第二節(jié) 供 電 知 識

一、變、配電所高、低壓設備結(jié)構(gòu)

在第二章第五節(jié)已介紹了變、配電所常用高、低壓設備的種類及用途，這里主要介紹它們的結(jié)構(gòu)。

1.高壓斷路器

（1）高壓斷路器的結(jié)構(gòu) 其外形結(jié)構(gòu)如圖7-11 所示。這種斷路器由框架、傳動部分及油箱等組成，其中油箱是主要部分，在油箱中有導電桿（動觸頭）、滅弧室、靜觸頭和油氣分離室等，滅弧室是關(guān)鍵部件。正常情況下，滅弧室中充滿了絕緣油，當斷路器斷開時，動、靜觸頭間產(chǎn)生電弧、使絕緣油汽化產(chǎn)生很大的壓力，隨著動觸頭由上向下運動，滅弧室內(nèi)相斷發(fā)生對電弧的橫吹及縱吹作用，并使電弧不斷地與下面的冷油接觸，從而產(chǎn)生很強的滅弧能力。滅弧過程中產(chǎn)生的油氣混合物通過油氣分離室，利用離心作用將油、氣分離，油重新回到油箱，氣體則從頂部排出。

（2）斷路器的操作機構(gòu) 斷路器的合閘與分閘都是利用操作機構(gòu)來實現(xiàn)的。常見的操作機構(gòu)有手動式、彈簧式、電磁式等。這里介紹 CD10型電磁式操作機構(gòu)，如圖 7--12 所示。

在 CD10 型操作機構(gòu)內(nèi)部有一套四連桿機構(gòu)，當斷路器處于合閘狀態(tài)時，四連桿機構(gòu)是平衡的。當跳閘線圈得電或手動跳閘時，破壞了平衡，從而使斷路器在分閘彈簧作用下跳閘，并帶動操作機構(gòu)內(nèi)的輔助觸點動作。當合閘時，合閘鐵心上頂，將四連桿機構(gòu)重新恢復平衡位置，并使輔助觸頭動作，拉伸分閘彈簧。

2. 高壓隔離開關(guān)

（1）高壓隔離開關(guān)的類型 高壓隔離開關(guān)按安裝條件不同，可分為戶內(nèi)型和戶外型兩種主要型式，也可按極數(shù)不同分為單極和三極兩種。典型的高壓隔離開關(guān)有 GW1—12 型戶外高壓隔離開關(guān)、GN2—10~35 系列戶內(nèi)高壓隔離開關(guān)、GN19—12（C）型戶內(nèi)高壓隔離開關(guān)、GN22—12（C）型戶內(nèi)高壓隔離開關(guān)等。GN2—35 戶內(nèi)高壓隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)如圖7—13 所示。

高壓隔離開關(guān)由于沒有滅弧裝置，不能安全地接通或分斷負荷電流，因此主要用作安全隔離。具體應用在以下幾個方面∶

1）隔離電源 在需要檢修或分斷的線路、設備和運行帶電的線路、設備之間形成一個明顯的斷開點，確保檢修或工作的安全。

2）切斷母線 在有電壓而無負荷的情況下，通過隔離開關(guān)將設備或線路從一組母線換接到另一組母線上。

3）接通或斷開母線、電壓互感器和避雷器等小容量的空載電路，或其他電容電流不超過5 A 的空載線路。

（2）高壓隔離開關(guān)的正確選用

1）型號含義 高壓隔離開關(guān)的型號一般由產(chǎn)品型號和規(guī)格數(shù)字兩大部分組成，中間用"/""隔開。其中產(chǎn)品型號必須包括產(chǎn)品字母代號、安裝場所、設計序號、額定電壓（kV）等內(nèi)容;規(guī)格數(shù)字必須包括額定電流、額定短時耐受電流等內(nèi)容。GN19— 12C/400—12.5 型戶內(nèi)交流高壓隔離開關(guān)型號的具體含義如圖7—14 所示。

2）選配說明 高壓隔離開關(guān)的選擇應根據(jù)其額定電壓、額定電流、安裝條件等因素考慮，并進行短路時的動、熱穩(wěn)定校驗。

GW1—12 型戶外高壓隔離開關(guān)適用于裝在戶外12 kV 線路上，供線路在有電壓，無負載時分合電路之用。分帶接地刀和不帶接地刀兩種形式。帶接地刀的開關(guān)，配用合適的 CS系列操作機構(gòu)，可防止帶電掛接地線和帶接地線閉合隔離開關(guān)等誤操作，操作人員也不必另掛接地線。另外，這種系列的隔離開關(guān)有普通型和防污型兩種。其中防污型隔離開關(guān)能滿足較嚴重污穢地區(qū)的要求，可有效解決隔離開關(guān)在運行中出現(xiàn)的污染問題。

