高低压供配电系统电气设备教程.ppt

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第第44章章供配电系统的常用电气设备供配电系统的常用电气设备4.1概概述述4.2电弧的产生及灭弧方法电弧的产生及灭弧方法4.3电力变压器电力变压器4.4互感器互感器4.5熔断器熔断器4.7低压开关设备低压开关设备4.6高压开关设备高压开关设备4.9成套配电装置成套配电装置4.8避雷器避雷器小结小结4.14.1概概述述4.1.14.1.1电气设备的定义电气设备的定义供配电系统的电气设备是指用于发电、输电、变电、配电和用电的所有设备，供配电系统的电气设备是指用于发电、输电、变电、配电和用电的所有设备，包括发电机、变压器、控制电器、保护设备、测量仪表、线路器材和用电设包括发电机、变压器、控制电器、保护设备、测量仪表、线路器材和用电设备（如电动机、照明用具）等。

备（如电动机、照明用具）等。

4.1.24.1.2电气设备的分类电气设备的分类1.1.按电压等级分按电压等级分（11）高压设备）高压设备交流交流50Hz50Hz、额定电压、额定电压1200V1200V以上以上直流、额定电压直流、额定电压1500V1500V以上以上（22）低压设备）低压设备交流交流50Hz50Hz、额定电压、额定电压1200V1200V及以下及以下直流、额定电压直流、额定电压1500V1500V及以下及以下2按设备所属回路分按设备所属回路分

（1）一次回路及一次设备一次回路及一次设备一次回路一次回路供配电系统中用于传输、变换和分配电力电能的主电路供配电系统中用于传输、变换和分配电力电能的主电路一次设备或一次电器一次设备或一次电器设置在一次回路中的电气设备设置在一次回路中的电气设备

（2）二次回路及二次设备二次回路及二次设备二次回路二次回路指用来控制、指示、监测和保护一次回路运行的电路指用来控制、指示、监测和保护一次回路运行的电路二次设备或二次电器二次设备或二次电器设置在二次回路中的电气设备。

设置在二次回路中的电气设备。

3按在一次电路中的功能分按在一次电路中的功能分

（1）变换设备）变换设备用来按电力系统工作的要求变换电压或电流的电气设用来按电力系统工作的要求变换电压或电流的电气设备，如变压器、互感器等。

备，如变压器、互感器等。

（2）控制设备）控制设备用于按电力系统的工作要求控制一次电路通、断的电用于按电力系统的工作要求控制一次电路通、断的电气设备，如高低压断路器、开关等。

气设备，如高低压断路器、开关等。

（3）保护设备）保护设备用来对电力系统进行过电流和过电压等的保护用电气用来对电力系统进行过电流和过电压等的保护用电气设备，如熔断器、避雷器等。

设备，如熔断器、避雷器等。

（4）补偿设备）补偿设备用来补偿电力系统中无功功率以提高功率因数的设备，用来补偿电力系统中无功功率以提高功率因数的设备，如并联电容器等。

如并联电容器等。

（5）成套设备）成套设备（装置装置）按一次电路接线方案的要求，将有关的一次设按一次电路接线方案的要求，将有关的一次设备及其相关的二次设备组合为一体的电气装置，如高低压开关柜、低备及其相关的二次设备组合为一体的电气装置，如高低压开关柜、低压配电屏、动力和照明配电箱等。

压配电屏、动力和照明配电箱等。

4.14.1概概述述4.2.1电弧及其主要危害电弧及其主要危害电弧电弧一种高温、强光的电游离现象，开关电器和线路中一种必然的一种高温、强光的电游离现象，开关电器和线路中一种必然的物理现象，是电流的延续。

物理现象，是电流的延续。

1电弧的主要特征电弧的主要特征

（1）能量集中，发出高温、强光。

）能量集中，发出高温、强光。

（2）自持放电，维持电弧稳定燃烧所需电压很低。

）自持放电，维持电弧稳定燃烧所需电压很低。

（3）游离的气体，质轻易变。

）游离的气体，质轻易变。

2电弧的危害电弧的危害

（1）延长了电路的开断时间，从而使故障对供配电系统造成更大的损）延长了电路的开断时间，从而使故障对供配电系统造成更大的损坏。

坏。

（2）高温使开关触头变形、熔化，从而导致接触不良甚至损坏。

）高温使开关触头变形、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，强光可能损害人）高温可能造成人员灼伤甚至直接或间接的死亡，强光可能损害人的视力。

