变压器，如SC、SCZ、SG3、SG10、SC6等系列；(4) 对电网电压波动较大的场所，为改善电能质量应采用有载调压电力变压器，如SZ7、SFSZ、SGZ3等系列。,2. 变电所主变压器台数的选择 选择主变压器台数时应考虑下列原则。(1) 应满足用电负荷对供电可靠性的要求。有大量一、二级负荷的变电所宜采用两台变压器，当
23、一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。只有二级而无一级负荷的变电所也可以只采用一台变压器，但必须在低压侧铺设与其他变电所相连的联络线作为备用电源。(2) 对季节性负荷或昼夜负荷变动较大且要求采用经济运行方式的变电所，可考虑采用两台变压器。 (3) 除上述情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。但是负荷集中而容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可以采用两台或两台以上变压器。 (4) 在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展并留出一定的余地。,3. 变电所主变压器容量的选择1) 只装一台主变压器的变电所主变压器容量SN.T应满足全部用电设备总计算负荷S30的需要
24、，即 SN.TS30 (4-3)2) 装有两台主变压器的变电所 每台变压器的容量SN.T应同时满足以下两个条件。(1) 任一台变压器单独运行时，应满足总计算负荷S30的60%70%的需要，即 SN.T(0.60.7)S30 (4-4) (2) 任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷S30(+)的需要，即 SN.TS30(+) (4-5),3) 车间变电所主变压器单台容量的选择 车间变电所主变压器的单台容量一方面会受到低压断路器断流能力和短路稳定度的限制，另一方面应考虑使变压器更接近于车间负荷中心，因此容量一般不宜大于1250 kVA。对居民小区变电所内的变压器，一般保护配置比较简单，因
25、此单台容量不宜大于630 kVA。4) 选择的变压器容量应留有一定的余地必须指出，变电所主变压器台数和容量的最后确定应结合变电所主接线方案的选择，通过对几个较合理方案的技术经济指标进行比较后择优确定。,【例4-1】 某100.4 kV变电所，其总计算负荷为1400kVA，其中一、二级负荷为730 kVA。试初步选择主变压器的台数和容量。解： 根据变电所的一、二级负荷情况，确定选两台主变压器。每台变压器容量应满足以下两个条件： SN.T(0.60.7)1400 kVA(840980) kVA 且 SN.T730 kVA因此，初步确定选择两台1000 kVA的主变压器，具体可选为S9-1000/1
26、0。,4.4 互 感 器互感器是一次电路和二次电路间的联络元件，用来分别向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈供电，以反映电气设备的正常运行和故障情况。互感器分为电流互感器和电压互感器两大类。电流互感器简称CT，它能将高低压线路的大电流变成标准小电流(额定值为5 A或1 A)；电压互感器简称PT，它能将高电压变成标准的低电压(额定值为100 V或 )。,在供配电系统中互感器的功能主要有以下两点。(1) 将一次回路的高电压和大电流变为二次回路的标准低电压和小电流，从而扩大了仪表、继电器等二次设备的应用范围，并使测量仪表和保护装置标准化、小型化、便于屏内安装。(2) 用来使仪表、继电器等二次设备与
27、主电路绝缘，这既可避免主电路的高电压直接引入仪表、继电器等二次设备，又可防止仪表、继电器等二次设备的故障影响主电路，从而提高了一、二次电路的安全性和可靠性。从基本结构和工作原理来说，互感器就是一种特殊变压器。,4.4.1 电流互感器1. 电流互感器的结构原理电流互感器的结构与原理如图4-9所示，它由一次绕组、铁芯和二次绕组组成。其结构特点有如下几点： (1) 一次绕组串联在电路中， 并且匝数少、导线粗， 故一次绕组中的电流完全取决于被测电路的负荷电流， 与二次电流的大小无关。(2) 二次绕组匝数多，导体较细，与所接仪表、继电器等的电流线圈相串联，形成一个闭合回路。二次绕组的额定电流一般为5 A
