任務(wù)二　高壓電氣設(shè)備的運(yùn)行與維護(hù)

【任務(wù)概述】

電力系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)輸送、變換和分配電能任務(wù)的電路稱為一次電路，一次電路中所有的電氣設(shè)備稱為一次設(shè)備。高壓一次設(shè)備主要包括電力變壓器、高壓熔斷器、高壓隔離開關(guān)、高壓負(fù)荷開關(guān)、高壓斷路器、電壓和電流互感器等。本次任務(wù)學(xué)習(xí)和掌握高壓電氣一次設(shè)備的結(jié)構(gòu)和功能，學(xué)會使用和維護(hù)電氣一次設(shè)備，為從事供配電系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)和設(shè)計(jì)工作打下基礎(chǔ)。

【相關(guān)知識】

一、電弧的產(chǎn)生及滅弧的方法

1.電弧及其危害

當(dāng)開關(guān)通斷時，只要動、靜觸點(diǎn)之間的電壓不小于10～20V，它們行將接觸或者開始分?jǐn)鄷r就會在間隙內(nèi)產(chǎn)生放電現(xiàn)象。如果電流小，就會發(fā)生火花放電；如果電流大于80～100mA，就會發(fā)生弧光放電，即電弧。

開關(guān)斷開過程中電弧是這樣形成的。觸頭剛分離時突然解除接觸壓力，陰極表面立即出現(xiàn)高溫?zé)霟狳c(diǎn)，產(chǎn)生熱電子發(fā)射；同時，觸頭的間隙很小，使得電壓強(qiáng)度很高，產(chǎn)生強(qiáng)電場發(fā)射。從陰極表面逸出的電子在強(qiáng)電場的作用下，加速向陽極運(yùn)動，發(fā)生碰撞游離，導(dǎo)致觸頭間隙中帶電粒子急劇增加，溫度驟然升高，產(chǎn)生熱游離并且成為游離的主要因素，此時，在外加電壓的作用下，間隙被擊穿，形成電弧。

電弧是電氣設(shè)備運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生的一種物理現(xiàn)象，其特點(diǎn)是光亮很強(qiáng)和溫度很高。電弧對供配電系統(tǒng)的威脅極大，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

① 電弧延長了開關(guān)電器切斷電路的時間。如果電弧是短路電流產(chǎn)生的，電弧的存在就意味著短路電流的存在，從而使短路電流危害的時間延長。

② 電弧產(chǎn)生的高溫可燒壞觸點(diǎn)，燒毀電氣設(shè)備及導(dǎo)線、電纜，還可能引起弧光短路，甚至引起火災(zāi)和爆炸事故。

③ 強(qiáng)烈的弧光可能損傷人的視力。

因此，在供配電系統(tǒng)中，各種開關(guān)電器采用了一定的滅弧措施，保證電弧能迅速熄滅。

2.常用的滅弧方法

開關(guān)電器在分?jǐn)嚯娏鲿r之所以會產(chǎn)生電弧，其根本原因是觸點(diǎn)本身和觸頭周圍的介質(zhì)中含有大量可被游離的電子。要使電弧熄滅，就必須使觸點(diǎn)中的去游離率大于游離率，即離子消失的速率大于離子產(chǎn)生的速率。

根據(jù)去游離理論，常用的滅弧方法有以下幾種。

① 速拉滅弧法：在切斷電路時，迅速拉長電弧，使觸點(diǎn)間的電場強(qiáng)度驟降，使帶電質(zhì)子的復(fù)合速度加快，從而加速電弧的熄滅。這種滅弧方法是開關(guān)電器中普遍采用的最基本的滅弧方法，如高壓開關(guān)中裝的速斷彈簧。

② 冷卻滅弧法：降低電弧的溫度，可使電弧的電場減弱，導(dǎo)致帶電質(zhì)子的復(fù)合增強(qiáng)，有助于電弧的熄滅。這種滅弧方法在開關(guān)電器中的應(yīng)用比較普遍。

③ 吹弧滅弧法：利用外力來吹動電弧，使電弧加速冷卻，同時拉長電弧，迅速降低電弧中的電場強(qiáng)度，從而加速電弧熄滅。按吹弧的方向分有橫吹和縱吹；按外力的性質(zhì)分有氣吹、油吹、電動力吹、磁吹等，如圖2-4所示。

④ 短弧滅弧法：利用金屬柵片把電弧分割成若干個相互串聯(lián)的短弧，以提高電弧電壓，使觸點(diǎn)間的電壓不足以擊穿所有柵片間的氣隙而使電弧熄滅。

⑤ 狹溝滅弧法：將電弧與固體介質(zhì)所形成的狹溝接觸，使電弧冷卻而滅弧。由于電弧在固體中，其冷卻條件加強(qiáng)，同時電弧在狹縫中燃燒產(chǎn)生氣體，使內(nèi)部壓力增大，去游離作用加強(qiáng)，有利于電弧的熄滅。如在熔斷器的熔管內(nèi)充填石英砂和用絕緣柵的方法，都是利用此原理。

⑥ 真空滅弧法：由于真空具有較強(qiáng)的絕緣強(qiáng)度，不存在氣體游離的問題，因此處于真空中的觸點(diǎn)間的電弧在電流過零時就能立即熄滅而不致復(fù)燃。真空斷路器就是利用真空滅弧法。

⑦ 六氟化硫滅弧法：六氟化硫具有優(yōu)良的絕緣性能和滅弧性能，其絕緣強(qiáng)度為空氣的3倍，介質(zhì)恢復(fù)速度是空氣的100倍，使滅弧能力大大提高。六氟化硫斷路器就是利用六氟化硫滅弧法。

