电弧理论和开关设备教案

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1、幻灯片 1第4章 供配电系统的常用电气设备4.1 概 述 4.2 电弧的产生及灭弧方法 4.3 电力变压器 4.4 互感器 4.5 熔断器 4.7 低压开关设备 4.6 高压开关设备 4.9 成套配电装置 4.8 避雷器 小结 1幻灯片 24.1 概 述4.1.1 电气设备的定义 供配电系统的电气设备是指用于发电、输电、变电、配电和用电的所有设备，包括发电机、变压器、控制电器、保护设备、测量仪表、线路器材和用电设备（如电动机、照明用具）等。按设备所属回路分（1） 一次回路及一次设备 一次回路 供配电系统中用于传输、变换和分配电力电能的主电路一次设备或一次电器 设置在一次回路中的电气设备（2）

2、二次回路及二次设备 二次回路 指用来控制、指示、监测和保护一次回路运行的电路二次设备或二次电器 设置在二次回路中的电气设备。2幻灯片 33按在一次电路中的功能分（1）变换设备 用来按电力系统工作的要求变换电压或电流的电气设备，如变压器、互感器等。（2）控制设备 用于按电力系统的工作要求控制一次电路通、断的电气设备，如高低压断路器、开关等。（3）保护设备 用来对电力系统进行过电流和过电压等的保护用电气设备，如熔断器、避雷器等。（4）补偿设备 用来补偿电力系统中无功功率以提高功率因数的设备，如并联电容器等。（5）成套设备(装置) 按一次电路接线方案的要求，将有关的一次设备及其相关的二次设备组合为一

3、体的电气装置，如高低压开关柜、低压配电屏、动力和照明配电箱等。4.1 概 述3幻灯片 44.2.1 电弧及其主要危害电弧 一种高温、强光的电游离现象，开关电器和线路中一种必然的物理现象，是电流的延续。1电弧的主要特征 （1）能量集中，发出高温、强光。（2）自持放电，维持电弧稳定燃烧所需电压很低。（3）游离的气体，质轻易变。2电弧的危害 （1）延长了电路的开断时间，从而使故障对供配电系统造成更大的损坏。（2）高温使开关触头变形、熔化，从而导致接触不良甚至损坏。（3）高温可能造成人员灼伤甚至直接或间接的死亡，强光可能损害人的视力。（4）引起弧光短路，严重时造成爆炸事故。 4.2 电弧的产生及灭弧方

4、法4幻灯片 54.2.2 电弧的产生1产生电弧的根本原因触头间很大电场强度和很高的温度导致触头本身的电子及触头周围介质中的电子被游离而形成电弧电流。2产生电弧的游离方式（1）高电场发射 强电场把触头表面的电子拉出，形成自由电子并发射到触头间隙中。（2）热电发射 触头表面的电子吸收足够的热能而发射到触头间隙中形成自由电子向间隙四周发射出去。（3）碰撞游离 高速移动的自由电子碰撞中性质点，使中性质点游离成带正电的正离子和自由电子。不断的碰撞使触头间隙中正离子和自由电子数越来越多，形成“雪崩”现象，当离子浓度足够大时，介质被击穿而产生电弧。（4）高温游离 电弧形成后的高温，加强了正离子和自由电子的游

5、离。触头越分开，电弧越大，高温游离也越显著。注：高电场发射和热电发射的游离方式在触头分开之初占主导作用碰撞游离和高温游离使电弧持续和发展它们是互相影响，互相作用的。5幻灯片 61电弧熄灭的条件去游离率大于游离率，即其中离子消失的速率大于离子产生的速率。2去游离方式 （1）复合 正、负带电质点重新结合为中性质点电弧中温度越低，电场强度越弱，截面越小，介质的性质越稳定，密度越高，复合愈快。 （2）扩散 电弧中的带电质点向电弧周围介质散发开去，使弧区带电质点的浓度减少。电弧与周围介质的浓度差越大，电弧与周围介质的温度差越大，电弧截面越小，扩散就越强烈。3交流电弧的熄灭电流过零时，电弧将暂时熄灭，弧柱

6、温度急剧下降，高温游离中止，去游离大大增强，阴极附近空间的绝缘强度迅速增高。由于交流电流每一个周期两次过零值，在熄灭交流电弧时，就是充分利用这一特点来加速电弧的熄灭。4.2.3 电弧的熄灭6幻灯片 71速拉灭弧法是开关电器中最基本的灭弧方法。高低压断路器中都装有强力的断路弹簧，目的就是加速触头的分断速度。2冷却灭弧法 利用介质如油等来降低电弧的温度从而增强去游离来加速电弧的熄灭。3吹弧灭弧法 利用外力如气流、油流或电磁力来吹动电弧，使电弧拉长，同时也使电弧冷却，电弧中的电场强度降低，复合和扩散增强，加速电弧熄灭。（1）按吹弧的方向(相对电弧方向)分纵吹和横吹，如图41a和图41b所示。4.2.

7、4 开关电器中常用的灭弧方法7幻灯片 8（2）按施加外力的性质来分，气吹、油吹、磁力吹和电动力吹等。如图42所示的低压刀开关迅速拉开刀闸时电动力吹弧使电弧加速拉长。如图43所示采用专门的磁吹线圈来吹弧。 4.2.4 开关电器中常用的灭弧方法8幻灯片 9如图44所示利用铁磁物质钢片来吸动电弧，这相当于反向吹弧。4.2.4 开关电器中常用的灭弧方法9幻灯片 104长弧切短灭弧法 如图 45所示，利用金属片（如钢栅片）将长弧切成若干短弧。当外施电压(触头间)小于电弧上的电压降时，电弧不能维持而迅速熄灭。低压断路器和部分刀开关的灭弧罩就是利用这个原理来灭弧的。4.2.4 开关电器中常用的灭弧方法101

