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第 4章 工厂变配电所及其一次系统
主要内容
–电气设备的灭弧
–高低压一次设备的选型
–变压器容量、台数型号的选择
–工厂变配电所的主接线图
重点、难点
–灭弧方法
–高低设备选型
–工厂变配电所的主接线图
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4.1 电气设备中电弧的熄灭
电弧是电气设备运行出现的一种强烈的电游离现象。是触头间中性介质被游离，形成的导电气体。
特点：温度很高可达 10000℃,易变形，
导电
1.电弧的主要影响
延长了电路的开断时间。
电弧高温烧坏开关的触头。
可能会烧坏设备，形成短路。因此，要保证操作时电弧能迅速熄灭。
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2.产生的原因
触头本身及触头周围介质含有大量可被游离的电子。（内因）
当分断的触头间存在足够大的外施电压的条件下，而且电路电流也达到最小生弧电流，其间的介质就会强烈游离形成电弧。（外因）
生弧电流
– 电压 10～ 20V以上。
– 电流,80～ 100mA以上
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产生过程：
– 热电子发射：大电流产生温度高，触头表面电子被拉出
– 强电场发射,强电场使触头表面电子被拉出，形成自由电子。
– 碰撞游离,自由电子碰撞中性质点变成带电的正离子和自由电子，介质击穿形成电弧。
– 热游离：电弧高温加剧碰撞。维持电弧燃烧
熄灭电弧的条件
– 去游离：带电质点恢复为中性质点
– 游 >去 =电弧增强、游 =去 =电弧维持、
– 游 <去 =电弧熄灭。
– 去游离形式：复合、扩散。
dUE?
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3.常用灭弧方法
速拉灭弧法,用高压开关断路弹簧。触头分离速度 4m／ s — 5m／ s
冷却灭弧法：降低电弧温度
吹弧灭弧法：使电弧拉长、冷却
横吹、纵吹、气吹、油吹、电动力吹、磁吹
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长弧切短灭弧法,金属栅 (钢 )灭弧。常用于低压交流开关中
多断口灭弧法,此法多用于高压开关
狭沟灭弧法,使电弧在狭沟中与固体介质充分接触，冷却电弧
真空灭弧法：
六氟化硫法：
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4.对电气触头的基本要求
满足正常负荷的发热要求
具有足够的机械强度
具有足够的动稳定和热稳定
具有足够的断流能力
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4.2 高压一次设备的选择一般原则供电系统的设备分为：
1.一次设备变配电所中担负输送和分配电能任务的电路,称 一次回路 或一次电路,或主电路、
主接线 。一次电路中的电气设备 一次设备。
2.二次设备：
凡用来控制、指示、测量一次设备运行的电路称 二次回路 （电路、接线 )。二次回路通常接在互感器的二次侧，二次电路的电气设备称 二次设备 或二次元件。
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高压设备
– 变换设备,变换电压、电流、频率，如变压器、电流互感器、电压互感器、变频机
– 控制设备,控制电路通断的，如各种高低压开关，断路器、负荷开关
– 保护设备,对过电流、过电压保护，如熔断器、避雷器
– 补偿设备,补偿无功功率，如并联电容器
– 限流设备,限制短路电流，如电力电抗器
– 成套设备,将一、二次设备组合为一体。开关柜、配电屏、配电箱等。
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4.2.1 电气设备选择的共同原则
基本要求：可靠、安全、经济。
选择型号：根据使用的环境条件选择。
选择规格：根据参数选择。
选择数量：根据（负荷级别）需要选择。
校验：根据短路参数校验。
步骤：
一、按使用环境选择电气设备的类型户内、户外，普通、矿用、隔爆、高海拔等。
N W K B GY
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4.2.1 电气设备选择的共同原则
二、按正常工作条件额定电压和额定电流
Iw.max---通过设备的最大工作电流
注：我国目前生产的电气设备，设计时取周围空气温度为 为计算值。当空气温度 >
,< 时，应修正。
ma x.
0
w
al
al
eNal III
Co40 Co40
Co70
实际上首端电压较高，而我国设备可在高于铭牌标明额定电压 10~15%下安全运行。m a x
weN
wNeN
II
UU
θ0标准环境温度
θ实际温度
θal允许温度
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三、按短路情况来校验电气设备动稳定热稳定开断能力
3
m a x
3
m a x
sh
sh
II
ii
ttII
tItI
i m at
i m at
22
3
3
koc
poc
SS
II
注意：铭牌断流容量值所规定的使用条件。
若开关电器用在低于额定电压的回路中时，其断流容量可按下式换算
ocN
N
oc SU
US
.?
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4.3 一次设备
4.3.1熔断器 (Fuse)
是一种简单的保护电器。串接在被保护电路中。
功能
1,短路保护
2.有时也作过载保护
组成：由熔体、熔体管和接触导电等部分组成。
FU
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4.3.1 熔断器
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熔断器的安秒特性：
熔断时间与通过电流大小的关系。反时限特性。
应用：小容量电气设备和对继电保护要求不高的电路：小电机、家用电器。
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类型及特点
– 1.户内型 （ RN 〕 固定式
– 2.户外型 （ RW 〕 跌落式
RN1 主要用作高压线路和设备的短路保护,也起过负荷保护。
RN2 用作高压互感器的短路保护 。
RN1,RN2灭弧能力很强，为”限流
“式熔断器 。
RW4 跌落式。可作 6～ 10kv线路和变压器的短路保护,其灭弧能力不强，为“非限流”式熔断器。
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保护对象：
35kV电压互感器；
2～ 10A,600MVA，
其它设备。
低压熔断器
– RM系列无填料封闭管式熔断器
– RL1型螺旋式熔断器
– RT0有填料密封管式熔断器
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主要参数：
（ 1）熔断器的额定电流。
长时通过熔断器，而不损坏各部分的最大电流。
（ 2）熔体的额定电流。
长时通过熔体，不熔断的最大电流。
（ 3）熔断器的极限断路电流。
能够断路的最大电流。
（ 4）熔断器的额定电压。
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（三）选择
1.其额定电压应符合线路或设备的额定电压。
2.熔断器额定电流 IN.FU和熔体的额定电流 IN.FE
的确定：
IN.FE≈(1.4~2.5) IC
IN.FE=(0.3~1.0) IN.FU
断流能力的校验，即：
（限流型，如 RN4 〕
（ 非限流型 〕
（对具有断流能力上下限的熔断器，如
RW4)
)2(
m i n
)3(
)3(
po f f
shFEo f f
pFEo f f
II
II
II
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－－熔断器最大分断电流。
－－熔断器最小分断电流。
－－熔断器安装点的三相短路电流。
－－熔断器安装点的三相短路冲击
电流。
－－熔断器所保护线路末端的两相短
路电流。
FEoffI?
