工廠變配電所及其一次系統(tǒng)

工廠變配電所及其一次系統(tǒng)第一節(jié)工廠變配電所的任務(wù)和類型一.變配電所的任務(wù)二.變配電所的類型第二節(jié)電力變壓器一.電力變壓器及其分類二.電力變壓器的結(jié)構(gòu)、型號一.概述第三節(jié)電流互感器和電壓互感器二.電流互感器三.電壓互感器三.電力變壓器的聯(lián)結(jié)組別及其選擇四.變電所主變壓器臺數(shù)和容量的選擇五.電力變壓器并列運行條件第五節(jié)低壓一次設(shè)備三.高壓熔斷器四.高壓隔離開關(guān)五.高壓負荷開關(guān)六.高壓斷路器第四節(jié)高壓一次設(shè)備一.一次設(shè)備及其分類二.電氣設(shè)備運行中的電弧問題與滅弧方法七.高壓開關(guān)柜八.高壓一次設(shè)備的選擇與校驗三.低壓斷路器四.低壓配電屏和配電箱五.低壓一次設(shè)備的選擇一.低壓熔斷器二.低壓刀開關(guān)和負荷開關(guān)第七節(jié)工廠變配電所的所址、布置、結(jié)構(gòu)及安裝圖三.車間和小型工廠變電所四.工廠總降壓變電所的主接線圖第六節(jié)工廠變配電所的主接線圖一.概述二.高壓配電所的主接線圖三.變配電所的結(jié)構(gòu)四.變配電所的電氣安裝圖一.變配電所所址的選擇二.變配電所的總體布置要求及方案示例第八節(jié)工廠變配電所的運行維護與檢修試驗三.電力變壓器的運行維護四.電力變壓器的檢修試驗五.配電裝置的運行維護一.變配電所的值班制度和值班員職責二.變配電所的送電和停電操作六.配電裝置的檢修試驗復(fù)習思考題習題

一.變配電所的任務(wù)變電所擔負著從電力系統(tǒng)受電，經(jīng)過變壓，然后配電的任務(wù)。配電所擔負著從電力系統(tǒng)受電，然后直接配電的任務(wù)。顯然，變配電所是工廠供電系統(tǒng)的樞紐，在工廠中占有特殊重要的地位。第四章工廠變配電所及其一次系統(tǒng)第一節(jié)工廠變配電所的任務(wù)和類型

內(nèi)容提要：本章首先介紹工廠變配電所的任務(wù)和類型，然后重點講述工廠變配電所的一次設(shè)備和主接線圖，對電力變壓器、互感器和高低壓一次設(shè)備著重介紹其功能、結(jié)構(gòu)特點、基本原理及其選擇，對主接線圖著重講述其基本要求及一些典型接線。最后講述工廠變配電所的所址選擇、布置、結(jié)構(gòu)、安裝圖及其運行維護和檢修試驗的基本知識。本章是本課程的重點，也是從事工廠變配電所運行、維護和設(shè)計必備的基礎(chǔ)知識。(5)桿上變電臺變壓器安裝在室外的電桿上，亦稱桿上變電所（如圖4-1中的8）。(6)地下變電所整個變電所設(shè)置在地下（如圖4-1中的9）。(7)樓上變電所整個變電所設(shè)置在樓上（如圖4-1中的10）。(8)成套變電所由電器制造廠按一定接線方案成套制造、現(xiàn)場裝配的變電所，又稱組合式或箱式變電所。(9)移動式變電所整個變電所裝在可移動的車上。上述的車間附設(shè)變電所、車間內(nèi)變電所、獨立變電所、地下變電所和樓上變電所，均屬于室內(nèi)型（戶內(nèi)式）變電所。露天、半露天變電所和桿上變電臺，則屬于室外型（戶外式）變電所。成套變電所和移動式變電所，則室內(nèi)型和室外型均有。(1)車間附設(shè)變電所變電所變壓器室的一面墻或幾面墻與車間建筑的墻共用，變壓器室的大門朝車間外開。如果按變壓器室位于車間的墻內(nèi)還是墻外，還可進一步分為內(nèi)附式（如圖4-1中的1、2）和外附式（如圖4-1中的3、4）。(2)車間內(nèi)變電所變壓器室位于車間內(nèi)的單獨房間內(nèi)，變壓器室的大門朝車間內(nèi)開(如圖4-1中的5)。(3)露天(或半露天)變電所變壓器安裝在車間外面抬高的地面上(如圖4-1中的6)。變壓器上方?jīng)]有任何遮蔽物的，稱為露天式；變壓器上方設(shè)有頂板或挑檐的，稱為半露天式。(4)獨立變電所整個變電所設(shè)在與車間建筑有一定距離的單獨建筑物內(nèi)，如圖4-1中的7）。

二.變配電所的類型工廠變電所分為總降壓變電所和車間變電所，不過一般中小型工廠不設(shè)總降壓變電所。車間變電所按其主變壓器的安裝位置來分，有下列類型：圖4-1車間變電所的類型1、2-內(nèi)附式3、4-外附式5-車間內(nèi)式6-露天或半露天式7-獨立式8-桿上式9-地下式10-樓上式在負荷較大的多跨廠房、負荷中心在廠房中央且環(huán)境許可時，可采用車間內(nèi)變電所。車間內(nèi)變電所，位于車間的負荷中心，可以縮短低壓配電距離，從而降低電能損耗和電壓損耗，減少有色金屬消耗量，因此這種變電所的技術(shù)經(jīng)濟指標比較好。但是變電所建車間內(nèi)部，要占一定的生產(chǎn)面積，因此對一些生產(chǎn)面積比較緊湊和生產(chǎn)流程要經(jīng)常調(diào)整、設(shè)備也要相應(yīng)變動的生產(chǎn)車間不太適合；而且其變壓器室門朝車間內(nèi)開，對生產(chǎn)的安全有一定的威脅。這種車間內(nèi)變電所在大型冶金企業(yè)中較多。生產(chǎn)面積比較緊湊和生產(chǎn)流程要經(jīng)常調(diào)整、設(shè)備也要相應(yīng)變動的生產(chǎn)車間，宜采用附設(shè)變電所的型式。至于是采用內(nèi)附式還是外附式，要視具體情況而定。內(nèi)附式要占一定的生產(chǎn)面積，但離負荷中心比外附式稍近一些，而從建筑外觀來看，內(nèi)附式一般也比外附式好。外附式不占或少占車間生產(chǎn)面積，而且其變壓器室在車間的墻外，比內(nèi)附式更安全一些。因此，內(nèi)附式和外附式各有所長。這兩種型式的變電所，在機械類工廠中比較普遍。露天或半露天變電所，比較簡單經(jīng)濟，通風散熱好，因此只要周圍環(huán)境條件正常，無腐蝕性、爆炸性氣體和粉塵的場所可以采用。這種型式的變電所在工廠的生活區(qū)及小廠中較為常見。但是這種型式的變電所的安全可靠性較差，在靠近易燃易爆的廠房附近及大氣中含有腐蝕性爆炸性物質(zhì)的場所不能采用。獨立變電所，建筑費用較高，因此除非各車間的負荷相當小而分散，或需遠離易燃易爆和有腐蝕性物質(zhì)的場所可以采用外，一般車間變電所不宜采用。電力系統(tǒng)中的大型變配電站和工廠的總變配電所，則一般采用獨立式。桿上變電臺最為簡單經(jīng)濟，一般用于容量在315kVA及以下的變壓器，而且多用于生活區(qū)供電。地下變電所的通風散熱條件較差，濕度較大，建筑費用也較高，但相當安全，且不礙觀瞻。這種型式的變電所在一些高層建筑、地下工程和礦井中采用。樓上變電所，適用于高層建筑。這種變電所要求結(jié)構(gòu)盡可能輕型、安全，其主變壓器通常采用無油的干式變壓器，不少采用成套變電所。移動式變電所主要用于坑道作業(yè)及臨時施工現(xiàn)場供電。工廠的高壓配電所，應(yīng)盡可能與鄰近的車間變電所合建，以節(jié)約建筑費用。第二節(jié)電力變壓器一.電力變壓器及其分類電力變壓器（power

