任務二　高壓電氣設備的運行與維護

【任務概述】

電力系統中擔負輸送、變換和分配電能任務的電路稱為一次電路，一次電路中所有的電氣設備稱為一次設備。高壓一次設備主要包括電力變壓器、高壓熔斷器、高壓隔離開關、高壓負荷開關、高壓斷路器、電壓和電流互感器等。本次任務學習和掌握高壓電氣一次設備的結構和功能，學會使用和維護電氣一次設備，為從事供配電系統運行、維護和設計工作打下基礎。

【相關知識】

一、電弧的產生及滅弧的方法

1.電弧及其危害

當開關通斷時，只要動、靜觸點之間的電壓不小于10～20V，它們行將接觸或者開始分斷時就會在間隙內產生放電現象。如果電流小，就會發生火花放電；如果電流大于80～100mA，就會發生弧光放電，即電弧。

開關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，陰極表面立即出現高溫熾熱點，產生熱電子發射；同時，觸頭的間隙很小，使得電壓強度很高，產生強電場發射。從陰極表面逸出的電子在強電場的作用下，加速向陽極運動，發生碰撞游離，導致觸頭間隙中帶電粒子急劇增加，溫度驟然升高，產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。

電弧是電氣設備運行中經常發生的一種物理現象，其特點是光亮很強和溫度很高。電弧對供配電系統的威脅極大，主要表現在以下幾個方面。

① 電弧延長了開關電器切斷電路的時間。如果電弧是短路電流產生的，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 電弧產生的高溫可燒壞觸點，燒毀電氣設備及導線、電纜，還可能引起弧光短路，甚至引起火災和爆炸事故。

③ 強烈的弧光可能損傷人的視力。

因此，在供配電系統中，各種開關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

開關電器在分斷電流時之所以會產生電弧，其根本原因是觸點本身和觸頭周圍的介質中含有大量可被游離的電子。要使電弧熄滅，就必須使觸點中的去游離率大于游離率，即離子消失的速率大于離子產生的速率。

根據去游離理論，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，使觸點間的電場強度驟降，使帶電質子的復合速度加快，從而加速電弧的熄滅。這種滅弧方法是開關電器中普遍采用的最基本的滅弧方法，如高壓開關中裝的速斷彈簧。

② 冷卻滅弧法：降低電弧的溫度，可使電弧的電場減弱，導致帶電質子的復合增強，有助于電弧的熄滅。這種滅弧方法在開關電器中的應用比較普遍。

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的短弧，以提高電弧電壓，使觸點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，同時電弧在狹縫中燃燒產生氣體，使內部壓力增大，去游離作用加強，有利于電弧的熄滅。如在熔斷器的熔管內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：由于真空具有較強的絕緣強度，不存在氣體游離的問題，因此處于真空中的觸點間的電弧在電流過零時就能立即熄滅而不致復燃。真空斷路器就是利用真空滅弧法。

⑦ 六氟化硫滅弧法：六氟化硫具有優良的絕緣性能和滅弧性能，其絕緣強度為空氣的3倍，介質恢復速度是空氣的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中最重要的控制和保護電器。無論被控電路處在何種工作狀態，例如空載、負載或短路故障狀態，高壓斷路器都應可靠地動作。高壓斷路器在電網中起的作用有2個：一是控制作用，根據電網運行的需要，將一部分電力設備或線路投入或退出運行；二是保護作用，即在電力設備或線路發生故障時，通過繼電保護裝置使斷路器跳閘，將故障部分從電網中迅速切除，保證電網無故障部分的正常運行。

2.高壓斷路器的類型

高壓斷路器可分為戶外和戶內兩種，根據斷路器采用的滅弧介質不同，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，現已被淘汰；少油斷路器用油少、體積小，爆炸時火災小，曾經應用很廣，但目前基本上不再生產少油斷路器。

目前供配電技術中應用最多的是SF6斷路器和真空斷路器，其高壓斷路器產品實物如圖2-5所示。

3.高壓斷路器的主要參數

（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。額定電流指在規定的環境溫度下，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參數。

