供电所的电气设备讲义文档格式.doc

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3）如果电源的相线碰地，则设备的外壳电位升高，使中性线上的危险电位蔓延。

4）TN-C系统干线上使用剩余电流保护器时，工作零线后面的所有重复接地必须拆除，否则漏电开关合不上；

而且，工作零线在任何情况下都不得断线。

所以，实用中工作零线只能让剩余电流保护器的上侧有重复接地。

5）TN-C方式供电系统只适用于三相负载基本平衡情况。

6）强制性标准《住宅设计规范》GB50096-1999于1999年6月1日开始实施，此种接线已不适宜采用

（2）TN-S方式供电系统

①TN-S方式的概念:

它是把工作零线N和专用保护线PE严格分开的供电系统，称作TN-S供电系统

1）系统正常运行时，专用保护线上不有电流，只是工作零线上有不平衡电流。

PE线对地没有电压，所以电气设备金属外壳接零保护是接在专用的保护线PE上，安全可靠。

2）工作零线只用作单相照明负载回路。

3）专用保护线PE不许断线，也不许进入漏电开关。

4）干线上使用剩余电流保护器，工作零线不得有重复接地，而PE线有重复接地，但是不经过剩余电流保护器，所以TN-S系统供电干线上也可以安装剩余电流保护器。

5）TN-S方式供电系统安全可靠，适用于工业与民用建筑等低压供电系统。

在建筑工程工工前的三通一平（电通、水通、路通和地平--必须采用TN-S方式供电系统。

（3）TN-C-S方式供电系统

在建筑施工临时供电中，如果前部分是TN-C 

方式供电，而施工规范规定施工现场必须采用TN-S方式供电系统，则可以在系统后部分现场总配电箱分出PE线，如图1-5所示。

这种系统称为TN-C-S供电系统。

TN-C-S系统的特点如下。

图1-5 

TN-C-S方式供电系统

①工作零线N与专用保护线PE相联通，如图1-5ND这段线路不平衡电流比较大时，电气设备的接零保护受到零线电位的影响。

D点至后面PE线上没有电流，即该段导线上没有电压降，因此，TN-C-S系统可以降低电动机外壳对地的电压，然而又不能完全消除这个电压，这个电压的大小取决于ND线的负载不平衡的情况及ND这段线路的长度。

负载越不平衡，ND线又很长时，设备外壳对地电压偏移就越大。

所以要求负载不平衡电流不能太大，而且在PE线上应作重复接地，如额头1-6所示。

②PE线在任何情况下都不能进入剩余电流保护器，因为线路末端的剩余电流保护器动作会使前级剩余电流保护器跳闸造成大范围停电。

③对PE线除了在总箱处必须和N线相接以外，其他各分箱处均不得把N线和PE线相联，PE线上不许安装开关和熔断器，也不得用大顾兼作PE线。

通过上述分析，TN-C-S供电系统是在TN-C系统上临时变通的作法。

当三相电力变压器工作接地情况良好、三相负载比较平衡时，TN-C-S系统在施工用电实践中效果还是可行的。

但是，在三相负载不平衡、建筑施工工地有专用的电力变压器时，必须采用TN-S方式供电系统。

四、IT方式供电系统

I表示电源侧没有工作接地，或经过高阻抗接地。

第二个字母T表示负载侧电气设备进行接地保护

2、接线:

