电气工程基础第5章变电所的一次系统.ppt

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电力工程基础电力工程基础第第5章章变电所的一次系统变电所的一次系统第第5章章变电所的一次系统变电所的一次系统n5.1电气设备概述n5.2高低压开关电器n5.3高低压保护电器和限流电器n5.4电力变压器n5.5互感器n5.6高低压成套配电装置n5.7电气主接线n5.8电气设备的选择n5.9变电所的总体布置11/5/202225.1电气设备概述电气设备概述n一次系统（一次回路）一次系统（一次回路）：

n二次系统（二次回路）二次系统（二次回路）：

担负电能的输送和分担负电能的输送和分配任务的系统。

配任务的系统。

对一次系统进行监视、对一次系统进行监视、控制、测量和保护作用的系统。

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。

11/5/20223一次设备按其功能可分为以下几类：

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、电压互感如电力变压器、电流互感器、电压互感器等。

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。

11/5/20224一、开关电器的灭弧原理一、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。

电弧的产生：

是触头间中性质点被游离的结果。

高电场发射高电场发射热电发射热电发射碰撞游离碰撞游离热游离热游离产生电弧的游离方式有：

产生电弧的游离方式有：

5.2高低压开关电器高低压开关电器2电弧的熄灭电弧的熄灭电弧熄灭的条件：

使触头间电弧中的电弧熄灭的条件：

使触头间电弧中的去游离率大于游离去游离率大于游离率，率，即使离子消失的速度大于离子产生的速度。

即使离子消失的速度大于离子产生的速度。

11/5/20225去游离的主要方式有：

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与熄灭n交流电弧的特性交流电弧的特性图图5-1交流电弧的伏安特性及电弧电流、电压波形交流电弧的伏安特性及电弧电流、电压波形a）伏安特性）伏安特性b）电流、电压波形图）电流、电压波形图11/5/20226如果暂态恢复电压高于弧隙介质强度，将发生弧隙击穿，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；称为电弧将会重燃；称为电击穿电击穿，如果暂态恢复电压低于弧隙介，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。

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：

n交流电弧的熄灭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，取决于灭弧介质和灭弧装置低值逐渐向正常值恢复的过程，取决于灭弧介质和灭弧装置的结构；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。

渐恢复到电源电压的过程，取决于电路参数和负荷性质。

11/5/202274开关电器中常用的灭弧方法开关电器中常用的灭弧方法速拉灭弧法；速拉灭弧法；冷却灭弧法；冷却灭弧法；吹弧灭弧法（图吹弧灭弧法（图5-2）；）；图图5-2吹弧方式吹弧方式a）横吹）横吹b）纵吹）纵吹1电弧电弧2触头触头11/5/20228长弧切短灭弧法（图长弧切短灭弧法（图5-3）；）；粗弧分细灭弧法；粗弧分细灭弧法；狭缝灭弧法（图狭缝灭弧法（图5-4）；）；采用多断口灭弧采用多断口灭弧；采用新型介质（采用新型介质（SF6、真空）灭弧。

、真空）灭弧。

图图5-3长弧切短灭弧原理长弧切短灭弧原理图图5-4狭缝灭弧原理狭缝灭弧原理11/5/20229二、高压断路器二、高压断路器1.高压断路器的用途和基本结构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对高压断路器的基本要求绝缘应安全可靠；绝缘应安全可靠；有足够的动稳定性和热稳定性；有足够的动稳定性和热稳定性；有足够的开断能力；有足够的开断能力；动作速度快，熄弧时间短。

动作速度快，熄弧时间短。

u用途：

不仅能通断正常负荷电流，而且能通断一定的短路用途：

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。

电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。

u结构：

开断元件、支撑元件、传动元件、基座及操动机构结构：

开断元件、支撑元件、传动元件、基座及操动机构u结构特点：

具有结构特点：

具有相当完善的灭弧结构。

相当完善的灭弧结构。

11/5/2022103.高压断路器的类型高压断路器的类型油断路器油断路器图图5-5SN1010型高压少油断路器型高压少油断路器图图5-5是是SN10-10型少油型少油断路器的外形结构图。