8、.2 力对点之矩幻灯片 115粗弧分细灭弧法 将粗弧分成若干平行的细小电弧，增大了接触面，降低电弧的温度，从而使带电质点的复合和扩散得到加强，使电弧加速熄灭。6狭沟灭弧法 如图4-6所示，陶瓷制成的绝缘灭弧栅使电弧在固体介质所形成的狭沟中燃烧，冷却条件改善，电弧与介质表面接触使带电质点的复合增强，从而加速电弧的熄灭。如有的熔断器在熔管中充填石英砂，就是利用狭沟灭弧原理。4.2.4 开关电器中常用的灭弧方法11幻灯片 127真空灭弧法 将开关触头装在真空容器内，产生的电弧（真空电弧）较小，且在电流第一次过零时就能将电弧熄灭。真空断路器就是利用这种原理来熄灭电弧的。8六氟化硫（SF6）灭弧法 SF

9、6气体具有优良的绝缘性能和灭弧性能，绝缘强度约为空气的3倍，而绝缘强度的恢复速度约比空气快100倍，可极大的提高开关的断流容量和减少灭弧所需时间。 注：电气设备的灭弧性能往往是衡量其运行可靠性和安全性的重要指标之一。4.2.4 开关电器中常用的灭弧方法12幻灯片 134.2.5 对电气触头的基本要求1满足正常负荷的发热要求 触头必须接触紧密良好，尽量减少或避免触头表面产生氧化层，以降低接触电阻。2具有足够的机械强度 能够经受规定的通断次数而不致发生机械故障或损坏。3具有足够的动稳定度和热稳定度 具有足够的动稳定度指在可能发生的最大短路冲击电流通过时，触头不至于因最大电动力作用而损坏具有足够的热

10、稳定度指在可能最长的短路时间内通过最大短路电流时所产生的热量不致使触头烧损或熔焊。4具有足够的断流能力 在开断规定的最大负荷电流或最大短路电流时，触头不应被电弧过度烧损，更不应发生熔焊现象。13幻灯片 144.4 互感器1互感器电流互感器和电压互感器的统称，又称仪用变压器或测量互感器。2作用：根据变压器的变压、变流原理将一次电量（电压、电流）转变为同类型的二次电量，该二次电量可作为二次回路中测量仪表、保护继电器等设备的电源或信号源3主要功能：（1）变换功能 将一次回路的大电压和大电流变换成适合仪表、继电器工作的小电压和小电流。（2）隔离和保护功能 作为一、二次电路之间的中间元件，不仅使仪表、继

11、电器等二次设备与一次主电路隔离，提高了电路工作的安全性和可靠性，而且有利于人身安全。 （3）扩大仪表、继电器等二次设备的应用范围 通过改变互感器的变比，可以反应任意大小的主回路电压和电流值，便于二次设备制造规格统一和批量生产。互感器的二次侧的电流或电压额定值统一规定为5A（1A）及 100V。 14幻灯片 154.4.1 电流互感器简称CT，文字符号TA，是变换电流的设备。1基本原理电流互感器的基本结构和原理如图4-13所示，15幻灯片 16（2）结构特点： 1.一次绕组匝数少，二次绕组匝数多 2.一次绕组导体较粗，二次绕组导体细 3.一次绕组串接在一次电路中，二次绕组与仪表、继电器电流线圈串

12、联，形成闭合回路。由于这些电流线圈阻抗很小，工作时电流互感器的二次回路接近短路状态。（3）电流互感器的变流比用Ki表示4.4.1 电流互感器（1）组成：一次绕组、铁心、二次绕组（4-1） 式中，I1N 一次侧额定电流值；I2N 二次侧额定电流值；N1 一次绕组匝数；N2 二次绕组匝数；变流比Ki一般表示成如1005A的形式。16幻灯片 173电流互感器类型和型号（1） 电流互感器的类型1）按一次电压分 高压低压2）按一次绕组匝数分 单匝 (包括母线式、芯柱式、套管式)多匝式(包括线圈式、线环式、串级式)。3）按用途分 测量用保护用4）按准确度级分 测量用电流互感器有0.1，0.2，0.5，1，

13、3，5等级，保护用电流互感器一般为5P和10P两级。5）按绝缘介质类型分 油浸式、环氧树脂浇注式、干式、SF6气体绝缘等；6）按铁心分 同一铁心和分开（两个）铁心两种。说明 高压电流互感器通常有两个不同准确度级的铁心和二次绕组，分别接测量仪表和继电器。测量用的电流互感器铁心在一次电路短路时易于饱和，以限制二次电流的增长倍数，保护仪表。保护用的电流互感器铁心在一次电路短路时不应饱和，二次电流与一次电流成比例增长，以保证保护灵敏度的要求。4.4.1 电流互感器17幻灯片 18LMZJl-0.5型电流互感器的外形图（图4-18）户内母线式环氧树脂浇注绝缘加大容量的电流互感器LMZJl-0.5用于低压

14、配电屏和其他低压电路中，本身无一次绕组，穿过其铁心的母线就是其一次绕组。4.4.1 电流互感器图4-18 LMZJ1-0.5型电流互感器1铭牌 2二次母线穿孔 3铁心 4安装板 5二次接线端18幻灯片 194电流互感器的使用注意事项（1）电流互感器在工作时二次侧不得开路。安装时，二次结线必须可靠、牢固，决不允许在二次回路中接入开关或熔断器。原因 如果开路，二次侧可能会感应出危险的高电压，危及人身和设备安全。互感器铁心会由于磁通剧增而过热，产生剩磁，导致互感器准确度的降低。（2）电流互感器二次侧有一端必须接地。原因 为了防止一、二次绕组间绝缘击穿时，一次侧高电压窜人二次侧，危及设备和人身安全。（

