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1、2022年年10月月23日日精品第四章工厂变配电所及其一次系统 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望2022年年10月月23日日内容提要：工厂变配电所是工厂供配电系统的枢钮。本章首先简介工厂变配电所的作用，类型和位置的确定原则，然后分别介绍工厂变配电所中常用的高低压电器，变压器的功能、结构特点及运行维护，讲述了工厂变配电所的主接线，最后介绍成套配电装置的分类与特点，及工厂变配电所的布置要求和基本结构。第四章第四章 工厂变配电所及其一次系统工厂变配电所及其
2、一次系统2022年年10月月23日日41工厂变配电所的作用、类型和位置工厂变配电所的作用、类型和位置1变配电所的作用变配电所的作用 工厂变配电所是工厂供配电系统的核心，在工厂中占有特别重工厂变配电所是工厂供配电系统的核心，在工厂中占有特别重要的地位。工厂变配电所按其作用可分为要的地位。工厂变配电所按其作用可分为工厂变电所工厂变电所和和工厂配电所工厂配电所。变电所的作用是：从电力系统接受电能，变电所的作用是：从电力系统接受电能，经过变压器降压经过变压器降压（通（通常降为常降为0.4kV），然后按要求把电能分配到各车间供给各类用电设），然后按要求把电能分配到各车间供给各类用电设备。备。配电所的作用
3、是：接受电能，然后配电所的作用是：接受电能，然后按要求分配电能按要求分配电能。两者所不。两者所不同的是，同的是，变电所中有配电变压器，而配电所中没有配电变压器变电所中有配电变压器，而配电所中没有配电变压器。2022年年10月月23日日2变配电所的类型变配电所的类型变配电所的类型应根据用电负荷情况和周围环境情况等综合确定。变配电所的类型应根据用电负荷情况和周围环境情况等综合确定。工厂变配电所与高层建筑变配电所的型式及所址虽有所区别，但根工厂变配电所与高层建筑变配电所的型式及所址虽有所区别，但根据安装位置、方式、结构的不同，它们大致有以下几种类型：据安装位置、方式、结构的不同，它们大致有以下几种类
4、型：（1）工厂总降压变电所）工厂总降压变电所用于电源电压为用于电源电压为35kV及以上的大中型工厂。及以上的大中型工厂。1）作用）作用它是从电力系统接受它是从电力系统接受35kV或以上电压的电能后，由主变压或以上电压的电能后，由主变压器把电压降为器把电压降为10kV(当有当有6kV高压设备时，一般再经高压设备时，一般再经106.3kV变压变压器降压；也可直接采用器降压；也可直接采用356.3kV变压器变压器)，经，经10kV母线分别配电到母线分别配电到各车间变电所。各车间变电所。2）类型）类型这种变电所一般都是独立式的。这种变电所一般都是独立式的。（2）高压配电所高压配电所用于高压电能（用于高
5、压电能（10KV或或6KV及以上）的接受和分配。及以上）的接受和分配。1）无总降压变电所的高压配电所一般为独立式的；）无总降压变电所的高压配电所一般为独立式的；2）有总降压变电所的高压配电所有时附设于总降压变电所内。）有总降压变电所的高压配电所有时附设于总降压变电所内。2022年年10月月23日日（3）车间变电所）车间变电所如图所示，按其安装位置不同可分为下列类型：如图所示，按其安装位置不同可分为下列类型：1）车间附设变电所）车间附设变电所变压器室的一面或两面墙壁与车间的墙壁共用，变压器室的一面或两面墙壁与车间的墙壁共用，按变压器室按变压器室位于车间的墙内还是墙外位于车间的墙内还是墙外，又可分
6、为，又可分为内附式内附式(图中的图中的3)和和外附式外附式(图中的图中的4)。适用场合适用场合车间附设变电所能深入负荷中心，适用于生产面积比车间附设变电所能深入负荷中心，适用于生产面积比较紧凑、生产流程需要经常调整因而设备要作相应变动的生产车间。较紧凑、生产流程需要经常调整因而设备要作相应变动的生产车间。附设式变电所在工业和民用建筑中较普遍。附设式变电所在工业和民用建筑中较普遍。特点特点车间外附式车间外附式占用占用车间面积少，安全车间面积少，安全性较好；性较好；车间内附式车间内附式虽然虽然占用了车间内部的占用了车间内部的面积，但它有利于面积，但它有利于靠近负荷中心靠近负荷中心，且，且不妨碍车间