transformer，文字符號為T或TM），是變電所中最關(guān)鍵的一次設(shè)備，其主要功能是將電力系統(tǒng)的電能電壓升高或降低，以利于電能的合理輸送、分配和使用。電力變壓器按變壓功能分，有升壓變壓器和降壓變壓器。工廠變電所都采用降壓變壓器。終端變電所的降壓變壓器，也稱為配電變壓器。電力變壓器按容量系列分，有R8容量系列和R10容量系列。所謂R8容量系列，是指容量等級是按R8=倍數(shù)遞增的。我國老的變壓器容量等級采用R8系列，容量等級如100、135、180、240、320、420、560、750、1000kVA等。所謂R10容量系列，是指容量等級是按R10=倍數(shù)遞增的。R10系列的容量等級較密，便于合理選用，是IEC（國際電工委員會）推薦的，我國新的變壓器容量等級采用這種R10系列，容量等級如100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1000kVA等。電力變壓器按相數(shù)分，有單相和三相兩大類。工廠變電所通常都采用三相變壓器。按調(diào)壓方式分，有無載調(diào)壓（又稱無激磁調(diào)壓）和有載調(diào)壓兩大類。工廠變電所大多采用無載調(diào)壓變壓器。但在用電負荷對電壓水平要求較高的場合，也有采用有載調(diào)壓變壓器的。電力變壓器按繞組（線圈）導體材質(zhì)分，有銅繞組和鋁繞組兩大類。工廠變電所過去大多采用較價廉的鋁繞組變壓器，但現(xiàn)在低損耗的銅繞組變壓器得到了越來越廣泛的應(yīng)用。電力變壓器按繞組型式分，有雙繞組變壓器、三繞組變壓器和自耦變壓器。工廠變電所一般采用雙繞組變壓器。電力變壓器按繞組絕緣及冷卻方式分，有油浸式、干式和充氣式（SF6）等變壓器。其中油浸式變壓器，又有油浸自冷式、油浸風冷式、油浸水冷式和強迫油循環(huán)冷卻式等。工廠變電所大多采用油浸自冷式變壓器。電力變壓器按用途分，有普通電力變壓器、全封閉變壓器和防雷變壓器等。工廠變電所大多采用普通電力變壓器，只在易燃易爆場所及安全要求特高的場所采用全封閉變壓器，在多雷區(qū)采用防雷變壓器。圖4-3環(huán)氧樹脂澆注絕緣的三相干式電力變壓器1-高壓出線套管和接線端子2-吊環(huán)3-上夾件4-低壓出線套管和接線端子5-銘牌6-環(huán)氧樹脂澆注絕緣繞組(內(nèi)低壓，外高壓)7-上下夾件拉桿8-警示標牌9-鐵心10-下夾件11-小車12-高壓繞組間連接導桿13-高壓分接頭連接片

二.電力變壓器的結(jié)構(gòu)、型號電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)，包括鐵心和繞組兩大部分。繞組又分高壓和低壓或一次和二次繞組等。圖4-2是普通三相油浸式電力變壓器的結(jié)構(gòu)圖。圖4-3是環(huán)氧樹脂澆注絕緣的三相干式電力變壓器的結(jié)構(gòu)圖。圖4-2三相油浸式電力變壓器1-溫度計2-銘牌3-吸濕器4-油枕(儲油柜)5-油位指示器(油標)6-防爆管7-瓦斯(氣體)繼電器8-高壓出線套管和接線端子9-低壓出線套管和接線端子10-分接開關(guān)11-油箱及散熱油管12-鐵心13-繞組及絕緣14-放油閥15-小車16-接地端子

附錄表5列出S9、SC9和S11-M?R等系列配電變壓器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)，供參考。電力變壓器全型號的表示和含義如下：

冷卻裝置種類代號——性能水平代號(8、9、10、11、12等)(或設(shè)計序號)□□□－□/□——相數(shù)代號——S－三相D－單相

繞組外絕緣介質(zhì)代號C－成型固體澆注式CR－成型固體包封式油浸式不表示F－風冷自然冷卻不表示——高壓繞組電壓等級（kV）——額定容量（kVA）——繞組導體材質(zhì)代號——B－銅箔L－鋁，LB－鋁箔銅不表示——調(diào)壓方式代號——Z－有載調(diào)壓無載調(diào)壓不表示

三.電力變壓器的聯(lián)結(jié)組別及其選擇電力變壓器的聯(lián)結(jié)組別，是指變壓器一、二次(或一、二、三次)繞組因采取不同的聯(lián)結(jié)方式而形成變壓器一、二次(或一、二、三次)側(cè)對應(yīng)的線電壓之間的不同相位關(guān)系。

(一)常用配電變壓器的聯(lián)結(jié)組別

6~10kV配電變壓器（二次側(cè)電壓為220/380V）有Yyn0(即Y/Y0－12)和Dyn11(即Δ/Y0

－11)兩種常用的聯(lián)結(jié)組。變壓器Yyn0聯(lián)結(jié)組的接線和示意圖如圖4-4所示。其一次線電壓與對應(yīng)的二次線電壓之間的相位關(guān)系，如同時鐘在零點（12點）時分針與時針的相互關(guān)系一樣。圖中一、二次繞組標有黑點“?”的端子為對應(yīng)的“同名端”。變壓器Dyn11聯(lián)結(jié)組的接線和示意圖如圖4-5所示。其一次線電壓與對應(yīng)的二次線電壓之間的相位關(guān)系，如同時鐘在11點時分針與時針的相互關(guān)系一樣。圖4-4變壓器Yyn0聯(lián)結(jié)組a)一、二次繞組接線圖b)一、二次電壓相量圖c)時鐘示意圖圖4-5變壓器Dyn11聯(lián)結(jié)組a)一、二次繞組接線圖b)一、二次電壓相量圖c)時鐘示意圖

我國過去的配電變壓器差不多全采用Yyn0聯(lián)結(jié)。近二十年來，Dyn11聯(lián)結(jié)的配電變壓器開始得到了推廣應(yīng)用。配電變壓器采用Dyn11聯(lián)結(jié)較之采用Yyn0聯(lián)結(jié)有下列優(yōu)點：

(1)對Dyn11聯(lián)結(jié)的變壓器來說，其3n次（n為正整數(shù)）諧波電流在其三角形聯(lián)結(jié)的一次繞組內(nèi)形成環(huán)流，從而不致注入公共的高壓電網(wǎng)中去，這較之一次繞組接成星形的Yyn0聯(lián)結(jié)的變壓器更有利于抑制電網(wǎng)中的高次諧波。

(2)Dyn11聯(lián)結(jié)變壓器的零序阻抗較之Yyn0聯(lián)結(jié)變壓器的零序阻抗小得多【1】從而更有利于低壓單相接地短路故障保護的動作及故障的切除。

(3)當?shù)蛪簜?cè)接用單相不平衡負荷時，由于Yyn0聯(lián)結(jié)變壓器要求低壓中性線電流不超過低壓繞組額定電流的25%，因而嚴重限制了其接用單相負荷的容量，影響了變壓器設(shè)備能力的充分發(fā)揮。為此，GB50052-1995《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：低壓為TN和TT系統(tǒng)時，宜于選用Dyn11聯(lián)結(jié)變壓器。Dyn11聯(lián)結(jié)變壓器低壓側(cè)中性線電流允許達到低壓繞組額定電流的75%以上，其承受單相不平衡負荷的能力遠比Yyn0聯(lián)結(jié)變壓器大。這在現(xiàn)代供配電系統(tǒng)中單相負荷急劇增長的情況下，推廣應(yīng)用Dyn11聯(lián)結(jié)變壓器就顯得更有必要。但是，由于Yyn0聯(lián)結(jié)變壓器一次繞組的絕緣強度要求比Dyn11聯(lián)結(jié)變壓器稍低，從而制造成本稍低，因此在TN和TT系統(tǒng)中由單相不平衡負荷引起的低壓中性線電流不超過低壓繞組額定電流的25%、且其一相的電流在滿載時不致超過額定值時，仍可選用Yyn0聯(lián)結(jié)變壓器。【1】單相接地故障的切除，決定于單相接地短路電流的大小，而此單相接地短路電流等于相電壓除以單相短路回路的計算阻抗，計算阻抗為其正序、負序和零序之和的1/3。如果不計電阻只計電抗時，Dyn11聯(lián)結(jié)變壓器的零序電抗X0=X1，X1為變壓器的正序電抗，亦即變壓器電抗XT；而Yyn0聯(lián)結(jié)變壓器的零序電抗X0=X1+Xμ0，Xμ0為變壓器的勵磁電抗。由于Xμ0>>X1，故Dyn11聯(lián)結(jié)變壓器的X0比Yyn0聯(lián)結(jié)變壓器的X0小得多，因此Dyn11聯(lián)結(jié)變壓器的單相接地短路電流比Yyn0聯(lián)結(jié)變壓器的單相接地短路電流大得多，以致Dyn11聯(lián)結(jié)變壓器更有利于低壓單相接地短路故障的保護和切除。

