【正文】 第 4章 供配電系統(tǒng)的常用電氣設(shè)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(guān)設(shè)備 167。 高壓開關(guān)設(shè)備 167。 成套配電裝置 167。 避雷器 小結(jié) 167。 概 述 電氣設(shè)備的定義供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)備是指用于發(fā)電、輸電、變電、配電和用電的所有設(shè)備，包括發(fā)電機、變壓器、控制電器、保護設(shè)備、測量儀表、線路器材和用電設(shè)備（如電動機、照明用具）等。 電氣設(shè)備的分類1. 按電壓等級分（ 1）高壓設(shè)備交流 50Hz、額定電壓 1200V以上直流、額定電壓 1500V以上（ 2）低壓設(shè)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(shè)備所屬回路分（ 1） 一次回路及一次設(shè)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(shè)備或一次電器 設(shè)置在一次回路中的電氣設(shè)備（ 2） 二次回路及二次設(shè)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(shè)備或二次電器 設(shè)置在二次回路中的電氣設(shè)備。3．按在一次電路中的功能分（ 1）變換設(shè)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(shè)備，如變壓器、互感器等。（ 2）控制設(shè)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(shè)備，如高低壓斷路器、開關(guān)等。（ 3）保護設(shè)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(shè)備，如熔斷器、避雷器等。（ 4）補償設(shè)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(shè)備，如并聯(lián)電容器等。（ 5）成套設(shè)備 (裝置 ) 按一次電路接線方案的要求，將有關(guān)的一次設(shè)備及其相關(guān)的二次設(shè)備組合為一體的電氣裝置，如高低壓開關(guān)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(guān)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(guān)觸頭變形、熔化，從而導(dǎo)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(yán)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(dǎo)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(dāng)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(dǎo)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(fù)合 正、負帶電質(zhì)點重新結(jié)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(fù)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(guān)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?jǐn)嗨俣取?．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(fù)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(guān)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(guān)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(guān)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(dāng)于反向吹弧。 開關(guān)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(dāng)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(guān)的滅弧罩就是利用這個原理來滅弧的。 開關(guān)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(fù)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(fù)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(guān)電器中常用的滅弧方法7．真空滅弧法 將開關(guān)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(fù)速度約比空氣快 100倍，可極大的提高開關(guān)的斷流容量和減少滅弧所需時間。 注：電氣設(shè)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(biāo)之一。 開關(guān)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(yīng)被電弧過度燒損，更不應(yīng)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(guān)鍵的一次設(shè)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(zhuǎn)變?yōu)樗蟮牧硪浑妷褐档碾娔埽岳陔娔艿暮侠磔斔?、分配和使用?67。 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(shè)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(dǎo)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(yīng)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==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(fēng)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(fēng)冷式 用通風(fēng)機來加強變壓器的散熱冷卻。一般用于大容量變壓器（2023KVA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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu) 1. 變壓器的基本結(jié)構(gòu) （ 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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(guān)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(jié)構(gòu)：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 2023KVA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(dǎo)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(jié)構(gòu)（ 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(dāng)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)生爆炸事故。當(dāng)油箱內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重的短路故障時，油的急劇分解產(chǎn)生大量的瓦斯氣體，導(dǎo)致油箱內(nèi)部壓力劇增從而使防爆管的出口處玻璃會自行破裂，釋放壓力，并使油流向一定方向噴出。（ 6）分接開關(guān) 作用： 用于改變變壓器的繞組匝數(shù)以調(diào)節(jié)變壓器的輸出電壓。167。 電力變壓器的結(jié)構(gòu)3．環(huán)氧樹脂澆注的三相干式變壓器（樹脂絕緣干式變壓器）圖 48為環(huán)氧樹脂澆注絕緣的三相干式電力變壓器的結(jié)構(gòu)圖。圖 48 環(huán)氧樹脂澆注絕緣的三相干式電力變壓器1－高壓出線套管和接線端子 2－吊環(huán) 3－上夾件 4－低壓出線接線端子 5－銘牌6－環(huán)氧樹脂澆注絕緣繞組 7－上下夾件拉桿 8－警示標(biāo)牌