整理供电所的电气设备讲义.docx

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整理供电所的电气设备讲义

供电所的电气设备讲义

（1）

第一节：

低压系统的运行方式

一、供电符号简介

1、国际电工委员会（IEC）规定的供电方式符号中，第一个字母表示电力（电源）系统对地关系。

如T表示是中性点直接接地；I表示所有带电部分绝缘。

2、第二个字母表示用电装置外露的可导电部分对地的关系。

如T表示设备外壳接地，它与系统中的其他任何接地点无直接关系；N表示负载采用接零保护。

3、第三个字母表示工作零线与保护线的组合关系。

如C表示工作零线与保护线是合一的，如TN-C；S表示工作零线与保护线是严格分开的，所以PE线称为专用保护线，如TN-S。

二、TT方式供电系统

1、TT方式的含义:

是指将电气设备的金属外壳直接接地的保护系统，称为保护接地系统，也称TT系统。

T---表示电力系统中性点直接接地；T---表示负载设备外露不与带电体相接的金属导电部分与大地直接联接，而与系统如何接地无关。

2、接线示意图

三、TN方式供电系统

1、TN供电系统的概念：

是将电气设备的金属外壳与工作零线相接的保护系统，称作接零保护系统，用TN表示。

2、TN供电系统的特点

（1）一旦设备出现外壳带电，接零保护系统能将漏电电流上升为短路电流，这个电流很大，是TT系统的5.3倍，实际上就是单相对地短路故障，熔断器的熔丝会熔断，低压断路器的脱扣器会立即动作而跳闸，使故障设备断电，比较安全。

（2）TN系统节省材料、工时，在我国和其他许多国家广泛得到应用，可见比TT系统优点多。

TN方式供电系统中，根据其保护零线是否与工作零线分开而划分为TN-C和TN-S等两种。

3、TN供电系统的形式

（1）TN-C方式供电系统

①TN-C方式的概念:

它是用工作零线兼作接零保护线，可以称作保护中性线，可用NPE表示

②接线

③特点:

1）由于三相负载不平衡，工作零线上有不平衡电流，对地有电压，所以与保护线所联接的电气设备金属外壳有一定的电压。

2）如果工作零线断线，则保护接零的漏电设备外壳带电。

3）如果电源的相线碰地，则设备的外壳电位升高，使中性线上的危险电位蔓延。

4）TN-C系统干线上使用剩余电流保护器时，工作零线后面的所有重复接地必须拆除，否则漏电开关合不上；而且，工作零线在任何情况下都不得断线。

所以，实用中工作零线只能让剩余电流保护器的上侧有重复接地。

5）TN-C方式供电系统只适用于三相负载基本平衡情况。

6）强制性标准《住宅设计规范》GB50096-1999于1999年6月1曰开始实施，此种接线已不适宜采用

（2）TN-S方式供电系统

①TN-S方式的概念:

它是把工作零线N和专用保护线PE严格分开的供电系统，称作TN-S供电系统

②接线

③特点:

1）系统正常运行时，专用保护线上不有电流，只是工作零线上有不平衡电流。

PE线对地没有电压，所以电气设备金属外壳接零保护是接在专用的保护线PE上，安全可靠。

2）工作零线只用作单相照明负载回路。

3）专用保护线PE不许断线，也不许进入漏电开关。

4）干线上使用剩余电流保护器，工作零线不得有重复接地，而PE线有重复接地，但是不经过剩余电流保护器，所以TN-S系统供电干线上也可以安装剩余电流保护器。

5）TN-S方式供电系统安全可靠，适用于工业与民用建筑等低压供电系统。

在建筑工程工工前的"三通一平"（电通、水通、路通和地平--必须采用TN-S方式供电系统。

（3）TN-C-S方式供电系统

在建筑施工临时供电中，如果前部分是TN-C  方式供电，而施工规范规定施工现场必须采用TN-S方式供电系统，则可以在系统后部分现场总配电箱分出PE线，如图1-5所示。

这种系统称为TN-C-S供电系统。

TN-C-S系统的特点如下。

图1-5  TN-C-S方式供电系统

①工作零线N与专用保护线PE相联通，如图1-5ND这段线路不平衡电流比较大时，电气设备的接零保护受到零线电位的影响。

D点至后面PE线上没有电流，即该段导线上没有电压降，因此，TN-C-S系统可以降低电动机外壳对地的电压，然而又不能完全消除这个电压，这个电压的大小取决于ND线的负载不平衡的情况及ND这段线路的长度。