（4）動穩定電流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）熱穩定電流Ir。表明高壓斷路器承受短路電流熱效應的能力。

（6）開斷時間tkd。從操作機構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真空斷路器，設計序號為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、維護工作量小等突出的優點，目前已廣泛應用在3～10kV電壓等級的戶內配電裝置中。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、操作機構、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，通常要求它具有導電好、耐弧性好、導熱性好、機械強度高和加工方便等特點，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、靜導電桿上，用波紋管實現密封。動觸頭位于滅弧室的下部，在機構驅動力的作用下，能在滅弧室內沿軸向移動，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壁上，降低外殼的絕緣強度。

波紋管能保證動觸頭在一定行程范圍內運動時，不破壞滅弧室的密封狀態。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，波紋管便產生一次機械變形，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，其金屬的疲勞強度決定了真空滅弧室的機械壽命。

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，具有極強的電負性（吸附自由電子的能力），是一種優良的滅弧介質和絕緣介質。這種斷路器的外形尺寸小，占地面積少，開斷能力強，運行期內基本無需維修。

SF6斷路器在結構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。罐式的特點是設備重心低，結構穩固、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，系列化產品少，所以它的應用范圍受到限制。

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同時運動，將壓氣缸內的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，實現縱吹而將電弧熄滅，如圖2-9（b）所示。目前在110kV及以上的電力系統中廣泛使用這種滅弧裝置。

7.高壓斷路器的操作機構

高壓斷路器的工作過程中分、合閘動作是由操作系統來完成的。操作系統由相互聯系的操作機構和傳動機構組成，后者常歸入高壓斷路器的組成部分。操作機構的工作性能和質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 操作機構的作用。操作機構的主要任務是將其他形式的能量轉換成機械能，使高壓斷路器準確地進行分、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、復位、閉鎖等功能。

② 操作機構的分類。高壓斷路器的操作機構種類很多，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 操作機構的型號。一種操作機構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構，由于操作機構與高壓斷路器之間的多配性，為方便起見，操動機構有自己獨立的型號。

操作機構的型號及含義如圖2-10所示。

例如：CD2為電磁式操作機構，設計序號為2；CY3為液壓式操作機構，設計序號為3。CT19為彈簧式操作機構，設計序號為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

高壓隔離開關的作用主要用于隔離電源、倒閘操作、拉合小電流電路。高壓隔離開關的結構特點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，能充分保障其他設備和線路在檢修時工作人員的人身和設備的安全。但是高壓隔離開關沒有專門的滅弧裝置，因此它不允許帶負荷操作，為此，在高壓隔離開關之前，必須先檢查與之串聯的斷路器，應確實在斷開位置。也就是說，高壓隔離開關的操作必須遵守“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。

高壓隔離開關按安裝地點來分可分為戶內式和戶外式；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；按刀閘運動方式來可分為水平旋轉式、垂直旋轉式和插入式。

高壓隔離開關的型號及含義如圖2-12所示。

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

如圖2-13所示為高壓隔離開關產品實物圖。

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

如圖2-13（b）所示的GW5系列高壓隔離開關由3個單極組成，每極主要由底架、支柱絕緣子、左右觸點、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、右觸點安裝在支柱絕緣子上部，由軸承座的轉動帶動支柱絕緣子同步轉動，實現2個觸點的斷開和閉合，3個單極由連動拉桿實現三極聯動。

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

四、高壓熔斷器

高壓熔斷器是用來防止高壓電氣設備發生短路和長期過載的保護元件，是一種結構簡單，應用范圍最廣泛的保護電器。一般由熔管、金屬熔體、滅弧裝置、靜觸座等構成。

在供配電系統中，對容量小而且不太重要的負載，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。高壓熔斷器按使用場所的不同可分為戶內式和戶外式兩大類，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交流電力線路及設備的過負荷及短路保護，也可起高壓隔離開關的作用，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。

