发电厂及变电站电气设备第4章

第章电气设备及载流导体4教学要求掌握高、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；掌握互感器的作用、结构、接线方式及准确度等级；掌握母线、电缆、绝缘子、限流电器的工作原理、结构及应用高压开关电器

4.1概述

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1.1在电力系统的各类电力装置中，主要电力元件如发电机、变压器、线路、母线等，在改变运行方式或停电检修时，需要进行正常的投入与切出；在出现故障时则须迅速分断短路电流，切除故障电路，以保证系统或装置的其他部分的正常工作这种直接用于正常投切和故障切除电路的电气一次设备称为开关电器开关电器的分类有以下三种方式

1.按电压高低分类开关电器按使用电压的高低分为高压开关电器和低压开关电器两类，后者用于Ikv及以下电力网络中

2.按安装场所分类开关电器按安装场所分为户内式和户外式两类，其中低压开关电器除少数例外，多为户内式;llOkV及以上的开关电器主要是户外式

3.按功能分类根据开关电器在开断和关合电路中所担负的任务的不同，分为以下几类断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器将高压负荷开关和熔断器装配在一起的组合式开关电器，具有类似高压断路器的功能，在某些电路中可代替断路器使用高压断路器

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1.

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1.

2.1高压断路器的用途高压断路器是高压电器中最重要的部分，是电力系统一次设备中控制和保护的关键电器，受它控制和保护的电路，无论在空载、负载或短路故障状态，都应可靠地动作总的来讲，高压断路器在电网中起两方面的作用一是控制作用，即根据电网运行的需要，将部分电气设备或线路投入或退出运行；二是保护作用，即在电气设备或电力线路发生故障时，继电保护自动装置发出跳闸信号，启动断路器，将故障部分设备或线路从电网中迅速切除，确保电网中无故障部分的正常运行

4.高压断路器的基本要求由于断路器在电路中担负特别重要的任务，必须满足以下基本耍求

1.工作可靠断路器应能在规定的运行条件下长期可靠地工作，并能在正常和故障情况下准确无误地完成关合和开断电路和的指令，其拒动或误动都将造成严重的后果

2.具有足够的开断能力断路器的开断能力是指能够安全切断最大短路电流的能力，它主要决定于断路器的灭弧性能，并保证具有足够的热稳定和动稳定开断能力的不足可能发生触头跳开后高压熔断器熔断器是最简单和最早使用的一种保护电器，它串联在电路中，当电路发生短路或过载时，熔断器自动断开电路，使其他电气设备得到保护与现代受电保护控制的断路器相比较，熔断器保护显得较为原始和简陋，如每次熔断后须停电更换熔件才能再次使用；且其保护特性不够稳定，常使动作的选择性配梧发生困难但它直接动作，无需断电保护和二次回路相配合；本身结构简单、体积小、布置紧凑、使用维护简便

4.L

4.1基本知识

5.基本构成和工作原理熔断器主要由金属熔件（又称熔体）、支持熔件的触头、灭弧装置和绝缘底座等四部分构成其中决定其工作特性的主要是熔体和灭弧装置熔断器串联在电路中，正常工作时，熔件载流不大于其额定电流，熔断器应长期安全地工作而不发生误熔断现象当电路发生短路或过载时，熔件被加热，在被保护设备的温度未达到破坏其绝缘之前熔断，使电路断开，设备得到保护熔断器的工作过程由以下四个阶段组成

（1）熔断器的熔件因过载和短路而加热到熔化温度；

（2）熔件的熔化和气化；

（3）触头之间的间隙击穿，产生电弧；

（4）电弧熄灭，电路被断开根据以上工作过程，熔件应满足以下几方面的要求

（1）有良好和稳定的导电性能，能长期安全地通过允许电流而不发生误熔断

（2）有较低的熔点熔点高不仅使正常工作温度偏高，对触头、金属材料和绝缘材料均不利，而且延长了加热熔化的时间，不利于熔断器的快速动作

（3）有利于灭弧熔体截面越大，熔点越低和电弧越强烈，产生的金属蒸气就越多，灭弧就越困难

6.熔件材料常用的熔件材料有铅锡合金、铅、锌、铜和银等铅锡合金、铅和锌的熔点较低，分别为20CTC、327°C和42CTC,但电阻率都较大，故熔件的截面较大（尤其是额定电流大时），产生的金属蒸气多，不利于灭弧故这类材料的熔体只用于500V及以下的低压熔断器锌与其他两种相比较虽熔点较高，但它在空气中不易氧化，因而保护特性较稳定熔件的氧化将使有效截面逐渐减小，电阻增大，以改变熔体的保护特性铜的导电、导热性能良好，用它作成的熔体截面小，在电弧作用下的金属蒸气小，有利于提高熔断器的切断能力但铜的熔点高达108（TC而未熔化，这对触头系统和其他部件都非常不利，可利用“治金效应”加以解决，即在熔体某点（通常在熔体中段）的表面上焊上小锡（或铅）球，当铜熔体温度升高时，小球中的锡（铅）熔化而渗入固体铜内部，形成铜锡（铅）合金其内阻增大，发热加剧，而熔点降低，使锡球处在较低的温度下熔断，继而产生电弧使铜熔体在电弧的高温下熔化和气化此外，铜在空气中特别在高温下较易氧化，可采用镀银的办法解决经过以上处理，铜便成为较理想的熔体材料，广泛地应用于高压和低压熔断器如果熔断器中只有熔体的熔断而无可靠的灭弧，则不仅不能切断故障电流，而且势必引起事故的扩大，熔断器的灭弧是由专门的灭弧装置一一装有熔体的熔管来完成的但各类熔断器的灭弧方法大不相同，这是构成不同类型熔断器的主要因素

7.熔断器的分类按熔断器的安装地点可分为户内式和户外式；按使用电压的高低熔断和低压熔断器；按灭弧方法及主要由其所决定的结构特点的不同分为瓷插式、封闭产气式、封闭填料式和产气纵吹式等；按限流特性分为限流式和非限流式若故障电路中的熔断器在开断过程中通过的最大短路电流值比无熔断器时有明显的减小，则为限流熔断器反之，如果熔断器在开断过程中对通过的电流值无明显的影响，则为非限流式任何熔断器在熔体熔断以前包括加热到液化过程都不能限流，但从熔体熔断并发弧时起，限流熔断器由于弧隙中强烈的去游离，因而抑制了短路电流中的非周期性分量，使短路电流明显减小此外，强烈的去游离可使电弧电流迅速降低至很小数值，形成明显的截波现象，如图4-17所示如果短路电流值较大，使熔断点发生在电流第一次过顶值以前，则显然对周期性分量也起限制作用图中从电压曲线可见限流熔断器在熔断时刻，伴随电流截波的同时将出现过电压现象图4-17限流熔断器开断短路电流时的波形图非限流熔断器弧隙不呈现大电阻性，不影响短路电学期工作总结充中的直流分量的出现；其交流分量电弧要等到第一次或第几次过零时才熄灭几乎不发生过电压现象

8.熔断器的技术参数

（1）熔断器的额定电压它既是绝缘所允许的电压等级，又是熔断器允许的灭弧电压等级对于限流式熔断器，不允许降低电压等级使用，以免出现过大的过电压

（2）熔断器的额定电流它指一般环境温度（不超过40℃）下熔断器壳体的载流部分和接触部分允许通过的最大持续电流有效值

（3）熔体额定电流它允许长期通过熔体不致发生熔断的最大有效值电流该电流可小于或等于熔断器的额定电流，但不能超过

（4）熔断器的开断电流熔断器允许切断的最大有效值电流，由熔断器的灭弧能力决定

9.熔断器的保护特性熔断器的熔断时间t由ti、t

2、t3三个时段组成，即t=ti+t+t,如图4-17所示，ti为熔体升温、液23化直至气化开始的时间，称为熔化时间，t1可长可短，长至无穷大，短至几个ms,主;要决于熔体额定电流及通过电流的大小t2是从熔体气化至产牛.电弧所需的时间，t2很短,搬在1ms以下，且与电流的大小关系不大t3是燃弧时间，它与灭弧装置及电流大小有关，对限流熔断器为几个ms,对非限流熔断器可能延续几十个ms对于一定的熔断器和熔体，t主要决定于通过电流的大小，即t=f（I）称为熔断器的安秒特性,也即熔断器的保护特性熔断时间t与通过熔断器使熔体熔化的电流之间的关系曲线称为熔断器的保护特性曲线，也称为安秒特性曲线，如图4-18所示图中所示为额定电流不同的两个熔体

1、2的保护特性曲线，1口、1彤是熔体的最小熔化电流，其对应的熔断时间为无限长，若流过熔体的电流稍小于玲、1彤时，熔体不会熔断，但熔体的温度将接近于其熔化温度熔体1的额定电流小于熔体2的额定电流，熔体1的截面也小于熔体2的同一电流通过不同额定电流的熔体时，额定电流小的熔体先熔断图4T8熔断器的保护特性曲线熔断器的保护特性曲线是选择熔断器的重要依据例如，当电网中有几级熔断器串联，分别保护各电路中元件，当某元件发生短路或过载时，保护该元件的熔断器应该熔断，即为选择性熔断；如果保护该元件的熔断器不熔断，而上一级熔断器熔断，即为非选择性熔断当发生非选择性熔断时，将扩大停电范围，造成不应有的损失熔断器的保护特性曲线还与一些其他因素有关，诸如熔体的氧化、熔体两端的接触联接状况、散热条件、制造偏差（熔体的材料成份和尺寸偏差）等这些因素造成保护特的不稳定，即对一定的短路电流，可能造成熔体的过早或过迟熔断，从而使熔断器保护的选择性动作发生困难10L

4.2高压熔断器的结构

1.户内高压熔断器目前常见的户内高压熔断器有RM、RN

2、RN

3、RN

5、和RN6等型，用于6〜35kV的户内配电装置中.它们均为填充石英砂的限流型熔断器.其中RN】、RN3和RNs型用于交流电力线路及配电变压器的过载及短路保护；RN2与RN6型只用于电压互感器的保护，其额定电流只有

0.5A一种RM型熔断器由熔管、接触座、支柱绝缘子和底座组成，如图4T9所示其主要部件熔件管的结构如图4-20所示，它由熔管、端盖、顶盖、熔体和石英砂等组成，具有较高的机械强度和耐热性能熔管是灭弧装置的主要组成部分，又起支持和保护熔体的作用端盖由铜制成，熔体通过端盖与接触座接触组成导电回路顶盖由黄铜制成，用以封闭瓷管熔管内部的石英砂形成大量细小的固有体介质狭缝狭沟，对电弧起分割、冷却和表面吸附（带电粒子）的作用，同时缝隙内骤增的气体压力也对电弧起强烈的去游离作用，致使电弧呈截波式地迅速熄灭（见图4-17）图4-19RN,型熔断器的外形图图4-20熔件管的结构示意图额定电流为

7.5A及以下的熔体，由于熔丝很细且长，额定电流10A及以上的熔体较粗些，由

1、2或4根镀银熔丝并联为了限制熔断时的过电压值，连接处焊有小锡球，当流过过电流时，小锡球处和直径小的熔丝先熔断，较粗段后熔，因每段熔丝不长，使击穿电压受到限制，过电压倍数一般不超过（2~

2.5）Ue熔体熔断后由指示熔件弹出，显示出该熔断器已动作RN3型熔断器采用有多个缺口的薄铜片作为熔体，通过电流时熔体各部的温度不同，可保证在正常工作时的触头和其他部件不过热；在过电流时则缺口处先行熔断，从而限制过电压倍数在

2.5倍以下该型熔断器的其他构造和性能则与RNi型基本相同RNs型的熔管与RNi型通用，故它们的保护特性相同但RN5型采用多棱支柱绝缘子，并在外形上作了一些改进，使之体积更小，重量更轻，泄漏距离防污性能也有所改善RM和RN6型熔断器的结构原理分别与RN】和RNs型相同，但熔体只有