28、。,图4-9 电流互感器的结构与接线,(3) 正常工作时，二次绕组所接的仪表、继电器等电流线圈的阻抗很小，因此电流互感器二次回路接近于短路状态。电流互感器的一次电流I1与其二次电流I2之间有下列关系：(4-6) 式中， N1、 N2为电流互感器一次绕组和二次绕组的匝数； Ki为电流互感器的变流比，一般表示为额定的一次电流和二次电流之比，即Ki=I1N/I2N，例如100 A5 A。,2. 电流互感器的接线方案电流互感器在三相电路中有四种常用的接线方案，如图4-10所示。(1) 一相式接线。如图4-10(a)所示，电流线圈中通过的电流反映一次电路中相应相的电流，一般用于负载平衡的三相电路，如低压
29、动力线路中。这种接线方案主要用于测量电流或连接过负荷保护装置。,图4-10 电流互感器的接线方案 (a) 一相式；(b) 两相V形；(c) 两相电流差式；(d) 三相星形,(2) 两相V形接线。如图4-10(b)所示，这种接线也叫做两相不完全星形接线。在继电保护中，这种接线称为两相两继电器接线。在35 kV及35 kV以下中性点不接地的三相三线制电路中，这种接线广泛用于测量三相电流、电能或用于过电流继电保护。电流互感器通常装于A、C两相，由图4-11所示的相量图可知，其二次侧公共线上的电流正好等于B相电流，即 ，反映未接电流互感器那一相的相电流。,图4-11 两相V形接线的电流互感器一、二次侧
30、的电流相量图,(3) 两相电流差式接线。如图4-10(c)所示，这种接线又叫两相一继电器接线。流过电流继电器线圈的电流为 ，由相量图4-12可知，其电流量值是相电流的 倍。这种接线适用于中性点不接地的三相三线制系统，可用于过电流继电保护。(4) 三相星形接线。如图4-10(d)所示，这种接线中的三个电流线圈正好反映了各相电流，因此被广泛用于三相负荷不平衡的三相四线制系统中，也可在负荷可能不平衡的三相三线制系统中测量三相电流、电能或用于过电流继电保护。,图4-12 两相电流差式接线的电流互感器一、二次侧的电流相量图,3. 电流互感器的类型和型号(1) 根据安装地点的不同，电流互感器可分为户内式和
31、户外式。20 kV及20 kV以下制成户内式，35 kV及35 kV以上多制成户外式。(2) 根据一次绕组的匝数不同，电流互感器可分为单匝式和多匝式。单匝式结构有母线式、芯柱式和套管式；多匝式有线圈式、线环式和串级式。(3) 根据一次电压的不同，电流互感器可分高压和低压两大类。高压电流互感器多制成准确度级不同的两个铁芯和两个二次绕组，分别接测量仪表和继电器；低压电流互感器二次侧只有一个二次绕组，用于接仪表或继电器。,(4) 根据用途的不同，电流互感器可分为测量用和保护用两大类。按准确度级分类，测量用电流互感器有0.1、0.2、0.5、1、3、5等级；保护用电流互感器有5P和10P两级。在实验室
32、进行精确测量时多选用0.1或0.2级；在工程上用于连接功率表或电能表，并以此计量收取电费时，应选用0.5级；在运行中只作监视或估算电量用时，可选1、3级；供辨别被测值是否存在或大致估算仪表所用电流时，应选5级；供一般保护装置用的电流互感器，可选用准确度级为5P或10P级；对差动保护用的电流互感器，则应选用0.5(或D)级。如果一只电流互感器既要供给仪表又要供给保护装置，则可以选择具有两个铁芯、不同准确度级的电流互感器。,常用高压10 kV电流互感器有LA、LAJ、LQJ、LQJC型等。如图4-13所示为LQJ-10型电流互感器的外形图。LQJ-10型是目前常用于10 kV高压开关柜中的户内线圈