GN2—10~35 系列戶內(nèi)高壓隔離開關(guān)用于額定電壓為10~35 kV的電力系統(tǒng)中，作為電壓無負載的情況下分、合電路用。通常，額定電流2 000 A 及以下的隔離開關(guān)配用 CS6-2T型手動操動機構(gòu)，額定電流為3 000 A的隔離開關(guān)配用 CS7型手動操動機構(gòu)。

GN19—12 （C）型戶內(nèi)高壓隔離開關(guān)用于額定電壓12 kV 及以下電力系統(tǒng)中。配用 CS6-1 型手動操動機構(gòu)，作為在有電壓而無負載情況下分、合電路之用，也有派生產(chǎn)品如防污型、高原型、可加裝帶電顯示裝置等。

GN22—12（C）型戶內(nèi)高壓隔離開關(guān)適用于三相交流 50 Hz，額定電壓 12 kV的戶內(nèi)裝置。供高壓設備在有電壓而無負載的情況下接通、切斷或轉(zhuǎn)換線路用。要求安裝場所沒有火災、易燃物、易爆物、嚴重污穢物、化學腐蝕物及劇烈振動。

3. 高壓負荷開關(guān)

圖 7—15是 FN3—10RT 型高壓負荷開關(guān)，帶有熔斷器及熱脫扣器，其上端絕緣子內(nèi)部是一個氣缸，活塞與操作機構(gòu)同軸聯(lián)動，其功能類似打氣筒，故具有一定的滅弧能力，可分、合正常負荷電流及一般過負荷電流。

4. 高、低壓熔斷器

在6～10 kV系統(tǒng)中，廣泛采用的高壓熔斷器有戶內(nèi)式 RN1、RN2 型管式熔斷器（見圖7—16）和戶外式 RW4型跌落式熔斷器（見圖7—17）。戶內(nèi)式高壓熔斷器管內(nèi)充滿了石英砂，有三根工作熔體，其中兩根熔體上焊有小錫球，它是利用"冶金效應"降低該處銅熔絲的熔點，從而在過載及短路時能熔斷，提高了保護靈敏度。

戶外式RW4 型熔斷器既有熔斷器的功能，也具有隔離開關(guān)的功能。正常情況下，利用熔絲的張力，動靜觸頭間可以鎖緊，從而接通電路。當線路發(fā)生短路時，熔絲熔斷，熔管回轉(zhuǎn)跌開形成明顯的斷點，同時消弧管在電弧的作用下產(chǎn)生大量的氣體，從管子兩端排出，對電弧產(chǎn)生吹弧作用。這種熔斷器滅弧能力不如戶內(nèi)式強，滅弧速度也不快。

低壓熔斷器的種類很多，主要有瓷插式（RC）、螺旋式（RL）、密閉管式（RM）、有填料管式（RT）等，如圖7-18～圖7—21所示。

RC 瓷插式熔斷器由瓷底座、瓷插件、動觸點、靜觸點及熔體組成，當熔體熔斷后，從瓷底室中拔出瓷插件即可更換熔體。熔體有鉛錫合金圓線（30 A以下）、銅圓單線（30～100 A）和變截面沖制銅片（120~200 A）三種形式。—- 136-

RM 密閉管式熔斷器由熔管、熔體和插座三部分組成。當熔體熔斷后，可將熔管拔下并裝入新熔體，檢修方便，恢復供電較快。

RL螺旋式熔斷器由底座、瓷帽、瓷套、熔芯等組成。熔芯內(nèi)裝有熔體、石英砂和熔斷指示器。當熔體熔斷時，指示器跳出，可以通過瓷帽上的玻璃窗口觀察。更換時，必須將整個熔芯一起換掉。另外還有一種 RLS 型螺旋式熔斷器，它熔斷時間很快，稱為快速熔斷器，是專門用于半導體整流裝置的短路保護。

RTO 有填料式熔斷器，由底座和熔斷體兩部分組成。熔斷體由熔管、指示器、石英砂填料、觸刀和熔體組成。當熔斷器熔斷時，指示器會彈出，更換熔斷體應采用專門的絕緣操作手柄來進行操作。

