导线截面及高低压电嚣选择《建筑供配电与照明》6市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx
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1、高等职业技术教育建筑设备类专业规化教材高等职业技术教育建筑设备类专业规化教材主主 编编 丁文华苏丁文华苏 娟娟副主编副主编 刘华斌刘华斌第1页课题课题6 导线截面及高低压电器选择导线截面及高低压电器选择6.1 高低压电器设备高低压电器设备6.2 电气设备选择及检验电气设备选择及检验6.3 导线截面选择及检验导线截面选择及检验第2页6.1 高低压电器设备高低压电器设备供配电系统中负担输送和分配电能任务电路,称为一次回路。一次回路中全部电气设备称为一次设备。惯用高、低压一次设备是指断路器、负荷开关、隔离开关、互感器、熔断器以及由以上开关电器及从属装置所组成成套配电装置(高压开关柜和低压配电屏)等。
2、下面分别介绍它们结构与原理,方便正确、合理地选择和使用。6.1.1 概述概述第3页熔断器(外文符号为FU)是一个经过电流超出要求值时使其熔体熔化而切断电路保护电器,主要由金属熔体(铜、铅、铅锡合金、锌等材料制成)、熔管及支持熔体触头组成。熔断器功效主要是进行短路保护,但有熔断器也含有过负荷保护功效。6.1.1.1 高低压熔断器高低压熔断器第4页按限流作用,熔断器可分为限流式和非限流式两种。在短路电流未到达冲击值之前就完全熄灭电弧属限流式熔断器;在熔体熔化后电弧电流继续存在,直到第一次过零或经过几个周期后电弧才熄灭属非限流式熔断器。按电压可分为高压熔断器和低压熔断器两种。供配电系统中惯用高压熔断
3、器有户内型(RN系列)和户外型(RW系列)。惯用低压熔断器有RT0系列、RL系列、RM系列以及NT系列等。第5页1.高压熔断器高压熔断器高压熔断器是电网中广泛使用电器,它是在电网中人为地设置一个最微弱通流元件,当流过过电流时,元件本身发烧而熔断,借灭弧介质作用使电路断开,到达保护电网线路和电气设备目标。高压熔断器普通可分为管式和跌落式两类。户内广泛采取管式,户外采取跌落式。因为管式熔断器在开断电路时无游离气体排出,所以户内广泛采取RN1、RN2型管式熔断器,而在户外则广泛采取RW4型跌落式熔断器。第6页户内高压熔断器全型号格式及含义以下:注:对于自爆式熔断器,其型号就是在RN前加字母B,比如B
4、RN12-10型。第7页户外高压熔断器全型号格式及含义以下:注:对于自爆式熔断器,也是在RW前加字母B,比如BRW-10型;有熔断器型号为RXW,其中字母X表示“限流型”,比如RXW-35型(上海电瓷厂产品);也有户外限流型熔断器不加字母X,比如RW10-35型(抚顺电瓷厂产品)。第8页(1)RN12-10型户内管式高压熔断器RN1、RN2型熔断器结构基本相同,都是瓷质熔管内填充石英砂密闭管式熔断器。其外形如图6.1所表示,内部结构见图6.2。RN1型熔断器惯用于电力线路及变压器过载和短路保护,其熔体要经过主电路短路电流,所以其结构尺寸较大,额定电流可达100A。RN2型熔断器则主要用于电压互
5、感器一次侧短路保护。第9页(2)RW4和RW10(F)等型户外跌落式高压熔断器跌落式熔断器广泛用于户外场所,既可作为610 kV线路和变压器短路保护,又可在一定条件下直接通断小容量空载变压器、空载线路等,但不可直接通断正常负荷电流。但负荷型跌落式熔断器(如RW10-10(F)型)是在普通跌落式熔断器静触头上加装简单灭弧室,除了作为610 kV线路和变压器短路保护外,还可直接带负荷操作。第10页普通跌落式熔断器在线路上发生短路时,短路电流使熔丝熔断,产生电弧使纤维质灭弧管内壁烧灼而分解出大量气体,造成管内压力剧增,并沿管道形成强烈气流纵吹电弧,使电弧熄灭。熔丝熔断后,上动触头因失去熔丝张力而下翻
