工作计划基本的电子器件电力系统中的电子器件.docx

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工作计划基本的电子器件电力系统中的电子器件

工作计划：

基本的电子器件

——电力系统中的电子器件

1、变压器

变压器是一种静止的电气设备，属于一种旋转速度为零的电机。

电力变压器在系统中工作时，可将电能由它的一次侧经电磁能量的转换传输到二次侧，同时根据输配电的需要将电压升高或降低。

故它在电能的生产输送和分配使用的全过程中，作用十分重要。

整个电力系统中，变压器的容量通常约为发电机容量的3倍以上。

变压器在变换电压时，是在同一频率下使其二次侧与一次侧具有不同的电压和电流。

由于能量守恒，其二次侧与一次侧的电流与电压的变化是相反的，即要使某一侧电路的电压升高时，则该侧的电流就必然减小。

变压器并不是也决不能将电能的“量”变大或变小。

在电力的转换过程中，因变压器本身要消耗一定能量，所以输入变压器的总能量应等于输出的能量加上变压器工作时本身消耗的能量。

（1）变压器的分类

根据电力变压器的用途和结构等特点可分如下几类：

1）按用途分有：

升压变压器（使电力从低压升为高压，然后经输电线路向远方输送）,降压变压器（使电力从高压降为低压，再由配电线路对近处或较近处负荷供电）;

2）按相数分有：

单相变压器,三相变压器;

3）按绕组分有：

单绕组变压器（为两级电压的自耦变压器）,双绕组变压器,三绕组变压器;

4）按绕组材料分有：

铜线变压器,铝线变压器;

5）按调压方式分有：

无载调压变压器,有载调压变压器;

6）按冷却介质和冷却方式分有：

油浸式变压器,干式变压器;

（2）变压器的工作原理

变压器是基于电磁感应原理而工作的。

正是因为它的工作原理以及工作时内部的电磁过程与电机（发电机和电动机）完全相同，故将它划为电机一类，仅是旋转速度为零（即静止）而已。

变压器本体主要由绕组和铁心组成。

工作时，绕组是“电”的通路，而铁心则是“磁”的通路，且起绕组骨架的作用。

一次侧输入电能后，因其交变故在铁心内产生了交变的磁场（即由电能变成磁场能）；由于匝链（穿透），二次绕组的磁力线在不断地交替变化，所以感应出二次电动势，当外电路沟通时，则产生了感生电流，向外输出电能（即由磁场能又转变成电能）。

这种“电—磁—电”的转换过程是建立在电磁感应原理基础上而实现的，这种能量转换过程也就是变压器的工作过程。

2、高压断路器

高压断路器是变电所主要的电力控制设备，具有灭弧性。

当系统正常运行时，它能够切断和接通电路和各种电气设备的空载和负载电流；当系统发生故障时，它能够配合继电保护系统，及时迅速的切断故障电流，可以防止事故范围的扩散。

（1）断路器的分类

断路器按其适用范围分为高压断路器和低压断路器，高低压界线划分比较模糊，一般将3kV以上的称为高压电器。

低压断路器又称自动开关，俗称空气开关，也是指低压断路器，它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。

它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断式开关与过欠热继电器等的组合。

（2）高压断路器的原理

断路器的作用是切断和接通负荷电路，以及切断故障电路，防止事故扩大，保证安全运行。

而高压断路器要开断1500V，电流为1500-2000A的电弧，这些电弧可拉长至2m仍然继续燃烧不熄灭。

故灭弧是高压断路器必须解决的问题。

吹弧熄弧的原理主要是冷却电弧减弱热游离，另一方面通过吹弧拉长电弧加强带电粒子的复合和扩散，同时把弧隙中的带电粒子吹散，迅速恢复介质的绝缘强度。

1）高压断路器的种类

高压断路器（或称高压开关）是发电厂、变电所主要的电力控制设备，具有灭弧特性,当系统正常运行时，它能切断和接通线路以及各种电气设备的空载和负载电流;当系统发生故障时,它和继电保护配合，能迅速切断故障电流,以防止扩大事故范围。

因此，高压断路器工作的好坏,直接影响到电力系统的安全运行；高压断路器种类很多，按其灭弧的不同，可分为：

油断路器（多油断路器、少油断路器）、六氟化硫断路器（SF6断路器）、真空断路器、压缩空气断路器等。

1．采用变压器油作为灭弧介质和触头开断后的弧隙绝缘介质以及带电部分与接地外壳之间绝缘介质的断路器称为多油式断路器；采用变压器油作为灭弧介质和触头开断后的弧隙绝缘介质的断路器称为少油式断路器。

