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1、电工培训讲义电工培训讲义-开关设备、防雷接地开关设备、防雷接地本讲稿第一页，共八十一页1.1 1.1 断路器断路器本讲稿第二页，共八十一页1.1 1.1 断路器断路器1.1.1 1.1.1 断路器的作用断路器的作用 高压断路器在正常运行时用它接通或切断负荷电流；在电气设备或线路发生短路故障或严重过负荷时，由继电保护装置控制其自动迅速地切断故障电流，切断发生短路故障的设备或线路，以防止扩大事故范围。1.1.2 1.1.2 断路器的功能断路器的功能 断路器开断电路时，充分利用交流电弧电流每半周过零一次自然熄弧的特点，加强去游离使电弧不再复燃。其介质强度恢复主要由断路器灭弧装置和介质特性所决定。系统
2、电压恢复过程可能是周期性的或非同期性的。取决于被开断电路的参数。本讲稿第三页，共八十一页 型号特征 额定断流容量，MVA S少油断路器 额定电流，A D多油断路器 派生标志 K空气断路器 C带有手车装置 Q产气断路器 G改进型 Z真空断路器 D带有电磁操作结构 L六氟化硫断路器 、断流容量 C磁吹断路器 额定电压，kV 安装条件 设计序号 N户内 W户外1.1.3 断路器的分类断路器的分类本讲稿第四页，共八十一页 1多油断路器：利用绝缘油作为灭弧介质、相间及相对地绝缘介质。2少油断路器：绝缘油只作灭弧介质。载流部分是借空气和陶器绝缘材料或有机绝缘材料来绝缘，灭弧方式多为横向吹动电弧。3空气断路
3、器：利用压缩空气的吹动来熄灭电弧的。和控制断路器的分合阐动作。4SF6断路器：用SF6气体作绝缘和灭弧介质。5磁吹式断路器：当电弧电流通过吹弧线圈以产生磁束来吹弧及消弧。6真空断路器：利用真空灭弧和绝缘，灭弧时间一般只有半个周波。本讲稿第五页，共八十一页1.1.4 1.1.4 断路器的主要性能与参数断路器的主要性能与参数 1额定电压及额定电流 （1）额定电压 指断路器长期工作的标准电压（对三相系统指线电压）。电力系统在运行中允许有5的波动，断路器必须适应在电压变化范围内能长期工作，为此断路器出厂时都以最高工作电压进行鉴定。如：对3220kV范围内，其最高工作电压较额定电压约高15左右；对330
4、kV以上，规定最高工作电压较额定电压高10%。（2）额定电流 指在额定频率下长期通过此电流时，断路器无损伤，且各部分发热不超过长期工作时最高允许发热温度。我国规定额定电流为：200、400、630、（1000）、1250、1600、（1500）、2000、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000A。本讲稿第六页，共八十一页 2额定开断电流和额定断流容量 （1）断路器在开断操作时，首先起弧的某相电流称为开断电流。在额定电压下，能保证正常开断的最大短路电流称为额定开断电流。它是标志断路器开断能力的一个重要参数。我国规定额定开断电流为：1.6、
5、3.15、6.3、8、10、12.5、16、20、25、31.5、40、50、63、80、100kA等。（2）把额定条件下的开断能力称为额定断流容量。三相电路的额定断流容量，以 MVA）表示。我国根据国际电工委员会（IEC）的规定，现只把额定开断电流作为表征开断能力的唯一参数，而断流容量仅作为描述断路器特性的一个数值。本讲稿第七页，共八十一页 3关合能力 说明断路器关合短路故障能力的参数为额定关合电流。其数值以关合操作时，瞬态电流第一个大半波峰值来表示，制造部门对关合电流一般取额定开断电流的 倍即 式中 额定关合电流，kA；额定开断电流，kA。断路器关合短路电流的能力除与灭弧装置性能有关外，还
6、与断路器操动机构的合闸功率的大小有关。本讲稿第八页，共八十一页 4耐受性能 断路器应具有足够的耐受短时短路电流作用的能力，简称耐受能力。（1）短时热电流（热稳定电流）在规定的时间内（规定标准时间为2s，需要大于2s时推荐4s）断路器在合闸位置，可能经受的短时热电流有效值（kA），称为短时热电流（或短时耐受电流），断路器标准中规定 短时热电流通过断路器时，各零部件的温度不应超过短时发热最高允许温度，且不致出现触头熔接或软化变形，以及其它妨碍正常运行的异常现象。允许发热最高温度数值随材料而异。本讲稿第九页，共八十一页 （2）峰值耐受电流 峰值耐受电流亦称动稳定电流，即在规定的使用条件和性能下，断路
