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电气设备原理及功能,电气设备的原理与功能,电气设备原理与功能 电气设备的分类 同步发电机 电力变压器 电动机 高压断路器 互感器 隔离开关,电气设备的原理与功能,第一节 电气设备的分类一次设备直接生产、输送、分配和使用电能的设备，包括：（1）生产和转换电能的设备，如发电机和变压器等；（2）接通或断开电路的开关设备，如断路器、隔离开 关、熔断器、接触器等；（3）将有关电气设备连接成电路的载流导体，如母线、电缆等；（4）变换电气量的设备，电压互感器和电流互感器；（5）保护电器，如电抗器和避雷器等；（6）接地装置，电力系统中有工作接地、保护接地和 防雷接地；,二次设备在电力系统中为了能对电气一次设备和系统的运行状况进行测量、控制、保护和监察而需要一些专门的设备，包括：（1）测量表计。如电压表、电流表、功率表、电能表、频率表等，用于测量一次电路中的电气参数。（2）继电保护及自动装置。如各种继电器和自动装置等，用于监视一次系统的运行状况，迅速反应不正常情况并进行调节或作用于断路器跳闸，切除故障。（3）直流设备。如直流发电机、蓄电池组、硅整流装置等，为保护、控制和事故照明等提供直流电源。,电气设备的原理与功能,第二节 同步发电机,发电机,电气设备的原理与功能,第三节 电力变压器,6,变压器,电气设备的原理与功能,（一）变压器的工作原理 变压器是通过电磁感应原理，通过电磁耦合实现电能传递的一种静止电气设备，主要由铁芯及绕在铁芯上的绕组组成。,电气设备的原理与功能,（二）变压器的结构 1 油浸式变压器 2 干式变压器 用环氧树脂浇注的变压器称为环氧树脂干式变压器。,电气设备的原理与功能,（三）变压器基本参数及性能指标 1 基本参数（1）额定电压U1N,U2N，三相变压器指线电压；（2）额定容量SN；（3）额定电流I1N,I2N，根据额定电压和额定容量计算得出；（4）额定频率fN，我国规定工业用电频率为50Hz；（5）阻抗电压（短路电压），通常以额定电压的百分数表示 由变压器短路试验获得，其反映在变压器在额定负载下运行时，漏阻抗压降的大小，相应的有短路损耗Pk（6）空载电流，通常以额定电流的百分数表示 由变压器空载试验获得，相应的有空载损耗P0（7）连接组号 Y星形连接，YN星形连接并有中性点引线，d三角形连接，例 YNd11,电气设备的原理与功能,2 性能参数（1）变压器负载运行，二次侧端电压变化率u%。,变压器外特性,电气设备的原理与功能,（2）变压器损耗p。（3）变压器效率。,电气设备的原理与功能,（四）变压器分类,电气设备的原理与功能,第四节 电动机,电动机,电气设备的原理与功能,第五节 高压断路器 额定电压为3kV及以上，能够关合、承载和开断运行状态的正常电流，并能在规定时间内关合、承载和开断规定的异常电流（如短路电流、过负荷电流）的开关电器称为高压断路器。高压断路器的作用：电力网正常工作和发生故障时开断和关合电路。也即，控制（操作）作用；保护作用。断路器的型号含义 断路器的基本结构 断路器的型号含义 断路器的基本技术参数,电气设备的原理与功能,一、断路器的型号含义,产品名称；S少油断路器，D多油断路器，L六氟化硫（SF6）断路器，Z真空断路器，K压缩空气断路器，Q自产气断路器，C磁吹断路器,安装地点；N户内型，W户外型,设计序号,额定电压（或最高工作电压）（kV）,补充特性：C手车式，G改进型，W防污型，Q防震型,额定电流（A）,额定开断电流（kA）,例如：ZN2812/125025，表示户内式真空断路器，设计序号为28，最高工作电压12kV，额定电流为1250A，额定开断电流为25kA。