2．采用具有优良灭弧和绝缘性能的SF6气体作为灭弧介质的断路器称为六氟化硫断路器。

其开断能力强，体积小；但结构复杂，耗材多。

3．利用真空的高介质强度来灭弧的断路器，其灭弧速度快，寿命长，体积小。

4．采用压缩空气作为灭弧介质和触头开断后的弧隙绝缘介质的断路器称为压缩空气断路器。

其灭弧能力强，压缩迅速，但结构复杂，耗材多。

2）高压断路器的组成机构

高压断路器主要有五部分组成，也是靠着五部分完成工作的。

包括通断元件、中间传动机构、操动机构、绝缘支撑件和基座。

通断元件是断路器的核心部分，主电路的接通和断开由他来完成。

主电路的通断由操作机构接到操作指令后，经中间传动机构传送到通断元件，通断元件执行命令，使主电路接通或断开。

通断元件包括有触头、导电部分、灭弧介质和灭弧室等。

一般安放在绝缘支撑件上，使带电部分与地绝缘，而绝缘支撑件则安装在基座上。

3、隔离开关

隔离开关虽然是高压开关的较简单的一种，但它的用量很大，约为断路器用量的3～4倍。

隔离开关的作用是在线路上基本没有电流时，将电气设备和高压电源隔开或接通。

在高压电网中，隔离开关的主要功能是，当断路器断开电路后，由于隔离开关的断开，使有电与无电部分造成明显的断开点，起辅助断路器的作用。

由于断路器触头位置的外部指示器既缺乏直观，又不能绝对保证它的指示与触头的实际位置相一致，所以用隔离开关把有电与无电部分明显隔离是非常必要的。

有的隔离开关在刀闸打开后能自动接地（一端或二端），以确保检修人员的安全。

此外，隔离开关具有一定的自然灭弧能力，常用在电压互感器与避雷器等电流很小的设备投入和断开上，以及一个断路器与几个设备的连接处，使断路器经过隔离开关的倒换更为灵活方便。

隔离开关的结构形式很多，户外刀闸按其绝缘支柱结构的不同可分为单柱式，双柱式和三柱式，常用产品结构形式一般为双柱式闸刀水平旋转和伸缩式。

隔离开关的操动机构形式也很多，常用的有手动操动机构和电动操动机构两类。

手动操动机构大都由四杆件组传递手力，电动操动机构则有驱动电机经减压装置驱动隔离开关主轴进行分、合、闸操作。

4、互感器

互感器是按比例变换电压或电流的设备。

其功能主要是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压（100V）或标准小电流（5A或1A，均指额定值），以便实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化、小型化。

同时互感器还可用来隔开高电压系统，以保证人身和设备的安全。

按比例变换电压或电流的设备。

（1）工作原理

在供电用电的线路中电流电压大小相差悬殊从几安到几万安都有。

为便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流，另外线路上的电压都比较高如直接测量是非常危险的。

电流互感器就起到变流和电气隔离作用。

显示仪表大部分是指针式的电流电压表，所以电流互感器的二次电流大多数是安培级的（如5等）。

随着时代发展，电量测量大多已经达到数字化，而计算机的采样的信号一般为毫安级（0-5V、4-20mA等）。

微型电流互感器二次电流为毫安级，主要起大互感器与采样之间的桥梁作用。

（2）主要作用

　　电力系统为了传输电能，往往采用交流电压、大电流回路把电力送往用户，无法用仪表进行直接测量。

互感器的作用，就是将交流电压和大电流按比例降

压，便于仪表直接测量，同时为继电保护和自动装置提供电源。

电力系统用互感器是将电网高电压、大电流的信息传递到低电压、小电流二次侧的计量、测量仪表及继电保护、自动装置的一种特殊变压器，是一次系统和二次系统的联络元件，其一次绕组接入电网，二次绕组分别与测量仪表、保护装置等互相连接。

互感器与测量仪表和计量装置配合，可以测量一次系统的电压、电流和电能；与继电保护和自动装置配合，可以构成对电网各种故障的电气保护和自动控制。

互感器性能的好坏，直接影响到电力系统测量、计量的准确性和继电器保护装置动作的可靠性。

互感器分为电压互感器和电流互感器两大类，其主要作用有：

将一次系统的电压、电流信息准确地传递到二次侧相关设备；将一次系统的高电压、大电流变换为二次侧的低电压（标准值）、小电流（标准值），使测量、计量仪表和继电器等装置标准化、小型化，并降低了对二次设备的绝缘要求；将二次侧设备以及二次系统与一次系统高压设备在电气方面很好地隔离，从而保证了二次设备和人身的安全。

（3）互感器基本分类

互感器分为电压互感器和电流互感器两大类，其主要作用有：

将一次系统的电压、电流信息准确地传递到二次侧相关设备；将一次系统的高电压、大电流变换为二次侧的低电压（标准值）、小电流（标准值），使测量、计量仪表和继电器等装置标准化、小型化，并降低了对二次设备的绝缘要求；将二次侧设备以及二次系统与一次系统高压设备在电气方面很好地隔离，从而保证了二次设备和人身的安全。

