实验三各主要电气设备的外形及结构 一、实验目的 认识变压器、断路器（断路器操作机构）、隔离开关、电流互感器、电压互感器、 避雷器、受电弓等电气设备的外形。通过简单操作，掌握各设备的结构特点。了 解各种电气设备的型号含义。明确设备使用过程中的注意事项及接入主电路的方 式。 二、实验设备 变压器、少油断路器、空气断路器、SF。断路器、电磁操作机构、隔离开关、避 雷器、受电弓等电气设备模型 三、实验内容 (一)变压器 1.电力变压器的分类 电力变压器的种类也很多，根据用途和结构等特点可分为如下几类： ①按用途分有：升压变压器（使电力从低压升为高压，然后向远方输送）：降 压变压器（使电力从高压降为低压，对近处或较近处用户供电） ②按相数分有：单相变压器，三相变压器。 ©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 ©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： a.油浸式变压器，冷却方式一般为自然冷却，强迫风冷（在散热器上安装风 扇)。 此外，大型变压器还有采用强迫油循环风冷却或强迫油循环水冷却等 b.干式变压器，绕组置于气体中（空气或六氟化硫气体）或浇注环氧树脂绝
缘。 2.变压器型号 一高压线圈额定电压(KW 额定容量(KVA 一设计序号 -L-铝线圈（铜线圈不表示） Z-有载调压（无载调压不表示） S-三线圈（双线圈不表示》 冷却方式：-油浸风冷式（油浸自冷式不表示） G-千式空气自冷： S-油浸水冷 P-强迫油循环 相数：D单相：S-三相：0自耦 SFL1-20000/35型变压器即表示额定容量为20000KVA,高压线圈额定电压 为35KV的三相风冷式铝线圈电力变压器。 3.油浸式变压器结构分析 变压器最主要的部件是铁心和绕组，它们构成了变压器的器身。 变压器的铁心既是磁路，又是套装绕组的骨架，由心柱和铁轭两部分组成。 心柱用来套装绕组，铁轭将心柱连接起来，使之形成闭合磁路。为减少铁心损耗， 铁心用厚0.30一0.35mm的硅钢片叠成，片上涂以绝缘漆，以避免片间短路。在 大型电力变压器中，为提高磁导率和减少铁心损耗，常采用冷轧硅钢片；为减少 接缝间隙和激磁电流，有时还采用由冷轧硅钢片卷成的卷片或铁心。 铁心的结构有心式和壳式两种。心式结构的心柱被绕组所包围：壳式结构则 是铁心包围绕组的顶面、底面和侧面。心式结构的绕组装配和绝缘比较容易，电 力变压器常采用心式结构。壳式结构的机械强度好，常用于低压、大电流的变压 器或小容量电讯变压器。 绕组是变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线绕成。输入电能
的绕组称为一次绕组（原绕组），输出电能的绕组称为二次绕组（副绕组），它们 通常套装在同一心柱上。一、二次绕组中电压较高的绕组称为高压绕组，较低的 为低压绕组。 除器身外，典型的油浸电力变压器中还有油箱、变压器油、散热器、绝缘套 管、分接开关及继电保护装置等部件 图31油浸式电力变压器的外形与结构 1一高压套管2-低压套管3一分接开关4一油箱5一铁心6一绕组及绝缘 7一放油阀门8一小车9-接地螺栓10一信号式温度计11一名牌12-吸湿器 13一储油柜14-油位计15一安全气道16-气体继电器 (二)断路器 断路器是用以保护和控制电力系统的自动开关。具有强烈的灭弧能力，不 但可以接通或断开正常的负荷电流，而且还可以断开故障情况下的短路电流， 是电气主设备之一
