高压一次设备及其选择 ★掌握高、低压开关电器的结构特点、工作原理、电气参数及其应用，重点掌握断路器的工 作原理； ★掌握熔断器的作用、结构、原理； ★掌握互感器的作用、结构、接线方式及准确度等级； 一、概述 ★一次回路：变配电所中承担输送和分配电能任务的电路。 ★一次设备：一次回路中所有的电气设备，叫一次设备。 ★二次回路：用来控制、指示、监测、保护一次设备运行的电路。 ★二次设备：二次回路中所有的电气设备，叫二次设备。 一次设备按功能分为： 1)、变换设备： T，CT，PT 2)、控制设备： QF，QS 3)、保护设备： FU，避雷器 4)、补偿设备： 并联电容器 5)、成套设备：按一次电路接线方案的要求，将一次与二次设备组合为一体的电气装置，如 高压开关柜，低压配电屏，照明柜等。 设备学习要点 1)掌握功能： 设备在系统中起什么作用（重点） 2)了解设备基本结构，理解工作原理 3)熟悉相应的文字符号和图形符号 4)掌握设备的选择要点（重点） 5)掌握设备在系统中的配置和使用（重点） 二 熔断器 基本要点 1、作用：短路保护、过载保护。 2、接法：串接在被保护电路中。 3、特点：价格便宜、使用维修方便、但熔断后必须更换，保护特性和可靠省差。 4、原理：短路、过载时熔体熔断。 5、应用：小容量电气设备和对继电保护要求不高的电路 6、主要参数： （1）熔断器的额定电流。 （2）熔体的额定电流。 （3）熔断器的极限断路电流。 （4）熔断器的额定电压 二 高压熔断器 （一）功能 1.主要对电路和设备进行短路保护 2.有时也有过负荷保护 （二）结构和原理： 熔断器是一种简单的保护电器.由熔体、熔体管和接触导电等部分组成。 熔断器：当流过其熔体电流超过一定数值时，熔体自身产生的热量自动地将熔体熔断而断 开电路。 熔体从通过非正常电流到开断整个过程由三个阶段构成： 从短路电流开始通过熔体至熔体熔 断所需的时间即熔体熔化时间； 从熔体熔断到产生电弧所需的时间； 从电弧产生至电弧熄灭 所需时间，即燃弧时间。 （三）符号： 文字符号为 FU 高压熔断器型号： （四）类型及特点 1.户内型 （ RN 系列 ） 固定式 RN1 主要用作高压线路和设备的短路保护， 也起过负荷保护。 RN2 用作高压互感器的短路保护。 RN1 、RN2 灭弧能力很强，为”限流“式熔断器。 认识结构 RN 系列: RN1、RN3、RN5—用于保护线—用于保护电压互感器 1）作用：保护高压开关、变压器、电压互感器等高压电气设备及线）结构：内部充石英砂-----利于灭弧。 3）冶金效应：降低熔点，利于灭弧。 4）限流熔断器：熔断时间不超过 0.01s。所保护的设备可以不校验动热稳定性。 RN3 型户内高压限流熔断器是用于电力线路及输电设备的过载及短路保护。 RN3 型户内高压限流熔断器比 RN1 型有如下改进。 1） 、熔体采用片状变截面多断口结构，为使开断能力增强。开断速度快，开断后绝缘可 以迅速建立对抗过电压冲击能力得到改善。 2） 2、RN3 型系列高压限流熔断器。为了使其能与 FN5 负荷开关配合工作。完善了指示 撞击器的基本功能。该指示撞击器具有 10±2kg 的撞击能力完全可以触发 FN5 等型号的负 荷开关的跳闸机构。撞击器的最大行程为 25mm。 3）按照国家标准草案 GB15166.1-5-《限流式熔断器》中的试验方法，可并断 20-150MVA 的短路容量， RN1 型只能开断 40-80MVA 的短路容量。 而 RN3 型可配合 FN5 开断过载电流。 RN1 型则不能触发 FN5 跳闸。