當雷電過電壓沿變壓器二次側(cè)（低壓側(cè)）線路侵入時，由于變壓器二次側(cè)同一芯柱上的兩半個繞組的電流方向正好相反，其磁動勢相互抵消，因此過電壓不會感應(yīng)到一次側(cè)（高壓側(cè)）線路上去。同樣地，假如雷電過電壓沿變壓器一次側(cè)（高壓側(cè)）線路侵入時，由于變壓器二次側(cè)（低壓側(cè)）同一芯柱上的兩半個繞組的感應(yīng)電動勢相互抵消，二次側(cè)也不會出現(xiàn)過電壓。由此可見，采用Yzn11聯(lián)結(jié)的變壓器有利于防雷。在多雷地區(qū)宜選用這類防雷變壓器。圖4-6Yzn11聯(lián)結(jié)的防雷變壓器

a)一、二次繞組接線圖b)一、二次電壓相量圖(二)防雷變壓器的聯(lián)結(jié)組別防雷變壓器通常采用Yzn11聯(lián)結(jié)組，如圖4-6a所示，其正常時的電壓相量圖如圖4-6b所示。其結(jié)構(gòu)特點是每一鐵心柱上的二次繞組都分為兩半個匝數(shù)相等的繞組，而且采用曲折形（Z形）聯(lián)結(jié)。

正常工作時，一次線電壓，二次線電壓，其中，。由圖4-6b知，與同相，而滯后330o，即滯后330o。在鐘表上1個小時的角度為，因此該變壓器的聯(lián)結(jié)組別號為，即聯(lián)結(jié)組別為Yzn11。

四.變電所主變壓器臺數(shù)和容量的選擇(一)變電所主變壓器臺數(shù)的選擇選擇主變壓器臺數(shù)時應(yīng)考慮下列原則：

(1)應(yīng)滿足用電負荷對供電可靠性的要求。對供有大量一、二級負荷的變電所，應(yīng)采用兩臺變壓器，以便當一臺變壓器發(fā)生故障或檢修時，另一臺變壓器能對一、二級負荷繼續(xù)供電。對只有二級負荷而無一級負荷的變電所，也可以只采用一臺變壓器，但必須在低壓側(cè)敷設(shè)與其他變電所相連的聯(lián)絡(luò)線作為備用電源，或另有自備電源。

(2)對季節(jié)性負荷或晝夜負荷變動較大而宜于采用經(jīng)濟運行方式的變電所，也可考慮采用兩臺變壓器。

(3)除上述兩種情況外，一般車間變電所宜采用一臺變壓器。但是負荷集中且容量相當大的變電所，雖為三級負荷，也可以采用兩臺或多臺變壓器。

(4)在確定變電所主變壓器臺數(shù)時，應(yīng)適當考慮負荷的發(fā)展，留有一定的余地。(二)變電所主變壓器容量的選擇

1.只裝一臺主變壓器的變電所主變壓器的容量應(yīng)滿足全部用電設(shè)備總計算負荷的需要，即(4-1)2.裝有兩臺主變壓器的變電所每臺變壓器的容量應(yīng)同時滿足以下兩個條件：

(1)任一臺變壓器單獨運行時，宜滿足總計算負荷的大約60%～70%的需要，即(4-2)(2)任一臺變壓器單獨運行時，應(yīng)滿足全部一、二級負荷的需要，即(4-3)

對于戶內(nèi)變壓器，由于散熱條件較差，一般變壓器室的出風口與進風口間有約15℃的溫度差，從而使處在室中間的變壓器環(huán)境溫度比戶外變壓器環(huán)境溫度要高出大約8℃，因此戶內(nèi)變壓器的實際容量（出力）較之上式所計算的容量（出力）還要減小8%。還要指出：由于變壓器的負荷是變動的，大多數(shù)時間是欠負荷運行，因此必要時可以適當過負荷，并不會影響其使用壽命。油浸式變壓器，戶外可正常過負荷30%，戶內(nèi)可正常過負荷20%。干式變壓器一般不考慮正常過負荷。3.車間變電所主變壓器的單臺容量上限車間變電所主變壓器的單臺容量，一般不宜大于1000kVA（或1250kVA）。這一方面是受以往低壓開關(guān)電器斷流能力和短路穩(wěn)定度要求的限制；另一方面也是考慮到可以使變壓器更接近于車間負荷中心，以減少低壓配電線路的電能損耗、電壓損耗和有色金屬消耗量。現(xiàn)在我國已能生產(chǎn)一些斷流能力更大和短路穩(wěn)定度更好的新型低壓開關(guān)電器如DW15、ME等型低壓斷路器及其他電器，因此如果車間負荷容量較大、負荷集中且運行合理時，也可以選用單臺容量為1250～2000kVA的配電變壓器，這樣可減少主變壓器臺數(shù)及高壓開關(guān)電器和電纜等。對裝設(shè)在二層以上的電力變壓器，應(yīng)考慮其垂直和水平運輸時對通道及樓板荷載的影響。如果采用干式變壓器時，其容量不宜大于630kVA。對住宅小區(qū)變電所內(nèi)的油浸式變壓器單臺容量，也不宜大于630kVA。這是因為油浸式變壓器容量大于630kVA時，按規(guī)定應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護（參看第六章第六節(jié)），而這些住宅小區(qū)變電所電源側(cè)的斷路器往往不在變壓器附近，因此瓦斯保護很難實施，而且如果變壓器容量增大，供電半徑相應(yīng)增大，往往造成配電線路末端的電壓偏低，給居民生活帶來不便，例如熒光燈啟燃困難、電冰箱不能啟動等。

4.適當考慮負荷的發(fā)展應(yīng)該適當考慮今后5～10年電力負荷的增長，留有一定的余地。干式變壓器的過負荷能力較小，更宜留有較大的裕量。這里電力變壓器的額定容量，是在一定溫度條件下（例如戶外安裝，年平均氣溫為20℃）的持續(xù)最大輸出容量（出力）。如果安裝地點的年平均氣溫C時，則年平均氣溫每升高1℃，變壓器容量相應(yīng)地減小1%。因此戶外電力變壓器的實際容量（出力）為：(4-4)

五.電力變壓器并列運行條件兩臺或多臺變壓器并列運行時，必須滿足以下三個基本條件：

(1)并列變壓器的額定一、二次電壓必須對應(yīng)相等亦即并列變壓器的電壓比必須相同，允許差值不超過±5%。如果并列變壓器的電壓比不同，則并列變壓器二次繞組的回路內(nèi)將出現(xiàn)環(huán)流，即二次電壓較高的繞組將向二次電壓較低的繞組供給電流，導致繞組過熱甚至燒毀。

(2)并列變壓器的阻抗電壓（即短路電壓）必須相等由于并列運行變壓器的負荷是按其阻抗電壓值成反比分配的，如果阻抗電壓相差很大，可能導致阻抗電壓小的變壓器發(fā)生過負荷現(xiàn)象，所以要求并列變壓器的阻抗電壓必須相等，允許差值不得超過±10%。

最后必須指出：變電所主變壓器臺數(shù)和容量的最后確定，應(yīng)結(jié)合變電所主接線方案，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較擇優(yōu)而定。

例4-1

某10/0.4kV變電所，總計算負荷為1200kVA，其中一、二級負荷680kVA。試初步選擇該變電所主變壓器的臺數(shù)和容量。

解：根據(jù)變電所有一、二級負荷的情況，確定選兩臺主變壓器。每臺容量

電力變壓器在事故情況下（例如并列運行的兩臺變壓器因故障切除一臺時），允許短時間較大幅度地過負荷運行，而不論故障前的負荷情況如何，但過負荷運行時間不得超過表4-1所規(guī)定的時間。表4-1電力變壓器事故過負荷允許值516456075

過負荷時間(min)6050302010

過負荷百分數(shù)(%)

干式變壓器1.5102045120

過負荷時間(min)200100756030過負荷百分數(shù)(%)油浸自冷式變壓器且

因此初步確定每臺主變壓器容量為800kVA。式中為變壓器的短路電壓（阻抗電壓）百分值；為基準容量（kVA），通常取=100MVA=105kVA；為變壓器的額定容量（kVA）。

解：并列運行的變壓器之間的負荷分配是與其阻抗標幺值成反比的，因此先計算其阻抗標幺值。變壓器的阻抗標幺值按下式計算：

例4-2現(xiàn)有一臺S9-800/10型配電變壓器與一臺S9-2000/10型配電變壓器并列運行，均為Dyn11聯(lián)結(jié)。問總負荷達到2800kVA時，上列變壓器中哪一臺將要過負荷？過負荷可達多少？(3)并列變壓器的聯(lián)結(jié)組別必須相同亦即所有并列變壓器一、二次電壓的相序和相位都必須對應(yīng)地相同，否則不能并列運行。假設(shè)兩臺變壓器并列運行，一臺為Yyn0聯(lián)結(jié)，另一臺為Dyn11聯(lián)結(jié)，則它們的二次電壓將出現(xiàn)30°相位差，從而在兩臺變壓器的二次繞組間產(chǎn)生電位差ΔU，如圖4-7所示。這一ΔU將在兩臺變壓器的二次側(cè)產(chǎn)生一個很大的環(huán)流，可能使變壓器繞組燒毀。此外，并列運行的變壓器容量應(yīng)盡量相同或相近，其最大容量與最小容量之比，一般不能超過3∶1。如果容量相差懸殊，不僅運行很不方便，而且在變壓器特性上稍有差異時，變壓器間的環(huán)流將相當顯著，特別是容量小的變壓器容易過負荷或燒毀。圖4-7Yyn0聯(lián)結(jié)變壓器與Dyn11聯(lián)結(jié)變壓器并列運行時的二次電壓相量圖