,电气设备的原理与功能,二、断路器的基本结构：,主要零部件：开关本体的底架、底座功能：整台产品的基础,电气设备的原理与功能,支持绝缘件：主要零部件：瓷柱 瓷套管 绝缘管等构成的支柱本体 拉紧绝缘子等功能：保证开断元件有可靠的对地绝缘，承受开断元件的操作力及各种外力,电气设备的原理与功能,传动元件：主要零部件：各种连杆 齿轮 拐臂 液压管道 压缩空气管道等功能：将操作命令及操作功传递给开断元件的触头和其它部件,电气设备的原理与功能,开断元件：主要零部件：主灭弧室 主触头系统 主导电回路 辅助灭弧室 辅助触头系统 并联电阻功能：开断及关合电力线路，安全隔离电源,电气设备的原理与功能,操作机构：主要零部件：弹簧、液压、电磁、气动及手动机构的本体及其配件功能：为开断元件分合闸操作提供能量，并实现各种规定的操作,电气设备的原理与功能,电气设备的原理与功能,三、断路器的类型 按灭弧介质的不同分类（1）油断路器 采用绝缘油作为灭弧介质的断路器，逐渐被淘汰。（2）压缩空气断路器 采用压缩空气作为灭弧介质及操作机构能源的断路器。（3）真空断路器 在真空中开断电流，利用真空的高绝缘强度来实现灭弧的断路器。（4）六氟化硫（SF6）断路器 采用具有优良灭弧性能的SF6气体作为灭弧介质的断路器。,（1）油断路器 多油断路器多油断路器的触头和灭弧系统放置在由钢板焊接成的装有大量绝缘油的油箱中，其绝缘油既是灭弧介质，又是主要的绝缘介质，承受不同的导体之间及导体与地之间的绝缘。结构特点：结构简单，制造方便，便于在套管上加装电流互感器，配套性强；耗钢、耗油量大、体积大、重量重；属自能式灭弧结构。技术特点：额定电流不易做得很大；开断小电流时，燃弧时间较长；开断电路的速度较慢；油量多，有发生爆炸和火灾的危险性。运行维护特点：运行维护简单；噪声低；检修周期短；需配备一套油处理装置。,电气设备的原理与功能,少油断路器少油断路器的触头和灭弧系统放置在装有少量绝缘油的绝缘筒中，其绝缘油主要作为灭弧介质，只承受触头断开时断口之间的绝缘，不作为主要的绝缘介质。少油断路器中不同相的导电部分之间及导体与地之间是利用空气、陶瓷和有机绝缘材料来实现绝缘。结构特点：结构简单，制造方便，可配用各种操动机构；比多油断路器油量少、重量轻；采用积木式结构，便于制成各种电压等级产品。技术特点：开断电流大，10kV等级可通过加并联回路以提高额定电流；110kV及以上电压等级时采用积木结构；全开断时间较短；增加压油活塞装置加强机械油吹后，提高开断小电流的能力；存在火灾危险。运行维护特点：运行经验丰富，易于维护；噪声低；油质容易劣化；需配备一套油处理装置。,电气设备的原理与功能,户外多油断路器,电气设备的原理与功能,（2）压缩空气断路器结构特点：结构比较复杂，工艺和材料要求高；有色金属消耗量大、价格高；需要装设专用的空气压缩系统；操动机构与断路器合为一体；体积和重量比较轻。技术特点：额定电流和开断电流都可以做得很大，适合开断大容量电路；动作快，全开断时间短；快速自动重合闸时断流容量不降低；无火灾危险。运行维护特点：维修周期长；噪声较大；无火灾危险；需要一套压缩空气装置作为气源；运行费用大。,电气设备的原理与功能,（3）真空断路器结构特点：灭弧室材料及工艺要求高；体积小、重量轻；触头不易氧化；灭弧室的机械强度比较差，不能承受较大的冲击振动。技术特点：可连续多次操作，开断性能好；灭弧迅速，开断时间短；开断电流及断口电压不易做得很高；无火灾危险；开距小，约为同等电压油断路器触头开距的1/10左右；所需操作能量小；开断时产生的电弧能量小；灭弧室的机械寿命和电气寿命都很高。运行维护特点：运行维护简单，灭弧室不需要检修；噪声低；运行费用低；无火灾和爆炸危险。,电气设备的原理与功能,ZW32-12真空断路器,电气设备的原理与功能,（4）SF6断路器结构特点：结构简单，工艺及密封要求严格，对材料要求高；体积小、重量轻；用于封闭式组合电器时，可大量节省占地面积。技术特点：额定电流和开断电流都可以做得很大；开断性能好，适合于各种工况开断；SF6气体灭弧、绝缘性能好，故断口电压可做得较高；断口开距小。运行维护特点：维护工作量小；噪声低；检修周期长；运行稳定，安全可靠，寿命长；可频繁操作。,电气设备的原理与功能,罐式SF6断路器,电气设备的原理与功能,瓷柱式SF6断路器,电气设备的原理与功能,四、断路器的基本技术数据（1）额定电压（kV）保证断路器长时间正常运行能承受的工作电压（线电压），我国采用的额定电压等级：3、6、10、35、60、110、220、330、500、750、1000kV等。