7、器在合闸位置时所能经受的电流峰值。它与关合电流不同的是，峰值耐受电流是断路器处于合闸位置时通过的短路电流，而关合电流则是由于断路器关合短路故障所产生的短路电流。峰值耐受电流也是以短路电流的第一个大半波峰值电流来表示，且 峰值耐受电流反映了断路器承受由于短路电流产生电动力的耐受性能，它决定断路器的导电部分和绝缘支撑件的机械强度以及触头的结构形式。本讲稿第十页，共八十一页 5操作性能 （1）全开断时间 是指断路器接到分闸命令瞬间起到电弧熄灭为止的时间间隔。即 式中 全开断时间，s；分闸时间，s；从断路器接到分闸命令瞬间到 所有相的触头都分离的时间间隔，亦称为断 路器固有分闸时间；燃弧时间，s；是指
8、某一相首先起弧瞬间到所 有相电弧全部熄灭的时间间隔。本讲稿第十一页，共八十一页 全开断时间是说明断路器开断过程快慢的主要参数，它直接影响故障对设备的损坏程度、故障范围、传输容量和系统的稳定性。断路器开断时间示意图 （2）合闸时间 处于分闸位置的断路器，从接到合闸命令瞬间起到所有相的触头均接触为止的时间称为合闸时间。本讲稿第十二页，共八十一页 6自动重合闸性能 自动重合闸的操作循环：分 合分 合分。为断路器开断故障电路，从电弧熄灭起到电路重新接通的时间，称为无电流间隔时间，一般为0.3s或0.5s；为强送电时间，一般为180s。断路器开断时间与无电流间隔时间之和称为自动重合闸时间。金属短接时间系
9、指断路器重合闸操作后，触头闭合到第二次触头分开所需用的时间。本讲稿第十三页，共八十一页1.1.5 1.1.5 灭弧方法灭弧方法 当高压断路器开断高压有载电路时之所以产生电弧，原因在于触头本身及其周围的介质中含有大量可被游离的电子。当分断的触头间存在足够大的外施电压条件下，电路电流也达到最小生弧电流时，会因强烈的游离而产生电弧。工业配电系统主要是交流系统，所以电弧也主要是交流电弧，其性质是半个周期要经过零值一次，而电流过零时，电弧要暂时熄灭。因此，大多数交流开关电器的灭弧方法中，都利用了交流电流过零时电弧暂时熄灭这一特性。1速拉灭弧 当交流电流经过零值的瞬间，拉大触头间距离，当触头间所加电压不足
10、以击穿其间距时，电弧就不会重新点燃。触头的分离速度越快，电弧熄灭就越快，通常在高压断路器中装设强力的跳脱弹簧来加快触头分开的速度。本讲稿第十四页，共八十一页 2吹弧灭弧法 利用外力（如气流、油流或电磁力）来吹动电弧，使电弧加速冷却，同时拉长电弧，降低电弧中的电场强度，加速电弧的熄灭，按吹弧的方向来分，有横吹和纵吹两种。a）横吹 b）纵吹 本讲稿第十五页，共八十一页 当低压刀开关迅速拉开刀阐时，不仅迅速拉长了电弧，同时使本身回路电流产生的电动力作用于电弧，吹动电弧，使其拉长电弧直到电弧熄灭。如果开关利用专门吹弧线圈来吹动电弧，使电弧移动，电弧移动的力实际上是电弧电流在线圈磁场中产生的电动力。也有
11、的开关利用铁磁物质（钢片等），来吸动电弧。3冷却灭弧法 降低电弧的温度，使正负离子的复合增强，有助于电弧迅速熄灭，这是一种基本的灭弧方法。4短弧灭弧法 利用金属片将长弧切成若干短弧，则电弧上的压降将近似地增大若干倍。当外施电压小于电弧上的压降时，则电弧就不能维持而迅速熄灭。通常采用钢灭弧栅，让电弧进入钢片，一是利用了电动力吹弧，二是利用了铁磁吸弧，同时钢片对电弧还有冷却作用。本讲稿第十六页，共八十一页 5狭缝灭弧法 电弧在固体介质所形成的窄沟内燃烧，将电弧冷却，同时电弧在狭缝窄沟中燃烧，压力增大，有利于电弧的熄灭。有的熔丝在熔管内充填石英砂，就是利用这种狭沟灭弧原理，还有一种用耐弧的绝缘材料（
12、陶瓷类）制成灭弧栅，也是利用了这种灭弧原理。6真空灭弧法 真空具有较高的绝缘强度，如果将开关触头装置置于真空容器，则在电流过零时，即能熄灭电弧。为防止产生过电压，应当不使触头分开时，电流突变为零。一般应在触头间产生少量金属蒸汽，形成电弧通道。当交流电流自然下降过零前后，这些等离子态的金属蒸汽便在真空中迅速飞散而熄灭电弧。本讲稿第十七页，共八十一页1.1.6 1.1.6 高压断路器的操作要求高压断路器的操作要求 1正常操作的要求 （1）新装或大修后的断路器，投运前必须验收合格才能施加运行电压。（2）断法器的分、合闸指示器应指示正确，且与当时实际运行相符。（3）断路器接线板的连接处或其它必要的地方