min?offI
)3(pI
)2(pI
)3(shI
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4.3.2 高压开关
㈠ 断路器
作用通断正常负荷电流短路故障时，在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。能承受一定的短路电流。
特点,
具有较强的灭弧装置。断流能力很强,可以通断负荷电路。
QF
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型号（灭弧介质）：
油断路器 DW或 SN、压缩空气断路器 KW、
六氟化硫断路器 L,真空断路器 Z、自产气断路器 QW、磁吹断路器 C。
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类型
1.油断路器
(1)多油断路器：
开关触头在绝缘油中闭合和断开。
油作用：兼有灭弧和绝缘功能。
油量多，有易燃易爆危险。体积大，维护麻烦。可频繁通断负荷。趋于淘汰。
(2)少油断路器：
开关触头在绝缘油中闭合和断开。
油作用只作灭弧功能。
油量少，易燃易爆危险性较小。体积小，价廉，维护方便。不能频繁操作。 6～ 10kv多用。
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2.空气断路器
利用压缩空气吹动电弧，并使电弧熄灭。
特点：
灭弧能力强，分断时间短，断流容量大。
结构复杂，价贵，维护要求高。
适用：
多用于 110kv及以上大型电站或变电所及不适应采用六氟化硫断路器的高寒地区 。
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3.六氟化硫断路器开关触头在 SF6气体中 闭合和断开。
SF6气体兼有灭弧和绝缘功能。
灭弧能力为空气的 100倍。在均匀电场的情况下，
绝缘能力是空气的 2.5～ 3倍。 (相同压力下 )
特点,灭弧能力强，属高速断路器。
断流容量大，电绝缘性能好，检修周期长。可频繁操作。无燃烧爆炸危险，体积小，
维护要求严格，价贵。在全封闭组合电器中多采用。不适于高寒地区。
本身无毒，但电弧在高温作用下会生成氟化氢等强烈腐蚀性的剧毒物，检修时，
应注意防毒。
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32LW8-40.5型户外交流高压六氟化硫断路器
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4.真空断路器开关触头在真空的容器内 闭合和断开。
灭弧能力强燃弧时间短，属高速断路器。
开断能力强。结构简单，重量轻，体积小。寿命长，易维修。可频繁操作。无易燃易爆危险 。
由于开断速度高,易产生截流过电压,
对变压器等感性负载易造成危害，应配置过电压吸收装置 。
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(1)真空断路器的发展状况
目前国际上，真空断路器的设计、
制造领域里逐步形成了以德国西门子公司为代表的空气绝缘产品和以 ABB公司为代表的复合绝缘产品的两大派别。西门子公司的产品有 3AF,3AG及 3AH等系列产品 。 ABB公司的代表产品有 VD4。
国内生产的真空断路器归纳起来大致可分为三类：
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引进技术并国产化的产品。如 ZN12-12，
引进西门子 3AF； ZN18-12，引进日本东芝公司 VK系列产品； ZN21-12，引进比利时 EIB公司的产品技术； ZN67-12，引进日本三菱电机 VPR型真空断路器等。
在借鉴国外同类产品的基础上开发的产品，如,ZN63-12和 ZN65-12分别效仿 ABB
的 VD4和西门子 3AH。
自行设计的产品，如,ZN15-12,ZN28-
12,ZN30-12等。
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37ZN63A-12(VS1)户内交流高压真空断路器
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ZN28A-12系列户内交流高压真空断路器
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铭牌所列的技术数据
额定电压
额定电流
额定开断电流,不妨碍继续工作的最大电流
额定断流容量,开断能力综合参数
热稳定电流,能承受短路电流热效应的能力
动稳定电流,能承受短路电流力效应的能力
固有分闸时间,分闸线圈有电到触头分开的时间
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断路器操作机构
1,分类
（ 1）手动操作机构 （ CS〕
能手动和远距离跳闸，但只能手动合闸，不能自动合闸。操作电源为交流。
（ 2）电磁操作机构 （ CD〕
能手动和远距离跳合闸，适于自动化，
结构简单，零件数量少，工作可靠，制造成本低。 但需直流操作电源。 操作功率很大，影响到合闸速度的提高及机电寿命
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(3)弹簧储能操作机构 （ CT 〕
能手动和远距离跳合闸。断路器的合、分操作仅由功率很小的电磁铁控制，
所以对直流电源的要求不高，还可用交流电源操作，其速度特性和使用寿命都得到很大程度的改善。结构比较复杂，
零件数量多，且要求加工精度高，制造工艺复杂，成本高，产品的可靠性不易保证。利用弹簧机构储能，因而可实现一次重合闸。
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㈡ 高压隔离开关没有灭弧装置，不能接通和切断负荷电流。
作用：
– 1.隔离高压电源，便于工作人员检修。
– 2.有明显断口
– 3.接通和断开较小电流（不超过 2~5A）
类型：
1.户内型（ GN 〕 三相刀闸同一底座。
2.户外型（ GW〕 单柱式、双柱式、三柱式。
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型号：
QS
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㈢ 高压负荷开关具有简单的灭弧装置。
功能
1.能通断一定的负荷电流和过负荷电流，
不能切断短路电流故障。
2.必须与高压熔断器串联，借助于熔断器切除短路电流。
3.与隔离开关一样，具有明显的断开间隙，
也具有隔离电源，保证安全检修的功能。
应用：负荷容量不大、对继电保护要求不高、不太重要的电路中。
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（二）类型
1.户内型 ( FN )
2.户外型 ( FW )
固定产气式（ FN1,FW5 等 〕
压气式 （ FN2,FN3 〕
六氟化硫
真空式
QL
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FZRN21-12D/T125-31.5型户内交流高压真空负荷开关－熔断器组合电器
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㈣ 高压开关柜
按一定线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种高压成套配电装置。
用途作为电能接受、分配的通断和监视保护之用。
类型
1.固定式制造工艺简单，节省钢材，价格便宜，但体积较大防护等级较低
2.手车式维护方便，安全可靠，更换断路器容易占用建筑体积少，价格高等。
（通过产品型号格式来了解）
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型号
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54GG-1A(F)型固定式高压开关设备
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成套配电装置：集开关、测量、保护、辅助设备于一体的配电设置。
一次回路方案：指主回路中的各种开关、
互感器和避雷器等元件的接线。
编号,1~125
二次回路方案：指测量、保护、控制和信号装置的接线。
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58KYN28A-12(Z)B型铠装移开式交流金属开关设备
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60XGN2-12(Z)箱型固定式交流金属封闭开关设备
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开关柜按供电装设了防止电气误操作的闭锁装置，即“五防”。
– 防止误跳、误合断路器。
– 防止带负荷分、合隔离开关。
– 防止带电挂地线。
– 防止带地线合闸。
– 防止误入带电间隙。
操作顺序合闸：先合隔离开关，后断路器分闸：先分断路器，后隔离开关
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4.4 低压一次设备
用来接通或断开 1000v以下的交流和直流电路的电气设备。
4.4.1 低压熔断器
常用的类型及特性
1.RM10 型低压无填料密闭管式熔断器结构：内壁采用易分解灭弧气体的纤维管、变截面熔体灭弧断流能力较差属非限流式熔断器。
结构简单，价廉及更换熔体方便。
较普遍地应用于低压配电装置中 。
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2.RT0 型低压有填料封闭管式熔断器
灭弧断流能力很强，具有限流作用。能实现短路保护和过负荷保护。
保护性能好，断流能力大，可应用在靠近电源的配电装置，但它多为不可拆式，熔体熔断后报废，
不经济。
应用：短路电流较大的低压电路中、配低压控制屏。
RS3型有填料封闭管式快速熔断器
主要作硅整流元件及其成套装置的短路或过负荷保护，灭弧断流能力很强，具有限流作用。
长期工作不老化、不误动作
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RTO(NATO)系列有填料封闭管式刀形触头熔断器
RTO（ NATO）适用于交流 50Hz，额定电压为 380V，或直流 400V，额定电流至 630A的工业电气装置的配电设备中作线路过载和短路保护之用。
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RS3(NAS3)系列
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4,RL1型螺旋式熔断器
– 结构：图 4-14。
– RS3型有填料封闭管式快速熔断器
主要作硅整流元件及其成套装置的短路或过负荷保护，灭弧断流能力很强，
具有限流作用。
长期工作不老化、不误动作
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4.4.2 低压开关和负荷开关
（一）刀开关作隔离电源之用。
不带灭弧罩的刀开关，只能在空载下操作。
带灭弧罩的刀开关,通断一定的负荷电流。
HD －－ 单投 HS －－ 双投
QK
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（二）低压刀熔开关和负荷开关由刀开关与熔断器组合而成。
例,HR3刀熔开关； HH封闭式负荷开关；
HK开启式负荷开关。
QKF
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4.4.3 低压断路器又称为自动空气开关、低压空气 开关
能带负荷通断，又能在短路、过负荷和失压等时自动跳闸。
（一）类型
1.按用途分
配电线路用；电动机保护用；照明线路用；漏电保护用。
2.按分断性能分一般型和限流型
3.按保护特性分选择型和非选择型。
4.按结构型式分塑料外壳式（装置式 〕 和框架式（万能式 〕 。
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型号
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74NA15(DW15HH)系列万能式断路器
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75DZ20系列塑料外壳式断路器