查附錄表5-1，得S9-800型變壓器（T1）的，S9-2000型變壓器（T2）的，因此這兩臺變壓器的阻抗標幺值分別為（取kVA）：

一.概述電流互感器（currenttransformer，縮寫CT，文字符號TA），又稱為儀用變流器。電壓互感器（voltagetransformer，或potentialtransformer，縮寫PT，文字符號TV），又稱為儀用變壓器。它們合稱儀用互感器，簡稱互感器。從基本結(jié)構(gòu)和原理來說，互感器就是一種特殊變壓器?；ジ衅鞯墓δ苤饕牵?/p>

(1)用來使儀表、繼電器等二次設(shè)備與主電路絕緣這既可避免主電路的高電壓直接引入儀表、繼電器等二次設(shè)備，又可防止儀表、繼電器等二次設(shè)備的故障影響主電路，提高一、二次電路的安全性和可靠性，并有利于人身安全。

(2)用來擴大儀表、繼電器等二次設(shè)備的應(yīng)用范圍例如用一只5A的電流表，通過不同變流比的電流互感器就可測量任意大的電流。同樣，用一只100V的電壓表，通過不同電壓比的電壓互感器就可測量任意高的電壓。而且由于采用了互感器，可使二次儀表、繼電器等設(shè)備的規(guī)格統(tǒng)一，有利于設(shè)備的批量生產(chǎn)。

按規(guī)定，油浸式變壓器正常允許過負荷可達20%（戶內(nèi)）或30%（戶外），因此S9-800/10型變壓器過負荷13.5%還是在允許范圍內(nèi)的。從上述兩臺變壓器的容量比來看，800kVA∶2000kVA=1∶2.5，也未達到變壓器并列運行一般不允許的容量比1∶3。但考慮到負荷的發(fā)展和運行的靈活性，S9-800/10型變壓器宜換以較大容量的變壓器。

由此可以計算出兩臺變壓器在負荷達2800kVA時各臺變壓器負擔的負荷分別為第三節(jié)電流互感器和電壓互感器

由以上計算結(jié)果可知，S9-800/10型變壓器（T1）將過負荷(908-800)kVA=108kVA，

將超過其額定容量

電流互感器的一次電流Ｉ1與其二次電流Ｉ2之間有下列關(guān)系：

二.電流互感器(一)電流互感器的基本結(jié)構(gòu)原理和接線方案電流互感器的基本結(jié)構(gòu)原理如圖4-8所示。它的結(jié)構(gòu)特點是：一次繞組匝數(shù)很少，導體相當粗，有的電流互感器（例如母線式）還沒有一次繞組，而是利用穿過其鐵心的一次電路（如母線）作為一次繞組（相當于匝數(shù)為1）；其二次繞組匝數(shù)很多，導體較細。其接線特點是：一次繞組串聯(lián)在被測的一次電路中，而二次繞組則與儀表、繼電器等的電流線圈串聯(lián)，形成一個閉合回路。由于這些電流線圈的阻抗很小，因此電流互感器工作時其二次回路接近于短路狀態(tài)。二次繞組的額定電流一般為5A。圖4-8電流互感器

1-鐵心2-一次繞組3-二次繞組(4-5)式中N1、N2分別為電流互感器一、二次繞組匝數(shù)；為電流互感器的電流比，一般表示為其一、二次的額定電流之比，即，例如100A/5A。N1電流互感器在三相電路中的幾種常見接線方案如圖4-9所示。(4)三相星形接線（圖4-9d）這種接線中的三個電流線圈，正好反映各相的電流，廣泛用在負荷一般不平衡的三相四線制系統(tǒng)如低壓TN系統(tǒng)中，也用在負荷可能不平衡的三相三線制系統(tǒng)中，作三相電流、電能測量和過電流繼電保護之用。(1)一相式接線（圖4-9a）電流線圈通過的電流，反應(yīng)一次電路相應(yīng)的電流。通常用于負荷平衡的三相電路如低壓動力線路中，供測量電流、電能或接過負荷保護裝置之用。

圖4-9電流互感器的接線方案

a)一相式接線b)兩相V形接線

c)兩相電流差接線d)三相星形接線(2)兩相V形接線（圖4-9b）也稱為兩相不完全星形接線。在繼電保護裝置中稱為兩相兩繼電器接線。這種接線在中性點不接地的三相三線制電路中（如6～10kV電路中），廣泛用于測量三相電流、電能及作為過電流繼電保護之用。由圖4-10所示的相量圖可知，兩相V形接線的公共線上的電流為，反映的是未接電流互感器的那一相電流。(3)兩相電流差接線（圖4-9c）由圖4-11所示相量圖可知，互感器二次側(cè)公共線上的電流為，其量值為相電流的倍。這種接線適于中性點不接地的三相三線制電路中（如6～10kV電路中）供作過電流保護之用。在繼電器保護裝置中，此接線稱為兩相一繼電器接線。

圖4-11兩相電流差接線電流互感器的一、二次電流相量圖

圖4-10兩相V形接線電流互感器的一、二次電流相量圖(二)電流互感器的類型和型號電流互感器的類型很多。按其一次繞組的匝數(shù)分，有單匝式（包括母線式、芯柱式、套管式）和多匝式（包括線圈式、線環(huán)式、串級式）。按一次電壓分，有高壓和低壓兩大類。按用途分，有測量用和保護用兩大類。按準確度級分，測量用電流互感器有0.1、0.2、0.5、1、3、5等級。保護用電流互感器有5P和10P兩級。高壓電流互感器多制成不同準確度級的兩個鐵心和兩個二次繞組，分別接測量儀表和繼電器，以滿足測量和保護的不同要求。電氣測量對電流互感器的準確度要求較高，且要求在一次電路短路時儀表受的沖擊小，因此測量用電流互感器的鐵心在一次電路短路時應(yīng)易于飽和，以限制二次電流的增長倍數(shù)。而繼電保護用電流互感器的鐵心在一次電路短路時不應(yīng)飽和，使二次電流能與一次電流成比例地增長，以適應(yīng)保護靈敏度的要求。

圖4-12是戶內(nèi)高壓LQJ-10型電流互感器的外形圖。它有兩個鐵心和兩個二次繞組，分別為0.5級和3級，0.5級用于測量，3級用于繼電保護。圖4-13是戶內(nèi)低壓LMZJ1-0.5型（500～800/5A）電流互感器的外形圖。它不含一次繞組，穿過其鐵心的母線就是其一次繞組（相當于1匝）。它用于500V及以下配電裝置中。圖4-12LQJ-10型電流互感器1)一次接線端子2)一次繞組（樹脂澆注）3)二次接線端子4)鐵心5)二次繞組6)警示牌（上寫“二次側(cè)不得開路”等字樣）

圖4-13LMZJ1-0.5型電流互感器

1)銘牌2)一次母線穿孔3)鐵心，外繞二次繞組，樹脂澆注4)安裝板5)二次接線端子

以上兩種電流互感器都是環(huán)氧樹脂或不飽和樹脂澆注絕緣的，較之老式的油浸式和其他非樹脂絕緣的干式干式電流互感器的尺寸小，性能好，安全可靠，現(xiàn)在生產(chǎn)的高低壓成套配電裝置中差不多都采用這類新型電流互感器。

電流互感器全型號的表示和含義如下：——設(shè)計序號—額定電壓（kV）L—電流互感器—產(chǎn)品名稱—□□□□□－□D—貫穿單匝式結(jié)構(gòu)型式—Z—支柱式安裝型式R—裝入式B—支持式A—穿墻式——一次繞組型式M－母線式F—貫穿復(fù)匝式Q－線圈式——絕緣型式Z—澆注絕緣C—瓷絕緣K—塑料外殼J—樹脂澆注Q－加強式

結(jié)構(gòu)型式—L－鋁線式J－加大容量用途B－保護用J－接地保護用D－差動保護用X－小體積柜用S－手車柜用W－戶外式M－母線式G－改進式Q－加強式

附錄表12列出LQJ-10型電流互感器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)，供參考。

關(guān)于電流互感器短路穩(wěn)定度的校驗，現(xiàn)在有的新產(chǎn)品如LZZB6-10型等直接給出了動穩(wěn)定電流峰值和1s熱穩(wěn)定電流有效值，因此其動穩(wěn)定度可按前面式（3-47）校驗，其熱穩(wěn)定度可按前面式（3-58）校驗。但電流互感器的大多數(shù)產(chǎn)品是給出動穩(wěn)定倍數(shù)和熱穩(wěn)定倍數(shù)。(三)電流互感器的選擇與校驗電流互感器應(yīng)按裝設(shè)地點的條件及額定電壓、一次電流、二次電流（一般為5A）、準確度級等條件進行選擇，并校驗其短路動穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度。必須注意：電流互感器的準確度級與二次負荷容量有關(guān)。電流互感器的二次負荷S2不得大于其準確度級所限定的額定二次負荷S2N，即互感器滿足準確度級要求的條件為(4-6)