13、应有监视运行温度的措施，如示温蜡片等。（4）断路器金属外壳接地良好且有明显的接地标志，接地体的截面积符合规程要求。（5）油断路器的油色应正常，油位应在油位指示的上、下限油位监视线中，绝缘油牌号和性能应满足当地最低气温的要来，油质合格。（6）六氟化硫断路器，为监视其气体压力，应装有密度继电器或压力表，并附有压力表和压力温度关系曲线，其有SF6气体补气接口。（7）真空断路器应配有限制操作过电压的保护装置。本讲稿第十八页，共八十一页 2.断路器操作机构的要求 （1）操作机构动作电压应满足：低于额定电压的30时不动作；高于额定电压的65时可靠动作。（2）机构箱应具有防尘、防潮、防小动物进入及通风措施，
14、液压与气动机构应有加热装置和恒温控制措施。（3）电磁操作机构的合闸电源应保持稳定。运行中电源电压如有变化，其电压不低于额定电压的80，最高不得高于额定电压的110。（4）液压操作机构应具有防“失压慢分”装置，并用有防“失压慢分”的机构卡具。所谓“失压慢分”是指液压操作机因某种原因压力降到零，然后重新启动油泵打压时，造成断路器缓慢分闸、采用液压或气动机构时，其工作压力大于1MPa（表压）时，应有压力释放装置。（5）弹簧操作机构在断路器合闸释放能量后，应能自动再次储能。本讲稿第十九页，共八十一页 3故障状态下的操作要求：（1）断路器在运行中，由于某种原因造成油断路器严重缺油，六氟化硫断路器气体压力
15、异常（如突然降至零等），严禁对断路器进行停、送电操作，应立即断开故障断路器的控制电源，及时采取措施，将故障断路器退出运行。（2）分相操作的断路器操作时，发生非全相合闸，应立即将已合上相拉开，重新操作合闸一次，如仍不正常，则应拉开合上相后汇报，上级派员处理。当发生非全相分闸时，应立即拉开故障开关控制电源，手动操作将拒动相分闸。（3）严禁将有拒跳或合闸不可靠的断路器投入运行。本讲稿第二十页，共八十一页1.1.7 1.1.7 高压断路器的异常运行高压断路器的异常运行 1.油断路器 （1）油断路器声音异常 （2）油断路器油位异常 （3）油断路器油质发黑 （4）断路器过热 （5）跳合闸线圈冒烟 （6）断
16、路器跳合闸不同期本讲稿第二十一页，共八十一页 2真空断路器常见异常运行 （1）电动合不上闸 （2）合闸合空 （3）电动不脱扣 （4）分合闸不可靠 （5）合闸线圈烧毁 （6）分闸线圈烧毁 （7）辅助开关烧毁本讲稿第二十二页，共八十一页 3六氟化硫断路器常见异常运行 （1）泄漏气体 （2）闪络放电。（3）分合闸不可靠本讲稿第二十三页，共八十一页1.1.8 1.1.8 高压断路器的故障高压断路器的故障 1应停电处理的情况 （1）严重漏油，油标管中已看不见油位。（2）本体或连接处过热变色或烧红。（3）支持绝缘子断裂或套管炸裂。（4）绝缘子严重放电。（5）SF6断路器的气体压力值低于闭锁值。（6）液压机
17、构的压力值低于闭锁值。（7）弹簧机构和弹簧拉力不够，闭锁信号不能复归。（8）气动机构的气压低于闭锁值。本讲稿第二十四页，共八十一页 21035kV的少油断路器合闸后支持绝缘子断裂 31035kV的少油断路器拉杆绝缘子断裂或拉杆销子脱落 4油断路器严重缺油 5油断路器着火 6断路器误跳闸 7断路器拒绝合闸 8真空断路器真空度下降 9SF6断路器漏气 10操作机构故障本讲稿第二十五页，共八十一页1.1.9 1.1.9 低压断路器低压断路器 低压断路器用作交、直流线路的过载、短路保护，被广泛应用于建筑照明、动力配电线路、用电设备作为控制开关和保护设备，也可用于不频繁起动电动机以及操作或转换电路。1种
18、类 （1）万能式断路器 （2）塑料外壳式断路器 （3）电动斥力式限流断路器 （4）剩余电流保护断路器 （5）直流快速断路器 （6）灭磁断路器 本讲稿第二十六页，共八十一页 2低压断路器的选用要点 表示低压断路器性能的主要指标有分断能力和保护特性。分断能力是指开关在指定的使用和工作条件及在规定的电压下接通和分断的最大电流值（kA）。保护特性主要分为过电流保护、过载保护和欠电压保护三种。本讲稿第二十七页，共八十一页 （1）额定电压 断路器的额定电压应大于线路额定电压。主要是交流380V或直流220V的供电系统。按线路额定电压进行选择时应满足下列条件：式中 低压断路器的额定电压，V；线路的额定电压，
19、V。本讲稿第二十八页，共八十一页 （2）额定电流 断路器的额定电流与过电流脱扣器的额定电流应大于线路计算负荷电流。当按线路的计算电流选择时，应能满足下式：式中 低压断路器的额定电流，A；线路的计算电流或实际电流，A。如果环境温度低于+40，则电器产品温度每低1，允许电流比额定电流值增加0.5%。但增加总数不得超过20。本讲稿第二十九页，共八十一页 (3)断路器的保护定值 1）长延时脱扣器的电流整定值，动作时间可以不小于10s；长延时脱扣器只能作过载保护。2）短延时脱扣器的电流整定值，动作时间约为0.10.4s；短延时脱扣器可以作短路保护，也可以作过载保护。3）瞬时脱扣器的电流整定值，其动作时间