15、3）电流互感器在结线时，要注意其端子的极性。电流互感器的一、二次侧绕组端子分别用P1、P2和S1、S2表示，对应的P1和S1，P2和S2 为用“减极性”法规定的“同名端”，又称“同极性端”。（因其在同一瞬间，同名端同为高电平或低电平）。原因 如果接错端子，二次侧的仪表和继电器流过的电流不是要求的电流，甚至会导致事故的发生。4.4.1 电流互感器19幻灯片 204.4.2 电压互感器简称PT，文字符号TV。是变换电压的设备。1基本原理和结构 电压互感器的基本结构原理如图4-19所示图4-19 电压互感器的基本结构和接线1铁心 2一次绕组 3二次绕组20幻灯片 21（1）组成 1)一次绕组 2)二

16、次绕组 3)铁心（2）结构特点 1） 一次绕组并联在主回路中，二次绕组并联二次回路中的仪表、继电器等的电压线圈，由于这些二次绕组的电压线圈阻抗很大，电压互感器工作时二次绕组接近于开路状态。 2） 一次绕组匝数较多，二次绕组的匝数较少，相当于降压变压器。 3） 一次绕组的导线较细，二次绕组的导线较粗。二次侧额定电压一般为100V，用于接地保护的电压互感器二次侧额定电压为（100/）V，辅助二次绕组则为（100/3）V。（3）电压互感器的变压比用Ku表示：4.4.2 电压互感器（4-2） 式中，U1N 电压互感器一次绕组额定电压; U2N 电压互感器二次绕组额定电压; N1 一次绕组的匝数; N2

17、 二次绕组的匝数; 变压比Ku通常表示成如100.1kV的形式。注：电压互感器有单相和三相两类，在成套装置内，采用单相电压互感器较为常见。21幻灯片 224.4.2 电压互感器22幻灯片 23（3）JDZJ-3、6、10型电压互感器的外形结构如图4-21所示4.4.2 电压互感器图4-21 JDZJ10型1一次接线端子 2高压绝缘套管 3一、二次绕组 4铁心 5二次接线端特点 单相双绕组环氧树脂浇注的户内型电压互感器，准确度级有0.5、1、3级；应用 适用于10KV及以下的线路中供测量电压、电能、功率和继电保护、自动装置用，采用三台可接成图4-20 d的Y0/Y0/ 结线。23幻灯片 244.

18、 电压互感器使用注意事项（1）电压互感器在工作时，其一、二次侧不得短路。因此电压互感器一、二次侧都必须装设熔断器进行短路保护。原因 由于电压互感器二次回路中的负载阻抗较大，其运行状态近于开路，当发生短路时，将产生很大的短路电流，有可能造成电压互感器烧毁 其一次侧并联在主回路中，若发生短路会影响主电路的安全运行。 （2）电压互感器二次侧有一端必须接地。通常将公共端接地。目的 为了防止一、二次绕组间的绝缘击穿时，一次侧的高压窜入二次侧，危及设备及人身安全。（3）电压互感器在结线时，必须注意其端子的极性 三相电压互感器一次绕组两端标成A、B、C、N，对应的二次绕组同名端标为a、b、c、n；单相电压互

19、感器的对应同名端分别标为A、N和a、n。在结线时，若将其中的一相绕组接反，二次回路中的线电压将发生变化，会造成测量误差和保护误动作(或误信号)，甚至可能对仪表造成损害。因此，必须注意其一、二次极性的一致性。4.4.2 电压互感器24幻灯片 254.5 熔断器1种类（1）高压熔断器（2）低压熔断器2熔断器 文字符号FU定义： 用于过电流保护的最为简单和常用的电器。功能： 当通过的电流超过规定值并经过一定的时间后熔体（熔丝或熔片）熔化而分断电流，断开电路来完成短路保护和过负荷保护功能。熔断器的体积很小，但却能分断很高的短路电流。3过电流的概念 是短路和过负荷的统称，是输配电线路中时常出现的一种故障

20、。当电路通过的实际电流超过其规定条件下的额定值，即是过电流，简称过流。（1）过负荷电流 超过额定值相对不多的一种电流。因此，过负荷只要不是过大，持续时间不是过长，或过于频繁，一般对系统的影响不大。（2）短路电流 可达额定电流的十多倍甚至几十、上百倍从而产生相当严重的后果，须设法避免和防护。25幻灯片 264.5.1 高压熔断器作用 在输配电系统中，对容量小且不太重要的负荷，广泛采用高压熔断器作为高压输配电线路、电力变压器、电压互感器和电力电容器等电气设备的短路和过负荷保护。工作原理 锡球的作用 使熔断器能在过负荷电流或较小短路电流时能动作，提高熔断器保护的灵敏度。 当过负荷电流通过时，铜熔丝能

21、在较低的温度下熔断“冶金效应” 铜熔丝的作用 使熔断器在短路电流时动作，断开电路，实现短路保护。 “限流”式熔断器 能在短路后不到半个周期即短路电流未达到冲击电流值(ish)时就能完全熄灭电弧、切断短路电流的特性称“限流”式。 灭弧能力 具有“粗弧分细、长弧切短和狭沟灭弧”等灭弧方法，因此，该熔断器的灭弧能力很强，具有“限流”式特性，因此RN系列熔断器为“限流”式熔断器。26幻灯片 27图4-24 熔管内部结构剖面图1金属管帽 2瓷熔管 3工作熔体 4指示熔体 5锡球 6石英砂填料 7熔断指示器(熔断后弹出状态) 4.5.1 高压熔断器图4-23 RN1及RN2型熔断器外形1瓷熔管 2金属管帽

22、 3弹性触座4熔断指示器5接线端子 6瓷绝缘子7铸铁底座 27幻灯片 284.5.2 低压熔断器1. 功能 主要是具有低压配电系统的短路保护功能，有的也能实现过负荷保护。2. 主要缺点 熔体熔断后须更换，引起短时停电，保护特性和可靠性相对较差，在一般情况下，须与其他电器配合使用。3. 种类 插入式（RC型）、螺旋式（RL型）、无填料密闭管式（RM型）、有填料封闭管式（RT型）、引进技术生产的有填料管式gF、aM系列、高分断能力的NT型等。4. 国产低压熔断器的全型号的表示和含义如下：注：上述型号不适用于引进技术生产的熔断器，如NT、gF、aM等。28幻灯片 291） 结构 如图4-28所示为R