電氣設(shè)備的滅弧裝置可以采用一種滅弧方法，也可以綜合采用幾種滅弧方法，以達(dá)到提高滅弧能力的目的。

二、高壓斷路器

1.高壓斷路器的用途

高壓斷路器是電力系統(tǒng)中最重要的控制和保護(hù)電器。無論被控電路處在何種工作狀態(tài)，例如空載、負(fù)載或短路故障狀態(tài)，高壓斷路器都應(yīng)可靠地動作。高壓斷路器在電網(wǎng)中起的作用有2個：一是控制作用，根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行的需要，將一部分電力設(shè)備或線路投入或退出運(yùn)行；二是保護(hù)作用，即在電力設(shè)備或線路發(fā)生故障時，通過繼電保護(hù)裝置使斷路器跳閘，將故障部分從電網(wǎng)中迅速切除，保證電網(wǎng)無故障部分的正常運(yùn)行。

2.高壓斷路器的類型

高壓斷路器可分為戶外和戶內(nèi)兩種，根據(jù)斷路器采用的滅弧介質(zhì)不同，又可分為油斷路器、壓縮空氣斷路器、六氟化硫斷路器、真空斷路器等。

油斷路器又有多油和少油之分，其區(qū)別是多油斷路器的油既起滅弧作用又起絕緣作用，因而多油斷路器的用油量較多，所以體積和重量都大，現(xiàn)已被淘汰；少油斷路器用油少、體積小，爆炸時火災(zāi)小，曾經(jīng)應(yīng)用很廣，但目前基本上不再生產(chǎn)少油斷路器。

目前供配電技術(shù)中應(yīng)用最多的是SF6斷路器和真空斷路器，其高壓斷路器產(chǎn)品實(shí)物如圖2-5所示。

3.高壓斷路器的主要參數(shù)

（1）額定電壓Ue。額定電壓是指高壓斷路器正常工作時所能承受的電壓等級，它決定了高壓斷路器的絕緣水平，它表明的是高壓斷路器耐壓能力。供配電系統(tǒng)中常用的高壓斷路器的額定電壓等級為10、35、110（kV）等。

（2）額定電流Ie。額定電流指在規(guī)定的環(huán)境溫度下，高壓斷路器長期允許通過的最大工作電流（有效值），反映了高壓斷路器的載流能力。常用高壓斷路器的額定電流等級為200、400、630、1000、1250、1600、2000、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500（A）等。

（3）額定開斷電流Iekd。額定開斷電流是指在額定電壓下高壓斷路器能夠可靠開斷的最大短路電流值，它是表明高壓斷路器滅弧能力的技術(shù)參數(shù)。

（4）動穩(wěn)定電流idw。表示高壓斷路器在沖擊短路電流作用下，承受電動力的能力。

（5）熱穩(wěn)定電流Ir。表明高壓斷路器承受短路電流熱效應(yīng)的能力。

（6）開斷時間tkd。從操作機(jī)構(gòu)跳閘線圈接通跳閘脈沖起，到三相電弧完全熄滅時止的一段時間稱為高壓斷路器開斷時間。

4.高壓斷路器的型號含義

高壓斷路器的型號含義如圖2-6所示。

例如：ZN28-10/600型斷路器，表示該高壓斷路器為戶內(nèi)真空斷路器，設(shè)計(jì)序號為28，額定電壓為10kV，額定電流為600A。

5.真空斷路器

真空斷路器是利用“真空”滅弧的一種斷路器，具有體積小、重量輕、噪聲小、維護(hù)工作量小等突出的優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用在3～10kV電壓等級的戶內(nèi)配電裝置中。如圖2-7所示是真空斷路器的外形圖，它主要由真空滅弧室、操作機(jī)構(gòu)、框架三部分組成。

真空滅弧室是真空斷路器的核心元件，是一個真空的密閉容器，具有開斷、導(dǎo)電和絕緣的功能，主要由絕緣外殼、動靜觸頭、波紋管、屏蔽罩等組成，如圖2-8所示。其中，絕緣外殼主要由玻璃和陶瓷材料制作，它的作用是支撐動靜觸頭和屏蔽罩等金屬部件，與端蓋氣密地焊接在一起，以確保滅弧室內(nèi)的高真空度。

觸頭材料對真空斷路器的滅弧性能影響很大，通常要求它具有導(dǎo)電好、耐弧性好、導(dǎo)熱性好、機(jī)械強(qiáng)度高和加工方便等特點(diǎn)，常用的觸頭材料是銅鉻合金、銅合金等。動靜觸頭分別焊接在動、靜導(dǎo)電桿上，用波紋管實(shí)現(xiàn)密封。動觸頭位于滅弧室的下部，在機(jī)構(gòu)驅(qū)動力的作用下，能在滅弧室內(nèi)沿軸向移動，完成分、合閘。

屏蔽罩是包圍在觸頭周圍用金屬材料制成的圓筒，它的主要作用是吸附電弧燃燒時釋放出的金屬蒸氣，提高弧隙的擊穿電壓，并防止弧隙的金屬噴濺動絕緣外殼內(nèi)壁上，降低外殼的絕緣強(qiáng)度。

波紋管能保證動觸頭在一定行程范圍內(nèi)運(yùn)動時，不破壞滅弧室的密封狀態(tài)。波紋管通常采用不銹鋼制成，有液壓成型和膜片焊接兩種。真空斷路器的觸頭每分合一次，波紋管便產(chǎn)生一次機(jī)械變形，長期頻繁和劇烈的變形容易使波紋管因材料疲勞而損壞，導(dǎo)致滅弧室漏氣而無法使用。波紋管是真空滅弧室中最容易損壞的部件，其金屬的疲勞強(qiáng)度決定了真空滅弧室的機(jī)械壽命。

6. SF6斷路器

六氟化硫斷路器是利用SF6作為滅弧和絕緣介質(zhì)的一種斷路器。SF6氣體是一種無色、無味、無毒、不可燃的惰性氣體，具有極強(qiáng)的電負(fù)性（吸附自由電子的能力），是一種優(yōu)良的滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)。這種斷路器的外形尺寸小，占地面積少，開斷能力強(qiáng)，運(yùn)行期內(nèi)基本無需維修。