0.5A一个规格，系专用于电压互感器保护该熔断器无指示装置，动作后可由电压互感器二次侧的电压表判断

2.户外高压熔断器户外高压熔断器分为跌落式和限流式两类，前者用于输配电线路和电力变压器的过载和短路保护，后类主要用作电压互感器及其他用电设备的过载和短路保护

（1）RW系列跌落式熔断器跌落式熔断器在6~10kV配电变压器上用得很普遍.它们的结构基本相同，由熔管和上、下动静触头及绝缘子等组成图4-21所示为RW3型跌落式熔断器的结构上静触头1和下静触头9分别用螺栓固定在瓷绝缘子11的上下端鸭嘴罩3可绕销轴转动，在弹性金属片的作用下被压向下限位置，它里面有一抵舌（搭钩）3,在闭合时用它来卡住上动触头2并施加接触压力，上动触头2装在熔管5的上端,可绕销轴02转动，它在销轴弹簧的作用下力图示的上限位置一旦熔件熔断，脱开鸭嘴罩内的抵舌3熔管在自身重力的作用下绕转动而跌落图4-21RW3型跌落式熔断器结构原理图熔管5由层卷纸板或环氧玻璃钢制成，两端开口，内壁衬以石棉套防止电弧烧伤熔管，同时石棉具有吸湿性，在电弧高温下蒸发并分解出的氢气、二氧化碳等向管两端喷出，对电弧产生纵吹作用，使其在过零时熄灭熔丝6由熔体

18、套圈和铜绞线15等组成，如图（b）所示有带钮扣［如图（b）］和不带钮扣之分，熔体由特种合金材料制成，具有良好的熔化稳定性，有的确良中部焊有小锡球以降低熔化温度熔丝的尾线采用镀锡的多股紫铜绞线，接线方便，性能可靠，由紫铜套16与熔体联接该熔断器由固定板12安装在支架上，可以分断和关合空载架空线路、空载变压器和小负荷电流，严禁带负荷分合闸分断后具有明显的断开点，故具有隔离开关的作用这种熔断器的断流容量小，熔断时还会从熔管两端喷出火焰及金属残渣，发生响声，但它结构简单，造价低RW八RW,和Rih等型在结构和性能上均与RM%型相似但RW口是防污型，适应于工业污秽和沿海、盐湖地区

（2）RW型限流熔断器图4-22所示为RW-35型限流熔断器，它是用相应的35kVRN系列熔管1装入户外式瓷套管2中，再10用户外棒式支柱绝缘子4在中部作T形支持而成其运行保护特性与相应RN系列相同额定电流为

0.5A的用于电压互感器保护；额定电流为2~10A的用于线路或电力变压器的过载与短路保护与跌落式熔断器相比较，该型具有分断能力大、限流能力强、运行可靠性高等优点布置上取水平或垂直安装均宜图4-22RW『35型限流熔断器结构原理图高压负荷开关

4.L

54.

1.

5.1高压负荷开关的用途及类型

1.高压负荷开关的用途高压负荷开关是一种结构比较简单，具有一定开断和关合能力的开关电器它具有灭弧装置和一定的分合闸速度，能开断正常负荷电流和过负荷电流，但不能开断短路电流高压负荷开关在分闸状态有明显可见的断口，可起到隔离开关的作用，但性能又优于隔离开关，是介于隔离开关与断路器之间的一种开关电器高压负荷开关常常与高压熔断器串联合用，前者作为操作电器投切电路的正常负荷电流，而由后者作为保护电器开断电路的短路电流及过载电流在功率不大或不甚主要的配电回路中代替断路器，可以简化配电装置及继电保护，降低设备费用

2.高压负荷开关的类型高压负荷开关按装地点的不同分为户内式和户外式按灭弧方法的不同分为固体产气式、压气式、油浸式、真空式和SF6式等但实际上在35kV以上的高压电路中，高压负荷开关应用很少目前主要用于10kV及以下配电网络中，常用产品型号是户内压气式的FL-

10、FN3TO和户外产气式的FW-10等

54.高压负荷开关的结构

1.户内式负荷开关图4-23所示是FN2-10型负荷开关结构原理图该项开关采用活塞压气灭弧装置，在外形上与一般户内隔离开关相似，主要由框架、绝缘支柱、刀型触头、灭弧装置和传动机构等组成框架1由钢板焊制成传动机构及分闸弹簧16固定在框架内框架上每相固定2件瓷瓶，瓷瓶4仅起支持作用；气缸瓷瓶13为特制件，兼作支持和缸用，与其中的活塞14构成压气装置弧闸刀8和主闸刀7固定在支柱瓷瓶4上，两者在电路上是并联的，其间的弹簧6用于提高弧闸刀的分闸速度主静触头9和弧静触头10固定在气缸瓷瓶13上活塞由主轴15通过曲柄滑块机构推动图4-23FN2To型负荷开关结构图图4-23中开关处于合闸状态分闸时，操动机构未画出脱扣，在分闸弹簧16的作用下,主轴15迅速按顺时方向转动，通过曲柄滑块机构使活塞14向上运动压缩气体，同时又通过传动机构使主闸刀7先于弧闸刀8分闸在弧触头分闸拉出电弧的同时，气缸中的压缩空气经喷嘴11喷出吹灭电弧合闸过程中各部运动方向与上述相反，其弧触头先于主触头闭合承受关合电流的作用分闸弹簧被拉伸储能，开关重新回到图示位置图4-24所示为FN2TO R型负荷开关结构图它是在FN2-10型的基础上加装RM型高压熔断器而成，除用来投、切负荷电流之外，不可以开断短路电流但与继电保护的配合应满足如下要求:为了能使负荷开关在分闸时动、静触头之间有明显的断口而起到隔离开关的作用，负荷开关应垂直安装该型负荷开关配用CS,或CS厂T型手动操动机构后者带有遥控脱扣器图4-24FN2To R型负荷开关结构图

2.户外式负荷开关图4-25所示为FW5-10型户外式负荷开关在结构原理和使用性能上与不带熔断器的户内式负荷开关相似，但有以下一些特点该型开关的弧触头固定于主闸刀的端部，也同样保证与主触头之间先合后分的联动关系开关可与操动机构组成一体安装在户外杆上如图所示，用绝缘棒或绝缘绳拉动操作，亦可配用杆下操动机构；采用固体产气材料管灭弧，即在管内电弧的高温作用下，部分内壁物质分解成氢、水蒸汽、二氧化碳等气体，使管内压力大增，并向管端部喷出，形成纵向吹弧使电弧熄灭该型负荷开关既可开断和关合负荷电流，又可作业隔离开关使用，因采用产气管灭弧，在开断负荷电流时噪音较大，电寿命也较短，但它结构简单、造价低廉、使用维护方便，在农村电网和小型户外变电所使用较为可取图4—25FW5-10户外式负荷开关夕卜形图互感器

4.2互感器包括电压互感器和电流互感器，是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况其

一、二次绕组与系统的连接方式如图4-26所示图4-26互感器与系统连接图互感器的作用是1将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压和小电流，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜，并便于屏内安装2使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全电流互感器

4.

2.1电流互感器的工作特点目前电力系统中广泛采用的是电磁式电流互感器，它的工作原理和变压器相似，是按电磁感应原理工作的电流互感器

一、二次电流之比称为电流互感器的额定变比Kj=/-/，2,近似等于匝数的反比与普通变压器相比，电流互感器有如下特点1一次绕组串联在电路中，并且匝数很少；故一次绕组中的电流完全取决于被测电路的负荷电流，而与二次电流大小无关；2电流互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路的状态卜运行3运行中的电流互感器二次回路不允许开路，否则会在开路的两端产生高电压危及人身安全或使电流互感器发热损坏当二次回路开路时，电流互感器由正常短路工作状态变为开路工作状态，Z2f=8,=0,励磁・•d（D磁势由正常为数甚小的骤增为LN-由于二次绕组感应电势是与磁通的变化率丝成正比的，dt因此二次绕组将在磁通过零时，感应产生很高的尖顶波电势，其值可达数千甚至上万伏，危及工作人员安全和仪表、继电器绝缘由于磁感应强度骤增，会引起铁芯和绕组过热此外，在铁芯中还会产生剩磁，使互感器特性变坏因此，当电流互感器一次绕组通有或可能出现电流时，二次绕组是不允许开路的如果需要接入仪表测试电流或功率，或更换表计及继电器等，应先将电流回路进线一侧短路或就地造成并联支路，确保作业过程中无瞬间开路此外，电流回路不得装设熔断器；联结所用导线或电缆芯线必须是截面不小于

2.5mmz的铜线，以保证必要的机械强度和可靠性为了防止绝缘损坏是高压窜入二次侧，危及人身和设备安全，电流互感器副绕组一端及铁芯必须接地

4.

2.L2电流互感器的误差电流互感器的等值电路及相量图如图4-27所示图中以二次电流为基准，画在第一象限水平轴上，即「初相角为0°,二次电压口较超前处角（二次负荷功率因数角），后超前乙一个二角（二次总阻抗角），铁芯磁通山超前区90°,励磁磁势力乂对上超前〃角（铁芯损耗角）（a）等值电路（b）相量图图4-27电流互感器等值电路及相量图根据磁势平衡原理匕乂+八快二/2（4-1）由式4-27和相量图可看出，由于电流互感器本身存在励磁损耗和磁饱和等影响，使一次电流乙与一2；在数值和相位上都有差异，即测量结果有误差这种误差通常用电流误差和相位误差表示

1.电流误差电流误差为二次电流的测量值乘以额定互感比所得的值KJ,此值与实际一次电流力之差，以后者的百分数表示，即K I_I一Lxl00%（4-2）

2.相位误差相位误差为旋转180°的二次电流相量-2与一次电流相量匕之间的夹角，并规定-心超前于匕时，相位差心为正值；反之为负值电压互感器的误差与二次负载阻抗、一次电流的大小等有关

4.

2.

1.

3.电流互感器的准确度等级和额定容量1电流互感器的准确度等级电流互感器根据测量时误差的大小而划分为不同的准确度等级我国电流互感器准确度等级和误差限值如表4-1所示准确度等级是指在规定的二次负荷范围内，一次电流为额定值时的最大误差表4-1电流互感器准确度等级和误差限值一次电流为额定电误差限值准确度等级二次负荷变化范围流的百分数%电流误差±%相位差土

100.

5200.

2200.3515100—

1200.21010160S

0.

5200.

75450.25-1e2100—

1200.

5301021201201.590100—

12016033.0不规定S50〜

1200.5-1e210101003B不规定%100〃

①-

100.2级用于试验室精密测量；二次侧接有计费电度表的应选用

0.5级互感器1级用于盘式仪表和技术上用的电能表3级以上用于继电保护上对保护级即B级电流互感器的要求与测量级电流互感器有所不同对测量级电流互感器的要求是在正常工作范围内有较高的准确度，而当其通过故障电流时，则希望电流互感器较早饱和，以便保护仪表不受短路电流的损害保护级电流互感器主要是在系统短路时工作，因此在额定一次电流范围内的准确度要求不如测量级高，一般只相当于3〜10级，但对可能出现的短路电流范围内，则要求互感器最大误差限值不超过电流互感器的10%误差曲线就是在保证电流互感器误差不超过-10%的条件下，一次电流的倍数〃与电流互感器允许最大二次负载阻抗Z2/的关系曲线，如图4-28所示图4-2810%误差曲线2电流互感器的额定容量电流互感器的额定容量＞2系指电流互感器在额定二次电流J和额定二次阻抗Z,，2下运行时，二次线圈输出的容量I2=匕乙2由于电流互感器的二次电流为标准值5A或1A,故其容量也常用额定二次阻抗来表示因电流互感器的误差和二次负荷有关，故同一台电流互感器使用在不同准确级时，会有不同的额定容量例如，LMZ-10-3000/5-

0.5型电流互感器在

0.5级下工作时，额定二次阻抗为L6Q；在1级时为

2.4Q

4.

2.