不以开断过载电流。 4）熔断器的工作温度降低，熔管的额定电流得到提高。 2.户外型 （ RW 〕 跌落式熔断器 基本结构 配置及作用： 装置在配电变压器高压侧 或配电线支干线路上、用 作变压器和线路的短路、 过载保护 操作：绝缘棒。 户外熔断器 （RW10-10F 型户外拉负荷跌落式熔断器） 跌落式熔断器及拉负荷跌落式熔断器是户外高压保护电器。 它装置在配电变压器高压侧或配电线支干线路上、用作变压器和线路的短路、过载保护 及分、合负荷电 流。 跌落式熔断器由绝缘支架和熔丝管二部分组成，静触头安装在绝缘支架两端，动触头安 装在熔丝管两端，熔丝管由内层的消弧管和外层的酚醛纸管或环氧玻璃布管组成。 拉负荷跌落式熔断器增加弹性辅助触头及灭弧罩，以分、合负荷电流。 跌落式熔断器在正常运行时，熔丝管借熔丝张紧后形成闭合位置。 当系统发生故障时，故障电流使熔丝迅速熔断，并形成电弧，消弧管受电弧灼热，分解 出大量 的气体，使管内形成很高压力，并沿管道形成纵吹，电弧被迅速拉长而熄灭。 熔丝熔断后， 下部动触头失去张力而下翻， 使锁紧机构释放熔线管， 熔丝管跌落， 形成 明 显的开断位置。 当需要拉负荷时，用绝缘杆拉开动触头，此时主动、静触头分离，辅助触头仍然接触， 继续用绝缘杆拉动触头，辅助触头也分离，在辅助触头之间 产生电弧，电弧在灭弧罩狭缝 中被拉长，同时灭弧罩产生气体，在电流过零时，将电弧熄灭。 三 高压隔离开关 （一）功能： 1.隔离高压电源，安全检修 2.倒闸操作 3.接通和断开较小电流 （如励磁电流不超过 2A 的空载变压器、电容电流不超过 5A 的空载线路以及电压互感器和 避雷器等。 ） （二）特点： 1)、有明显的断开间隙； 2)、无灭弧装置，不能带负荷操作 。 （三）符号： 文字符号：QS 图形符号： （四）应用 通常与断路器配合使用。 和断路器配合使用时，要严格遵守操作顺序，即停电时，应先使断路器跳闸，后拉开隔离 开关；送电时，应先合隔离开关，再闭合断路器 先通后断！！ ！ （五）对隔离开关的特殊要求 （1）隔离开关在分闸状态时应有明显可见的断口，使运行人员能明确区分电器是否与电网 断开，但在全封闭式配电装置中除外； （2）隔离开关断点之间应有足够的距离，可靠的绝缘，在任何状态下都不能被击穿而引起 过电压危及工作人员的安全； （3）具有足够的短路稳定性，包括动稳定和热稳定。 （4）隔离开关应结构简单，动作可靠； （5）带有接地闸刀的隔离开关应有保证操作顺序的闭锁装置，以供安全检修和检修完成后 恢复正常运行。 （六） 隔离开关的分类 按安装地点的不同，隔离开关可划分为户内、户外两种; 按绝缘支柱的数目，隔离开关可分为单柱式、双柱式和三柱式三种； 按刀闸的运行方式，隔离开关可分为水平旋转式、垂直旋转式、摆动式和插入式四种； 按有无接地闸刀，它又可分为带接地刀闸和不带接地刀闸两种。 隔离开关的典型结构 （1） 户内隔离开关：户内隔离开关有三极式和单极式两种，一般为刀闸隔离开关; （2）户外隔离开关:户外隔离开关有单柱式、双柱式和三柱式三种。 GN19-12(C)系列户内交流高压隔离开关适用于交流 50Hz，额定电压 12kV 及以下电力系统 中，配用型人力操作机构，作为在有电压而无负载情况下，分合电器之用。 2.隔离开关的典型结构 GN19-12(C)系列户内交流高压隔离开关 适用于交流 50Hz，额定电压 12kV 及以 下电力系统中，配用型人力操作机构， 作为在有电压而无负载情况下，分合 电器之用。 