SF6斷路器在結(jié)構(gòu)上可分為支柱式和罐式兩種。支柱式在6kV及以上的高壓電路中廣泛使用，如圖2-9（a）所示。罐式的特點(diǎn)是設(shè)備重心低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、抗展性能好，可以加裝電流互感器，但它耗材量大，制造工藝要求高，系列化產(chǎn)品少，所以它的應(yīng)用范圍受到限制。

SF6斷路器的滅弧方式主要采用壓氣式滅弧，壓氣式滅弧裝置中裝有一定壓力的SF6氣體，斷路器在開斷過程中，壓氣缸5和動觸頭4同時運(yùn)動，將壓氣缸內(nèi)的SF6氣體壓縮而使壓力升高。觸頭分離后，即噴口3被打開，高壓力氣體由噴口處向外排出，實(shí)現(xiàn)縱吹而將電弧熄滅，如圖2-9（b）所示。目前在110kV及以上的電力系統(tǒng)中廣泛使用這種滅弧裝置。

7.高壓斷路器的操作機(jī)構(gòu)

高壓斷路器的工作過程中分、合閘動作是由操作系統(tǒng)來完成的。操作系統(tǒng)由相互聯(lián)系的操作機(jī)構(gòu)和傳動機(jī)構(gòu)組成，后者常歸入高壓斷路器的組成部分。操作機(jī)構(gòu)的工作性能和質(zhì)量對高壓斷路器的工作性能和工作可靠性起著重要作用。

① 操作機(jī)構(gòu)的作用。操作機(jī)構(gòu)的主要任務(wù)是將其他形式的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，使高壓斷路器準(zhǔn)確地進(jìn)行分、合閘操作。因此，要求其具有合閘操作、保持合閘、分閘操作、防跳躍、復(fù)位、閉鎖等功能。

② 操作機(jī)構(gòu)的分類。高壓斷路器的操作機(jī)構(gòu)種類很多，按其操作能源來分主要有手動型（S）、電磁型（D）、液壓型（Y）、氣壓型（Q）、彈簧型（T）5種類型。

③ 操作機(jī)構(gòu)的型號。一種操作機(jī)構(gòu)可配用多種不同型號的高壓斷路器，同樣一種高壓斷路器也可選用不用型號的操作機(jī)構(gòu)，由于操作機(jī)構(gòu)與高壓斷路器之間的多配性，為方便起見，操動機(jī)構(gòu)有自己獨(dú)立的型號。

操作機(jī)構(gòu)的型號及含義如圖2-10所示。

例如：CD2為電磁式操作機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)序號為2；CY3為液壓式操作機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)序號為3。CT19為彈簧式操作機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)序號為19，通常與10kV真空斷路器配套使用，如圖2-11所示。

三、高壓隔離開關(guān)

高壓隔離開關(guān)的作用主要用于隔離電源、倒閘操作、拉合小電流電路。高壓隔離開關(guān)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是斷開后有明顯可見的斷開間隙，而且斷開間隙的絕緣及相間絕緣都是足夠可靠的，能充分保障其他設(shè)備和線路在檢修時工作人員的人身和設(shè)備的安全。但是高壓隔離開關(guān)沒有專門的滅弧裝置，因此它不允許帶負(fù)荷操作，為此，在高壓隔離開關(guān)之前，必須先檢查與之串聯(lián)的斷路器，應(yīng)確實(shí)在斷開位置。也就是說，高壓隔離開關(guān)的操作必須遵守“先通后斷”的原則，即在線路送電時要先合上高壓隔離開關(guān)后再合上斷路器，線路停電時要先斷開斷路器后再拉開高壓隔離開關(guān)。

高壓隔離開關(guān)按安裝地點(diǎn)來分可分為戶內(nèi)式和戶外式；按支柱絕緣來分可分為單柱式、雙柱式和三柱式；按有無接地刀閘來分可分為帶接地刀閘和不帶接地刀閘；按刀閘運(yùn)動方式來可分為水平旋轉(zhuǎn)式、垂直旋轉(zhuǎn)式和插入式。

高壓隔離開關(guān)的型號及含義如圖2-12所示。

例如：GN8-10/600型高壓隔離開關(guān)，其中第1個字符G表示隔離開關(guān)，第2個字符N表示戶內(nèi)式（戶外式為W），第3個數(shù)字表示設(shè)計(jì)序號，第4個數(shù)字表示額定電壓10kV，最后一個數(shù)字表示額定電流為600A。

如圖2-13所示為高壓隔離開關(guān)產(chǎn)品實(shí)物圖。

如圖2-13（a）所示的GN19系列為戶內(nèi)式高壓隔離開關(guān)，通常配用拐動機(jī)構(gòu)進(jìn)行操作，用于有電壓而無負(fù)載的情況下分、合電路。常用操動機(jī)構(gòu)為CS系列和CJ2系列。其中CS6、CS8、CS11、CS15、CS16型為手動杠桿操動機(jī)構(gòu)，CJ2為電動機(jī)操動機(jī)構(gòu)。

如圖2-13（b）所示的GW5系列高壓隔離開關(guān)由3個單極組成，每極主要由底架、支柱絕緣子、左右觸點(diǎn)、接地閘刀等部分組成。2個支柱絕緣子分別安裝在底座的轉(zhuǎn)動軸承上。呈V形布置。軸線交角為50°，兩軸承座下為傘齒輪嚙合，左、右觸點(diǎn)安裝在支柱絕緣子上部，由軸承座的轉(zhuǎn)動帶動支柱絕緣子同步轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)2個觸點(diǎn)的斷開和閉合，3個單極由連動拉桿實(shí)現(xiàn)三極聯(lián)動。

