1、建筑电气照明系统安装以工作过程导向的教材1学习情境 3 工厂电气系统安装项目 1 工厂电气动力系统安装3.1.1 施工技术准备1.识图1）设计说明（1）设计依据按照国家标准 GB5005295 供配电系统设计规范 、GB500539410kV 及以下变电所设计规范 、GB5005495低压配电设计规范等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下一般设计原则：a 遵守规程、执行政策必须遵守国家的有关规程和标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源、节约有色金属等技术经济政策。b 安全可靠、先进合理应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能较先进的电
2、气产品。c 近期为主、考虑发展应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远、近期结合，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。d 全局出发、统筹兼顾必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。（2）设计范围工厂供电设计包括变配电所设计、配电线路设计和电气照明等。a 变配电所设计无论工厂总降压变电所或车间变电所，设计的内容都基本相同。工厂高压配电所，则除了没有主变压器的选择外，其余的设计内容也与变电所设计基本相同。变配电所的设计内容应包括：变配电所负荷的计算和无功功率的补偿，变配电所所址的选择，变电所主变压器台数和容量、型式
3、的确定，变配电所主结线方案的选择，进出线的选择，短路计算及开关设备的选择，二次回路方案的确定及继电保护的选择与整定，防雷保护与接地和接零的设计，变配电所电气照明的设计等。最后需编制设计说明书、设备材料清单及工程概(预)算，绘制变配电所主电路图、平剖面图、二次回路图及其它施工图纸。b 配电线路设计工厂配电线路设计分厂区配电线路设计和车间配电线路设计。厂区配电线路设计，包括厂区高压供配电线路设计及车间外部低压配电线路的设计。其设计内容应包括：配电线路路径及线路结构型式的确定，负荷的计算，导线或电缆及配电设备和保护设备的选择，架空线路杆位的确定及电杆与绝缘子、金具的选择，防雷保护与接地和接零的设计等
4、。最后需编制设计说明书、设备材料清单及工程概(预)算，绘制厂区配电线路系统图和平面图、电杆总装图及其它施工图纸。车间配电线路设计，包括车间配电线路布线方案的确定、负荷的计算、线路导线及配电设备和保护设备的选择、线路敷设设计等。最后也需编制设计说明书、设备材料清单及工程概(预)算，绘制车间配电线路系统图、平面图及其他施工图纸。c 电气照明设计工厂电气照明设计，包括厂区室外照明系统设计和车间(建筑)内照明系统设计。无论是厂区室外照明设计还是车间内照明设计，其内容均应包括：照明光源和灯具的选择，灯具布置方案的建筑电气照明系统安装以工作过程导向的教材2确定和照度的计算，照明负荷计算及导线的选择，保护与
5、控制设备的选择等。最后编制设计说明书、设备材料清单及工程概(预)算，绘制照明系统图、平面图及其它施工图纸。(3）设计的程序与要求工厂供电设计，通常分为扩大初步设计和施工设计两个阶段。大型设计，也有分为初步设计、技术设计和施工设计三个阶段，或分为方案设计、初步设计和施工设计三个阶段的。如果设计任务紧迫，设计规模较小，又经技术论证许可时，也可直接进行施工设计。a 扩大初步设计扩大初步设计的任务，主要是根据设计任务书的要求，进行负荷的统计计算，确定工厂的需电容量，选择工厂供电系统的原则性方案及主要设备，提出主要设备材料清单，并编制工程概算，报上级主管部门审批。因此，扩大初步设计资料应包括工厂供电系统
6、的总体布置图、主电路图、平面布置图等图纸及设计说明书和工程概算等。为了进行扩大初步设计，在设计前必须收集以下资料：a)亡厂的总平面图，各车间(建筑)的土建平、剖面图。b)工艺、给水、排水、通风、取暖及动力等工种的用电设备平面布置图及主要的剖面图。并附有备用电设备的名称及有关技术数据。c)用电设备对供电可靠性的要求及工艺允许停电的时间。d)全厂的年产量或年产值及年最大负荷利用小时数，用以估算全厂的年用电量和最高需电量。e)向当地供电部门收集下列资料：可供的电源容量和备用电源容量；供电电源的电医、供电方式(架空线还是电缆，专用线还是公用线)、供电电源回路数、导线或电缆的型号规格、长度以及进入工厂的