7、外环境不妨碍车间外环境的观瞻，因而被更的观瞻，因而被更多地采用。多地采用。2022年年10月月23日日2）车间内变电所车间内变电所变压器室和整个变电所都位于变压器室和整个变电所都位于车间内的单独室内车间内的单独室内，通常位于通常位于车间中部车间中部，如中的，如中的2所示。所示。特点特点有利于有利于深入负荷中心，缩短低压配电的距离深入负荷中心，缩短低压配电的距离，减少有色金，减少有色金属的消耗量，降低电能损耗和电压损耗，技术经济指标较好；但它属的消耗量，降低电能损耗和电压损耗，技术经济指标较好；但它占用车间的生产面积，对生产流程和设备位置需要变动的场合不适占用车间的生产面积，对生产流程和设备位置
8、需要变动的场合不适合，且对车间的安全性有一定的威胁。合，且对车间的安全性有一定的威胁。适用场合适用场合适用于环境条件许可、负荷较大、负荷中心居中部的适用于环境条件许可、负荷较大、负荷中心居中部的多跨车间，这种变电所在大型冶金企业中较多。多跨车间，这种变电所在大型冶金企业中较多。2022年年10月月23日日3）独立变电所）独立变电所变电所设在距车间、住宅区或其他建筑物有一定距变电所设在距车间、住宅区或其他建筑物有一定距离的单独建筑物内。如图中的离的单独建筑物内。如图中的1所示。所示。特点特点运行维护条件好，安全可靠性高，但建筑费用较高。运行维护条件好，安全可靠性高，但建筑费用较高。适用场合适用场
9、合负荷小而分散，或需要远离易燃、易爆、有腐蚀性气负荷小而分散，或需要远离易燃、易爆、有腐蚀性气体及低洼积水的场所，一般需经全面技术经济比较来确定。体及低洼积水的场所，一般需经全面技术经济比较来确定。2022年年10月月23日日4）杆上变电台）杆上变电台又称柱上变电台，如图中的又称柱上变电台，如图中的10所示。其变压器所示。其变压器(及其及其一些附属开关、保护设备一些附属开关、保护设备)安装在室外的电杆上安装在室外的电杆上。特点特点最简单经济，通风散热条件又好，但供电可靠性较差，易最简单经济，通风散热条件又好，但供电可靠性较差，易受环境影响，运行维护的条件较差，受环境影响，运行维护的条件较差，适
10、用场合适用场合适于环境允许的中小城镇居民区和工厂的生活区，且适于环境允许的中小城镇居民区和工厂的生活区，且变压器容量在变压器容量在315kVA及以下时选用。及以下时选用。2022年年10月月23日日5）露天或半露天变电所）露天或半露天变电所如图中的如图中的8、9所示。所示。露天变电所是露天变电所是变压器位于变压器位于室外抬高的地面室外抬高的地面上的变电所上的变电所；半露天变电所是指位于半露天变电所是指位于露天的变压器有顶板或桃檐的情况露天的变压器有顶板或桃檐的情况；特点特点投资省、通风散热条件好，安全可靠性较差，要采取安全投资省、通风散热条件好，安全可靠性较差，要采取安全防护措施防护措施(如周
11、围加围墙、围栏等如周围加围墙、围栏等)；适用场合适用场合用于无腐蚀性、爆炸性气体和粉尘、无易燃易爆危险用于无腐蚀性、爆炸性气体和粉尘、无易燃易爆危险的场所，如小型工厂车间或其他不重要用户的场所，如小型工厂车间或其他不重要用户2022年年10月月23日日6）地下变电所）地下变电所整个变电所位于建筑或其他设施的地下层，如图中整个变电所位于建筑或其他设施的地下层，如图中的的6所示。所示。特点特点通风散热条件差，湿度高，投资和运行费用高；但安全且通风散热条件差，湿度高，投资和运行费用高；但安全且不碍观瞻；不碍观瞻；适用场合适用场合在高层建筑、地下工程和矿井中采用较多，其变压器在高层建筑、地下工程和矿井
12、中采用较多，其变压器应采用应采用干式变压器干式变压器。铁芯和绕组不浸渍在绝缘油中的变压器。铁芯和绕组不浸渍在绝缘油中的变压器.7）楼层变电所）楼层变电所变电所设在高层建筑的楼层中，如图中的变电所设在高层建筑的楼层中，如图中的7所示。所示。该类型适用该类型适用于高层建筑和地面面积于高层建筑和地面面积有限的场所。楼层变电有限的场所。楼层变电所中采用的电气设备及所中采用的电气设备及结构须尽可能轻、安全结构须尽可能轻、安全，并须防火，变压器通，并须防火，变压器通常采用干式变压器。常采用干式变压器。2022年年10月月23日日8）箱式（组合式）变电所箱式（组合式）变电所又称成套变电所，如图中的又称成套变
