15887873230第二节 供 电 知 识
一、变、配电所高、低压设备结构
在第二章第五节已介绍了变、配电所常用高、低压设备的种类及用途，这里主要介绍它们的结构。
1.高压断路器
（1）高压断路器的结构 其外形结构如图7-11 所示。这种断路器由框架、传动部分及油箱等组成，其中油箱是主要部分，在油箱中有导电杆（动触头）、灭弧室、静触头和油气分离室等，灭弧室是关键部件。正常情况下，灭弧室中充满了绝缘油，当断路器断开时，动、静触头间产生电弧、使绝缘油汽化产生很大的压力，随着动触头由上向下运动，灭弧室内相断发生对电弧的横吹及纵吹作用，并使电弧不断地与下面的冷油接触，从而产生很强的灭弧能力。灭弧过程中产生的油气混合物通过油气分离室，利用离心作用将油、气分离，油重新回到油箱，气体则从顶部排出。
（2）断路器的操作机构 断路器的合闸与分闸都是利用操作机构来实现的。常见的操作机构有手动式、弹簧式、电磁式等。这里介绍 CD10型电磁式操作机构，如图 7--12 所示。
在 CD10 型操作机构内部有一套四连杆机构，当断路器处于合闸状态时，四连杆机构是平衡的。当跳闸线圈得电或手动跳闸时，破坏了平衡，从而使断路器在分闸弹簧作用下跳闸，并带动操作机构内的辅助触点动作。当合闸时，合闸铁心上顶，将四连杆机构重新恢复平衡位置，并使辅助触头动作，拉伸分闸弹簧。
2. 高压隔离开关
（1）高压隔离开关的类型 高压隔离开关按安装条件不同，可分为户内型和户外型两种主要型式，也可按极数不同分为单极和三极两种。典型的高压隔离开关有 GW1—12 型户外高压隔离开关、GN2—10~35 系列户内高压隔离开关、GN19—12（C）型户内高压隔离开关、GN22—12（C）型户内高压隔离开关等。GN2—35 户内高压隔离开关结构如图7—13 所示。
高压隔离开关由于没有灭弧装置，不能安全地接通或分断负荷电流，因此主要用作安全隔离。具体应用在以下几个方面∶
1）隔离电源 在需要检修或分断的线路、设备和运行带电的线路、设备之间形成一个明显的断开点，确保检修或工作的安全。
2）切断母线 在有电压而无负荷的情况下，通过隔离开关将设备或线路从一组母线换接到另一组母线上。
3）接通或断开母线、电压互感器和避雷器等小容量的空载电路，或其他电容电流不超过5 A 的空载线路。
（2）高压隔离开关的正确选用
1）型号含义 高压隔离开关的型号一般由产品型号和规格数字两大部分组成，中间用"/""隔开。其中产品型号必须包括产品字母代号、安装场所、设计序号、额定电压（kV）等内容;规格数字必须包括额定电流、额定短时耐受电流等内容。GN19— 12C/400—12.5 型户内交流高压隔离开关型号的具体含义如图7—14 所示。
2）选配说明 高压隔离开关的选择应根据其额定电压、额定电流、安装条件等因素考虑，并进行短路时的动、热稳定校验。
GW1—12 型户外高压隔离开关适用于装在户外12 kV 线路上，供线路在有电压，无负载时分合电路之用。分带接地刀和不带接地刀两种形式。带接地刀的开关，配用合适的 CS系列操作机构，可防止带电挂接地线和带接地线闭合隔离开关等误操作，操作人员也不必另挂接地线。另外，这种系列的隔离开关有普通型和防污型两种。其中防污型隔离开关能满足较严重污秽地区的要求，可有效解决隔离开关在运行中出现的污染问题。
GN2—10~35 系列户内高压隔离开关用于额定电压为10~35 kV的电力系统中，作为电压无负载的情况下分、合电路用。通常，额定电流2 000 A 及以下的隔离开关配用 CS6-2T型手动操动机构，额定电流为3 000 A的隔离开关配用 CS7型手动操动机构。
GN19—12 （C）型户内高压隔离开关用于额定电压12 kV 及以下电力系统中。配用 CS6-1 型手动操动机构，作为在有电压而无负载情况下分、合电路之用，也有派生产品如防污型、高原型、可加装带电显示装置等。
GN22—12（C）型户内高压隔离开关适用于三相交流 50 Hz，额定电压 12 kV的户内装置。供高压设备在有电压而无负载的情况下接通、切断或转换线路用。要求安装场所没有火灾、易燃物、易爆物、严重污秽物、化学腐蚀物及剧烈振动。