3、这种供电系统的特点如下：

IT方式供电系统在供电距离不是很长时，供电的可靠性高、安全性好。

一般用于不允许停电的场所，或者是要求严格地连续供电的地方，例如电力炼钢、大医院的手术室、地下矿井等处。

地下矿井内供电条件比较差，电缆易受潮。

运用IT方式供电系统，即使电源中性点不接地，一旦设备漏电，单相对地漏电流仍小，不会破坏电源电压的平衡，所以比电源中性点接地的系统还安全。

但是，如果用在供电距离很长时，供电线路对大地的分布电容就不能忽视了。

在负载发生短路故障或漏电使设备外壳带电时，漏电电流经大地形成架路，保护设备不一定动作，这是危险的。

只有在供电距离不太长时才比较安全。

这种供电方式在工地上很少见。

第二节：

高低压配电装置

一、配电装置的概念及灭弧原理

1、配电装置的概念：

用来接受和分配电能的装置,叫做配电装置,包括开关设备,测量仪表,连接母线和其他辅助设备。

配电装置在设置上应便于检修、监视和操作。

2、灭弧原理

开关电器在投入或断开具有一定电压和电流的电路时，开关的动、静触头之间便会产生电弧。

由于电弧形成了离子导电通道，电路实际上没有断开。

各种开关电器由于其灭弧装置不同，其外形和结构上有较大的差异，因此有必要了解开关设备中电弧的产生及灭弧方法。

（1）电弧的产生与熄灭

①电弧的的概念:

当刀闸开关切除一台运行着的电动机时，在开关的动、静触头之间会产生火花，这个火花就是电弧。

此时电流通过电弧继续流动，一直到动触头拉开足够长距离时，火花熄灭，电流才被真正切断。

电弧温度极高，可达5000℃以上,对电器设备有很大危害。

研究电弧的目的,是要迅速熄灭电弧,以保证电器设备运行安全。

②电弧的产生

在拉开刀闸时，动、静触头之间的空气原来是绝缘体为什么会形成导电的弧道呢？

这是由于此时的空气已被游离，游离状态下的空气和导体一样具有导电性能。

在切断电路时介质（如空气）由绝缘状态转变为导电状态，可分为如下几个过程：

a.强电场发射：

在开关触头刚刚分离的瞬间，触头间距离s很小，虽然触头间电压U不一定很高，则可能产生很强的电场强度E（E=U/s）。

如果电场强度超过3×

106V/M以上，金属触头阴极表面的电子就会被电场力拉出而形成触头空间的自由电子。

这种游离方式称为强电场发射，也是在弧隙间最初产生电子的原因。

b.热电子发射:

在触头即将分开的瞬间，触头压力以及接触面积减小，接触电阻（Rc）增大，电能损耗（I2Rc）增大，在触头表面出现炽热点；

特别是电弧形成后，弧隙间的高温亦使触头表面受热出现强烈的炽热点。

高温使得自由电子能量增加，运动加剧，阴极表面就会有电子跑出，形成热电子发射。

c.碰撞游离：

强电场的作用下，自由电子向阳极加速运动，具有很高的速度和巨大的动能，不断地与其他中性质点（介质原子或分子）发生碰撞，使束缚在原子核周围的电子释放出来，形成自由电子和正离子，这种现象就称为碰撞游离。

新产生的电子也向阳极加速运动，同样也会使它所碰撞的中性质点游离。

碰撞游离连续进行就可能导致触头间充满了电子和离子，它具有很大的电导，在外加电压作用下，触头间介质可能被击穿而形成电弧。

d.热游离：

电弧的温度很高，介质在分子高温作用下，产生迅速的不规则运动，具有很大的动能，相互碰撞游离出自由电子和正离子，形成热游离，维持电弧燃烧，增加了开关电器灭弧困难。

③电弧的熄灭

a.去游离：

电弧中发生游离的同时，还进行着使带电质点减少的去游离过程，去游离的方式有复合和扩散两种。

复合去游离:

是指正离子与负离子互相吸引，结合在一起，电荷互相中和的过程。

扩散去游离:

是指带电质点从电弧内部逸出而进入周围介质的现象。

b.电弧的熄灭

游离去游离是电弧燃烧中的两个相反过程，游离过程使弧道中带电粒子增加，有助于电弧燃烧；

去游离能使弧道中带电离子减少，有利于电弧熄灭。

这两个过程的动态平衡，将使电弧稳定燃烧。

若游离过程大于去游离过程，将会使电弧愈加强烈地燃烧。

若去游离过程大于游离过程，将会使电弧燃烧减弱，以至最终电弧熄灭。

开关电器中，为了加强灭弧能力，都采用各种措施减弱游离过程。

（2）交流电弧的熄灭条件

交流电弧中电流每半个周期要经过一次零值，这时电弧暂时自然熄灭，电流停止向弧隙输入电能，弧隙介质因高温而产生的热游离迅速减弱，此时，设法加强去游离，使弧隙介质的绝缘能力达到不会被弧隙外施电压击穿的程度，则在下半周电弧就不会重燃而最终熄灭。

