【正文】 第 4章 供配電系統(tǒng)的常用電氣設備 167。 概 述 167。 電弧的產(chǎn)生及滅弧方法 167。 電力變壓器 167。 互感器 167。 熔斷器 167。 低壓開關設備 167。 高壓開關設備 167。 成套配電裝置 167。 避雷器 小結 167。 概 述 電氣設備的定義 供配電系統(tǒng)的電氣設備是指用于發(fā)電、輸電、變電、配電和用電的所有設備，包括發(fā)電機、變壓器、控制電器、保護設備、測量儀表、線路器材和用電設備（如電動機、照明用具）等。 電氣設備的分類 1. 按電壓等級分 （ 1）高壓設備 交流 50Hz、額定電壓 1200V以上 直流、額定電壓 1500V以上 （ 2）低壓設備 交流 50Hz、額定電壓 1200V及以下 直流、額定電壓 1500V及以下 2．按設備所屬回路分 （ 1） 一次回路及一次設備 一次回路 供配電系統(tǒng)中用于傳輸、變換和分配電力電能的主電路 一次設備或一次電器 設置在一次回路中的電氣設備 （ 2） 二次回路及二次設備 二次回路 指用來控制、指示、監(jiān)測和保護一次回路運行的電路 二次設備或二次電器 設置在二次回路中的電氣設備。 3．按在一次電路中的功能分 （ 1）變換設備 用來按電力系統(tǒng)工作的要求變換電壓或電流的電氣設備，如變壓器、互感器等。 （ 2）控制設備 用于按電力系統(tǒng)的工作要求控制一次電路通、斷的電氣設備，如高低壓斷路器、開關等。 （ 3）保護設備 用來對電力系統(tǒng)進行過電流和過電壓等的保護用電氣設備，如熔斷器、避雷器等。 （ 4）補償設備 用來補償電力系統(tǒng)中無功功率以提高功率因數(shù)的設備，如并聯(lián)電容器等。 （ 5）成套設備 (裝置 ) 按一次電路接線方案的要求，將有關的一次設備及其相關的二次設備組合為一體的電氣裝置，如高低壓開關柜、低壓配電屏、動力和照明配電箱等。 167。 概 述 電弧及其主要危害 電弧 — 一種高溫、強光的電游離現(xiàn)象，開關電器和線路中一種必然的物理現(xiàn)象，是電流的延續(xù)。 1．電弧的主要特征 （ 1）能量集中，發(fā)出高溫、強光。 （ 2）自持放電，維持電弧穩(wěn)定燃燒所需電壓很低。 （ 3）游離的氣體，質(zhì)輕易變。 2．電弧的危害 （ 1）延長了電路的開斷時間，從而使故障對供配電系統(tǒng)造成更大的損壞。 （ 2）高溫使開關觸頭變形、熔化，從而導致接觸不良甚至損壞。 （ 3）高溫可能造成人員灼傷甚至直接或間接的死亡，強光可能損害人的視力。 （ 4）引起弧光短路，嚴重時造成爆炸事故。 167。 電弧的產(chǎn)生及滅弧方法 電弧的產(chǎn)生 1．產(chǎn)生電弧的根本原因 觸頭間很大電場強度和很高的溫度導致觸頭本身的電子及觸頭周圍介質(zhì)中的電子被游離而形成電弧電流。 2．產(chǎn)生電弧的游離方式 （ 1）高電場發(fā)射 強電場把觸頭表面的電子拉出，形成自由電子并發(fā)射到觸頭間隙中。 （ 2）熱電發(fā)射 觸頭表面的電子吸收足夠的熱能而發(fā)射到觸頭間隙中形成自由電子向間隙四周發(fā)射出去。 （ 3）碰撞游離 高速移動的自由電子碰撞中性質(zhì)點，使中性質(zhì)點游離成帶正電的正離子和自由電子。