如圖2-13（c）所示為GW46型剪刀式高壓隔離開關(guān)。GW46型剪刀式高壓隔離開關(guān)適合用于垂直斷口管母線或軟母線的場合，而且該產(chǎn)品具有通流能力強(qiáng)、絕緣水平高、防腐能力好、機(jī)械壽命長、鉗夾范圍大、外形美觀等特點(diǎn)。

四、高壓熔斷器

高壓熔斷器是用來防止高壓電氣設(shè)備發(fā)生短路和長期過載的保護(hù)元件，是一種結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用范圍最廣泛的保護(hù)電器。一般由熔管、金屬熔體、滅弧裝置、靜觸座等構(gòu)成。

在供配電系統(tǒng)中，對容量小而且不太重要的負(fù)載，廣泛使用高壓熔斷器，作為輸電、配電線路及電力變壓器的短路及過載保護(hù)。高壓熔斷器按使用場所的不同可分為戶內(nèi)式和戶外式兩大類，如圖2-14所示。

如圖2-14（a）所示為RW4型戶外跌落式高壓熔斷器，通常用于6～10kV交流電力線路及設(shè)備的過負(fù)荷及短路保護(hù)，也可起高壓隔離開關(guān)的作用，還可用于12kV、50～60Hz配電線路和電力變壓器的過載和短路保護(hù)。

戶外跌落式高壓熔斷器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是熔斷器熔管內(nèi)襯以消弧管，熔絲在過負(fù)荷或短路時，熔斷器依靠電弧燃燒使產(chǎn)氣管分解產(chǎn)生氣體來熄滅電弧。熔絲一旦熔斷，熔管靠自身重量繞下端的軸自行跌落，造成明顯可見的斷開間隙。因戶外跌落式高壓熔斷器具有明顯可見的分?jǐn)嚅g隙，所以也可以作為高壓隔離開關(guān)使用。這種高壓熔斷器由于沒有專門的滅弧裝置，其滅弧能力不強(qiáng)，滅弧速度不快，不能在短路電流到達(dá)沖擊值前熄滅電弧，因此，這類熔斷器屬于“非限流”型熔斷器。

如圖2-14（b）所示為PRW型噴射式高壓熔斷器，通常用于35kV及35kV以下配電線路、變壓器的過負(fù)載和短路保護(hù)以及用于隔離電源，PRW系列噴射式高壓熔斷器采用防污瓷瓶，防污等級高，熔管采用逐級排氣式。開斷大電流時，熔管上端的泄壓片被沖開，形成雙端排氣；開斷小電流時，該泄壓片不動作，形成單端排氣；開斷更小電流時，靠紐扣式熔絲上套裝的輔助滅弧管吹滅電弧，從而解決了開斷大、小電流的矛盾，是高壓跌落式熔斷器的新型換代產(chǎn)品。

如圖2-14（c）所示為PN型戶內(nèi)高壓熔斷器，屬于“限流”型熔斷器。其中PN1型通常用于高壓電力線路及其設(shè)備的短路保護(hù)；PN2型則只能用作電壓互感器的短路保護(hù)，其額定電流僅有0.5A一種規(guī)格。PN型戶內(nèi)高壓熔斷器的熔體中焊有低熔點(diǎn)的小錫球，當(dāng)過負(fù)荷時，錫球受熱熔化而包圍銅熔絲，銅錫合金的熔點(diǎn)較銅低，使銅絲在較低的溫度下熔斷，稱為“冶金效應(yīng)”。

RN型戶內(nèi)高壓熔斷器適用于電壓互感器的過載和短路保護(hù)，其斷流容量為1000MV·A，如圖2-14（d）所示。

五、高壓負(fù)荷開關(guān)

高壓負(fù)荷開關(guān)是一種功能介于高壓斷路器和高壓隔離開關(guān)之間的電器，常用于35kV以下配電系統(tǒng)中，用于接通或斷開負(fù)荷電流。高壓負(fù)荷開關(guān)具有簡單的滅弧裝置，但滅弧能力較弱，因此只能通斷一定的負(fù)荷電流，但是它不能斷開短路電流，所以一般情況下，高壓負(fù)荷開關(guān)與高壓熔斷器串聯(lián)使用，由熔斷器來進(jìn)行短路保護(hù)。

高壓負(fù)荷開關(guān)按使用場所分類，可分為戶內(nèi)式和戶外式；按滅弧方式分類，可分為油浸式、產(chǎn)氣式、壓氣式、真空式和六氟化硫負(fù)荷開關(guān)。

高壓負(fù)荷開關(guān)的型號及含義如圖2-15所示。

如圖2-16所示為不同型號高壓負(fù)荷開關(guān)產(chǎn)品實(shí)物圖。

FN12-12D/630-20戶內(nèi)高壓負(fù)荷開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-17所示。

高壓負(fù)荷開關(guān)在斷開電路的過程中，利用分閘時主軸帶動活塞壓縮空氣，使壓縮了的空氣由噴嘴中高速噴出而吹滅電弧。

六、電壓、電流互感器

互感器屬于一種特殊變壓器，分電壓互感器和電流互感器兩大類，它們是供配電系統(tǒng)中測量和保護(hù)用的重要設(shè)備。電壓互感器是將系統(tǒng)的一次側(cè)的高電壓改變?yōu)槎蝹?cè)標(biāo)準(zhǔn)的低電壓100V；電流互感器是將高壓一次系統(tǒng)中的電流和低壓系統(tǒng)的大電流改變?yōu)槎蝹?cè)標(biāo)準(zhǔn)的低電壓小電流5A（或1A）。互感器接線圖如圖2-18所示。

圖2-18中的TV為電壓互感器，其一次繞組與一次側(cè)電網(wǎng)相并聯(lián)，二次繞組與二次測量儀表或繼電器的電壓線圈相連接；圖2-18中的TA是電流互感器，其一次繞組串聯(lián)于被測量電路中，二次繞組與二次測量儀表和繼電器的電流線圈相串聯(lián)。