因此交流电弧的熄灭条件就是电弧不发生重燃的条件。

电弧电流过零时电弧自然熄灭，而弧隙的绝缘能力要恢复到绝缘的正常状态尚需要一定的时间，此恢复过程称为弧隙介质强度的恢复过程。

电弧电流自然过零后，电路施加于弧隙的电压，将从不大的电压逐渐增长，一直恢复到电源电压，这一过程中的弧隙电压称为恢复电压。

综上所述，在电弧电流过零时，电弧自然熄灭。

此时，弧隙中同时存在着两个恢复过程，即介质强度恢复过程和电源电压恢复过程。

如果电源恢复电压高于介质强度恢复电压，弧隙就被击穿，电弧重燃。

反之，如果恢复电压低于介质强度时，电弧便熄灭。

因此，交流电弧熄灭的条件是：

电弧电流过零，电弧自然熄灭时，介质强度恢复电压始终高于电源恢复电压。

（3）熄灭电弧的基本方法

现遵纪守法关电器中，加速电弧熄灭的基本方法主要有以下几种：

①冷却灭弧法

降低电弧的温度，使离子运动速度减慢，这样不但使热游离作用减弱，同时离子的复合作用也增强，有利于电弧的熄灭。

温度愈低，复合作用就愈强烈，电弧愈易熄灭。

②拉灭弧法

在开关触头断开时，加速触头分离，将电弧迅速拉长，从而降低了开关触头之间的电场强度，或者说电弧不足以维持电弧的燃烧，而使电弧熄灭。

a.用气体吹动灭弧

利用任何一种较冷的绝缘介质的气流来纵吹电弧（气流方向与弧柱平行）或横吹电弧（气流方向与弧柱垂直），使电弧迅速扩散，加强冷却，从而达到灭弧的目的。

b.采用多断口灭弧

在高压断路器中，常制成每相有两个或更多个串联断口，可将电弧分割成多个小电弧段。

其作用是：

在相等的触头行程下，多断口比单断口的电弧拉长速度快，从而弧隙电阻迅速增加，增大了介质强度的恢复速度；

同时，加在每个断口的电压减小，使弧隙的电压恢复速度降低，因而灭弧性能良好。

c.利用真空灭弧

真空具有较高的绝缘强度，将开关触头置于真空容器中，当电流过零时即能熄灭电弧。

为防止产生过电压，应当不使触头分开时电流突变为零。

宜在触头间产生少量金属蒸汽，形成电弧通道。

当交流电流自然下降过零前后，这些金属蒸汽便在真空中迅速飞散而熄灭电弧。

d.将电弧分为多个串联的短弧

交流电弧，在电流过零的瞬间，新阴极附近在0.1~1us的时间内，立即出现大约150~250V的介质强度，称为新阴极效应。

当触头两端外加交流电压小于150V时，则电弧将熄灭。

将长弧切成几个短弧串联就是利用新阴极效应灭弧。

一般是采用绝缘板夹着许多金属栅片组成灭弧栅，罩住开关触头的全行程。

当开关触头分离时，长电弧在电动力和磁场力的作用下迅速移入灭弧栅，长电弧被灭弧片切割成一连串的短电弧，在电弧电流过零，电弧熄灭时，每两栅片间均立即出现150~250伏的介质强度，设有n个栅片，则灭弧栅片总的介质强度为n（150~250）V，若作用于触头间的电压小于该值时，不能维持电弧燃烧，电弧必然熄灭。