戶外跌落式高壓熔斷器的結構特點是熔斷器熔管內襯以消弧管，熔絲在過負荷或短路時，熔斷器依靠電弧燃燒使產氣管分解產生氣體來熄滅電弧。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斷間隙，所以也可以作為高壓隔離開關使用。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，滅弧速度不快，不能在短路電流到達沖擊值前熄滅電弧，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、變壓器的過負載和短路保護以及用于隔離電源，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品。

如圖2-14（c）所示為PN型戶內高壓熔斷器，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備的短路保護；PN2型則只能用作電壓互感器的短路保護，其額定電流僅有0.5A一種規格。PN型戶內高壓熔斷器的熔體中焊有低熔點的小錫球，當過負荷時，錫球受熱熔化而包圍銅熔絲，銅錫合金的熔點較銅低，使銅絲在較低的溫度下熔斷，稱為“冶金效應”。

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

五、高壓負荷開關

高壓負荷開關是一種功能介于高壓斷路器和高壓隔離開關之間的電器，常用于35kV以下配電系統中，用于接通或斷開負荷電流。高壓負荷開關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荷電流，但是它不能斷開短路電流，所以一般情況下，高壓負荷開關與高壓熔斷器串聯使用，由熔斷器來進行短路保護。

高壓負荷開關按使用場所分類，可分為戶內式和戶外式；按滅弧方式分類，可分為油浸式、產氣式、壓氣式、真空式和六氟化硫負荷開關。

高壓負荷開關的型號及含義如圖2-15所示。

如圖2-16所示為不同型號高壓負荷開關產品實物圖。

FN12-12D/630-20戶內高壓負荷開關的結構示意圖如圖2-17所示。

高壓負荷開關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，它們是供配電系統中測量和保護用的重要設備。電壓互感器是將系統的一次側的高電壓改變為二次側標準的低電壓100V；電流互感器是將高壓一次系統中的電流和低壓系統的大電流改變為二次側標準的低電壓小電流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電網相并聯，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。

1.電壓互感器

電壓互感器是一種把高壓變為低壓并在相位上與原來保持一定關系的儀器。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準值100V。

如圖2-19所示為部分電壓互感器產品實物圖。

（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，是利用電磁感應原理工作的，運行時相當于一臺降壓變壓器。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，低壓繞組與測量儀表并聯。由于電壓線圈的內阻抗很大，通過的電流極小，近似工作在開路狀態，所以電壓互感器運行時，相當于一臺空載運行的變壓器，二次側繞組不允許短路！若二次側發生短路，將會產生很大的短路電流，損壞電壓互感器。為避免二次繞組出故障，一般在二次側出口處安裝熔斷器或自動空氣開關，用于過載和短路保護。

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

供配電技術中，通常需要測量供電線路的線電壓、相電壓及發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。當需要測量某一相對地電壓或相間電壓時可采用此方案。實用中這種接線方案應用得較少。

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用于變配電所20kV以上中性點不接地或經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。而且當連接的負載不平衡時，測量誤差較大。因此儀表和繼電器的兩個電壓線圈應接Uab、Ubc兩個線電壓，以盡量使負載平衡，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成YN-yn連接形式，廣泛應用于3～220kV系統中，其二次繞組用于測量線電壓和相電壓。在中性點不接地或經消弧線圈的裝置中，這種方案只用來監視電網對地絕緣狀況，或接入對電壓互感器準確度要求不高的電壓表、頻率表等測量儀器。由于正常狀態下此種方案中的電壓互感器的原繞組經常處于相電壓下，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，當某一相接地時，開口兩端將出現近100V的零序電壓，使電壓繼電器動作，發出信號，故起電網的絕緣監視作用。

必須指出，不能用三相三柱式電壓互感器做這種測量。當系統發生單相接地短路時，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備。而在三相五柱式電壓互感器中，零序磁通可通過兩側的鐵芯構成回路，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的大電流變為標準5A小電流，并在相位上與原來保持一定關系的儀器。如圖2-23所示為部分電流互感器產品實物圖。

電流互感器的結構特點是：一次繞組匝數很少，二次繞組匝數很多。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比將系統的大電流變為小電流，以供二次系統測量和保護使用。