3. 高压负荷开关
图 7—15是 FN3—10RT 型高压负荷开关，带有熔断器及热脱扣器，其上端绝缘子内部是一个气缸，活塞与操作机构同轴联动，其功能类似打气筒，故具有一定的灭弧能力，可分、合正常负荷电流及一般过负荷电流。
4. 高、低压熔断器
在6～10 kV系统中，广泛采用的高压熔断器有户内式 RN1、RN2 型管式熔断器（见图7—16）和户外式 RW4型跌落式熔断器（见图7—17）。户内式高压熔断器管内充满了石英砂，有三根工作熔体，其中两根熔体上焊有小锡球，它是利用"冶金效应"降低该处铜熔丝的熔点，从而在过载及短路时能熔断，提高了保护灵敏度。
户外式RW4 型熔断器既有熔断器的功能，也具有隔离开关的功能。正常情况下，利用熔丝的张力，动静触头间可以锁紧，从而接通电路。当线路发生短路时，熔丝熔断，熔管回转跌开形成明显的断点，同时消弧管在电弧的作用下产生大量的气体，从管子两端排出，对电弧产生吹弧作用。这种熔断器灭弧能力不如户内式强，灭弧速度也不快。
低压熔断器的种类很多，主要有瓷插式（RC）、螺旋式（RL）、密闭管式（RM）、有填料管式（RT）等，如图7-18～图7—21所示。
RC 瓷插式熔断器由瓷底座、瓷插件、动触点、静触点及熔体组成，当熔体熔断后，从瓷底室中拔出瓷插件即可更换熔体。熔体有铅锡合金圆线（30 A以下）、铜圆单线（30～100 A）和变截面冲制铜片（120~200 A）三种形式。—- 136-
RM 密闭管式熔断器由熔管、熔体和插座三部分组成。当熔体熔断后，可将熔管拔下并装入新熔体，检修方便，恢复供电较快。
RL螺旋式熔断器由底座、瓷帽、瓷套、熔芯等组成。熔芯内装有熔体、石英砂和熔断指示器。当熔体熔断时，指示器跳出，可以通过瓷帽上的玻璃窗口观察。更换时，必须将整个熔芯一起换掉。另外还有一种 RLS 型螺旋式熔断器，它熔断时间很快，称为快速熔断器，是专门用于半导体整流装置的短路保护。
RTO 有填料式熔断器，由底座和熔断体两部分组成。熔断体由熔管、指示器、石英砂填料、触刀和熔体组成。当熔断器熔断时，指示器会弹出，更换熔断体应采用专门的绝缘操作手柄来进行操作。
5.低压断路器
低压断路器是低压配电网络和电力拖动系统中常用的一种配电电器。它不但能用于正常工作时不频繁地接通和断开电路，而且当电路中发生短路、过载和失压等故障时，能自动切断故障电路，保护线路和电气设备。常用低压断路器主要有塑壳式断路器和漏电断路器两种。
（1）塑壳式断路器 塑壳式断路器结构紧凑、重量轻，适于独立安装，多用作支路保护开关。在电力拖动控制系统中常用的低压断路器是 DZ15 系列塑壳式断路器。其他目前常用的低压塑壳断路器如西门子3VT系列断路器、施耐德 NSX 系列断路器、上海人民电器 CXM1 系列断路器、德力西 CDM1 系列断路器等。
塑壳式低压断路器如图7—22 所示。低压断路器主要由触点系统、各种脱扣器和操作机构等部分组成。外壳上有"分"按钮和"合"按钮以及触点接线柱。按下"合"按钮，搭钩钩住锁扣，使三对触点闭合;按下"分"按钮，搭钩松钩，触点分断。大容量的塑料外壳式断路器也可增加欠压脱扣器、分励脱扣器和电动传动操作机构等。
塑壳式断路器保护原理是;当电路发生短路或严重过载时，电磁脱扣器会吸引衔铁，使触点分断。当发生一般过载时，电磁脱扣器不动作，但发热元件会使双金属片受热弯曲变大，推动杠杆使触点断开。欠压脱扣器与电磁脱扣器恰恰相反，当电路正常工作时，衔铁吸合;当电源电压降到某一值时，欠压脱扣器的衔铁释放，杠杆被撞击而导致触点分断。
塑壳式断路器的主要参数有∶额定电压、额定电流、极数、脱扣器类型及其额定电流、整定范围、电磁脱扣器整定范围、主触点分断能力等。这里只介绍额定电压和额定电流。
1）额定工作电压 断路器的额定工作电压是指与分断能力及使用类别相关的电压值。对多相电路是指相间的电压值。
2）额定绝缘电压 断路器的额定绝缘电压是指设计断路器的电压值，电气间隙和爬电距离应参照这些值而定。除非型号产品技术文件另有规定，额定绝缘电压是断路器的最大额定工作电压。在任何情况下，最大额定工作电压不应超过绝缘电压。