剪刀型隔离开关 GW4-15、GW4-15TQ、GW4-20（D） 、GW4-20TQ（D）型户外交流高压隔离开关供有电压 无 负荷时，分合电路之用。 GW4-15/50~200 、 GW4-15TQ/50~200 型 专 用 铁 道 自 动 闭 塞 信 号 装 置 的 使 用 。 GW4-15/400 及 GW4-20（D）/400、GW4-15TQ/400 及 GW4-20TQ（D）/400 型可供铁道站 场供电路线 型可用于自动闭塞 10kV 高压线kV 高压线合杆运行。 四、高压负荷开关 （一）功能 1. 负荷开关可以分、合正常的负荷电流和关合短路电流，但不能切断短路电流故障。 2.必须与高压熔断器串联，借助于熔断器切除短路电流。 3.与隔离开关一样，具有明显的断开间隙，也具有隔离电源，保证安全检修的功能。 将负 荷开关与高压熔断器相配合， 故障电流的开断由熔断器来完成， 负荷开关则负责完成正常负 荷电流的分合操作。 （二）特点： 1)、具有简单的灭弧装置。 2)、有明显断开间隙； 3)、配备 CS 型手力操动机构。 （三）符号：文字符号：QL 图形符号： （四）类型 1.户内型( FN ) 2.户外型( FW ) 固定产气式（ FN1、FW5 等〕 压气式 （ FN2、FN3 〕 压缩空气式；六氟化硫式；油浸式；真空式 （五）应用 在容量不是很大、 同时对保护性能的要求也不是很高时， 负荷开关与熔断器组合起来便可取 代断路器，从而降低设备投资和运行费用。 这种形式广泛应用于城网改造和农村电网。 FZRN21-12D/T125-31.5 型户内交流高压真空负荷开关－熔断器组合电器 FLRN36-12D 型户内交流高压六氟化硫负荷开关－ 熔断器组合电器 FN7-12DR 型交流高压负荷开关是一种新型产气式户内高压负荷开关，适用于交流 50Hz， 额定电压 12kV 的三相交流电力系统中，作为开断负荷电流及关合短路电流之用。 FN7-12DR 型交流高压负荷开关是一种新型产气式户内高压负荷开关，适用于交流 50Hz， 额定电压 12kV 的三相交流电力系统中，作为开断负荷电流及关合短路电流之用。 五 高压断路器 （一）功能： 1.通断正常负荷电流 2.接通和承受一定时间的短路电流 3.在保护装置作用下自动跳闸，迅速切除短路故障。 （二）特点： 1)、有完善的灭弧装置，足够大的断流能力； 2)、配备手力(CS 型)，电磁(CD 型)，弹簧储能(CT 型) 操动机构 （三）符号： 文字符号：QF 图形符号： 国产断路器的型号 1——表示断路器的字母代号 S—少油；D—多油； Z—真空；K—空气；L—SF6； 2——安装场所代号 N—表示屋内型；W—表示屋外型 3 ——设计序列号； 4——额定电压，KV； 5——其它标志，如 G—改进型，F 表示分相操作 6 ——额定电流，A 7——额定开断能力（KA 或 MVA） (五)高压断路器基本技术参数 1、额定电压 UN 保证断路器正常长期工作的线电压（标称电压） ，以 KV 为单位。 按我国现行国标及有关暂行规定，我国断路器的额定电压有 10，20，35，60，110，220， 330，500KV。 按国家标准， 额定电压在 220KV 及以下的电气设备， 其最高工作电压为额定电压的 1.15 倍； 对于 330KV 及以上电气设备，规定为 1.1 倍。 高压断路器的基本技术参数 2、 额定电流 IN 额定电流是断路器允许长期通过的最大工作电流，以 A 为单位。在长期通过额定电流时， 断路器各部分发热温度不超过国家标准。 