23、C1A型的结构2) 特点：结构简单，价格低，使用方便，断流容量小，动作误差大，3) 应用：在500V以下的线路末端，作不重要负荷的电力线路、照明设备和小容量的电动机的短路保护用。如居民区、办公楼、农用负荷等要求不高的供配电线路末端的负荷。4.5.2 低压熔断器图4-28 RC1系列瓷插式熔断器5. RC1系列瓷插式熔断器 29幻灯片 30图4-29 RL系列熔断器4.5.2 低压熔断器6. RL1系列螺旋式熔断器 1)结构如图4-29所示 瓷质熔体装在瓷帽和瓷底座间，内装熔丝和熔断指示器（红色色点），并充填石英砂。2）特点：灭弧能力强，属“限流”式熔断器；体积小，重量轻，价格低，使用方便，熔断

24、指示明显，具有较高的分断能力和稳定的电流特性。3）应用： 用于500V以下的低压动力干线和支线上作短路保护用。30幻灯片 312）特点：可根据熔片熔断的部位来判断过电流的性质：当短路电流通过时，熔片窄部由于截面小电阻大而首先熔断；在过负荷电流通过时，往往在宽窄之间的斜部熔断。“非限流”式熔断器 结构简单，价格低廉，更换熔体方便4.5.2 低压熔断器RM10型无填料密闭管式熔断器 1）结构 如图4-30所示， 31幻灯片 324.5.2 低压熔断器2）结构及作用 瓷熔管 熔管内装有石英砂 铜熔体(栅状) 熔体有变截面小孔、引燃栅、锡桥。“变截面小孔”使熔体在短路电流通过时熔断，将长弧分割为多段短

25、弧；“引燃栅”具有等电位作用，使粗弧分细，电弧电流在石英砂中燃烧，形成狭沟灭弧；“锡桥”利用“冶金效应”可使熔体在较小的短路电流和过负荷时熔断。 熔断指示器 熔体熔断后，其熔断指示器(红色)弹出，以方便工作人员识别故障线路和进行处理。 底座3）特点：具有较强的灭弧能力，属“限流”熔断器。但熔断后的熔体不能再用，须重新更换，更换时采用绝缘操作手柄进行操作；保护性能好，断流能力大。4）应用：被广泛应用于短路电流较大的低压网络和配电装置中，作输配电线路和电气设备的短路保护，特别适用于重要的供电线路（或断流能力要求高的场所，如电力变压器的低压侧主回路及靠近变压器场所出线端的供电线路。32幻灯片 334

26、.6 高压开关设备4.6.1 高压隔离开关高压隔离开关文字符号QS1. 主要功能 隔离高压电源，以保证对其他电器设备及线路的安全检修及人身安全。因此其结构特点是断开后具有明显可见的断开间隙，且断开间隙的绝缘及相间绝缘都是足够可靠的。2. 使用特点 隔离开关没有灭弧装置，所以不容许带负荷操作。但可容许通断一定的小电流，如励磁电流不超过2A的35KV、1000KVA及以下的空载变压器电路、电容电流不超过5A的10KV及以下、长5Km的空载输电线路以及电压互感器和避雷器回路等。3. 类型 1) 按安装地点分 户内式和户外式；2) 按有无接地开关分 不接地、单接地、双接地；4. 高压隔离开关的全型号的

27、表示和含义33幻灯片 34图4-32 GN8-10型高压隔离开关外形1上接线端子 2静触头 3闸刀 4套管绝缘子5下接线端子6框架 7转轴 8拐臂 9升降绝缘子 10支柱绝缘子4.6.1 高压开关设备34幻灯片 35图4-35 3D型接地隔离开关4.6.1 高压开关设备35幻灯片 364.6.3 高压断路器高压断路器文字符号QF是高压输配电线路中最为重要的电气设备，它的选用和性能直接关系到线路运行的安全性和可靠性。1作用 （1）通断正常的负荷电流和过负荷电流；（2）通断一定的短路电流；（3）在保护装置作用下，自动跳闸，切断短路电流。2类型 （1）高压断路器按采用的灭弧介质分1）油断路器 按油量

28、大小分为少油和多油两类。多油断路器的油量多，兼有灭弧和绝缘的双重功能；少油断路器的油量少，只作灭弧介质用。2）六氟化硫(SF6)断路器3）真空断路器4）压缩空气断路器5）磁吹断路器36幻灯片 37（2）高压断路器按使用场合分 1）户内型2）户外型（3）按分断速度分 有高速（0.01s）、中速（0.10.2s）、低速（0.2s）三种。（现采用高速断路器比较多。）注：SF6断路器和真空断路器目前应用较广，少油断路器因其成本低，结构简单，依然被广泛应用于不需要频繁操作及要求不高的各级高压电网中，但压缩空气断路器和多油断路器已基本淘汰。3. 高压断路器的全型号表示和含义如下：4.6.3 高压断路器37

29、幻灯片 38图4-39 少油断路器内部剖面结构1铝帽 2油气分离器 3上接线端子 4油标5静触头 6灭弧室 7动触头 8中间滚动触头9下接线端子 10转轴 11拐臂 12基座13下支柱瓷瓶 14上支柱瓷瓶 15断路弹簧16缘筒 17逆止阀 18绝缘油4.6.3 高压断路器图4-38 SN10-10型少油断路器外形结构1铝帽 2上接线端子 3油标4绝缘筒 5下接线端子 6基座7主轴 8框架 9断路弹簧38幻灯片 39(1) 组成结构1）油箱 断路器的核心部分油箱的上部为“铝帽”，铝帽的上部为“油汽分离室”，其作用是将灭弧过程中产生的油汽混合物旋转分离，气体从顶部排气孔排出，而油则沿内壁流回灭弧室