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NM1系列塑料外壳式断路器
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77C65断路器
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（二）结构
1.灭弧室
2.触头系统
3.脱扣器系统
–(1)失压脱扣器
–(2)过电流脱扣器电磁脱扣器,瞬时脱扣。
电磁脱扣器 +阻尼机构：
短时脱扣。
电子式过电流脱扣器：
三段保护特性 。
–(3)热脱扣器
–(4)分励脱扣器
– 由控制电源供电，
–实现远距离分闸。
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（三）过电流保护特性
有两段和三段保护特性
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（四 ) 主要规格及技术参数
（ 以 DW15-200,400,630系列为例）
断路器的额定短路通断能力、飞弧距离壳架等级额定电流
Inm(A)
额定短路分断能力 Ic
(有效值 )
一次极限分断能力 (有效值 )
最小额定短路接通能力 (
峰值 )n× Ic
飞弧距离
(mm)
380V 660V 1140V
试验程序 P-2
380V 试验程序
380V
660V 1140V
Ic
(KA) cosφ
Ic
(KA) cosφ
Ic
(KA) cosφ
Ic
(KA) cosφ
200 20 0.3 10 0.5 - - oco_co 50 0.25 co 2.0× Ic 250
400 25 0.25 15 0.3 10 0.5 oco_co 50 0.25 co 2.0× Ic 250 350
630 30 0.25 20 0.3 12 0.3 oco_co 50 0.25 co 2.0× Ic 250 350
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断路器额定短延时分断能力壳架等级额定电流
Inm(A) 延时时间 (S)
短延时分断能力 (有效值 )KA
飞弧距离 (mm)
380V 660V
200 0.2 5 5 250
400 0.2 8 8 250
630 0.2 12.6 10 250
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用途选择型过电流脱扣器 非选择型过电流脱扣器电子式电子式热 —电磁式长延时 短延时 瞬时 长延时 瞬时 长延时 瞬时配电用 (0.4-1)In (3-10)In (10-20)In (0.4-1)In (3-10)In (0.64-1)In 10In不可调式保护电动机用 - - - (0.4-1)In (8-15)In (0.64-1)In 12In不可调式过电流脱扣器动作电流整定值范围
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4.4.4 智能化低压电器智能断路器、智能电动机保护器、
智能接触器等智能电器元件随智能型配电网络系统应运而生。以 DW40、
DW45,DZ40,S,CJ40,M,F,3TF
等产品为代表，产品性能优良、工作可靠、体积小、电子化、智能化、组合化、
模块化、多功能化。
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（一）智能断路器
1.特点：
(1)保护功能多样化除了可同时具有长延时、短延时、
瞬时的三段保护功能以外，还具备过压、
欠压、断相、反相、三相不平衡、逆功率及接地保护 (第四段保护 )以及屏内火灾检测预报警等功能，甚至于可做到一
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(2)选择性强其保护的选择性，灵活性及重复误差都很好，加之它的各种保护功能和特性可以全范围调节，因此可实现多种选择性：
可任意选择动作特性。
可任意选择保护功能。
便于实现极联保护协调，实施区域选择性连锁，实现良好的极间协调配合。
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(3)具备通讯功能既能从操纵者那里得到各种控制命令和控制参数又能通过连续巡回检测对各种保护特性、运行参数、故障 信息进行直观显示，还可与中央计算机联网实现双向通讯，实施遥测、遥讯、遥控、人机对话功能强，操作人员易于掌握，避免误动作。
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(4)显示与记忆智能化断路器能显示三相电压、电流、
功率因数、频率、电能、有功功率、动作时间、分断次数以及预示寿命等，能将故障数据保存，并指示故障类型、故障电压、电流等，起到辅助分析诊断故障的作用。
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(5)故障自诊断，预警与试验功能可对构成智能断路器的电子元器件的工作状态进行自诊断，当出现故障时可发出报警并使断路器分断。预警功能使操作人员能及时处理电网的异常情况。微处理器能进行,脱扣,和
,非脱扣,两种方式试验，利用模拟信号进行长延时，短延时，瞬时整定值的试验，还可进行在线试验。
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2.组成及工作原理
(1)实时检测电流传感器、实心和空心电流互感器
(2)微处理器及其外围接口智能脱扣器的核心部分，对现场信号进行实时处理，存储、判别，对不正常因素进行监控等。
(3)执行元件执行元件是磁通变换器，其磁路全封闭或半封闭，正常工作时靠永磁铁保证铁心处于闭合状态，脱扣器发出脱扣指令时，线圈通过的电流产生反磁场抵销了永磁体的磁场，
动芯靠反弹簧动作推动脱扣件脱扣。
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90NA1系列智能型万能式低压断路器
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91
4.4.5 低压配电柜
按一定线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种低压成套配电装置。
类型：可分为固定式和抽屉式
（一）固定式
PGL1 已淘汰。
PGL2 还在中小型配电系统中使用。
GDL1,GDL2,GDL3在电力系统用得较多，民用建筑仅用于三级及容量较小的二级负荷系统中 。
GGL,GGD等也使用较多。
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92
（二）抽屉式
外形紧凑，操作安全，易于检修与维护，更换故障开关容易，缩短故障开关停电时间。
常用的有 GCK及 GCL型及模数制的抽屉开关柜。
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93GGD(NGG1)型低压固定式开关柜
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94
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95NMNS(NGC3)型低压抽出式开关柜
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96
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97
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98
4.4.6 低压一次设备的选择
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99
4.5 电力变压器
T
4.5.1 变压器常用类型
（一）电力变压器类别
1.按绕组导体分铜绕组,铝绕组 L
2.按绕组绝缘类型分
(1) 油浸式 J：广泛用作电力变压器，与干式相比，
具有较好的绝缘和散热性能，价廉，不宜用于易燃、易爆场所。
(2)干式 G,C：
用浇注的环氧树脂作为绝缘和散热介质，结构简单体积小，重量轻，安全防火要求高的场所，
广泛用于民用建筑。
(3)冲气式：多为六氟化硫
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100
ZGS11-H(Z)·R-200~1000/10系列卷铁心组合式变压器
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101
ZGS11-H(Z)·R-200~1000/10系列卷铁心组合式变压器
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102
S11-M·R-30~1000/10系列三相卷铁心全密封配电变压器
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103
YBM29A小型化预装式变电站
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104
3,按容量系列分采用国际通用的 R10容量系列。
例,100,125,160,200,250,315,400,500，
630,800,1000,1250,1600,2000,2500KVA。
（二）电力变压器型号
26.11010 10R
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105
（三）电力变压器的联结组别
6～ 10KV变压器在其低压侧为三相四线制系统时，其联结组别有 Y,yn0和
D,yn11 两种。
D,yn11较 Y,yn0优点：
更有利于抑制高次谐波。
更有利于单相短路接地故障的切除。
承受单相不平衡负荷能力强。
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106
4.5.2 电力变压器的容量和过负荷能力
（一） 实际容量变压器的额定容量（铭牌容量 〕,是在规定的环境温度下（最高日平均气温 300C,最高 年平均气温 200C，最高气温 400C），在规定的使用年限（ 20年 〕 内所连续输出的最大视在功率。
否则要进行温度修正，即：
年平均气温 每升高 10,变压器容量相应的减小 1%，若每降低 10,变压器容量相应的增加
1% 。 这就是 1%原则 。
TNTN
av
T SKSS
.)100
201(
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107
由于实际负荷是变化的，而且多为欠负荷，绝缘老化速度，较额定时慢，相当于延长使用寿命，储备了一定的过负荷能力。
（二）正常过负荷
昼夜和季节负荷不均匀，允许过负荷。
户内变压器
户外变压器
TNTNOLOLT SSKS 3.1)(
TNTNOLOLT SSKS 2.1)(
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（三）事故过负荷
在事故情况下，允许短时间较大幅度过负荷，但运行时间不能超过规定值。
（见表 〕
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109
4.5.3 变电所主变压器选择
（一）选型的原则
应选用节能型的油浸及干式变压器 。
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110
（二）台数的选择
据负荷性质 -----可靠性要求一、二级负荷，宜选用两台，互为备用。
二级负荷（无一级负荷 〕 时，也可采用一台，
但在低压侧应与其它备用电源联络。
– (1)明备用：两台变压器均按 100%负荷选择，
一台工作，一台备用。
– (2)暗备用：每台变压器的容量均按最大负荷的 70%来选择，正常情况下两台变压器都参加工作，每台变压器承担 50%最大负荷
考虑经济运行季节负荷较大时，可装二台 以上的变压器 。
考虑负荷大小
– 车间原则上一台，总负荷过大可装两台，避免故障影响大。
考虑负荷的发展
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111
（三）容量的选择
(1)单台变压器
–
－－变压器最佳负荷率，一般为 70%~80% 。
－－补偿后的平均功率因数。
(2)两台变压器任一台变压器单独运行时，应满足一二级负荷的需要。
2c o s cTN PS
2cos?