不斷的碰撞使觸頭間隙中正離子和自由電子數(shù)越來越多，形成“雪崩”現(xiàn)象，當離子濃度足夠大時，介質(zhì)被擊穿而產(chǎn)生電弧。 （ 4）高溫游離 電弧形成后的高溫，加強了正離子和自由電子的游離。觸頭越分開，電弧越大，高溫游離也越顯著。 注：高電場發(fā)射和熱電發(fā)射的游離方式在觸頭分開之初占主導作用 碰撞游離和高溫游離使電弧持續(xù)和發(fā)展 它們是互相影響，互相作用的。 1．電弧熄滅的條件 去游離率大于游離率，即其中離子消失的速率大于離子產(chǎn)生的速率。 2．去游離方式 （ 1）復合 正、負帶電質(zhì)點重新結合為中性質(zhì)點 電弧中溫度越低，電場強度越弱，截面越小，介質(zhì)的性質(zhì)越穩(wěn)定，密度越高，復合愈快。 （ 2）擴散 電弧中的帶電質(zhì)點向電弧周圍介質(zhì)散發(fā)開去，使弧區(qū)帶電質(zhì)點的濃度減少。 電弧與周圍介質(zhì)的濃度差越大，電弧與周圍介質(zhì)的溫度差越大，電弧截面越小，擴散就越強烈。 3．交流電弧的熄滅 電流過零時，電弧將暫時熄滅，弧柱溫度急劇下降，高溫游離中止，去游離大大增強，陰極附近空間的絕緣強度迅速增高。由于交流電流每一個周期兩次過零值，在熄滅交流電弧時，就是充分利用這一特點來加速電弧的熄滅。 電弧的熄滅 1．速拉滅弧法 是開關電器中最基本的滅弧方法。高低壓斷路器中都裝有強力的斷路彈簧，目的就是加速觸頭的分斷速度。 2．冷卻滅弧法 利用介質(zhì)如油等來降低電弧的溫度從而增強去游離來加速電弧的熄滅。 3．吹弧滅弧法 利用外力如氣流、油流或電磁力來吹動電弧，使電弧拉長，同時也使電弧冷卻，電弧中的電場強度降低，復合和擴散增強，加速電弧熄滅。 （ 1）按吹弧的方向 (相對電弧方向 )分 縱吹和橫吹，如圖 4–1a和圖 4–1b所示。 開關電器中常用的滅弧方法 （ 2）按施加外力的性質(zhì)來分， 氣吹、油吹、磁力吹和電動力吹等。 如圖 4– 2所示的低壓刀開關迅速拉開刀閘時電動力吹弧使電弧加速拉長。 如圖 4–3所示采用專門的磁吹線圈來吹弧。 開關電器中常用的滅弧方法 如圖 4– 4所示利用鐵磁物質(zhì)鋼片來吸動電弧，這相當于反向吹弧。 開關電器中常用的滅弧方法 4．長弧切短滅弧法 如圖 4–5所示，利用金屬片（如鋼柵片）將長弧切成若干短弧。當外施電壓(觸頭間 )小于電弧上的電壓降時，電弧不能維持而迅速熄滅。低壓斷路器和部分刀開關的滅弧罩就是利用這個原理來滅弧的。 開關電器中常用的滅弧方法 5．粗弧分細滅弧法 將粗弧分成若干平行的細小電弧，增大了接觸面，降低電弧的溫度，從而使帶電質(zhì)點的復合和擴散得到加強，使電弧加速熄滅。 6．狹溝滅弧法 如圖 46所示，陶瓷制成的絕緣滅弧柵使電弧在固體介質(zhì)所形成的狹溝中燃燒，冷卻條件改善，電弧與介質(zhì)表面接觸使帶電質(zhì)點的復合增強，從而加速電弧的熄滅。如有的熔斷器在熔管中充填石英砂，就是利用狹溝滅弧原理。 開關電器中常用的滅弧方法 7．真空滅弧法 將開關觸頭裝在真空容器內(nèi)，產(chǎn)生的電?。ㄕ婵针娀。┹^小，且在電流第一次過零時就能將電弧熄滅。真空斷路器就是利用這種原理來熄滅電弧的。 8．六氟化硫（ SF6）滅弧法 SF6氣體具有優(yōu)良的絕緣性能和滅弧性能，絕緣強度約為空氣的 3倍，而絕緣強度的恢復速度約比空氣快 100倍，可極大的提高開關的斷流容量和減少滅弧所需時間。 