30、。铝帽的下部装有“插座式静触头”，有34片弧触片。断路器在合闸或分闸时，电弧总在弧触片和“动触头(导电杆)”端部的弧触头之间产生，从而保护了静触头的工作触片。 油箱的中部为“灭弧室”，外面套的是高强度的绝缘筒，灭弧室的结构如图4-40所示。4.6.3 高压断路器图4-40 灭弧室结构1第一道灭弧沟 2第二道灭弧沟 3第三道灭弧沟 4吸弧钢片39幻灯片 402）传动机构 为高强度铸铁制成的基座，基座内有操作断路器动触头（导电杆）的转轴和拐臂等传动机构，导电杆通过中间滚动触头与下接线柱相连。3）框架 用来固定断路器（2）断路器的导电回路 上接线端子静触头导电杆(动触头) 中间滚动触头下接线端子。

31、(3) 工作及灭弧原理1）合闸时，经操动机构和传动机构将导电杆插入静触头来接通电路。2）分闸或自动跳闸时，导电杆向下运动并离开静触头，产生电弧；电弧的高温使油分解形成气泡，使静触头周围的油压骤增，压力使逆止阀上升堵住中心孔，致使电孤在封闭的空间内燃烧，灭弧室内的压力迅速增大。同时，导电杆迅速向下运动，产生的油气混合物在灭弧室内的一、二、三道灭弧沟和下面的纵吹油囊中对电弧进行强烈地横、纵吹；下部的绝缘油与被电弧燃烧的油迅速对流，对电弧起到油吹弧和冷却的作用。由于上述灭弧方法的综合作用，使电弧迅速熄灭。4.6.3 高压断路器40幻灯片 41图4-42 ZN3-10型真空断路器外形 1上接线端子（后

32、出线） 2真空灭弧室 3下接线端子（后出线） 4操动机构箱 5合闸电磁铁 6分闸电磁铁 7断路弹簧 8底座 4.6.3 高压断路器图4-43 真空断路器灭弧室结构1一静触头 2一动触头 3一屏蔽罩 4一波纹管 5一与外壳封接的金属法兰盘6一波纹管屏蔽罩 7一绝缘外壳41幻灯片 421）组成 真空灭弧室 真空灭弧室由圆盘状的动静触头、屏蔽罩、波纹管屏蔽罩、绝缘外壳(陶瓷或玻璃制成外壳)等组成。 操动机构 可配用CD系列电磁操动机构或CT系列弹簧操动机构。 绝缘体传动件 底座2）工作原理 在触头刚分离时，触头间只产生真空电弧。电弧的温度很高，使金属触头表面产生金属蒸气，由于触头的圆盘状设计使真空电

33、弧在主触头表面快速移动，其金属离子在屏蔽罩内壁上凝聚，以致电弧在自然过零后极短的时间内，触头间隙又恢复了原有的高真空度。因此，电弧暂时熄灭，触头间的介质强度迅速恢复；电流过零后，外加电压虽然很快恢复，但触头间隙不会再被击穿，真空电弧在电流第一次过零时就能完全熄灭。4.6.3 高压断路器42幻灯片 434.7 低压开关设备 供配电系统中的低压开关设备种类繁多，本节重点介绍常用的刀开关、刀熔开关、负荷开关、低压断路器等的基本结构、用途和特性。4.7.1 低压刀开关文字符号QK1. 作用 一种最普通的低压开关电器，适用于交流50Hz、额定电压380，直流440V，额定电流1500A及以下的配电系统中

34、，作不频繁手动接通和分断电路或作隔离电源以保证安全检修之用。 2. 类型：(1) 按灭弧结构分 不带灭弧罩 不带灭弧罩的刀开关只能无负荷操作，起“隔离开关”的作用。带灭弧罩 带灭弧罩的刀开关能通断一定的负荷电流，同时也具有“隔离开关”的作用。（2）按极数分 单极、双极和三极刀开关。（3）按操作方式分 手柄直接操作式和杠杆传动操作式。（4）按用途分 单头刀开关 单头刀开关的刀闸是单向通断；双头刀开关 双头刀开关的刀闸为双向通断，可用于切换操作，既用于两种以上电源或负载的转换和通断。43幻灯片 44 4.7.1 低压刀开关3. 低压刀开关全型号的表示和含义如下：44幻灯片 45图4-49 HD13

35、型低压刀开关1上接线端子 2钢栅片灭弧罩 3闸刀 4底座 5下接线端子 6主轴 7静触头 8连杆 9操作手柄（中央杠杆操作） 4.7.1 低压刀开关3. HD13带灭弧罩的单头刀开关 是一种常用的低压刀开关，其基本结构如图4-49所示45幻灯片 46图4-50 刀熔开关的结构示意图1RT0型熔断器的熔体 2弹性触座 3连杆 4操作手柄 5配电屏面板 4.7.2 刀熔开关文字符号QKF或FU-QK1特点 是一种由低压刀开关和低压熔断器组合而成的低压电器，通常是把刀开关的闸刀换成熔断器的熔管。2. 作用 具有刀开关和熔断器的双重功能，因此又称熔断器式刀开关。因为其结构的紧凑简化，又能对线路实行控制

36、和保护的双重功能，被广泛地应用于低压配电网络中。3. HR3刀熔开关 是最常见的刀熔开关之一。其结构如图4-50所示。它是将HD型刀开关的闸刀换成RT0型熔断器的具有刀形触头的熔管。46幻灯片 47 4.7.2 刀熔开关4. HR5型新式刀熔开关 与HR3型的主要区别是用NT型低压高分断熔断器取代了RT0型熔断器作短路保护用。特点 结构紧凑、使用维护方便、操作安全可靠；能进行单相熔断的监测，有效防止因熔断器的单相熔断所造成的电动机缺相运行故障。是目前被越来越多采用的一种新式刀熔开关，5. 低压刀熔开关全型号的表示和含义如下：47幻灯片 484.7.3 低压负荷开关文字符号为QL1. 特点 由带