1.電壓互感器

電壓互感器是一種把高壓變?yōu)榈蛪翰⒃谙辔簧吓c原來保持一定關(guān)系的儀器。電壓互感器能夠可靠地隔離高電壓，保證測量人員、儀表及保護(hù)裝置的安全，同時把高電壓按一定比例縮小，使低壓繞組能夠準(zhǔn)確地反映高電壓量值的變化，以解決高電壓測量的困難。電壓互感器的二次電壓均為標(biāo)準(zhǔn)值100V。

如圖2-19所示為部分電壓互感器產(chǎn)品實(shí)物圖。

（1）電壓互感器的工作原理

電壓互感器的工作原理跟變壓器相似，是利用電磁感應(yīng)原理工作的，運(yùn)行時相當(dāng)于一臺降壓變壓器。如圖2-20所示為電壓互感器的工作原理圖。

電壓互感器的高壓繞組與被測電路并聯(lián)，低壓繞組與測量儀表并聯(lián)。由于電壓線圈的內(nèi)阻抗很大，通過的電流極小，近似工作在開路狀態(tài)，所以電壓互感器運(yùn)行時，相當(dāng)于一臺空載運(yùn)行的變壓器，二次側(cè)繞組不允許短路！若二次側(cè)發(fā)生短路，將會產(chǎn)生很大的短路電流，損壞電壓互感器。為避免二次繞組出故障，一般在二次側(cè)出口處安裝熔斷器或自動空氣開關(guān)，用于過載和短路保護(hù)。

電壓互感器的額定變壓比為一次繞組和二次繞組的額定電壓比，為

KU==　　（2-4）

（2）電壓互感器的類型及型號

電壓互感器按相數(shù)分，有單相和三相兩類；按絕緣及其冷卻方式分，有干式、澆注式、油浸式、SF6氣體絕緣式。

電壓互感器的型號及含義如圖2-21所示。

例如：JSJW-10表示額定電壓為10kV的三相三繞組五芯柱油浸式電壓互感器。

（3）電壓互感器的接線方式

供配電技術(shù)中，通常需要測量供電線路的線電壓、相電壓及發(fā)生單相接地故障時的零序電壓。為了測量這些電壓，電壓互感器的二次繞組必須與測量儀表、繼電器等相連接，常用的4種接線方式如圖2-22所示。

如圖2-22（a）所示方案為一個單相電壓互感器的接線。當(dāng)需要測量某一相對地電壓或相間電壓時可采用此方案。實(shí)用中這種接線方案應(yīng)用得較少。

如圖2-22（b）所示方案是把兩個單相互感器接成不完全三角形，也稱V-V接線，可以用來測量線電壓，或供電給測量儀表和繼電器的電壓線圈。這種接線方式廣泛應(yīng)用于變配電所20kV以上中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的高壓配電裝置中。這種接線方案不能測相電壓。而且當(dāng)連接的負(fù)載不平衡時，測量誤差較大。因此儀表和繼電器的兩個電壓線圈應(yīng)接Uab、Ubc兩個線電壓，以盡量使負(fù)載平衡，從而減小測量誤差。

如圖2-22（c）所示方案是用三個單相三繞組電壓互感器構(gòu)成YN-yn連接形式，廣泛應(yīng)用于3～220kV系統(tǒng)中，其二次繞組用于測量線電壓和相電壓。在中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈的裝置中，這種方案只用來監(jiān)視電網(wǎng)對地絕緣狀況，或接入對電壓互感器準(zhǔn)確度要求不高的電壓表、頻率表等測量儀器。由于正常狀態(tài)下此種方案中的電壓互感器的原繞組經(jīng)常處于相電壓下，僅為額定電壓的0.866倍，所以測量的誤差值大大超過了正常值，所以此種接線方案不作供給功率表和電度表之用。

在3～60kV電網(wǎng)中，通常采用三臺單相三繞組電壓互感器或者一臺三相五柱式電壓互感器的接線形式，如圖2-22（d）所示方案。這種接線方案中，一次電壓正常時，開口兩端的電壓接近于零，當(dāng)某一相接地時，開口兩端將出現(xiàn)近100V的零序電壓，使電壓繼電器動作，發(fā)出信號，故起電網(wǎng)的絕緣監(jiān)視作用。

必須指出，不能用三相三柱式電壓互感器做這種測量。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路時，在互感器的三相中將有零序電流通過，產(chǎn)生大小相等、相位相同的零序磁通。在三相三柱式互感器中，零序磁通只能通過磁阻很大的氣隙和鐵外殼形成閉合磁路，零序電流很大，使互感器繞組過熱甚至損壞設(shè)備。而在三相五柱式電壓互感器中，零序磁通可通過兩側(cè)的鐵芯構(gòu)成回路，磁阻較小，所以零序電流值不大，對互感器不造成損害。

2.電流互感器

電流互感器是一種把一次系統(tǒng)的大電流變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)5A小電流，并在相位上與原來保持一定關(guān)系的儀器。如圖2-23所示為部分電流互感器產(chǎn)品實(shí)物圖。

電流互感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：一次繞組匝數(shù)很少，二次繞組匝數(shù)很多。有的電流互感器沒有一次繞組，而是利用穿過其鐵芯的一次電路作為一次線圈。