7、方位；电力系统的短路数据或供电电源线路首端的开关断流容量；供电电源首端的继电保护方式及动作电流和动作时限的整定值，电力系统对工厂进线端继电保护方式及动作时限配合的要求；供电部门对工厂电能计量方式的要求及电费计收办法；对工厂功率因数的要求；电源线路厂外部分设计和施工的分工及工厂应负担的投资费用等。f)向当地气象、地质及建筑安装等部门收集下列资料：当地气温数据，如年最高温度、年平均温度、最热月平均最高温度、最热月平均温度以及当地最热月地面下 o81om 处的土壤平均温度等，以供选择电器和导体之用；当地海拔高度、极端最高温度与最低温度等，也是供电器选择之用；当地年雷暴日数，供设计防雷装置之用；当地土
8、壤性质或土壤电阻率，供设计接地装置之用；当地常年主导风向、地下水位及最高洪水位等，供选择变、配电所所址之用；当地曾经出现过或可能出现的最高地震烈度，供考虑防震措施之用；当地电气工程的技术经济指标及电气设备和材料的生产供应情况等，供编制投资概算之用。必须注意：在向当地供电部门收集有关资料的同时，也应向当地供电部门提供一定的资料，如工厂的生产规模、负荷的性质：需电容量及供电的要求等，并应与供电部门最后达成供用电协议。b 施工设计施工设计是在扩大初步设计经上级主管部门批准后，为满足安装施工要求而进行的技术设计，重点是绘制施工图，因此也称为施工图设计。施工设计须对初步设计的原则性方案进行全面的技术经济
9、分析和必要的计算和修订，以使设计方案更加完善和精确，有助于安装施工图的绘制。安装施工图是进行安装施工所必需的全套图纸资料。安装施工图应尽可能采用国家颁发的标准图样。施工设计资料应包括施工说明书，各项工程的平、剖面图，各种设备的安装图，各种非标准件的安装图，设备与材料明细表以及工程预算等。施工设计由于是即将付诸安装簏工的最后决定性设计，因此设计时更有必要深入现场调查研究，核实资料，精心设计，以确保工厂供电工程的质量。建筑电气照明系统安装以工作过程导向的教材32）负荷计算由于需要系数等计算方法前面章节已作介绍，本部分仅介绍在当设备台数较少而容量差别较大时的低压干线与分支线的负荷计算中常用的二项式法
10、。(1) 用二项法进行负荷计算二项式法认为计算负荷由两部分构成，一部分是由所有设备运行时产生的平均负荷 ，NPb另一部分是由于大型设备（容量最大的 x 台）的投入产生的负荷 。cPx其中 b，c 称为二项式系数。二项式系数也是通过统计得到的数据。二项式法的基本公式是式中，bPe 为表示用屯设备组的平均功率，其中 Pe 是用电设备组的设备总容量，其计算方法如前需要系数法中所述；cPx 为表示用电设备组中 x 台容量最大的设备投入运行时增加的附加负荷，其中 Px，是 x 台最大容量的设备总容量；b、c 为二项式系数。其余的计算负荷 Q30、S 30和 I30的计算与前述需要系数法的计算相同但必须注
11、意：按二项式法确定计算负荷时，如果设备总台数 n 少于附录表 1 中规定的最大容量设备台数 x 的 2 倍(即 n X /3 时才需计及电阻。如果不计电阻，则三相短路电流的周期分量有效值为三相短路容量为下面讲述供电系统中各主要元件如电力系统、电力变压器和电力线路的阻抗计算。至于供电系统中的母线、线圈型电流互感器的一次绕组、低压断路器的过电流脱扣线圈及开关的触头等的阻抗，相对来说很小，在短路计算中一般可略去不计。在略去上述的阻抗后，计算所得的短路电流自然稍有偏大；但用稍偏大的短路电流来校验电气设备，倒可以使其运行的安全性更有保证。a)电力系统的阻抗电力系统的电阻相对于电抗来说，很小，一般不予考虑
12、。电力系统的电抗，可由电力系统变电所高压馈电线出口断路器(参看图 34)的断流容量 SOC来估算，这 SOC就看作是电力系统的极限短路容量 SK。因此电力系统的电抗为式中，U C为高压馈电线的短路计算电压，但为了便于短路电路总阻抗的计算，免去阻抗换算的麻烦，此式的 UC可直接采用短路点的短路计算电压；S OC为系统出口断路器的断流容量，可查有关手册或产品样本；如只有开断电流 IOC数据，则其断流容量这里 UN为其额定电压。b)电力变压器的阻抗(a)变压器的电阻 RT可由变压器的短路损耗Pt 近似地计算。建筑电气照明系统安装以工作过程导向的教材10故 式中，U C为短路点的短路计算电压；S N为