37、灭弧装置的刀开关与熔断器串联而成，外装封闭式铁壳或开启式胶盖的开关电器，又称“开关熔断器组”。2. 作用 具有带灭弧罩的刀开关和熔断器的双重功能，既可带负荷操作，也能进行短路保护，但一般不能频繁操作，短路熔断后需重新更换熔体才能恢复正常供电。3. 类型：（1）封闭式负荷开关（HH系列）将刀开关和熔断器的串联组合安装在金属盒（过去常用铸铁，现用钢板）内，因此又称“铁壳开关”。一般用于粉尘多，不需要频繁操作的场合，作为电源开关和小型电动机直接起动的开关，兼作短路保护用。图4-51为一个HH系列封闭式负荷开关的结构示意图。（2）开启式负荷开关（HK系列） 开启式负荷开关是采用瓷质胶盖，可用于照明和电

38、热电路中作不频繁通断电路和短路保护用。图4-51 HH系列封闭式负荷开关48幻灯片 494.7.4 低压断路器文字符号QF，俗称“低压自动开关”、“自动空气开关”或“空气开关”等。1. 作用 是低压供配电系统中最主要的电器元件，不仅能带负荷通断电路，而且能在短路、过负荷、欠压或失压的情况下自动跳闸，断开故障电路。2. 原理结构 其示意图如图 4-52所示。图4-52 低压断路器工作原理示意图1主触头 2跳钩 3锁扣 4分励脱扣器 5失压脱扣器 6、7脱扣按钮 8电阻 9热脱扣器 10过电流脱扣器49幻灯片 50（1）主触头 用于通断主电路（2）跳钩 它带有弹簧，用来控制主触头的通断动作（3）锁

39、扣 用来锁住或释放跳钩（4）过电流脱扣器 当线路出现短路故障时，过电流脱扣器动作，将锁扣顶开，从而释放跳钩使主触头断开。（5）热脱扣器 如果线路出现过负荷或失压情况，通过热脱扣器的动作，也使主触头以上述的同样原理断开。（6）失压脱扣器 如果线路出现失压情况，通过失压脱扣器的动作，以同样原理使主触头断开。（7）如果按下按钮6或7，使失压脱扣器或者分励脱扣器动作，则可以实现开关的远距离跳闸。3. 低压断路器的种类（1）按用途分配电用断路器电动机保护用断路器照明用断路器漏电保护断路器4.7.4 低压断路器50幻灯片 51（2）按灭弧介质分1) 空气断路器2) 真空断路器(3) 按极数分单极断路器双极

40、断路器三极断路器四极断路器注：小型断路器可经拼装由几个单极的组合成多极的。（3）配电用断路器按结构分塑料外壳式（装置式）断路器框架式（万能式）断路器(4) 配电用断路器按保护性能分非选择型断路器 瞬时动作型，只作短路保护用；长延时动作型，只作过负荷保护用；两段保护为瞬时和长延时的组合。选择型断路器 两段保护特性，瞬时和短延时两段组合；三段保护特性，瞬时、短延时和长延时三段组合。4.7.4 低压断路器51幻灯片 52图4-53 低压断路器的保护特性曲线a) 瞬时动作特性 b) 两段保护特性 c) 三段保护特性4.7.4 低压断路器图4-53所示为低压断路器的三种保护特性曲线。智能型断路器 脱扣器

41、动作由微机控制，保护功能更多，选择性更好。（5）按断路器中安装的脱扣器种类分1）分励脱扣器 用于远距离跳闸（远距离合闸操作可采用电磁铁或电动储能合闸）。2）欠压或失压脱扣器 用于欠压或失压(零压)保护，当电源电压低于定值时自动断开断路器。52幻灯片 534.7.4 低压断路器3）热脱扣器 用于线路或设备长时间过负荷保护，当线路电流出现较长时间过载时，金属片受热变形，使断路器跳闸。4）过电流脱扣器 用于短路、过负荷保护，当电流大于动作电流时自动断开断路器。分瞬时短路脱扣器和过电流脱扣器(又分长延时和短延时两种)。5）复式脱扣器 既有过电流脱扣器又有热脱扣器的功能。 4. 国产低压断路器全型号表示

42、和含义如下：53幻灯片 544.7.4 低压断路器5. 塑料外壳式低压断路器(装置式自动开关)介绍(1) 结构 封闭式结构，即所有机构及导电部分都装在塑料壳内，只在塑壳正面中央有外露的操作手柄供手动操作用。目前常用的塑料外壳式低压断路器主要有DZ20、DZl5、DZXl0系列及引进国外技术生产的H系列、S系列、3VL系列、TO和TG系列等。（2）特点 1）保护方案少 主要保护方案有热脱扣器保护和过电流脱扣器保护两种；2）操作方法少 有手柄操作和电动操作（较大容量用）；3）电流容量和断流容量都较小，但分断速度较快（断路时间一般不大于0.02s）（3）应用 塑料外壳式低压断路器结构紧凑，体积小，重

43、量轻，操作简便，封闭式外壳的安全性好，因此，被广泛用作容量较小的配电支线的负荷端开关、不频繁起动的电动机开关、照明控制开关和漏电保护开关等。（4） DZ20系列塑料外壳式低压断路器介绍54幻灯片 55图4-54 DZ20型塑料外壳式低压断路器1引入线接线端 2主触头 3灭弧室 4操作手柄 5跳钩 6锁扣 7过电流脱扣器 8塑料壳盖 9引出线接线端 10塑料底座4.7.4 低压断路器图4-54为DZ20系列塑料外壳式低压断路器的结构图。DZ20型属我国生产的第二代产品，目前的应用较为广泛。它具有较高的分断能力，外壳的机械强度和电气绝缘性能也较好，而且所带的附件较多。55幻灯片 564.7.4 低