注：電氣設備的滅弧性能往往是衡量其運行可靠性和安全性的重要指標之一。 開關電器中常用的滅弧方法 167。 對電氣觸頭的基本要求 1．滿足正常負荷的發(fā)熱要求 觸頭必須接觸緊密良好，盡量減少或避免觸頭表面產(chǎn)生氧化層，以降低接觸電阻。 2．具有足夠的機械強度 能夠經(jīng)受規(guī)定的通斷次數(shù)而不致發(fā)生機械故障或損壞。 3．具有足夠的動穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度 具有足夠的動穩(wěn)定度指在可能發(fā)生的最大短路沖擊電流通過時，觸頭不至于因最大電動力作用而損壞 具有足夠的熱穩(wěn)定度指在可能最長的短路時間內(nèi)通過最大短路電流時所產(chǎn)生的熱量不致使觸頭燒損或熔焊。 4．具有足夠的斷流能力 在開斷規(guī)定的最大負荷電流或最大短路電流時，觸頭不應被電弧過度燒損，更不應發(fā)生熔焊現(xiàn)象。 167。 電力變壓器 概述 電力變壓器（文字符號為 T或 TM） 三相變壓器額定容量在 5KVA及以上，單相的在 1KVA及以上的輸變電用變壓器，均稱為電力變壓器。它是供配電系統(tǒng)中最關鍵的一次設備，主要用于公用電網(wǎng)和工業(yè)電網(wǎng)中，將某一給定電壓值的電能轉變?yōu)樗蟮牧硪浑妷褐档碾娔?，以利于電能的合理輸送、分配和使用? 167。 電力變壓器的分類及特點 1. 按功能分 （ 1）升壓變壓器 在遠距離輸配電系統(tǒng)中，用來把較低電壓升高為較高的電壓級。 （ 2）降壓變壓器 直接供電給各類用戶的終端變電所，采用降壓變壓器。 2．按相數(shù)分 （ 1）單相變壓器 單相變壓器一般供小容量的單相設備專用； （ 2）三相變壓器 三相變壓器廣泛用于供配電系統(tǒng)的變電所中； 3．按繞組導體的材質(zhì)分 （ 1）銅繞組變壓器 銅繞組變壓器的損耗更低，所以尤其是大容量的銅繞組變壓器已得到更為廣泛的應用 （ 2）鋁繞組變壓器 4．按繞組型式分 （ 1）雙繞組變壓器 用于變換一個電壓的場所； （ 2）三繞組變壓器 用于需兩個電壓的場所，它有一個一次繞組，兩個二次繞組； （ 2）自耦式變壓器 大多用在實驗室中作調(diào)壓用； 5． 按容量系列分，用 R10系列來確定變壓器的容量，即按 R10==數(shù)遞增，常用的有 100、 12 160、 200、 250、 31 400、 500、 6 800、1000、 1250、 1600、 202 2500、 3150 KVA等。 （ 1）小型變壓器 容量在 500KVA以下的變壓器； （ 2）中型變壓器 容量在 630～ 6300KVA之間的變壓器； （ 3）大型變壓器 容量在 8000 KVA以上的的變壓器； 6．按電壓調(diào)節(jié)方式分 （ 1）無載調(diào)壓變壓器 一般用于對電壓水平要求不高的場所，特別是 10KV及以下的配電變壓器； （ 2）有載調(diào)壓變壓器 在 10KV以上的電力系統(tǒng)和對電壓水平要求較高的場所主要采用有載調(diào)壓變壓器； 7．按安裝地點分 （ 1）戶內(nèi)式 （ 2）戶外式 167。 電力變壓器的分類及特點 8．