cTN SS
cTN SS 7.0
ⅡⅠ cTN SS
取大者。
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112
(3)容量上限
车间变压器，变压器不宜超过 1600~2000
KVA。
二层楼以上的干式变压器其容量不宜大于
630KVA
居民小区变电所的配电变压器单台不宜超过 630KVA。
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113
（四）工 厂供电系统的方案比较
供电系统方案比较包括：技术与经济的比较
技术指标：
可靠性；电能质量；运行；维护及修理的方便及灵活程度；自动化程度；建筑设施的寿命；占地面积；新型设备的利用等。
经济指标：
投资费及年运行费。
– 投资费 Z：设备的综合造价指标，建筑物投资
– 年运行费 F：折旧费、维护费、管理费、年电能损耗费、基本电价。
设计时拟定几套设计方案，通过技术指标比较，找出较好方案，再进行经济比较。
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114
估计两个不同方案的经济效益时，可根据投资及年运行费计算回收期。
其中,Z1,Z2——第一及第二方案的投资
F1,F2——第一及第二方案的运行费用
一般回收期小于五年，应选择投资大的方案；反之选投资少的方案。
21
12
FF
ZZ
N
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115
（五）电力变压器并联运行条件
一、二次电压必须对应相等；
阻抗电压（短路电压）必须相等；
连接组别必须相同。
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116
4.6 电流互感器和电压互感器
功能,
– 使仪表、继电器与主电路绝缘，保证安全。
– 扩大仪表、继电器的使用范围。
– 标准化，小型化
电流互感器
– 将一次侧大电流变换为小电流（ 5A）
电压互感器
– 将一次侧高电压变换为小电流压（ 100V）
TA
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117
4.6.1电流互感器
1）结构特点：
一次绕组匝数少，截面粗；二次匝数多，导体细。
二次设备（仪表、继电器）的电流线圈阻抗很小，接近短路状态工作。
一次与二次为减极性连接
电流互感器的变比电流互感器二次额定电流为
5A或 1A
1
2
2
1
N
N
I
IK
i
TA
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2）分类：
– 按一次绕组分：单匝式 D、多匝式 F
– 按用途分,测量用：准确度 0.1,0.2,0.5,1,3,5。
– 保护用,3P,5P,10P。
– 按电压分：高压,多制成两个铁芯、二个二次绕组，分别接仪表、继电器。
低压
3）型号,
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3）型号：
LQJ-10/200-0.5
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4）接线方案
1.一相式接线适用于负荷平衡的三相线路，供测量电流或接过负荷保护装置。
2.两相 V形适用于中性点不接地的三相三线制线路。
供测量三相电流和电能，并可接过电流保护装置。
3.两相电流差接线适用于中性点不接地的三相三线制线路。供接过电流保护装置之用。
4.三相 Y形接线适用于三相四线制及中性点直接接地的三相三线制线路，供测量及保护用。
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5）使用注意事项
– 电流互感器在工作时，其二次侧不得开路。
– 电流互感器的二次侧有一端必须接地。
– 电流互感器在连接时，注意其端子的极性。
6）电流互感器主要参数
– 额定电压
– 额定电流（二次侧额定电流一般为 5A或 1A）
– 准确度等级、
– 二次额定容量、
– 10%倍数
– 热稳定及动稳定电流倍数。
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124
7）选择和校验
1.按装置地点的条件和额定电压，一次电流、二次电流 （ 5A〕,准确级等选择。
2.注意电流互感器准确级与二次负荷容量有关，即二次负荷 S2不得大于准确级对应的额定二次负荷 S2N。
3.动热稳定校验
i m aNs tIIK
3
11
3
12 shiIK Nes?
Kes动稳定倍数
Kts热稳定倍数
22 SS N?
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4.6.2 电压互感器
1）结构特点：
一次绕组匝数很多，截面细；二次匝数少。
二次设备（仪表、继电器）的电压线圈阻抗很大，接近开路状态工作。
一次与二次为减极性连接
电压互感器的变比电压互感器二次额定电压 为 100V
2
1
2
1
N
N
U
UK
u
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2）类型
分单相、三相
油浸式、环氧树脂浇注
广泛采用环氧树脂浇注绝缘的干式互感器。
例 JDZJ－ 10
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3）接线方案
一个单相电压互感器接成 V/V形
适用于电压对称的三相线路，供仪表、
继电器接于一个线电压。
两个单相电压互感器接成 V/V形
适用于三相三线制线路，供仪表、继电器接于各个线电压，广泛用于高压系统中，
作为电压、电能测量。
三个单相电压互感器接成 Y0/Y0形适用于三相三线制和三相四线制，可供接要求线电压的仪表、继电器，并可供接要求相电压的绝缘监察电压表。
三个单相三绕组电压互感器或一个三相五芯柱三绕组电压互感器接成 Y0/Y0/△ （开口三角 〕
形。
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4）使用注意事项
– 电压互感器在工作时，其二次侧不得短路。
– 电压互感器的二次侧有一端必需接地。
– 电压互感器在连接时，也要注意其端子的极性 。
5）电压互感器的主要参数
– 额定电压（二次侧为 100V）
– 准确度等级
– 二次额定容量。
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130
6）选择及校验
1.按装置地点的条件和一次电压、二次电压 （ 100V〕,准确级等选择。
2.有熔断器保护，不需校验短路电流的稳定度。
3.准确级与二次负荷的容量有关。
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131
4.7 工厂变配电所的主接线图
主接线图
– 是指电能输送和分配线路与主变压器之间的接线，亦称一次电路图。
基本要求
– 安全性
– 可靠性
– 灵活性
– 经济性
主接线图两种绘制形式
– 系统式主接线图：反映电能传递过程的电路连接
– 装置式主接线图：反映设备排列位置
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4.7.1 高压配电所的主接线特点,10kV双电源进线，配出与进线电压相同
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133
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134
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135
4.7.2 车间和小型工厂变电所的主接线
车间变电所电缆进线架空进线，加避雷器，
防雷电入侵波
315kva
315~500kva
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小型工厂变电所主接线图
1）线路 -变压器组结线 （单台变压器）
适用：三类负荷
– a、用隔离开关作进线开关：
– 适用线路短，变压器容量小的情况（露天变电所变压器容量在 1000KVA及以下。室内变电所,变电所变压器容量在
315KVA及以下。）
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137
–b、用熔断器负荷开关作为进线开关：
适用线路长，容量小（变电所变压器容量在 630KVA及以下）
–如：农村、小型企业。
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138
–c、用隔离开关、断路器作为进线开关：
–适用线路长，容量大。如：
中型企业。
–d、双电源、单变压器
适用线路长，容量大，二级负荷
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139
2）装两台主变压器的小型变电所主接线图
– 高压无母线，低压单母线分段
– 高压单母线，低压单母线分段
– 高压单母线分段，低压单母线分段
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4.7.3 工厂总降压变电所主接线图
断路器通断的 线路 --变压器组 （ 图 4-68）
– 适用三级负荷
– 简单、便于自动化控制、
无人值守的变电所。
桥式接线
单母线分段
双母线
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141
桥式接线可靠性高，两个电源，两台变压器。
分为：内桥、外桥和全桥
a、内桥结线：图 4－ 69。
优缺点
– 切换线路方便、设备投资较少
– 切换变压器不便适用对象
– 电源线路较长，负荷稳定的一、二级变电所。
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142
b、外桥结线：图 4－ 70
优缺点
– 切换变压器方便、设备投资较少
– 切换线路不便适用对象电源线路较短，负荷不稳定
（昼夜变化大）的一、二级变电所
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143
c、全桥结线：图 4－ 711
优缺点
– 切换变压器方便
– 切换线路方便
– 设备投资大适用对象电源线路较长，负荷不稳定的一、二级变电所
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比较
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145
单母线分段 图 4－ 71
可靠性高、运行灵活适用：一、二次侧进出线较多的总降压变电所。
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146
双母线结线：图 4－ 72
可靠性高、运行灵活；操作麻烦、投资大
适用：大容量变电所,220V以上的线路。
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147
实例
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148
举例
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149
4.8 变配电所的所址、布置及安装图
4.8.1变电所的位置确定
要求：布局合理、供电可靠、供电质量、经济性。
– 考虑负荷性质、大小和技术经济比较等。
确定原则
（ 1）总降压变电所的位置应尽量接近负荷中心，同时还要考虑电源的进线方向；
（ 2）运输条件好，便于变压器和用电设备的搬运；
（ 3）应远离产生剧烈震动的大型设备或车间，使变电所安全运行；
（ 4）应选择地下水位较低的场所，防止电缆沟积水；
（ 5）应选择在各种污染源的上风侧；
（ 6）与其它建筑物有一定防火间隔；
（ 7）考虑其发展余地。
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150
4.8.2 变电所的总体布置
布置 要求：
– 便于运行维护
– 保证运行安全
– 便于进出线
– 节约土地和建设费
– 留有发展余地
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151
示例
高压配电室
电力变压器室
低压配电室
高压电容器室
控制室
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157
组合式变电所
将成套变配电装置布置在一房间内。
高压开关柜变压器柜低压开关柜
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158
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159
第四章小结
了解开关电弧的灭弧条件
掌握灭弧方法
掌握高低压电器设备的选择原则和方法
（尤其是变压器、断路器、互感器的使用、
方案比较等）
掌握变配电所供配电系统图的拟定和绘制
重点：变压器、断路器选择供配电系统图拟定和绘制
难点：供配电系统图拟定
1
第 4章 工厂变配电所及其一次系统
主要内容
–电气设备的灭弧
–高低压一次设备的选型
–变压器容量、台数型号的选择
–工厂变配电所的主接线图
重点、难点
–灭弧方法
–高低设备选型
–工厂变配电所的主接线图
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2
4.1 电气设备中电弧的熄灭
电弧是电气设备运行出现的一种强烈的电游离现象。是触头间中性介质被游离，形成的导电气体。
特点：温度很高可达 10000℃,易变形，
导电
1.电弧的主要影响
延长了电路的开断时间。
电弧高温烧坏开关的触头。
可能会烧坏设备，形成短路。因此，要保证操作时电弧能迅速熄灭。
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3
2.产生的原因
触头本身及触头周围介质含有大量可被游离的电子。（内因）
当分断的触头间存在足够大的外施电压的条件下，而且电路电流也达到最小生弧电流，其间的介质就会强烈游离形成电弧。（外因）
生弧电流
– 电压 10～ 20V以上。
– 电流,80～ 100mA以上
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4
产生过程：
– 热电子发射：大电流产生温度高，触头表面电子被拉出
– 强电场发射,强电场使触头表面电子被拉出，形成自由电子。
– 碰撞游离,自由电子碰撞中性质点变成带电的正离子和自由电子，介质击穿形成电弧。
– 热游离：电弧高温加剧碰撞。维持电弧燃烧
熄灭电弧的条件
– 去游离：带电质点恢复为中性质点
– 游 >去 =电弧增强、游 =去 =电弧维持、
– 游 <去 =电弧熄灭。
– 去游离形式：复合、扩散。
dUE?