负载越不平衡，ND线又很长时，设备外壳对地电压偏移就越大。

所以要求负载不平衡电流不能太大，而且在PE线上应作重复接地，如额头1-6所示。

②PE线在任何情况下都不能进入剩余电流保护器，因为线路末端的剩余电流保护器动作会使前级剩余电流保护器跳闸造成大范围停电。

③对PE线除了在总箱处必须和N线相接以外，其他各分箱处均不得把N线和PE线相联，PE线上不许安装开关和熔断器，也不得用大顾兼作PE线。

通过上述分析，TN-C-S供电系统是在TN-C系统上临时变通的作法。

当三相电力变压器工作接地情况良好、三相负载比较平衡时，TN-C-S系统在施工用电实践中效果还是可行的。

但是，在三相负载不平衡、建筑施工工地有专用的电力变压器时，必须采用TN-S方式供电系统。

四、IT方式供电系统

1、TT方式的含义:

I表示电源侧没有工作接地，或经过高阻抗接地。

第二个字母T表示负载侧电气设备进行接地保护

2、接线:

3、这种供电系统的特点如下：

IT方式供电系统在供电距离不是很长时，供电的可靠性高、安全性好。

一般用于不允许停电的场所，或者是要求严格地连续供电的地方，例如电力炼钢、大医院的手术室、地下矿井等处。

地下矿井内供电条件比较差，电缆易受潮。

运用IT方式供电系统，即使电源中性点不接地，一旦设备漏电，单相对地漏电流仍小，不会破坏电源电压的平衡，所以比电源中性点接地的系统还安全。

但是，如果用在供电距离很长时，供电线路对大地的分布电容就不能忽视了。

在负载发生短路故障或漏电使设备外壳带电时，漏电电流经大地形成架路，保护设备不一定动作，这是危险的。

只有在供电距离不太长时才比较安全。

这种供电方式在工地上很少见。

供电所的电气设备讲义

（2）

第二节：

高低压配电装置

一、配电装置的概念及灭弧原理

1、配电装置的概念：

用来接受和分配电能的装置,叫做配电装置,包括开关设备,测量仪表,连接母线和其他辅助设备。

配电装置在设置上应便于检修、监视和操作。

2、灭弧原理

开关电器在投入或断开具有一定电压和电流的电路时，开关的动、静触头之间便会产生电弧。

由于电弧形成了离子导电通道，电路实际上没有断开。

各种开关电器由于其灭弧装置不同，其外形和结构上有较大的差异，因此有必要了解开关设备中电弧的产生及灭弧方法。

（1）电弧的产生与熄灭

①电弧的的概念:

当刀闸开关切除一台运行着的电动机时，在开关的动、静触头之间会产生火花，这个火花就是电弧。

此时电流通过电弧继续流动，一直到动触头拉开足够长距离时，火花熄灭，电流才被真正切断。

电弧温度极高，可达5000℃以上,对电器设备有很大危害。

研究电弧的目的,是要迅速熄灭电弧,以保证电器设备运行安全。

②电弧的产生

在拉开刀闸时，动、静触头之间的空气原来是绝缘体为什么会形成导电的弧道呢？

这是由于此时的空气已被游离，游离状态下的空气和导体一样具有导电性能。

在切断电路时介质（如空气）由绝缘状态转变为导电状态，可分为如下几个过程：

a.强电场发射：

在开关触头刚刚分离的瞬间，触头间距离s很小，虽然触头间电压U不一定很高，则可能产生很强的电场强度E（E=U/s）。

如果电场强度超过3×106V/M以上，金属触头阴极表面的电子就会被电场力拉出而形成触头空间的自由电子。

这种游离方式称为强电场发射，也是在弧隙间最初产生电子的原因。

b.热电子发射:

在触头即将分开的瞬间，触头压力以及接触面积减小，接触电阻（Rc）增大，电能损耗（I2Rc）增大，在触头表面出现炽热点；特别是电弧形成后，弧隙间的高温亦使触头表面受热出现强烈的炽热点。

高温使得自由电子能量增加，运动加剧，阴极表面就会有电子跑出，形成热电子发射。

c.碰撞游离：

强电场的作用下，自由电子向阳极加速运动，具有很高的速度和巨大的动能，不断地与其他中性质点（介质原子或分子）发生碰撞，使束缚在原子核周围的电子释放出来，形成自由电子和正离子，这种现象就称为碰撞游离。