20、约为0.02s。瞬时脱扣器一般用作短路保护。本讲稿第三十页，共八十一页 （4）瞬时过电流脱扣器的整定电流 瞬时脱扣器的动作时间为0.02s左右。瞬时或短时过电流脱扣器的整定电流应能躲开线路的尖峰电流。1）负载是单台电动机，整定电流按下式计算 式中 瞬时或短时过电流脱扣器整定电流值，A；可靠系数，对动作时间大于0.02s的断路器，K 取1.35，对动作时间小于0.02s的断路器K取 1.72.0；电动机的起动电流，A。本讲稿第三十一页，共八十一页 2）当配电线路不考虑电动机的起动电流时，按下式计算整定值 式中 配电线路的尖峰电流，A；可靠系数，一般取1.35。3）当配电线路考虑电动机的起动电流时
21、，按下式计算整定值 式中 正常工作电流和可能出现的自起动电机 的起动电流的总和，A。本讲稿第三十二页，共八十一页（5）短时过电流脱扣器的整定电流 确定本级断路器短延时过电流脱扣器动作电流的整定，应与下一级开关整定电流选择性配合。本级动作整定电流应大于或等于下一级低压断路器短延时或瞬时动作整定值的1.2倍。若下一级有多条分支线，则取各分支路低压断路器中最大整定值的1.2倍。本讲稿第三十三页，共八十一页 （6）长延时过电流脱扣器整定电流 长延时过电流脱扣器整定电流应大于线路中计算电流 式中 过电流脱扣器的长延时动作整定电 流值，A；可靠系数，一般取1.1；线路的计算电流，单台电动机是指 电动机的额
22、定电流，A。本讲稿第三十四页，共八十一页 校验一：长延时过电流脱扣器在配电线路过载时的可靠性。如对电动机进行保护，则电动机在过载 20时应使保护装置动作；校验二：在配电线路出现尖峰负荷时或在电动机起动时，长延时过电流脱扣器不误动。脱扣器在3倍整定电流值下的可返回时间，取决于线路中尖峰电流的持续时间，也就是线路中最大容量的异步电动机直接起动的持续时间。一般情况下，电动机的轻载起动时间不超过2.54s，电动机满载起动时间不超过68s，个别电动机重载起动时间达15s。返回时间越小，说明线路电流大于长延时脱扣器整定电流值的倍数越高，保护装置的动作越快。本讲稿第三十五页，共八十一页（7）分断能力 1）断
23、路器额定短路分断能力应大于线路中最大短路电流。2）断路器的额定极限短路分断能力应大于断路器额定运行短路分断能力（对于直流电流线路，两者的数值相同）。分断能力是指低压断路器在规定的试验（如电压、频率、线路其它参数等）条件下，能够接通成切断短路电流的数值。分断能力用电流有效值（kA）表示。3）断路器额定运行短路分断能力应大于线路中最大短路电流。4）断路器的额定短时耐受电流（0.5s、3s）应大于线路中短时持续短路电流。当分断能力不够，一般的线路，可用有填料式熔断器（RT0）来替代低压断路器。对于特别重要的供电线路，应采用更大容量的低压断路器。本讲稿第三十六页，共八十一页 （8）断路器欠电压脱扣器额
24、定电压等于线路额定电压。（9）直流快速断路器需考虑过电流脱扣器的动作方向（极性）、短路电流上升率。（10）剩余电流保护断路器需选择合理的剩余电流动作电流和剩余电流不动作电流。注意能否断开短路电流，如不能断开短路电流则需要适当的熔断器配合使用。（11）灭磁断路器选择时需考虑发电机的强励电压、励磁线圈的时间常数、放电电阻及断开强励电流的能力。本讲稿第三十七页，共八十一页1.1.10 1.1.10 断路器的选择和应用断路器的选择和应用(总结总结)1、按线路预期短路电流的计算来选择断路器的分断能力 简捷计算方法：（1）对于10/0.4KV电压等级的变压器，可以考虑高压侧的短路容量为无穷大（10KV侧的
25、短路容量一般为200400MVA甚至更大，因此按无穷大来考虑，其误差不足10%）。（2）GB50054-95低压配电设计规范的2.1.2条规定：“当短路点附近所接电动机的额定电流之和超过短路电流的1%时，应计入电动机反馈电流的影响”，若短路电流为30KA，取其1%，应是300A，电动机的总功率约在150KW，且是同时启动使用时此时计入的反馈电流应是6.5In。（3）变压器的阻抗电压UK表示变压器副边短接（路），当副边达到其额定电本讲稿第三十八页，共八十一页流时，原边电压为其额定电压的百分值。因此当原边电压为额定电压时，副边电流就是它的预期短路电流。（4）变压器的副边额定电流Ite=Ste/1.
