高压设备介绍.ppt
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1、高压设备介绍 设计部:刘菊秀,目录,高压断路器 高压开关 高压电缆头处理 继电保护,一 高压断路器 功能:不仅能通断正常的负荷电流,而且能接通和承受一定时间的短路电流,并能在保护装置作用下自动跳闸,切断短路故障。 分类:高压断路器按其采用的灭弧介质可分为:油断路器(OCB),真空断路器(VCB),六氟化硫(GCB),压缩空气断路器,磁吹断路器等,断路器的全型号和含义如下: 1.油断路器(OCB) 油断路器的静触头和动触头均浸泡在绝缘油里,通断电路时,依靠电弧产生的热量使灭弧装置内的绝缘油压力升高,从而吹灭触头之间产生的电弧。,(1)高压少油断路器(SW、SN型) 一般6kV35kV户内配电装置
2、中主要采用的高压少油断路器是 我国统一设计、推广应用的一种新型少油断路器。按其断流容量(Soc)分有I、II、型。断流容量SN10-10I型Soc为300MVA;SN10-10型Soc为500MVA;SN10-10型Soc为750MVA。 图1和图2分别是SNl0-10型高压少油断路器的外形结构和油箱内部结构图。,图2 少油断路器内部剖面结构 1铝帽 2油气分离器 3上接线端子 4油标 5静触头 6灭弧室 7动触头 8中间滚动触头9下接线端子 10转轴 11拐臂 12基座13下支柱瓷瓶 14上支柱瓷瓶 15断路弹簧16缘筒 17逆止阀 18绝缘油,图1 SN10-10型少油断路器 外形结构 1
3、铝帽 2上接线端子 3油标4绝缘筒 5下接线端子 6基座7主轴 8框架 9断路弹簧,这种断路器的导电回路是:上接线 端子静触头动触头(导电杆) 中间滚动触头下接线端子,(2) 工作及灭弧原理 1)合闸时经操动机构和传动机构将导电杆插入静触头来接通电路。 2)分闸或自动跳闸时,导电杆向下运动并离开静触头,产生电弧;电弧的高温使油分解形成气泡,使静触头周围的油压骤增,压力使逆止阀上升堵住中心孔,致使电孤在封闭的空间内燃烧,灭弧室内的压力迅速增大。同时,导电杆迅速向下运动,产生的油气混合物在灭弧室内的一、二、三道灭弧沟和下面的纵吹油囊中对电弧进行强烈地横、纵吹;下部的绝缘油与被电弧燃烧的油迅速对流,
4、对电弧起到油吹弧和冷却的作用。由于上述灭弧方法的综合作用,使电弧迅速灭。图3为灭弧室的灭弧过程示意图。,特点 : 少油断路器的油量少,绝缘油只起灭弧作用而无绝缘功能,结构简单,体积小,重量轻。用于不需频繁操作和不要求高速开断的电网中。 注:在通电状态下,油箱外壳带电,必须与大地绝缘,人体不能触及。但燃烧爆炸的危险性小。在运行时,要注意观察油标,以确定绝缘油的油量,防止因油量的不足使电弧无法正常熄灭而导致的油箱爆炸事故的产生。 2)SNl010型断路器可配用CS2型手动操动机构、CD型电磁操动机构或CT型弹簧操动机构。,图3 灭弧室灭弧过程示意图 1静触头 2吸弧钢片 3横吹灭弧沟 4纵吹灭弧囊
5、 5电弧 6动触头,2.真空断路器(VCB) (1)特点:高压真空断路器是利用“真空”作为绝缘和灭弧介质,其触 头装在真空灭弧室内。具有体积小、质量轻、动作快、开断能力强、寿命长、安全可靠和便于维护和检修等优点。是实现无油化改造的理想设备。因此,虽然价格较贵,在要求频繁操作和高速开断的场合,尤其是安全要求较高的工矿企业、住宅区、商业区等被广泛采用。 (2)分类: 根据其结构分有落地式、悬挂式、手车式三种形式;按使用场合分有户内式和户外式。 (3)ZN3-10型真空断路器的外形结构如图4所示,图4 ZN3-10型真空断路器外形 1上接线端子(后出线) 2真空灭弧室 3下接线端子(后出线) 4操动