也就是说，当所有栅片间的介质强度总和大于动、静头向外加电压，电弧就不再重燃。

e.利用有机固体介质的狭缝灭弧

狭缝灭弧装置，灭弧栅片电陶土或有机固体材料制成。

当触头间产生电弧后，在磁吹线圈产生的磁场作用下，以电弧产生电动力，将电弧拉长进入灭弧栅片的狭缝中，电弧与栅片紧密接触，冷却电弧，加强去游离。

同时有机固体介质在高温作用下分解而产生气体，压力增大，使电弧强烈冷却，最终熄灭。

（4）各种开关电器的灭弧措施

上述灭弧方法，在各种开关电器中采用不同的具体措施来实现。

在这些方法中，冷却灭弧是基本的，再配合其他灭弧方法，形成各种开关电器的灭弧装置。

①高压隔离开关和低压快分开关中，采用冷却灭弧及速拉弧。

②有填料封闭式熔断器，利用狭缝灭弧及冷却灭弧；

无填料封闭式熔断器，利用速拉电弧，冷却及增大压力等方法灭弧。

③低压断路器、接触器和带灭弧罩的刀开关，应用串联短弧及冷却灭弧等方法灭弧。

④SF6断路器、压缩空气断路器、油断路器及负荷开关等广泛利用气体吹弧方法。

⑤真空断路器应用真空的高绝缘强度和扩散性能灭弧。

二、配电变压器

1、变压器的分类

（1）按电源输出相数分为：

单相、三相和多相

（2）按绕组结构分为：

单绕组、双绕组和三绕组

（3）按用途分为：

电力变力变压器、电炉变压器、整流变压器、调压变压器

2、变压器的结构

3、变压器的参数

（1）额定容量（SN）：

额定容量是制造厂所规定的在额定条件下使用时变压器输出能力的保证值，单位为VA或KVA。

对于三相变压器而言是指三相总的容量。

（2）额定电压（UN）：

额定电压是由制造厂所规定的变压器在空载时额定分接头上的电压保证值，单位为V或KV。

变压器的初级侧的额定电压为U1N，次级侧的额定电压U2N；

对三相变压器而言，额定电压是指线电压。

（3）额定电流（IN）：

额定电流是额定容量除以各绕组的额定电压所计算出来的电流值，对于三相变压器，额定电流是线电流。

单相变压器：

三相变压器：

（4）单相变压器的工作原理：

单匝e1==e2

E1=N1e1=

E2=N2e2=

式中 

Bm---铁芯中最大的磁通密度，T；

S----铁芯截面积，cm2

f----电源频率，Hz工频频率为50Hz

N1----一次绕组匝数，匝

N2----二次绕组匝数，匝

（5）变压器的并联运行

无论是在电网变电所还是工矿企业变电所里，常采用两台或多台变压器并列运行方式。

所谓并列运行（也称并联运行），即各台变压器的一次绕组并接到同一电网母线上，二次绕组也都并接到公共的二次母线上（见图所示）。

采用并列运行方式，具有下列优点：

①提高供电可靠性。

其中一台变压器发生故障时，可从电网切除并进行检修。

负荷由其余各台变压器分担，不用中断供电（必要时仅需对某些用户限电），也可有计划地安排轮流检修。

②提高运行经济性。

根据负荷大小可随时调整投入并联运行的变压器台数，保证变压器的负荷系数较高，从而减少空载损耗，提高效率和改善电网的功率因数。

③减少一次性投资。

可以减少总备用容量，并能随用电负荷的增加而分批安装新变压器，即分期投资。

并列运行的变压器应满足以下3个条件：

①各变压器一、二次侧的额定电压分别相等（电压比也相同）。

②各变压器的连接组别相同且分别同相。

③各变压器的百分阻抗（即阻抗电压百分值）相等。

此外，并列运行的各台变压器额定容量不能相差过大，一般以不大于3：

1为宜（详见下表）

电力变压器并列运行的技术条件

变压器不能满负荷

并联运行的变压器，其容量比以不超过3：

1为宜

变压器必须符合以上条件方可并列运行的原因主要是：

①电压比相同，允许相差不超过±

0．5％（电压比>

3时）或土1％（电压比≤3时）。

如果电压比不同，一、二次侧电压分别不相等，所差大于允许值，这样的两台变压器并列运行时，会产生循环电流（也称环流），结果会影响变压器本身的安全及其出力；

②连接组别相同，否则也将产生环流，甚至是很大的环流。