26、732U式中Ste为变压器的容量（KVA），Ue为副边额定电压（空载电压），在10/0.4KV时Ue=0.4KV因此简单计算变压器的副边额定电流应是变压器容量x1.441.50。（5）按（3）对Uk的定义，副边的短路电流（三相短路）为I(3)对Uk的定义，副边的短路电流（三相短路）为I(3)=Ite/Uk，此值为交流有效值。（6）在相同的变压器容量下，若是两相之间短路，则 I(2)=1.732I(3)/2=0.866I(3)。（7）以上计算均是变压器出线端短路时的电流值，这是最严重的短路本讲稿第三十九页，共八十一页事故。如果短路点离变压器有一定的距离，则需考虑线路阻抗，因此短路电流将减小。例如
27、SL7系列变压器（配导线为三芯铝线电缆），容量为200KVA，变压器出线端短路时，三相短路电流I(3)为7210A。短路点离变压器的距离为100m时，短路电流I(3)降为4740A；当变压器容量为100KVA时其出线端的短路电流为3616A。离变压器的距离为100m处短路时，短路电流为2440A。远离100m时短路电流分别为0m的65.74%和67.47%。计算安装处（线路）的额定电流和该处可能出现的最大短路电流。并按以下原则选择断路器：断路器的额定电流In线路的额定电流IL 断路器的额定短路分断能力线路的预期短路电流本讲稿第四十页，共八十一页2、断路器的极限短路分断能力和运行短路分断能力 断
28、路器的额定极限短路分断能力（Icu)：按规定的试验程序所规定的条件，不包括断路器继续承载其额定电流能力的分断能力；断路器的额定运行短路分断能力（Ics）：按规定的试验程序所规定的条件，包括断路器继续承载其额定电流能力的分断能力。万能式（框架式）断路器，绝大部分（不是所有规格）都具有过载长延时、短路短延时和短路瞬动的三段保护功能，能实现选择性保护，因此大多数主干线（包括变压器的出线端）都采用它作主（保护）开关，而塑壳式断路器一般不具备短路短延时功能（仅有过载长延时和短路瞬动二段保护），不能作选择性保护，它们只能使用于支路。3、断路器的电气间隙与爬电距离 确定电器产品的电气间隙，必须依据低压系统的
29、绝缘配合，而绝缘配合则是本讲稿第四十一页，共八十一页建立在瞬时过电压被限制在规定的冲击耐受电压，而系统中的电器或设备产生的瞬时过电压也必须低于电源系统规定的冲击电压。因此：（1）电器的额定绝缘电压应电源系统的额定电压（2）电器的额定冲击耐受电压应电源系统的额定冲击耐受电压（3）电器产生的瞬态过电压应电源系统的额定冲击耐受电压。本讲稿第四十二页，共八十一页1.2.1 1.2.1 高压开关设备术语高压开关设备术语 1.高压开关额定电压1kV及以上主要用于开断和关合导电回路的电器。2.高压开关设备高压开关与控制、测量、保护、调节装置以及辅件、外壳和支持件等部件及其电气和机械的联结组成的总称。3.户内
30、高压开关设备不具有防风、雨、雪、冰和浓霜等性能，适于安装在建筑场所内使用的高压开关设备。4.户外高压开关设备能承受风、雨、雪、污秽、凝露、冰和浓霜等作用，适于安装在露天使用的高压开关设备。5.金属封闭开关设备；开关柜除进出线外，其余完全被接地金属外壳封闭的开关设备。6.铠装式金属封闭开关设备主要组成部件(例如断路器、互感器、母线等)分别装在接地的金属隔板隔开的隔室中的金属封闭开关设备。1.2 高压开关高压开关本讲稿第四十三页，共八十一页7.间隔或金属封闭开关设备与铠装式金属封闭开关设备一样，其某些元件也分装于单独的隔室内，但具有一个或多个符合一定防护等级的非金属隔板。8.箱式金属封闭开关设备除
31、铠装式、间隔式金属封闭开关设备以外的金属封闭开关设备。9.充气式金属封闭开关设备金属封闭开关设备的隔室内具有下列压力系统之一用来保护气体压力的一种金属封闭开关设备。a.可控压力系统；b.封闭压力系统；c.密封压力系统。10.绝缘封闭开关设备除进出线外，其余完全被绝缘外壳封闭的开关设备。11.组合电器将两种或两种以上的高压电器，按电力系统主接线要求组成一个有机的整体而名电器仍保持原规定功能的装置。本讲稿第四十四页，共八十一页 12.气体绝缘金属封闭开关设备封闭式组合电器，至少有一部分采用高于大气压的气体作为绝缘介质的金属封闭开关设备。13.断路器能关合、承载、开断运行回路正常电流、也能在规定时间