按冷卻方式和繞組絕緣分 （ 1）油浸式 油浸自冷式、油浸風冷式、油浸水冷式和強迫油循環(huán)冷卻方式 特點：絕緣和散熱性能好，價格較低，便于檢修；油的可燃性使其不便用于易燃易爆和安全要求較高的場合。 1）自冷式 普通的中小容量的變壓器采用； 2）水冷式和強迫油循環(huán)冷卻方式 大容量的油浸式變壓器采用； 3）風冷式 用通風機來加強變壓器的散熱冷卻。一般用于大容量變壓器（ 2022KVA及以上）和散熱條件較差的場所。 （ 2）干式 澆注式、開啟式、封閉式 特點：結構簡單，體積小，重量輕，防火、防塵、防潮，價格貴，用在安全防火要求較高的場所，如大型建筑物內(nèi)的變電所、地下變電所和礦井內(nèi)變電所。 （ 3）充氣式（ SF6） 利用充填的氣體進行絕緣和散熱的變壓器 特點：電氣性能優(yōu)良，用于安全防火要求較高的場所，并常與其他充氣電器配合，組成成套裝置。 167。 電力變壓器的分類及特點 9．按用途分 （ 1）普通變壓器 （ 2）防雷變壓器 （ 3）配電變壓器 6～ 10kV／ （ 4）主變壓器 安裝在總降壓變電所的變壓器 167。 電力變壓器的分類及特點 電力變壓器的結構 1. 變壓器的基本結構 （ 1）電路部分： 一次繞組 與系統(tǒng)電路和電源連接的繞組 二次繞組 與負載連接的繞組 （ 2）磁路部分： 變壓器的鐵心（表面涂有絕緣漆膜的硅鋼片交錯疊成鐵心） — 由鐵軛和鐵心柱組成 167。 電力變壓器的結構 2．常用三相油浸式電力變壓器 如圖 47所示 圖 47 三相油浸式電力變壓器的結構 1—信號溫度計 2—銘牌 3—吸濕器 4—油枕 (儲油柜 ) 5—油位指示器 6—防爆管 7—瓦斯繼電器 8－高壓套管 9—低壓套管 10—分接開關 11—油箱及散熱油管 12—鐵心 13—繞組及絕緣 14—放油閥 15—小車 16—接地端子 2）油箱的四種結構： ①散熱管油箱 散熱管的管內(nèi)兩端與箱體內(nèi)相通，油受熱后，經(jīng)散熱管上端口流人管體，冷卻后經(jīng)下端口又流回箱內(nèi)，形成循環(huán)，用于 1600KVA及以下的變壓器。 ②帶有散熱器的油箱 用于 2022KVA以上的變壓器。 ③平頂油箱 ④波紋油箱（瓦楞型油箱） (2) 高低壓套管 套管為瓷質(zhì)絕緣管，內(nèi)有導體，用于變壓器一、二次繞組接入和引出端的固定和絕緣。 （ 3）瓦斯繼電器 容量在 800KVA及以上的油浸式變壓器、戶內(nèi)式的變壓器容量在 400KVA及以上安裝；其作用是在變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生故障時進行瓦斯保護。 167。 電力變壓器的結構 （ 1）油箱 箱體、箱蓋、散熱裝置、放油閥 1）箱體 箱體內(nèi)有繞組、鐵心和變壓器的油： 變壓器油 既有循環(huán)冷卻和散熱作用，又有絕緣作用； 繞組與箱體 (箱壁、箱底 )有一定的距離，由油箱內(nèi)的油絕緣。 (4) 儲油柜（油枕） 內(nèi)儲有一定的油 1）作用：補充變壓器因油箱滲油和油溫變化造成的油量下降，當變壓器油發(fā)生熱脹冷縮時保持與周圍大氣壓力的平衡 2）儲油柜附件： 吸濕器 與油枕內(nèi)油面上方空間相連通，能夠吸收進入變壓器的空氣中的水分，以保證油的絕緣強度。 （ 5）防爆管 作用： 防止油箱發(fā)