1.4电流互感器的接线电流互感器的接线首先要注意其极性，极性接错时功率和电度表计不能正确测量，某些保护继电器会误动作产品的一次绕组首、尾两端标志有心、心字样，分别与二次绕组的Ki、K端子同极性若一次电流2由L流向上，则相同相位的二次电流由绕组Ki端流出至外接回路，再从心端流入绕组电流互感器常用的几种接线方式如图4-29所示图4-29电流互感器的常见接线方式a单相接线；b完全星形接线；c不完全星形接线；d两相差接线图4-29a为单相电流互感器接线，一般用于负载平衡的三相电力系统中的单相电流测量图4-29b为完全星形接线，用于UOkV及以上的三相电路和低压三相四线制电路的测量，以及某些继电保护回路图4-29c为不完全星形接线，用于35KV及以下小电流接地系统的三相测量回路，以及除差动保护外的保护回路通常两只电流互感器装于A、C两相如图示，其二次侧公共回线上的电流正好等于B相电流，即乙+乙=-乙，故两只电流互感器同样可反映出中性点不接地系统满足北+北+，=0的三相电流图4-29d为A、C两相电流差接线方式，一般用于保护回路以上各种接线方式均须有一点保护接地并在回路中的适当位置接入试验盒SH,以保证在二次回路测试作业时，电流互感器的二次侧不致发生开路

4.

2.

1.

5.电流互感器的分类和结构

1.电磁式电流互感器的分类1按安装地点可分为户内式和户外式20kV及以下制成户内式；35kV及以上多制成户外式2按安装方式可分为穿墙式、支持式和装入式穿墙式装在墙壁或金属结构的孔中，可节约穿墙套管；支持式则安装在平面或支柱上；装入式是套在35kV及以上变压器的套管上，故也称为套管式3按绝缘可分为干式、浇注式、油浸式等干式用绝缘胶浸渍，适用于低压户内的电流互感器；浇注式利用环氧树脂作绝缘，目前仅用于35kV及以下的电流互感器；油浸式多为户外型

（4）按一次绕组匝数可分为单匝和多匝式

2.电磁式电流互感器的结构电流互感器结构原理，如图4-30所示单匝式结构有贯穿式（一次绕组为单根铜管或铜杆）和母线式（以母线穿过互感器作为一次绕组）多匝式按结构可分为线圈式、“8”字型和字型（a）单匝式（b）多匝式1一一次绕组；2—绝缘套管；3—铁芯；4一二次绕组图4-30电流互感器结构原理图单匝式电流互感器结构简单、尺寸小、价格低，其内部电动力不大，热稳定也容易借选择原电路的导体截面来保证缺点是一次电流较小时，一次安匝与励磁安匝/乂相差不大，故误差较大，因此，额定电流在400A以下采用多匝式“8”字型绕组结构的电流互感器，其一次绕组为圆形并套住带环形铁芯的二次绕组，构成两个互相套着的环，形如“8”字由于“8”字线圈电场不均匀，故只用于35〜UOkV电压级图4-31为220kV U”字型绕组电流互感器一次绕组呈型，主绝缘全部包在一次绕组上,绝缘共分10层，层间有电容屏（金属箔），外屏接地，形成圆筒式电容串结构，由于其电场分布均匀和便于实现机械化包扎绝缘，目前在llOkV及以上的高压电流互感器中得到广泛的应用图4-31220kV瓷箱式U字型绕组电流互感器1—油箱；2—二次接线盒；3—环形铁芯及二次绕组；4—压圈式卡接装置；5—-U字型一次绕组;6—瓷套；7—均压护罩；8一贮油柜；9——次绕组切换装置；10——次出线端子；11—呼吸器图4-32为硅橡胶复合套管六氟化硫气体绝缘电流互感器这类互感器采用新型复合套管及绝缘性能极好的SF6气体作为绝缘，不仅性能可靠，维护简单，而且易向更高电压等级发展图4-32硅橡胶复合套管六氟化硫气体绝缘电流互感器电弧长时续燃，导致断路器本身爆炸飞弧，引起事故扩大的严重后果

3.动作快速在电路发生故障时，快速地切除故障电路，不仅能缩短电力网的故障时间和减轻巨大短路电流对电气设备的损害，而且能增加电力系统的稳定性，提高整个系统的供电可靠性

4.具有自动重合闸性能输电线路的短路故障大多数是临时性的为了提高电力系统运行的稳定性和供电可靠性，线路保护多采用自动重合闸方式，即在发生短路故障时，继电保护动作使断路器跳闸，切断故障点的短路电流，经很短时间后断路器又自动重合闸，恢复正常供电若故障仍然存在，则断路器必须立即跳闸，再次切断短路电流，这要求断路器在第一次大电流灭弧后很快恢复灭弧能力，完成后续次的灭弧

5.结构简单，经济合理在满足安全、可靠的同时，还应考虑到经济性故要求断路器的结构力求简单、尺寸小、重量轻、价格合理

6.L

2.3断路器的基本参数断路器的特性和工作性能可用以下基本参数来表征

1.额定电压指断路器长时间运行能承受的正常工作电压它不仅决定了断路器的绝缘水平，而且在相当程度上决定了断路器的总体尺寸和灭弧条件由于输电线路有电压降，电网不同地点的电压可能高出额定电压10%左右，使断路器可能在高于额定电压下长期工作，故制造厂规定断路器的最高电压对于10〜220kV的为

1.15倍额定电压，对于330kV及以上为

1.1倍额定电压

2.额定电流它是断路器的触头结构和导电部分在规定环境温度下允许通过的长期工作电流，其相应的发热温度不会超过国家标准它决定了断路器触头及导电部分的截面，并且在某种程度上也决定了它的结构

3.额定开断电流指断路器在额定电压下能可靠开断的最大短路电流的有效值它表征断路器的开断能力由于开断电流与电压有关，当断路器降低电压级使用（例如10kV断路器用于3飞kV电网）时，具有相应增大的开断电流，但有一最大值，称为极限开断电流

4.额定开断容量断路器的开断能力也可间接用开断容量Skd来表示，在三相电路中其大小等于额定电压与额定开断电流的有倍

5.动稳定电流表明断路器在冲击短路电流作用下，承受电动力的能力其值由导电和绝缘等部件的机械强度决定

6.热稳定电流表明断路器承受短路电流热效应的能力用通电时间（一般取4S）和最大电流有效值来综合表示

7.开断时间从操作机构跳闸线圈接通跳闸脉冲起，到三相电弧完全熄灭时止的一段时间称为断路器的开断时间，它等于断路器的固有分闸时间和熄弧时间之和，即tg txhtkd=tg+txh其中固有分闸时间tg是从跳闸线圈接通跳闸脉冲到动、静触头刚分离的一段时间；熄弧时间小是从触头刚分离到各相电弧熄灭的时间断路器的操动机构断路器在工作过程中的合、分闸动作是由操动系统来完成的操动系统由相互联系的操动机构和传动机构组成，后者常归入断路器的组成部分操动机构的工作性能和质量对断路器的工作性能和工作可靠性起着重要的作用

1、操动机构的组成断路器的操动机构由图47所示的各个部分组成:在同一回路中，往往需要数量很多的电流互感器，为了节约材料和投资，高压电流互感器常由多个设有磁联系的独立铁芯和二次绕组与共用的一次绕组组成同一电流比、多二次绕组的电流互感器对于llOkV及以上的电流互感器，为了适应一次电流的变化和减少产品规格，常将一次绕组分成儿组，通过切换来改变绕组的串、并联，以获得2〜3种互感比

3.光电式电流互感器特点与原理介绍传统的电磁型电流互感器存在如下缺点1）在其铁芯与绕组间，以及

一、二次绕组之间有足够耐电强度的绝缘结构，以保证所有的低压设备与高电压相隔离随着电力系统传输的电力容量的增加，电压等级越来越高，这样电流互感器的绝缘结构越来越复杂，体积和重量加大，产品的造价也越来越高例如，常规的油浸式电流互感器,5OOkV产品的价格要比3OOkV的价格增加一倍2）传统电磁型电流互感器有铁心，在电力系统发生短路时，高幅值的短路电流使互感器饱和，输出的二次电流严重畸变，造成保护拒动，使电力系统发生严重事故而且其频带响应特性较差，频带窄，系统高频响应差，而使得新型的基于高频暂态分量的快速保护的实现存在困难由于电磁式电流互感器存在以上缺点，它已难以满足电力系统进一步发展的需要光电式电流互感器主要具有如下优点1）优良的绝缘性能以及便宜的价格光学电流互感器（以下简称OCT）所用材料为玻璃，光纤等绝缘材料来传输信息，所以绝缘结构简单，其造价随电压等级升高而增加的幅度小2）不含铁芯，消除了磁饱和及铁磁谐振等问题3）抗电磁干扰性能好，低压边无开路高压危险电磁感应式电流互感器二次回路不能开路，低压边存在开路危险，由于OCT的高压边与低压边之间只存在光纤联系，而光纤具有良好的绝缘性能，可保证高压回路与二次回路在电气上完全隔离，低压边无开路高压危险，免除电磁干扰4）动态范围大，测量精度高，频率响应范围宽传感头部分的频率响应取决于光纤在传感头上的渡越时间，实际能测量的频率范围主要决定于电子线路部分光电式电流互感器已被证明可以测出高压电力线上的谐波，还可进行电网电流暂态，高频大电流与直流的测量而电磁感应式电流互感器是难以进行这方面的工作的5）体积小、重量轻光电式电流互感器传感头本身的重量一般小于1千克据美国西屋公司公布的345KV的MOCT,其高度为

2.7米，重量为109千克而同电压等级的油浸式电流互感器高为

5.3米，重量2300千克，这给运输和安装带来了很大的方便6）适应了电力计量和保护数字化、微机化和自动化发展的潮流随着计算机和数字技术的发展，电力计量与继电保护已日益实现自动化、微机化电磁感应式电流互感器的5A或1A输出规范必需采用光转换技术才能与计算机接口，而光电式电流互感器本身就是利用光电技术的数字化设备，可直接输出给计算机，避免中间环节综上所述，光电式电流互感器有着传统电磁式电流互感器无法比拟的优点，它结构简单、灵敏度高，是一种传统电磁式电流互感器的理想替代产品，必将在未来的电力工业中得到广泛的应用下面简要介绍混合式光纤电流互感器的工作原理在高电位侧用特制采样线圈将母线电流变成电压信号，该电压信号为模拟量，经过A/D转换成数字信号，用电光转换（E/D）电路将此数字信号变为光信号，然后通过光纤送到地电位侧，再由地电位侧的光电转换器件（O/E）和数模转换（D/A）将其转换为电信号如图4-35左边为混合式光纤电流互感器原理图；右边为我国投入使用的220KV有源式光电互感器图4-35220kV有源式光电电流互感器（右）电压互感器

4.

2.

2.1电压互感器的工作特点电压互感器也是一种特殊的变压器，电压互感器的一次侧并联接入电网，电压额定值不低于3KVo二次侧并联接入测量仪表和继电器等的电压绕组，其阻抗都非常大，故所带负荷很小且恒定不变，致使电压互感器正常工作在接近变压器空载状态和普通变压器一样，电压互感器的二次侧负载不允许短路，否则就有被烧毁的危险，故一般在其二次侧装设熔断器或自动开关作短路保护为了防止互感器本身出现故障而影响电网的正常运行,其一次侧一般也需装设熔断器和隔离开关电压互感器的额定变压比为一次绕组和二次绕组的额定电压比，其值近似等于匝数之比其中44等于电网额定电压，U”已统一为100（或100/g）V,所以K〃也标准化

4.

2.

2.2电压互感器误差电压互感器的误差有电压误差和相位误差两项

1.电压误差电压误差为二次电压的测量值与额定互感比的乘积，按此值与实际一次电压q之差，而以后者的百分数表示（f二M xlOO%（4-3）一-

2.相位误差相位误差为旋转180°的二次电压相量与一次电压相量口之间的夹角久，并规定-也超前于口时相位差为正，反之为负，电压互感器的误差与二次负载、功率因数和一次电压等运行参数有关

3.电压互感器准确等级和额定容量电压互感器的准确等级，是指在规定的一次电压和二次负荷变化范围内，负荷功率因数为额定值时，电压误差的最大值，我国电压互感器准确等级和误差限值标准见表4-2表4-2电压互感器的准确级和误差限值误差限值一次电压变化范准确级二次负荷变化范围电压误差土%相位差土（）围

0.