我国断路器额定电流等级为 200， 600(630)，1000）1250， （1500）2000， 400， （ ， 1600， ， 2500,3150， 4000，5000，6300，8000，10000，12500，16000 及 20000A 等 3、额定开断电流 IOC 额定开断电流是指在额定电压下断路器能开断而不致妨碍其继续工作的最大短路电流， 单 位为 KA。 （额定开断电流：它是表征断路器开断能力的参数。在额定电压下，断路器能保 证可靠开断的最大电流， 称为额定开断电流， 其单位用断路器触头分离瞬间短路电流周期分 量有效值的千安数表示。 当断路器在低于其额定电压的电网中工作时， 其开断电流可以增大。 但受灭弧室机械强度的限制，开断电流有一最大值，称为极限开断电流。 ） 4、 热稳定电流 Ith 又称短时耐受电流。 它指的是在某一规定的短时间 t 内断路器能耐受的短路电流热效应所对 应的电流值，以 KA 为单位。 5、 动稳定电流 Ies 又称峰值耐受电流， 它是断路器在关合位置时能允许通过而不致影响其正常运行的短路电流 最大瞬时值，以 KA 为单位。 6、额定短路关合电流 INcl 额定短路关合电流是指断路器在额定电压下用相应操动机构所能闭合的最大短路电流， 单 位为 KA。 7、开断时间 tOC 开断时间是指断路器的操动机构到分闸指令起到三相电弧完全熄灭为止的一段时间， 它 包括断路器的分闸时间(固有分闸时间)和燃弧时间两部分。 8、合闸时间 tcl： 处于分闸位置的断路器从接到合闸信号瞬间起到断路器三相触头全接通为止所经历的时 间为合闸时间。 (六)高压断路器基本结构 组成：开断部分 操动和传动部分 绝缘部分 （六）常用断路器简介 1.油断路器多 油断路器： 开关触头在绝缘油中闭合和断开。油兼有灭弧和绝缘功能，油量多，有易燃易爆危险。体积 大，维护麻烦。可频繁通断负荷。趋于淘汰。 少油断路器： 开关触头在绝缘油中闭合和断开。油只作灭弧功能，油量少，易燃易爆危险性较小。体积 小，价廉，维护方便。不能频繁操作。 6～10kv 应用甚广，但现逐渐为真空断路器所取代。 SN10-10 型少油断路器按断流容量分有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型。Ⅰ型，断流容量 Soc 为 300MVA，Ⅱ 型为 500MVA；Ⅲ型为 750MVA。 （2）.油断路器小结 优点: 结构简单，价格便宜 缺点：检修周期短 维护工作量大 潜在火灾危险 被 SF6 断路器取代的趋势（110kV 及以上系统） 被线kV 电力系统） SN10-10Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型断路器可配用型电磁操动机构或 CT 型弹簧机构。这些操动机构内 部都有跳闸和合闸线圈， 通过断路器的传动机构使断路器动作。 电磁操动机构需用直流电源 操作，可以手动和远距离跳、合闸。弹簧储能操动机构有交、直流操作电源两种，可以手动 也可以远距离跳、合闸。 由于采用交流操作电源简单经济， 可直接由供电系统取得， 而直流操作电源则需通过整流装 置或专用直流电源，成本较高，因此弹簧操动机构的应用越来越广，特别适合中小型工厂供 配电系统。 2．高压真空断路器 高压真空断路器是利用 “线Pa）作为绝缘和灭弧介质 优点：熄弧时间较短：0.01s 以下，开距小(10kV)：10～15mm。真空绝缘恢复速度强 开关触头在真空的容器内 闭合和断开。灭弧能力强燃弧时间短，属高速断路器。开断能力 强。