开关电气设备

开关电气设备实习报告

学院：机电学院

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专业：电气

一、高压开关设备定义

高压开关设备是指在电压3千伏及以上，频率50赫兹及以下的电力系统中运行的户内和户外交流开关设备。

高压开关设备主要用于电力系统（包括发电厂、变电站、输配电线路和工矿企业等用户）的控制和保护，既可根据电网运行需要将一部分电力设备或线路投入或退出运行，也可在电力设备或线路发生故障时将故障部分从电网快速切除，从而保证电网中无故障部分的正常运行及设备、运行维修人员的安全。因此，高压开关设备是非常重要的输配电设备，其安全、可靠运行对电力系统的安全、有效运行具有十分重要的意义。

二、高压开关的分类

高压开关设备按其功能和作用的不同，可以分为：

（1）元件及其组合:包括断路器、隔离开关、接地开关、重合器、分断器、负荷开关、接触器、熔断器以及上述元件组合而成的负荷开关—熔断器组合电器、接触器—熔断器（F-C）组合电器、隔离负荷开关、熔断器式开关、敞开式组合电器等。

（2）成套设备：将上述元件及其组合与其他电器产品（如变压器、互感器、电容器、电抗器、避雷器和二次元件等）进行合理配置，有机地组合于金属封闭外壳内，具有相对完整使用功能的产品。如金属封闭开关设备(开关柜)、气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）和高压/低压预装式变电站等。

从20世纪90年代中期发展至今，国内开关行业可谓突飞猛进，从七八十年代国内“五大开”成套设备生产厂家基本垄断市场局面，到如今数千家开关成套厂家齐头并进瓜分市场，足以彰显我国高压开关行业发展呈现迅猛之势。

三、高压断路器

高压断路器的功能是，不仅能通断正常负荷电流，而且能接通和承受一定时间的短路电流就，并在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。

按照断路器采用的灭弧介质可分为油断路器（多油、少油）、压缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器等。

（1）油断路器：采用油作灭弧介质，按绝缘结构分为多油式与少油式断路器。多油式断路器的油同时兼作灭弧介质和带电体与不带电体之间扥绝缘介质，耗油量大，现已淘汰。而少油式断路器的油同时兼作灭弧介质和带电体与不带电体之间的绝缘介质，耗油量大，现已淘汰。而少油式断路器的油只作灭弧和触头间弧隙的绝缘介质，耗油量大，现已淘汰。而少油式断路器的油只作灭弧和触头间弧隙的绝缘介质，断路器中的带电导体与接地部件之间的绝缘主要采用瓷件，油量少，占地少，价廉，已有长期运行经验，当前在110KV 电压以上产品为积木式、多断口的结构，很难实现断口电压均衡，因而其在500KV及以上电压等级禁止运用。

（2）压缩空气断路器：采用压缩空气做灭弧介质，具有大容量下开端能力强及开段

时间短的特点，但结构复杂、尚需配置压缩空气装置，价格较贵，而且合闸时排气噪音大，所以主要用于220KV及以上电压的屋外配电装置。

（3）SF6断路器：采用不可燃和有优良绝缘与灭弧性能的SF6气体作灭弧介质，具有优良的开断性能。SF6断路器运行可靠性高，维护工作量少，故适用于各电压等级，特别在220KV及以上配电装置中得到最广泛的应用。

（4）真空断路器:利用真空的高介质强度灭弧，具有灭弧时间快、低噪声、高寿命及可频繁操作的优点，已在35KV及以下配电装置中获得最广泛的采用。真空断路器切断短路电流及分合电动机负荷时，会产生截流过电压，需采用氧化锌避雷器等过电压保护措施。

选择断路器型式时，应根据各类断路器的特点及使用环境、条件决定。

四、隔离开关的选择

隔离开关也是发电厂和变电站中常用的开关电气设备，一般配有电动及手动操作机构，单相或三相操作，它需与断路器配套使用。但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切换负荷电流和短路电流。

隔离开关的工作特点是在有电压、无负荷电流情况下分、合电路。其主要功能为以下3点。

（1）隔离电压。在检修电气设备时，用隔离开关将被检修的设备与电源电压隔离，已确保检修的安全。

（2）倒闸操作。投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时，常用隔离开关配合断路器，协同操作完成。