44、压断路器（2）漏电保护器的结构和工作原理 1）定义 漏电保护器是在漏电电流达到或超过其规定的动作电流值时能自动断开电路的一种开关电器。2）结构 可分为三个功能组： 故障检测用的零序电流互感器； 将测得的电参量变换机械脱扣的漏电脱扣器； 包括触头的操作机构。3）工作原理 当电气线路正常工作时，通过零序电流互感器一次侧的三相电流相量和或瞬时值的代数和为零，因此其二次侧无电流；在出现绝缘故障时，漏电电流或触电电流通过大地与电源中性点形成回路，这时，零序电流互感器一次侧的三相电流之和不再是零，从而在二次绕组中产生感应电流并通过漏电脱扣器和操作机构的动作来断开带有绝缘故障的回路。56幻灯片 574）漏电

45、保护器根据其脱扣器的不同有电磁式和电子式两类。 电磁式漏电保护器由零序电流互感器检测到的信号直接作用于释放式漏电脱扣器，使漏电保护器动作，其结构和工作原理如图4-57所示。4.7.4 低压断路器图4-57 电磁式漏电保护断路器的结构和保护原理示意图a) 电磁式漏电保护断路器的保护原理示意图 b) 电磁式漏电保护断路器的结构57幻灯片 58图 4-58 电子式漏电保护断路器的结构和保护原理示意图YR漏电脱扣器 AD电子放大器TAN零序电流互感器 R电阻SB试验按钮 M电动机或其他负荷4.7.4 低压断路器 电子式漏电保护器利用零序电流互感器检测到的信号通过电子放大线路放大后，触发晶闸管或晶体管开

46、关电路来接通漏电脱扣器线圈，使漏电保护器动作，其结构和工作原理如图4-58所示。58幻灯片 594.7.4 低压断路器1） 漏电开关 由零序电流互感器、漏电脱扣器和主回路开关组装在一起，同时具有漏电保护和通断电路的功能。其特点是在检测到触电或漏电故障时，能直接断开主回路。2）漏电断路器 由塑料外壳断路器和带零序电流互感器的漏电脱扣器组成，除了具有一般断路器的功能外，还能在线路或设备出现漏电故障或人身触电事故时，迅速自动断开电路，以保护人身和设备的安全。漏电断路器又分为单相小电流家用型和工业用型两类。常见的型号有DZ15L、DZ47L、DZL29和LDB型等系列，适用于低压线路中，作线路和设备的

47、漏电和触电保护用。3）漏电继电器 由零序电流互感器和继电器组成，只有检测和判断漏电电流的功能，但不能直接断开主回路。4）漏电保护插座 由漏电断路器和插座组成，这种插座具有漏电保护功能，但电流容量和动作电流都较小，一般用于可携带式用电设备和家用电器等的电源插座。59幻灯片 604.8 避雷器避雷器文字符号F作用 是用于保护电力系统中电气设备的绝缘免受沿线路传来的雷电过电压的损害、或避免由操作引起的内部过电压损害的保护设备，是电力系统中重要的保护设备之一。2. 基本使用原理 避雷器必须与被保护设备并联连接，而且须安装在被保护设备的电源侧，如图4-59所示。当线路上出现危险的过电压时，避雷器的火花间

48、隙会被击穿，或者由高阻变为低阻，通过避雷器的接地线使过电压对大地放电，以保护线路上的设备免受过电压的危害。3. 类型介绍(国内普遍使用的避雷器)（1） 阀式避雷器(包括普通阀式避雷器FS、FZ型和磁吹阀式避雷器) （2） 金属氧化物避雷器（氧化锌避雷器） 是一种新型避雷器，是传统碳化硅阀式避雷器的更新换代产品，在电站及变电所中已得到了广泛的应用。 4.8 避雷器60幻灯片 61 （3） 排气式避雷器（管型避雷器） 主要用于室外架空线路上，在工厂变配电所中使用较少。（4） 保护间隙 一般用于室外不重要的架空线路上，在工厂变配电所中使用较少。阀式避雷器结构用途代号 额定电压（KV） 设计序号 4.

49、8.1 阀式避雷器61幻灯片 62 (2) 阀片电阻 通常是碳化硅颗粒制成，如图4-60b所示。这种阀片具有非线性特性，在正常工作电压下，阀片电阻值较高，起到绝缘作用；出现过电压时，电阻值变得很小，如图4-60c所示。 （3）工作原理 当火花间隙被击穿后，阀片能使雷电流向大地泄放到。当雷电过电压消失后，阀片的电阻值又变得很大，使火花间隙电弧熄灭，绝缘恢复，切断工频续流，从而恢复和保证线路的正常运行。雷电流流过阀片时要形成电压降(称为残压)，加在被保护电气设备上。残压不能过高，否则会使设备绝缘击穿。 图4-60 阀式避雷器的结构组成及阀片电阻特性a) 单元火花间隙 b) 阀片 c) 阀片电阻特性

50、曲线注：阀式避雷器的火花间隙和阀片的数量与工作电压的高低成比例图4-61a是FS4-10型高压阀式避雷器的结构图。 4.8.1 阀式避雷器幻灯片 63 高压阀式避雷器串联多个单元的火花间隙，目的是可以实现长弧切短灭弧法，来提高熄灭电弧的能力。阀片电阻的限流作用是加速电弧熄灭的主要因素。图 4-61 高低压普通阀式避雷器结构FS4-10型1上接线端子 2火花间隙 3云母垫圈 4瓷套管 5阀片 6下接线端子 4.8.1 阀式避雷器63幻灯片 64 4.8.2 金属氧化物避雷器64幻灯片 65 4.8.2 金属氧化物避雷器 上述两种金属氧化物避雷器的工作原理和外形均与采用炭化硅阀片的阀式避雷器基本相