13、变压器的额定容量；P k为变压器的短路损耗，可查有关手册或产品样本。(b)变压器的电抗 Xt可由变压器的短路电压(即阻抗电压)U K近似地计算。因 故式中，U K为变压器的短路电压(阻抗电压 UZ)百分值，可查有关手册或产品样本c)电力线路的阻抗(a)线路的电阻 RWL。 可由导线电缆的单位长度电阻 R。值求得，即式中，R。为导线电缆单位长度的电阻，可查有关手册或产品样本；l 为线路长度。(b)线路的电抗 XWL。可由导线电缆的单位长度电抗 x。值求得，即式中，X。为导线电缆单位长度的电抗，可查有关手册或产品样本；l 为线路长度。如果线路的结构数据不详时，x。可按下表 1.1-2 取其电抗平均
14、值，因为同一电压的同类线路的电抗值变动幅度一般不大 。电力线路每相的单位长度电抗平均值(km) 表 3.1-2线路电压线路结构6-10kV 220/380V架空线路 O38 O32电缆线路 O08 O066求出短路电路中各元件的阻抗后，就化简短路电路，求出其总阻抗，然后计算短路电流周期分量磴 。其他短路物理量的计算公式见第三节第二节。必须注意：在计算短路电路的阻抗时，假如电路内含有电力变压器，则电路内各元件的阻抗都应统一换算到短路点的短路计算电压去。阻抗等效换算的条件是元件的功率损耗不变。由 和Q=U 2X 可知，元件的阻抗值与电压平方成正比，因此阻抗换算的公式2/PUR为式中，R、X 和 U
15、C为换算前元件的电阻、电抗和元件所在处的短路计算电压； 、 、RX为换算后元件的电阻、电抗和短路点的短路计算电压。C建筑电气照明系统安装以工作过程导向的教材11就短路计算中考虑的几个主要元件的阻抗来说，只有电力线路的阻抗有时需要换算，例如计算低压侧的短路电流时，高压侧的线路阻抗就需要换算到低压侧。而电力系统和电力变压器的阻抗，由于它们的计算公式中均含有 u：，因此计算阻抗时，公式中 U。直接代以短路点的计算电压，就相当于阻抗已经换算到短路点一侧了。5)工厂变配电所及其一次系统本节首先介绍工厂变配电所的任务、类型及开关触头间电弧产生和熄灭的基本知识，然后重点讲述变配电所的一次设备和主电路图，对一
16、次设备着重介绍其功能、结构特点、基本原理及其选择，对主电路图着重阐述其基本要求及一些典型电路的分析，最后讲述工厂变配电所的所址选择、布置、结构、安装图及运行维护等知识。本章是本课程的重点，也是从事工厂供电设计与运行必备的基础知识。（1）工厂变配电所的任务和类型a 变配电所的任务变电所(tansformer substation)担负着从电力系统受电，经过变压，然后配电的任务。配电所(distribution sulbstation)担负着从电力系统受电，然后直接配电的任务。显然，变配电所是工厂供电系统的枢纽，在工厂中占有特殊重要的地位。b 变配电所的类型工厂变电所分总降压变电所(head st
17、epdown substation)和车间变电所(shop trans 一。former substation)。一般中小型工厂不设总降压变电所。车间变电所按其主变压器的安装位置来分，有下列类型：a) 车间附设变电所变压器室的一面墙或几面墙与车间的墙共用，变压器室的大门朝车间外开。如果按变压器室位于车间的墙内还是墙外，还可进一步分为内附式(如图 3.1-4 中的12)和外附式(如图3.1-4 中的 3、4)。b) 车间内变电所变压器室位于车间内的单独房间内，变压器室的大门朝车间内开(如图 3.1-4 中的 5)。c) 露天变电所变压器安装在室外抬高的地面上(如图 3.1-4 中的 6)。如果变
18、压器的上方设有顶板或挑檐的，则称为半露天变电所。d) 独立变电所整个变电所设在与车间建筑物有一定距离的单独建筑物内(如图 3.1-4 中的 7)。外墙 e) 杆上变电台 变压器安装在室外的电杆上，又称柱上变电所。f）地下变电所整个变电所设置在地下。g）楼上变电所整个变电所设置在楼上。图 3.1-4 车间变电所的类型1、2-内附式 3、4-外附式 5-车间内式 6-露天（或半露天）式7-独立式建筑电气照明系统安装以工作过程导向的教材126）电弧(1)产生电弧的根本原因开头触头在分断电流时之所以会产生电弧，根本的原因在于触头本身及触头周围的介质中含有大量可被游离的电子。这样，当分断的触头之间存在着
