第二節(jié) 供 電 知 識

一、變、配電所高、低壓設(shè)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(shè)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(dǎo)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(dāng)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(dāng)斷路器處于合閘狀態(tài)時，四連桿機構(gòu)是平衡的。當(dāng)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(dāng)合閘時，合閘鐵心上頂，將四連桿機構(gòu)重新恢復(fù)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?jǐn)嘭?fù)荷電流，因此主要用作安全隔離。具體應(yīng)用在以下幾個方面∶

1）隔離電源 在需要檢修或分?jǐn)嗟木�路、設(shè)備和運行帶電的線路、設(shè)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(fù)荷的情況下，通過隔離開關(guān)將設(shè)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(shè)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(yīng)根據(jù)其額定電壓、額定電流、安裝條件等因素考慮，并進(jìn)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(fù)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(yán)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(fù)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(fù)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(shè)備在有電壓而無負(fù)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(zāi)、易燃物、易爆物、嚴(yán)重污穢物、化學(xué)腐蝕物及劇烈振動。

3. 高壓負(fù)荷開關(guān)

圖 7—15是 FN3—10RT 型高壓負(fù)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(fù)荷電流及一般過負(fù)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(yīng)"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(hù)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(dāng)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(dāng)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(dāng)熔體熔斷后，可將熔管拔下并裝入新熔體，檢修方便，恢復(fù)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(dāng)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(dǎo)體整流裝置的短路保護(hù)。

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(dāng)熔斷器熔斷時，指示器會彈出，更換熔斷體應(yīng)采用專門的絕緣操作手柄來進(jìn)行操作。

5.低壓斷路器

低壓斷路器是低壓配電網(wǎng)絡(luò)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(dāng)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(hù)線路和電氣設(shè)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(hù)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?jǐn)�。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(hù)原理是;當(dāng)電路發(fā)生短路或嚴(yán)重過載時，電磁脫扣器會吸引銜鐵，使觸點分?jǐn)唷．?dāng)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(dāng)電路正常工作時，銜鐵吸合;當(dāng)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(dǎo)致觸點分?jǐn)唷?/span>

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?jǐn)嗄芰Φ取＿@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?jǐn)嗄芰�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(shè)計斷路器的電壓值，電氣間隙和爬電距離應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(fù)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(yīng)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(hù)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(dāng)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(yīng)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(dāng)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(yīng)電壓輸出，此電壓立即觸發(fā) VZ2 導(dǎo)通。由于C2預(yù)先有一定電壓，VZ2 導(dǎo)通后，C2便經(jīng) R6、R5、T2 放電，使 R5 上產(chǎn)生電壓觸發(fā) VZ1導(dǎo)通。VZ1、VZ2 導(dǎo)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(shè)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(hù)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(hù)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(hù)脫扣器部分，則應(yīng)選擇合適的漏電動作電流。如果重點是進(jìn)行人身保護(hù)，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(yīng)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?jǐn)嗄芰�，可以�?dān)負(fù)過載和短路保護(hù)的職責(zé);另一類觸點不能分?jǐn)喽搪冯娏�，只能分�(jǐn)囝~定電流和漏電電流。選擇這一類剩余電流保護(hù)斷路器時，則應(yīng)另行考慮和熔斷器配合使用作短路保護(hù)。

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(yīng)相等，即電壓比應(yīng)相等。

2）各變壓器的短路阻抗電壓應(yīng)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(fù)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(jìn)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(shè)備效率降低。

2）降低變電、輸電設(shè)備的供電能力。

3）網(wǎng)絡(luò)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(fù)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(shè)備采取措施。應(yīng)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(yīng)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(fù)荷率下運行。電動機接近滿載，變壓器負(fù)荷率在 75% 左右較合適。

3）采用技術(shù)措施降低輕載設(shè)備的外加電壓，如將△接線的電機改為Y接線，切斷空載設(shè)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(dá)不到規(guī)定值，就應(yīng)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。