32、内关合、承载及开断规定的过载电流(包括短路电流)的开关设备。14.六氟化硫断路器触头在六氟化硫气体中关合、开断的断路器。15.真空断路器触头在真空中关合、断的断路器。16.隔离开关在分位置时，触头间符合规定要求的绝缘距离和明显的断开标志；在合位置时，能承载正常回路条件下的电流及规定时间内异常条件(例如短路)下的电流开关设备。17.接地开关用于将回路接地的一种机械式开关装置。在异常条件（如短路下，可在规定时间内承载规定的异常电流；在正常回路条件下，不要求承载电流。本讲稿第四十五页，共八十一页 18.负荷开关能在正常回路条件下关合、承载和开断电流以及在规定的异常回路条件（如短路条件）下，在规定的时
33、间内承载电流的开关装置。19.接触器手动操作除外，只有一个休止位置，能关合、承载及开断正常电流及规定的过载电流的开断和关合装置。20.熔断器当电流超规定值一定时间后，以它本身产生的热量使熔化而开断电路的开关装置。21.限流式熔断器在规定电流范围内动作时，以它本身所具备的功能将电流限制到低于预期电流峰值的一种熔断器。22.喷射式熔断器由电弧能量产生气体的喷射而熄灭电弧的熔断器。23.跌落式熔断器动作后载熔件自动跌落，形成断口的熔断器。24.避雷器一种限制过电压的保护电器，它用来保护设备的绝缘，免受过电压的危害。本讲稿第四十六页，共八十一页 25.无间隙金属氧化物避雷器由非线性金属氧化物电阻片串联
34、和(或)并联组成且无 或串联放电间隙的避雷器。26.复合外套无间隙金属氧化物避雷器由非线性金属氧化物电阻片和相应的零部件组成且其外套为复合绝缘材料的无间隙避雷器。1.2.2 1.2.2 特性参量术语特性参量术语 1.额定电压在规定的使用和性能的条件下能连续运行的最高电压，并以它确定高压开关设备的有关试验条件。2.额定电流在规定的正常使用和性能条件下，高压开关设备主回路能够连续承载的电流数值。3.额定频率在规定的正常使用和性能条件下能连续运行的电网频率数值，并以它和额定电压、额定电流确定高压开关设备的有关试验条件。本讲稿第四十七页，共八十一页4.额定电流开断电流在规定条件下，断路器能保证正常开断
35、的最大短路电流。5.额定短路关合电流在额定电压以及规定使用和性能条件下，开关能保证正常开断的电大短路峰值电流。6.额定短时耐受电流(额定热稳定电流)在规定的使用和性能条件下，在确定的短时间内，开关在闭合位置所能承载的规定电流有效值。7.额定峰值耐受电流(额定热稳定电流)在规定的使用和性能条件下，开关在闭合位置所能耐受的额定短时耐受电流第一个大半波的峰值电流。8.额定短路持续时间(额定动稳定时间)开关在合位置所能承载额定短时耐受电流的时间间隔。9.温升开关设备通过电流时各部位的温度与周围空气温度的差值。本讲稿第四十八页，共八十一页10.功率因数(回路的)开关设备开合试验回路的等效回路，在工频下的
36、电阻与感抗之比，不包括负荷的阻抗。11.额定短时工频耐受电压按规定的条件和时间进行试验时，设备耐受的工频电压标准值（有效值）。12.额定操作（雷电）冲击耐受电压在耐压试验时，设备绝缘能耐受的操作(雷电)冲击电压的标准值。1.2.3 1.2.3 操作术语操作术语 1.操作动触头从一个位置转换至另一个位置的动作过程。2.分（闸）操作开关从台位置转换到分位置的操作。3.合（闸）操作开关从分位置转换换到合位置的操作。4.“合分”操作开关合后，无任何有意延时就立即进行分的操作。5.操作循环从一个位置转换到另一个装置再返回到初始位置的连续操作；本讲稿第四十九页，共八十一页如有多位置，则需通过所有的其他位置
37、。6.操作顺序具有规定时间间隔和顺序的一连串操作。7.自动重合（闸）操作开关分后经预定时间自动再次合的操作顺序。8.关合（接通）用于建立回路通电状态的合操作。9.开断（分断）在通电状态下，用于回路的分操作。10.自动重关合在带电状态下的自动重合（闸）操作。11.开合开断和关合的总称。12.短路开断对短路故障电流的开断。13.短路关合对短路故障电流的关合。14.近区故障开断对近区故障短路电流的开断。15.触头开距分位置时，开关的一极各触头之间或具连接的任何导电部分之间的总间隙。本讲稿第五十页，共八十一页16.行程触头的分、合操作中，开关动触头起始位置到任一位置的距离。17.超行程合闸操作中，开关
