第4章电气设备及载流导体 教学要求:掌握高、低压开关电器的结构特点、工作原理、电气参数及其应用,重点掌握断 路器的工作原理:掌握互感器的作用、结构、接线方式及准确度等级:掌握母线、电缆、绝 缘子、限流电器的工作原理、结构及应用 4.1高压开关电器 、开关电器的分类 1高压开关、低压开关 2.户内、户外 3断路器、隔离开关类、负荷开关类、熔断器、结合型开关 、高压断路器分类 1、断路器分类 油断路器、压缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器、低压空气断路器和磁吹断路器 2、对断路器的要求 3、断路器的基本参数 4、多油断路器 DW8-35型(三相分箱) 组成:触头:插座式、动触头表面镀银 导电回路:进线—触头1(静、动)一横担—触头2(静、动)一出线 传动机构:采用摇杆变直机构 绝缘部分:油(导电回路对外壳、触头间)、瓷套管(进出线对油箱) 灭弧装置:纵横吹灭缩手缩脚室 油箱:顶管、箱捅。注意:油位不能过高或过低 附件:箱捅升降装置 DW12-35型QF:结构外形与DW8-35型相同 增加了一个横吹孔和一个纵吹孔 开断大电流:速度快,经第一个横吹孔就能将电弧吹灭 开断中电流:速度中等,经第二个横吹孔后吹灭 开断小电流:速度慢 5、少油式断路器 少油与多油QF相比:用油量少、体积小、结构简单、节省钢材、防火防爆,但 检修周期短,在户外使用时,受大气条件影响大,而且配 套性差 以SN10-10型为例 组成:①导电回路——上出线座→静触头座→辨形触头→动触头→导电杆 →动触头→下出线座 灭弧系统——纵横吹灭弧室(纵横油气吹+机械油吹) 逆止阀:电弧形成后分解油,逆止阀钢球上推堵住回油孔,形成密闭燃弧, 使内腔压力升高 油气分离器:a避免灭弧室完全封死,压力过高 b.避免直接将炽热的带有大量电子和离子的油气混合物排 出箱外,引起自燃和设备绝缘闪络 ②传动机构:主轴、分相轴、操动轴
第 4 章 电气设备及载流导体 教学要求：掌握高、低压开关电器的结构特点、工作原理、电气参数及其应用，重点掌握断 路器的工作原理；掌握互感器的作用、结构、接线方式及准确度等级；掌握母线、电缆、绝 缘子、限流电器的工作原理、结构及应用。 4.1 高压开关电器 一、开关电器的分类 1.高压开关 、低压开关 2.户内 、户外 3.断路器、隔离开关类、负荷开关类、熔断器、结合型开关 二、高压断路器分类 1、断路器分类 油断路器、压缩空气断路器、SF6 断路器、真空断路器、低压空气断路器和磁吹断路器 2、对断路器的要求 3、断路器的基本参数 4、多油断路器 DW8-35 型（三相分箱） 组成： 触头：插座式、动触头表面镀银 导电回路：进线—触头 1（静、动）—横担—触头 2（静、动）—出线 传动机构：采用摇杆变直机构 绝缘部分：油（导电回路对外壳、触头间）、瓷套管（进出线对油箱） 灭弧装置：纵横吹灭缩手缩脚室 油箱：顶管、箱捅。注意：油位不能过高或过低 附件：箱捅升降装置 DW12-35 型 QF：结构外形与 DW8-35 型相同 增加了一个横吹孔和一个纵吹孔 开断大电流：速度快，经第一个横吹孔就能将电弧吹灭 开断中电流：速度中等，经第二个横吹孔后吹灭 开断小电流：速度慢 5、少油式断路器 少油与多油 QF 相比：用油量少、体积小、结构简单、节省钢材、防火防爆，但 检修周期短，在户外使用时，受大气条件影响大，而且配 套性差。 以 SN10-10I 型为例： 组成：① 导电回路——上出线座→静触头座→辨形触头→动触头→导电杆 →动触头→下出线座 灭弧系统——纵横吹灭弧室（纵横油气吹+机械油吹） 逆止阀：电弧形成后分解油，逆止阀钢球上推堵住回油孔，形成密闭燃弧， 使内腔压力升高 油气分离器： a.避免灭弧室完全封死，压力过高 b.避免直接将炽热的带有大量电子和离子的油气混合物排 出箱外，引起自燃和设备绝缘闪络。 ②传动机构：主轴、分相轴、操动轴