电压互感器

　　测量用电流互感器主要与测量仪表配合，在线路正常工作状态下，用来测量电流、电压、功率等。

测量用微型电流互感器主要要求：

1.绝缘可靠，2.足够高的测量精度，3.当被测线路发生故障出现的大电流时互感器应在适当的量程内饱和（如500%的额定电流）以保护测量仪表。

保护用电流互感器主要与继电装置配合，在线路发生短路过载等故障时，向继电装置提供信号切断故障电路，以保护供电系统的安全。

保护用微型电流互感器的工作条件与测量用互感器完全不同，保护用互感器只是在比正常电流大几倍几十倍的电流时才开始有效的工作。

电流互感器

利用变压器原、副边电流成比例的特点制成。

其工作原理、等值电路也与一般变压器相同，只是其原边绕组串联在被测电路中，且匝数很少；副边绕组接电流表、继电器电流线圈等低阻抗负载，近似短路。

原边电流（即被测电流）和副边电流取决于被测线路的负载，而与电流互感器的副边负载无关。

由于副边接近于短路，所以原、副边电压U1和都很小，励磁电流I0也很小。

电流互感器运行时，副边不允许开路。

因为一旦开路，原边电流均成为励磁电流，使磁通和副边电压大大超过正常值而危及人身和设备安全。

因此，电流互感器副边回路中不许接熔断器，也不允许在运行时未经旁路就拆下电流表、继电器等设备。

电流互感器的接线方式按其所接负载的运行要求确定。

最常用的接线方式为单相，三相星形和不完全星形。

组合互感器

组合互感器是将电压互感器、电流互感器组合到一起的互感器。

组合互感器可将高电压变化为低电压，将大电流变化为低电流，从而起到对电能计量的目的。

5、避雷器

（1）工作原理

它是尖端放电原理。

内部是互不接触的多个锯齿状的金属片。

当电压足够高的时候，就产生尖端放电。

雷电就通过导线传入大地。

（2）避雷器的作用

它是用来保护电力系统中各种电器设备免受雷电过电压、操作过电压、工频暂态过电压冲击而损坏的一个电器。

避雷器的类型主要有保护间隙、阀型避雷器和氧化锌避雷器。

保护间隙主要用于限制大气过电压，一般用于配电系统、线路和变电所进线段保护。

阀型避雷器与氧化锌避雷器用于变电所和发电厂的保护，在500KV及以下系统主要用于限制大气过电压，在超高压系统中还将用来限制内过电压或作内过电压的后备保护。

能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量，保护电工设备免受瞬时过电压危害，又能截断续流，不致引起系统接地短路的电器装置。

避雷器通常接于带电导线与地之间，与被保护设备并联。

当过电压值达到规定的动作电压时，避雷器立即动作，流过电荷，限制过电压幅值，保护设备绝缘；电压值正常后，避雷器又迅速恢复原状，以保证系统正常供电。

氧化锌避雷器主要用于保护6kV电压等级的开关柜、变压器、箱式变、电缆头、柱上油开关等配电设备免受操作过电压和大气过电压的损坏。

（3）避雷器的分类

基本上分三大类型：

①电源避雷器（安装时主要是并联方式，也串联方式），按电压的不同，分220V的单相电源避雷器和380V的三相电源避雷器。

②信号型避雷器，多数用于计算机网络、通信系统上，安装的方式是串联。

③天馈线避雷器，它适用于有发射机天线系统和接收无线电信号设备系统，连接方式也是串联。

避雷器有管式和阀式两大类。

阀式避雷器分为碳化硅阀式避雷器和金属氧化物避雷器（又称氧化锌避雷器）。

在额定电压下，流过氧化锌避雷器阀片的电流仅为10-5A以下，相当于绝缘体。

因此，它可以不用火花间隙来隔离工作电压与阀片。

当作用电压降到动作电压以下时，阀片自动终止“导通”状态，恢复绝缘状态，因此，整个过程不存在电弧燃烧与熄灭的问题。

氧化锌避雷器是目前先进的过电压保护器。

由于其核心元件采用氧化锌电阻片，与传统碳化硅避雷器相比，改善了避雷器的伏安特性，相对提高了输变电设备的绝缘水平。

氧化锌避雷器主要由氧化锌压敏电阻构成。

每一块压敏电阻从制成时就有它的一定开关电压（叫压敏电阻），在正常的工作电压下（即小于压敏电压）压敏电阻值很大，相当于绝缘状态，但在冲击电压作用下（大于压敏电压），压敏电阻呈低值被击穿，相当于短路状态。