6、机构箱 5合闸电磁铁 6分闸电磁铁 7断路弹簧 8底座,图5 真空断路器灭弧室结构 1一静触头 2一动触头 3一屏蔽罩 4一波纹管 5一与外壳封接的金属法兰盘 6一波纹管屏蔽罩 7一绝缘外壳,1)组成 真空灭弧室 真空灭弧室由圆盘状的动静触头、屏蔽罩、波纹管屏蔽罩、绝缘外壳(陶瓷或玻璃制成外壳)等组成。 操动机构 可配用CD系列电磁操动机构或CT系列弹簧操动机构。 绝缘体传动件 底座 2)工作原理 在触头刚分离时,触头间只产生真空电弧。电弧的温度很高,使金属触头表面产生金属蒸气,由于触头的圆盘状设计使真空电弧在主触头表面快速移动,其金属离子在屏蔽罩内壁上凝聚,以致电弧在自然过零后极短的时间内,
7、触头间隙又恢复了原有的高真空度。因此,电弧暂时熄灭,触头间的介质强度迅速恢复;电流过零后,外加电压虽然很快恢复,但触头间隙不会再被击穿,真空电弧在电流第一次过零时就能完全熄灭,M-G VCB 規格表,3. 六氟化硫(SF6)断路器(GCB) (1)SF6气体的特性: 是种无色、无味、无毒且不易燃的惰性气体,兼有灭弧和绝缘功能 在150以下时,其化学性能相当稳定。 1)由于SF6中不含碳(C)元素,对于灭弧和绝缘介质来说,具有极为优越的特性。前面介绍的油断路器是用油作为灭弧和绝缘介质,而油在电弧高温作用下要分解出C,使油中的含碳量增高,降低了油的绝缘和灭弧性能,油断路器在运行中需要经常监视油色,
8、适时分析油样,必须时要更换新油。SF6就无此麻烦。 2)SF6不含氧(O)元素,因此不存在触头氧化问题,所以其触头磨损少,使用寿命长。 3)SF6具有优良的电绝缘性能,在电流过零时,电弧暂时熄灭后,SF6能迅速恢复绝缘强度,从而使电弧很快熄灭。,4)在电弧的高温作用下,SF6会分解出氟(F2),具有较强的腐蚀性和毒性,且能与触头的金属蒸汽化合为种具有绝缘性能的白色粉末状的氟化物,因此,SF6断路器的触头一般都设计成具有自动净化的作用。这些氟化物在电弧熄灭后的极短时间内能自动还原。对残余杂质可用特殊的吸附剂清除,基本上对人体和设备没有什么危害。 (2)六氟化硫(SF6)断路器特点: 利用SF6气
9、体作灭弧和绝缘介质,断流能力强,灭弧速度快,检修周期长,适于频繁操作,且没有燃烧爆炸危险。但是,SF6断路器的要求加工精度高,密封性能要求严,价格相对昂贵。 (3)类型: 按SF6断路器灭弧方式分,有双压式和单压式两类。双压式具有两个气压系统,压力低的作为绝缘,压力高的作为灭弧。单压式只有一个气压系统,灭弧时,SF6的气流靠压气活塞产生。单压式结构简单。我国生产的LNl、LN2型为单压式。,(4) LN2-10型高压SF6断路器的外形结构如图6所示,其绝缘筒内灭弧室的剖面图和工作原理如图7所示。 1)组成 绝缘筒和灭弧室 操动机构箱 主要采用弹簧、液压操动机构 固定用小车 2)工作原理 断路器
10、的静触头和灭弧室中的压气活塞是相对固定的。当跳闸时,装有动触头和绝缘喷嘴的汽缸由断路器的操动机构通过连杆带动离开静触头,电弧在动、静触头间产生,汽缸和活塞的相对运动压缩SF6气体并使之通过绝缘喷嘴吹出,用吹弧法来迅速熄灭电弧。,图7 SF6高压断路器灭弧室 1静触头 2绝缘喷嘴 3动触头 4汽缸 5压气活塞 6电弧,图6 LN2-10高压SF6断路器 1上接线端子 2绝缘筒 3下接线端子 4操动机构箱 5小车 6断路弹簧,二 高压开关 1. 隔离开关(DS) 由于没有专门灭弧装置,因此不允许带负荷操作。 (1)功能: 1)主要是隔离高压电源,以保证其他设备和线路的安全检修。 其特点:断开后有明