（3）分、合小电流。因隔离开关具有一定的分、合小电流和电容电流的能力，故一般可用来进行以下操作：分、合避雷器、电压互感器和空载母线；分、合励磁电流不超过2A的空载变压器；关合电容电流不超过5A的空载线路。

隔离开关与断路器相比，在额定电压、电流的选择及短路动、热稳定校验的项目相同。但由于隔离开关不用来接通和切断短路电流，故无需进行开断和短路关合电流的校验。

隔离开关的型式较多，按安装地点不同可分为屋内式和屋外式，按绝缘支柱数目又可分为单柱式、双柱式和三柱式，此外还有V形隔离开关。它对配电装置的布置和占地面积有很大影响，选型时应根据配电装置特点和使用要求以及技术经济条件确定。

五、高压熔断器

熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害。

高压熔断器与高压接触器（真空或SF6接触器）配合，被广泛用于200～600MV大型火电机组的厂用6ＫＶ高压系统，成为F～C回路。F～C回路用限流式高压熔断器作保护元件，关合或开断短路电流，而接触器作操作元件，接通或断开负荷电流。由于大型机组高压厂用电系统中，三相短路电流已达40～50KA,若按该系统最严重故障选用断路器,经济上

代价较大。用限流熔断器加接触器来代替断路器，从本质上说就是将断路器身兼的两种功能分开，使大量使用的操作功能由接触器完成，而极少应用的保护功能由熔断器完成。由于熔断器和接触器的制造成本比大容量断路器低得多，且熔断器具有很强的限流特性，在大电流开断时间很短（小于0.01s），使电缆截面大为减少，加上F-C回路体积小，约为真空断路器的一半，可上、下层或并排布置，节省占地面积，加上F-C回路在经济上效益显而易见。F-C回路的适用容量可达到1200～2000KW的电动机和1600～2000KV·A的变压器回路。架空线和变压器架空线路的回路中，因架空线故障率高不宜采用F-C回路。

六、低压断路器

断路器的种类繁多，按其用途和结构特点可分为DW型框架式断路器、DZ型塑料外壳式断路器、DS型直流快速断路器和DWX型、DWZ型限流式断路器等。框架式断路器主要用作配电线路的保护开关，而塑料外壳式断路器除可用作配电线路的保护开关外，还可用作电动机、照明电路及电热电路的控制开关。

断路器的结构和工作原理

断路器主要由3个基本部分组成，即触头、灭弧系统和各种脱扣器，包括过电流脱扣器、失压（欠电压）脱扣器、热脱扣器、分励脱扣器和自由脱扣器。

断路器开关是靠操作机构手动或电动合闸的，触头闭合后，自由脱扣机构将触头锁在合闸位置上。当电路发生上述故障时，通过各自的脱扣器使自由脱扣机构动作，自动跳闸以实现保护作用。分励脱扣器则作为远距离控制分断电路之用。

过电流脱扣器用于线路的短路和过电流保护，当线路的电流大于整定的电流值时，过电流脱扣器所产生的电磁力使挂钩脱扣，动触点在弹簧的拉力下迅速断开，实现短路器的跳闸功能。

热脱扣器用于线路的过负荷保护，工作原理和热继电器相同。

失压（欠电压）脱扣器用于失压保护，如图1-8所示，失压脱扣器的线圈直接接在电源上，处于吸合状态，断路器可以正常合闸；当停电或电压很低时，失压脱扣器的吸力小于弹簧的反力，弹簧使动铁心向上使挂钩脱扣，实现短路器的跳闸功能。

分励脱扣器用于远方跳闸，当在远方按下按钮时，分励脱扣器得电产生电磁力，使其脱扣跳闸。

不同断路器的保护是不同的，使用时应根据需要选用。在图形符号中也可以标注其保护方式参数表征高压断路器的基本工作性能：

(1) 额定电压(标称电压)：它是表征断路器绝缘强度的参数，它是断路器长期工作的标准电压。为了适应电力系统工作的要求，断路器又规定了与各级额定电压相应的最高工作电压。对3—220KV各级，其最高工作电压较额定电压约高15%左右；对330KV及以上，最高工作电压较额定电压约高10%。断路器在最高工作电压下，应能长期可靠地工作。