19、足够大的外施电压的条件下，就有可能强烈电离而产生电弧。(2)产生电弧的游离方式a 热电发射 当开关触头分断电流时，阴极表面由于大电流逐渐收缩集中而出现炽热的光斑，温度很高，因而使触头表面分子中外层电子吸收足够的热能而发射到触头间隙中去，形成自由电子。b 高电场发射 开关触头分断之初，电场强度很大。在这种高电场的作用力，触头表面的电子可被强拉出来，使之进入触头间隙，也形成自由电子。c 碰撞游离 当触头间隙存在着足够大的电场强度时，其中的自由电子以相当大的动能向阳极移动，在移动中碰撞到中性质点，就可能使中性质点中的电子游离出来，从而使中性质点变成带电的正离子和自由电子。这些游离出来的带电质点在电场
20、力的作用下，继续参加碰撞游离，结果使触头间介质中的离子数越来越多，形成“雪崩”现象。当离子浓度足够大时，介质击穿而发生电弧。d 热游离 电弧的温度很高，表面温度达 30004000，弧心温度可高达 10000。在这样的高温下，电弧中的中性质点可游离为正离子和自由电子(据研究，一般气体在 900010000时发生游离，而金属蒸气在 4000左右即发生游离)，从而进一步加强了电弧中的游离。触头越分开，电弧越大，热游离也越显著。 、由于上述几种游离方式的综合作用，使得触头在带电开断时产生电弧并得以维持。(3)电弧的熄灭a 熄灭电弧的条件要使电弧熄灭，必须使触头间电弧中的去游离率大于游离率，即其中离子
21、消失的速率大于离子产生的速率。b 熄灭电弧的去游离方式a)正负带电质点的“复合” 复合就是正、负带电质点重新结合为中性质点。这与电弧中的电场强度、混度及电弧截面等有关。电弧中的电场强度越弱，电弧的温度越低，电弧截面越小，则带电质点的复合越强。此外，复合与电弧接触的介质性质也有关。如电弧接触的表面为固体介质，则由于较活泼的电子先使介质表面带一负电位，带负电位的介质表面就吸引电弧中的正离子而造成强烈的复合。b)正负带电质点的“扩散” 扩散就是电弧中的带电质点向周围介质中扩散开去，从而使电弧区域的带电质点减少。扩散的原因，一是由于电弧与周围介质的温度差，另一是由于电弧与周围介质的离子浓度差。扩散也与
22、电弧截面有关。电弧截面越小，离子扩散也越强。上述带电质点的复合和扩散，都使电弧中间的离子数减少，即去游离增强，从而有助于电弧的熄灭。(4)对电气触头的基本要求电气触头是开关电器中极其重要的部件。开关电器工作的可靠程度，与触头的结构和状况有着密切的关系。为了更好地理解高低压开关电器的结构原理，这里先谈谈对电气触头的基本要求。a 满足正常负荷的发热要求正常负荷电流(包括过负荷电流)长期通过触头时，触头的发热温度不应超过允许值。为此，触头必须接触紧密良好，尽量减小或消除触头表面的氧化层，尽量降低接触电阻。b 具有足够的机械强度 能经受规定的通断次数而不致发生机械故障或损坏。建筑电气照明系统安装以工作
23、过程导向的教材13c 具有足够的动稳定度和热稳定度在可能发生的最大的短路冲击电流通过时，触头不致因电动力作用而损坏；并在可能最长的短路时间内通过短路电流时所产生的热量，不致使触头过度烧损或熔焊。d 具有足够的断流能力在开断所规定的最大负荷电流或短路电流时，触头不应被电弧过度烧损，更不应发生熔焊现象。为了保证触头在闭合时尽量减少触头电阻，而在通断时又使触头能经受电弧高温的作用，因此有些开关的触头分为工作触头和灭弧触头两部分。工作触头采用导电性好的铜(或镀银)触头，灭弧触头则采用耐高温的铜钨等合金触头。通路时，电流主要由工作触头通过。通断电流时，电弧基本上在灭弧触头间产生，不致使工作触头烧损。7)
24、动力配电系统图图 3.1-5 动力配电箱系统图以进线引自变配电室的一个总动力配电箱进行说明：该箱进线引自变配电室的 500A 回路，导线采用 BV 聚氯乙烯绝缘铜芯线，3 根 185mm2作为相线，两根 95mm2作为 N 线与 PE 线，穿直径 100mm 的钢管，埋地敷设。接入型号为 HD12-600/41的刀开关（其中 600 表示额定电流，4 表示 4 极，1 表示带灭弧室）后分为四条回路：AP1、APd1、AP3 和备用回路。AP1 回路装设型号为 TSM21-400L/3300-315A 的断路器，导线为 BV聚氯乙烯绝缘铜芯线。该箱还设有 N 线排和 PE 线排。3.1.2 主要
25、材料准备1)高压一次设备(1)概述变配电所中承担输送和分配电能任务的电路，称为一次电路(primary circuit)或一次回路，亦称主电路、主结线(主接线)。一次电路中所有的电气设备，称为一次设备(primary equipment)或一次元件。凡用来控制、指示、监测和保护一次设备运行的电路，称为二次电路(see()ndarycircuit)或二次回路，亦称副电路、二次结线(二次接线)。二次电路通常接在互感器的二次侧。二次电路中的所有电气设备，称为二次设备(secondary eqtfipment)或二次元件。一次设备按其功能来分，可分为以下几类。a 变换设备其功能是按电力系统工作的要求来