50.

5200.85-

1.15Uei

11.

0400.25-1Se

233.0不规定cos/-・8二次侧接有计费电度表的应选用

0.5级互感器因母线电压互感器为母线段中各接线单元公用，其中必有计费测量，故宜选用

0.5级1级用于盘式仪表和技术上用的电能表3级用于继电保护上由于电压互感器误差与负荷有关，所以同一台电压互感器对应于不同的准确级便有不同的容量通常额定容量是指对应于最高准确级的容量电压互感器按照在最高工作电压下长期工作容许的发热条件，还规定了最大容量

4.

2.

2.4电压互感器的接线电压互感器的接线方式很多，常用的有以下几种图4-34a,b是用一台单相电压互感器来测量某一相对地电压和相间电压图4-34c是用两台单相电压互感器接成不完全星形也称V—V接线，用来测量各相间电压，但不能测量相对地电压，它广泛应用在20kV以下中性点不接地或经消弧线圈接地的电网中图4-34d是用三台单相三绕组电压互感器构成Y/Yo/|接线，它广泛用于3~220kV系统其二次绕o组用来测量相间电压和相对地电压，辅助二次绕组接成开口三角形，供接入交流电网绝缘监视仪表和继电器用三相五柱式电压互感器只用于3〜15kV系统，其接线与图4-34d基本相同图4-34e为电容式电压互感器接线接阻尼器的二次绕组未绘出a、b一台电压互感器接线；c不完全星形接线；d三台单相三绕组电压互感器接线；e电容式电压互感器接线图4-34电压互感器接线3~35kV电压互感器一般经隔离开关和熔断器接入高压电网在llOkV及以上配电装置中，考虑到互感器及配电装置可靠性较高，且高压熔断器制造比较困难，价格昂贵，厂家不生产llOkV及以上的熔断器，因此电压互感器只经过隔离开关与电网连接

4.

2.

2.4电压互感器的分类和结构

1.电磁式电压互感器的分类电压互感器按其特征分类如下1根据安装地点的不同，可分为户内式和户外式；2根据相数的不同，可分为单相式和三相式，只有20kV以下才有三相式；3按每相绕组数的不同，可分为双绕组和三绕组式；4按绝缘方式的的不同，可分为干式、浇注式、油浸式、SF6气体绝缘等

2.电磁式电压互感器的结构1浇注绝缘电压互感器图4-35JDZ6电压互感器外形图该类产品均做成单相户内式，代替原老式油浸绝缘电压互感器，广泛应用于3~20kV户内配电装置如图4-35为JDZ6电压互感器外形图其铁芯用优质硅钢片叠装成方形一次绕组和两个二次绕组绕制成同芯柱体，连同一次绕组的引出线一起用环氧树脂浇注成型，然后装上铁芯因铁芯外露，称为半浇注式浇注体下面涂有半导体漆，并与金属底板和铁芯相连，还在一次绕组的两端设置屏蔽层，以改善电场的不均匀性，防止在冲击电压作用下发生局部放电

（2）油浸式电压互感器油浸式电压互感器的绝缘性能高，使用电压范围广阔，从3〜HOkV及以上各级电压均有其产品系列，品种很多总的可分为35kV及以下的普通油浸式电压互感器，UOkV及以上的串激式电压互感器，以及10〜35kV的电压电流组合型油浸式互感器等如图4-36为分别为JDJ2-35（左）及JDCF-110（右）油浸式电压互感器外形图JDJ2-35型为户外式，该互感器油箱设有较完善的储油柜、油标和呼吸器等其户外式瓷套管内腔也基本充满油，可消除内部空气放电其储油柜直接分设在两瓷套管顶部，使结构更趋简化图4-36JDJ2-35（左）及JCC6T10（右）油浸式电压互感器外形图在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中，为了测量相对地的电压，电压互感器的一次绕组必须接成星形，且中性点必须接地在3〜60kV电网中，采用三只单相三绕组（接地专用）电压互感器便可满足要求，而在3〜20kV电网中，为了节约投资，也常采用三相五柱式电压互感器来测量相对地电压必须指出，普通三相三柱式的电压互感器是不允许作这种测量的图4-37为一台三相三柱式电压互感器，一次绕组接成Y接线，当系统发生单相接地时，在互感器的三相中将有零序电流流过，产生零序磁通

①、

①、

①）大A BO小相等、相位相同，只能通过气隙和铁外壳形成闭合磁路,由于磁阻很大，故零序电流比正常励磁电流大许多倍，致使互感器绕组过热甚至损坏而三相五柱式电压互感器，由于较三柱式两侧多设了两柱铁芯（如图4-37中虚线所示），在上述情况下，零序磁通可经过磁阻很小的外侧铁芯形成闭合回路，故零序电流值不大，对互感器并无损害图4-37三相三柱式电压互感器图4-38JCC1-110型串级式电压互感器的结构图JCC1-U0型是UOkV的串级式电压互感器，如图4-38所示一次绕组平分I、II为两段，分别绕在上、下铁芯柱上，尾端引出后再接地两个二次绕组只绕在铁芯下柱上，置于一次绕组段的外面铁芯不接地，但与一次绕组中点相连一次绕组两端承受相对地电压U,故铁芯对地电位为U/2,与一次绕组两端头的电位差均为U/2,因而可降低绕组对铁芯的绝缘要求因铁芯置于瓷箱内的变压器油中，只需用电木板支撑，其绝缘不成问题，故总的说来采用串级式改善了互感器的内部绝缘结构串激式电压互感器的体积小，重量轻，内部结构的通用性强（用两个铁芯和四段一次绕组串联可组成220kV串激式互感器），生产方便，成本低但准确度不高，一般只为1级

（3）六氟化硫气体绝缘式电压互感器如图4-39（左）是JDQXF-UO六氟化硫气体绝缘式电压互感器的外形图，其采用绝缘性能良好的六氟化硫气体作为绝缘，不仅维护简单，具有更高的可靠性，而且更易适合更高的电压等级图4-39JDQXF-110六氟化硫气体绝缘式电压互感器（左）TYD-110电容式电压互感器外形（右）

3.电容式电压互感器的原理与特点随着电力系统输电电压的增高，电磁式电-----------------------------------------------------------------------------压互感器的体积和重量越来越大，成本也随之增加电容式电压互感器与电磁式电压互感器相比，具有结构简单、体积小、重量轻、占地少，成本低的优点，且电压愈高效果愈显著图4-4电容式电压互感器原理接线电容式电压互感器的运行维护也较方便，且其------------------------------------------------------------------------------中的分压电容还可兼作载波通讯的耦合电容，因此广泛用于110〜500KV中性点直接接地系统中如图4-39（右）为TYD-110电容式电压互感器外形图电容式互感器原理很简单，它是利用串联电容器分压的原理来按比例获取电网电压的原理接线图如图4-40所示互感器接于相线LA与地N之间，如果不接通讯设备，开关S将是闭合的；L是串联补偿电抗，用于减小或消除电容输出的内阻抗，从而减小误差；TV是中间变压器，实际上是一台电磁式电压互感器，用于将较高的电压U2（通常为13KV）变换为额定二次电压，基本二次绕组为100/gv,辅助二次绕组为100V,C供给测量仪表和继电器使用；阻尼绕组s用来消除可能产生的铁磁谐振过电压；Pi是放电间隙，当分压电容C2上出现异常过电压时，Pi先击穿，以保护补偿电抗器、分压电容器和中间变压器；补偿电容CK可以补偿中间变压器的激磁电流和负荷电流中的电感分量，提高二次侧负荷的功率因数，从而减小测量误差电容式电压互感器的主要缺点是输出容量较小，影响误差的因素较多，误差特性比电磁式电压互感器差母线、电缆及绝缘子

4.3母线

4.

3.

14.

3.

1.1母线的用途及类别母线（也称汇流排）是汇集和分配电流的裸导体，指发电机、变压器和配电装置等大电流回路的导体，也泛指用于各种电气设备连接的导线母线处于配电装置的中心环节，作用十分重要由于在正常运行中，通过的功率大；在发生短路故障时承受很大的热效应和电动力效应，因此应合理选择母线材料、截面、截面形状及布设方式，正确地进行安装和运行，以确保母线的安全可靠和经济运行母线有软、硬之分，软母线一般采用钢心铝绞线，用悬式绝缘子将其两端拉紧固定，软母线在拉紧时存在适当的弛度，工作时会产生横向摆动，故软母线的线间距离要大，常用于屋外配电装置；硬母线采用矩形、槽形或管形截面的导体，用支柱绝缘子固定，多数只作横向约束，而沿纵向则可以伸缩，主要承受弯曲和剪切应力，硬母线的相间距离小，广泛用于屋内、外配电装置母线的材料有铜、铝和钢三种铜的电阻率很低、机械强度高、防腐性能好、便于接触联接，是优良的导电材料但我国铜的储量不多，比较贵重，有选择的用于重要的、有的大电流接触联接的、或含有腐蚀性气体场所的母线装置铝的比重只有铜的30%,导电率约为铜的62%按重量计算，同长度具有相同长度传送相同电流的铝母线的重量的一半加上铝母线由于截面较大引起散热面积的增大，同长度传送相同电流的铝母线的用量大约只有铜母线的44%而铝的价格比铜低廉，且储量大，故以铝代铜有很大的经济意义但铝的机械强度和耐腐蚀性能较低，接触联接性能较差,铝焊接技术又较复杂，有关铝载流导体的技术问题虽都已解决，但在实际应用中仍需给予重视钢母线价廉，机械强度好，焊接简便，但电阻率为铜的7倍，且趋肤效应严重，若常载工作电流则损耗太大常用于电压互感器、避雷器回路引接以及接地网的连接线等

4.

3.

1.2线的的截面与排列母线的截面形状有圆形、管形、矩形、槽形等圆形截面母线的曲率半径均匀，无电场集中表现，不易产生电晕，但散热面积小，曲率半径不够大，作为硬母线则抗弯性能差故采用圆形截面的主要是作为软母线的钢心铝绞线管形母线的曲率半径大，材料导电利用率、散热、抗弯强度和刚度都较圆形截面好，常用于220kv及以上屋外配电装置作长跨距硬母线也用于特种母线如水内冷母线、封闭母线等矩形母线散热面积大，趋肤效应小，材料利用率高，承受立弯时的抗弯强度好，但周围的电场很不均匀，易产生电晕，故用只于35kv及以下硬母线矩形母线的宽度与厚度之比为5〜12太宽太薄虽对载流和散热有利，但易变形，并使抗弯强度和刚度降低矩形母线的最大截面为125mmxlOmm对大的载流量可采用数片并装，但散热效果和趋肤效应变坏，材料利用率变差，超过2〜3片时宜采用槽形截面母线母线的排列应按设计规定，如无设计规定时，应按下述要求排列1垂直布置的母线交流A,B,C相的排列由上向下；直流正、负的排列由上向下2水平布置的母线交流A,B,C相的排列由内向外面对母线；直流正、负的排列由内向外3引下线排列交流A,B,C相的排列由左向右面对母线；直流正、负的排列由左向右4各种不同电压配电装置的母线，其相位的配置应相互一致

4.

3.

1.3母线的定相与着色母线安装完毕后，均要刷漆刷漆的目的是为了便于识别相序、防止腐蚀及提高母线表面散热系数，实验结果表明按规定涂刷相色漆的母线可增加载流量12%〜15%母线应按下列规定刷漆着色1三相交流母线A相刷黄色，B相刷绿色，C相刷红色，由三相交流母线引出的单相母线，应与引出相的颜色相同2直流母线正极刷赭色，负极刷蓝色3交流中性线汇流母线和直流均压汇流母线，不接地者刷白色，接地者刷紫色带黑色横条另外，在焊缝螺栓连接处、设备引线端等都不宜着相色漆，以便运行监察接头情况若能在母线接头的显著位置涂刷温度变色漆或粘贴温度变色带则更好软母线的各股绞线常有相对扭动，故不宜着相色漆电缆

4.