電流互感器的二次負荷S2由其二次回路的阻抗來決定，而應(yīng)包括二次回路中所有串聯(lián)的儀表、繼電器電流線圈的阻抗、連接導線的阻抗和所有接頭的接觸電阻等。由于和中的感抗遠比其電阻小，因此可認為(4-7)式中可由儀表、繼電器的產(chǎn)品樣本查得；，這里的是連接導線電導率，銅線，鋁線，A是連接導線截面積(mm2)，對應(yīng)于連接導線的計算長度(m)。假設(shè)從電流互感器到儀表、繼電器的單向長度為，則電流互感器為Y形聯(lián)結(jié)時，；為V形聯(lián)結(jié)時，；為一相式聯(lián)結(jié)時，。式中很難準確測定，而且是可變的，一般近似地取為0.1Ω。電流互感器的二次負荷S2按下式計算：或(4-8)

假設(shè)電流互感器不滿足式（4-6）的要求，則應(yīng)改選較大變流比或較大容量的互感器，或者加大二次接線的截面。電流互感器二次接線一般采用銅芯線，截面不小于2.5mm2。(2)電流互感器的二次側(cè)有一端必須接地互感器二次側(cè)有一端接地，是為了防止其一、二次繞組間絕緣擊穿時，一次側(cè)的高電壓竄入二次側(cè)，危及人身和設(shè)備的安全。

一般電流互感器的熱穩(wěn)定試驗時間t=1s，因此其熱穩(wěn)定度校驗的條件亦為動穩(wěn)定倍數(shù)，因此其動穩(wěn)定度校驗的條件為熱穩(wěn)定倍數(shù)，因此其熱穩(wěn)定度校驗的條件為或(4-10)(四)電流互感器使用注意事項

(1)電流互感器在工作時其二次側(cè)不得開路電流互感器正常工作時，由于其二次回路串聯(lián)的是電流線圈，阻抗很小，因此接近于短路狀態(tài)。根據(jù)磁動勢平衡方程式（電流方向參看圖4-8）可知，其一次電流I1產(chǎn)生的磁動勢I1N1，絕大部分被二次電流I2產(chǎn)生的磁動勢I2N2

所抵消，所以總的磁動勢I0N1

很小，勵磁電流（即空載電流）I0只有一次電流I1的百分之幾，很小。但是，當二次側(cè)開路時，I2=0，這時迫使I0=I1，而I1是一次電路的負荷電流，只決定于一次電路的負荷，與互感器二次負荷變化無關(guān)，從而使I0要突然增大到Ⅰ1，比正常工作時增大幾十倍，使勵磁磁動勢I0N1也增大幾十倍。這樣將產(chǎn)生如下嚴重后果：(1)鐵心由于磁通量劇增而過熱，并產(chǎn)生剩磁，降低鐵心準確度級。(2)由于電流互感器的二次繞組匝數(shù)遠比一次繞組匝數(shù)多，所以在二次側(cè)開路時會感應(yīng)出危險的高壓，危及人身和設(shè)備的安全。因此電流互感器工作時二次側(cè)不允許開路。在安裝時，其二次接線要求牢固可靠，且其二次側(cè)不允許接入熔斷器和開關(guān)。(4-9)(4-11)

三.電壓互感器

(一)電壓互感器的基本結(jié)構(gòu)原理和接線方案電壓互感器的基本結(jié)構(gòu)原理圖如圖4-15所示。它的結(jié)構(gòu)特點是：一次繞組匝數(shù)很多，二次繞組匝數(shù)較少，相當于降壓變壓器。其接線特點是：一次繞組并聯(lián)在一次電路中，而二次繞組則并聯(lián)儀表、繼電器的電壓線圈。由于電壓線圈的阻抗一般都很大，所以電壓互感器工作時其二次側(cè)接近于空載狀態(tài)。二次繞組的額定電壓一般為100V。式中N1、N2分別為電壓互感器一、二次繞組的匝數(shù)；Ku為電壓互感器的電壓比，一般表示為其額定一、二次電壓比，即，例如10000V/100V。

電壓互感器的一次電壓U1與其二次電壓U2之間有下列關(guān)系：

圖4-15電壓互感器

1-鐵心2-一次繞組3-二次繞組

用“減極性”法所確定的“同名端”，實際上就是“同極性端”，即在同一瞬間，兩個對應(yīng)的同名端同為高電位，或同為低電位。

GB1208-2006《電流互感器》規(guī)定：一次繞組端子標P1、P2，二次繞組端子標S1、S2，其中P1與S1、P2與S2分別為對應(yīng)的同名端。由前面圖4-8可知，如果一次電流I1從P1流向P2，則二次電流I2從S2流向S1。在安裝和使用電流互感器時，一定要注意其端子的極性，否則其二次儀表、繼電器中流過的電流就不是預(yù)想的電流，甚至可能引起事故。例如圖4-9b中C相電流互感器的S1、S2如果接反，則公共線中的電流就不是相電流，而是相電流的倍，可能使電流表燒毀。

圖4-14互感器和變壓器的“減極性”判別法

U1—輸入電壓U2

—輸出電壓(3)電流互感器在連接時，要注意其端子的極性按照規(guī)定，我國互感器和變壓器的繞組端子，均采用“減極性”標號法。所謂“減極性”標號法，就是互感器或變壓器按圖4-14所示接線時，一次繞組接上電壓U1，二次繞組感應(yīng)出電壓U2。這時將一、二次繞組一對同名端短接，則在其另一對同名端測出的電壓為。(4-12)

電壓互感器在三相電路中有如圖4-16所示的幾種常見的接線方案。

圖4-16電壓互感器的接線方案

a)一個單相電壓互感器b)兩個單相電壓互感器接成V/V形c)三個單相電壓互感器接成Y0/Y0形

d)三個單相三繞組電壓互感器或一個三相五芯柱三繞組電壓互感器接成Y0/Y0/

（開口三角形）圖4-17JDZJ-10型電壓互感器1-一次接線端子2-高壓絕緣套管3-一、二次繞組，樹脂澆注絕緣4-鐵心5-二次接線端子(1)一個單相電壓互感器的接線（圖4-16a）供儀表、繼電器接于一個線電壓。

(2)兩個單相電壓互感器接成V/V形（圖4-16b）供儀表、繼電器接于三相三線制電路的各個線電壓，廣泛用在工廠變配電所的6～10kV高壓配電裝置中。

(3)三個單相電壓互感器接成Y0/Y0形（圖4-16c）供電給要求線電壓的儀表、繼電器，并供電給接相電壓的絕緣監(jiān)視電壓表。由于小接地電流電力系統(tǒng)在一次電路發(fā)生單相接地時，另兩個完好相的相電壓要升高到線電壓，所以絕緣監(jiān)視電壓表要按線電壓選擇，否則在一次電路發(fā)生單相接地時，電壓表有可能被燒毀。

(4)三個單相三繞組電壓互感器或一個三相五芯柱三繞組電壓互感器接成Y0/Y0/(開口三角形)（圖4-16d）其接成Y0的二次繞組，供電給接線電壓的儀表、繼電器及接相電壓的絕緣監(jiān)視用電壓表；接成(開口三角)形的輔助二次繞組，接電壓繼電器。一次電壓正常時，由于三個相電壓對稱，因此開口三角形兩端的電壓接近于零。但當某一相接地時，開口三角形兩端將出現(xiàn)近100V的零序電壓，使電壓繼電器動作，發(fā)出信號。(二)電壓互感器的類型和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（含環(huán)氧樹脂澆注式）和油浸式兩類。圖4-17是應(yīng)用廣泛的JDZJ-10型單相三繞組、環(huán)氧樹脂澆注絕緣的戶內(nèi)電壓互感器外形圖。三個JDZJ-10型電壓互感器可按圖4-16d所示Y0/Y0/（開口三角形）聯(lián)結(jié)，供小電流系統(tǒng)中作電壓、電能測量及絕緣監(jiān)視之用。(三)電壓互感器的選擇電壓互感器應(yīng)按裝設(shè)地點的條件及一次電壓、二次電壓（一般為100V）、準確度級等條件進行選擇。由于它的一、二次側(cè)均有熔斷器保護，故不需進行短路穩(wěn)定度的校驗。電壓互感器的準確度也與其二次負荷容量有關(guān)，滿足的條件與電流互感器的相同，即，這里的S2為其二次側(cè)所有并聯(lián)的儀表、繼電器電壓線圈所消耗的總視在功率，即(4-13)式中，分別為儀表、繼電器電壓線圈消耗的總有功功率和總無功功率。