11、显的断开间隙。而且断开间隙的绝缘及相间绝缘都足够可靠,能保证人身和设备的安全。 2)允许通断一定的小电流(如励磁电流不超过2A的空载变压器、电容电流不超过5A的空载线路及电压互感器和避雷器电路) 3 )隔离开关一般与高压断路器配合使用,并且要严格遵守操作顺序, 即停电时应先使断路器跳闸,然后再拉开隔离开关;送电时先合上隔 离开关,再闭合断路器。如下图8,内桥:高压断路器QF10跨接在线路断路器QF11和QF12的内侧。 优点:运行灵活性好,供电可靠性高。 若WL1故障,图8 内桥式接线的总降压变电所主接线图,(2)分类 隔离开关按使用地点分为室内式和室外式,一般配电用隔离开关大多采用闸刀垂直转
12、动式隔离开关。图9为GN8-10型户内式高压隔离开关的外形;图10为CW2-35型户外式高压隔离开关的外形。,图9 GN810600型高压隔离开关,1上接线端子,2静触头,3闸刀,4绝缘套管,5下接线端子,6框架, 7转轴,8拐臂,9升降瓷瓶,10支柱瓷瓶,户外高压隔离开关常用的有GW4、GW5、和GW1等系列。为了熄灭小电流电弧,该隔离开关安装有灭弧角条。采用的是三柱式结构。 1角钢架 2支柱瓷瓶 3旋转瓷瓶 4曲柄 5轴套6传动装置 7管形闸刀 8工作动触头 9、10灭弧角条 11插座 12、13接线端 14曲柄传动机构 图10 CW2-35 型户外式隔离开关,带有接地开关的隔离开关 (1
13、)功能:接地隔离开关 用来进行电气设备的短接、连锁和隔离,一般是用来将退出运行的电气设备和成套设备部分接地和短接。 (2)作用 :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。大多与隔离开关构成一个整体,并且在接地开关和隔离开关之间有相互连锁装置。 (3)图 11 所示为西门子公司产品3CJ1户内高压接地隔离开关的外形图。它是一种多用途,可模块化配置的高压电气设备,可以配置接地开关、熔断器等设备,成为一个多功能的装置。图 12 是该公司的另一种户内高压接地隔离开关3D型的外形图。它用于12KV36KV
14、的室内高压供配电线路上,可采用手动操动机构或电动操动机构进行操作。,图11 3CJ1接地隔离开关,图12 3D型接地隔离开关,(3)高压隔离开关全型号含义如下: 如型号是GN22-10/2000-40:G- 隔离开关, N-室内型,22-设计序号, 10-额定电(KA),2000-额定电流(A),40-2S 热稳定电流有效值(KA)。隔离开关的操作机构一般采用CS系列的手动操作机构。,2.高压负荷开关(LBS) (1)功能: 1) 能通断一定的负荷电流和过负荷电流,但是不能用它来断开短路电流; 2) 高压负荷开关大多还具有隔离高压电源,保证其后的电气设备和线路安全检修的功能,这种负荷开关又称“
15、功率隔离开关”或“负荷隔离开关”。 (2)特点: 1) 只具有简单的灭弧装置,必须借助熔断器来切断短路电流,故负荷开关常与熔断器一起使用。 2) 负荷隔离开关断开后通常有明显的断开间隙,与高压隔离开关一样。 (3)类型: 1) 根据所采用的灭弧介质不同分 固体产气式、压气式、油浸式、真空式和六氟化硫(SF6)等 2) 按安装场所分 户内式和户外式两种,(4) 高压负荷开关全型号的表示和含义如下:,(5)户内压气式负荷开关 国内目前多采用FN2-10RT及FN3-10RT型的压气式负荷开关。图13为FN3-10RT户内压气式负荷开关外形结构图。,图13 FN3-10RT户内压气式负荷开关外形,1
16、主轴 2上绝缘子兼气缸 3连杆 4下绝缘子 5框架 6RNI型熔断器 7下触座 8闸刀 9弧动触头 10绝缘喷嘴(内有弧静触头) 11主静触头 12上触座 13断路弹簧 14绝缘拉杆 15热脱扣器,(1) 结构组成 1) 上绝缘子兼汽缸是一个简单的灭弧室,不仅起到支持绝缘子的作用,而且其内部气缸,装有传动机构传动的活塞。 2) 传动机构 主轴、连杆、活塞等 3) 绝缘喷嘴和弧静触头 在上绝缘子上部 4) 闸刀和弧动触头 (2) 工作原理 当负荷开关分闸时,弧动触头与弧静触头之间产生电弧,同时分闸时主轴转动而带动活塞,压缩气缸内的空气,从喷嘴向外吹弧,使电弧迅速熄灭。同时,其外形与户内式隔离开关