的视力。

（4）引起弧光短路，严重时造成爆炸事故。

）引起弧光短路，严重时造成爆炸事故。

4.24.2电弧的产生及灭弧方法电弧的产生及灭弧方法4.2.24.2.2电弧的产生电弧的产生1产生电弧的根本原因产生电弧的根本原因触头间很大电场强度和很高的温度导致触头本身的电子及触头周围介质中触头间很大电场强度和很高的温度导致触头本身的电子及触头周围介质中的电子被游离而形成电弧电流。

的电子被游离而形成电弧电流。

2产生电弧的游离方式产生电弧的游离方式

（1）高电场发射）高电场发射强电场把触头表面的电子拉出，形成自由电子并发射到强电场把触头表面的电子拉出，形成自由电子并发射到触头间隙中。

触头间隙中。

（2）热电发射）热电发射触头表面的电子吸收足够的热能而发射到触头间隙中形成触头表面的电子吸收足够的热能而发射到触头间隙中形成自由电子向间隙四周发射出去。

自由电子向间隙四周发射出去。

（3）碰撞游离）碰撞游离高速移动的自由电子碰撞中性质点，使中性质点游离成带高速移动的自由电子碰撞中性质点，使中性质点游离成带正电的正离子和自由电子。

不断的碰撞使触头间隙中正离子和自由电子数正电的正离子和自由电子。

不断的碰撞使触头间隙中正离子和自由电子数越来越多，形成越来越多，形成“雪崩雪崩”现象，当离子浓度足够大时，介质被击穿而产生现象，当离子浓度足够大时，介质被击穿而产生电弧。

电弧。

（4）高温游离）高温游离电弧形成后的高温，加强了正离子和自由电子的游离。

触电弧形成后的高温，加强了正离子和自由电子的游离。

触头越分开，电弧越大，高温游离也越显著。

头越分开，电弧越大，高温游离也越显著。

注：

高电场发射和热电发射的游离方式在触头分开之初占主导作用注：

高电场发射和热电发射的游离方式在触头分开之初占主导作用碰撞游离和高温游离使电弧持续和发展碰撞游离和高温游离使电弧持续和发展它们是互相影响，互相作用的。

它们是互相影响，互相作用的。

11电弧熄灭的条件电弧熄灭的条件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。

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。

22去游离方式去游离方式（11）复合）复合正、负带电质点重新结合为中性质点正、负带电质点重新结合为中性质点电弧中温度越低，电场强度越弱，截面越小，介质的性质越稳定，密度越高，电弧中温度越低，电场强度越弱，截面越小，介质的性质越稳定，密度越高，复合愈快。

复合愈快。

（22）扩散）扩散电弧中的带电质点向电弧周围介质散发开去，使弧区带电质点电弧中的带电质点向电弧周围介质散发开去，使弧区带电质点的浓度减少。

的浓度减少。

电弧与周围介质的浓度差越大，电弧与周围介质的温度差越大，电弧截面越电弧与周围介质的浓度差越大，电弧与周围介质的温度差越大，电弧截面越小，扩散就越强烈。

小，扩散就越强烈。

33交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭电流过零时，电弧将暂时熄灭，弧柱温度急剧下降，高温游离中止，去游离电流过零时，电弧将暂时熄灭，弧柱温度急剧下降，高温游离中止，去游离大大增强，阴极附近空间的绝缘强度迅速增高。

由于交流电流每一个周期两大大增强，阴极附近空间的绝缘强度迅速增高。

由于交流电流每一个周期两次过零值，在熄灭交流电弧时，就是充分利用这一特点来加速电弧的熄灭。

次过零值，在熄灭交流电弧时，就是充分利用这一特点来加速电弧的熄灭。

4.2.34.2.3电弧的熄灭电弧的熄灭1速拉灭弧法速拉灭弧法是开关电器中最基本的灭弧方法。

高低压断路器中都装有强力的断路弹簧，是开关电器中最基本的灭弧方法。

高低压断路器中都装有强力的断路弹簧，目的就是加速触头的分断速度。

目的就是加速触头的分断速度。

2冷却灭弧法冷却灭弧法利用介质如油等来降低电弧的温度从而增强去游离来加速电弧的熄灭。

利用介质如油等来降低电弧的温度从而增强去游离来加速电弧的熄灭。

3吹弧灭弧法吹弧灭弧法利用外力如气流、油流或电磁力来吹动电弧，使电弧拉长，同时也使电弧冷利用外力如气流、油流或电磁力来吹动电弧，使电弧拉长，同时也使电弧冷却，电弧中的电场强度降低，复合和扩散增强，加速电弧熄灭。