26、改变电压或电流，例如电力变压器、电流互感器、电压互感器等。b 控制设备其功能是按电力系统工作的要求来控制一次电路的通、断，例如各种高低压开关。c 保护设备其功能是用来对电力系统进行过电流和过电压等的保护，例如熔断器和避雷建筑电气照明系统安装以工作过程导向的教材14器等。d 补偿设备其功能是用来补偿电力系统的无功功率，以提高系统的功率因数，例如并联电容器。e 成套设备它是按一次电路结线方案的要求，将有关一次设备及：二次设备组合为一体的电气装置，例如高压开关柜、低压配电屏、动力和照明配电箱等。本节只介绍一次电路中常用的高压熔断器、高压隔离开关、高压负荷开关、高压断路器及高压开关柜等。(2)高压熔断
27、器熔断器(fuse，文字符号为 FU)是一种当所在电路的电流超过规定值并经一定时间后，使其熔体(fuseelement)熔化而分断电流、断开电路的一种保护电器。熔断器的功能主要是对电路及电路设备进行短路保护，但有的也具有过负荷保护的功能。工厂供电系统中，室内广泛采用 RNl、RN2 型高压管式熔断器，室外则广泛采用Rw4、RWlo(F)等型跌开式熔断器。高压熔断器全型号的表示和含义如下：a RNl 和 RN2 型户内高压熔断器 RNl 型与 RN2 型的结构基本相同，都是瓷质熔管内充石英砂填料的密闭管式熔断器。RNl 型主要用作高压线路和设备的短路保护，也能起过负荷保护的作用，其熔体要通过主电
28、路的电流，因此其结构尺寸较大，额定电流可达 100A。而 RN2 型只用作高压电压互感器一次侧的短路保护。由于电压互感器二次侧全部接阻抗很大的电压线圈，致使它接近于空载工作，其一次侧电流很小，因此 RN2 型的结构尺寸较小，其熔体额定电流一般为 0.5A。图 3.1-6 RN1、RN2 型高压熔断器 建筑电气照明系统安装以工作过程导向的教材15图 3.1-6 是 RNl、RN2 型高压熔断器的外形结构，图 3.1-7 是其熔管剖面示意图。由图 3.1-7 可知，熔断器的工作熔体(铜熔丝)上焊有小锡球。锡是低熔点金属，过负荷时锡球受热首先熔化，包围铜熔丝，铜锡的分子互相渗透而形成熔点较铜的熔点低
29、的铜锡合金，使铜熔丝能在较低的温度下熔断，这就是所谓“冶金效应”(metallurgieal effeet)。它使得熔断器能在不太大的过负荷电流或较小的短路电流时动作，提高了保护的灵敏度。又由图可知，这种熔断器采用几根熔丝并联，以便在它们熔断时能产生几根并行的电弧，利用粗弧分细灭弧法来加速电弧的熄灭。而且这种熔断器的熔管内是充填有石英砂的，熔丝熔断时产生的电弧完全在石英砂内燃烧，因此灭弧能力很强，能在短路后不到半个周期即短路电流未达冲击值 i。 。之前即能完全熄灭电弧、切断短路电流，从而使熔断器本身及其所保护的电压互感器不必考虑短路冲击电流的影响，因此这种熔断器属于“限流”熔断器(cur”re
30、ntlimiting fuse)。当短路电流或过负荷电流通过熔体时，工作熔体熔断后，指示熔体也相继熔断，其红色的熔断指示器弹出，如图 3.1-7 中虚线所示，给出熔断的指示信号。b Rw4 和 Rwlo(F)型户外高压跌开式熔断器运行时是封闭的，可以防止雨水浸入。在分断小的短路电流时，由于上端封闭形成单端排气，使管内保持足够大的压力，这样有利于熄灭小的短路电流所产生的电弧。而在分断大的短路电流时，由于管内产生的气压大，使上端薄膜冲开而形成两端排气，这样有助于防止分断大的短路电流时可能造成的熔管爆裂，从而有效地解决了自产气熔断器分断大小故障电流的矛盾。Rwlo 一 10(F)型跌开式熔断器是在一
31、般跌开式熔断器的静触头上加装简单的灭弧室，因而能图 3.1-7 RN1、RN2 型高压熔断器的熔管剖面示意图图 3.1-8 RW4-10（G）型跌开式熔断器建筑电气照明系统安装以工作过程导向的教材16带负荷操作。这种负荷型跌开式熔断器有推广应用的趋向。跌开式熔断器依靠电弧燃烧使产气管分解产生的气体来熄灭电弧，即使是负荷型跌开式熔断器加装有简单的灭弧室，其灭弧能力都不强，灭弧速度不快，不能在短路电流到达冲击值之前熄灭电弧，因此属“非限流”熔断器。(3)高压隔离开关高压隔离开关(highvoltage disconneclfor，文字符号为 QS)的功能主要是隔离高压电源，以保证其它设备和线路的安