33、式环氧树脂浇注绝缘加强型电流互感器。它有两个铁芯和两个二次绕组，分别为0.5级和3级，0.5级用于测量，3级用于继电保护。,图4-13 LQJ-10型电流互感器,低压电流互感器有LMZ1、LMZJ1、LMZB1、LMK1、LMKJ1、LMKB1型等。如图4-14所示为LMZJ1-0.5型电流互感器的外形图。LMZJ1-0.5型广泛用于低压配电屏和其他低压电路中的户内母线式环氧树脂浇注绝缘加大容量的电流互感器。它本身无一次绕组，穿过其铁芯的母线就是一次绕组。,图4-14 LMZJ1-0.5型电流互感器,电流互感器全型号的表示和含义如下：,4. 电流互感器使用注意事项(1) 电流互感器在工作时二次
34、侧不得开路。如果开路，则二次侧可能会感应出危险的高电压，危及人身和设备安全；同时，互感器铁芯会由于磁通剧增而过热，产生剩磁，导致互感器准确度降低。因此，电流互感器二次侧不允许开路。在安装时，二次接线必须可靠、牢固，决不允许在二次回路中接入开关或熔断器。(2) 电流互感器二次侧有一端必须接地。这是为了防止一、二次绕组间绝缘击穿时，一次侧高电压窜入二次侧，危及设备和人身的安全。,(3) 电流互感器在接线时，要注意其端子的极性。电流互感器的一、二次侧绕组端子分别用P1、P2和S1、S2表示，对应的P1和S1、P2和S2为用“减极性”法规定的“同名端”，又称“同极性端”。如果一次电流I1从P1流向P2
35、，则二次电流I2由S2流向S1，如图4-9所示。在安装和使用电流互感器时，一定要注意其端子极性，否则将造成不良后果甚至会引发事故。例如，图4-10(b)中C相电流互感器的S1和S2如果接反，则二次侧公共线中的电流将不是相电流，而是相电流的 倍，可能会使电流表烧毁。,4.4.2 电压互感器1. 电压互感器的结构原理电压互感器的结构与原理如图4-15所示。电压互感器也是由一次绕组、铁芯、二次绕组组成的。其特点有如下几点。(1) 一次绕组匝数很多，二次绕组匝数很少，相当于降压变压器。(2) 工作时，一次绕组并联在一次电路中，而二次绕组并联仪表、继电器的电压线圈。,图4-15 电压互感器的结构与接线,
36、(3) 由于这些电压线圈的阻抗很大，因此电压互感器在工作时二次绕组接近于空载状态。(4) 二次绕组的额定电压一般为100 V。电压互感器的一次电压U1与二次电压U2之间有下列关系：(4-7) 式中， N1、 N2分别为电压互感器的一次和二次绕组匝数； Ku为电压互感器的变压比，一般表示为额定一次电压和二次电压之比，即KuU1N/U2N，例如10 000 V/100 V。,2. 电压互感器的接线方案电压互感器在三相电路中有四种常见的接线方案，如图4-16所示。(1) 一个单相电压互感器的接线，如图4-16(a)所示。这种接线方案可供仪表和继电器测量某两相之间的线电压，适用于电压对称的三相电路。(
37、2) 两个单相电压互感器接成VV形，如图4-16(b)所示。这种接线方案可供仪表和继电器接于三相三线制电路的各个线电压，广泛应用在企业变配电所的610 kV高压配电装置中。(3)三个单相电压互感器接成Y0/Y0形，如图4-16(c)所示。这种接线方案可供电给要求线电压的仪表和继电器。在小电流接地系统中，供电给接相电压的绝缘监视电压表，这种接线方式中测量相电压的电压表应按线电压来选择。,图4-16 电压互感器的接线方式 (a) 一个单相电压互感器；(b) 两个单相电压互感器接成V/V形； (c) 三个单相电压互感器接成Y0/Y0形； (d) 三个单相三绕组电压互感器或一个三相 五芯柱三绕组电压互
38、感器接成Y0/Y0/形,图4-16 电压互感器的接线方式 (a) 一个单相电压互感器；(b) 两个单相电压互感器接成V/V形； (c) 三个单相电压互感器接成Y0/Y0形； (d) 三个单相三绕组电压互感器或一个三相 五芯柱三绕组电压互感器接成Y0/Y0/形,(4) 三个单相三绕组电压互感器或一个三相五芯柱三绕组电压互感器接成Y0/Y0/形，如图4-16(d)所示。接成Y0的二次绕组供电给线电压仪表、继电器及绝缘监视用电压表；辅助二次绕组接成开口三角形，用来连接电压继电器，测量零序电压。当一次电压正常时，由于三个相电压对称，因此开口三角形两端电压接近于零。当某一相接地时，开口三角形两端将出现近