13、电所，如图中的5所示。所示。这是一种由生产厂家按一定结线方案成套制造、并现场这是一种由生产厂家按一定结线方案成套制造、并现场安装的变电所，其变压器柜和高、低压开关柜组装在带安装的变电所，其变压器柜和高、低压开关柜组装在带有金属防护外壳的箱体内。有金属防护外壳的箱体内。2022年年10月月23日日(3)设备运输、吊装方便，设备运输、吊装方便，特别要考虑电力变压器和高低压开关柜特别要考虑电力变压器和高低压开关柜等大型设备的运输方便。等大型设备的运输方便。（4）不应设在邻近下列场所的地方：）不应设在邻近下列场所的地方：1）有剧烈振动或高温的场所）有剧烈振动或高温的场所2）有爆炸或火灾危险的场所正下方
14、和正上方）有爆炸或火灾危险的场所正下方和正上方3）多尘、多水雾）多尘、多水雾(如大型冷却塔如大型冷却塔)或有腐蚀性气体的场所，如无法或有腐蚀性气体的场所，如无法远离时，要避免污染源的下风口远离时，要避免污染源的下风口4）厕所、浴室、洗衣房、厨房、泵房的正下方及邻近地区和其他）厕所、浴室、洗衣房、厨房、泵房的正下方及邻近地区和其他经常积水场所和低洼地区。经常积水场所和低洼地区。二变配电所的所址选择二变配电所的所址选择变配电所所址的选择，应根据下列要求综合考虑确定：变配电所所址的选择，应根据下列要求综合考虑确定：(1)尽量接近或深入负荷中心尽量接近或深入负荷中心理由：可缩短配电线路的长度，对于节约
15、电能、节约有色金属和提理由：可缩短配电线路的长度，对于节约电能、节约有色金属和提高电能质量都有重要意义。高电能质量都有重要意义。(2)进出线方便，使变配电所尽可能靠近电源进线侧进出线方便，使变配电所尽可能靠近电源进线侧目的：避免高压电源线路，尤其是架空线路跨越其他建筑或设施。目的：避免高压电源线路，尤其是架空线路跨越其他建筑或设施。2022年年10月月23日日（5）高压配电所宜于和邻近的车间变电所合建理由：高压配电所宜于和邻近的车间变电所合建理由：降低建筑费用，减少系统的运行维护费用。降低建筑费用，减少系统的运行维护费用。（6）高层建筑地下变配电所的位置，）高层建筑地下变配电所的位置，宜选择在
16、通风、散宜选择在通风、散热条件较好的场所，且不宜设在最底层。当地下仅有一层热条件较好的场所，且不宜设在最底层。当地下仅有一层时，应采取适当抬高变配电所地面等防水措施，并应避免时，应采取适当抬高变配电所地面等防水措施，并应避免有洪水或积水从其他渠道淹没变配电所的可能性。有洪水或积水从其他渠道淹没变配电所的可能性。（7）应考虑企业的发展，应考虑企业的发展，使变配电所有扩建的可能，尤使变配电所有扩建的可能，尤其是独立式的变配电所其是独立式的变配电所.2022年年10月月23日日教学目标：教学目标：（1）了解电弧的主要特点与危害；）了解电弧的主要特点与危害；（2）掌握电弧的形成与熄灭过程；）掌握电弧的
17、形成与熄灭过程；（3）能叙述电弧的形成过程。）能叙述电弧的形成过程。首页4.2电气设备中的电弧问题及对触头的要求电气设备中的电弧问题及对触头的要求2022年年10月月23日日电弧的特点电弧的特点电弧：是一种能量集中、温度很高、亮度很大的气体导电现象。电弧：是一种能量集中、温度很高、亮度很大的气体导电现象。1.电弧的组成电弧的组成2.电弧温度电弧温度3.自持放电，发出强烈的白光自持放电，发出强烈的白光4.游离的气体，质量轻，迅速移动、伸长、弯曲游离的气体，质量轻，迅速移动、伸长、弯曲和变形。运动速度可达每秒几百米。和变形。运动速度可达每秒几百米。弧弧心：温度最高、电流密度最大的弧柱中心部位。心：
18、温度最高、电流密度最大的弧柱中心部位。弧焰：弧柱周围温度较低、亮度明显减弱的部分弧焰：弧柱周围温度较低、亮度明显减弱的部分。弧柱区中心可达到弧柱区中心可达到10000以上，表面温度也有以上，表面温度也有30004000。2022年年10月月23日日电弧的主要危害电弧的主要危害1.1.电弧的高温，电弧的高温，可能烧坏电器触头和触头周围的可能烧坏电器触头和触头周围的其他部件；对充油设备还可能引起着火甚至爆炸其他部件；对充油设备还可能引起着火甚至爆炸等危险。等危险。2.2.在开关电器中，在开关电器中，触头间只要有电弧的存在，电触头间只要有电弧的存在，电路就没有断开，电流仍然存在，电弧的存在延长路就没
19、有断开，电流仍然存在，电弧的存在延长了开关电器断开故障电路的时间，加重了电力系了开关电器断开故障电路的时间，加重了电力系统短路故障的危害。统短路故障的危害。3.3.容易造成飞弧短路、容易造成飞弧短路、伤人或引起事故扩大。伤人或引起事故扩大。2022年年10月月23日日电弧的产生电弧的产生电弧的产生实际上是电弧的产生实际上是气体介质气体介质在某些因素作用下，在某些因素作用下，发生发生强烈游离强烈游离，产生很多带电质点产生很多带电质点，由绝缘变为导通由绝缘变为导通的的过程。过程。电弧能成为导电通道电弧能成为导电通道，是由于电弧的弧柱内存在，是由于电弧的弧柱内存在大量的带电粒子，这些大量的带电粒子，