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5
3.常用灭弧方法
速拉灭弧法,用高压开关断路弹簧。触头分离速度 4m／ s — 5m／ s
冷却灭弧法：降低电弧温度
吹弧灭弧法：使电弧拉长、冷却
横吹、纵吹、气吹、油吹、电动力吹、磁吹
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6
长弧切短灭弧法,金属栅 (钢 )灭弧。常用于低压交流开关中
多断口灭弧法,此法多用于高压开关
狭沟灭弧法,使电弧在狭沟中与固体介质充分接触，冷却电弧
真空灭弧法：
六氟化硫法：
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7
4.对电气触头的基本要求
满足正常负荷的发热要求
具有足够的机械强度
具有足够的动稳定和热稳定
具有足够的断流能力
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8
4.2 高压一次设备的选择一般原则供电系统的设备分为：
1.一次设备变配电所中担负输送和分配电能任务的电路,称 一次回路 或一次电路,或主电路、
主接线 。一次电路中的电气设备 一次设备。
2.二次设备：
凡用来控制、指示、测量一次设备运行的电路称 二次回路 （电路、接线 )。二次回路通常接在互感器的二次侧，二次电路的电气设备称 二次设备 或二次元件。
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9
高压设备
– 变换设备,变换电压、电流、频率，如变压器、电流互感器、电压互感器、变频机
– 控制设备,控制电路通断的，如各种高低压开关，断路器、负荷开关
– 保护设备,对过电流、过电压保护，如熔断器、避雷器
– 补偿设备,补偿无功功率，如并联电容器
– 限流设备,限制短路电流，如电力电抗器
– 成套设备,将一、二次设备组合为一体。开关柜、配电屏、配电箱等。
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10
4.2.1 电气设备选择的共同原则
基本要求：可靠、安全、经济。
选择型号：根据使用的环境条件选择。
选择规格：根据参数选择。
选择数量：根据（负荷级别）需要选择。
校验：根据短路参数校验。
步骤：
一、按使用环境选择电气设备的类型户内、户外，普通、矿用、隔爆、高海拔等。
N W K B GY
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11
4.2.1 电气设备选择的共同原则
二、按正常工作条件额定电压和额定电流
Iw.max---通过设备的最大工作电流
注：我国目前生产的电气设备，设计时取周围空气温度为 为计算值。当空气温度 >
,< 时，应修正。
ma x.
0
w
al
al
eNal III
Co40 Co40
Co70
实际上首端电压较高，而我国设备可在高于铭牌标明额定电压 10~15%下安全运行。m a x
weN
wNeN
II
UU
θ0标准环境温度
θ实际温度
θal允许温度
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三、按短路情况来校验电气设备动稳定热稳定开断能力
3
m a x
3
m a x
sh
sh
II
ii
ttII
tItI
i m at
i m at
22
3
3
koc
poc
SS
II
注意：铭牌断流容量值所规定的使用条件。
若开关电器用在低于额定电压的回路中时，其断流容量可按下式换算
ocN
N
oc SU
US
.?
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13
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4.3 一次设备
4.3.1熔断器 (Fuse)
是一种简单的保护电器。串接在被保护电路中。
功能
1,短路保护
2.有时也作过载保护
组成：由熔体、熔体管和接触导电等部分组成。
FU
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4.3.1 熔断器
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熔断器的安秒特性：
熔断时间与通过电流大小的关系。反时限特性。
应用：小容量电气设备和对继电保护要求不高的电路：小电机、家用电器。
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类型及特点
– 1.户内型 （ RN 〕 固定式
– 2.户外型 （ RW 〕 跌落式
RN1 主要用作高压线路和设备的短路保护,也起过负荷保护。
RN2 用作高压互感器的短路保护 。
RN1,RN2灭弧能力很强，为”限流
“式熔断器 。
RW4 跌落式。可作 6～ 10kv线路和变压器的短路保护,其灭弧能力不强，为“非限流”式熔断器。
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保护对象：
35kV电压互感器；
2～ 10A,600MVA，
其它设备。
低压熔断器
– RM系列无填料封闭管式熔断器
– RL1型螺旋式熔断器
– RT0有填料密封管式熔断器
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主要参数：
（ 1）熔断器的额定电流。
长时通过熔断器，而不损坏各部分的最大电流。
（ 2）熔体的额定电流。
长时通过熔体，不熔断的最大电流。
（ 3）熔断器的极限断路电流。
能够断路的最大电流。
（ 4）熔断器的额定电压。
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（三）选择
1.其额定电压应符合线路或设备的额定电压。
2.熔断器额定电流 IN.FU和熔体的额定电流 IN.FE
的确定：
IN.FE≈(1.4~2.5) IC
IN.FE=(0.3~1.0) IN.FU
断流能力的校验，即：
（限流型，如 RN4 〕
（ 非限流型 〕
（对具有断流能力上下限的熔断器，如
RW4)
)2(
m i n
)3(
)3(
po f f
shFEo f f
pFEo f f
II
II
II
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－－熔断器最大分断电流。
－－熔断器最小分断电流。
－－熔断器安装点的三相短路电流。
－－熔断器安装点的三相短路冲击
电流。
－－熔断器所保护线路末端的两相短
路电流。
FEoffI?