電壓互感器全型號的表示和含義如下：

D—單相相數(shù)S—三相J—電壓互感器——產(chǎn)品名稱————額定電壓（kV）———設(shè)計序號絕緣型式J—油浸式G—干式Z—樹脂澆注式———結(jié)構(gòu)型式——B—帶補償繞組W—五芯柱三繞組J—接地保護□□□□□—□

一.一次設(shè)備及其分類變配電所中承擔輸送和分配電能任務(wù)的電路，稱為一次電路，或稱主電路、主接線（主結(jié)線）。一次電路中所有的電氣設(shè)備，稱為一次設(shè)備或一次元件。一次設(shè)備按其功能來分，可分以下幾類：(1)變換設(shè)備其功能是按電力系統(tǒng)運行的要求改變電壓或電流、頻率等，例如電力變壓器、電流互感器、電壓互感器、變頻機等。(2)控制設(shè)備其功能是按電力系統(tǒng)運行的要求來控制一次電路的通、斷，例如各種高低壓開關(guān)設(shè)備。(3)保護設(shè)備其功能是用來對電力系統(tǒng)進行過電流和過電壓等的保護，例如熔斷器和避雷器等。(4)補償設(shè)備其功能是用來補償電力系統(tǒng)中的無功功率，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，例如并聯(lián)電力電容器等。(5)成套設(shè)備它是按一次電路接線方案的要求，將有關(guān)一次設(shè)備及控制、指示、監(jiān)測和保護一次電路的二次設(shè)備組合為一體的電氣裝置，例如高壓開關(guān)柜、低壓配電屏、動力和照明配電箱等。本節(jié)只介紹一次電路中常用的高壓熔斷器、高壓隔離開關(guān)、高壓負荷開關(guān)、高壓斷路器及高壓開關(guān)柜等高壓設(shè)備。(四)電壓互感器使用注意事項

1.電壓互感器工作時其二次側(cè)不得短路由于電壓互感器一、二次繞組都是在并聯(lián)狀態(tài)下工作的，如果二次側(cè)短路，將產(chǎn)生很大的短路電流，有可能燒毀互感器，甚至影響一次電路的安全運行。因此電壓互感器的一、二次側(cè)都必須裝設(shè)熔斷器進行短路保護。

2.電壓互感器的二次側(cè)有一端必須接地這與電流互感器的二次側(cè)有一端必須接地的目的相同，也是為了防止一、二次繞組間的絕緣擊穿時，一次側(cè)的高壓竄入二次側(cè)，危及人身和設(shè)備的安全。

3.電壓互感器在連接時也應(yīng)注意其端子的極性

GB1207-2006《電磁式電壓互感器》規(guī)定：單相電壓互感器的一、二次繞組端子標以A、N和a、n，其中A與a、N與n各為對應(yīng)的“同名端”或“同極性端”。而三相電壓互感器，一次繞組端子分別標A、B、C、N，二次繞組端子分別標a、b、c、n，A與a、B與b、C與c、N與n分別為“同名端”或“同極性端”。其中N和n分別為一、二次三相繞組的中性點。電壓互感器連接時端子極性錯誤也是不行的，要出問題的。第四節(jié)高壓一次設(shè)備

二.電氣設(shè)備運行中的電弧問題與滅弧方法電弧是電氣設(shè)備運行中出現(xiàn)的一種強烈的電游離現(xiàn)象，其特點是光亮很強和溫度很高。電弧的產(chǎn)生對供電系統(tǒng)的安全運行有很大的影響。首先，電弧延長了電路開斷的時間。在開關(guān)分斷短路電流時，開關(guān)觸頭上的電弧就延長了短路電流通過電路的時間，使短路電流危害的時間延長，這可能對電路設(shè)備造成更大的損壞。同時，電弧的高溫可能燒損開關(guān)的觸頭，燒毀電氣設(shè)備和導線電纜，還可能引起電路弧光短路，甚至引發(fā)火災(zāi)和爆炸事故。此外，強烈的弧光可能損傷人的視力，嚴重的可致人眼失明。因此，開關(guān)設(shè)備在結(jié)構(gòu)設(shè)計上要保證操作時電弧能迅速地熄滅。為此，在講述高低壓開關(guān)設(shè)備之前，有必要先簡介電弧產(chǎn)生與熄滅的原理和滅弧的方法。(一)電弧的產(chǎn)生

1.電弧產(chǎn)生的根本原因開關(guān)觸頭在分斷電流時之所以會產(chǎn)生電弧，根本的原因在于觸頭本身及其周圍介質(zhì)中含有大量可被游離的電子。這樣，當分斷的觸頭之間存在著足夠大的外施電壓的條件下，就有可能強烈地電游離而產(chǎn)生電弧。

2.產(chǎn)生電弧的游離方式有：

(1)熱電發(fā)射當開關(guān)觸頭分斷電流時，其陰極表面由于大電流逐漸收縮集中而出現(xiàn)熾熱的光斑，溫度很高，從而使觸頭表面分子中外層電子吸收足夠的熱能而發(fā)射到觸頭間隙中去，形成自由電子。

(2)高電場發(fā)射開關(guān)觸頭分斷之初，電場強度很大。在這種高電場的作用下，觸頭表面的電子可能被強拉出來，使之進入觸頭間隙的介質(zhì)中去，也形成自由電子。

(3)碰撞游離當觸頭間隙存在著足夠大的電場強度時，其中的自由電子將以相當大的動能向陽極運動，電子在高速運動中碰撞到中性質(zhì)點，就可能使中性質(zhì)點中的電子游離出來，從而使中性質(zhì)點分解為帶電的正離子和自由電子。這些被碰撞游離出來的帶電質(zhì)點在電場力的作用下，繼續(xù)參加碰撞游離，結(jié)果使觸頭間介質(zhì)中的離子數(shù)越來越多，形成“雪崩”現(xiàn)象。當離子濃度足夠大時，介質(zhì)擊穿而發(fā)生電弧。

(4)高溫游離電弧的溫度很高，表面溫度達3000～4000℃，弧心溫度可高達10000℃。在如此高溫下，電弧中的中性質(zhì)點可游離為正離子和自由電子（據(jù)研究，一般氣體在9000～10000℃發(fā)生游離，而金屬蒸氣在4000℃左右即發(fā)生游離），從而進一步加強了電弧中的游離。觸頭越分開，電弧越大，高溫游離也越顯著。由于上述各種游離的綜合作用，使得觸頭在分斷電流時產(chǎn)生電弧并得以維持。(二)電弧的熄滅

1.熄滅電弧的條件要使電弧熄滅，必需使觸頭中的去游離率大于游離率，即電弧中離子消失的速率大于離子產(chǎn)生的速率。3.交流電弧的熄滅特點由于交流電流每半個周期要經(jīng)過零值一次，而電流過零時，電弧將暫時熄滅，所以交流電弧每一個周期（電角度）要暫時熄滅兩次，如圖4-18所示。電弧熄滅的瞬間，弧隙溫度驟降，高溫游離中止，去游離（主要為復(fù)合）大大增強，這時弧隙雖然仍處于游離狀態(tài)，但陰極附近空間差不多立刻獲得了很高的絕緣強度。隨后弧隙的電場強度又可能使之擊穿，電弧復(fù)燃。但由于觸頭的迅速斷開，電場強度的迅速降低，一般交流電弧經(jīng)過若干周期的熄滅、復(fù)燃、熄滅……的反復(fù)，最終完全熄滅。因此交流電弧的熄滅，可利用交流電流過零時電弧要暫時熄滅這一特性，特別是低壓開關(guān)的交流電弧，顯然是比較容易熄滅的。具有較完善滅弧結(jié)構(gòu)的高壓斷路器，熄滅交流電弧一般也只需幾個周期，而真空斷路器的滅弧，一般只需半個周期，即電流第一次過零時就能使電弧熄滅。2.熄滅電弧的去游離方式

(1)正負帶電質(zhì)點的“復(fù)合”復(fù)合就是正負帶電質(zhì)點重新結(jié)合為中性質(zhì)點。這與電弧中的電場強度、溫度及電弧截面等因素有關(guān)。電弧中的電場強度越弱，電弧溫度越低，電弧截面越小，則其中帶電質(zhì)點的復(fù)合越強。此外，復(fù)合與電弧接觸的介質(zhì)性質(zhì)也有關(guān)系。如果電弧接觸的表面為固體介質(zhì)，則由于較活潑的電子先使介質(zhì)表面帶一負電位，帶負電位的介質(zhì)表面就吸引電弧中的正離子而造成強烈的復(fù)合。(2)正負帶電質(zhì)點的“擴散”擴散就是電弧中的帶電質(zhì)點向周圍介質(zhì)中擴散開去，從而使電弧區(qū)域的帶電質(zhì)點減少。擴散的原因，一是由于電弧與周圍介質(zhì)的溫度差，另一是由于電弧與周圍介質(zhì)的離子濃度差。擴散也與電弧截面有關(guān)。電弧截面越小，離子擴散也越強。上述帶電質(zhì)點的復(fù)合和擴散，都使電弧中的離子數(shù)減少，即去游離增強，從而有助于電弧的熄滅。圖4-18開關(guān)分斷交流電流時電壓和電流的變動曲線圖4-21磁力吹弧1-磁吹線圈2-滅弧觸頭3-電弧4.開關(guān)電器中常用的滅弧方法