6、,使锁紧机构释放,熔管在触头弹力和熔管自重作用下回转跌开,形成显著可见断开间隙。RW410(G)改进型户外跌落式熔断器结构见图6.3。第11页大多数跌落式熔断器熔管设计为逐层排气结构。在开断小短路电流时,因为上端被一薄膜封闭,形成单端(下端)排气,使管内保持较大气压,以利于熄灭小电流短路电弧。在开断大短路电流时,因为管内分解气体很多,气压很大,从而使上端薄膜被冲开,形成上下两端排气,以减小管内压力,预防熔管爆裂。第12页普通户外跌落式熔断器短路电流产生电弧仅靠灭弧管内壁纤维物质被烧灼分解产生气体来纵吹灭弧,其灭弧能力不强,灭弧速度不快,不能在0.01 s内灭弧,因而不能躲过短路冲击电流,所以户
7、外跌落式熔断器属于非限流式熔断器。负荷型跌落式熔断器(如RW1010F 型)上触头上面装有灭弧罩,在带负荷断开熔管时,在上部弧动触头与弧静触头之间产生电弧,因为回路电流电动力作用,将电弧吹入灭弧罩,使之快速熄灭,而无损于熔管内熔丝。第13页当熔管合上后,有短路电流经过时,熔管内熔丝熔断,产生电弧,其灭弧过程与上述普通跌落式熔断器相同,而且含有逐层排气结构,处理了同一熔断器有效地开断大、小短路电流矛盾。负荷型跌落式熔断器(RW1010F 型)外形结构见图6.4。第14页限流型户外高压熔断器(如RW10-35型)瓷质熔管内充有石英砂,其熔丝结构也与户内高压限流熔断器(如RN1等型)相同,所以它在过
8、负荷和短路时灭弧原理与户内高压限流熔断器相同,这种熔断器熔管是用抱箍固定在棒形支柱绝缘子上,所以熔丝熔断后不能自动跌开,更无可见断开间隙,所以无隔离开关作用。户外高压限流熔断器(RW10-35 型)外形结构见图6.5。第15页2.低压熔断器低压熔断器低压熔断器是惯用一个简单保护电器,与高压熔断器一样,主要用于短路保护,在一定条件下也能够起过负荷保护作用。其工作原理同高压熔断器一样,当线路中出现故障时,经过电流大于要求值,熔体产生过量热而被熔断,电路由此被分断。第16页低压熔断器种类很多,按结构形式来划分,有RM系列无填料密封管式熔断器、RT系列有填料密封管式熔断器、RC系列瓷插式熔断器和RL系
9、列螺旋式熔断器,另外还有引进技术生产有填料管式gF系列、M系列以及高分断能力NT系列等。第17页按保护性能可分为限流型和非限流型两大类。限流型熔断器灭弧能力强,能在短路电流到达冲击值之前0.01 s内熄灭电弧,所以有限流作用。限流熔断器熔管内都充填有石英砂,如RT型、RL型和NT型等。非限流型熔断器灭弧能力不强,不能躲过短路冲击电流,即其灭弧时间大于0.01 s,所以无限流作用。非限流熔断器熔管内未充填石英砂,如RM型和RC型等,但这类熔断器在熔体熔断后便于更换,比较经济。第18页瓷插式灭弧能力差,只是在故障电流较小线路末端使用。其它几个类型熔断器都有灭弧办法,分断电流能力比较强,密闭管式结构
10、简单,螺旋式更换熔管时比较安全,填充料式断流能力更强。第19页低压熔断器全型号表示及含义以下:下面主要介绍供电系统中惯用国产低压熔断器结构和原理。第20页(1)瓷插式熔断器 瓷插式熔断器又称瓷插保险,是常见一个低压熔断器。瓷质底座内装有静触头,和底座触头相连接导线用螺丝固定在触头螺丝孔内;瓷桥上熔体(保险丝)用螺丝固定在触头上。瓷桥插入底座后触头相互接触,线路接通。瓷插式熔断器灭弧能力差,只适合用于故障电流较小三相380 V或单相220 V线路末端,作为导线及电气设备短路保护之用。惯用RC1A系列瓷插式熔断器结构见图6.6,主要参数见表6.1。第21页(2)密闭管式熔断器 密闭管式熔断器结构也