39、100 V的零序电压，使电压继电器动作，发出信号。335 kV电压互感器一般经隔离开关和熔断器接入高压电网。在110 kV及110 kV以上配电装置中，考虑到互感器及配电装置可靠性高且高压熔断器的制造比较困难，故一般电压互感器只经过隔离开关与电网连接。,3. 电压互感器的类型与型号(1) 根据安装地点的不同，电压互感器可分为户内式和户外式。(2) 根据相数的不同，电压互感器可分为单相式和三相式，只有20 kV以下有三相式。(3) 按绝缘方式的不同，电压互感器可分为干式、浇注式、油浸式等。(4) 按使用电压的不同，电压互感器可分为高压式和低压式。(5) 按用途来划分，当用于测量时，其准确度要求较
40、高，一般计量用0.5级以上，一般测量用1.03.0级；当用于保护时，其准确度较低，一般有3P级和6P级，其中用于小接地系统电压互感器(如三相五芯柱式)的辅助二次绕组其准确度级规定为6P级。,(6) 按结构原理电压互感器可分为电容分压式和电磁感应式。635 kV屋内配电装置中，一般采用油浸式或浇注式电压互感器。低压500 V电压互感器常用的有JDG型；高压610 kV电压互感器常用的有JDZ、JDZJ、JDJ、JSJB、JSJW型等。JDZJ高压电压互感器的外形结构如图4-17所示。,图4-17 JDZJ-10型电压互感器,电压互感器全型号的表示和含义如下：,4. 使用注意事项(1) 电压互感器
41、在工作时其二次侧不得短路。由于电压互感器二次回路中的负载阻抗较大，其运行状态接近开路，当发生短路时，将产生很大的短路电流，有可能烧毁互感器，甚至影响一次电路的安全运行，因此电压互感器的一、二次侧必须装设熔断器以进行短路保护。(2) 电压互感器的二次侧有一端必须接地。为了防止一、二次绕组间的绝缘击穿时，一次侧的高电压窜入二次侧，危及人身和设备的安全，通常将公共端接地。,(3) 电压互感器在连接时，也要注意其端子的极性。我国规定，单相电压互感器的一次绕组端子标以A、N，二次绕组端子标以a、n，其中A与a、N与n分别为对应的“同名端”或“同极性端”。三相电压互感器按照相序，一次绕组端子分别标以A、B
42、、C，二次绕组端子分别标以a、b、c，一、二次侧的中性点则分别标以N、n，其中端子A与a、B与b、C与c、N与n分别为对应的“同名端”或“同极性端”。在接线时，若将其中的一相绕组接反，则二次回路中的线电压将发生变化，从而会造成测量和保护误动作(或误信号)，甚至可能对仪表造成损害。因此，必须注意一、二次极性的一致性。,4.5 高压开关设备高压开关设备主要有高压断路器、隔离开关、负荷开关等。 4.5.1 高压断路器1. 高压断路器的功能高压断路器QF是高压输配电线路中最为重要的电气设备，它的性能直接关系到线路运行的安全性和可靠性。高压断路器具有完善的灭弧装置，其在电网中的作用可归纳为两方面： 一是
43、控制作用，即根据电网的运行需要，将部分电器设备(或线路)投入或者退出运行；二是保护作用，即在电器设备或电力线路发生故障时，继电保护自动装置将发出跳闸信号，启动断路器，将故障部分设备或线路从电网中迅速切除，确保电网中无故障部分的正常运行。,2. 高压断路器的分类及型号高压断路器按灭弧介质的不同可分为油断路器、真空断路器和六氟化硫(SF6)断路器；按使用场合的不同可分为户内式和户外式；按分断速度的不同可分为高速(0.01 s)、中速(0.10.2 s)和低速(0.2 s)。高压断路器全型号的表示和含义如下：,(1) 油断路器： 指采用变压器油作为灭弧介质的断路器，按油量的大小油断路器可分为多油断路
44、器和少油断路器。多油断路器的油量多，兼有灭弧和绝缘的双重功能；少油断路器的油只作为灭弧介质使用。与多油断路器相比，少油断路器具有用油量少、体积小、重量轻、运输安装方便等优点。在不需要频繁操作且要求不高的高压电网中，少油断路器得到了广泛应用。在610 kV户内配电装置中常用的少油断路器有SN10-10型，按断流容量可将其分为、和型。型断流容量SOC为300 MVA，型断流容量SOC为500 MVA， 型断流容量SOC为750 MVA。SN10-10型高压少油断路器的外形结构如图4-18所示。,图4-18 SN10-10型高压少油断路器,(2) 真空断路器： 指采用真空的高绝缘强度来灭弧的断路器。