32、全检修。因此它的结构有如下特点，即断开后有明显可见的断开间隙，而且断开间隙的绝缘及相间绝缘都是足够可靠的，能充分保证人身和设备的安全。但是隔离开关没有专门的灭弧装置，因此不允许带负荷操作。然而可用来通断一定的小电流，如励磁电流不超过 2A 的空载变压器、电容电流不超过 5A 的空载线路以及电压互感器和避雷器电路等。高压隔离开关按安装地点，分户内式和户外式两大类。图 3.1-9 是(3N8 型户内高压隔离开关的外形。高压隔离开关全型号的表示和含义如下：(4)高压负荷开关高压负荷开关(highvoltage load switch，文字符号为 QL)，具有简单的灭弧装置，因而能通断一定的负荷电流和
33、过负荷电流，但它不能断开短路电流，因此它必须与高压熔断器串联使图 3.1-9 GN8-10/600 型高压隔离开关建筑电气照明系统安装以工作过程导向的教材17用，以借助熔断器来切断短路故障。负荷开关断开后，与隔离开关一样，具有明显可见的断开间隙，因此，它也具有隔离电源、保证安全检修的功能。高压负荷开关的类型较多，这里着重介绍一种应用最多的户内压气式高压负荷开关。图 3.1-10 是 FN310RT 型户内压气式负荷开关的外形结构图。上半部为负荷开关本身，很像一般隔离开关，实际上它也就是在隔离开关的基础上加一个简单的灭弧装置。负荷开关上端的绝缘子就是一个简单的灭弧室，它不仅起支持绝缘子作用，而且
34、内部是一个气缸，装有由操动机构主轴传动的活塞，其作用类似打气筒。绝缘子上部装有绝缘喷嘴和弧静触头。当负荷开关分闸时，在闸刀一端的弧动触头与绝缘子上的弧静触头之间产生电弧。由于分闸时主轴转动而带动活塞，压缩气缸内的空气而从喷嘴往外吹弧，使电弧迅速熄灭。当然分闸时还有电弧迅速拉长及本身电流回路的电磁吹弧作用。但总的来说，负荷开关的灭弧断流能力是很有限的，只能断开一定的负荷电流及过负荷电流。负荷开关绝不能配以短路保护装置来自动跳闸，其热脱扣器只用于过负荷保护。这种负荷开关一般配用 CS2 等型。手动操作机构进行操作。高压负荷开关全型号的表示和含义如下：(5)高压断路器高压断路器(highvoltag
35、e circuit_breaker，文字符号为 QF)的功能是，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，切除短图 3.1-10 FN3-10RT 型高压负荷开关建筑电气照明系统安装以工作过程导向的教材18路故障。高压断路器按其采用的灭弧介质分，有油(oil)断路器、六氟化硫(SF 6)断路器、真空。型号中 c-“操”作机构；s 一“手”动；2 一设计序号。(vacHum)断路器以及压缩空气断路器、磁吹断路器等。其中应用最广的是油断路器。油断路器按其油量多少和油的功能，又分为多油(higho 订 content)和少油(10woil conten
36、t)两大类。多油断路器的油量多，其油一方面作为灭弧介质，另一方面又作为相对地(外壳)甚至相与相之间的绝缘介质。少油断路器的油量很少(一般只几千克)，其油只作为灭弧介质。一般 635kV 户内配电装置中均采用少油断路器。下面重点介绍我国目前广泛应用的 SNlo一 10 型户内少油断路器，并简介应用日益广泛的六氟化硫断路器和真空断路器。高压断路器全型号的表示和含义如下：a SNl0-10 型高压少油断路器SNl0-10 型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(capacity of open circuit，符号 SOC)分，有 I、型。SNlo10 I 型，S。
37、。一300MVA；型，S。 。一 500MVA；型，S。一 750MVA图 3.1-11 SN10-10 型高压少油断路器建筑电气照明系统安装以工作过程导向的教材19图 3.1-11 是 SNlo 一 10 型高压少油断路器的外形图，其一相油箱内部结构的剖面图如图3.1-12 所示。这种少油断路器由框架、传动机构和油箱等三个主要部分组成。油箱是其核心部分。油箱下部是由高强度铸铁制成的基座。操作断路器导电杆(动触头)的转轴和拐臂等传动机构就装在基座内。基座上部固定着中间滚动触头。油箱中部是灭弧室。外面套的是高强度绝缘筒。油箱上部是铝帽。铝帽的上部是油气分离室。铝帽的下部装有插座式静触头。插座式静