3.2电缆分为电力电缆（又称一次电缆）及控制电缆（又称二次电缆）下面介绍电力电缆

4.

3.

2.1电力电缆的用途与特点在电能的传输与分配过程中，往往由于受空间位置的限制，需要一种既安全可靠，以节省空间位置的载流体，这就是常用的电力电缆其各相导体之间及导体对地之间均有绝缘层可靠绝缘，外面依次加有密封护套、外护层将全部绝缘导体一并加以保护和封闭电缆结构极为紧凑，占用空间远比母线为小；走向和布置极为灵活方便；现场施工简便；在无外界严重损伤和破坏（包括机械损坏与火灾）的条件下运行可靠行高；虽然电缆单价较贵，但由于其基础和土建工程较省，故综合工程费用不一定超出母线故电力电缆在电站及厂矿配电应用非常广泛电缆的导体散热条件不如裸母线好，大电流大截面时的金属材料利用率较低，故载流量有限通常在小电流长距离的配电回路中，电缆的应用具有很大的优势；大电流短距离回路在布置方便的情况下宜采用母线或架空线

43.

2.2电力电缆一般结构各种电力电缆在基本结构上，均由导电芯线、图绝缘层、密封护套和保护层等主要部分组成，如4-41所示

1、导电芯线有铝芯线和铜芯线两种，芯线的截面形状有扇形和圆形两种采用扇形的目的是减少电缆外径，同时也减少绝缘和保护层的材料消耗另外为了便于弯曲，要求导电线芯具有一定的柔软性；同时为了避免线芯松散变形，要求线芯的结构稳定，因此，导电线芯一般由多根经过退火处理的细单线绞合而成

2、绝缘层各芯线有芯线层2,相间隔着芯线绝缘层；芯线对地还需增设统包绝缘层3o绝缘层的材料有油浸纸绝缘、橡皮绝缘、聚氯乙烯绝缘、聚乙烯绝缘和交联聚乙烯绝缘等多种同一电缆的芯线绝缘层和统包绝缘层使用相同的绝缘材料

3、密封护套它的作用是保护绝缘层护套包在统包图4-41三芯电力电缆的一般结构绝缘层外面，将绝缘层和芯线全部密封，使其不漏油、不芯线；2-芯线绝缘层；3-统包绝缘层；4-密封护套;吸气、不进水、不受潮，并且使电缆具有一定的机械强度

5.填充物;6-纸带；7-钢带内衬；8-钢带铠装护套的材料一般有铅、铝或塑料等具有密封护套是电缆区别于绝缘导线的标志

4、保护层为了保护密封护套不受外界因素（包括外力、外电流、腐蚀环境等）的损伤，并使电缆具有必要的机械强度，在密封护套外面还需设置保护层保护层的主题是钢带铠装8,它由钢带或钢丝叠绕而成钢带铠装内侧有内衬垫层7和6,其作用是保护密封护套不受钢铠的机械损伤,并且在电缆弯曲时使护套和铠装之间便于相对滑动一般用浸以沥青的黄麻回电缆纸包绕而成为了保护钢铠在空气中不被氧化，钢铠内外浸有沥青防腐层对于直接埋入地下的电缆，钢铠外还包绕防水外皮层它由两层浸渍沥青的电缆麻反方向绕叠而成，有的则用塑料作成外皮层前者在空气中防火行能较差，后者在阳光中易老化由于外力和外电流的普遍存在，无保护层的裸铅（铝）包电缆不易使用

43.

2.3电力电缆的类型电力电缆按多种方法分类按电压高低分为高压电缆和低压电缆（1000V及以下）按使用环境分为空气中敷设电缆、直埋电缆与水下电缆等也可按电缆结构中任一组成部分的特征分类，如按芯线的芯数分为单芯、双芯、三芯、四芯电力电缆单芯电缆又叫分相电缆按芯线的材料分为铜芯电缆与铝芯电缆按密封护套材料分为铅包、铝包、塑料包或橡套电缆按保护层分为裸钢带、钢丝铠装电缆和带麻被层的钢带、钢丝铠装电缆等但以绝缘材料对电缆的结构和性能影响最大，故电力电缆主要按绝缘材料分类并命名

1、油浸纸绝缘电缆其中包括粘性浸渍纸绝缘、不滴流浸渍剂纸绝缘和充油纸绝缘等几种粘性浸渍纸绝缘是在导电线芯上绕包电缆纸，将电缆干燥处理后再浸以矿物油与松香复合的电缆油，因为这种电缆油在常温下粘度很大，故称粘性浸渍绝缘这种电缆成本低，工作寿命长，结构简单、制造方便、绝缘材料来源充足，易于安装与维护，但油易流淌，不适宜作高落差敷设为了适应高落差的运行条件，宜采用不滴流浸渍纸绝缘电缆所谓不滴流浸渍纸绝缘电缆就是在工作温度下，浸渍剂具有不滴流性质的电缆这种电缆在结构特征上也有统包型、分相屏蔽型和分相铅（或铝）包型之分、无论采用哪种结构，不滴流电缆与粘性浸渍电缆相比，除浸渍剂的特性和配方不同以外，其生产工艺基本相同但由于采用了优异的不滴流浸渍剂配方，使不滴流电缆比粘件浸渍电缆的载流量大、老化进程缓慢，使用寿命更长，且适合高落差和垂直的运行环境因此，在我国35kV及以下电压等级的油纸电缆中.不滴流型是推荐品种之一充油电缆是利用补充浸渍原理来消除绝缘层中形成的气隙，以提高电缆工作场强的一种电缆结构其有效地提高了电缆的工作场强，因此常被超高压电缆采用但这种电缆都存在结构复杂，施工、维护不便，成本高等特点

2、橡皮绝缘电缆橡皮绝缘具有一系列的优点.它在很大的温度范围内具有高弹性，对于气体、潮气、水分等具有低的渗透性较高的化学稳定性和电气性能，橡皮绝缘电缆柔软，可曲度大，但由于它价格高.耐电晕性能差，长期以来只用于低压及可曲度要求高的场合随着石油化学合成工业的迅速发展，合成橡胶的出现，不仅解决了天然橡胶资源匣乏、价格高的问题，还在性能方面得到了改善例如，乙丙橡胶电缆工作温度可达85℃目前乙丙橡胶绝缘电力电缆的电压等级己超过150kvo为了保护绝缘线芯不受光、潮气、化学药品侵蚀的作用和机械损伤.一般在电缆绝缘线芯外再加以护套橡皮绝缘电力电缆有三种护套氯丁橡皮、聚氯乙烯塑料和铅护套，氯丁橡皮护套比聚氯乙烯塑料护套工艺复杂，成本高；但氯丁橡皮护套耐磨、耐老化、机械强度较高；铅护套具有完全不透水性和屏蔽性

3、塑料绝缘电缆用塑料做绝缘层材料的电力电缆称为塑料绝缘电力电缆塑料绝缘电力电缆与油浸纸绝缘电力电缆相比，虽然发展较晚，但由于制造工艺简单不受敷设落差限制，工作温度可以提高，电缆的敷设、接续、维护方便，具有耐化学腐蚀性等优点，现己成为电力电缆中正在迅速发展的品种随着塑料合成工业的发展，产量提高，成本降低，在小、低压电缆方面、塑料电缆已形成取代油浸纸绝缘电力电缆的趋势交联聚乙烯的出现使高压浸渍纸绝缘电力电缆被塑料电缆所取代成为可能目前，国际上已有225KV聚乙烯和500kV交联聚乙烯的塑料电缆在运行，并在研制更高电压等级的塑料电缆

43.

2.4电缆三头电力电缆的两端与其他电气设备连接时，需要有一个能满足一定绝缘与密封要求的连接装置，该装置叫做电线终端头电缆终端头按使用场合的不同，又可分为户内终端头（简称户内头）和户外终端头（简称户外头）一般地，户外头要有比较完善的密封、防水结构，以适应周围环境和气候的变化将若干条电缆连接起来以构成更长电缆线路的装置叫做中间接头（简称中间头）上述电缆户内头、户外头和中间头的总称为电缆三头电力电缆三头是电缆线路的薄弱部分，其事故率很高，应在安装与运行中给予高度重视

1.对电缆三头的基本要求

（1）导体连接好对于终端头，要求电缆线芯与接线端子（俗称接手或线鼻子）有良好的连接对于中间接头，则要求电缆线芯与接续管（俗称接管）之间有良好的连接2绝缘可靠电缆三头的绝缘结构，应能满足电缆线路在各种状况下长期安全运行的要求.并有一定的安全裕度3密封良好可靠的绝缘要有可靠的密封来保证.主要是防止外界的水分及其他导电介质的侵入4足够的机械强度为抵御在电缆线路上可能遇到的机械应力包括外力损伤和短路的的电动应力，电缆三头必须具有足够的机械强度除了上述四项基本要求以外电缆三头还应尽可能结构简单、体积小、重量轻、省材料、成本低、工艺简单、维护方便并兼顾造型的美观绝缘子

4.

3.

3.1绝缘子的作用绝缘子又名瓷瓶，被广泛用于屋内外配电装置、变压器、开关电器及输配电线路中，用来支持和固定带电导体，并与地绝缘，或作为带电导体之间的绝缘因此，它必须具有足够的机械强度和电气强度，并能在恶习劣环境高温、潮湿、多尘埃、污秽等下安全运行4・绝缘子的分类按装设地点绝缘子可分为户内和户外式两种户外式绝缘子有较大的伞裙,用以增长表面爬电距离，并阻断雨水，是绝缘子能在恶劣的户外气候环境中可靠地工作在多尘埃、盐雾和化蚀气体的污秽环境中，还需使用防污型户外绝缘子户内绝缘子无伞裙结构，也无防污型按用途可分为电站绝缘子、电器绝缘子和线路绝缘子等

1、电站绝缘子的用途是支持和固定户内外配电装置的硬母线，并使母线与地绝缘电站绝缘子又分为支柱绝缘子和套管绝缘子，后者用于母线穿过墙壁和天花板，以及从户内向户外引出之处

2、电器绝缘子的用途是固定电器的载流部分，分支柱和套管绝缘子两种支柱绝缘子用于固定没有封闭外壳的电器的载流部分，如隔离开关的动、静触头等套管绝缘子用来使有封闭外壳的电器，如断路器、变压器等的载流部分引出外壳此外，有些电器绝缘子还有特殊的形状，如柱状、牵引杆等形状

3、线路绝缘子是用来固定架空输电导线和屋外配电装置的软母线，并使它们与接地部分绝缘可分为针式绝缘子和悬式绝缘子两种各类绝缘子均由绝缘体和金属配件两部分构成目前高压绝缘子的绝缘体采用电瓷、玻璃、玻璃钢或有机复合材料等多种材质制成，最多为电瓷，其结构紧密，机械强度高，耐热和介电性能好；在表面涂硬质釉层以后，表面光滑美观，不吸水分；故电瓷具有良好的机械和电气性能目前采用有机复合材料的绝缘子的应用范围也不断扩大,其结构上采用芯棒与金具粘接或压接连接构造方式和硅橡胶整体注射硫化成型，并加大了外绝缘爬电比距；硅橡胶良好的憎水性，大大降低了绝缘子污闪的发生；采用大小伞相间的伞形，提高了大伞间距，改善了伞间放电特性，提高了绝缘子的耐污性能以及湿耐受性能；强度高、外形美观、体积小、重量轻等，可见，复合绝缘子优点突出，将是传统瓷绝缘子的理想替代品为了将绝缘子固定在接地的支架上和将硬母线安装到绝缘子上，需要在绝缘体上牢固地胶结金属配件电站绝缘子与支架固定的金属配件称为底座或法兰，与母线联接的金属配件称为顶帽底座和顶帽均作镀锌处理，以防锈蚀

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3.