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電流的測量值乘以變比所得的值KiI2與實際一次電流值I1之差，與I1的之比的百分數。

fi=×100%　　（2-5）

而相位誤差為負二次電流相量-與一次電流相量之間的夾角δi。

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

（3）電流互感器的工作特點及注意事項

電流互感器一次側電流取決于一次側所串聯的電網電流，二次側繞組與儀表、繼電器等電流線圈相串聯，形成二次側閉合回路。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。

電流互感器運行中，二次側繞組不允許開路！倘若電流互感器二次側發生開路，一次側電流將全部用于勵磁，使互感器鐵芯嚴重飽和。交變的磁通在二次線圈上將感應出很高的電壓，其峰值可達幾千伏甚至上萬伏，這么高的電壓作用于二次線圈及二次回路上，將嚴重威脅人身安全和設備安全，甚至會使線圈絕緣過熱而燒壞，保護設施很可能因無電流而不能正確反映故障，對于差動保護和零序電流保護則可能因開路時產生不平衡電流而誤動作。所以《安全運行規定》中規定，電流互感器在運行中嚴禁開路。為避免這類故障發生，一般在電流互感器的二次側出口處安裝一個開關，當二次側回路檢修或需要開路時，把開關首先閉合。

為防止絕緣損壞時高壓竄入二次側，危及人身和設備安全，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，以監視三相的運行情況，通常用于三相對稱電路中，例如三相電動機負載電路。

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。如果通過公共導線，還可以測量第三相的電流。由圖可見，通過公共導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電廠、變電所6～10kV饋線回路中，測量和監視三相系統的運行情況。

如圖2-25（c）所示為兩相電流差接線。一般用于保護回路中。

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三相不對稱的電路電流，以監視三相電路的運行情況。

（5）電流互感器的類型和型號

電流互感器的類型很多，按安裝地點來分有戶內式和戶外式。按一次繞組的匝數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用兩大類，兩者準確度等級不同：標準儀表為0.2級，計量儀表為0.5級，一般測量為1～5級；保護用的電流互感器為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體。通常是指發電機、變壓器和配電裝置等大電流回路的導體，也泛指用于各種電氣設備連接的導線。

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的弛度，工作時會產生橫向擺動，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體，用支柱絕緣子固定，多數只作橫向約束，而沿縱向則可以伸縮，主要承受彎曲和剪切應力，硬母線的相間距離小，廣泛用于戶內、外配電裝置。

母線的材料有銅、鋁和鋼3種。銅的電阻率很低、機械強度高、防腐性能好，便于連接，是優良的導電材料，但我國的產量低、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。鋁的導電率僅次于銅，且質輕、價廉、產量高，總的來說用鋁母線比用銅母線經濟。因此，目前常用于戶內、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。選擇母線形狀時應力求使集膚效應系數小、散熱好、機械強度高和安裝簡便。容量不大的工廠變電所多采用矩形截面的母線。

母線的排列方式應考慮散熱條件好、且短路電流通過時具有一定的熱、動穩定性。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，電力系統統一規定：交流母線A、B、C三相按黃、綠、紅標示，接地的中性線用紫色，不接地的中性線用藍色，這樣可十分方便地識別各相的母線。

2.架空導線

架空導線是構成工廠供配電網絡的主要元件，在戶外配置中也常采用架空導線作母線，又稱為軟母線，如圖2-27所示。

通常架空導線選用裸導線，按其結構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；在機械強度要求較高的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，當擋距較大、電桿較高時，宜采用鋼芯鋁絞線。沿海地區及有腐蝕性介質的場所，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

電力電纜的基本結構主要由線芯、絕緣層、屏蔽層和保護層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。屏蔽層是消除導體表面的不光滑所引起的導體表面電場強度的增加，使絕緣層和電纜導體有較好的接觸。保護層用來保護絕緣層，使其密封并具有一定的強度，以承受電纜在運輸和敷設時所受的機械力，也可防止潮氣侵入。