min?offI
)3(pI
)2(pI
)3(shI
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4.3.2 高压开关
㈠ 断路器
作用通断正常负荷电流短路故障时，在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。能承受一定的短路电流。
特点,
具有较强的灭弧装置。断流能力很强,可以通断负荷电路。
QF
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型号（灭弧介质）：
油断路器 DW或 SN、压缩空气断路器 KW、
六氟化硫断路器 L,真空断路器 Z、自产气断路器 QW、磁吹断路器 C。
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类型
1.油断路器
(1)多油断路器：
开关触头在绝缘油中闭合和断开。
油作用：兼有灭弧和绝缘功能。
油量多，有易燃易爆危险。体积大，维护麻烦。可频繁通断负荷。趋于淘汰。
(2)少油断路器：
开关触头在绝缘油中闭合和断开。
油作用只作灭弧功能。
油量少，易燃易爆危险性较小。体积小，价廉，维护方便。不能频繁操作。 6～ 10kv多用。
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2.空气断路器
利用压缩空气吹动电弧，并使电弧熄灭。
特点：
灭弧能力强，分断时间短，断流容量大。
结构复杂，价贵，维护要求高。
适用：
多用于 110kv及以上大型电站或变电所及不适应采用六氟化硫断路器的高寒地区 。
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30
3.六氟化硫断路器开关触头在 SF6气体中 闭合和断开。
SF6气体兼有灭弧和绝缘功能。
灭弧能力为空气的 100倍。在均匀电场的情况下，
绝缘能力是空气的 2.5～ 3倍。 (相同压力下 )
特点,灭弧能力强，属高速断路器。
断流容量大，电绝缘性能好，检修周期长。可频繁操作。无燃烧爆炸危险，体积小，
维护要求严格，价贵。在全封闭组合电器中多采用。不适于高寒地区。
本身无毒，但电弧在高温作用下会生成氟化氢等强烈腐蚀性的剧毒物，检修时，
应注意防毒。
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32LW8-40.5型户外交流高压六氟化硫断路器
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4.真空断路器开关触头在真空的容器内 闭合和断开。
灭弧能力强燃弧时间短，属高速断路器。
开断能力强。结构简单，重量轻，体积小。寿命长，易维修。可频繁操作。无易燃易爆危险 。
由于开断速度高,易产生截流过电压,
对变压器等感性负载易造成危害，应配置过电压吸收装置 。
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35
(1)真空断路器的发展状况
目前国际上，真空断路器的设计、
制造领域里逐步形成了以德国西门子公司为代表的空气绝缘产品和以 ABB公司为代表的复合绝缘产品的两大派别。西门子公司的产品有 3AF,3AG及 3AH等系列产品 。 ABB公司的代表产品有 VD4。
国内生产的真空断路器归纳起来大致可分为三类：
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36
引进技术并国产化的产品。如 ZN12-12，
引进西门子 3AF； ZN18-12，引进日本东芝公司 VK系列产品； ZN21-12，引进比利时 EIB公司的产品技术； ZN67-12，引进日本三菱电机 VPR型真空断路器等。
在借鉴国外同类产品的基础上开发的产品，如,ZN63-12和 ZN65-12分别效仿 ABB
的 VD4和西门子 3AH。
自行设计的产品，如,ZN15-12,ZN28-
12,ZN30-12等。
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37ZN63A-12(VS1)户内交流高压真空断路器
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ZN28A-12系列户内交流高压真空断路器
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铭牌所列的技术数据
额定电压
额定电流
额定开断电流,不妨碍继续工作的最大电流
额定断流容量,开断能力综合参数
热稳定电流,能承受短路电流热效应的能力
动稳定电流,能承受短路电流力效应的能力
固有分闸时间,分闸线圈有电到触头分开的时间
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断路器操作机构
1,分类
（ 1）手动操作机构 （ CS〕
能手动和远距离跳闸，但只能手动合闸，不能自动合闸。操作电源为交流。
（ 2）电磁操作机构 （ CD〕
能手动和远距离跳合闸，适于自动化，
结构简单，零件数量少，工作可靠，制造成本低。 但需直流操作电源。 操作功率很大，影响到合闸速度的提高及机电寿命
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(3)弹簧储能操作机构 （ CT 〕
能手动和远距离跳合闸。断路器的合、分操作仅由功率很小的电磁铁控制，
所以对直流电源的要求不高，还可用交流电源操作，其速度特性和使用寿命都得到很大程度的改善。结构比较复杂，
零件数量多，且要求加工精度高，制造工艺复杂，成本高，产品的可靠性不易保证。利用弹簧机构储能，因而可实现一次重合闸。
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㈡ 高压隔离开关没有灭弧装置，不能接通和切断负荷电流。
作用：
– 1.隔离高压电源，便于工作人员检修。
– 2.有明显断口
– 3.接通和断开较小电流（不超过 2~5A）
类型：
1.户内型（ GN 〕 三相刀闸同一底座。
2.户外型（ GW〕 单柱式、双柱式、三柱式。
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型号：
QS
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㈢ 高压负荷开关具有简单的灭弧装置。
功能
1.能通断一定的负荷电流和过负荷电流，
不能切断短路电流故障。
2.必须与高压熔断器串联，借助于熔断器切除短路电流。
3.与隔离开关一样，具有明显的断开间隙，
也具有隔离电源，保证安全检修的功能。
应用：负荷容量不大、对继电保护要求不高、不太重要的电路中。
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（二）类型
1.户内型 ( FN )
2.户外型 ( FW )
固定产气式（ FN1,FW5 等 〕
压气式 （ FN2,FN3 〕
六氟化硫
真空式
QL
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FZRN21-12D/T125-31.5型户内交流高压真空负荷开关－熔断器组合电器
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㈣ 高压开关柜
按一定线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种高压成套配电装置。
用途作为电能接受、分配的通断和监视保护之用。
类型
1.固定式制造工艺简单，节省钢材，价格便宜，但体积较大防护等级较低
2.手车式维护方便，安全可靠，更换断路器容易占用建筑体积少，价格高等。
（通过产品型号格式来了解）
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型号
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54GG-1A(F)型固定式高压开关设备
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成套配电装置：集开关、测量、保护、辅助设备于一体的配电设置。
一次回路方案：指主回路中的各种开关、
互感器和避雷器等元件的接线。
编号,1~125
二次回路方案：指测量、保护、控制和信号装置的接线。
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57
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58KYN28A-12(Z)B型铠装移开式交流金属开关设备
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60XGN2-12(Z)箱型固定式交流金属封闭开关设备
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开关柜按供电装设了防止电气误操作的闭锁装置，即“五防”。
– 防止误跳、误合断路器。
– 防止带负荷分、合隔离开关。
– 防止带电挂地线。
– 防止带地线合闸。
– 防止误入带电间隙。
操作顺序合闸：先合隔离开关，后断路器分闸：先分断路器，后隔离开关
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4.4 低压一次设备
用来接通或断开 1000v以下的交流和直流电路的电气设备。
4.4.1 低压熔断器
常用的类型及特性
1.RM10 型低压无填料密闭管式熔断器结构：内壁采用易分解灭弧气体的纤维管、变截面熔体灭弧断流能力较差属非限流式熔断器。
结构简单，价廉及更换熔体方便。
较普遍地应用于低压配电装置中 。
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2.RT0 型低压有填料封闭管式熔断器
灭弧断流能力很强，具有限流作用。能实现短路保护和过负荷保护。
保护性能好，断流能力大，可应用在靠近电源的配电装置，但它多为不可拆式，熔体熔断后报废，
不经济。
应用：短路电流较大的低压电路中、配低压控制屏。
RS3型有填料封闭管式快速熔断器
主要作硅整流元件及其成套装置的短路或过负荷保护，灭弧断流能力很强，具有限流作用。
长期工作不老化、不误动作
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RTO(NATO)系列有填料封闭管式刀形触头熔断器
RTO（ NATO）适用于交流 50Hz，额定电压为 380V，或直流 400V，额定电流至 630A的工业电气装置的配电设备中作线路过载和短路保护之用。
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RS3(NAS3)系列
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4,RL1型螺旋式熔断器
– 结构：图 4-14。
– RS3型有填料封闭管式快速熔断器
主要作硅整流元件及其成套装置的短路或过负荷保护，灭弧断流能力很强，
具有限流作用。
长期工作不老化、不误动作
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4.4.2 低压开关和负荷开关
（一）刀开关作隔离电源之用。
不带灭弧罩的刀开关，只能在空载下操作。
带灭弧罩的刀开关,通断一定的负荷电流。
HD －－ 单投 HS －－ 双投
QK
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（二）低压刀熔开关和负荷开关由刀开关与熔断器组合而成。
例,HR3刀熔开关； HH封闭式负荷开关；
HK开启式负荷开关。
QKF
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4.4.3 低压断路器又称为自动空气开关、低压空气 开关
能带负荷通断，又能在短路、过负荷和失压等时自动跳闸。
（一）类型
1.按用途分
配电线路用；电动机保护用；照明线路用；漏电保护用。
2.按分断性能分一般型和限流型
3.按保护特性分选择型和非选择型。
4.按结构型式分塑料外壳式（装置式 〕 和框架式（万能式 〕 。
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型号
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74NA15(DW15HH)系列万能式断路器
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75DZ20系列塑料外壳式断路器