（1）電流互感器的工作原理

電流互感器是按電磁感應(yīng)原理工作的，與普通變壓器相似，如圖2-24所示為電流互感器的原理圖。

利用一、二次繞組不同的匝數(shù)比將系統(tǒng)的大電流變?yōu)樾‰娏?，以供二次系統(tǒng)測量和保護(hù)使用。

Ki==

因此，電流互感器的變比為一次繞組的額定電流與二次繞組的額定電流之比。例如：Ki=100/5，二次額定電流一般為5A，一次額定電流的等級為5～25000A。

（2）電流互感器的誤差與準(zhǔn)確度等級

電流互感器的誤差通常有電流誤差與相位誤差兩種。其中，電流誤差是電流互感器二次側(cè)電流的測量值乘以變比所得的值KiI2與實(shí)際一次電流值I1之差，與I1的之比的百分?jǐn)?shù)。

fi=×100%　?。?-5）

而相位誤差為負(fù)二次電流相量-與一次電流相量之間的夾角δi。

電流互感器的準(zhǔn)確度等級是根據(jù)測量時電流誤差的大小來劃分的。我國電流互感器的準(zhǔn)確度等級為0.1，0.2、0.5、1、3、5。準(zhǔn)確度等級和誤差限值見表2-4。

（3）電流互感器的工作特點(diǎn)及注意事項(xiàng)

電流互感器一次側(cè)電流取決于一次側(cè)所串聯(lián)的電網(wǎng)電流，二次側(cè)繞組與儀表、繼電器等電流線圈相串聯(lián)，形成二次側(cè)閉合回路。由于電流互感器的二次電路中均為電流線圈，因此阻抗很小，工作時二次回路接近于短路狀態(tài)。

電流互感器運(yùn)行中，二次側(cè)繞組不允許開路！倘若電流互感器二次側(cè)發(fā)生開路，一次側(cè)電流將全部用于勵磁，使互感器鐵芯嚴(yán)重飽和。交變的磁通在二次線圈上將感應(yīng)出很高的電壓，其峰值可達(dá)幾千伏甚至上萬伏，這么高的電壓作用于二次線圈及二次回路上，將嚴(yán)重威脅人身安全和設(shè)備安全，甚至?xí)咕€圈絕緣過熱而燒壞，保護(hù)設(shè)施很可能因無電流而不能正確反映故障，對于差動保護(hù)和零序電流保護(hù)則可能因開路時產(chǎn)生不平衡電流而誤動作。所以《安全運(yùn)行規(guī)定》中規(guī)定，電流互感器在運(yùn)行中嚴(yán)禁開路。為避免這類故障發(fā)生，一般在電流互感器的二次側(cè)出口處安裝一個開關(guān)，當(dāng)二次側(cè)回路檢修或需要開路時，把開關(guān)首先閉合。

為防止絕緣損壞時高壓竄入二次側(cè)，危及人身和設(shè)備安全，電流互感器二次繞組的一端及鐵芯必須接地。

（4）電流互感器的接線方式

電流互感器的常見的幾種接線方式如圖2-25所示。

如圖2-25（a）所示為一相式接線。一相式連接只能測量一相的電流，以監(jiān)視三相的運(yùn)行情況，通常用于三相對稱電路中，例如三相電動機(jī)負(fù)載電路。

如圖2-25（b）所示為兩相V形接線，或不完全星形接線。該方案只適用于兩臺電流互感器的線路，可用來測量兩相電流。如果通過公共導(dǎo)線，還可以測量第三相的電流。由圖可見，通過公共導(dǎo)線上的電流是所測量兩相電流的相量和。這種接線方式常用于發(fā)電廠、變電所6～10kV饋線回路中，測量和監(jiān)視三相系統(tǒng)的運(yùn)行情況。

如圖2-25（c）所示為兩相電流差接線。一般用于保護(hù)回路中。

如圖2-25（d）所示為三相星形接線。該方案是把電流互感器連接成星形，可用于測量可能出現(xiàn)三相不對稱的電路電流，以監(jiān)視三相電路的運(yùn)行情況。

（5）電流互感器的類型和型號

電流互感器的類型很多，按安裝地點(diǎn)來分有戶內(nèi)式和戶外式。按一次繞組的匝數(shù)分有單匝式和多匝式。按一次電壓分有高壓和低壓兩大類。按作用來分有測量用和保護(hù)用兩大類，兩者準(zhǔn)確度等級不同：標(biāo)準(zhǔn)儀表為0.2級，計(jì)量儀表為0.5級，一般測量為1～5級；保護(hù)用的電流互感器為5P和10P兩級。按安裝的方式有穿墻式、支持式和裝入式。按絕緣來分有干式、澆注式和油浸式。

電流互感器的型號及含義如圖2-26所示。

例如：LQ-0.5/0.5-100，表示線圈式、電壓為0.5kV、準(zhǔn)確度等級為0.5級、一次額定電流為100A的電流互感器。

七、母線、導(dǎo)線與電纜

1.母線

（1）母線的用途和類別

母線也稱匯流排，是匯集和分配電流的裸導(dǎo)體。通常是指發(fā)電機(jī)、變壓器和配電裝置等大電流回路的導(dǎo)體，也泛指用于各種電氣設(shè)備連接的導(dǎo)線。

母線可分為軟母線和硬母線兩種。軟母線一般采用鋼芯鋁絞線、用懸式絕緣子將其兩端拉緊固定，軟母線在拉緊時存在適當(dāng)?shù)某诙?，工作時會產(chǎn)生橫向擺動，故軟母線的線間距離要大，常用于戶外配電裝置；硬母線采用矩形、槽形或管形截面的導(dǎo)體，用支柱絕緣子固定，多數(shù)只作橫向約束，而沿縱向則可以伸縮，主要承受彎曲和剪切應(yīng)力，硬母線的相間距離小，廣泛用于戶內(nèi)、外配電裝置。

母線的材料有銅、鋁和鋼3種。銅的電阻率很低、機(jī)械強(qiáng)度高、防腐性能好，便于連接，是優(yōu)良的導(dǎo)電材料，但我國的產(chǎn)量低、價格較貴，故常用于重要的、大電流或腐蝕性場所的母線裝置中。鋁的導(dǎo)電率僅次于銅，且質(zhì)輕、價廉、產(chǎn)量高，總的來說用鋁母線比用銅母線經(jīng)濟(jì)。因此，目前常用于戶內(nèi)、外的配電裝置中。