20、这些带电粒子的定向运动形成电弧带电粒子的定向运动形成电弧。1.自由电子的产生触头开断瞬间产生少量的自由电子的原因：阴极的热电子发射或强触头开断瞬间产生少量的自由电子的原因：阴极的热电子发射或强电场发射。电场发射。热电子发射：热电子发射：触头刚分离时，触头间的接触压力和接触面积不断触头刚分离时，触头间的接触压力和接触面积不断减小，减小，接触电阻迅速增大接触电阻迅速增大，使接触处剧烈发热，局部高温使此处，使接触处剧烈发热，局部高温使此处电子获得动能，就可能发射出来成为自由电子。电子获得动能，就可能发射出来成为自由电子。强电场发射：强电场发射：触头刚分离时，由于触头间的间隙很小，触头刚分离时，由于触
21、头间的间隙很小，在电压作在电压作用下间隙形成很高的电场强度，用下间隙形成很高的电场强度，当电场强度超过当电场强度超过3106Vm时，时，阴极触头表面的电子就可能在强电场力的作用下，被拉出金属表阴极触头表面的电子就可能在强电场力的作用下，被拉出金属表面成为自由电子。面成为自由电子。2022年年10月月23日日2.碰撞游离形成电弧碰撞游离形成电弧碰撞游离：碰撞游离：自由电子，在电场力作用下加速运动，不断与中自由电子，在电场力作用下加速运动，不断与中性气体质点（原子或分子）撞击，如果电场足够强，自由电子动性气体质点（原子或分子）撞击，如果电场足够强，自由电子动能足够大，能足够大，碰撞时就能将中性原子
22、外层轨道上的电子撞击出来碰撞时就能将中性原子外层轨道上的电子撞击出来，脱离原子核内正电荷吸引力的束缚，成为新的自由电子。失去自脱离原子核内正电荷吸引力的束缚，成为新的自由电子。失去自由电子的原子则带正电，称为正离子。由电子的原子则带正电，称为正离子。新的自由电子又去碰撞另新的自由电子又去碰撞另外的中性原子外的中性原子此过程愈演愈烈，发展成为此过程愈演愈烈，发展成为“电子崩电子崩”。当带电粒子积累到一定的数量时，介质的导电性质发生当带电粒子积累到一定的数量时，介质的导电性质发生改变，由绝缘体变为导体，改变，由绝缘体变为导体，在外加电压的作用下，电流在外加电压的作用下，电流通过触头间隙，发出声响和
23、通过触头间隙，发出声响和强烈的白光，就形成了电弧。强烈的白光，就形成了电弧。游离：游离：中性质点转化为带电质点的过程。中性质点转化为带电质点的过程。2022年年10月月23日日电场游离主要取决于电子运动速度，即取决于电场游离主要取决于电子运动速度，即取决于电场电场强度、电子的平均自由行程以及气体的性质强度、电子的平均自由行程以及气体的性质。触头间电压越高，电场强度也越高，则气体容易被触头间电压越高，电场强度也越高，则气体容易被击穿。击穿。气体的压力越大，越不容易产生电场游离。气体的压力越大，越不容易产生电场游离。2022年年10月月23日日3.热游离维持电弧热游离维持电弧热游离：热游离：发生雪
24、崩式碰撞游离形成电弧后，发生雪崩式碰撞游离形成电弧后，产生产生高温，气体中粒子运动速度增大，使原子外高温，气体中粒子运动速度增大，使原子外层轨道电子脱离原子核内正电荷束缚力成为自由层轨道电子脱离原子核内正电荷束缚力成为自由电子。电子。气体温度愈高，粒子运动速度愈大，原子热气体温度愈高，粒子运动速度愈大，原子热游离的可能性也愈大，维持电弧稳定燃烧。游离的可能性也愈大，维持电弧稳定燃烧。电弧的形成过程就是介质向等离子体态的转电弧的形成过程就是介质向等离子体态的转化过程。化过程。2022年年10月月23日日4.4.影响游离作用的物理因素影响游离作用的物理因素（1）温度越高，热游离越强烈。）温度越高，
25、热游离越强烈。（2）压力越大，行程越小，碰撞游离越小。）压力越大，行程越小，碰撞游离越小。（3）电压越高越容易将间隙击穿。）电压越高越容易将间隙击穿。（4）开断距离增大则减小间隙中的电场强度。）开断距离增大则减小间隙中的电场强度。（5）不同介质游离电场不同，热游离温度不同。）不同介质游离电场不同，热游离温度不同。（6）不同金属的蒸汽有不同的游离电压。）不同金属的蒸汽有不同的游离电压。2022年年10月月23日日电弧的熄灭电弧的熄灭实质实质：气体介质由导通又变为截止的过程，是电弧区域内已电离的质点不断发：气体介质由导通又变为截止的过程，是电弧区域内已电离的质点不断发生生去游离去游离的结果。的结果