3.3支柱绝缘子

1.户内支柱绝缘子1外胶装图4-42a所示为外胶装的ZA-IOY型支柱绝缘子，其上、下金属附件

2、3均用水泥胶合剂胶装于瓷件1两端的外面该式绝缘子的机械强度高，但高度尺寸大，上帽附近的瓷表面处电场应力较集中2内胶装图4-42b所示为内胶装的ZN-6/400型支柱绝缘子，其上下金属附件用水泥胶合在瓷体两端的孔内该绝缘子与同等级的外胶装式比较，高度尺寸小，重量轻而且瓷件端部附近表面的电场分布大有改善，故电气性能也较优但该绝缘子下端的机械抗弯强度较差3联合胶装图4-42c所示为联合胶装的ZLB-35F型支柱绝缘子，其上部金属件采用内胶装方式以降低高度和改善顶部表面的电场分布，下部金属附件采用外胶装方式以安全可靠性，也减少了维护测试工作量图4-42户内支柱绝缘子a外胶装ZA-10Y型；b内胶装ZN-6/400型；c连合胶装ZLB-35F1-瓷件；2-铸铁底座；3-铸铁帽；4-水泥胶合剂；5-铸铁配件；6-铸铁配件螺孔

2.户外支柱绝缘子户外支柱绝缘子有针式和实心棒式两种1如图4-43a所示为ZPC1-35型户外针式绝缘子它由两个瓷件1和

2、铸铁帽

3、具有法兰盘的铁脚4组成它们之间用水泥胶合剂5胶合在一起对于6〜10KV的针式绝缘子仅有一个瓷件针式绝缘子结构笨重，老化率高，将趋于被实心棒式绝缘子所代替2如图4-43b所示为ZS-35型实心棒式绝缘子，它由实心瓷件2和上、图4-43户外支柱绝缘子下金属附件

6、7组成瓷件采用实心不可击穿多伞形结构，电气性能好，a针式绝缘子ZPC1-35型；尺寸小，不易老化现已被广泛应用ZSW系列为防污型，采用防污效果b实心棒式绝缘子ZS-35型好的大小伞、大倾角伞棱造型，伞下表面不易受潮，泄漏比距大

1、2-瓷件；3-铸铁帽；4-铁脚；

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3.

3.4套管绝缘子5-水泥胶合剂；6-上金属附件；7-下金属附件套管绝缘子简称套管，这里介绍穿墙套管，在高压应母线穿过墙壁、楼板配电装置隔板处，用它支持固定母线并保持对地绝缘，同时保持穿过母线处的墙、板的封闭性套管绝缘子基本上由瓷套，中部金属法兰盘及导电体等三部分组成瓷套采用纯瓷空心绝缘结构；中部法兰盘与瓷套用水泥胶合，用来安置固定套管绝缘子；瓷套内设置导电体，其两端直接与母线联接传送电能导电体有三种型式矩形截面、圆形截面和母线型本身不带导电体，安装时在瓷套中穿过母线圆形截面导体采用铜材，其两端制成细牙螺杆与铜母线或经铝铜转换作接触联接矩形截面导体的趋肤效应小，材料利用率高，而且与矩形母线联接方便，但矩形截面导体易产生电晕，故在10kv及以下最适用限流电器

4.4限流电器的作用是增加电路的短路阻抗，从而达到限制短路电流的目的常用的设备有限流电抗器和分裂变压器限流电抗器

4.

4.

14.

4.

1.1电抗器的类型与用途图47操动机构部分组成

（1）操动机构由动力机构、扣住机构、脱扣机构等组成动力机构为原动力机构，其操动能源由气压能、弹簧能、电磁能或液压能形成扣住机构当断路器合闸到终了位置时，将机构固定在合闸位置脱扣机构当断路器分闸时，能将死点机构脱开，实现分闸自由脱扣机构由合闸电磁铁动作，顶起机构到合闸终点位置不落下，分闸电磁铁脱扣动作，机构能自由分闸

（2）传动机构由拉杆、提升机构、缓冲机构等组成拉杆是操动机构过渡到提升机构的一种连接传动机构提升机构用来提升触头进行分、合闸缓冲机构用来在分、合闸终了位置吸收剩余动作，使操动平稳操动机构按照分、合闸信号进行操动，除此之外，根据运行和维护要求，还应有分、合闸位置的机械指示器

2、操动机构的分类操动机构按操动能源来进行分类，可分为手动型、电磁型、液压型、气压型和弹簧型等多种类型手动型操动机构是指靠人力合闸，靠弹簧力分闸的操动机构；电磁型操动机构是直接依靠电磁力来合闸的操动机构；液压型操动机构是用高压油推动活塞实现合闸与分闸的操动机构气压型操动机构是以压缩空气推动活塞实现合闸与分闸的操动机构弹簧型操动机构是用小功率电动机将弹簧拉伸储能实现合闸与分闸的操动机构除手动型外，其他均为自动操动机构其中，电磁型需直接依靠合闸电源提供操动功率；液压型、气压型和弹簧型则只需间接利用电能，并经转换设备和储能装置用非电能形式操动合闸，故短时失去电源后可由储能装置提供操动功率，因而减少了对电源的依赖程度图4-2给出的是由电磁型操动机构操动的断路器动作原理示意图图4-2断路器动作原理示意图其合闸过程如下当合闸线圈1接通时，合闸铁芯2被吸向上，推动合闸机构3绕01轴作反时针旋转，同时通过绝缘连杆12和固定在断路器轴上的拐臂H带动断路器轴9转动，使动触头系统8向上运动，并把装在动触头系统上的分闸弹簧5压紧合闸完成后，分闸机构的搭钩4将合闸机构3扣住，使断路器保持在合闸位置合闸所需的能量是由合闸电磁铁提供的其分闸过程如下当分闸线圈7接通时，分闸铁芯6被吸向上，推动搭构4绕轴作反时针旋转，释放合闸机构3o此时，在分闸弹簧的作用下动触头系统向下运动而完成分闸断路器的分闸是靠分闸弹簧实现的，分闸所需的能量是操动机构在合闸过程中储藏在分闸弹簧的

3、操动机构的基本要求断路器操动机构的类型和产品型式多种多样，但其基本要求是一致的，主要有以下几个方面

（1）具有足够的合闸功率，保证所需的合闸速度，并使断路器在关合短路的情况下关合到底

（2）能维持断路器处在合闸位置，不因外界震动和其他原因产生误分闸功率电网中所采用的电抗器是指具有一定电抗值的自感线圈，有串联电抗器、并联电抗器、限流电抗器和消弧线圈四种串联电抗器用于限制电力系统的高次谐波对电力电容器的影响，串联在电力电容器前，也称阻波器并联电抗器用于超高压长距离输电线路和10kV电缆系统等处，以吸收系统电容功率，限制电压升高限流电抗器用于限制系统短路电流，以维持母线电压水平消弧线圈则用于减小中性点非直接接地系统的接地电流，防止故障扩大本节只介绍限流电抗器在发电厂与变电站主接线中，限流电抗器用于限制电力设备的短路电流，除能维持母线电压外,也能将短路容量加以限制，以选择轻型断路器和小截面的电缆限流电抗器分三种混凝土柱式电抗器（NKS或NKSL）、分裂电抗器（FK）和油浸电抗器（XKSL）o限流电抗器的型号是这样表示的，例如NKSL-10-600-5,表示铝电缆混凝土柱式电抗器、电压10kV、电流600A、阻抗电压百分数为5%此外，混凝土柱式电抗器还标注首尾两出线端沿圆周的角度

4.

4.

1.2限流电抗器的结构与布置

1、混凝土柱式电抗器图4-44干式空心限流电抗器20kV及以下、150〜3000A的限流电抗器，常做成空心的混凝土结构绕组绕好后用混凝土浇装而成牢固的整体，故称水泥电抗器这种结构制造简单、成本低、运行可靠、维护方便、属于户内装置、如图4-44所示这种电抗器都做成单相组成三相组时有下列四种排列方式，即垂直排列、水平排列、两重一并排列、品字形排列如图4-45所示三相垂直排列和两重一并排列时，B相绕组绕向要与A、C相相反，这样可以减少相间支撑绝缘子的拉伸力因为支撑绝缘子的抗压能力比抗拉伸能力大得多图4-45电抗器的排列方式（a）垂直排列；（b）水平排列；（c）两重一并排列；（d）品字形排列

2、分裂电抗器带中间抽头的混凝土柱式电抗器称分裂电抗器

3、油浸式限流电抗器35kv的限流电抗器，一般做成夹装、油浸式、户外装置，在油箱内壁加磁分路或电磁屏蔽，以减少箱壁的损耗和发热限流电抗器安装时对周围环境有要求空心电抗器附近如果有磁导体的话，将使电抗值升高在正常情况下电抗器的磁通在空气中形成回路，但安装场所的屋顶、墙壁、地面如有钢铁等磁性材料存在，会在其中引起发热，所以混凝土柱式电抗器安装时，对屋顶、四壁和地面应保持适当距离

4.

4.

1.3普通电抗器的参数及应用电抗器主要参数有额定电压U”、额定电流和百分电抗乱％电抗器的电抗值按下式计算X=5^与_（）（公式4-3）100aL在一定的额定电压和额定电流下，X/,%愈大，则XL愈大，限制短路电流的作用愈大，但当正常负荷电流通过时，电压损失也大如图4-53（a）所示为装有电抗器的电路，在正常工作时，电抗器的电压损失等于电抗器前后的相电压算术差，即^u=u-ux]x2x图4-46b为负荷电流4通过电抗器时的相量图作图时，假定电抗器电阻等于零，电压损失应为线段而，考虑到线段方很短，故近似取线段互为电压损失，则△Ux=be=absmp=I1sin图

4.46装有电抗器的电路正常工作情况a电压损失；b相量图将式4-3XL代入上式，整理后可得△U%=X/%7（公式4-4）△U%为电抗器通过负荷电流例时的电压损失对额定电压的百分数，一般要求小于5%o正常工作时，电抗器中的功率损耗通常不大，约为通过电抗器功率的

0.15%〜

0.4%在电抗器后，当电路中发生短路时，电抗器可以限制短路电流，同时由于电抗器有较大的电压降，可以维持母线有较高的剩余电压，这使其他未故障用户受到的影响较小当在电抗器后发生三相短路时，母线剩余电压的百分数为/3/Y IU.%=---------Lxl00%=X%——公式4-5v z，U IeLeL一般要求线路电抗器能维持母线剩余电压在60%〜70%图4-47的几种接线中由于采用了电抗器限制短路电流，因此，都能采用轻型断路器图4-47a是采用的分段电抗器，可以限制在其一侧母线故障时的短路电流，但在正常工作时，由于各段母线的负荷不平衡，在分段电抗器中有电流通过，分段电抗器中的电压损失将造成各段母线间的电压差别因此分段电抗器的百分电抗的合理范围一般为8%〜10%,最大不超过12%分段电抗器在电气主接线中的数目较少仅一组或二组，使发电厂增加投资不多，在发电机数目不多的中等容量发电厂中，当需要限制短路电流并能满足要求时，可应用分段电抗器因4-47b采用出线电抗器，其百分电抗一般取3%〜6%虽然出线电抗器的百分电抗不大，但因额定电流不大，所以有较大的限制短路电流的作用，且能维持母线电压水平当出线较多时，电抗器一次性投资大，正常功率损耗及电压损失较在从而使年运行费用增加，故一般只在其他限制短路电流的方法不能达到要求时，才采用出线电抗器图4-47c在变压器负荷侧串联电抗器，可以限制负荷侧的短路电流，以便选择轻型的出线断路器，并能维持电源侧母线的电压在一定水平图4-54d与图4-29c比较，由于正常时电抗器不投入，所以电压损失、功率损耗小，而且可以采用较大的电抗值.但继电保护较为复杂当线路故障时，应先断开与电抗器并联的断路器以使短路电流小于出线断路器的开断电流，然后才断开故障线路图