38、触头有 34 片弧触片。断路器合闸时，导电杆插入静触头，首先接触的是其弧触片。断路器跳闸时，导电杆离开静触头，最后离开的是其弧触片。因此，无论断路器合闸或跳闸，电弧总在弧触片与导电杆端部弧触头之间产生。为了使电弧能偏向弧触片，在灭弧室上部靠弧触片一侧嵌有吸弧铁片，利用电弧的磁效应使电弧吸往铁断路器跳闸时，导电杆向下运动。当导电杆离开静触头时，产生电弧，使油分解，形成气泡，导致静触头周围的油压骤增，迫使逆止阀(钢珠)动作，钢珠上升堵住中心孔。这时电弧在近乎封闭的空间内燃烧，从而使灭弧室内的油压迅速增大。当导电杆继续向下运动，相继打开一、二、三道灭弧沟及下面的油囊时，油气流强烈地横吹和纵吹电弧。同
39、时由于导电杆向下运动，在灭弧室形成附加油流射向电弧。由于油气流的横吹与纵吹以及机械运动引起的油吹的综合作用，从而使电弧迅速熄灭。而且这种断路器跳闸时，导电杆是向下运动的，导电杆端部的弧根部分总与下面的新鲜冷油接触，进一步改善了灭弧条件，因此它具有较大的断流容量。图 3.1-12 SN10-10 型高压少油断路器的一相油箱内部结构图 3.1-13 SN10-10 型高压少油断路器的灭弧室图 3.1-14 SN10-10 型高压少油断路器的灭弧室工作示意图建筑电气照明系统安装以工作过程导向的教材20这种少油断路器，在油箱上部设有油气分离室，其作用是使灭弧过程中产生的油气混合物旋转分离，气体从油箱顶
40、部的排气孔排出，而油滴则附着内壁流回灭弧室。SNl0-10 等型少油断路器可配用 CS2 等型手动操作机构、CDlo 等型电磁操作机构或 cT7 等型弹簧储能操作机构 o。手动操作机构能手动和远距离跳闸，但只能手动合闸，其结构简单，可交流操作。电磁操作机构能手动和远距离跳、合闸，但需直流操作，且合闸功率大。弹簧储能操作机构亦能手动和远距离跳、合闸，而且操作电源交、直流均可，但结构较复杂，价较高。如需实现自动合闸或自动重合闸，则必需采用电磁操作机构或弹簧操作机构。由于采用交流操作电源较为简单经济，因此弹簧操作机构的应用越来越广。b 高压六氟化硫断路器六氟化硫(SF 6)断路器，是利用 SF6气体
41、作灭弧和绝缘介质的一种断路器。SF6是一种无色、无味、无毒且不易燃的惰性气体，在 150以下时，化学性能相当稳定。但它在电弧的高温作用下要分解，分解出的氟有较强的腐蚀性和毒性，且能与触头的金属蒸气化合为一种具有绝缘性能的白色粉末状的氟化物。因此这种断路器的触头一般都设计成具有自动净化的作用。然而由于上述的分解和化合作用所产生的活性杂质，大部分能在电弧熄灭后几个微秒的极短时间内自动还原，而且残余杂质可用特殊的吸附剂(如活性氧化铝)清除，因此对人身和设备都不会有什么危害。SF 6不含碳元素(C)，这对于灭弧和绝缘介质来说，是极为优越的特性。上述油断路器是用油作灭弧和绝缘介质的，而油在电弧高温作用下
42、要分解出碳，使油中的含碳量增高，从而降低了油的绝缘和灭弧性能。因此油断路器在运行中要经常注意监视油色，适时分析油样，必要时要更换新油。而 SF6断路器就无此麻烦。SF 6又不含氧元素(0)，因此它不存在触头氧化的问题。因此 SF6断路器较之空气断路器，其触头的磨损较少，使用寿命增长。SF 6除具有上述优良的物理、化学性能外，还具有优良的电绝缘性能。在 300kPa 下，其绝缘强度与一般绝缘油的绝缘强度大体相当。特别优越的是 SF6在电流过零时，电弧暂时熄灭后，具有迅速恢复绝缘强度的能力，从而使电弧难以复燃而很快熄灭。SF6断路器的结构，按其灭弧方式分，有双压式和单压式两类。双压式具有两个气压系
43、统，压力低的作为绝缘，压力高的作为灭弧。单压式只有一个气压系统，灭弧时，SF 6的气流靠压气活塞产生。单压式结构简单，我国现在生产的 LNl、LN2 型 SF。断路器均为单压式。图 3.1-15 SF6 断路器灭弧室工作示意图 图 3.1-16 真空灭弧室的结构建筑电气照明系统安装以工作过程导向的教材21SF6断路器灭弧室的工作(图 3.1-15)。断路器的静触头和灭弧室中的压气活塞是相对固定不动的；跳闸时装有动触头和绝缘喷嘴的气缸由断路器操动机构通过连杆带动，离开静触头，造成气缸与活塞的相对运动，压缩 SF、 。 ，使之通过喷嘴吹弧，从而使电弧迅速熄灭。SF6断路器与油断路器比较，具有下列优
44、点：断流能力强，灭弧速度快，电绝缘性能好，检修周期(间隔时间)长，适于频繁操作，而且没有燃烧爆炸危险。但缺点是：要求加工精度很高，对其密封性能要求更严，因此价格比较昂贵。型号中“c”一操作机构， “s”手动式， “D”一电磁式， “T”一弹簧储能式，后边数字设计序号。SF6断路器主要用于需频繁操作及有易燃易爆危险的场所，特别是用作全封闭式组合电器。SF6断路器配用 CDlo 等型电磁操作机构或 CT7 等型弹簧操作机构。c 高压真空断路器高压真空断路器，是利用“真空”(气压为 10_210 一 6Pa)灭弧的一种断路器，其触头装在真空灭弧室内。由于真空中不存在气体游离的问题，所以这种断路器的触