却，电弧中的电场强度降低，复合和扩散增强，加速电弧熄灭。

（1）按吹弧的方向）按吹弧的方向（相对电弧方向相对电弧方向）分分纵吹和横吹，如图纵吹和横吹，如图41a和图和图41b所示。

所示。

4.2.44.2.4开关电器中常用的灭弧方法开关电器中常用的灭弧方法（22）按施加外力的性质来分，）按施加外力的性质来分，气吹、油吹、磁力吹和电动力吹等。

气吹、油吹、磁力吹和电动力吹等。

如图如图4422所示的低压刀开关迅速拉开刀闸时电动力吹弧使电弧加速拉长。

所示的低压刀开关迅速拉开刀闸时电动力吹弧使电弧加速拉长。

如图如图43所示采用专门的磁吹线圈来吹弧。

所示采用专门的磁吹线圈来吹弧。

4.2.44.2.4开关电器中常用的灭弧方法开关电器中常用的灭弧方法如图如图4444所示利用铁磁物质钢片来吸动电弧，这相当于反向吹弧。

所示利用铁磁物质钢片来吸动电弧，这相当于反向吹弧。

4.2.44.2.4开关电器中常用的灭弧方法开关电器中常用的灭弧方法4长弧切短灭弧法长弧切短灭弧法如图如图45所示，利用金属片（如钢栅片）将长弧切成若干短弧。

当外施电压所示，利用金属片（如钢栅片）将长弧切成若干短弧。

当外施电压（触头间触头间）小于电弧上的电压降时，电弧不能维持而迅速熄灭。

低压断路器和部小于电弧上的电压降时，电弧不能维持而迅速熄灭。

低压断路器和部分刀开关的灭弧罩就是利用这个原理来灭弧的。

分刀开关的灭弧罩就是利用这个原理来灭弧的。

4.2.44.2.4开关电器中常用的灭弧方法开关电器中常用的灭弧方法55粗弧分细灭弧法粗弧分细灭弧法将粗弧分成若干平行的细小电弧，增大了接触面，降低电弧的温度，从而使将粗弧分成若干平行的细小电弧，增大了接触面，降低电弧的温度，从而使带电质点的复合和扩散得到加强，使电弧加速熄灭。

带电质点的复合和扩散得到加强，使电弧加速熄灭。

66狭沟灭弧法狭沟灭弧法如图如图4-64-6所示，陶瓷制成的绝缘灭弧栅使电弧在固体介质所形成的狭沟中燃烧，所示，陶瓷制成的绝缘灭弧栅使电弧在固体介质所形成的狭沟中燃烧，冷却条件改善，电弧与介质表面接触使带电质点的复合增强，从而加速电弧冷却条件改善，电弧与介质表面接触使带电质点的复合增强，从而加速电弧的熄灭。

如有的熔断器在熔管中充填石英砂，就是利用狭沟灭弧原理。

的熄灭。

如有的熔断器在熔管中充填石英砂，就是利用狭沟灭弧原理。

4.2.44.2.4开关电器中常用的灭弧方法开关电器中常用的灭弧方法77真空灭弧法真空灭弧法将开关触头装在真空容器内，产生的电弧（真空电弧）较小，且在电流第一将开关触头装在真空容器内，产生的电弧（真空电弧）较小，且在电流第一次过零时就能将电弧熄灭。

真空断路器就是利用这种原理来熄灭电弧的。

次过零时就能将电弧熄灭。

真空断路器就是利用这种原理来熄灭电弧的。

88六氟化硫（六氟化硫（SF6SF6）灭弧法）灭弧法SF6SF6气体具有优良的绝缘性能和灭弧性能，绝缘强度约为空气的气体具有优良的绝缘性能和灭弧性能，绝缘强度约为空气的33倍，而绝缘倍，而绝缘强度的恢复速度约比空气快强度的恢复速度约比空气快100100倍，可极大的提高开关的断流容量和减少灭倍，可极大的提高开关的断流容量和减少灭弧所需时间。

弧所需时间。

注：

电气设备的灭弧性能往往是衡量其运行可靠性和安全性的重要指标注：

电气设备的灭弧性能往往是衡量其运行可靠性和安全性的重要指标之一。

之一。

4.2.44.2.4开关电器中常用的灭弧方法开关电器中常用的灭弧方法4.2.54.2.5对电气触头的基本要求对电气触头的基本要求1满足正常负荷的发热要求满足正常负荷的发热要求触头必须接触紧密良好，尽量