26、。1.去游离过程去游离过程2.影响去游离的物理因素影响去游离的物理因素使弧隙中使弧隙中正离子和自由电子减少正离子和自由电子减少。复合复合扩散扩散正负电荷中和成为中性质点的现象。正负电荷中和成为中性质点的现象。电弧中的自由电子和正离子散溢到电弧外面，并与周围未被游离电弧中的自由电子和正离子散溢到电弧外面，并与周围未被游离的冷介质相混合的现象。的冷介质相混合的现象。要使电弧熄灭，必须使要使电弧熄灭，必须使去游离作用强于游离作用。去游离作用强于游离作用。（1）介质的特性）介质的特性（2）电弧的温度）电弧的温度（3）气体介质压力）气体介质压力（4）游离质点的密度）游离质点的密度（5）触头材料）触头材料
27、2022年年10月月23日日1.动态特性动态特性电弧的温度、直径以及电弧电压随时间变化。电弧的温度、直径以及电弧电压随时间变化。2.热惯性热惯性电弧电压呈马鞍形变化，电流小时，电弧电压高，电流大时，电弧电压减小且接近于电弧电压呈马鞍形变化，电流小时，电弧电压高，电流大时，电弧电压减小且接近于常数。由于弧柱的受热升温或散热降温都有一定过程，跟不上快速变化的电流，所以常数。由于弧柱的受热升温或散热降温都有一定过程，跟不上快速变化的电流，所以电弧温度的变化总滞后于电流的变化，这种现象称为电弧温度的变化总滞后于电流的变化，这种现象称为电弧的热惯性。电弧的热惯性。3.“自然过零自然过零”电流过零时，电弧
28、自然熄灭。电流过零时，电弧自然熄灭。如果电弧是稳定燃烧的，则如果电弧是稳定燃烧的，则电弧电流过零熄灭后，在另电弧电流过零熄灭后，在另半周又会重燃。如果电弧过半周又会重燃。如果电弧过零后，电弧不发生重燃，电零后，电弧不发生重燃，电弧就熄灭。弧就熄灭。A点：燃弧电压点：燃弧电压B点：熄弧电压点：熄弧电压交流电弧的特性交流电弧的特性交流电弧伏安特性及电压和电流波形交流电弧伏安特性及电压和电流波形（a）伏安特性；（）伏安特性；（b）波形图）波形图2022年年10月月23日日电弧重燃取决于弧隙介质绝缘能力或介电强度和弧隙电压的恢复。电弧重燃取决于弧隙介质绝缘能力或介电强度和弧隙电压的恢复。1.弧隙介质介
29、电强度的恢复弧隙介质介电强度的恢复介质介电强度的恢复过曲线1真空；2SF6；3空气；4油弧隙的介电强度：弧隙介质能够承受外加电压作用而不致使弧弧隙的介电强度：弧隙介质能够承受外加电压作用而不致使弧隙击穿的电压，又称为弧隙的绝缘能力，以能耐受的电压隙击穿的电压，又称为弧隙的绝缘能力，以能耐受的电压Uj表示。表示。弧隙介质介电强度的恢复过程：弧隙介质介电强度的恢复过程：当电弧电流过零，电弧熄灭时，当电弧电流过零，电弧熄灭时，弧隙中去游离作用继续进行，弧隙电阻不断增大，弧隙介质的介电弧隙中去游离作用继续进行，弧隙电阻不断增大，弧隙介质的介电强度要恢复到正常状态值所需要的过程。强度要恢复到正常状态值所
30、需要的过程。介质介电强度的恢复速度与冷却条件、电流大小、开关电器灭介质介电强度的恢复速度与冷却条件、电流大小、开关电器灭弧装置的结构和灭弧介质的性质有关。弧装置的结构和灭弧介质的性质有关。2022年年10月月23日日近阴极效应：近阴极效应：在电流过零瞬间（在电流过零瞬间（t0），介电强度突然出现升高的），介电强度突然出现升高的现象。现象。电流过零后，弧隙的电极极性发生了改变，弧隙中剩余的带电质电流过零后，弧隙的电极极性发生了改变，弧隙中剩余的带电质点的运动方向也相应改变，质量小的电子迅速向新的阳极运动，而点的运动方向也相应改变，质量小的电子迅速向新的阳极运动，而比电子质量大很多倍的正离子由于惯
31、性大，来不及改变运动方向停比电子质量大很多倍的正离子由于惯性大，来不及改变运动方向停留在原地未动，导致新的阴极附近形成了一个正电荷的离子层。正留在原地未动，导致新的阴极附近形成了一个正电荷的离子层。正空间电荷层使新阴极附近出现了大约空间电荷层使新阴极附近出现了大约150250V的起始介电强度。的起始介电强度。近阴极效应使弧隙在电弧自然熄灭后的极短瞬间能耐受近阴极效应使弧隙在电弧自然熄灭后的极短瞬间能耐受150250V的外加电压。在低压电器中，常利用近阴极效应这个特性来灭弧。的外加电压。在低压电器中，常利用近阴极效应这个特性来灭弧。近阴极效应（a）电荷分布；（b）电压分布2022年年10月月23