（2）最高工作电压（kV）通常规定，220kV及以下设备，其最高工作电压为额定电 压的1.15倍；对于330kV及以上的设备规定为额定电压的1.1倍。我国采用的最高电压有：3.5、6.9、11.5、40.5、69、126、252、363、550、825、1100kV等。（3）额定电流（A）断路器在规定的基准环境温度下允许长期通过的最大工作电流有效值。我国采用的额定电流有：200、400、630、1000、1250、1600、2000、2500、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000A等。,电气设备的原理与功能,（4）额定开断电流（kA）在额定电压下，断路器能可靠开断的最大电流有效值，称为该电压下的额定开断电流。在电压低于额定电压时，开断电流可以比额定开断电流大，但由于灭弧装置机械强度的限制，开断电流有个极限值，称为极限开断电流。（5）额定关合电流（kA）在额定电压下，断路器能可靠地闭合的最大短路电流峰值。额定关合电流反映断路器关合短路故障的能力，主要决定于断路器灭弧装置的性能、触头构造及操动机构的型式。（6）额定热稳定电流（kA）断路器在规定时间（通常为4s）内允许通过的最大短路电流有效值。额定热稳定电流表明断路器承受短路电流热效应的能力。,电气设备的原理与功能,（7）额定动稳定电流（kA）断路器在闭合状态下，允许通过的最大短路电流峰值，又称极限通过电流。额定动稳定电流表明断路器在冲击短路电流的作用下，承受电动力效应的能力，它决定于导体和绝缘等部件的机械强度。（8）合闸时间（s）断路器从接到合闸命令（合闸回路通电）起到断路器触头刚接触时所经过的时间间隔，称为合闸时间。（9）分闸时间（s）分闸时间是反映断路器开断过程快慢的参数。,电气设备的原理与功能,电气设备的原理与功能,1）固有分闸时间t1 指断路器接到分闸命令起到灭弧触头刚分离时所经过的时间2）灭弧时间t2触头分离到各相电弧完全熄灭所经过的时间 3）全分闸时间tt 断路器从接到分闸命令起到断路器触头开断至三相电弧完全熄灭时所经过的时间间隔。tt=t1+t2,（10）额定开断容量（MVA）断路器的开断能力也可间接用开断容量来表示，其大小与额定电压与额定开断电流的有关：,电气设备的原理与功能,电气设备的原理与功能,电气设备的原理与功能,（2）所有二次设备可用低电压、小电流的电缆连接，使配电屏内布线简单、安装方便；便于集中管理，可以实现远距离控制和测量。（3）二次回路不受一次回路的限制，接线灵活方便。对二次设备进行维护、调换以及调整试验时，不需中断一次系统的运行。（4）使二次侧的设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧要有一点接地，保证二次系统设备和工作人员的安全。,电气设备的原理与功能,电气设备的原理与功能,电气设备的原理与功能,电气设备的原理与功能,电气设备的原理与功能,电气设备的原理与功能,电气设备的原理与功能,电流互感器使用注意事项电流互感器在工作时其二次侧不得开路。电流互感器的二次侧有一端必须接地。电流互感器在连接时，要注意其端子的极性。电流互感器必须保证一定的准确度，电流互感 器的负载阻抗不得大于与准确级相对应的额定阻抗。,电气设备的原理与功能,电气设备的原理与功能,电气设备的原理与功能,一般0.1、0.2级主要用于实验室精密测量和供电容量超过一定值（月供电量超过100万kWh）的线路或用户；0.5级的可用于收费用的电能表；0.5-1级的用于发电厂、变电所的盘式仪表和技术上用的电能表；3级、5级的电流互感器用于一般的测量和某些继电保护上；5P和10P级的用于继电保护，在旧型号产品中用B、C、D级表示。,电气设备的原理与功能,电气设备的原理与功能,电气设备的原理与功能,电气设备的原理与功能,电流互感器的额定容量电流互感器的额定容量SN2系指电流互感器在额定二次电流和额定二次阻抗下运行时，二次绕组输出的容量。由于电流互感器的额定二次电流为标准值（5A或1A或0.5A），也为了便于计算，有的厂家提供电流互感器的额定阻抗ZN2值。因电流互感器的误差和二次负荷有关，故同一台电流互感器使用在不同准确级时，会有不同的额定容量。