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NM1系列塑料外壳式断路器
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77C65断路器
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（二）结构
1.灭弧室
2.触头系统
3.脱扣器系统
–(1)失压脱扣器
–(2)过电流脱扣器电磁脱扣器,瞬时脱扣。
电磁脱扣器 +阻尼机构：
短时脱扣。
电子式过电流脱扣器：
三段保护特性 。
–(3)热脱扣器
–(4)分励脱扣器
– 由控制电源供电，
–实现远距离分闸。
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（三）过电流保护特性
有两段和三段保护特性
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80
（四 ) 主要规格及技术参数
（ 以 DW15-200,400,630系列为例）
断路器的额定短路通断能力、飞弧距离壳架等级额定电流
Inm(A)
额定短路分断能力 Ic
(有效值 )
一次极限分断能力 (有效值 )
最小额定短路接通能力 (
峰值 )n× Ic
飞弧距离
(mm)
380V 660V 1140V
试验程序 P-2
380V 试验程序
380V
660V 1140V
Ic
(KA) cosφ
Ic
(KA) cosφ
Ic
(KA) cosφ
Ic
(KA) cosφ
200 20 0.3 10 0.5 - - oco_co 50 0.25 co 2.0× Ic 250
400 25 0.25 15 0.3 10 0.5 oco_co 50 0.25 co 2.0× Ic 250 350
630 30 0.25 20 0.3 12 0.3 oco_co 50 0.25 co 2.0× Ic 250 350
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断路器额定短延时分断能力壳架等级额定电流
Inm(A) 延时时间 (S)
短延时分断能力 (有效值 )KA
飞弧距离 (mm)
380V 660V
200 0.2 5 5 250
400 0.2 8 8 250
630 0.2 12.6 10 250
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用途选择型过电流脱扣器 非选择型过电流脱扣器电子式电子式热 —电磁式长延时 短延时 瞬时 长延时 瞬时 长延时 瞬时配电用 (0.4-1)In (3-10)In (10-20)In (0.4-1)In (3-10)In (0.64-1)In 10In不可调式保护电动机用 - - - (0.4-1)In (8-15)In (0.64-1)In 12In不可调式过电流脱扣器动作电流整定值范围
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83
4.4.4 智能化低压电器智能断路器、智能电动机保护器、
智能接触器等智能电器元件随智能型配电网络系统应运而生。以 DW40、
DW45,DZ40,S,CJ40,M,F,3TF
等产品为代表，产品性能优良、工作可靠、体积小、电子化、智能化、组合化、
模块化、多功能化。
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（一）智能断路器
1.特点：
(1)保护功能多样化除了可同时具有长延时、短延时、
瞬时的三段保护功能以外，还具备过压、
欠压、断相、反相、三相不平衡、逆功率及接地保护 (第四段保护 )以及屏内火灾检测预报警等功能，甚至于可做到一
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85
(2)选择性强其保护的选择性，灵活性及重复误差都很好，加之它的各种保护功能和特性可以全范围调节，因此可实现多种选择性：
可任意选择动作特性。
可任意选择保护功能。
便于实现极联保护协调，实施区域选择性连锁，实现良好的极间协调配合。
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(3)具备通讯功能既能从操纵者那里得到各种控制命令和控制参数又能通过连续巡回检测对各种保护特性、运行参数、故障 信息进行直观显示，还可与中央计算机联网实现双向通讯，实施遥测、遥讯、遥控、人机对话功能强，操作人员易于掌握，避免误动作。
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(4)显示与记忆智能化断路器能显示三相电压、电流、
功率因数、频率、电能、有功功率、动作时间、分断次数以及预示寿命等，能将故障数据保存，并指示故障类型、故障电压、电流等，起到辅助分析诊断故障的作用。
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88
(5)故障自诊断，预警与试验功能可对构成智能断路器的电子元器件的工作状态进行自诊断，当出现故障时可发出报警并使断路器分断。预警功能使操作人员能及时处理电网的异常情况。微处理器能进行,脱扣,和
,非脱扣,两种方式试验，利用模拟信号进行长延时，短延时，瞬时整定值的试验，还可进行在线试验。
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2.组成及工作原理
(1)实时检测电流传感器、实心和空心电流互感器
(2)微处理器及其外围接口智能脱扣器的核心部分，对现场信号进行实时处理，存储、判别，对不正常因素进行监控等。
(3)执行元件执行元件是磁通变换器，其磁路全封闭或半封闭，正常工作时靠永磁铁保证铁心处于闭合状态，脱扣器发出脱扣指令时，线圈通过的电流产生反磁场抵销了永磁体的磁场，
动芯靠反弹簧动作推动脱扣件脱扣。
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90NA1系列智能型万能式低压断路器
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91
4.4.5 低压配电柜
按一定线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种低压成套配电装置。
类型：可分为固定式和抽屉式
（一）固定式
PGL1 已淘汰。
PGL2 还在中小型配电系统中使用。
GDL1,GDL2,GDL3在电力系统用得较多，民用建筑仅用于三级及容量较小的二级负荷系统中 。
GGL,GGD等也使用较多。
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92
（二）抽屉式
外形紧凑，操作安全，易于检修与维护，更换故障开关容易，缩短故障开关停电时间。
常用的有 GCK及 GCL型及模数制的抽屉开关柜。
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93GGD(NGG1)型低压固定式开关柜
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94
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95NMNS(NGC3)型低压抽出式开关柜
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96
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97
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98
4.4.6 低压一次设备的选择
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99
4.5 电力变压器
T
4.5.1 变压器常用类型
（一）电力变压器类别
1.按绕组导体分铜绕组,铝绕组 L
2.按绕组绝缘类型分
(1) 油浸式 J：广泛用作电力变压器，与干式相比，
具有较好的绝缘和散热性能，价廉，不宜用于易燃、易爆场所。
(2)干式 G,C：
用浇注的环氧树脂作为绝缘和散热介质，结构简单体积小，重量轻，安全防火要求高的场所，
广泛用于民用建筑。
(3)冲气式：多为六氟化硫
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100
ZGS11-H(Z)·R-200~1000/10系列卷铁心组合式变压器
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101
ZGS11-H(Z)·R-200~1000/10系列卷铁心组合式变压器
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102
S11-M·R-30~1000/10系列三相卷铁心全密封配电变压器
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103
YBM29A小型化预装式变电站
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104
3,按容量系列分采用国际通用的 R10容量系列。
例,100,125,160,200,250,315,400,500，
630,800,1000,1250,1600,2000,2500KVA。
（二）电力变压器型号
26.11010 10R
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105
（三）电力变压器的联结组别
6～ 10KV变压器在其低压侧为三相四线制系统时，其联结组别有 Y,yn0和
D,yn11 两种。
D,yn11较 Y,yn0优点：
更有利于抑制高次谐波。
更有利于单相短路接地故障的切除。
承受单相不平衡负荷能力强。
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106
4.5.2 电力变压器的容量和过负荷能力
（一） 实际容量变压器的额定容量（铭牌容量 〕,是在规定的环境温度下（最高日平均气温 300C,最高 年平均气温 200C，最高气温 400C），在规定的使用年限（ 20年 〕 内所连续输出的最大视在功率。
否则要进行温度修正，即：
年平均气温 每升高 10,变压器容量相应的减小 1%，若每降低 10,变压器容量相应的增加
1% 。 这就是 1%原则 。
TNTN
av
T SKSS
.)100
201(
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107
由于实际负荷是变化的，而且多为欠负荷，绝缘老化速度，较额定时慢，相当于延长使用寿命，储备了一定的过负荷能力。
（二）正常过负荷
昼夜和季节负荷不均匀，允许过负荷。
户内变压器
户外变压器
TNTNOLOLT SSKS 3.1)(
TNTNOLOLT SSKS 2.1)(
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108
（三）事故过负荷
在事故情况下，允许短时间较大幅度过负荷，但运行时间不能超过规定值。
（见表 〕
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109
4.5.3 变电所主变压器选择
（一）选型的原则
应选用节能型的油浸及干式变压器 。
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110
（二）台数的选择
据负荷性质 -----可靠性要求一、二级负荷，宜选用两台，互为备用。
二级负荷（无一级负荷 〕 时，也可采用一台，
但在低压侧应与其它备用电源联络。
– (1)明备用：两台变压器均按 100%负荷选择，
一台工作，一台备用。
– (2)暗备用：每台变压器的容量均按最大负荷的 70%来选择，正常情况下两台变压器都参加工作，每台变压器承担 50%最大负荷
考虑经济运行季节负荷较大时，可装二台 以上的变压器 。
考虑负荷大小
– 车间原则上一台，总负荷过大可装两台，避免故障影响大。
考虑负荷的发展
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111
（三）容量的选择
(1)单台变压器
–
－－变压器最佳负荷率，一般为 70%~80% 。
－－补偿后的平均功率因数。
(2)两台变压器任一台变压器单独运行时，应满足一二级负荷的需要。
2c o s cTN PS
2cos?