③框架:依 支持绝缘子将各相与地绝缘 6、SF6断路的优缺点 ①断口耐压 ②允许断路次 ③开断性能好 ④占地面积小 ⑤加工精度高,密封性能好,对水分子与气体的检测要求严格 三、隔离开关 1、QS的作用 隔电保安 倒闸操作:等电位操作 切投小电流电路:保证电弧能可靠自行熄灭 2、QS的特点 没有专门的灭弧装置——不能切断Ig及Id QS应与QF配合使用——满足“隔离开关先通后断”原则 即:合闸时,QS先QF后:分闸时,QF先QS后。 QS分闸时,应有明显可见的断口 QS合闸时,应能可靠地通过 Igmax及 Imax通过时满足动热稳定 3、户内型QS △GN6、GN8型 结构:底座绝缘子、导电系统 磁锁装置的作用:①散热②增加接触压力③提高动稳定 4、户外型QS △GW4-35D导电回路 双柱式绝缘子 接地刀闸——与主刀联锁(一分-合) 底座 四、高低压熔断器 1、作用:短路保护或过载保护 缺点:保护性能不稳定 2、组成:熔件(熔体):铜、银 触头:支持熔件并与外电路连接 灭弧装置 绝缘底座 3、工作过程: 汽化过程→发弧过程→灭弧过程 t(全开断时间)=t1(熔化时间)+t2(发弧时间)+t3(燃弧时间) 4、分类之一: 限流型——速度快、高电阻、出现过电压 非限流型—速度慢、不出现过电压 5、额定参数 6、户内型高压熔断路:RNI、RN3—电力变压器或线路保护 RN2、RN6电压互感器保护
③框架：依靠两个支持绝缘子将各相与地绝缘 6、SF6 断路器的优缺点 ①断口耐压高 ②允许断路次数多 ③开断性能好 ④占地面积小 ⑤加工精度高，密封性能好，对水分子与气体的检测要求严格 三、隔离开关 1、QS 的作用 隔电保安 倒闸操作：等电位操作 切投小电流电路：保证电弧能可靠自行熄灭 2、QS 的特点 没有专门的灭弧装置——不能切断 Ig 及 Id QS 应与 QF 配合使用——满足“隔离开关先通后断”原则 即：合闸时，QS 先 QF 后；分闸时，QF 先 QS 后。 QS 分闸时，应有明显可见的断口 QS 合闸时，应能可靠地通过 Igmax 及 Idmax 通过时满足动热稳定 3、户内型 QS △GN6、GN8 型 结构：底座绝缘子、导电系统 磁锁装置的作用：①散热 ②增加接触压力 ③提高动稳定 4、户外型 QS △GW4-35D 导电回路 双柱式绝缘子 接地刀闸——与主刀联锁（一分-合） 底座 四、高低压熔断器 1、作用：短路保护或过载保护 缺点：保护性能不稳定 2、组成： 熔件（熔体）：铜、银 触头：支持熔件并与外电路连接 灭弧装置 绝缘底座 3、工作过程： 汽化过程→发弧过程→灭弧过程 t（全开断时间）=t1（熔化时间）+t2（发弧时间）+t3（燃弧时间） 4、分类之一： 限流型——速度快、高电阻、出现过电压 非限流型——速度慢、不出现过电压 5、额定参数 6、户内型高压熔断路：RN1、RN3——电力变压器或线路保护 RN2、RN6——电压互感器保护
7、户外型高压熔断器:RW3跌落式FU、RW10-35型限流型FU 五、高压负荷开关 用途及特点 它具有灭弧装置和一定的分合闸速度,能开断正常负荷电流和过负荷电流,但不能开断短路 电流。 在分闸状态有明显可见的断口,可起到隔离开关的作用,但性能又优于隔离开关,是介于隔 离开关与断路器之间的一种开关电器 高压负荷开关常常与高压熔断器串联合用,前者作为操作电器投切电路的正常负荷电流,而 由后者作为保护电器开断电路的短路电流及过载电流 2.类型 按装地点的不同分为户内式和户外式。 按灭弧方法的不同分为固体产气式、压气式、油浸式、真空式和SF6式等 4.2互感器 1、分类:电压互感器、电流互感器 2、作用 (1)将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压和小电流,使测量仪表和保 护装置标准化、小型化,并使其结构轻巧、价格便宜,并便于屏内安装。 (2)使二次设备与高电压部分隔离,且互感器二次侧均接地,从而保证了设备和人身的安 3、电流互感器 额定变比: EMBED Equation. 3 ,近似等于匝数的反比 特点: 1)一次绕组串联在电路中,并且匝数很少:故一次绕组中的电流完全取决于被测电路的负 荷电流,而与二次电流大小无关 2)。