新产生的电子也向阳极加速运动，同样也会使它所碰撞的中性质点游离。

碰撞游离连续进行就可能导致触头间充满了电子和离子，它具有很大的电导，在外加电压作用下，触头间介质可能被击穿而形成电弧。

d.热游离：

电弧的温度很高，介质在分子高温作用下，产生迅速的不规则运动，具有很大的动能，相互碰撞游离出自由电子和正离子，形成热游离，维持电弧燃烧，增加了开关电器灭弧困难。

③电弧的熄灭

a.去游离：

电弧中发生游离的同时，还进行着使带电质点减少的去游离过程，去游离的方式有复合和扩散两种。

复合去游离:

是指正离子与负离子互相吸引，结合在一起，电荷互相中和的过程。

扩散去游离:

是指带电质点从电弧内部逸出而进入周围介质的现象。

b.电弧的熄灭

游离去游离是电弧燃烧中的两个相反过程，游离过程使弧道中带电粒子增加，有助于电弧燃烧；去游离能使弧道中带电离子减少，有利于电弧熄灭。

这两个过程的动态平衡，将使电弧稳定燃烧。

若游离过程大于去游离过程，将会使电弧愈加强烈地燃烧。

若去游离过程大于游离过程，将会使电弧燃烧减弱，以至最终电弧熄灭。

开关电器中，为了加强灭弧能力，都采用各种措施减弱游离过程。

（2）交流电弧的熄灭条件

交流电弧中电流每半个周期要经过一次零值，这时电弧暂时自然熄灭，电流停止向弧隙输入电能，弧隙介质因高温而产生的热游离迅速减弱，此时，设法加强去游离，使弧隙介质的绝缘能力达到不会被弧隙外施电压击穿的程度，则在下半周电弧就不会重燃而最终熄灭。

因此交流电弧的熄灭条件就是电弧不发生重燃的条件。

电弧电流过零时电弧自然熄灭，而弧隙的绝缘能力要恢复到绝缘的正常状态尚需要一定的时间，此恢复过程称为弧隙介质强度的恢复过程。

电弧电流自然过零后，电路施加于弧隙的电压，将从不大的电压逐渐增长，一直恢复到电源电压，这一过程中的弧隙电压称为恢复电压。

综上所述，在电弧电流过零时，电弧自然熄灭。

此时，弧隙中同时存在着两个恢复过程，即介质强度恢复过程和电源电压恢复过程。

如果电源恢复电压高于介质强度恢复电压，弧隙就被击穿，电弧重燃。

反之，如果恢复电压低于介质强度时，电弧便熄灭。

因此，交流电弧熄灭的条件是：

电弧电流过零，电弧自然熄灭时，介质强度恢复电压始终高于电源恢复电压。

（3）熄灭电弧的基本方法

现代开关电器中，加速电弧熄灭的基本方法主要有以下几种：

①冷却灭弧法

降低电弧的温度，使离子运动速度减慢，这样不但使热游离作用减弱，同时离子的复合作用也增强，有利于电弧的熄灭。

温度愈低，复合作用就愈强烈，电弧愈易熄灭。

②拉灭弧法

在开关触头断开时，加速触头分离，将电弧迅速拉长，从而降低了开关触头之间的电场强度，或者说电弧不足以维持电弧的燃烧，而使电弧熄灭。

a.用气体吹动灭弧

利用任何一种较冷的绝缘介质的气流来纵吹电弧（气流方向与弧柱平行）或横吹电弧（气流方向与弧柱垂直），使电弧迅速扩散，加强冷却，从而达到灭弧的目的。

b.采用多断口灭弧

在高压断路器中，常制成每相有两个或更多个串联断口，可将电弧分割成多个小电弧段。

其作用是：

在相等的触头行程下，多断口比单断口的电弧拉长速度快，从而弧隙电阻迅速增加，增大了介质强度的恢复速度；同时，加在每个断口的电压减小，使弧隙的电压恢复速度降低，因而灭弧性能良好。

c.利用真空灭弧

真空具有较高的绝缘强度，将开关触头置于真空容器中，当电流过零时即能熄灭电弧。

为防止产生过电压，应当不使触头分开时电流突变为零。

宜在触头间产生少量金属蒸汽，形成电弧通道。

当交流电流自然下降过零前后，这些金属蒸汽