5.低壓斷路器

低壓斷路器是低壓配電網(wǎng)絡和電力拖動系統(tǒng)中常用的一種配電電器。它不但能用于正常工作時不頻繁地接通和斷開電路，而且當電路中發(fā)生短路、過載和失壓等故障時，能自動切斷故障電路，保護線路和電氣設備。常用低壓斷路器主要有塑殼式斷路器和漏電斷路器兩種。

（1）塑殼式斷路器 塑殼式斷路器結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，適于獨立安裝，多用作支路保護開關(guān)。在電力拖動控制系統(tǒng)中常用的低壓斷路器是 DZ15 系列塑殼式斷路器。其他目前常用的低壓塑殼斷路器如西門子3VT系列斷路器、施耐德 NSX 系列斷路器、上海人民電器 CXM1 系列斷路器、德力西 CDM1 系列斷路器等。

塑殼式低壓斷路器如圖7—22 所示。低壓斷路器主要由觸點系統(tǒng)、各種脫扣器和操作機構(gòu)等部分組成。外殼上有"分"按鈕和"合"按鈕以及觸點接線柱。按下"合"按鈕，搭鉤鉤住鎖扣，使三對觸點閉合;按下"分"按鈕，搭鉤松鉤，觸點分斷。大容量的塑料外殼式斷路器也可增加欠壓脫扣器、分勵脫扣器和電動傳動操作機構(gòu)等。

塑殼式斷路器保護原理是;當電路發(fā)生短路或嚴重過載時，電磁脫扣器會吸引銜鐵，使觸點分斷。當發(fā)生一般過載時，電磁脫扣器不動作，但發(fā)熱元件會使雙金屬片受熱彎曲變大，推動杠桿使觸點斷開。欠壓脫扣器與電磁脫扣器恰恰相反，當電路正常工作時，銜鐵吸合;當電源電壓降到某一值時，欠壓脫扣器的銜鐵釋放，杠桿被撞擊而導致觸點分斷。

塑殼式斷路器的主要參數(shù)有∶額定電壓、額定電流、極數(shù)、脫扣器類型及其額定電流、整定范圍、電磁脫扣器整定范圍、主觸點分斷能力等。這里只介紹額定電壓和額定電流。

1）額定工作電壓 斷路器的額定工作電壓是指與分斷能力及使用類別相關(guān)的電壓值。對多相電路是指相間的電壓值。

2）額定絕緣電壓 斷路器的額定絕緣電壓是指設計斷路器的電壓值，電氣間隙和爬電距離應參照這些值而定。除非型號產(chǎn)品技術(shù)文件另有規(guī)定，額定絕緣電壓是斷路器的最大額定工作電壓。在任何情況下，最大額定工作電壓不應超過絕緣電壓。

3）殼架額定電流 斷路器的殼架額定電流通常用尺寸和結(jié)構(gòu)相同的框架或塑料外殼中能裝入的最大脫扣器額定電流表示。

4）斷路器額定電流 斷路器額定電流就是額定持續(xù)電流，也就是脫扣器能長期通過的電流。對帶可調(diào)式脫扣器的斷路器是指可長期通過的最大電流。

在選擇低壓斷路器的時候，應遵從以下原則∶

①斷路器的額定工作電壓≥線路額定電壓。

②斷路器的額定電流≥線路計算負載電流。

③斷路器的額定短路通斷能力≥線路中可能出現(xiàn)的最大短路電流。

④線路末端單相對地短路電流≥1.25 倍斷路器瞬時（或短延時）脫扣器整定電流。

⑤欠電壓脫扣器的額定電壓應等于線路的額定電壓。

（2）漏電斷路器

漏電斷路器，又稱剩余電流保護斷路器，有電磁式電流動作型、電壓動作型和晶體管（集成電路）電流動作型等，常用漏電斷路器外形如圖 7—23 所示。

1）電磁式漏電斷路器工作原理 電磁型漏電斷路器原理如圖7—24 所示。其結(jié)構(gòu)是在一般的塑殼斷路器中增加一個能檢測剩余電流的感受組件（檢測電流互感器）和剩余電流脫扣器。在正常運行時，各相電流的相量和為零，檢測電流互感器二次側(cè)無輸出。當出現(xiàn)漏電（剩余電流）或人身觸電時，則在檢測電流互感器二次線圈感應出剩余電流。漏電斷路器受此電流激勵，使斷路器脫扣而斷開電路。