正常情况下,电流互感器在近于短路的状态下运行。 3)运行中的电流互感器二次回路不允许开路。 4)为了防止绝缘损坏是高压窜入二次侧,危及人身和设备安全,电流互感器副绕组一端及 铁芯必须接地 误差:电流误差 EMBED Equation3 相位误差 电流互感器的接线 4、电压互感器 特点: 1)电压互感器的一次侧并联接入电网 2电压互感器正常工作在接近变压器空载状态。 3)电压互感器的二次侧负载不允许短路,故一般在其二次侧装设熔断器或自动开关作短路 保护 4)电压互感器的额定变压比为 EMBED Equation.3 其值近似等于匝数之比 其中 EMBED Equation3 等于电网额定电压, EMBED Equation.3 已统一为 100(E 100/ EMBED Equation V,所以 EMBED Equation.3 也标准化 电压互感器误差:电压误差和相位误差两项 电压互感器的接线 用一台单相电压互感器 测量某一相对地电压和相间电压
7、户外型高压熔断器：RW3 跌落式 FU、RW10-35 型限流型 FU 五、高压负荷开关 1．用途及特点 它具有灭弧装置和一定的分合闸速度，能开断正常负荷电流和过负荷电流，但不能开断短路 电流。 在分闸状态有明显可见的断口，可起到隔离开关的作用，但性能又优于隔离开关，是介于隔 离开关与断路器之间的一种开关电器。 高压负荷开关常常与高压熔断器串联合用，前者作为操作电器投切电路的正常负荷电流，而 由后者作为保护电器开断电路的短路电流及过载电流。 2.类型 按装地点的不同分为户内式和户外式。 按灭弧方法的不同分为固体产气式、压气式、油浸式、真空式和 SF6 式等。 4.2 互感器 1、分类：电压互感器、电流互感器 2、作用： （1）将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压和小电流，使测量仪表和保 护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜，并便于屏内安装。 （2）使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安 全。 3、电流互感器 额定变比 ： EMBED Equation.3 ，近似等于匝数的反比。 特点： 1）一次绕组串联在电路中，并且匝数很少；故一次绕组中的电流完全取决于被测电路的负 荷电流，而与二次电流大小无关； 2）。正常情况下，电流互感器在近于短路的状态下运行。 3）运行中的电流互感器二次回路不允许开路。 4）为了防止绝缘损坏是高压窜入二次侧，危及人身和设备安全，电流互感器副绕组一端及 铁芯必须接地。 误差：电流误差 EMBED Equation.3 相位误差 电流互感器的接线 4、电压互感器 特点： 1）电压互感器的一次侧并联接入电网 2 电压互感器正常工作在接近变压器空载状态。 3）电压互感器的二次侧负载不允许短路，故一般在其二次侧装设熔断器或自动开关作短路 保护。 4）电压互感器的额定变压比为 EMBED Equation.3 ，其值近似等于匝数之比。 其中 EMBED Equation.3 等于电网额定电压， EMBED Equation.3 已统一为 100(或 100/ EMBED Equation.3 )V，所以 EMBED Equation.3 也标准化。 电压互感器误差：电压误差和相位误差两项。 电压互感器的接线 用一台单相电压互感器 测量某一相对地电压和相间电压