11、比较简单,主要由变截面熔片或熔丝与套在外面耐高温密闭保护管组成,适合用于交流50 Hz、额定电压到380 V、660 V或直流到440 V电路中,作为企业配电设备过载和短路保护之用。此种熔断器采取变截面熔片在经过短路大电流时,熔片狭窄部分温度很快升高,熔片在狭窄部分熔断。熔片在几个狭窄部分同时熔断后全部下落,会造成较大弧隙,这更有利于灭弧。第22页常见密闭管式熔断器熔管与熔片结构见图6.7,RM10系列密闭管式熔断器技术参数见表6.2。第23页(3)螺旋式熔断器螺旋式熔断器由瓷质螺帽、熔断管和底座组成。熔断管由熔体和瓷质外套管组成。熔断管内充有石英砂,能够增加灭弧能力;熔断管上还有一个与内部熔
12、丝相连色片作为熔体熔断指示。底座装有上、下两个接线触头,分别与底座螺纹壳和底座触头相连。瓷质螺帽上有一个玻璃窗口,放入熔断管后能够透过玻璃窗口看到熔断指示色片。放有熔断管瓷质螺帽旋入底座螺纹壳后熔断器接通。第24页螺旋式熔断器特点是在带电情况下不用特殊工具就可换掉熔管,同时不会接触到带电部分。RL7系列螺旋式熔断器外形见图6.8,技术参数见表6.3,熔管参数见表6.4。螺旋式熔断器有快速熔断式,如RLS1系列、RLS2系列等,可作为硅整流元件、晶闸管保护之用。第25页(4)填充料式熔断器 填充料式熔断器由熔断管、熔体和底座组成。熔断管是封闭,里面充有石英砂。当熔断管内熔体熔断产生电弧后,周围石
13、英砂吸收电弧热量,而使电弧很快熄灭。所以,填充料式熔断器有较大断流能力。常见填充料式熔断器有RT0系列、RT12系列、RT14系列、RT15系列、RT16系列、RT17系列、RT20系列等。RT20系列为填充料封闭管式刀形触头熔断器,熔断管和底座外形见图6.9,其技术参数见表6.5。第26页(5)M系列熔断器M系列熔断器是引进技术生产含有限流作用熔断器,主要由底座和熔管组成。圆形熔管中装有铜熔体和石英砂填料,除了有限流作用外,还有熔断指示作用。第27页(6)自复式熔断器 传统熔断器在熔体熔断后必须更换熔体才能继续供电,这会增加熔断器运行代价,而且给使用带来不便;更换熔体造成停电时间也较长,将给
14、用户带来一定损失。自复式熔断器克服了这个缺点,它既能切断短路电流,又能在故障排除后自动恢复供电。即使叫做熔断器,但其工作原理和传统熔断器并不相同,自复式熔断器实际上属于热敏性非线性电阻。第28页自复式熔断器串联于电路当中,普通情况下电阻很小,电路正常供电。当经过故障大电流时,自复式熔断器电阻突然变得很大,限制故障电流至很小数值从而保护设备安全。在故障消除且电流回落后,自复式熔断器电阻会恢复到初始值,电路又会正常供电,无需更换熔体,其结构如图6.10所表示。如我国生产RZ1型自复式熔断器采取金属钠作为熔体。在常温下金属钠电阻很小,能够顺畅地流过工作电流;在经过故障巨大电流时,钠快速气化,电阻变得
15、很大,故障电流被限制;限制电流任务完成后,钠蒸气冷却,又恢复到固体钠。第29页自复式熔断器可与低压断路器配合使用组合为一个电器,我国生产DZ10-100R型低压断路器就是DZ10-100型低压断路器与RZ1-100型自复式熔断器组合,利用自复式熔断器来限制并切除短路电流,利用低压断路器来通、断电路和实现过负荷保护。能够预计,这种组合电器将会有辽阔应用前景。第30页图6.1RN1、RN2型高压熔断器安装图1磁熔管;2金属管帽;3弹性触座;4熔断指示器;5接线端子;6瓷绝缘子;7底座第31页图6.2RN1、RN2型熔断器熔管剖面示意图1管帽;2瓷管;3工作熔体;4指示熔体;5锡球;6石英砂填料;7