(1)速拉滅弧法迅速拉長電弧，可使弧隙的電場強度驟降，離子的復(fù)合迅速增強，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一種滅弧方法。高壓開關(guān)中裝設(shè)強有力的斷路彈簧，目的就在于加快觸頭的分斷速度，迅速拉長電弧。(2)冷卻滅弧法降低電弧的溫度，可使電弧中的高溫游離減弱，正負離子的復(fù)合增強，有助于電弧的加速熄滅。這種滅弧方法在開關(guān)電器中也應(yīng)用普遍，同樣是一種基本的滅弧方法。(3)吹弧滅弧法利用外力（如氣流、油流或電磁力）來吹動電弧，使電弧加速冷卻，同時拉長電弧，降低電弧中的電場強度，使離子的復(fù)合和擴散增強，從而加速電弧的熄滅。按吹弧的方向分，有橫吹和縱吹兩種，如圖4-19所示。按外力的性質(zhì)分，有氣吹、油吹、電動力吹和磁力吹等方式。低壓刀開關(guān)被迅速拉開其刀閘時，不僅迅速拉長了電弧，而且其電流回路產(chǎn)生的電動力作用于電弧，使之加速拉長，如圖4-20所示。有的開關(guān)裝有專門的磁吹線圈來吹弧，如圖4-21所示。也有的開關(guān)利用鐵磁物質(zhì)如鋼片來吸弧，如圖4-22所示，這相當于反向吹弧。圖4-19吹弧方式（1-電弧2-觸頭）a)橫吹b)縱吹圖4-22鐵磁吸弧1-鋼片2-電弧圖4-20電動力吹?。ǖ堕_關(guān)斷開時）(5)粗弧分細滅弧法將粗大的電弧分成若干平行的細小的電弧，使電弧與周圍介質(zhì)的接觸面增大，改善電弧的散熱條件，降低電弧的溫度，使電弧中離子的復(fù)合和擴散都得到加強，從而使電弧迅速熄滅。

(6)狹溝滅弧法使電弧在固體介質(zhì)所形成的狹溝中燃燒。由于電弧的冷卻條件改善，使電弧的去游離增強，同時介質(zhì)表面的復(fù)合也比較強烈，從而電弧迅速熄滅。有的熔斷器熔管內(nèi)充填石英砂，就是利用狹溝滅弧原理。有一種用耐弧的陶瓷材料制成的絕緣滅弧柵，如圖4-24所示，也同樣利用了狹溝滅弧原理。(4)長弧切短滅弧法由于電弧的電壓降主要降落在陰極和陽極上，其中陰極電壓降又比陽極電壓降大得多，而弧柱（電弧的中間部分）的電壓降是很小的，因此如果利用若干金屬片柵片（通常采用鋼柵片）將長弧切割成若干短弧，則電弧上的電壓降將近似地增大若干倍。當外施電壓小于電弧上的電壓降時，電弧就不能維持而迅速熄滅。圖4-23為鋼滅弧柵（又稱去離子柵），當電弧在其電流回路本身產(chǎn)生的電動力及鐵磁吸力的共同作用下進入鋼滅弧柵內(nèi)時，就被切割為若干短弧，使電弧電壓降大大增加，同時鋼片還有冷卻降溫作用，從而加速電弧的熄滅。

圖4-24絕緣滅弧柵對電弧的作用1-絕緣柵片2-電弧3-觸頭圖4-23鋼滅弧柵對電弧的作用（1-鋼柵片2-電弧3-觸頭）(7)真空滅弧法真空具有較高的絕緣強度。如果將觸頭裝在真空容器內(nèi)，則在電弧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的原理制造的。

(8)六氟化硫（SF6）滅弧法SF6氣體具有優(yōu)良的絕緣性能和滅弧性能，其絕緣強度約為空氣的3倍，其絕緣強度恢復(fù)的速度約為空氣的100倍。六氟化硫斷路器就是利用SF6作絕緣和滅弧介質(zhì)的，從而獲得較高的斷流容量和滅弧速度。在現(xiàn)代的電氣開關(guān)設(shè)備中，常常根據(jù)具體情況綜合地采用上列滅弧法來達到迅速滅弧的目的。

工廠供電系統(tǒng)中，室內(nèi)廣泛采用RN1、RN2等型高壓管式限流熔斷器，室外則廣泛采用RW4-10、RW10-10(F)等型高壓跌開式熔斷器和RW10-35等型高壓限流熔斷器。高壓熔斷器全型號的表示和含義如下：

三.高壓熔斷器熔斷器（fuse，文字符號為FU），是一種在電路電流超過規(guī)定值并經(jīng)一定時間后，使其熔體（fuse-element，文字符號為FE）熔化而分斷電流、斷開電路的一種保護電器。熔斷器的功能主要是對電路和設(shè)備進行短路保護，有的熔斷器還具有過負荷保護的功能?！酢酢酰酢?□－□□R—高壓熔斷器—產(chǎn)品名稱—安裝場所N—戶內(nèi)式W—戶外式

設(shè)計序號額定電壓（kV）其他標志—GY—高原型額定容量（MVA）額定電流（A）補充型號—F—負荷型G—改進型

當短路電流或過負荷電流通過熔斷器的熔體時，工作熔體熔斷后，指示熔體相繼熔斷，其紅色的熔斷指示器彈出，如圖4-26中虛線所示，給出熔斷的指示信號。圖4-26RN1、RN2型熔斷器的熔管剖面示意圖

1-管帽2-瓷管3-工作熔體4-指示熔體

5-錫球6-石英砂填料7-熔斷指示器（虛線表示熔斷指示器在熔體熔斷時彈出）(一)RN1和RN2型戶內(nèi)高壓管式熔斷器

RN1型和RN2型的結(jié)構(gòu)基本相同，都是瓷質(zhì)熔管內(nèi)充石英砂填料的密封管式熔斷器。其外形結(jié)構(gòu)如圖4-25所示。

RN1型主要用作高壓電路和設(shè)備的短路保護，也能起過負荷保護的作用。其熔體要通過主電路的大電流，因此其結(jié)構(gòu)尺寸較大，額定電流可達100A。而RN2型只用作高壓電壓互感器一次側(cè)的短路保護。由于電壓互感器二次側(cè)全部連接阻抗很大的電壓線圈，致使它接近于空載工作，其一次電流很小，因此RN2型的結(jié)構(gòu)尺寸較小，其熔體額定電流一般為5A。圖4-25RN1、RN2型高壓熔斷器1-瓷熔管2-金屬管帽3-彈性觸座4-熔斷指示器5-接線端子

6-支柱瓷瓶7-底座RN1、RN2型熔斷器熔管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4-26所示。由圖可知，熔斷器的工作熔體（銅熔絲）上焊有小錫球。錫是低熔點金屬，過負荷時錫球受熱首先熔化，包圍銅熔絲，銅錫分子相互滲透而形成熔點較銅的熔點低的銅錫合金，使銅熔絲能在較低的溫度下熔斷，這就是所謂“冶金效應(yīng)”。它使熔斷器能在不太大的過負荷電流和較小的短路電流下動作，從而提高了保護靈敏度。又由圖可知，該熔斷器采用多根熔絲并聯(lián)，熔斷時產(chǎn)生多根并行的細小電弧，利用粗弧分細滅弧法來加速電弧的熄滅。而且該熔斷器熔管內(nèi)是充填有石英砂的，熔絲熔斷時產(chǎn)生的電弧完全在石英砂內(nèi)燃燒，因此其滅弧能力很強，能在短路后不到半個周期內(nèi)即短路電流未達到?jīng)_擊值之前就能完全熄滅電弧，切斷短路電流，從而使熔斷器本身及其所保護的電氣設(shè)備不必考慮短路沖擊電流的影響，因此這種熔斷器屬于“限流”熔斷器。圖4-27RW4-10(G)型跌開式熔斷器1-上接線端子2-上靜觸頭3-上動觸頭4管帽（帶薄膜）5-操作扣環(huán)6-熔管(外層為酚醛紙管或環(huán)氧玻璃布管，內(nèi)套纖維質(zhì)消弧管)7-銅熔絲8-下動觸頭9-下靜觸頭10-下接線端子11-絕緣瓷瓶12-固定安裝板(二)RW4和RW10(F)型戶外高壓跌開式熔斷器跌開式熔斷器（drop-outfuse，其文字符號一般型用FD，負荷型用FDL），又稱跌落式熔斷器，廣泛用于環(huán)境正常的室外場所。其功能是，既可作6～10kV線路和設(shè)備的短路保護，又可在一定條件下，直接用高壓絕緣操作棒（俗稱令克棒，參看圖8-50）來操作熔管的分合，兼起高壓隔離開關(guān)的作用。一般的跌開式熔斷器如RW4-10（G）型等，只能在無負荷下操作，或通斷小容量的空載變壓器和空載線路等，其操作要求與后面即將介紹的高壓隔離開關(guān)相同。而負荷型跌開式熔斷器如RW10-10（F）型，則能帶負荷操作，其操作要求則與后面將要介紹的高壓負荷開關(guān)相同。