4.47电抗器接线图a母线分段电抗器；b线路出线断路器；c变压器负荷侧串联电抗器；d变压器负荷侧并联电抗器分裂电抗器的参数及应用由前面的内容可知，为了限制短路电流和维持较高的母线剩余电压，要求电抗器百分电抗应尽可能大些，但这样会使正常工作时引起较大的电压损失，采用分裂电抗器代替变通电抗器可以缓解这一矛盾图4-48分裂电抗器的图形符号和单相电路a图形符号；b单相电路分裂电抗器在结构上与普通电抗器相类似，不同点是分裂电抗器的绕组有中间抽头，其符号如图4-48a所示，一相电路如图

4.48b所示图中1为中间抽头端，2和3为分裂电抗器两臂的端头两臂的额定电流相同，产品目录给出的额定百分电抗为每臂的自感电抗百分值XL%正常工作时，一般端头1接电源，端头2和3接负荷当分裂电抗器两臂中通过大小相等方向相反的负荷电流时，每臂的电流在另一臂中产生负的互感电势，使电压降减小，因此在正常工作时,第一臂的总电抗为「乂加「峪—根区X=X=X=1式中X——每臂的总电抗；XL——每臂的自感电抗；XM——两臂间的互感电抗;Xm——互感系数，团=」~XI互感系数机与分裂电抗器的结构有关，一般取机=

0.5在正常工作时，每臂总电抗区X=l—

0.5=

0.5XL可见，正常工作时分裂电抗器的电抗减少了一半，则电压损失也减少了一半当2端短路时，短路电流自1端供向2端此时，分裂电抗器只有一臂通过短路电流，另一臂仅有负荷电流，相对短路电流而言很小，可以忽略反向电流的作用，则分裂电抗器的总电抗为短路侧一臂的电抗，X=XL较正常工作时电抗增大一倍另一种情况，如1端开路，2端短路，短路电流自3端供向2端，分裂电抗器两臂中通过短路电流的方向相同，大小相等，此时每臂的电抗为自感电抗与互感电抗之各，则两臂总XL XM电抗X=2X+X=2X1+m=3XL ML L从而有效的限制了短路电流由以上分析可见，分裂电抗器在正常工作时，电抗小，电压损失也小在短路情况下，电抗增大，起到限制短路电流的作用分裂电抗器限制短路电流时的总电抗，应根据短路的不同情况决定应用分裂电抗器的主要困难是在正常负荷变动时，两臂的负荷电流大小不等，以致两臂电压波动较大一般要求在选择分裂电抗器时，保证一臂为总负荷的70%,另一臂为30%时，两臂电压波动值不超过5%o图4-49分裂电抗器在发电厂和变电所主接线中装设的位置a发电机端电压出线装分裂电抗器；b发电机回路装分裂电抗器；c发电厂主变压器低压侧装分裂电抗器；d变电所变压器低压侧装分裂电抗器目前我国一些发电厂和变电所已采用了分裂电抗器，运行情况良好，今后将会得到更多的应用分裂电抗器在发电厂和变电所主接线中装设的位置，如图4-49所示分裂电抗器装设在电缆引出线上，如图4-49a所示，可使电抗器数目减少，且正常运行时电压损失小，如分裂电抗器每臂连接几条出线时，其经济效益更大在发电厂和变电所中，分裂电抗器还可以装在发电机和主变压器回路中，如图4-49b、c、d所示，短路时分裂电抗器起到母线分段电抗器的作用，限制短路电流的效果比普通电抗器会更好分裂变压器图4-50分裂变压器等值电路图随着变压器容量的不断增大，当变压器副方发生短路时，短路容量很大为了能有效地切除故障，必须在副方安装具有开断能力很大的断路器用分裂变压器，能在正常工作和低压侧短路时，使变压器呈现不同的电抗值，从而起到限制短路电流的作用分裂变压器是一种多绕组变压器，它是将普通的双绕组变压器的低压绕组分裂成额定容量相等的两个完全对称的绕组分裂绕组的布置形式决定了这两个分裂绕组间仅有磁的联系，没有电的联系，，其等值电路如图4-50所示通常两个低压分裂绕组容量相同，一般为变压器额定容量的50%；阻抗相等,Xi=X o2当低压分裂绕组并联时，高压和低压绕组间的电抗为穿越电抗，用Xc表示，有=X.+

0.5X,当一个分裂绕组断开时，如绕组2断开，高压和低压绕组间的电抗为X小则当高压绕组断开时，两个低压分裂绕组间的电抗为分裂电抗X.则X「=2X]=KF（公式4-6）心称为分裂系数，分裂变压器可以按不同的心制造最有利的条件是K『4,即X〃=4XC在此情况下，根据以上各式推导可得X=0,X]=X=2X32C如HOkV普通双绕组变压器的电抗为

10.5%,分裂变压器的电抗Xc也为

10.5%时，则分裂变压器低压绕组的电抗为2xio.5%=21%,两分裂绕组之间的电抗为4xl

0.5%=42%o可见，由于采用了分裂变压器，与普通双绕组变压器相比，在同容量同百分电抗时，低压侧短路电流减少了一半目前，我国分裂变压器大多用作单机容量在200MW及以上大容量机组的厂用变压器这样，当某一段厂用母线短路时，既可以限制系统所供短路电流，同时又可以限制接在另一段厂用母线上的大容量电动机向短路点供给的反馈电流此外，对电动机自起动条件也有所改善习题与思考题4-1高压断路器的作用是什么？其常见类型有哪些？4-2试述SF6断路器的灭弧装置的特点4-3隔离开关的作用是什么？4-4熔断器的基本结构是什么？简述熔断器的熔断过程4-5电压互感器与电流互感器各有何作用，运行时有何特点？为什么工作时，电磁型电流互感器二次侧不能开路，而电压互感器不能短路？4-6电缆和母线作为载流导体各有何特点？各在什么应用场合下才能表现出其优点？4-7母线着色有何规定？4-8除了采用电抗器限制短路电流外，还有何方法能减小短路电流的大小？4-9观察你所在学校及实验室低压供电线路采用了什么样的开关电器，并画出电路图，及思考其布置是否合理3有可靠的分闸装置和足够的分闸速度，为了设备和系统的安全，分闸装置务必工作可靠、灵敏快速，在任何情况下不允许误动或拒动断路器分闸后，操动机构应自动回复到准备合闸位置4具有自由脱扣装置在断路器进行合闸的过程中又接到分闸命令时，操动机构应立即终止合闸过程，迅速进行分闸这种在合闸过程中的分闸叫做自由脱扣可见自由脱扣装置是分闸装置的重要补充，二者常结合在一起无论对自动或手动操动机构，该装置都是不可缺少的5在控制回路中，要保证分、合动作准确、连续，即分后准备合、合后准备分6结构简单、体积小、价格低廉高压断路器的分类高压断路器一般按灭弧介质的不同进行分类

1.油断路器指采用变压器油作为灭弧介质的断路器它又可分为多油断路器和少油断路器多油断路器的油除了作灭弧介质和触头开断后绝缘外，还作为带电部分对地的绝缘少油断路器的油只作为灭弧介质和触头开断后绝缘外，而带电部分对地绝缘采用瓷件或其他介质，和多油断路器相比，具有用油量少，体积小，重量轻，运输安装方便，有利于防火等优点

2.压缩空气断路器指采用压缩空气作为灭弧介质和弧隙绝缘介质的断路器压缩空气断路器的特点是灭弧能力强，动作迅速，能快速自动重合闸此外，其体积小，防火防爆，在低温下能可靠的工作，维护检修方便其缺点是工艺要求高，消耗有色金属多，操作时噪声大，并需一套专供操作用的压缩空气设备等

3.真空断路器指采用真空的高绝缘强度来灭弧的断路器这种断路器的动静触头密封在真空泡内，利用真空作为灭弧介质和绝缘介质它的特点是体积小，能频繁操作，维修工作量小

4.六氟化硫SF6断路器指利用具有优异的绝缘性能和灭弧性能的SFs气体作为灭弧介质和绝缘介质的断路器由于SF气体的6电气性能好，所以SF6断路器的断口电压较高，在电压等级相同、开断电流和其他性能相近的情况下，SF6断路气比少油断路器串联断口要少，可使制造、安装、调试和运行比较方便和经济它的特点是灭弧能力强，绝缘强度高，开断电流大，燃弧时间短；开断电容电流或电感电流时，无重燃，过电压低；电气寿命长，检修周期长，适于频繁操作；操作功小，机械特性稳定，操作噪音小

5.L

2.6高压断路器的基本结构和灭弧过程

1.少油断路器少油断路器分为户内式和户外式低于35kV的少油式断路器只有户内式，高于35kV的只有户外式，35kV的少油式则兼有户内式和户外式目前我国生产的少油断路器有多种系列，下面主要介绍SN10和SW6两种1SN10系列户内式少油断路器SN10系列少油断路器的结构基本相似，图4-3所示为SN10-101型少油断路器的结构图它由箱体、框架和机械传动机构三大部分组成箱体下部用两个支持绝缘子垂直壁挂于框架上，并经一绝缘连杆与传动机构相连断路器分合时，操作机构通过主轴

27、绝缘拉杆29和基座内的变直机构，使导电杆上下动作，实现断路器的分合图4-3SN10-10I型少油断路器结构少油断路器的导电回路从上到下由上接线座

5、静触座

7、静触头

13、弧触指

14、导电杆

20、滚动触头19和下接线座18等组成导电杆的端部和静触头的弧触指上均装有耐弧铜鸨合金，以增强触头的抗弧能力和短路开断能力，延长其使用寿命箱体中间部位是灭弧室，采用纵横吹和机械油吹联合作用的灭弧原理图4-4是SN10-10I型断路器灭弧室结构原理图，图4-4a中，绝缘筒11由高强度的玻璃钢制成，其内叠装用耐弧耐热的三聚氧胺玻璃纤维热压而成的隔弧板广5共5片，内衬筒7和8两个，绝缘垫圈6和10两个；上面用螺纹压圈9旋紧第

2、

3、4片隔弧板带有横吹喷口，第5片隔弧板具有纵吹油囊,形成三级横吹和一级纵吹此外还具有因导电杆分闸运动引起的机械油吹作用图4-4SN10-10I型少油断路器灭弧室结构原理图在灭弧室的上部空间放置静触头，如图4-3所示静触头座上套有一绝缘罩筒17,把灭弧室上部空间分为内、外两个部分内空间向下可通过隔弧片中心孔和横吹孔与外空间相通；向上通过静触头座回油孔道中的逆止阀与外空间相通当断路器处于合闸位置时，下通道被导电杆塞闭，上通道因逆止阀钢球下落而开启，以接受回油在分闸过程中，动静触头一分离便于工作产生电弧，分解变压器油，首先将逆止阀钢球上推堵住回油孔，造成密闭燃弧，使内腔压力迅速升高随着导电杆向下运动，顺序打开第

1、

2、3横吹孔和下部油囊的纵吹孔，造成压力油气流的纵横吹此外，在导电杆快速向下运动的同时，总的过程如图4-4b所示图中在开断小电流时，由于横吹缺乏足够的压力，电弧被拉至纵吹油囊后，在油气纵横吹及机械压油吹弧的联合作用下熄灭当开断大电流时，由于电弧的能量大，油气压力高，一般在开启第1或第2横吹孔时即能熄灭，燃弧时间很短，约为8~16ms2SW系列户外式少油断路器户外式少油断路器采用串联灭弧室、多断口积木式结构形式，其结构外型如图4-3所示断路器每相由两个结构完全相同的灭弧室1串联，对称地布置成V形，固定在中间机构箱2上，与支柱绝缘子3一起组成一个Y形落地式结构，每相有一单独的底座4,三相共用一套操动机构实现三相联动110KV少油断路器采用单柱双断口结构，按照积木式组装方式，用于220KV、330KV的少油断路器可分别采用双柱四断口和三柱六断口的结构，如图4-4所示图4-5户外式少油断路器的结构外型图4-6断路器的积木组合______________________________________这种每相导电回路采用多断口的方式可以增强灭弧能力、缩短分合闸时间和降低灭弧室的高度灭弧室里的结构大体与户内式少油断路器相似，也采用纵横吹和机械油吹联合作用的灭弧原理油断路器的优点是结构简单，价格便宜，但油在灭弧过程中容易被碳化，所以检修周期短，维护工作量大，再加油既会对造成对环境的污染又容易引发火灾，所以在UOKV及以上的电力系统中已有被六氟化硫断路器取代的趋势，而且在10KV电力系统中也有被真空断路器取代的趋势