高壓電纜線路，在一般環境和場所，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。埋地敷設的電纜，應采用有外保護層的鎧裝電纜；但在無機械損傷可能的場所，采用鋼絲鎧裝電纜即可。敷設在電纜溝、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系統中應采用四芯或五芯電纜。

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

八、高壓開關柜

高壓開關柜的主要作用是在電力系統進行發電、輸電、配電和電能轉換的過程中，進行開合、控制和保護用電設備。高壓開關柜內的部件主要有斷路器、隔離開關、負荷開關、操作機構、互感器以及各種保護裝置等組成。主要適用于發電廠、變電站、石油化工、冶金軋鋼、輕工紡織、廠礦企業和住宅小區、高層建筑等各種不同場合。

1.高壓開關柜的分類

（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）：表示柜內所有的電器元件（如斷路器或負荷開關等）均為固定式安裝的，固定式開關柜較為簡單經濟，如XGN2-10、GG-1A等。

（2）按柜體結構分類

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

① 金屬封閉鎧裝式開關柜（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設備。如KYN28A-12型高壓開關柜。

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

③ 金屬封閉箱式開關柜（用字母X來表示）開關柜外殼為金屬封閉式的開關設備，如XGN2-12型高壓開關柜。

④ 敞開式開關柜，無保護等級要求，外殼有部分是敞開的開關設備，如GG-1A（F）型高壓開關柜。

2.高壓開關柜結構

（1）固定式高壓開關柜

XGN系列為固定式高壓開關柜，其斷路器固定安裝在柜內。以XGN2-12型為例，如圖2-29所示，該高壓開關柜的柜體為角鋼或彎板焊接骨架結構，柜內分為斷路器室、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，斷路器操動機構裝在柜體正面左邊位置，其上方為隔離開關的操動及聯鎖機構。電纜室位于柜體的后下部；繼電器室位于柜體的前上部；室內安裝板可安裝各種繼電器等，室內有端子排支架，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型開關柜為雙面維護，從前面可監視斷路器和儀表，操作斷路器和隔離開關，從后面可尋找電纜故障，檢修維護電纜頭等，其型號含義為：X——箱式開關設備；G——固定式；N——戶內裝置；2——設計序號；12——額定電壓（kV）。

（2）手車式高壓開關柜

手車式高壓開關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、隔離開關手車。KYN28A-12是國內目前比較常見的一種手車式高壓開關柜，如圖2-30所示。

① 外殼和隔板。開關柜的外殼和隔板由優質鋼板制成，具有很強的抗氧化、耐腐蝕功能，且剛度和機械強度比普通低碳鋼板高。三個高壓室的頂部都裝有泄壓裝置。出現內部故障時，高壓室內氣壓升高，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（此時活門會自動關閉），也能防止操作者觸及母線室和電纜室內的帶電部分。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軌的斷路器手車室內，可在運行、試驗/隔離兩個不同位置之間移動。當手車從運行位置向試驗/隔離位置移動時，活門會自動蓋住靜觸頭，手車反向運行則打開。手車能在開關柜門關閉的情況下操作，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、合分閘狀態指示器和儲能/釋放狀況指示器。

③ 母線室。母線從一個開關柜引至另一個開關柜，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。對電動應力大的開關柜，一般需要這種支持。

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

⑤ 繼電器儀表室。開關柜的二次元件裝在低壓室內及門上。控制線線槽空間寬裕，并有蓋板，左側線槽用來引入和引出柜間連線，右側線槽用來敷設開關柜內部連線。低壓室側板上有控制線穿越孔，以便控制電源的連接。

3.高壓開關柜五防要求

① 防止誤分、合斷路器。即只有操作擼令與操作設備對應才能對被操作設備操作。

② 防止帶負荷分、合隔離開關。即斷路器、負荷開關、接觸器在合閘狀態時不能操作隔離開關。

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

④ 防止帶接地線送電。即防止帶接地線（接地開關）合斷路器（隔離開關）。

⑤ 防止誤入帶電隔室。即只有隔室不帶電時，才能開門進入隔室。