32、日日电流过零后，弧隙电压从熄弧电压恢复到电源电压的过程，用电流过零后，弧隙电压从熄弧电压恢复到电源电压的过程，用Uhf（t）表示，恢复过程与电路参数、负荷性质等有关。受电路参）表示，恢复过程与电路参数、负荷性质等有关。受电路参数等因素的影响，电压恢复过程可能是周期性的变化过程，也可能数等因素的影响，电压恢复过程可能是周期性的变化过程，也可能是非周期性变化过程。是非周期性变化过程。2.弧隙电压的恢复过程弧隙电压的恢复过程恢复电压非周期性变化过程恢复电压非周期性变化过程图中图中U0是电弧自然熄灭瞬间的是电弧自然熄灭瞬间的电源相电压，电源相电压，Uxh为熄弧电压，为熄弧电压，Uhf是弧隙恢复电压，依
33、指数是弧隙恢复电压，依指数规律上升的恢复电压最大值不规律上升的恢复电压最大值不会超过会超过U0，也就是说不会在电，也就是说不会在电压恢复过程中出现过电压。压恢复过程中出现过电压。2022年年10月月23日日恢复电压呈现周期性振荡的变化过程见下图。这时弧隙的恢复电压恢复电压呈现周期性振荡的变化过程见下图。这时弧隙的恢复电压最大值理论上可达到最大值理论上可达到2U0，实际中由于电阻影响，弧隙恢复电压振，实际中由于电阻影响，弧隙恢复电压振荡有衰减，实际最大值为（荡有衰减，实际最大值为（1.31.6）U0。周期性振荡的恢复电压。周期性振荡的恢复电压更容易超过弧隙介质强度，造成电弧重燃。更容易超过弧隙介
34、质强度，造成电弧重燃。周期性振荡恢复电压变化过程2022年年10月月23日日3.交流电弧的熄灭条件交流电弧的熄灭条件电流过零后，弧隙中同时存在着两个作用相反的恢复过程：即介电流过零后，弧隙中同时存在着两个作用相反的恢复过程：即介质介电强度恢复过程质介电强度恢复过程Uj和弧隙电压的恢复过程和弧隙电压的恢复过程Uhf。如果弧隙介质。如果弧隙介质介电强度在任何情况下都高于弧隙恢复电压，则电弧熄灭；反之，介电强度在任何情况下都高于弧隙恢复电压，则电弧熄灭；反之，如果弧隙恢复电压高于弧隙介质介电强度，弧隙就被击穿，电弧重如果弧隙恢复电压高于弧隙介质介电强度，弧隙就被击穿，电弧重燃。燃。交流电弧在过零后重
35、燃和熄灭（a）重燃；（b）熄灭交流电弧的熄灭条件为：交流电弧的熄灭条件为：Uj（t）Uhf（t）在交流电弧的灭弧中，在交流电弧的灭弧中，应充分利用交流电流的自然过零点，采取有效的措施，加大弧隙间应充分利用交流电流的自然过零点，采取有效的措施，加大弧隙间去游离的强度，使电弧不再重燃，最终熄灭。去游离的强度，使电弧不再重燃，最终熄灭。2022年年10月月23日日五、熄灭交流电弧的基本方法五、熄灭交流电弧的基本方法1.吹弧吹弧利用利用灭弧介质（气体、油等）在灭弧室中吹动电弧灭弧介质（气体、油等）在灭弧室中吹动电弧，广泛应用在，广泛应用在开关电器中，特别是高压断路器中。开关电器中，特别是高压断路器中。
36、用弧区外新鲜、低温的灭弧介质吹拂电弧，对熄灭电弧起到多方用弧区外新鲜、低温的灭弧介质吹拂电弧，对熄灭电弧起到多方面的作用。它可将电弧中大量正负离子吹到触头间隙以外，代之以面的作用。它可将电弧中大量正负离子吹到触头间隙以外，代之以绝缘性能高的新鲜介质；它使电弧温度迅速下降，阻止热游离的继绝缘性能高的新鲜介质；它使电弧温度迅速下降，阻止热游离的继续进行，使触头间的绝缘强度提高；被吹走的离子与冷介质接触，续进行，使触头间的绝缘强度提高；被吹走的离子与冷介质接触，加快了复合过程的进行；吹弧使电弧拉长变细，加快了电弧的扩散，加快了复合过程的进行；吹弧使电弧拉长变细，加快了电弧的扩散，弧隙电导下降。按吹弧
37、方向分为：弧隙电导下降。按吹弧方向分为：横吹：吹弧方向与电弧轴线相垂直。横吹：吹弧方向与电弧轴线相垂直。横吹更易于把电弧吹弯拉长，横吹更易于把电弧吹弯拉长，增大电弧表面积，加强冷却和增强扩散。增大电弧表面积，加强冷却和增强扩散。纵吹：吹动方向与电弧轴线一致时。纵吹：吹动方向与电弧轴线一致时。纵吹能促使弧柱内带电质点纵吹能促使弧柱内带电质点向外扩散，使新鲜介质更好地与炽热的电弧相接触，冷却作用加强，向外扩散，使新鲜介质更好地与炽热的电弧相接触，冷却作用加强，并把电弧吹成若干细条，易于熄灭。并把电弧吹成若干细条，易于熄灭。2022年年10月月23日日利用灭弧介质（气体、油等）在灭弧室中吹动电弧，使