2.SF6断路器1SF6断路器的发展SF6气体出现于1900年，直至1940年才被用来作为电器设备的绝缘介质，以此为起点，使SF6气体在高压开关，变压器、电缆和其他电气设备中得到了广泛的应用SF6在断路器中的应用是在60年代中期，由于基础工业的发展，材料和操动机构有了新的突破，找到了适应SFs特点的气压式灭弧室结构，才使SF6断路器走上了电力工业实践的舞台，获得了飞跃的发展在60年代以前，35kV以上的电网主要使用油断路器和空气断路器，至70年代，SF6断路器逐渐排挤了这两种断路器，而且显现出其有力的竞争锋芒现在，世界上生产35kV以上电压等级SF6断路器的国家有美国、日本、英国、瑞士、法国、意大利等17个国家，这些国家可生产10~800kV的SF6断路器，正在研究和制造1000kV的SF6断路器从今日的用户需求和制造厂家的产品上来看，尽管少油断路器目前还占有相当大的市场，但总的说来，是处于被淘汰的趋势SF6断路器已逐渐雄踞高压开关的主导地位，这已成为国内外公认的发展方向我国对SF6断路器的研制是从研制全封闭组合电器GIS开始的，目前220kV的SF6断路器已投入运行，现已能生产10〜550kV的断路器，10kV、35kV的SF6断路器正在迅速地被推广使用我国生产的10kVSF6断路器的代表型号为LM—10I型和LM—10H型如图4-5所示这两种类型的断路器采用先进自能旋弧式原理进行设计，具有结构简单、操作能量小、机电磨损小等优点，基本做到在运行期内“无维修，与真空和油开关灭弧室相比，在结构、安全性、耐过电压、使用寿命和价格方面都优越得多LW3-101型断路器配手动弹簧储能操动机构具有手动储能、手动开断和过电流自动脱扣开断四种功能，其主要用于10kV分支线路，完全可以取代现有的柱上油断路器LW3—10H型断路器配有交直流220V电动储能弹簧操动机构，具有电动关合、电动开断、手动关合、手动开断以及过电流自动脱扣开断功能图4-7LW3—10I、II型SF6断路器外形图2SF6气体的特点SF6气体是一种无色、无嗅、无毒和不可燃的惰性气体，是目前在高压电器中使用的最优良的灭弧介质和绝缘介质在均匀电场下SF6气体的绝缘性能大约是空气的3倍，在

0.4MPa约4个大气压的压力下，SF6气体的绝缘性能则与变压器油相当SF6气体是电负性气体，即其分子和原子具有很强的吸附自由电子的能力，可以大量吸附弧隙中参与导电的自由电子，生成负离子由于负离子的运动要比自由电子慢得多，因此很容易和正离子复合成中性的分子和原子，大大加快了电流过零时的弧隙介质强度的恢复3SF6断路器的灭弧装置现在世界各国生产的SF6断路器，采用三种灭弧室结构，这三种灭弧室结构是其一是压气式;其二是旋弧式；其三是自能式压气式灭弧装置见图4-8中只有一种压力的SF6气体，开断过程中，压气缸与动触头同时运动，将压气缸内的SF6气体压缩而使压力升高触头分离后，即喷口被打开，高压力的气体由喷口处向外排出，实现纵吹而将电弧熄灭目前在110KV及以上的电力系统中广泛使用这种灭弧装置图4-8压气式灭弧装置的工作原理旋弧式灭弧装置（见图4-9）多用于10〜35KVSF6断路器中其中磁场由线圈2形成，线圈的一端和静触头相连，另一端和圆筒电极相连，圆筒电极内部设置一个向静触头凸出的圆环当导电杆4和静触头1分开产生电弧后，电弧会很快转移到动触头和圆筒电极间，把线圈2接入电路，使被断开的电流流经线圈由于电弧电流是沿半径方向流动的，而线圈生成的磁场是轴线方向的，所以电弧会沿圆周旋转而与SF6气体介质发生相对运动，实现吹弧图4-9旋弧式灭弧装置的工作原理自能式灭弧装置（见图4-10）是正在发展中的新一代的灭弧装置，目前在110~220KV电力系统中使用其灭弧室由主气室

3、辅助气室

6、气孔

4、气缸5和喷口1组成当动静触头分开产生电弧后，被电弧加热的气体可通过气孔进入主气室，使主气室的压力升高，高压气体对喷口吹弧使电弧熄灭如果开断的电流较小，电弧产生的热量小使主气室的压力不够时，辅助气室中的气体将通过上部开启的阀门进入到主气室内起助吹作用，从而增强了开断小电流的吹弧能力图4-10自能式灭弧装置的工作原理隔离开关43隔离开关是高压电气装置中保证工作安全的开关电器，其结构简单隔离开关在分闸状态下，动静触头间应有明显可见的断口，绝缘可靠；在关合状态下，其导电系统中可以通过正常的工作电流和故障下的短路电流隔离开关没有灭弧装置，除了能开断很小的电流外，不能用来开断负荷电流，更不能用来开断短路电流，但隔离开关必须具备一定的动、热稳定1隔离开关的作用和分类

2.隔离开关的作用隔离开关的作用主要有以下三种

（1）隔离电源，保证安全利用隔离开关将高压电气装置中需要检修的部分与其他带电部分可靠地隔离，这样，工作人员可以安全地进行作业，不影响其余部分的正常工作

（2）倒闸操作隔离开关经常用来进行电力系统运行方式改变时的倒闸操作例如，当主接线为双母线时，利用隔离开关将设备或线路从一组母线切换到另一组母线

（3）接通或切断小电流电路可以利用隔离开关接通或切断下列电路电压互感器、避雷器、长度不超过10km的35KV空载线路或长度不超过5km的10kV空载线路、35kV100kVA及以下和110kV3200kVA及以下的空载变压器等特别强调，隔离开关在任何情况下，均不能接通或切断负荷电流和短路电流，并应设法避免可能发生的误操作

3.隔离开关的分类隔离开关可按以下不同方法进行分类1按装设地点的不同，分为户内式和户外式两种2按绝缘支柱数目分为单柱式、双柱式和三柱式三种3按动触头运动方式，可分为水平旋转式、垂直旋转式、摆动式和插入式等4按有无接地闸刀，可分为无接地闸刀、一侧有接地闸刀、两侧有接地闸刀三种5按操动机构的不同，分为手动式，电动式、气动式和液动式等6按极数分为单极、双极、三极三种

4.

1.

3.2隔离开关的操作原则隔离开关都配有手动操作机构，操作时要先拔出定位销，分、合闸动作要果断、迅速，终了时注意不要用力过猛，操作完毕一定要用定位销销住，并目测其动触头位置是否符合要求不管合闸还是分闸操作，都应在不带负荷或负荷在隔离开关允许的操作范围之内时才进行为此，操作隔离开关之前，必须先检查与之串联的断路器，应确实处于断开位置如果发生了带负荷切投隔离开关的误操作，则应冷静地避免可能发生的另一种反方向的误操作,就是当发现带负荷误合闸后，不得再立即拉开；当发现带负荷误分闸后，不得再合上除非刚拉开一点，发现有火花产生时，可立即合上

4.隔离开关的结构

1.户内式隔离开关户内式隔离开关型号为GN其额定电压一般在35KV以下，图4-11为户内配电用隔离开关的结构图隔离开关的三相共装在同一个底座上，操作机构通过连杆操动转轴完成分合闸操作导电回路主要由闸刀动触头、静触头及接线端组成静触头固定在支柱绝缘子上；闸刀由两片刀片做成，一端通过销轴固定在另一组支柱绝缘子的触头座上合闸时两片刀片夹紧静触头为了保证动、静触头间的接触压力和压缩行程，在闸刀与静头接触处装有弹簧对额定电流较大的还普遍采用磁锁装置来加强动、静触头间通过短路电流时的接触压力图4-11户内配电用隔离开关的原理图磁锁装置的作用原理如图4-12所示，当短路电流沿并行的两片闸刀流向静触头时，刀闸外侧的两片钢片受磁力作用互相吸引，增加了刀闸对静触头的接触压力，从而保证触头对短路电流的稳定性图4-12磁锁装置的作用原理隔离开关利用操动机构通过传动连杆使三相连动的转轴转动，再通过每相的拐臂一连杆即拉杆瓷瓶驱动各相闸刀作垂直旋转，从而达到合分闸操动的目的

2.户外隔离开关户外隔离开关型号为GW由于触头直接暴露于大气中，其工作条件比较复杂，应能抵抗冰、雪、雨、风、暴晒、酷热等恶劣气候的长期反复地作用，一般要求有较高的绝缘和机械强度户外隔离开关按绝缘支柱结构的不同，可分为单柱式、双柱式和三柱式，有的还带有接地闸刀1单柱式隔离开关图4-13为单柱式隔离开关，这种隔离开关的静触头被独立地安装在架空母线上，可动闸刀安装在瓷柱顶部，由操动机构通过传动机构带动，象剪刀一样向上运动，夹住装在母线上的静触头以实现合闸；或向下运动，释放装在母线上的静触头以实现分闸使用单柱式隔离开关可以显著地节省变电站的占地面积，但由于结构复杂，一般只在220KV及以上的电力系统中用图4-13单柱式隔离开关的原理图2双柱式隔离开关图4-14所示是GW厂35G D型双柱式隔离开关的结构图它由底座1,绝缘支柱2,导电回路

3、

4、

5、6,接地闸刀7,操动机构14及传动机构

9、

10、

11、

12、13等组成两个绝缘支柱2分别装在底座1的轴承座上，用交叉连杆9连接两绝缘支柱主轴8和8’的拐臂，可使两主轴同步反向转动90导电杆分成3和5两段，分别固定在两个绝缘支柱顶部，其触头为指形结构接地闸刀取垂直转动，并通过单独的一套操动机构和传动机构作三相连动操作图4-14GW-35G D型隔离开关结构图GW「110D型隔离开关结构上与GW「35G D型相同，但绝缘距离及相关尺寸增大双柱式隔离开关结构简单，尺寸小，重量轻，破冰雪能力强，动稳定性好但闸刀在水平面内转动，要求相间距离较大为满足特殊方式安装的需要，也可将两个绝缘支柱按V型布置，称为V型双柱式隔离开关，如G%-35D型隔离开关如图4-15所示图4-15GW5-35D型隔离开关外形图GW5-35D型隔离开关与GW4-35G D型基本相同，它也是双柱式结构，制成单极型式，借助连杆构成三极联动其主要不同之外是每极的两个支柱瓷瓶组成V形装在同一个底座内的两个轴承座上闸刀也做成两段式，各固定在支柱瓷瓶的顶端操作动轴转动，通过底座内的伞形齿啮合，带动两个支柱瓷瓶同速反向旋转90，达到分合闸的目的GW5-110D型隔离开关与GW.5-35D型的结构相同，只是绝缘距离和相关尺寸增加3三柱式隔离开关图4-16为三柱式隔离开关，这种隔离开关与双柱式隔离开关相比相间距离要求小，两边的绝缘支柱固定在支架上，中间的绝缘支柱安装在轴上分闸时中间的绝缘支柱带动转臂刀闸60°,使闸刀在水平面上转动而分闸三柱式隔离开关与双柱式的基本元件相同，动作原理相似，只是刀闸转动的方向不同。