结构简单，重量轻，体积小。寿命长，易维修。可频繁操作。无易燃易爆危险。 由于开断速度高, 易产生截流过电压,对变压器等感性负载易造成危害,应配置过电压吸收装 置。 由于开断速度高, 易产生截流过电压,对变压器等感性负载易造成危害,应配置过电压吸收装 置。 2）.线）ZN 系列真空断路器主要由真空灭弧室、操动机构(配电磁或弹簧操动机构)、绝缘体、传 动件、机架等组成，其外形结构如图所示。 3）.真空灭弧室 真空灭弧室由动静触头、屏蔽罩、波纹管、玻壳(陶瓷或玻璃制成 外壳)等组成。 真空断路器的触头为圆盘状，被放置在真空灭弧室内。在触头刚分 离时，由于真空中没有可被游离的气体，只有高电场发射和热电发射 使触头间产生真空电弧。电弧的温度很高,使金属触头表面形成金属蒸 气，随着触头的分开和电弧电流的减小，触头间的金属蒸气密度也逐 渐减小。电弧电流过零时，电弧暂时熄灭，触头周围的金属离子迅速 扩散，凝结在屏蔽罩内壁上，触头间的介质强度迅速恢复；电流过零 后，外加电压虽然恢复，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。 图 4-8 线—波纹管 5—与外壳接地 的金属法兰盘 6—波纹管屏蔽罩 4）.真空断路器小结 绝缘性能好 ， 触头的开距可以做得很小只需配置操作功小的操动机构灭弧能力强 ， 适用于 频繁操作的场合结构简单，维修工作量小 ，无火灾危险和无环境污染在 10kV 电力系统中 逐步取代少油断路器 这里介绍 ZN28A-12 型线 户内高压线Hz 的户内高压开关设备，主 要装在 GG-1A（F） 、XGN2 等型开关柜中，在工矿企业、发电厂及变电站等输配电系统中 起保护和控制作用，尤其适用于操作频繁的线 电磁操动机构或 CT8 型弹簧操动 机构。 真空断路器的发展状况 目前国际上， 真空断路器的设计、 制造领域里逐步形成了以德国西门子公司为代表的空气绝 缘产品和以 ABB 公司为代表的复合绝缘产品的两大派别。西门子公司的产品有 3AF、3AG 及 3AH 等系列产品 。ABB 公司的代表产品有 VD4。 国内生产的真空断路器归纳起来大致可分为三类： 引进技术并国产化的产品。如 ZN12-12，引进西门子 3AF；ZN18-12，引进日本东芝公司 VK 系列产品；ZN21-12，引进比利时 EIB 公司的产品技术；ZN67-12，引进日本三菱电机 VPR 型真空断路器等 在借鉴国外同类产品的基础上开发的产品，如：ZN63-12 和 ZN65-12 分别效仿 ABB 的 VD4 和西门子 3AH。 自行设计的产品，如：ZN15-12，ZN28-12，ZN30-12 等。 3．SF6 断路器 六氟化硫（SF6）断路器是利用 SF6 气体作灭弧和绝缘介质的断路器。 SF6 是一种无色、无味、无毒且不易燃烧的惰性气体，在 150℃以下时，其化学性能相当稳 定。由于 SF6 中不含碳（C）元素，对于灭弧和绝缘介质来说，具有极为优越的特性。SF6 也不含氧（O）元素，不存在触头氧化问题。 SF6 具有优良的电绝缘性能，在电流过零时，电弧暂时熄灭后，SF6 能迅速恢复绝缘强度， 从而使电弧很快熄灭。 SF6 的缺点： 在电弧的高温作用下，SF6 会分解出氟（F2） ，具有较强的腐蚀性和毒性，且能与触头的金 属蒸汽化合为一种具有绝缘性能的白色粉末状的氟化物。因此，SF6 断路器的触头一般都设 计成具有自动净化的作用。 这些氟化物在电弧熄灭后的极短时间内能自动还原。 对残余杂质 可用特殊的吸附剂清除，基本上对人体和设备没有什么危害。 