38、电弧利用灭弧介质（气体、油等）在灭弧室中吹动电弧，使电弧冷却冷却,拉长电弧拉长电弧,降低电弧中的电场强度降低电弧中的电场强度,加速熄灭加速熄灭.广泛应用在开关广泛应用在开关电器中，特别是高压断路器中。电器中，特别是高压断路器中。横吹横吹纵吹纵吹吹弧吹弧熄灭交流电弧的基本方法熄灭交流电弧的基本方法熄灭交流电弧的基本方法熄灭交流电弧的基本方法吹弧方式（吹弧方式（1 1电弧，电弧，2 2触头）触头）a)a)横吹横吹 b)b)纵吹纵吹 电动力吹弧电动力吹弧 磁力吹弧磁力吹弧 1磁吹线圈，2灭弧触头，3电弧 2022年年10月月23日日多个断口：在开关电器中，每相触头采用两个或多个断口相串联多个断口：在
39、开关电器中，每相触头采用两个或多个断口相串联的方式。的方式。熄弧时，利用熄弧时，利用多断口把电弧分解为多个相串联的短电弧多断口把电弧分解为多个相串联的短电弧，使电弧的总长度加长，使电弧的总长度加长，弧隙电导下降；在触头行程、分闸速度相同的情况下，电弧被拉长的速度成倍增加，弧隙电导下降；在触头行程、分闸速度相同的情况下，电弧被拉长的速度成倍增加，促使弧隙电导迅速下降，提高了介电强度的恢复速度；另一方面，加在每一断口上促使弧隙电导迅速下降，提高了介电强度的恢复速度；另一方面，加在每一断口上的电压减小数倍，输入电弧的功率和能量减小，降低了弧隙电压的恢复速度，缩短的电压减小数倍，输入电弧的功率和能量减
40、小，降低了弧隙电压的恢复速度，缩短了灭弧时间。了灭弧时间。迅速拉长电弧，有利于迅速减小弧柱内的电位梯度，增加电弧与周围介质的迅速拉长电弧，有利于迅速减小弧柱内的电位梯度，增加电弧与周围介质的接触面积，加强冷却和扩散作用，如采用强力分闸弹簧。接触面积，加强冷却和扩散作用，如采用强力分闸弹簧。2.采用多断口灭弧采用多断口灭弧3.提高分闸速度提高分闸速度双断口示意图双断口示意图1 1静触头；静触头；2 2电弧；电弧；3 3动触头动触头2022年年10月月23日日4.用耐高温金属材料制作触头用耐高温金属材料制作触头5.采用优质灭弧介质采用优质灭弧介质6.短弧原理灭弧短弧原理灭弧铜钨合金和银钨合金铜钨合
41、金和银钨合金油、压缩空气、油、压缩空气、SF6气体、真空气体、真空利用一个金属灭弧栅将电弧分为多个短弧，利用近阴极效应的方法灭弧。利用一个金属灭弧栅将电弧分为多个短弧，利用近阴极效应的方法灭弧。常用于低压开关电器中，如自动开关和电磁接触器等。常用于低压开关电器中，如自动开关和电磁接触器等。1钢栅片，2电弧，3触头 绝缘灭弧栅对电弧的作用 1绝缘栅片，2电弧，3触头 钢灭弧栅对电弧的作用 2022年年10月月23日日对电气触头的基本要求对电气触头的基本要求:一、电气触头的概念一、电气触头的概念电气触头：是指两个导体或几个导体之间相互接触的部分，如母电气触头：是指两个导体或几个导体之间相互接触的部
42、分，如母线或导线的接触连接处以及开关电器中的动、静触头。线或导线的接触连接处以及开关电器中的动、静触头。电气触头直接影响到电气设备和电气装置的工作可靠性，甚至导电气触头直接影响到电气设备和电气装置的工作可靠性，甚至导致电气设备发生严重事故。特别是开关电器中的触头，它的性能好致电气设备发生严重事故。特别是开关电器中的触头，它的性能好坏直接决定了开关电器的品质。坏直接决定了开关电器的品质。对电气触头的基本要求是：对电气触头的基本要求是：（1）结构可靠；）结构可靠；（2）接触电阻小而且稳定，即有良好的导电性能和接触性能；）接触电阻小而且稳定，即有良好的导电性能和接触性能；（3）通过规定电流时，发热稳
43、定而且温度不超过允许值；）通过规定电流时，发热稳定而且温度不超过允许值；（4）通过短路电流时，具有足够的动稳定性和热稳定性；）通过短路电流时，具有足够的动稳定性和热稳定性；（5）开断规定的短路电流时，触头不被灼伤，磨损尽可能小。不）开断规定的短路电流时，触头不被灼伤，磨损尽可能小。不发生熔焊现象。发生熔焊现象。2022年年10月月23日日二、触头的接触电阻二、触头的接触电阻接触电阻：电流流过触头所产生的电阻。由于触头的接触面往往接触电阻：电流流过触头所产生的电阻。由于触头的接触面往往不是全面接触，而是局部接触，所以接触面积往往小于导体的几何不是全面接触，而是局部接触，所以接触面积往往小于导体的
44、几何面积，因而接触电阻通常比导体其他部分的电阻增大。面积，因而接触电阻通常比导体其他部分的电阻增大。当接触部位接触不良时，接触电阻会增大，使触头过热，严重时当接触部位接触不良时，接触电阻会增大，使触头过热，严重时会发展成触头烧毁、损伤触头周围物质，甚至会拉出电弧，造成飞会发展成触头烧毁、损伤触头周围物质，甚至会拉出电弧，造成飞弧短路，导致故障的进一步扩大。触头在正常工作和通过短路电流弧短路，导致故障的进一步扩大。触头在正常工作和通过短路电流时的发热都与接触电阻值有关，所以触头的品质在很大程度上取决时的发热都与接触电阻值有关，所以触头的品质在很大程度上取决于触头的接触电阻值。于触头的接触电阻值。