16、熔断指示器(第32页图6.3RW4-10(G)型户外跌落式熔断器第33页图6.4负荷型跌落式熔断器(RW1010F型)外形结构第34页图6.5户外高压限流熔断器(RW10-35型)外形结构第35页图6.6瓷插式熔断器1动触点;2熔体;3瓷插件;4静触点;5瓷座 第36页图6.7 RM10型低压熔断器(a)熔管;(b)熔片第37页图6.8RL7系列螺旋式熔断器及熔断管外形 第38页图6.9RT20系列填充料式熔断器三极底座和熔断管 第39页图6.10 RZ1型低压自复式熔断器第40页(1)高压断路器 高压断路器(外文符号为QF)是高压供电系统中主要电气设备之一。它能在有负荷情况下接通和断开电路,
17、当系统产生短路故障时,能快速切断短路电流。它不但能通断正常负荷电流,而且能通断一定短路电流,还能在保护装置作用下自动跳闸切除短路故障,恢复正常运行。高压断路器按其采取灭弧介质可分为油断路器、六氟化硫(SF6)断路器、真空断路器等类型。我国中小型工厂供电系统中当前主要采取油断路器和真空断路器。6.1.1.2 高低压开关电器高低压开关电器第41页高压断路器全型号表示及含义以下:真空断路器以真空作为灭弧和弧绝缘介质断路器称为真空断路器。所谓真空是相对而言,是指气体压力在1.310-2 Pa以下空间。因为真空中几乎没有气体分子可供游离导电,且弧隙中少许导电粒子很轻易向周围真空扩散,所以真空绝缘强度比变
18、压器油及一个大气压下SF6或空气绝缘强度高得多。真空断路器结构主要由真空灭弧室和触头组成,其类型有户内型(ZN型)和户外型(ZW型)。图6.11为户内型分离式真空断路器外形图。图6.12为真空断路器真空灭弧室结构。第42页真空断路器特点有:开断能力强,可达50 kA,开断后断口间介质恢复速度快,介质不需要更换。触头开距小,10 kV级真空断路器触头开距只有10 mm左右,所需操作功率小,动作快,操作机构能够简化,寿命延长,普通可达左右不需检修。熄弧时间短,弧压低,电弧能量小,触头损耗小,开断次数多。第43页 动导杆惯性小,适于频繁操作。开关操作时动作噪音小,适合城区使用。灭弧介质或绝缘介质不用
19、油,没有火灾和爆炸危险。触头部分为完全密封结构,不会因潮气、灰尘、有害气体等影响而降低其性能。工作可靠,通断性能稳定。灭弧室作为独立元件,安装调试简单方便。第44页在真空断路器使用年限内,触头部分不需要维修、检验。即使维修检验,所需时间也很短。在密封容器中熄弧,电弧和炽热气体不外露。含有屡次重合闸功效,适合配电网中应用要求。所以,真空断路器适合用于频繁操作和要求高速开断场所。第45页 SF6断路器以SF6气体作为灭弧和绝缘介质断路器称为SF6断路器。SF6是一个惰性气体,无色、无味、无毒,不燃烧,比密度是空气5.1倍。SF6特征是能在电弧间隙游离气体中强烈地吸附自由电子,在分子直径很大SF6气
20、体中,电子运动自由行程不大,在一样电场强度下产生碰撞游离机会降低,这就使得SF6有极好绝缘和灭弧能力。与空气相比较,SF6绝缘能力约高3倍,灭弧能力约高百倍。所以,SF6断路器可第46页采取简单灭弧结构以缩小断路器外形尺寸,且含有较强开断能力。另外,电弧在SF6气体中燃烧时电弧电压尤其低,燃弧时间短,所以断路器开断后触头烧损很轻微,不但能够频繁操作,同时也延长了检修周期。SF6气体是当前最理想绝缘和灭弧介质,它比现在使用变压器油、压缩空气乃至真空都含有没有可比拟优良特征。正因为如此,其应用越来越广,发展相当快速,在中压、高压领域中广泛应用,尤其在高压、超高压领域里更显示出其不可取代地位。第47