,电流互感器的10%误差曲线对测量用TA：要求在正常工作范围内有较高的准确度；而当电路发生短路时，希望TA过饱和，以免仪表受到短路电流的损害。对保护用TA：要求其在系统发生故障时也能较准确的测量故障电流。因此保护TA，在可能出现的短路电流范围内，要求其最大误差限值不超过10%。10误差曲线是指在保证电流互感器误差不超过10 的条件下，一次电流倍数与电流互感器允许最大二次负载阻抗的关系曲线。一次电流倍数二次负荷阻抗,电气设备的原理与功能,按10%误差曲线选择校验保护用TA已知可能的最大短路电流，求得一次电流倍数由10%误差曲线查得可允许使用的最大二次负荷阻抗若，则能保证误差在10%内；否则，应减小 使其满足上式。,电气设备的原理与功能,电气设备的原理与功能,（四）电流互感器的接线,单相接线主要用来测量单相负荷电流或三相系统中平衡负荷的某一相电流。两相V形接线（不完全星形接线）在610kV中性点不接地系统中应用较广泛。两相电流差接线通常应用于继电保护线路中星形接线用来测量负荷平衡或不平衡的三相电力系统中的三相电流。,电气设备的原理与功能,（五）电流互感器的分类按安装地点可分为屋内（20kV及以下）和屋外式（35kV及 以上）。按安装方式可分为穿墙式、支持式和装入式（套管式）。按绝缘方式可分为干式、浇注式、油浸式等。干式用绝缘胶浸渍，用于屋内低压电流互感器；浇注式以环氧树脂作绝缘，目前仅用于35kV及以下的屋内电流互感器；油浸式多为屋外式。按一次绕组匝数可分为单匝式和多匝式。单匝式分为贯穿型和母线型两种。按电流互感器的工作原理，可分为电磁式、电容式、光电式和无线电式。,电气设备的原理与功能,（六）电流互感器的型号,电流互感器全型号的表示和含义如下：,电气设备的原理与功能,套管式电流互感器,电气设备的原理与功能,穿墙式环氧电流互感器,电气设备的原理与功能,SF6气体绝缘电流互感器,电气设备的原理与功能,电气设备的原理与功能,电动势平衡方程,忽略绕组漏阻抗压降,电气设备的原理与功能,电气设备的原理与功能,。,电压互感器使用注意事项电压互感器二次侧不得开路。电压互感器的一、二次侧都应装设熔断器（6OkV及以上的电压互感器，其电源侧可不装设高压熔断器）。电压互感器的电源侧要装设隔离开关。电压互感器铁芯及二次绕组一端必须接地。防止一、二次绕组间的绝缘击穿时，一次侧的高电压窜入二次侧，危及工作人员人身和二次设备的安全。电压互感器在接线时要注意端子极性的正确。接线时，应保证一、二次绕组的首尾标号及同名端的正确。电压互感器的负载容量应不大于准确级相对应的额定容量。,电气设备的原理与功能,电气设备的原理与功能,电气设备的原理与功能,电气设备的原理与功能,电压互感器的额定容量电压互感器的误差与二次负荷有关，因此同一台TV在不同准确度级下，都有相应的额定容量。在功率因数为0.8(滞后)时，额定容量标准值为10、15、25、30、50、75、100、150、200、250、300、400、500VA。但一般说电压互感器的额定容量是指最高准确度级下的额定容量。电压互感器按在最高电压下长期工作允许的发热条件，还规定了最大极限容量。与电流互感器一样，要求在某些准确度级下测量时，二次负载不应超过该准确级规定的容量，否则准确度级下降，测量误差是满足不了要求的。,电气设备的原理与功能,（四）电压互感器的接线 单相电压互感器接线用于35kV及以下的中性点非直接接地电网中测量线电压；用在110kV及以上中性点有效接地系统中测量相对地电压；V，V形接线（不完全星形接线）来测量三个线电压，但不能测量相电压，应用于20kV及以下中性点不接地或经消弧线圈接地的电网中；一台三相三柱式电压互感器Yyn接线用于测量线电压，不能测量相电压；一台三相五柱式电压互感器的YNynV接线测量线电压、相电压和零序电压（用作绝缘监察装置，开口三角形），广泛应用于小接地电流电网中；,电气设备的原理与功能,三个单相三绕组电压互感器接成的YNynd接线主要应用于3kV及以上电网中，用于测量线电压、相电压和零序电压（用作绝缘监察装置，开口三角形）。