（2）母線的截面和排列

母線截面形狀有矩形、圓形、管形、槽形等。選擇母線形狀時應(yīng)力求使集膚效應(yīng)系數(shù)小、散熱好、機(jī)械強(qiáng)度高和安裝簡便。容量不大的工廠變電所多采用矩形截面的母線。

母線的排列方式應(yīng)考慮散熱條件好、且短路電流通過時具有一定的熱、動穩(wěn)定性。常用的排列方式有水平布置和垂直布置兩種。

另外，母線表面涂漆可以增加熱輻射能力，而且有利于散熱和防腐。因此，電力系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)定：交流母線A、B、C三相按黃、綠、紅標(biāo)示，接地的中性線用紫色，不接地的中性線用藍(lán)色，這樣可十分方便地識別各相的母線。

2.架空導(dǎo)線

架空導(dǎo)線是構(gòu)成工廠供配電網(wǎng)絡(luò)的主要元件，在戶外配置中也常采用架空導(dǎo)線作母線，又稱為軟母線，如圖2-27所示。

通常架空導(dǎo)線選用裸導(dǎo)線，按其結(jié)構(gòu)不同可分為單股線和多股絞線。絞線又有銅絞線、鋁絞線和鋼芯鋁絞線之分。在工廠中最常用的是鋁絞線；在機(jī)械強(qiáng)度要求較高的35kV及以上架空線路多采用鋼芯鋁絞線。

高壓架空線路，一般采用鋁絞線，當(dāng)擋距較大、電桿較高時，宜采用鋼芯鋁絞線。沿海地區(qū)及有腐蝕性介質(zhì)的場所，可采用銅絞線或防腐鋁絞線。低壓架空線路，一般采用鋁絞線。

3.電力電纜

電力電纜的基本結(jié)構(gòu)主要由線芯、絕緣層、屏蔽層和保護(hù)層4部分組成，如圖2-28所示。其中線芯一般由多股銅線鋁線絞合而成，以便于彎曲，線芯截面形狀可為圓形、半圓形和扇形。絕緣層用于將線芯之間及線芯與大地之間良好地絕緣。屏蔽層是消除導(dǎo)體表面的不光滑所引起的導(dǎo)體表面電場強(qiáng)度的增加，使絕緣層和電纜導(dǎo)體有較好的接觸。保護(hù)層用來保護(hù)絕緣層，使其密封并具有一定的強(qiáng)度，以承受電纜在運(yùn)輸和敷設(shè)時所受的機(jī)械力，也可防止潮氣侵入。

高壓電纜線路，在一般環(huán)境和場所，可采用鋁芯電纜；在振動劇烈、有爆炸危險、高溫及對鋁有腐蝕的特殊場所，常采用銅芯電纜。埋地敷設(shè)的電纜，應(yīng)采用有外保護(hù)層的鎧裝電纜；但在無機(jī)械損傷可能的場所，采用鋼絲鎧裝電纜即可。敷設(shè)在電纜溝、橋架或穿管的電纜，一般采用裸鎧裝電纜或塑料護(hù)套電纜。

低壓電纜線路一般采用鋁芯電纜，特別重要的或有特殊要求的線路可采用銅芯電纜。低壓TN系統(tǒng)中應(yīng)采用四芯或五芯電纜。

電纜的主要優(yōu)點(diǎn)是供電可靠性高，不受雷擊、風(fēng)害等外力破壞；可埋于地下或電纜溝內(nèi)，使環(huán)境整齊美觀；線路電抗小，可提高電網(wǎng)功率因數(shù)。缺點(diǎn)是投資大，約為同級電壓架空線路投資的10倍；而且電纜線路一旦發(fā)生事故難于查尋和檢修。

八、高壓開關(guān)柜

高壓開關(guān)柜的主要作用是在電力系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電、輸電、配電和電能轉(zhuǎn)換的過程中，進(jìn)行開合、控制和保護(hù)用電設(shè)備。高壓開關(guān)柜內(nèi)的部件主要有斷路器、隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)、操作機(jī)構(gòu)、互感器以及各種保護(hù)裝置等組成。主要適用于發(fā)電廠、變電站、石油化工、冶金軋鋼、輕工紡織、廠礦企業(yè)和住宅小區(qū)、高層建筑等各種不同場合。

1.高壓開關(guān)柜的分類

（1）按斷路器安裝方式分類

分為移開式（手車式）和固定式兩類。

① 移開式或手車式（用Y表示）：表示柜內(nèi)的主要電氣元件（如斷路器）是安裝在可抽出手車上的，由于手車柜有很好的互換性，因此可以大大提高供電的可靠性，常用的手車類型有：隔離手車、計(jì)量手車、斷路器手車、PT手車、電容器手車和所用變手車等，如KYN28A-12。

② 固定式（用G表示）：表示柜內(nèi)所有的電器元件（如斷路器或負(fù)荷開關(guān)等）均為固定式安裝的，固定式開關(guān)柜較為簡單經(jīng)濟(jì)，如XGN2-10、GG-1A等。

（2）按柜體結(jié)構(gòu)分類

可分為金屬封閉鎧裝式開關(guān)柜、金屬封閉間隔式開關(guān)柜﹑金屬封閉箱式開關(guān)柜和敞開式開關(guān)柜四大類。

① 金屬封閉鎧裝式開關(guān)柜（用字母K），主要組成部件（如斷路器、互感器、母線等）分別裝在接地的用金屬隔板隔開的隔室中的金屬封閉開關(guān)設(shè)備。如KYN28A-12型高壓開關(guān)柜。

② 金屬封閉間隔式開關(guān)柜（用字母J來表示）與鎧裝式金屬封閉開關(guān)設(shè)備相似，其主要電氣元件也分別裝于單獨(dú)的隔室內(nèi)，但具有一個或多個符合一定防護(hù)等級的非金屬隔板，如JYN2-12型高壓開關(guān)柜。