51、似3. 产品介绍 氧化锌避雷器主要有普通型(基本型) 氧化锌避雷器、有机外套氧化锌避雷器、整体式合成绝缘氧化锌避雷器、压敏电阻氧化锌避雷器等类型。 图4-62a所示是基本型(Y5W-1027)型的外形图65幻灯片 66 4.8.2 金属氧化物避雷器图4-62b所示是有机外套型 (HY5WS(2) 的外形图66幻灯片 67 4.8.2 金属氧化物避雷器图4-62c所示是整体式合成绝缘氧化锌避雷器(ZHY5W)的外形图671.2 力对点之矩幻灯片 68 4.8.2 金属氧化物避雷器68幻灯片 69 4.9 成套配电装置 结构特性代号 应用场合代号 额定电压（KV） 设计序号 应用场合代号 69幻灯

52、片 70 4.9 成套配电装置(2) 配电装置还可分为 1) 装配式配电装置 电气设备在现场组装的配电装置称为装配式配电装置； 2) 成套配电装置 是制造厂成套供应的设备，在制造厂按照一定的线路接线方案预先把电器组装成柜再运到现场安装。 注：一般企业的中小型变配电所多采用成套配电装置。制造厂可生产各种不同的一次线路方案的成套配电装置供用户选用。 高压成套配电装置(高压开关柜) 高压开关柜则有户内式和户外式两种。 低压成套配电装置(低压配电屏和配电箱) 低压成套配电装置通常只有户内式一种。 另外还有一些成套配电装置，如高、低压无功功率补偿成套装置，高压综合启动柜等也常使用。 4.9.1 高压成套

53、配电装置(高压开关柜) 1. 高压成套配电装置定义 是按不同用途和使用场合将所需一、二次设备按一定的线路方案组装而成的一种成套配电设备，用于供配电系统中的馈电、受电及配电的控制、监测和保护，主要安装有高压开关电器、保护设备、监测仪表和母线、绝缘子等。2. 高压成套配电装置的分类(1) 按主要设备的安装方式分 固定式和移开式（手车式）70幻灯片 71 4.9 成套配电装置71幻灯片 72 4.9 成套配电装置72幻灯片 73 4.9 成套配电装置 1）组成 高压环网柜主要采用负荷开关和熔断器的组合方式，正常电路通断操作由负荷开关实现，而短路保护由具有高分断能力的熔断器来完成。 2）特点 这种负荷

54、开关加熔断器的组合柜与采用断路器的高压开关柜相比，体积和重量都明显减少，价格也便宜很多。（而一般610KV的变配电所，负荷的通断操作较频繁，短路故障的发生却是个别的，因此，采用负荷开关熔断器的环网柜更为经济合理。） 3）应用 主要适用于环网供电系统、双电源辐射供电系统或单电源配电系统，可作为变压器、电容器、电缆、架空线等电器设备的控制和保护装置，亦适用箱式变电站，作为高压电器设备。 4）HXGN1-10高压环网柜的外形图和内部剖面图如图4-63所示。 73幻灯片 74 4.9 成套配电装置图4-63 HXGN1-10型高压环网开关柜a) 外形图 b) 剖面图1下门 2模拟电路 3显示器 4观察

55、孔 5上门 6铭牌 7组合开关 8母线 9绝缘子 10、14隔板 11照明灯 12端子板 13旋钮 15负荷开关 16、24连杆 17负荷开关操动机构 18、22支架 19电缆（自备） 20固定电缆支架 21电流互感器 23高压熔断器 74幻灯片 75 4.9 成套配电装置 由三个间隔组成：电缆进线间隔、电缆出线间隔、变压器回路间隔。 主要电气设备： 高压负荷开关、高压熔断器、高压隔离开关、接地开关、电流和电压互感器、避雷器等。 特点： 具有可靠的防误操作设施，有“五防”功能。在我国城市电网改造和建设中得到广泛的应用。（4）XGN系列的箱型固定式金属封闭高压开关柜 金属封闭开关柜是指开关柜内除

56、进出线外，其余完全被接地金属外壳封闭的成套开关设备。 XGN系列箱型固定式金属封闭开关柜是我国自行研制开发的新一代产品 1）主要电气设备 采用ZN28、ZN28E、ZN12等多种型号的真空断路器，也可以采用少油断路器；隔离开关采用先进的GN30-10型旋转式隔离开关； 2）特点 技术性能高，设计新颖；柜内仪表室、母线室、断路器室、电缆室用钢板分隔封闭，使之结构更加合理、安全，可靠性高，运行操作及检修维护方便；在柜与柜之间加装了母线隔离套管，避免一个柜子故障时波及邻柜。 75幻灯片 76 4.9 成套配电装置3）XGN210系列开关柜外形和内部结构图如图4-64所示。图4-64 XGN21007

57、D型金属封闭高压开关柜A)外形图 B) 内部结构图1母线室 2压力释放通道 3仪表室 4二次小母线室 5组合开关室 6手动操动机构及联锁机构 7主开关室 8电磁操动机构 9接地母线 10电缆室76幻灯片 77 4.9 成套配电装置77幻灯片 78 4.9 成套配电装置 是将成套高压配电装置中的某些主要电器设备（如高压断路器、电压互感器和避雷器等）固定在可移动的手车上，另一部分电器设备则装置在固定的台架上。当手车上安装的电器部件发生故障或需检修、更换时，可以随同手车一起移出柜外，再把同类备用手车（与原来的手车同设备、同型号）推入，就可立即恢复供电。因为可以把手车从柜内移开，又称之为移开式高压开关柜。 （2）使用特点 相对于固定式开关柜，手车式高压开关柜的停电时间大大缩短；检修方便安全，恢复供电快，供电可靠性高，但价格较高。主要用于大中型变配电所和负荷较重要、供电可靠性要求较高的场所。 注：手车式高压开关柜的主要新产品有JYN系列、KYN等系列等。 （3）KYN系列金属铠装移开式高压开关柜 1）应用特点 是消化吸收国内外先进技术，根据国内特点设计研制的新一代开关设备。用于接受和分配高压、三相交流50Hz单母线及母线分段系统的电能并对电路实行控制、保护和监测的户内成套配电装置。主要用