21、页SF6断路器依据其灭弧原理可分为双压式、单压式和旋弧式结构。图6.13为LN2-10型高压六氟化硫断路器外形图,图6.14为SF6断路器灭弧室结构示意图。SF6气体所含有多方面优点使得SF6断路器设计得愈加精巧、可靠,使用方便,适合用于频繁操作及要求高速开断场所,但不适合用于高寒地域,其主要优点为:其主要优点为:第48页绝缘性能好,使断路器结构设计更为紧凑,节约空间,而且操作功率小,噪音小。因为带电及断口均被密封在金属容器内,金属外部接地,更加好地预防意外接触带电部位和预防外部物体侵入设备内部,设备可靠。无可燃性物质,防止了爆炸和燃烧,使变配电所安全可靠性提升。第49页SF6气体在低气压下使
22、用能够确保电流在过零附近切断,电流截断趋势减至最小,防止截流而产生操作过电压,降低了设备绝缘水平要求,并在开断电容电流时不产生重燃。SF6气体密封条件好,能够保持装置内部干燥,不受外界潮气影响。SF6气体良好灭弧特征使得燃弧时间短,电流开断能力大,触头烧损腐蚀小,触头能够在较高温度下运行而不损坏。第50页 燃弧后装置内没有碳沉淀物,所以能够消除电磁痕,不发生绝缘击穿。因为SF6气体含有良好绝缘性能,故能够大大降低装置电气距离。因为SF6开关装置是全封闭,能够适合用于户内、居民区、煤矿或其它有爆炸危险场所。第51页SF6断路器加工精度要求很高,对其密封性能要求更严,所以价格比较昂贵。SF6断路器
23、(按灭弧方式分为单压式和双压式,按总体结构分为落地箱式和支柱瓷瓶式)用SF6气体作绝缘和灭弧介质,含有良好绝缘和电气性能,属免维护产品。但SF6气体一旦泄漏,与周围介质生成有剧毒氟化物,故须进行漏气监视和报警。第52页 少油断路器油断路器按其油量多少和油作用分为多油式和少油式两大类。多油断路器油量多,既作灭弧介质,又作绝缘介质。少油断路器是在多油断路器基础上发展起来,它用油量极少,油主要起灭弧作用,不负担触头与油箱间绝缘,相对多油断路器而言,其结构简单,节约材料,使用维护方便,所以得到广泛应用。但相对真空断路器及SF6断路器而言,少油断路器将会逐步被取代。SN10-10型高压少油断路器外形结构
24、见图6.15,其油箱内部结构剖面图见图6.16。第53页(2)高压负荷开关 高压负荷开关(外文符号为QL)主要用于配电系统中关合、承载、开断正常条件下电流,并能经过要求异常(如短路)电流关合,也就是说,负荷开关能够合、分正常负荷电流以及关合短路电流。所以,负荷开关受到使用条件限制,不能作为电路中保护开关,通常负荷开关必须与含有开断短路电流能力开关设备相配合使用,最惯用方式是负荷开关与高压熔断器相配合,正常合、分负荷电流由负荷开关完成,故障电流由熔断器来完成开断。第54页因为负荷开关特点,普通不作为直接保护开关,主要用于较为频繁操作场所和非主要场所,尤其在小容量变压器保护中采取高压熔断器与负荷开
25、关相配合,能表达出较为显著优点。当变压器发生大电流故障时,由熔断器动作,切断电流,其动作时间在20 ms左右,这远比采取断路器保护要快得多,正常操作由负荷开关完成,提升了灵活性。在10 kV线路中采取负荷开关,以三相联动为主,当熔断器发生故障时,不论是三相或是单相故障,当有一相熔丝熔断后,能快速脱扣三相联动机构,使三相负荷开关快速分断,防止造成三相不平衡和非全相运行。第55页高压负荷开关在配电网应用已经得到了供电部门认可,据相关资料介绍,高压负荷开关在国外使用数量已到达断路器5倍,并有继续增加趋势。近几年来,伴随城市电网改造,负荷开关使用量越来越大,如环网开关柜,负荷开关配用熔断器作为高压设备
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