电气化铁道的实际运行中经常需要对牵引供电系统的运行状态进行切换。例 如：根据负荷情况要切除或投入补偿电容器、根据运行周期要切除电力牵引变压 器以进行绝缘预防试验，在事故情况下要对某段接触网停电进行检修。具有切换 系统运行状态的高压电器是断路器和隔离开关。断路器与隔离开关的区别在于前 者带有灭弧室，能够带负荷切换系统运行状态：后者不带有灭弧室，只有在无负 荷或轻负荷情况下才能切换系统运行状态，给电路一个明显断口。 1.分类 按绝缘介质不同，断路器可分为多油断路器、少油断路器、压缩空气断路器、 真空断路器、S℉断路器等。牵引变电所常用少油断路器、真空断路器、SF断 路器；电力机车上常用空气断路器、真空断路器。 2.高压断路器组成 断路器由下列几个部分组成： (1)可分断的接触连接。它由可动触头和周定触头组成： (2)带动触头的传动装置； (3)灭弧设备： (4)由金属筒或绝缘圆柱体组成的器件，其中安装者可分断的接触连接和灭 弧设备 以及传动装置。 常用断路器开断电路时是用机械的方法把断路器的动触头与固定触头分开。 而合闸时则是相反的机械运动使动触头与固定触头闭合。 在进行接通和开断负载电路的操作时，固定触头和动触头之间将会产生电 弧。开断过程产生的电弧比合闸过程严重的多。当开断的电流很大，特别是开断 短路时，电弧很大，断开电路往往很困难。在开断电路的过程中，断路器的触头 之间所产生的灭弧过程是断路器最复杂和因难的过程。在近代结构的断路器中， 灭弧原理是共同的，即在电器中电流流过固有零点时，进行强烈的去游离。这种 强烈的去游离作用由断路器中的灭弧装置来完成。 3.少油断洛器 牵引变电所常用110kV少油断路器结构如图3-2所示 断路器由三个独立的Y形单元组成，每个Y形单元构成一相的断路单元。左
右两个瓷套内的灭弧室构成双断口，且与水平成一定的斜角：触头运动的控制和 转换部件位于中间机构箱内：下瓷套起支撑和对地绝缘作用.下瓷套内的绝缘提 升杆传递操作能量，以控制断路器的通断状态。电流从一侧铝帽上的接线端进入， 经上部静触头、导电杆、中间导电板至另一侧相应部件，再从另一侧铝帽上的接 线端流出。为了改善触头间的电压分布，提高开断能力和灭弧能力。也在触头间 并联均压电容。灭弧室的油只作灭弧和触头间隙的绝缘用，不作对地绝缘 图3-2SW6一110G型少油断路器结构示意图 1一底座2-绝缘提升杆3一支持瓷套4-中间机构箱5一灭弧室 6一均压电容7一接线端 优点：用油量少，体积小，重量轻，绝缘性能好：动作快，易于安装、调试和维 修。 缺点：用油量少，在额定开断电流下开断几次后，由于油的炭化作用，将使灭弧 室的油
变为墨黑色，其耐压值下降，容易受潮气撼响。绝缘提升杆位于下支撑瓷 套内， 检测、维护不方便。 4.空气断路器 空气断路器是利用压缩空气作为触头间的绝缘与灭弧介质的断路器。在电力 机车上既作为开断与接通25kW电路，又作为故障状态的保护电器，它既用压缩 空气灭弧也用压缩空气操作。空气断路器结构如图33所示 利用瓷瓶对地（机车顶板）绝缘，采用压缩空气灭弧，与隔离开关联合动作形 成断口。电路分断时，储气缸的压缩空气经主阀、支持瓷瓶空腔高速冲入灭弧室， 使动静触头分开，同时，高速气流对电弧产生强烈的纵吹冷却作用，将电离粒子 排向大气中。电弧熄灭后，弧隙由新鲜压缩空气填充，使断路器完成分断作用。 经过一定延时后，隔离开关转动分开，使电路出现明显的断口。之后，灭弧室内 气体处于相对静止状态，动触头的弹簧使其自行恢复到闭合位置。电路闭合时， 只需要将隔离开关合上即可。由于压缩空气冲击力大，灭弧能力强，在分断小电 感电流时容易产生截流过电压，所以，在断路器的动静触头间并联了一个碳化硅 非线性电阻，以抑制截流过电压和降低触头间恢复电压起始陡度和幅值