圖4-27是RW4-10（G）型跌開式熔斷器的基本結(jié)構(gòu)。這種跌開式熔斷器串接在線路上。正常運行時，其熔管上端的動觸頭借熔絲的張力拉緊后，利用絕緣操作棒將此動觸頭推入上靜觸頭內(nèi)鎖緊，同時下動觸頭與下靜觸頭也相互壓緊，從而使電路接通。當線路上發(fā)生短路時，短路電流使熔絲熔斷，形成電弧。熔管（消弧管）內(nèi)壁由于電弧燒灼而分解出大量氣體，使管內(nèi)氣壓劇增，并沿管道形成強烈的氣流縱向吹弧，使電弧迅速熄滅。熔管的上動觸頭因熔絲熔斷后失去張力而下翻，使鎖緊機構(gòu)釋放熔管，在觸頭彈力及熔管自重的作用下，回轉(zhuǎn)跌開，造成明顯可見的斷開間隙。這種跌開式熔斷器還采用了“逐級排氣”的結(jié)構(gòu)。其熔管上端在正常時是被一薄膜封閉的，可以防止雨水浸入。在分斷小的短路電流時，由于熔管上端封閉而形成單端排氣，使管內(nèi)保持足夠大的氣壓，這樣有助于熄滅小的短路電流所產(chǎn)生的電弧。而在分斷大的短路電流時，由于管內(nèi)產(chǎn)生的氣壓大，致使上端薄膜沖開而形成兩端排氣，這樣有助于防止分斷大的短路電流時可能造成的熔管爆裂，從而較好地解決了自產(chǎn)氣熔斷器分斷大小故障電流的矛盾。圖4-29GW2-35型戶外高壓隔離開關(guān)1-角鋼架2-支柱瓷瓶3-旋轉(zhuǎn)瓷瓶4-曲柄5-軸套6-傳動框架

7-管形閘刀8-工作觸頭9、10-滅弧角條11-插座

12、13-接線端子14-曲柄傳動機構(gòu)RW10-10（F）型跌開式熔斷器是在一般跌開式熔斷器的上靜觸頭上面加裝一個簡單的滅弧室，因而能夠帶負荷操作。這種負荷型跌開式熔斷器既能實現(xiàn)短路保護，又能帶負荷操作，且能起隔離開關(guān)的作用，因此應(yīng)用較廣。跌開式熔斷器利用電弧燃燒使消弧管內(nèi)壁分解產(chǎn)生氣體來熄滅電弧，即使負荷型跌開式熔斷器加裝有簡單的滅弧室，其滅弧能力都不強，滅弧速度也不快，不能在短路電流達到?jīng)_擊值之前熄滅電弧，因此這種跌開式熔斷器屬于“非限流”熔斷器。四.高壓隔離開關(guān)高壓隔離開關(guān)(high-voltagedisconnector，文字符號QS)的功能，主要是用來隔離高壓電源，以保證其他設(shè)備和線路的安全檢修。因此其結(jié)構(gòu)特點是它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，能充分保障人身和設(shè)備的安全。但是隔離開關(guān)沒有專門的滅弧裝置，因此它不允許帶負荷操作。然而可用來通斷一定的小電流，如勵磁電流（空載電流）不超過2A的空載變壓器，電容電流（空載電流）不超過5A的空載線路以及電壓互感器、避雷器電路等。高壓隔離開關(guān)按安裝地點，分戶內(nèi)和戶外兩大類。圖4-28是GN8-10型戶內(nèi)高壓隔離開關(guān)的外形結(jié)構(gòu)圖。圖4-29是GW2-35型戶外高壓隔離開關(guān)的外形結(jié)構(gòu)圖。圖4-28GN8-10/600型戶內(nèi)高壓隔離開關(guān)1-上接線端子2-靜觸頭3-閘刀4-絕緣套管5-下接線端子6-框架7-轉(zhuǎn)軸8-拐臂9-升降瓷瓶10-支柱瓷瓶高壓隔離開關(guān)全型號的表示和含義如下：D—帶接地刀閘

結(jié)構(gòu)標志—其他標志—G—高原型

額定電壓（kV）—安裝場所W—戶外式N—戶內(nèi)式

額定電流（A）T—統(tǒng)一設(shè)計C—穿墻型□□□-□□/□-□□G—高壓隔離開關(guān)—產(chǎn)品名稱設(shè)計序號極限通過電流（kA）W—防污型G—改進型

戶內(nèi)式高壓隔離開關(guān)通常采用CS6型【1】手動操作機構(gòu)進行操作，而戶外式高壓隔離開關(guān)則大多采用高壓絕緣操作棒手工操作，也有的通過手動杠桿傳動機構(gòu)操作。圖4-30是CS6型手動操作機構(gòu)與GN8型隔離開關(guān)配合的一種安裝方式。圖4-30CS6型手動操作機構(gòu)與GN8型隔離開關(guān)配合的一種安裝方式1-GN8型隔離開關(guān)2-傳動連桿(Φ200mm焊接鋼管)3-調(diào)節(jié)桿4-CS6型手動操作機構(gòu)【1】操作機構(gòu)型號含義：C—操作機構(gòu)；S—手動；6—設(shè)計序號。圖4-32FN3-10型高壓負荷開關(guān)的壓氣式滅弧裝置工作示意圖1-弧動觸頭2絕緣噴嘴

3-弧靜觸頭4-接線端子5-氣缸6-活塞7-上絕緣子

8-主靜觸頭9-電弧圖4-31FN3-10RT型高壓負荷開關(guān)1-主軸2-上絕緣子兼汽缸3-連桿4-下絕緣子5-框架6-RN1型高壓熔斷器

7-下觸座8-閘刀9-弧動觸頭10-絕緣噴嘴(內(nèi)有弧靜觸頭)11-主靜觸頭12-上觸座13-斷路彈簧14-絕緣拉桿15-熱脫扣器

五.高壓負荷開關(guān)高壓負荷開關(guān)（high-voltageloadswitch，文字符號為QL），具有簡單的滅弧裝置，因而能通斷一定的負荷電流和過負荷電流。但是它不能斷開短路電流，所以它一般與高壓熔斷器串聯(lián)使用，借助熔斷器來進行短路保護。負荷開關(guān)斷開后，與隔離開關(guān)一樣，也有明顯可見的斷開間隙，因此也具有隔離高壓電源、保證安全檢修的功能。高壓負荷開關(guān)的類型較多，這里主要介紹一種應(yīng)用最廣的戶內(nèi)壓氣式高壓負荷開關(guān)。圖4-31是FN3-10RT型戶內(nèi)壓氣式負荷開關(guān)的外形結(jié)構(gòu)圖。由圖可以看出，上半部為負荷開關(guān)本身，外形與高壓隔離開關(guān)類似，實際上它也就是在隔離開關(guān)的基礎(chǔ)上加一個簡單的滅弧裝置。負荷開關(guān)上端的絕緣子就是一個簡單的滅弧室，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4-32所示。該絕緣子不僅起支柱絕緣子的作用，而且內(nèi)部是一個氣缸，裝有由操作機構(gòu)主軸傳動的活塞，其作用類似打氣筒。絕緣子上部裝有絕緣噴嘴和弧靜觸頭。當負荷開關(guān)分閘時，在閘刀一端的弧動觸頭與絕緣子上的弧靜觸頭之間產(chǎn)生電弧。由于分閘時主軸轉(zhuǎn)動而帶動活塞，壓縮氣缸內(nèi)的空氣而從噴嘴往外吹弧，使電弧迅速熄滅。當然分閘時還有迅速拉長電弧及電流回路本身的電磁吹弧的作用，加強了滅弧。但總的來說，負荷開關(guān)的斷流滅弧能力是很有限的，只能分斷一定的負荷電流和過負荷電流，因此負荷開關(guān)不能配置短路保護裝置來自動跳閘，但可以裝設(shè)熱脫扣器用于過負荷保護。圖4-33CS2型手動操作機構(gòu)的外形及其與FN3型負荷開關(guān)配合的一種安裝方式

a)CS2型操作機構(gòu)外形b)CS2型與負荷開關(guān)配合安裝方式1-操作手柄2-操作機構(gòu)外殼3-分閘指示牌（掉牌）