38、触头接触后动触头继续运动的距离。18.分闸速度开关分（闸）过程中，动触头的运行速度。19.触头刚分速度开关合（闸）运程中，动触头与静触头的分离瞬间运动速度。20.合闸速度开关合（闸）过程中，动触头的运动速度。21.触头刚合速度开关合（闸）过程中，动触头与静触头的接触瞬间运动速度。22.开断速度开关在开断过程中，动触头的运动的速度。23.关合速度开关在关合过程中，动触头的运动的速度。本讲稿第五十一页，共八十一页1.3.1 1.3.1 防雷器的主要技术参数防雷器的主要技术参数 1标称电压Un 与被保护系统的额定电压相符，在信息技术系统中此参数表明了应该选用的保护器的类型，它标出交流或直流电压的有效
39、值。2额定电压Uc 能长久施加在保护器的指定端，而不引起保护器特性变化和激活保护元件的最大电压有效值。3额定放电电流Isn 给保护器施加波形为8/20s的标准雷电波冲击10次时，保护器所耐受的最大冲击电流峰值。4最大放电电流Imax 给保护器施加波形为8/20s的标准雷电波冲击1次时，保护器所耐受的最大冲击电流峰值。1.3 1.3 防雷保护装置防雷保护装置本讲稿第五十二页，共八十一页5电压保护级别Up 保护器在下列测试中的最大值：1KV/s斜率的跳火电压；额定放电电流的残压。6响应时间tA 主要反应在保护器里的特殊保护元件的动作灵敏度、击穿时间，在一定时间内变化取决于du/dt或di/dt的斜
40、率。7数据传输速率Vs 表示在一秒内传输多少比特值，单位：bps；是数据传输系统中正确选用防雷器的参考值，防雷保护器的数据传输速率取决于系统的传输方式。8插入损耗Ae 在给定频率下保护器插入前和插入后的电压比率。9回波损耗Ar 表示前沿波在保护设备（反射点）被反射的比例，是直接衡量保护设备同系统阻抗是否兼容的参 本讲稿第五十三页，共八十一页n避雷针和避雷线n避雷器(SPD-电涌保护器)n防雷接地 本讲稿第五十四页，共八十一页1.3.2 1.3.2 避雷针和避雷线保护范围避雷针和避雷线保护范围1.避雷针保护原理：当雷云放电时使地面电场畸变，在避雷针顶端形成局部场强集中的空间以影响雷电先导放电的发
41、展方向，使雷电对避雷针放电，再经过接地装置将雷电流引入大地从而使被保护物体免遭雷击保护范围：由模拟试验确定，它只有相对的意义，不能认为在保护范围内的物体就完全不受雷直击，在保护范围外的物体就完全不受保护绕击率：雷电绕过避雷装置而击于被保护物体的现象，规程推荐的保护范围是对应0.1%绕击率而言避雷针保护第一要对直击雷屏蔽，第二要防止反击本讲稿第五十五页，共八十一页n 设备遭雷击受损通常有四种情况，一是直接遭受雷击而损坏；二是雷电脉冲沿着与设备相连的信号线、电源线或其他金属管线侵入使设备受损；三是设备接地体在雷击时产生瞬间高电位形成地电位“反击”而损坏；四是设备安装的方法或安装位置不当，受雷电在空
42、间分布的电场、磁场影响而损坏。n 在电力系统中实际采用的防雷保护装置主要有：避雷针、避雷线、保护间隙与各种避雷器、防雷接地、电抗线圈、电容器组、消弧线圈、自动重合闸等等本讲稿第五十六页，共八十一页本讲稿第五十七页，共八十一页本讲稿第五十八页，共八十一页 避雷针保护范围避雷针保护范围(1)单支避雷线它的保护范围是一个以其本体为轴线的曲线圆锥体，如图所示 hhx hah/21.5h hx 水平面上保护 范围的截面当 hxh/2 rx=(h-hx)P hxh/2 rx=(1.5h-2hx)Ph避雷器的高度P高度修正系数当h 30m时 P=1 300mh 120m,本讲稿第五十九页，共八十一页(2)两
43、支等高避雷针 这时的保护范围不是两支避雷针的保护范围简单相加而是有所扩大。R0 D/7P O hah hx rx h0 h/2 O D 1.5h h0 hx bx 1.5h0OO截面bx bx 两支等高避雷针的联合保护范围本讲稿第六十页，共八十一页两针之间的保护范围可利用下式求得式中 h避雷针的高度；h0两针间联合保护范围上部边缘的最低点的高度；2bx在在高度hx的水平面上，保护范围的最低宽度；一般两针间的距离D不宜大于5h。(3)(3)两支不等高避雷针两支不等高避雷针(4)(4)三支或更多支避雷针三支或更多支避雷针本讲稿第六十一页，共八十一页2.避雷线 n 作用原理同避雷针，主要用于输电线路
44、的保护，也可用于保护发电厂和变电所保护范围的长度与线路等长，而且两端还有其保护的半个圆锥体空间在架空输电线路上多采用保护角来表示避雷线的保护程度保护角：避雷线的铅垂线与避雷线和边导线连线的夹角，越小，雷击导线的概率越小，对导线的屏蔽保护越可靠本讲稿第六十二页，共八十一页(1)单根避雷线 hhx ha h/2h hrxrxrx 单根避雷线的保护范围(当h30m时,=25o)当hxh/2 rx=0.47(h-hx)P当hxh/2 rx=(h-1.53hx)P本讲稿第六十三页，共八十一页(2)两根等高避雷线这时的保护范围如图所示 hhx ha h/2 h0 D/2 R0 1 2 Orx h D 两根