若单数组别的变压器与双数组别的变压器（如一台D，y11与一台Y，yn0）并列时，所产生的环流可使变压器烧毁；

③百分阻抗（即阻抗电压百分数）相同，允许相差其值的±

10％。

如果百分阻抗不等，相差大于允许值，则并列运行的变压器在负荷分配上便不能按变压器容量的比例来合理分担，阻抗大的变压器将会轻载，阻抗电压小的却又过载。

容量不同的变压器其百分阻抗值相差较大时，大容量变压器与小容量变压器负荷分配将会很不平衡,往往造成小容量的变压器过载损坏。

所以,一般要求其容量比不超过3:

1,否则不宜运行。

（6）.变压器的过负荷运行

正常运行时，变压器负荷一般不应超过其额定容量。

但特殊情况下也可在规定范围内超负荷（常称过负荷）运行。

过负荷运行包括正常过负荷和事故过负荷两种。

（1）正常过负荷。

实际运行中，变压器的负荷和环境温度是经常变化的。

轻负荷和环境温度低时，绝缘材料老化减缓；

过负荷和环境温度高时，绝缘材料老化就会加速。

因此，环境温度低时，允许适当过负荷运行；

环境温度高时，则应适当减负荷运行。

这样彼此补偿，还可不至于影响变压器的使用寿命。

根据这一道理，变压器可以根据需要和条件在高峰负荷和冬季时适当过负荷运行。

这种允许经常承受、且不影响变压器寿命的过负荷称为正常过负荷。

正常过负荷的数值

和时间可按以下方法确定：

1）变压器的负荷率小于1时，正常过负荷的允许过负荷倍数和持续时间可由图1％1的曲线来确定。

所谓负荷率，是指24h的平均负荷与额定容量（同量纲）的比值。

变压器在运行时所能输出的功率主要决定于绕组温度的高低。

所以，如果事先不知道负荷率，可根据过负荷前上层油的温升，按下表的规定确定过负荷的倍数和持续时间。

油浸式电力变压器过负荷允许时间。

2）查夏季（6、7、8三个月）变压器的典型负荷曲线可知，其最高负荷低于变压器的额定容量，且每低1％时在冬季便允许过负荷1％（以15％为限），但要注意上层油温不能超过规定值。

如果正常过负荷总数不超过30％，则上述两项过负荷数值可以累计叠加使用。

（2）事故过负荷。

并列运行的变压器，如果其中一台发生故障必须退出运行、而又无备用变压器时，其余各台变压器允许在短时间内程度较大地过负荷。

这种在发生事故情况下承担的过负荷运行称为事故过负荷，但它对变压器的寿命是有一定影响的。

干式变压器带风机冷却时允许过负荷时间可参考下表所示数值。

对于油浸自冷和油浸风冷的变压器，事故过负荷倍数与持续时间的关系如下表所示。

实际使用中应严格按照表列数值要求，以防止变压器严重受损。

干式变压器事故过负荷时间，可参考下表所示的数值。

三、高压开关设备

1、高压断路器

（1）高压断路器的用途

高压断路器在正常运行时接通或切断负荷电流；

在电力系统发生短路故障或严重过负荷时，借助继电保护装置自动、迅速切断故障电流，防止扩大事故范围；

同时高压断路器又能完成自动重合闸任务，以提高供电的可靠性。

因此，要求高压断路器必须具有很完善的灭弧装置和快速动作的特性。

（2）高压断路器的型号含义

（3）高压断路器的主要技术参数

①额定电压

额定电压是指其导电和载流部分长期工作允许承受的（线）电压等级。

考虑到电网在实际运行中电压有可能略高于额定电压，因此断路器允许长期承受的最高工作电压高于额定电压值的10％～15％。

同时，按电网可能出现的短时过电压倍数，断路器的绝缘也具有对应的承受过电压的能力

断路器的额定电压等级与电网的额定电压等级是一致的。

目前国家标准规定断路器的额定电压有3，6，35，110，220，330和500KV等。

②额定电流

额定电流是指在规定环境温度下，当断路器的绝缘和载流部分不超过长期工作的最高允许温度时，断路器允许通过的最大电流值。

国家标准规定，断路器的额定电流有200,400,630,1000,1600,2000,2500,4000,5000,6300,8000,10000,12500,16000,2000各级。

