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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。（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