45、这种断路器的动静触头密封在真空灭弧室内，利用真空作为灭弧介质和绝缘介质。其特点有不爆炸，噪声低，体积小，寿命长，结构简单，可靠性高等。真空断路器主要用于频繁操作的场所，尤其是安全要求较高的工矿企业、住宅区、商业区等。常用的真空断路器有ZN3-10、ZN12-12、ZN28A-12型。ZN3-10型高压真空断路器的外形结构如图4-19所示。,图4-19 ZN3-10型高压真空断路器,(3) 六氟化硫(SF6)断路器： 指利用SF6气体作为灭弧介质和绝缘介质的断路器。由于SF6气体是无色、无臭、不燃烧、无毒的稀有气体，在150以下其化学性能相当稳定，其绝缘能力约等于空气的2.5倍，而灭弧能力则高达
46、百倍，因此SF6断路器具有灭弧能力强，绝缘强度高，开断电流大，燃弧时间短，检修周期长，断开电容电流或电感电流时，无重燃，过电压低等优点。但是SF6断路器要求加工精度高，密封性能要求严，价格相对昂贵。SF6断路器主要用于需频繁操作且有易燃易爆危险的场所，特别适用于全封闭组合电器。常用的有LN2-10型，其外形结构如图4-20所示。真空断路器、六氟化硫断路器(SF6)是现在和未来重点发展与使用的断路器。,图4-20 LZ2-10型高压SF6断路器,3. 断路器的操动机构断路器在工作过程中的合、分闸操作均是由操动机构完成的。操动机构按操动能源的不同可分为手动型、电磁型、液压型、气压型和弹簧型等多种类
47、型。手动型需借助人的力量完成合闸；电磁型则依靠合闸电源提供操动功率；液压型、气压型和弹簧型则只是间接利用电能，并经转换设备和储能装置用非电能形式操动合闸，在短时间内失去电源后可由储能装置提供操动功率。(1) CS系列的手动操动机构可手动和远距离跳闸，但只能手动合闸。该机构采用交流操作电源，无自动重合闸功能，且操作速度有限，其所操作的断路器开断的短路容量不宜超过100MVA。如图4-21所示为CS2型手动操动机构的外形结构。,图4-21 CS2型手动操动机构,(2) CD系列电磁操动机构通过其跳、合闸线圈能手动和远距离跳、合闸，也可进行自动重合闸，且合闸功率大，但需直流操作电源。图4-22是CD
48、10型电磁操动机构的外形结构。电磁操动机构CD10根据所操作断路器的断流容量不同，可分为CD10-10、CD10-10和CD10-10三种。电磁机构分、合闸操作简便，动作可靠，但结构较复杂，需专门的直流操作电源，因此，一般在变压器容量630kVA以上、可靠性要求高的高压开关中使用。,图4-22 CD10型电磁操动机构,(3) CT系列弹簧储能操动机构既能手动和远距离跳、合闸，又可实现一次重合闸，且操作电源交、直流均可，因而其保护和控制装置可靠、简单。虽然结构复杂，价格昂贵，但其应用已越来越广泛。SN10-10型断路器可配CS型手动操动机构、CD10型电磁操动机构或CT型弹簧机构。真空断路器可配
49、CD型电磁操动机构或CT 型弹簧机构。SF6断路器主要采用弹簧、液压操动机构。,4.5.2 高压隔离开关1. 高压隔离开关的功能高压隔离开关QS是高压电气装置中保证工作安全的开关电器，其作用主要有以下三种。 (1) 隔离电源，保证安全。利用隔离开关将高压电气装置中需要检修的部分与其他带电部分可靠地隔离，这样工作人员就可以安全地进行作业，不影响其余部分的正常工作。隔离开关断开后有明显可见的断开间隙，能充分保证人身和设备的安全。(2) 倒闸操作。隔离开关经常用来在电力系统运行方式改变时进行倒闸操作。例如，当主接线为双母线时，利用隔离开关将设备或线路从一组母线切换到另一组母线。,(3) 接通或切断小电流电路。可以利用隔离开关通断一定的小电流，如励磁电流不超过2 A的空载变压器、电容电流不超过5 A的空载线路以及电压互感器和避雷器电路等。特别强调： 高压隔离开关没有专门的灭弧装置，在任何情况下，均不能接通或切断负荷电流和短路电流，并应设法避免可能发生的误操作。当隔离开关与断路器配合操作时，其顺序应为： 断电时，先拉开断路器，再拉开隔离开关；送电时，先合隔离开关，再合断路器。总之，在隔离开关与断路器配合操作时，隔离开关必须在断路器处于断开(分闸)的位置时才能进行操作。,