③额定开断电流

额定开断电流是指断路器工作在电网额定电压下所能开断的最大的短路电流的有效值。

（有时也可用额定开断容量表示，额定开断容量定义为额定电压与额定开断电流的乘积）。

④额定峰值耐受电流（额定动稳定电流）

额定耐受峰值电流是表明断路器的机械结构能承受短路电流电动力冲击的能力，即断路器在闭合状态下时能通过的保证机械部分不变形及损坏的最大短路电流（峰值）。

⑤.额定短时耐受电流（额定热稳定电流）

额定短时耐受电流是表明断路器通过短路电流时承受短时发热的能力，额定短时耐受电流值应等于额定短路开断电流值。

⑥额定短路持续时间（额定热稳定时间）

当额定短时耐受电流通过断路器的时间为额定短路持续时间时，断路器的各部分温度不超过短时允许发热的最高温度。

⑦分闸时间

断路器分闸时间指从断路器跳闸控制回路接受分闸信号瞬间起，到断路器各极触头间的电弧完全熄灭为止所经过的时间。

它包括固有分闸时间和燃弧时间。

⑧合闸时间

断路器的合闸时间指从断路器的合闸控制回路接受合闸信号到主触头全部接通电路所经过的时间。

（4）高压断路器的分类

高压断路器一般按下列方法分类：

①按断路器的安装地点可分为：

户内式和户外式两种

②按断路器的灭弧介质及作用原理可分为：

油断路器（多油式和少油式），压缩空气断路器，真空断路器，SF6（六氟化硫）断路器，磁吹断路器等。

与之配套使用的操动机构的类型，按断路器操作合闸作功方式可划分有：

电磁机构，气动机构，液压机构，弹簧机构等。

目前城乡配电装置中应用比较多的是少油断路器、真空断路器、SF6（六氟化硫）断路器。

（5）常用断路器的灭弧原理

①少油断路器

少油断路器以变压器油作为灭弧介质及动、静触头之间的绝缘。

而用空气、陶瓷或有机绝缘材料作为相与相之间或相与地之间的绝缘。

因此，少油断路器油量少、体积小、耗用钢材，价格便宜。

目前在我国10~220KV电力系统中得到广泛应用。

其灭弧原理是少油断路器在油中开断电流时，触头间将产生电弧。

高温电弧使油急速蒸发和分解。

于是电弧便在油蒸汽和油分解的气体气泡中燃烧。

油分解的气体中氢气约占70%~80%，而且氢气的热导率非常高，并有很强的扩散作用。

氢气和其他冷热气体对弧道产生强烈的冷却和去游离作用，特别是当电流经过零值瞬间，这种作用更加强烈，有利于熄灭电弧。

断路器通常采用绝缘材料制成灭弧室，电弧在灭弧室中燃烧，利用灭弧室内升高的压力（可达几十兆帕）使油一方面流动，一方面与电弧接触，则灭弧效果更好。

②六氟化硫断路器

六氟化硫断路器采用SF6气体作为灭弧介质和绝缘介质，SF6气体具有良好的绝缘性能和灭弧能力，因此在断路器中的应用得到迅速发展。

SF6断路器的类型按灭弧方式分，有单压式和双压式；

按触头工作方式可分为定开距式和变开距式；

按总体结构分，有落地罐式和瓷瓶支柱式。

灭弧原理：

单压式SF6断路器只有一种压力较低的压力系统，既只有0.3~0.6MPa压力（表压）的SF6气体作为断路器的内绝缘。

在断路器开断的过程中，由动触头带动压力活塞或压气罩，利用压缩气流吹熄电弧。

分闸完毕，压气作用停止，分离的动静触头处在低压的SF6气体中

双压式SF6断路器内部有高压区和低压区，低压区0.3~0.5M