88K= 20、 图3-3TDz1A-220/25空气断路器结构示意图 1一灭弧室2-弹簧3-非线性电阻4-干燥剂5-隔离开关静触头6-隔离开关 动触头 7-转动瓷瓶8-控制轴9一传动杠杆10一气管11一合闸阀杆12-起动阀13-分 闸阀杆14-主阀活塞15-延时阀16-阀门17-气管18-主阀19-塞门20-支 持瓷瓶 21一储气缸22-传动气缸23一机车顶板 优点：开断能力强，动作快，燃弧时间短、触头工作寿命长，无火灾危险，加上 机车上气源充足，容易实现频繁操作。 缺点：结构复杂、容易产生截流过电压，操作时噪声大。 5.真空断路器 真空断路器是利用真空作为触头间的绝缘与灭弧介质的开关电器。 真空断路器的结构如图3-4所示
LB1191191H129123 (a)整体结构 (b)真空灭弧室 图3-4ZN一27.5型真空断路器结构示意图 1一拉杆2一绝缘支架3一插入式连接头4一真空泡5绝缘座6一电流互感器 7一动触秆8一波纹管9一绝缘外壳10一动触头11一屏蔽罩12一静触头 真空断路器的核心部件是真空灭弧室，又称真空泡。真空度是反映真空泡绝 缘与灭弧能力的重要指标。真空断路器所有灭弧元件都密封在玻璃或陶瓷的真空 泡绝缘外壳中，动触杆与动触头的运动密封借助于具有较长机械寿命的金属波纹 管，触头外的金属屏蔽罩固定在绝缘外壳的腰部，具有冷凝、吸收弧隙金属蒸气 的作用，对灭弧过程起重要影响，同时保护绝缘外壳。真空断路器的触头结构型 式直接影响到开断能力，通常设计为中间有凹坑的简单盘形、带外螺旋槽或内螺 旋槽的盘形，主要目的是： ①利用电磁场与电动力作用，使电弧在触头上迅速移动，避免在一处燃烧而 造成局部过热与烧损： ②使电弧限制在触头直径范围内，避免燃弧期间大量金属蒸气逸出造成金属 屏蔽罩过热，熄弧后绝缘介质恢复困难： ③降低电弧电压。 真空断路器的优点：真空介质的抗电强度高，触头开距小，开断速度相对低，断
路器体积轻小，操作机构要求的操作功率小：真空泡自成一体，不需要也 不能检修，使得断路器整体结构简单，维修方便：熄弧过程在密封的真空 泡中完成，没有爆炸、火灾等危险，不会导致周围的绝缘间隙发生闪络、 击穿：燃弧时间短，触头电腐蚀损率低，工作寿命长，特别适合电气化铁 道频繁操作的要求，为电气化铁道运输发挥了巨大作用。 真空断路器的缺点：真空断路器中有关绝缘拉杆在长期运行中受潮，导致泄漏电 流增大，甚至爆炸，是运行维护和检修的重要内容。另外，使用中准确检 测真空泡的真空度技术比较复杂：真空泡不能维修，只有更换。 6.六氟化硫断路器 六氟化硫断路器是利用六氟化硫(S℉)气体作为绝缘与消弧介质的高压开 关。 六氟化硫断路器结构如图3-5所示。六氟化硫断路器一般是由安全阀、箱体、 观察窗、箱盖、操作机构、车架、电流互感器、绝缘套管、隔离触指及气压表等 构成。合闸状态下，工作电流经静动主触头和静动弧触头间流过。跳闸时，静动 主触头先于静动弧触头分离，此时电弧尚未发生，由于连杆机构作用，压气活塞 随静动触头闸刀的运行而移动，并对气筒中的SF。气体通过管形弧触头的喷孔喷 出，形成纵吹而使电弧熄灭。 六氟化硫断路器在牵引变电所一殷用于110kW侧。由于牵引变电所接触网 故障频繁，而SF断路器具有开断能力强且开断次数多的优点，曾广泛应用于馈 线侧。但是根据现场运行经验，SF,断路器漏气问题一直没有很好解决，而且电 气化铁路频繁跳闸的需要，曾多次发生过爆炸事故，现馈线侧已逐渐更换为真空 断路器
灭弧室 支柱 连接座 辅助油箱 密度继电器 液压柜 图3-5LW6-110六氟化硫断路器示意图 ?.各种断路器型号表示及意义