45、等高避雷线的联合保护范围本讲稿第六十四页，共八十一页3.避雷器n对避雷器的基本技术要求正常运行时，避雷器内部如何隔离工作电压，过电压作用时，避雷器先于被保护电力设备放电，这需要由两者的伏秒特性的配合来保护（绝缘强度配合 V-S曲线）避雷器应具有一定的熄弧能力，以便可靠地切断在某次过零时的工频续流，使系统恢复正常（绝缘强度的自恢复能力）以上两条对有间隙的避雷器（保护间隙、管型避雷器、阀型避雷器）是适宜的，对于MOA的基本要求则不同无间隙，长期工作在系统工作电压和间或承受各种过电压，工频下流过很小的泄漏电流，过电压下残压应小于被保护设备冲击绝缘强度，它必须具有长时间工频稳定性和过电压下的热稳定性本
46、讲稿第六十五页，共八十一页(1)保护间隙(10kV以下配电网中)本讲稿第六十六页，共八十一页(2)管式避雷器(排气式避雷器,适用于输电线路)它实质上是一只具有较强灭弧能力的保护间隙。保护的原理与上者类似。不过这因两者在伏秒特性难以配合和产生大幅值截波方面的缺点，不宜大量安装。本讲稿第六十七页，共八十一页避雷器避雷器(3)阀型避雷器 1）工作原理本讲稿第六十八页，共八十一页2）基本元件火花间隙：短间隙，V-S特性平坦火花间隙的并联电阻（均压 有利于提高熄弧电压和工频放电电压 工频与冲击电压下间隙电压的分布取决于什么？）-FZ型（电站型）无并联电阻-FS型（线路型）阀片（非线性电阻）阀片的作用：限
47、制工频续流，保证火花间隙可靠熄弧；当雷电过电压击穿时，电压不至于突然下降形成截断波;本讲稿第六十九页，共八十一页 (4)磁吹避雷器 为了减小阀式避雷器的切断比和保护比之值，即为了改进阀式避雷器的性能，又发展一种新的带磁吹间隙的阀式避雷器，简称磁吹避雷器。它的主要区别在于采用了灭弧能力较强的磁吹火花间隙和通流能力较大的高温阀片。目前各国制造的磁吹避雷器主要有以下两种：FCD型-保护旋转电机 电压一般2-15KV FCZ型-保护高压设备 电压一般35-500KV 为何磁吹避雷器不用永久磁铁代替磁吹线圈?本讲稿第七十页，共八十一页(5)金属氧化物避雷器（MOA）本讲稿第七十一页，共八十一页本讲稿第七
48、十二页，共八十一页1）MOA的主要优点无间隙无续流电气设备所受过电压可降低通流容量大特别适用于直流保护和SF6电器保护2）MOA的电气特性本讲稿第七十三页，共八十一页4 防雷接地1)接地、接地电阻、接地装置（1）接地与分类 接地是指将地面上的金属或电气回路中的某一节点通过导体与大地保持等电位分类：工作接地：根据系统正常运行要求设置（0.510）保护接地：为保障人身安全而将电气设备金属外壳等接地，它在故障条件下才发挥作用（110）防雷接地：用来将雷电流顺利泻入大地，以减小引起的过电压（130）本讲稿第七十四页，共八十一页本讲稿第七十五页，共八十一页（2）接地装置垂直接地体水平接地体接地网本讲稿第
49、七十六页，共八十一页2)防雷接地及有关计算n当雷电流流过接地装置时，接地体和土壤所呈现的响应不同于工频响应，即冲击接地电阻一般不等于工频接地电阻n火花效应和电感效应n常用冲击系数表示冲击接地电阻与工频接地电阻关系本讲稿第七十七页，共八十一页电气接地电气接地1概述概述 电气设备的某个部分与大地之间作良好的电气联接称为接地。与大地土壤直接接触的金属导电气设备的某个部分与大地之间作良好的电气联接称为接地。与大地土壤直接接触的金属导体或金属导体组称为接地体：联接电气设备应接地部分与接地体的金属导体称为接地线；接地体体或金属导体组称为接地体：联接电气设备应接地部分与接地体的金属导体称为接地线；接地体和接
50、地线统称为接地装置。和接地线统称为接地装置。电气设备接地的目的主要是保护人身和设备的安全，所有电气设备应按规定进行可靠接地。电气设备接地的目的主要是保护人身和设备的安全，所有电气设备应按规定进行可靠接地。2接地的分类接地的分类 按接地的作用分有按接地的作用分有保护接地和工作接地保护接地和工作接地两种。两种。（1）为了保证人身安全，避免发生人体触电事故，将电气设备的金属外壳与接地装置联接的方式）为了保证人身安全，避免发生人体触电事故，将电气设备的金属外壳与接地装置联接的方式称为保护接地。当人体触及到外壳已带电的电气设备时，由于接地体的接触电阻远小于人体电阻，绝称为保护接地。当人体触及到外壳已带电