断路器的外形结构图。

少油断路器优点：

用油量少、少油断路器优点：

用油量少、体积小、重量轻、节约油和钢材、体积小、重量轻、节约油和钢材、占地面积小。

用于占地面积小。

用于635kV配电配电装置中。

装置中。

多油断路器：

油既作为灭弧介质，又作绝缘介质多油断路器：

油既作为灭弧介质，又作绝缘介质少油断路器：

油只作为灭弧介质少油断路器：

油只作为灭弧介质11/5/202211六氟化硫（六氟化硫（SF6）断路器：

）断路器：

按灭弧室结构分：

双压式和单压式按灭弧室结构分：

双压式和单压式按对地绝缘方式分：

落地罐式和瓷柱式按对地绝缘方式分：

落地罐式和瓷柱式图图5-6为为LW36-126型型SF6断路器的断路器的外形结构。

外形结构。

其它型号的外形结构其它型号的外形结构图图5-6LW36-126型型SF6断路器断路器优点：

优点：

断流能力强、灭弧速度快、电绝缘性能断流能力强、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。

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，价格较要求加工精度高，密封性能好，价格较昂贵。

昂贵。

双压式：

结构复杂，辅助设备多，性能较差双压式：

结构复杂，辅助设备多，性能较差单压式：

结构简单，可靠性高，便于维护单压式：

结构简单，可靠性高，便于维护11/5/202212真空断路器：

真空断路器：

利用真空作为灭弧介质和绝缘介质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。

图的，其触头装在真空灭弧室内。

图5-7为真空断路器灭弧室的结构。

为真空断路器灭弧室的结构。

图图5-7真空断路器的灭弧室结构真空断路器的灭弧室结构1静触头静触头2动触头动触头3屏蔽罩屏蔽罩4波纹管波纹管5导电杆导电杆6外壳外壳目前，国际上真空断路器的设计、制目前，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公司两大派别。

西门子公司的代表产品有品有3AF、3AG及及3AH等；等；ABB公司的公司的代表产品有代表产品有VD4。

11/5/202213F引进技术并国产化的产品，如引进技术并国产化的产品，如ZN12-12、ZN18-12、ZN21-12、ZN67-12分别是引进西门子分别是引进西门子3AF、日本东芝公司、日本东芝公司VK、比利时、比利时EIB公司产品和日本三菱电机公司产品和日本三菱电机VPR型真空断路型真空断路器等。

器等。

F在借鉴国外同类产品的基础上开发的产品，如在借鉴国外同类产品的基础上开发的产品，如ZN63-12和和ZN65-12分别效仿分别效仿ABB的的VD4和西门子的和西门子的3AH。

F自行设计的产品，如自行设计的产品，如ZN15-12、ZN28-12、ZN30-12等。

等。

国内生产的真空断路器归纳起来大致可分为三类：

图图5-8和和图图5-9分别为分别为ZN28A-12型户内式和型户内式和ZW32-12型型户外式真空断路器的外形结构。

户外式真空断路器的外形结构。

其它型号的外形结构其它型号的外形结构11/5/202214图图5-11ZN28A-12型真空断路器型真空断路器图图5-12ZW32-12型户外高压真空断路型户外高压真空断路优点：

优点：

体积小、重量轻、动作快、寿命长、操作噪声小、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。

安全可靠、便于维护。

缺点：

价格较贵。

11/5/202215p高压断路器的型号：

高压断路器的型号：

11/5/2022164.断路器的操作机构断路器的操作机构说明：

断路器说明：

断路器合闸合闸时，操作机构必须克服断路器开断弹簧的阻力和可动时，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，所以合闸操作部分的重量及摩擦阻力等，所以合闸操作需做的功很大需做的功很大；断路器；断路器跳闸跳闸时，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，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，所以跳闸操作所以跳闸操作所需做的功很小。

所需做的功很小。

手动式（手动式（CS型）型）直流电磁式（直流电磁式（CD型）型）弹簧储能式（弹簧储能式（CT型）型）操作机构是指用以进行断路器合闸、保持合闸位置和跳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。

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。

作可靠，制造成本低，但需直流操作电源，且合闸功率大。

能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，能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。

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。

11/5/2022175.高压断路器的基本参数高压断路器的基本参数额定电压额定电压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。

最大短路电流，它表征断路器的开断能力。

额定开断容量额定开断容量SN.oc：

指断路器额定电压和额定开断电流的指断路器额定电压和额定开断电流的乘积，即乘积，即说明：

如果断路器的实际运行电压说明：

如果断路器的实际运行电压U低于额定电压低于额定电压UN而额定开断电而额定开断电流不变，此时的开断容量应修正为：

流不变，此时的开断容量应修正为：

11/5/202218热稳定电流热稳定电流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熄灭为止的一段

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