2）電子式漏電斷路器工作原理 電子式（DZ15CE 型）漏電斷路器原理如圖7-25 所示。

圖中KA為電磁鐵線圈，漏電時可驅(qū)動閘刀開關(guān) KA 觸頭斷開，每個橋臂用兩只 1N4007串聯(lián)以提高耐壓。R3、R4 阻值很大，所以KA觸頭合上時，流經(jīng) KA 線圈的電流很小，不足以造成KA觸頭斷開。R3、R4為晶閘管 VZ1、VZ2 的分壓電阻，以降低對可控硅的耐壓要求。K 為試驗按鈕，起到模擬漏電的作用。按壓試驗按鈕 K，K接通，相當于火線對地有漏電，這樣，穿過磁環(huán)的三相電源線和零線的電流的矢量和不為零，磁環(huán)上的檢測線圈的兩端就有感應電壓輸出，此電壓立即觸發(fā) VZ2 導通。由于C2預先有一定電壓，VZ2 導通后，C2便經(jīng) R6、R5、T2 放電，使 R5 上產(chǎn)生電壓觸發(fā) VZ1導通。VZ1、VZ2 導通后，流經(jīng)KA線圈的電流增大，使電磁鐵動作，驅(qū)動開關(guān)觸點KA斷開。用電設備漏電引起電磁鐵動作的原理與此相同。R1 為壓敏電阻，起過壓保護作用。

由于漏電斷路器實際上是在塑料外殼式斷路器上加一個漏電保護脫扣器構(gòu)成的，所以選擇漏電斷路器時，其斷路器部分的選用條件和一般交流斷路器相同，而漏電保護脫扣器部分，則應選擇合適的漏電動作電流。如果重點是進行人身保護，那么選用漏電動作電流30mA 以下的斷路器較為安全;如果重點是保安防火，則可考慮選用50～100 mA的斷路器。

此外還應注意漏電斷路器的觸頭有兩種類型∶一類觸點有足夠的短路分斷能力，可以擔負過載和短路保護的職責;另一類觸點不能分斷短路電流，只能分斷額定電流和漏電電流。選擇這一類剩余電流保護斷路器時，則應另行考慮和熔斷器配合使用作短路保護。

二、電力變壓器的并聯(lián)運行

為了提高變壓器的利用率及改善系統(tǒng)的功率因數(shù)，提高系統(tǒng)運行的可靠性，很多變電所采用兩臺或兩臺以上的電力變壓器并聯(lián)運行的方式。并聯(lián)運行的變壓器必須滿足如下條件∶

1）參加并聯(lián)的變壓器，它們的一次、二次電壓應相等，即電壓比應相等。

2）各變壓器的短路阻抗電壓應相等。

3）三相變壓器屬于同一聯(lián)結(jié)組別。

上述三條條件中要做到電壓比和短路電壓完全相等是不容易的，允許有極小的差別，但聯(lián)接組別不允許有差別。此外，變壓器的并聯(lián)運行，還要注意負載分配的問題。一般投入并聯(lián)運行的各變壓器中，最大容量與最小容量之比不超過3∶1。

三、變、配電所平均功率因數(shù)的確定方法

變、配電所的平均功率因數(shù)通常根據(jù)一段時間內(nèi)（如一個月、一年）的有功及無功電能表的讀數(shù)來進行計算，公式如下∶

四、提高功率因數(shù)的意義及方法

企業(yè)功率因數(shù)偏低，將造成許多不良影響∶

 1）降低發(fā)電機的輸出功率，使發(fā)電設備效率降低。

2）降低變電、輸電設備的供電能力。

3）網(wǎng)絡功率損耗增加。

4）加大線路中的電壓損失，降低供電質(zhì)量。

可見，提高功率因數(shù)具有重要意義，在工業(yè)企業(yè)中存在大量的感性負載，它們消耗了大量的無功功率，要提高功率因數(shù)，必須針對這些設備采取措施。應盡量提高企業(yè)的自然功率因數(shù)，可采取下列措施∶

1）提高感應電動機的檢修質(zhì)量，防止定子與轉(zhuǎn)子間氣隙過大。

2）合理選擇電動機、變壓器容量，使其在盡量接近最佳負荷率下運行。電動機接近滿載，變壓器負荷率在 75% 左右較合適。

3）采用技術(shù)措施降低輕載設備的外加電壓，如將△接線的電機改為Y接線，切斷空載設備電源等。

4）在工藝條件容許的情況下，盡量采用同步電動機代替異步電動機。

在采取各項措施后，若功率因數(shù)仍達不到規(guī)定值，就應采用人工無功補償，目前常用的方式有∶

1）采用同步電動機補償。 

2）采用移相電容器補償。