17、相似,也具有明显的断开间隙。因此,它同时具有隔离开关的作用。,真空负荷开关 国内有FN4型等户内用真空负荷开关,一般用于220KV及以下电网中 图14为西门子公司12KV的真空负荷开关的剖面图和外形图。 1) 工作原理 : 利用真空灭弧原理来工作,因而能不受限制地可靠完成开 断工作;配用手动操动机构或电动操动机构。 2) 特点 :可频繁操作,灭弧性能好,使用寿命长;但必须和HH-熔断器相配合,才能开断短路电流;而且开断时,不形成隔离间隙,不能作隔离开关用。 六氟化硫(SF6)负荷开关(如FW11-10型) 油浸式负荷开关(如FW2、FW4型) 1)特点 灭弧能力强,容量大,但都必须与熔断器串联
18、使用才能断开短路电流,而且断开后无可见间隙,不能作隔离开关用。适用于35KV及以下的户外电网。 2)应用 35kV及以下的户外电网。,图 14 西门子公司12KV的真空负荷开关的剖面图 a) 外形图 b) 剖面图 1上支架 2前支撑杆 3静触头 4动触头5波纹管 6软联结 7下支架 8下结线端子 9接触压力弹簧和分闸弹簧 10操作杆 11下支持绝缘子12后支撑杆 13陶瓷外壳 14上支持绝缘子 15上结线端子,三 高压电缆处理头 (1)高压电缆头的基本要求 电缆终端头是将电缆与其他电气设备连接的部件;电缆中间头是将两根电缆连接起来的部件;电缆终端头与中间头统称为电缆附件。电缆附件应与电缆本体一
19、样能长期安全运行,并具有与电缆相同的使用寿命。良好的电缆附件应具有以下性能: 1)线芯联接好 主要是联接电阻小而且联接稳定,能经受起故障电流的冲击;长期运行后其接触电阻不应大于电缆线芯本体同长度电阻的1.2倍;应具有一定的机械强度、耐振动、耐腐蚀性能;此外还应体积小、成本低、便于现场安装。 2)绝缘性能好 电缆附件的绝缘性能应不低于电缆本体,所用绝缘材料的介质损耗要低,在结构上应对电缆附件中电场的突变能完善处理,有改变电场分布的措施。,在做电缆头时,剥去了屏蔽层,改变了电缆原有的电场分布,将产生对绝缘极为不利的切向电场(沿导线轴向的电力线)。在剥去屏蔽层芯线的电力线向屏蔽层断口处集中。那么在屏
20、蔽层断口处就是电缆最容易击穿的部位.电缆最容易击穿的屏蔽层断口处,一般采取分散这集中的电力线(电应力),用介电常数为2030,体积电阻率为1081012cm 材料制作的电应力控制管(简称应力管),套在屏蔽层断口处,以分散断口处的电场应力(电力线),保证电缆能可靠运行。下图中左边是没装应力管,右边是装应力管的电场分布情况。,没有应力管的电场分布,有应力管的电场分布,为尽量使电缆在屏蔽层断口处电场应力分散,应力管与铜屏蔽层的接触长度要求不小于20mm,短了会使应力管的接触面不足,应力管上的电力线会传导不足,(因为应力管长度是一定的)长了会使电场分散区(段)减小,电场分散不足。一般在2025mm左右
21、。在做中间接头时,必须把主绝缘层也剥去一部分,芯线用铜接管压接后,用填料包平(圆),有关绝缘的三个问题,从交联聚乙烯电缆的结构中可以看出,在电缆主绝缘层外面有一层外半导体和铜屏蔽,如果电缆中这层外半导体层和铜屏蔽不存在,那么三芯电缆中芯与芯之间会不会发生绝缘击穿? 在三芯电缆终端头中必然有一小段电缆的外半导体和铜屏蔽层被剥除,那么该小段电缆是不是薄弱环节? 能否通过少剥除外半导体和铜屏蔽层(尽量保留较长的外半导体和铜屏蔽层)的办法来克服这个问题? 保留较长外半导体和铜屏蔽层有什么坏处?,在电缆结构上的所谓“屏蔽”,实质上是一种改善电场分布的措施。电缆导体由多根导线绞合而成,它与绝缘层之间易形成
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