,电气设备的原理与功能,电气设备的原理与功能,电气设备的原理与功能,三相五柱式电压互感器的接线图,（五）电压互感器的分类 按安装地点分为户内式和户外式；按相数分为单相式和三相式，只有20kV以下才制成三相式；按线圈数可分为双线圈和三线圈；按绝缘结构可分为干式、浇注式、普通油浸式、串级油浸式和电容式。干式多用于低压户内配电；浇注式用于335kV；油浸式主要用于35kV及以上的电压互感器。,电气设备的原理与功能,（六）电压互感器的型号,电压互感器全型号的表示和含义如下：,电气设备的原理与功能,JDZ10型浇注式单相电压互感器,电气设备的原理与功能,JSJW-10型油浸式三相五柱,电气设备的原理与功能,JCC-20型串级式电压互感器 JDXN35电压互感器,电气设备的原理与功能,主要由电容分压器、补偿电抗器、中间变压器、阻尼器及载波装置、防护间隙等组成。,在被测电网的相和地之间接有主电容C1和分压电容C2，Z2为继电器、仪表等电压线圈阻抗。电容式电压互感器实质上是一个电容串接的分压器，被测电网的电压在电容C1、C2上按反比分压。,分压比,电气设备的原理与功能,L补偿电抗：可补偿电容分压器的内阻抗。TV 中间变压器：将测量仪表经中间变压器TV后与分压器连接，减小分压器的输出电流以减少误差。rd阻尼电阻：在TV副边单独设置一只线圈，接入阻尼电阻rd，用以抑制铁磁谐振过电压。,CK 补偿电容器：用来补偿电磁式电压互感器TV的磁化电流和副边负荷电流的无功分量，亦能减小测量装置的误差。P1放电间隙：用以保护TV的原绕组和补偿电抗器L，防止因受二次侧短路所产生的过电压而造成的损坏。,电气设备的原理与功能,3.电容式电压互感器的特点供11OkV及以上中性点直接接地系统测量电压之用 优点：除作为电压互感器用外，还可将其分压电容兼做高频载波通讯的耦合电容；电容分压式电压互感器的冲击绝缘强度比电磁式电压互感器高；体积小，重量轻，成本低；在高压配电装置中占地面积很小。缺点：误差特性和暂态特性比电磁式电压互感器差输出容量较小,电气设备的原理与功能,电气设备的原理与功能,电气设备的原理与功能,电气设备的原理与功能,第七节 隔离开关隔离开关又称（隔离）刀闸，是一种高压开关电器。因为它没有专门的灭弧装置，故不能用来切断负荷电流和短路电流。使用时应与断路器配合，只有在断路器断开时才能进行操作。隔离开关在分闸时，动静触头间形成明显可见的断口，绝缘可靠。隔离开关的作用 隔离开关的基本技术参数 隔离开关的型号含义 隔离开关的类型,电气设备的原理与功能,一、隔离开关的作用隔离电源，保证检修工作的安全。配合断路器，在电路中进行倒闸操作。接通和断开小电流电路。在某些终端变电所中，快分隔离开关与接地开关相配合，代替断路器的工作。,电气设备的原理与功能,二、隔离开关的技术参数（1）额定电压 指隔离开关长期运行时所能承受的工作电压。（2）最高工作电压 指隔离开关能承受的超过额定电压的最高电压。（3）额定电流 指隔离开关可以长期通过的工作电流。（4）热稳定电流 指隔离开关在规定的时间内允许通过的最大电流。（5）极限通过电流峰值 指隔离开关所能承受的最大瞬时冲击短路电流。,电气设备的原理与功能,三、隔离开关的型号含义隔离开关型号、规格一般由文字符号和数字表示：第一单元：产品字母代号，隔离开关用G；第二单元：安装场所代号，户内用N，户外用W；第三单元：设计序列顺序号，用数字1、2、3、表示；第四单元：额定电压，kV；第五单元：其他标志，如T表示统一设计，G表示改进型，D表示带接地刀闸，K表示快分型等。第六单元：额定电流，A。,电气设备的原理与功能,G N 10208000,电气设备的原理与功能,四、隔离开关的分类（1）按装设地点的不同，可分为户内式和户外式两种。（2）按绝缘支柱数目，分为柱式、双柱式和三柱式三种。（3）按动触头运动方式，可分为水平旋转式、垂直旋转 式、摆动式和插入式等。（4）按有无接地闸刀，可分为无接地闸刀、一侧有接地闸 刀、两侧有接地闸刀三种。（5）按操动机构的不同，可分为手动式、电动式、气动式 和液压式等。（6）按极数，可分为单极、双极、三极三种，以及按安装 方式分为平装式和套管式等。,电气设备的原理与功能,GNl9-12(c)系列户内高压隔离开关,电气设备的原理与功能,GW5系列双柱水平开启式隔离开关,电气设备的原理与功能,