然而压敏电阻被击状态，是可以恢复的；当高于压敏电压的电压撤销后，它又恢复了高阻状态。

因此，在电力线上如安装氧化锌避雷器后，当雷击时，雷电波的高电压使压敏电阻击穿，雷电流通过压敏电阻流入大地，使电源线上的电压控制在安全范围内，从而保护了电器设备的安全。

当避雷器在正常工作电压下，流过避雷器的电流仅有微安级，当遭受过电压时，由于氧化锌电阻片的非线性，流过避雷器的电流瞬间达数千安培，避雷器处于导通状态，释放过电压能量，从而有效地限制了过电压对输变电设备的侵害。

在金属氧化锌避雷器上的电压超过定值（起动电压）时，阀片“导通”将大电流通过阀片泄入地中，此时其残压不会超过被保护设备的耐压，达到了保护目地。

因此金属氧化锌避雷器不需要火花间隙，从而使结构简化，并具有动作响应快、耐多重雷电过电压或操作过电压作用、能量吸收能力大、耐污秽性能好等优点。

由于金属氧化锌避雷器保护性能优于碳化硅避雷器，已在逐步取代碳化硅避雷器，广泛用于交、直流系统，保护发电、变电设备的绝缘，尤其适合于中性点有效接地（见电力系统中性点接地方式）的110千伏及以上电网。

6、电抗器

（1）电抗器概念

电抗器也叫电感器，一个导体通电时就会在其所占据的一定空间范围产生磁场，所以所有能载流的电导体都有一般意义上的感性。

然而通电长直导体的电感较小，所产生的磁场不强，因此实际的电抗器是导线绕成螺线管形式，称空心电抗器；有时为了让这只螺线管具有更大的电感，便在螺线管中插入铁心，称铁心电抗器。

（2）电抗器的作用

电力系统中所采取的电抗器常见的有串联电抗器和并联电抗器。

串联电抗器主要用来限制短路电流，也有在滤波器中与电容器串联或并联用来限制电网中的高次滤波。

220kV、110kV、35kV、10kV电网中的电抗器是用来吸收电缆线路的充电容性无功的。

可以通过调整并联电抗器的数量来调整运行电压。

超高压并联电抗器有改善电力系统无功功率有关运行状况的多种功能，主要包括：

（1）轻空载或轻负荷线路上的电容效应，以降低工频暂态过电压。

（2）改善长输电线路上的电压分布。

（3）使轻负荷时线路中的无功功率尽可能就地平衡，防止无功功率不合理流动同时也减轻了线路上的功率损失。

（4）在大机组与系统并列时降低高压母线上工频稳态电压，便于发电机同期并列。

（5）防止发电机带长线路可能出现的自励磁谐振现象。

（6）当采用电抗器中性点经小电抗接地装置时，还可用小电抗器补偿线路相间及相地电容，以加速潜供电流自动熄灭，便于采用。

电抗器的接线分串联和并联两种方式。

串联电抗器通常起限流作用，并联电抗器经常用于无功补偿。

目前主要用于无功补偿和滤波。

（1）半芯干式并联电抗器：

在超高压远距离输电系统中，连接于变压器的三次线圈上。

用于补偿线路的电容性充电电流，限制系统电压升高和操作过电压，保证线路可靠运行。

（2）半芯干式串联电抗器：

安装在电容器回路中，在电容器回路投入时起合闸涌流作用并抑制谐波。

7、母线

母线是指在变电所中各级电压配电装置的连接，以及变压器等电气设备和相应配电装置的连接，大都采用矩形或圆形截面的裸导线或绞线，这统称为母线。

母线的作用是汇集、分配和传送电能。

母线采用铜排或者铝排，其电流密度大，电阻小，集肤效应小，无须降容使用。

电压降小也就意味着能量损耗小，最终节约用户的投资。

而对于电缆来讲，由于电缆芯是多股细铜线，其根面积较同电流等级的母线要大。

并且其“集肤效应”严重，减少了电流额定值，增加了电压降，容易发热。

线路的能量损失大，容易老化。

母线槽（简称母线槽）是由金属板（钢板或铝板）为保护外壳、导电排、绝缘材料及有关附件组成的母线系统。

它可制成每隔一段距离设有插接分线盒的插接型封闭母线，也可制成中间不带分线盒的馈电型封闭式母线。

在高层建筑的供电系统中，动力和照明线路往往分开设置，母线槽作为供电主干线在电气竖井内沿墙垂直安装一趟或多趟。

母线槽的金属封闭外壳能够保护母线免受机械损伤或动物伤害，在配电系统中采用插入单元的安装很安全，外壳可以作为整体接地，接地非常的可靠，而电缆的PVC外壳容易受机械和动物损伤，安装电缆时必须先切断电源，如果有错误发生会很危险，特别是电缆要进行现场接地工作，接地的不可靠导致危险性增加。