用两台单相电不互感器接成不完全星形(也称ⅤV接线) 用来测量各相电玉,但不能测量相对地电压,它广泛应用在20kV以下中性点不接地或经 消弧线圈接地的电网中。 用三台单相三铑组电压互感器或用一台三相五柱式电压互感器构成万能接线 (Y0/Y0/|>接线) 它广泛用于3~220kV系统,其二次绕组用来测量相间电压和相对地电压,辅助二次绕组接 成开口三角形,供接入交流电网绝缘监视仪表和继电器用 4、3母线、电缆及绝缘子 、母线 1、作用——汇集、分配和传送电能 2、特点——裸导体装置、通过的功率大、要承受很大的动热稳定 、材料 硬母线:①铜——导电率高、机械强度高、抗腐蚀性能好 ②铝——导电率较低、截面大、重量轻、耐腐蚀性能差 ③钢——导电率差、趋肤效应严重、损耗较大 软母线:钢芯铝绞线 4、截面形状 矩形母线:在同截面下,周长要长,冷却条件好耗金属要少 图形与管形母线:可防止产生电晕,散热面小 大电流母线 5、母线的布置 Δ母线三相导体排列方式:水平排列、竖直排列、在角形排列 (各相之间的相对关系)软母线硬母线 △母线窨放置法:平放、立放 (母线与空间的相对关系) Δ安装方式:平装——机械抗弯强度高,对流散热效果差 立装——对流散热效果好,机械抗弯强度高差 (母线与绝缘子的相互关系) 综合布置方式:竖排立放平装、平排平放平装 竖排平放立装、平排立放立装 6、母线的着色 硬母线刷漆:直流、交流 目的: ①区别相序 ②增加辐射散热、载流量提高12%~15% ③防腐蚀作用 二、电力电缆 1、特点:铺设在地下,结枃紧凑、占用空间小、走向和布置灵活、不影响环境、现场施工 简便 2、结构: 电缆芯线:铝芯或铜芯、10mm2截面以上多股绞合、圆形或扇形截面 绝缘层:各芯线绝缘\相间绝缘l芯线对比地绝缘 材料:油浸纸绝缘、橡皮绝缘、聚氯乙烯绝缘、聚乙烯绝缘、 交联聚氯绝缘
用两台单相电压互感器接成不完全星形(也称 V—V 接线) 用来测量各相间电压，但不能测量相对地电压，它广泛应用在 20kV 以下中性点不接地或经 消弧线圈接地的电网中。 用三台单相三绕组电压互感器或用一台三相五柱式电压互感器构成万能接线 （Y0／Y0／︱＞ 接线） 它广泛用于 3～220kV 系统，其二次绕组用来测量相间电压和相对地电压，辅助二次绕组接 成开口三角形，供接入交流电网绝缘监视仪表和继电器用。 4.3 母线、电缆及绝缘子 一、母线 1、作用——汇集、分配和传送电能 2、特点——裸导体装置、通过的功率大、要承受很大的动热稳定 3、材料 硬母线：①铜——导电率高、机械强度高、抗腐蚀性能好 ②铝——导电率较低、截面大、重量轻、耐腐蚀性能差 ③钢——导电率差、趋肤效应严重、损耗较大 软母线：钢芯铝绞线 4、截面形状 矩形母线：在同截面下，周长要长，冷却条件好耗金属要少 图形与管形母线：可防止产生电晕，散热面小 大电流母线 5、母线的布置 △母线三相导体排列方式：水平排列、竖直排列、在角形排列 ↑ （各相之间的相对关系） 软母线 硬母线 △母线窨放置法：平放、立放 （母线与空间的相对关系） △安装方式： 平装——机械抗弯强度高，对流散热效果差 立装——对流散热效果好，机械抗弯强度高差 （母线与绝缘子的相互关系） 综合布置方式：竖排立放平装、平排平放平装 竖排平放立装、平排立放立装 6、母线的着色 硬母线刷漆：直流、交流 目的： ①区别相序 ②增加辐射散热、载流量提高 12%～15% ③防腐蚀作用 二、电力电缆 1、特点：铺设在地下，结构紧凑、占用空间小、走向和布置灵活、不影响环境、现场施工 简便 2、结构： 电缆芯线：铝芯或铜芯、10mm2 截面以上多股绞合、圆形或扇形截面 绝缘层：各芯线绝缘\相间绝缘\芯线对比地绝缘 材料：油浸纸绝缘、橡皮绝缘、聚氯乙烯绝缘、聚乙烯绝缘、 交联聚氯绝缘
密封护套色、铅包 保护层:|镧韦、钢丝叠加、沥青防腐层 3、分类 浸纸绝缘电缆 聚氯乙烯绝缘电缆 联聚氯乙烯绝缘电缆 橡皮绝缘电缆 4、电缆头 电缆与电缆、架空线、电机、电器等连接时要用电缆头 分类:终端头:环氧树脂型、干包型 中间接头:电缆与电缆的连接 三、绝缘子 1、作用支持——支持及固定带电裸导体,并使之与地绝缘 绝缘—带电导体之间的绝缘 2、技术要求:绝缘性能好+机械性能好 3、分类 电器绝缘子一固定电器的载流部分 电站绝缘子——固定硬母线(支柱绝缘子-套管绝缘子) 线路绝缘子——固定软母线(针式、悬式、棒式) 结构:绝缘体+金属配件 5、支柱绝缘 内胶装——电气性能好、机械强度低 户内外胶装——电气性能差、机械强度高 联合胶装——上部内胶、下部为外胶 针式—一淘汰产品 户外实压棒式一可以单件使用或多种叠装使用以得到更高电压级 6、套管绝缘子 瓷套 结构:法兰盘 导电体 44限流电器 限流电器的作用:增加电路的短路阻抗,从而达到限制短路电流的目的。 