SF6 断路器灭弧室的结构 SF6 断路器灭弧室的结构形式有压气式、自能灭弧式（旋弧式、热膨胀式）和混合灭弧式。 我国生产的 LN1、LN2 型 SF6 断路器为压气式灭弧结构，LW3 型户外式 SF6 断路器采用旋 弧式灭弧结构。 SF6 断路器的操动机构主要采用弹簧、液压操动机构。 SF6 断路器小结 绝缘性能和灭弧性能优良 单柱双断口的结构 检修周期长，无火灾的危险 在 110kV 及以上系统取代油断路器 LW 口-126/3150-40 型户外自能式 SF6 断路器适用于额定频率 50HZ， 额定电压 110KV 的电 力系统中，是电力系统的控制和保护设备，也可 以作为联络断路器使用。灭弧室采用最先 进的自能与压气混合式结构，效率高，操作功小。产品配用 CTB-1 型弹簧操动机 构，分闸 和合闸弹簧集中在一起，结构紧凑，安全可靠，便于检修。 断路器类型小结 少油断路器具有重量轻、 体积小、 节约油和钢材， 价格低等优点， 但不能频繁操作， 用于 6～ 35kV 的室内配电装置； 真空断路器具有不爆炸、噪音低、体积小、重量轻、寿命长、结构简单、无污染、可靠性高 等优点，因此，在 35kV 配电系统及以下电压等级中处于主导地位，但价格昂贵； SF6 断路器具有断流能力强，灭弧速度快，电绝缘性能好，检修周期长等优点，适用于需频 繁操作及有易燃易爆危险的场所，但要求加工精度高，对其密封性能要求更严，价格昂贵。 4.压缩空气断路器 利用高压空气吹动电弧并使其熄灭的断路器。 特点和应用 压缩空气断路器自 40 年代问世以来，在 50、60 年代迅速发展，广泛用于高压和超高压 的电力系统中。其主要特点是： ①动作快，开断时间短，70 年代已使 用一周波断路器。这在很大程度上提高了电力系统的 稳定性。 ②具有较高的开断能力，可以满足电力系统所提出的较高额定参数和性能要求。 ③可以采用积木式结 构，系列性强。 分类 压缩空气断路器的主要构成部分是灭弧室。 按压缩空气吹弧方式， 断路器灭弧室分为横吹和 纵吹两种。在实际应用中，通常是两种吹弧方式同时存在，但以一种吹弧方式为主。灭弧室 的几种基本形式见图。 由于出现了结构简单、 灭弧性能良好和电寿命长的六氟化硫断路器， 使得压缩空气断路器的 使用范围缩小。 但北欧等一些高寒地区,由于 SF6 气体液化和开断能力降低 （降低 20％左右） 等原因，有些国家在高压、超高压电网中还在使用压缩空气断路器。此外，大容量发电机断 路器，要求开断容量大，动作迅速，现在还广泛应用压缩空气断路器。 灭弧原理： 其工作时，高速气流吹弧对弧柱产生强烈的散热和冷却作用，使弧柱热电离，并迅速减弱以 至消失。电弧熄灭后，电弧间隙即由新鲜的压缩空气补充，介电强度迅速恢复。 （七）断路器操作机构 1. 分类 1）手动操作机构 （CS〕 能手动和远距离跳闸，但只能手动合闸，不能自动合闸。操作电源为交流。 2）电磁操作机构 （CD〕 能手动和远距离跳合闸，适于自动化，结构简单，零件数量少，工作可靠，制造成 本低。但需直流操作电源。操作功率很大，影响到合闸速度的提高及机电寿命 。 3)弹簧储能操作机构 （ CT 〕 能手动和远距离跳合闸。合闸弹簧的储能方式为电机储能，断路器的合、分操作仅由功率 很小的电磁铁控制，所以对直流电源的要求不高，还可用交流电源操作，其速度特性和使用 寿命都得到很大程度的改善。结构比较复杂，零件数量多，且要求加工精度高，制造工艺复 杂，成本高，产品的可靠性不易保证。利用弹簧机构储能，因而可实现一次重合闸。