cTN SS
cTN SS 7.0
ⅡⅠ cTN SS
取大者。
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112
(3)容量上限
车间变压器，变压器不宜超过 1600~2000
KVA。
二层楼以上的干式变压器其容量不宜大于
630KVA
居民小区变电所的配电变压器单台不宜超过 630KVA。
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113
（四）工 厂供电系统的方案比较
供电系统方案比较包括：技术与经济的比较
技术指标：
可靠性；电能质量；运行；维护及修理的方便及灵活程度；自动化程度；建筑设施的寿命；占地面积；新型设备的利用等。
经济指标：
投资费及年运行费。
– 投资费 Z：设备的综合造价指标，建筑物投资
– 年运行费 F：折旧费、维护费、管理费、年电能损耗费、基本电价。
设计时拟定几套设计方案，通过技术指标比较，找出较好方案，再进行经济比较。
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114
估计两个不同方案的经济效益时，可根据投资及年运行费计算回收期。
其中,Z1,Z2——第一及第二方案的投资
F1,F2——第一及第二方案的运行费用
一般回收期小于五年，应选择投资大的方案；反之选投资少的方案。
21
12
FF
ZZ
N
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（五）电力变压器并联运行条件
一、二次电压必须对应相等；
阻抗电压（短路电压）必须相等；
连接组别必须相同。
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4.6 电流互感器和电压互感器
功能,
– 使仪表、继电器与主电路绝缘，保证安全。
– 扩大仪表、继电器的使用范围。
– 标准化，小型化
电流互感器
– 将一次侧大电流变换为小电流（ 5A）
电压互感器
– 将一次侧高电压变换为小电流压（ 100V）
TA
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4.6.1电流互感器
1）结构特点：
一次绕组匝数少，截面粗；二次匝数多，导体细。
二次设备（仪表、继电器）的电流线圈阻抗很小，接近短路状态工作。
一次与二次为减极性连接
电流互感器的变比电流互感器二次额定电流为
5A或 1A
1
2
2
1
N
N
I
IK
i
TA
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2）分类：
– 按一次绕组分：单匝式 D、多匝式 F
– 按用途分,测量用：准确度 0.1,0.2,0.5,1,3,5。
– 保护用,3P,5P,10P。
– 按电压分：高压,多制成两个铁芯、二个二次绕组，分别接仪表、继电器。
低压
3）型号,
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3）型号：
LQJ-10/200-0.5
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4）接线方案
1.一相式接线适用于负荷平衡的三相线路，供测量电流或接过负荷保护装置。
2.两相 V形适用于中性点不接地的三相三线制线路。
供测量三相电流和电能，并可接过电流保护装置。
3.两相电流差接线适用于中性点不接地的三相三线制线路。供接过电流保护装置之用。
4.三相 Y形接线适用于三相四线制及中性点直接接地的三相三线制线路，供测量及保护用。
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5）使用注意事项
– 电流互感器在工作时，其二次侧不得开路。
– 电流互感器的二次侧有一端必须接地。
– 电流互感器在连接时，注意其端子的极性。
6）电流互感器主要参数
– 额定电压
– 额定电流（二次侧额定电流一般为 5A或 1A）
– 准确度等级、
– 二次额定容量、
– 10%倍数
– 热稳定及动稳定电流倍数。
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7）选择和校验
1.按装置地点的条件和额定电压，一次电流、二次电流 （ 5A〕,准确级等选择。
2.注意电流互感器准确级与二次负荷容量有关，即二次负荷 S2不得大于准确级对应的额定二次负荷 S2N。
3.动热稳定校验
i m aNs tIIK
3
11
3
12 shiIK Nes?
Kes动稳定倍数
Kts热稳定倍数
22 SS N?
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4.6.2 电压互感器
1）结构特点：
一次绕组匝数很多，截面细；二次匝数少。
二次设备（仪表、继电器）的电压线圈阻抗很大，接近开路状态工作。
一次与二次为减极性连接
电压互感器的变比电压互感器二次额定电压 为 100V
2
1
2
1
N
N
U
UK
u
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2）类型
分单相、三相
油浸式、环氧树脂浇注
广泛采用环氧树脂浇注绝缘的干式互感器。
例 JDZJ－ 10
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3）接线方案
一个单相电压互感器接成 V/V形
适用于电压对称的三相线路，供仪表、
继电器接于一个线电压。
两个单相电压互感器接成 V/V形
适用于三相三线制线路，供仪表、继电器接于各个线电压，广泛用于高压系统中，
作为电压、电能测量。
三个单相电压互感器接成 Y0/Y0形适用于三相三线制和三相四线制，可供接要求线电压的仪表、继电器，并可供接要求相电压的绝缘监察电压表。
三个单相三绕组电压互感器或一个三相五芯柱三绕组电压互感器接成 Y0/Y0/△ （开口三角 〕
形。
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4）使用注意事项
– 电压互感器在工作时，其二次侧不得短路。
– 电压互感器的二次侧有一端必需接地。
– 电压互感器在连接时，也要注意其端子的极性 。
5）电压互感器的主要参数
– 额定电压（二次侧为 100V）
– 准确度等级
– 二次额定容量。
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6）选择及校验
1.按装置地点的条件和一次电压、二次电压 （ 100V〕,准确级等选择。
2.有熔断器保护，不需校验短路电流的稳定度。
3.准确级与二次负荷的容量有关。
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4.7 工厂变配电所的主接线图
主接线图
– 是指电能输送和分配线路与主变压器之间的接线，亦称一次电路图。
基本要求
– 安全性
– 可靠性
– 灵活性
– 经济性
主接线图两种绘制形式
– 系统式主接线图：反映电能传递过程的电路连接
– 装置式主接线图：反映设备排列位置
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4.7.1 高压配电所的主接线特点,10kV双电源进线，配出与进线电压相同
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4.7.2 车间和小型工厂变电所的主接线
车间变电所电缆进线架空进线，加避雷器，
防雷电入侵波
315kva
315~500kva
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小型工厂变电所主接线图
1）线路 -变压器组结线 （单台变压器）
适用：三类负荷
– a、用隔离开关作进线开关：
– 适用线路短，变压器容量小的情况（露天变电所变压器容量在 1000KVA及以下。室内变电所,变电所变压器容量在
315KVA及以下。）
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–b、用熔断器负荷开关作为进线开关：
适用线路长，容量小（变电所变压器容量在 630KVA及以下）
–如：农村、小型企业。
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–c、用隔离开关、断路器作为进线开关：
–适用线路长，容量大。如：
中型企业。
–d、双电源、单变压器
适用线路长，容量大，二级负荷
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2）装两台主变压器的小型变电所主接线图
– 高压无母线，低压单母线分段
– 高压单母线，低压单母线分段
– 高压单母线分段，低压单母线分段
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4.7.3 工厂总降压变电所主接线图
断路器通断的 线路 --变压器组 （ 图 4-68）
– 适用三级负荷
– 简单、便于自动化控制、
无人值守的变电所。
桥式接线
单母线分段
双母线
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桥式接线可靠性高，两个电源，两台变压器。
分为：内桥、外桥和全桥
a、内桥结线：图 4－ 69。
优缺点
– 切换线路方便、设备投资较少
– 切换变压器不便适用对象
– 电源线路较长，负荷稳定的一、二级变电所。
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b、外桥结线：图 4－ 70
优缺点
– 切换变压器方便、设备投资较少
– 切换线路不便适用对象电源线路较短，负荷不稳定
（昼夜变化大）的一、二级变电所
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c、全桥结线：图 4－ 711
优缺点
– 切换变压器方便
– 切换线路方便
– 设备投资大适用对象电源线路较长，负荷不稳定的一、二级变电所
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比较
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单母线分段 图 4－ 71
可靠性高、运行灵活适用：一、二次侧进出线较多的总降压变电所。
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双母线结线：图 4－ 72
可靠性高、运行灵活；操作麻烦、投资大
适用：大容量变电所,220V以上的线路。
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实例
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举例
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4.8 变配电所的所址、布置及安装图
4.8.1变电所的位置确定
要求：布局合理、供电可靠、供电质量、经济性。
– 考虑负荷性质、大小和技术经济比较等。
确定原则
（ 1）总降压变电所的位置应尽量接近负荷中心，同时还要考虑电源的进线方向；
（ 2）运输条件好，便于变压器和用电设备的搬运；
（ 3）应远离产生剧烈震动的大型设备或车间，使变电所安全运行；
（ 4）应选择地下水位较低的场所，防止电缆沟积水；
（ 5）应选择在各种污染源的上风侧；
（ 6）与其它建筑物有一定防火间隔；
（ 7）考虑其发展余地。
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4.8.2 变电所的总体布置
布置 要求：
– 便于运行维护
– 保证运行安全
– 便于进出线
– 节约土地和建设费
– 留有发展余地
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示例
高压配电室
电力变压器室
低压配电室
高压电容器室
控制室
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组合式变电所
将成套变配电装置布置在一房间内。
高压开关柜变压器柜低压开关柜
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第四章小结
了解开关电弧的灭弧条件
掌握灭弧方法
掌握高低压电器设备的选择原则和方法
（尤其是变压器、断路器、互感器的使用、
方案比较等）
掌握变配电所供配电系统图的拟定和绘制
重点：变压器、断路器选择供配电系统图拟定和绘制
难点：供配电系统图拟定