常用的设备有:限流电抗器和分裂变压器 限流电抗器 1、作用: 限制电力设备的短路电流、能维持母线电压、将短路容量加以限制,以选择轻型断路器和小 截面的电缆 2、分类 混凝士柱式电抗器(NKS或NKSL)、分裂电抗器(FK)和油浸电抗器(XKSL) 限流电抗器的型号:NKSL-10-600-5,表示铝电缆混凝土柱式电抗器、电压10kV电流600A 阻抗电压百分数为5% 3、设置位置 分段电抗器、出线电抗器、在变压器负荷侧串联电抗器
密封护套：铅色、铅包 保护层：钢带、钢丝叠加、沥青防腐层 3、分类 油浸纸绝缘电缆 聚氯乙烯绝缘电缆 交联聚氯乙烯绝缘电缆 橡皮绝缘电缆 4、电缆头 电缆与电缆、架空线、电机、电器等连接时要用电缆头 分类 ：终端头：环氧树脂型、干包型 中间接头：电缆与电缆的连接 三、绝缘子 1、作用 支持——支持及固定带电裸导体，并使之与地绝缘 绝缘——带电导体之间的绝缘 2、技术要求：绝缘性能好+机械性能好 3、分类 电器绝缘子——固定电器的载流部分 电站绝缘子——固定硬母线（支柱绝缘子-套管绝缘子） 线路绝缘子——固定软母线（针式、悬式、棒式） 4、结构：绝缘体+金属配件 5、支柱绝缘子 内胶装——电气性能好、机械强度低 户内 外胶装——电气性能差、机械强度高 联合胶装——上部内胶、下部为外胶 针式——淘汰产品 户外 实压棒式——可以单件使用或多种叠装使用以得到更高电压级 6、套管绝缘子 瓷套 结构： 法兰盘 导电体 4.4 限流电器 限流电器的作用：增加电路的短路阻抗，从而达到限制短路电流的目的。 常用的设备有：限流电抗器和分裂变压器。 一、限流电抗器： 1、作用： 限制电力设备的短路电流、能维持母线电压、将短路容量加以限制，以选择轻型断路器和小 截面的电缆。 2、分类： 混凝土柱式电抗器(NKS 或 NKSL)、分裂电抗器(FK)和油浸电抗器(XKSL)。 限流电抗器的型号：NKSL-10-600-5，表示铝电缆混凝土柱式电抗器、电压 10kV、电流 600A、 阻抗电压百分数为 5％。 3、设置位置 分段电抗器、出线电抗器、在变压器负荷侧串联电抗器
二、分裂变压器: 1、作用 分裂变压器,能在正常工作和低压侧短路时,使变压器呈现不同的电抗值,从而起到限制短 路电流的作用。 2、结构 分裂变压器是一种多绕组变压器,它是将普通的双绕组变压器的低压绕组分裂成额定容量相 等的两个完全对称的绕组。 习题与思考题 4-1高压断路器的作用是什么?其常见类型有哪些? 4-2试述SF6断路器的灭弧装置的特点 4-3隔离开关的作用是什么? 4-4熔断器的基本结构是什么?简述熔断器的熔断过程。 4-5电压互感器与电流互感器各有何作用,运行时有何特点?为什么工作时,电磁型电流 互感器二次侧不能开路,而电压互感器不能短路? 4-6电缆和母线作为载流导体各有何特点?各在什么应用场合下才能表现出其优点? 4-7母线着色有何规定? 4-8除了采用电抗器限制短路电流外,还有何方法能减小短路电流的大小?
二、分裂变压器： 1、作用 分裂变压器，能在正常工作和低压侧短路时，使变压器呈现不同的电抗值，从而起到限制短 路电流的作用。 2、结构 分裂变压器是一种多绕组变压器，它是将普通的双绕组变压器的低压绕组分裂成额定容量相 等的两个完全对称的绕组。 习题与思考题 4-1 高压断路器的作用是什么？其常见类型有哪些？ 4-2 试述 SF6 断路器的灭弧装置的特点。 4-3 隔离开关的作用是什么？ 4-4 熔断器的基本结构是什么？简述熔断器的熔断过程。 4-5 电压互感器与电流互感器各有何作用，运行时有何特点？为什么工作时，电磁型电流 互感器二次侧不能开路，而电压互感器不能短路？ 4-6 电缆和母线作为载流导体各有何特点？各在什么应用场合下才能表现出其优点？ 4-7 母线着色有何规定？ 4-8 除了采用电抗器限制短路电流外，还有何方法能减小短路电流的大小？