45、影响接触电阻的主要因素：触头的表面加工状况、表面氧化程度、影响接触电阻的主要因素：触头的表面加工状况、表面氧化程度、触头间的压力及接触情况等。触头间的压力及接触情况等。2022年年10月月23日日在工厂供配电系统中在工厂供配电系统中担负输送、变换和分配电能任务的电担负输送、变换和分配电能任务的电路，称为路，称为“主电路主电路”，也叫，也叫“一次电路一次电路”。用来控制、指示、监测和保护主电路（一次电路）及其主用来控制、指示、监测和保护主电路（一次电路）及其主电路中设备运行的电路，称为电路中设备运行的电路，称为“二次电路二次电路”（二次回路）。（二次回路）。一次电路中的所有电气设备，称为一次电路
46、中的所有电气设备，称为“一次设备一次设备”或或“一次一次元件元件”，二次电路中的所有电气设备，称为，二次电路中的所有电气设备，称为“二次设备二次设备”或或“二次元件二次元件”。2022年年10月月23日日第三节第三节 高压一次设备高压一次设备一次电路：一次电路：（主电路、主接线、主回路）变配电所中承担输送和分配电能任务的电路。一次设备：一次电路中所有的设备称一次设备。一次设备分类：一次设备分类：(1)变换设备 其功能是按电力系统运行的要求改变电压或电流、频率等，例如电力变压器、电压互感器、电流互感器、变频机等。(2)控制设备 其功能是按电力系统运行的要求来控制一次电路的通、断，例如各种高低压开
47、关设备。(3)保护设备 其功能是用来对电力系统进行过电流和过电压等的保护，例如熔断器和避雷器等。(4)补偿设备 其功能是用来补偿电力系统中的无功功率，提高系统的功率因数，例如并联电容器等。(5)成套设备 它是按一次电路接线方案的要求，将有关一次设备及控制、指示、监测和保护一次设备的二次设备组合为一体的电气装置，例如高压开关柜、低压配电屏、动力和照明配电箱等。（本节介绍一次电路中的高压熔断器、隔离开关、负荷开关、断路器及开关柜）2022年年10月月23日日一、高压熔断器(fuse，文字符号为FU)在电路在电路电流超过规定值并经过一定时间电流超过规定值并经过一定时间后，使后，使熔体熔化而分断电流、
48、熔体熔化而分断电流、断开电断开电路的一种保护电器。熔断器的功能主要是对电路及设备进行路的一种保护电器。熔断器的功能主要是对电路及设备进行短路短路保护，有的熔断保护，有的熔断器还具有过负荷保护的功能。器还具有过负荷保护的功能。高压熔断器全型号的表示和含义如下：例如：RW410/50型，即指额定电流50A、额定电压10kV、户外4型高压熔断器。图形符号：图形符号：2022年年10月月23日日户内高压熔断器全部是限流型熔断器，其主要部分为户内高压熔断器全部是限流型熔断器，其主要部分为熔管和熔熔管和熔体，熔管内配置有瓷柱体，熔管内配置有瓷柱，瓷柱上等间距绕有熔体，熔管的两端配置，瓷柱上等间距绕有熔体，
49、熔管的两端配置有压帽，其间填充有石英砂。熔体由高电阻和低电阻两种不同金属有压帽，其间填充有石英砂。熔体由高电阻和低电阻两种不同金属丝组成的熔体与经化学处理过作为灭弧介质的高纯度石英砂一起密丝组成的熔体与经化学处理过作为灭弧介质的高纯度石英砂一起密封于熔管内，熔管采用耐高温的高强度氧化铝瓷制成。封于熔管内，熔管采用耐高温的高强度氧化铝瓷制成。当短路电流通过熔体使其熔断时，电弧产生在石英砂的填料中，当短路电流通过熔体使其熔断时，电弧产生在石英砂的填料中，受到石英砂颗粒间狭沟的限制，弧柱直径很小，同时电弧还受到很受到石英砂颗粒间狭沟的限制，弧柱直径很小，同时电弧还受到很多的气体压力作用和石英砂对它的
50、强烈冷却，所以多的气体压力作用和石英砂对它的强烈冷却，所以限流式熔断器灭限流式熔断器灭弧能力强，在短路电流未达到最大值时，就将电弧很快熄灭，限制弧能力强，在短路电流未达到最大值时，就将电弧很快熄灭，限制短路电流的发展，起到保护电路的作用。短路电流的发展，起到保护电路的作用。大大减轻了电气设备所受大大减轻了电气设备所受危害的程度，降低了对被保护设备动、热稳定性的要求。因它在开危害的程度，降低了对被保护设备动、热稳定性的要求。因它在开断电路时无游离气体排出，所以在户内配电装置中广泛采用。断电路时无游离气体排出，所以在户内配电装置中广泛采用。1 1、RN1RN1和和RN2RN2型户内高压管式熔断器（