45、头断开时很难发生电弧。但是在感性电路中，灭弧速度过快，瞬问切断电流 i 将使 didt 极大，从而使电路出现过电压，这对供电系统是不利的。因此，这“真空”不能是绝对的真空，实际上能在触头断开时因高电场发射和热电发射产生一点电弧，这电弧称之“真空电弧” ，它能在电流第一次过零时熄灭。这样，燃弧时间既短(至多半个周期)，又不致产生很高的过电压。真空断路器的灭弧室结构图如图 3.1-16 所示。真空灭弧室的中部，有一对圆盘状的触头。在触头刚分离时，由于高电场发射和热电发射而使触头间发生电弧。电弧温度很高，可使触头表面产生金属蒸气。随着触头的分开和电弧电流的减小，触头间的金属蒸气密度也逐渐减小。当电弧
46、电流过零时，电弧暂时熄灭，触头周围的金属离子迅速扩散，凝聚在四周的屏蔽罩上，以致在电流过零后只几个微秒的极短日,-tN 内，触头间隙实际上又恢复了原有的高真空度。因此，当建筑电气照明系统安装以工作过程导向的教材22电流过零后虽很快加上高电压，触头间隙也不会再次击穿，也就是说，真空电弧在电流第一次过零时就能完全熄灭。真空断路器具有体积小、重量轻、动作快、寿命长、安全可靠和便于维护检修等优点，但价格较贵，主要适用于频繁操作的场所。(6)高压开关柜高压开关柜(highvol tage switchgear)是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种高压成套配电装置，在发电厂和变配电所中作为控
47、制和保护发电机、变压器和高压线路之用，也可作为大型高压交流电动机的起动和保护之用，其中安装有高压开关设备、保护电器、监测仪表和母线、绝缘子等。 高压开关柜有固定式和手车式(移开式)两大类型。在一般中小型工厂中，普遍采用较为经济的固定式高压开关柜。我国现在大量生产和广泛应用的固定式高压开关柜主要为 GG 一 1A(F)型。这种防误型开关柜装设了防止电气误操作和保障人身安全的闭锁装置，即所谓“五防”防止误跳、误合断路器防止带负荷拉、合隔离开关，防止带电挂接地线，防止带接地线合隔离开关，防止人员误入带电间隔。手车式(又称移开式)高压开关柜的特点是，高压断路器等主要电气设备是装在可以拉出和推入开关柜的
48、手车上的。断路器等设备需检修时，可随时将其手车拉出，然后推入同类备用手车，即可恢复供电。因此采用手车式开关柜，较之采用固定式开关柜，具有检修安全、供电可靠性高等优点；但价格较贵。图 3.1-17 GG-1A(F)-07S 型高压开关柜（断路器柜）建筑电气照明系统安装以工作过程导向的教材23图 3.1-18 是 GC 口一 10(F)型手车式高压开关柜的外形结构图。为了采用 IEC 标准，我国于 80 年代后期设计生产了 KGN 口一 10(F)等型固定式金属铠装开关柜及 KYN 口一 10(F)等型移开式金属铠装开关柜和 JYN 口一 10(F)等型移开式金属封闭间隔型开关柜。老系列的高压开关
49、柜全型号的表示和含义如下：图 3.1-18建筑电气照明系统安装以工作过程导向的教材24(7)高压一次设备的选择高压一次设备的选择，必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下工作的要求，同时设备应工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。电气设备按正常条件下工作选择，就是要考虑电气装置的环境条件和电气要求。环境条件是指电气装置所处的位置(室内或室外)、环境温度、海拔高度以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求。电气要求是指电气装置对设备的电压、电流、频率(一般为 50FIz)等方面的要求；对一些断路电器如开关、熔断器等，还应考虑其断流能力。电气设备按短路故障条件下工作选择，就是要按最大可能的短路故障时的动稳定度和热稳定度进行校验。对熔断器和装有熔断器保护的电压互感器，不必进行短路动稳定度和热稳定度的校验。对电力电缆，由于其机械强度足够，所以也不必进行短路动稳定度的校验。2) 电力变压器(1)电力变压器的主要功能和分类电力变压器(powertransoI