③ 金屬封閉箱式開關(guān)柜（用字母X來表示）開關(guān)柜外殼為金屬封閉式的開關(guān)設(shè)備，如XGN2-12型高壓開關(guān)柜。

④ 敞開式開關(guān)柜，無保護(hù)等級要求，外殼有部分是敞開的開關(guān)設(shè)備，如GG-1A（F）型高壓開關(guān)柜。

2.高壓開關(guān)柜結(jié)構(gòu)

（1）固定式高壓開關(guān)柜

XGN系列為固定式高壓開關(guān)柜，其斷路器固定安裝在柜內(nèi)。以XGN2-12型為例，如圖2-29所示，該高壓開關(guān)柜的柜體為角鋼或彎板焊接骨架結(jié)構(gòu)，柜內(nèi)分為斷路器室、母線室和繼電器室，室與室之間用鋼板隔開。母線室位于柜體后上部，母線呈品字形排列；斷路器室位于柜體下部，斷路器操動機(jī)構(gòu)裝在柜體正面左邊位置，其上方為隔離開關(guān)的操動及聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)。電纜室位于柜體的后下部；繼電器室位于柜體的前上部；室內(nèi)安裝板可安裝各種繼電器等，室內(nèi)有端子排支架，安裝指示儀表、信號元件等二次元件，頂部還可布置二次小母線。XGN2-12型開關(guān)柜為雙面維護(hù)，從前面可監(jiān)視斷路器和儀表，操作斷路器和隔離開關(guān)，從后面可尋找電纜故障，檢修維護(hù)電纜頭等，其型號含義為：X——箱式開關(guān)設(shè)備；G——固定式；N——戶內(nèi)裝置；2——設(shè)計(jì)序號；12——額定電壓（kV）。

（2）手車式高壓開關(guān)柜

手車式高壓開關(guān)柜由固定的柜體和可移開的手車組成，柜體常分為母線室、斷路器室、電纜室和繼電器儀表室4個部分；手車有斷路器手車、電壓互感器避雷器手車、電容器手車、隔離開關(guān)手車。KYN28A-12是國內(nèi)目前比較常見的一種手車式高壓開關(guān)柜，如圖2-30所示。

① 外殼和隔板。開關(guān)柜的外殼和隔板由優(yōu)質(zhì)鋼板制成，具有很強(qiáng)的抗氧化、耐腐蝕功能，且剛度和機(jī)械強(qiáng)度比普通低碳鋼板高。三個高壓室的頂部都裝有泄壓裝置。出現(xiàn)內(nèi)部故障時，高壓室內(nèi)氣壓升高，由于柜門已可靠密封，高壓氣體將通過泄壓裝置泄壓。隔板將斷路器手車室和電纜室隔開，即使斷路器手車移開（此時活門會自動關(guān)閉），也能防止操作者觸及母線室和電纜室內(nèi)的帶電部分。卸下緊固螺栓就可移開水平隔板，便于電纜密封終端的安裝。

② 斷路器手車室。斷路器手車裝在有導(dǎo)軌的斷路器手車室內(nèi)，可在運(yùn)行、試驗(yàn)/隔離兩個不同位置之間移動。當(dāng)手車從運(yùn)行位置向試驗(yàn)/隔離位置移動時，活門會自動蓋住靜觸頭，手車反向運(yùn)行則打開。手車能在開關(guān)柜門關(guān)閉的情況下操作，通過門上的觀察窗可以看到手車的位置、手車上的ON（斷路器合閘）/OFF（斷路器分閘）按鈕、合分閘狀態(tài)指示器和儲能/釋放狀況指示器。

③ 母線室。母線從一個開關(guān)柜引至另一個開關(guān)柜，通過分支母線和套管固定。矩形的分支母線直接用螺栓連接到主母線上，不需任何連接夾。所有母線和分支母線都用熱縮套管覆蓋。套管板和套管將柜與柜之間的母線隔離起來，并有支撐作用。對電動應(yīng)力大的開關(guān)柜，一般需要這種支持。

④ 電纜室。電流互感器和接地開關(guān)裝在電纜室后部。電纜室內(nèi)也可安裝避雷器。當(dāng)電纜室門打開后，有足夠的空間供施工人員進(jìn)入柜內(nèi)安裝電纜（最多可并接6根）。蓋在電纜入口處的底板可采用非導(dǎo)磁的不銹鋼板，是開縫的，可拆卸的，便于現(xiàn)場施工。底板中穿越一、二次電纜的變徑密封圈開孔應(yīng)與所裝電纜相適應(yīng)，以防小動物進(jìn)入。

⑤ 繼電器儀表室。開關(guān)柜的二次元件裝在低壓室內(nèi)及門上?？刂凭€線槽空間寬裕，并有蓋板，左側(cè)線槽用來引入和引出柜間連線，右側(cè)線槽用來敷設(shè)開關(guān)柜內(nèi)部連線。低壓室側(cè)板上有控制線穿越孔，以便控制電源的連接。

3.高壓開關(guān)柜五防要求

① 防止誤分、合斷路器。即只有操作擼令與操作設(shè)備對應(yīng)才能對被操作設(shè)備操作。

② 防止帶負(fù)荷分、合隔離開關(guān)。即斷路器、負(fù)荷開關(guān)、接觸器在合閘狀態(tài)時不能操作隔離開關(guān)。

③ 防止帶電掛（合）接地線（接地開關(guān)）。即只有在斷路器分閘狀態(tài)，才能掛接地線或合上接地開關(guān)。

④ 防止帶接地線送電。即防止帶接地線（接地開關(guān)）合斷路器（隔離開關(guān)）。

⑤ 防止誤入帶電隔室。即只有隔室不帶電時，才能開門進(jìn)入隔室。