3）壳架额定电流 断路器的壳架额定电流通常用尺寸和结构相同的框架或塑料外壳中能装入的最大脱扣器额定电流表示。
4）断路器额定电流 断路器额定电流就是额定持续电流，也就是脱扣器能长期通过的电流。对带可调式脱扣器的断路器是指可长期通过的最大电流。
在选择低压断路器的时候，应遵从以下原则∶
①断路器的额定工作电压≥线路额定电压。
②断路器的额定电流≥线路计算负载电流。
③断路器的额定短路通断能力≥线路中可能出现的最大短路电流。
④线路末端单相对地短路电流≥1.25 倍断路器瞬时（或短延时）脱扣器整定电流。
⑤欠电压脱扣器的额定电压应等于线路的额定电压。
（2）漏电断路器
漏电断路器，又称剩余电流保护断路器，有电磁式电流动作型、电压动作型和晶体管（集成电路）电流动作型等，常用漏电断路器外形如图 7—23 所示。
1）电磁式漏电断路器工作原理 电磁型漏电断路器原理如图7—24 所示。其结构是在一般的塑壳断路器中增加一个能检测剩余电流的感受组件（检测电流互感器）和剩余电流脱扣器。在正常运行时，各相电流的相量和为零，检测电流互感器二次侧无输出。当出现漏电（剩余电流）或人身触电时，则在检测电流互感器二次线圈感应出剩余电流。漏电断路器受此电流激励，使断路器脱扣而断开电路。
2）电子式漏电断路器工作原理 电子式（DZ15CE 型）漏电断路器原理如图7-25 所示。
图中KA为电磁铁线圈，漏电时可驱动闸刀开关 KA 触头断开，每个桥臂用两只 1N4007串联以提高耐压。R3、R4 阻值很大，所以KA触头合上时，流经 KA 线圈的电流很小，不足以造成KA触头断开。R3、R4为晶闸管 VZ1、VZ2 的分压电阻，以降低对可控硅的耐压要求。K 为试验按钮，起到模拟漏电的作用。按压试验按钮 K，K接通，相当于火线对地有漏电，这样，穿过磁环的三相电源线和零线的电流的矢量和不为零，磁环上的检测线圈的两端就有感应电压输出，此电压立即触发 VZ2 导通。由于C2预先有一定电压，VZ2 导通后，C2便经 R6、R5、T2 放电，使 R5 上产生电压触发 VZ1导通。VZ1、VZ2 导通后，流经KA线圈的电流增大，使电磁铁动作，驱动开关触点KA断开。用电设备漏电引起电磁铁动作的原理与此相同。R1 为压敏电阻，起过压保护作用。
由于漏电断路器实际上是在塑料外壳式断路器上加一个漏电保护脱扣器构成的，所以选择漏电断路器时，其断路器部分的选用条件和一般交流断路器相同，而漏电保护脱扣器部分，则应选择合适的漏电动作电流。如果重点是进行人身保护，那么选用漏电动作电流30mA 以下的断路器较为安全;如果重点是保安防火，则可考虑选用50～100 mA的断路器。
此外还应注意漏电断路器的触头有两种类型∶一类触点有足够的短路分断能力，可以担负过载和短路保护的职责;另一类触点不能分断短路电流，只能分断额定电流和漏电电流。选择这一类剩余电流保护断路器时，则应另行考虑和熔断器配合使用作短路保护。
二、电力变压器的并联运行
为了提高变压器的利用率及改善系统的功率因数，提高系统运行的可靠性，很多变电所采用两台或两台以上的电力变压器并联运行的方式。并联运行的变压器必须满足如下条件∶
1）参加并联的变压器，它们的一次、二次电压应相等，即电压比应相等。
2）各变压器的短路阻抗电压应相等。
3）三相变压器属于同一联结组别。
上述三条条件中要做到电压比和短路电压完全相等是不容易的，允许有极小的差别，但联接组别不允许有差别。此外，变压器的并联运行，还要注意负载分配的问题。一般投入并联运行的各变压器中，最大容量与最小容量之比不超过3∶1。
三、变、配电所平均功率因数的确定方法
变、配电所的平均功率因数通常根据一段时间内（如一个月、一年）的有功及无功电能表的读数来进行计算，公式如下∶
四、提高功率因数的意义及方法
企业功率因数偏低，将造成许多不良影响∶
1）降低发电机的输出功率，使发电设备效率降低。
2）降低变电、输电设备的供电能力。
3）网络功率损耗增加。
4）加大线路中的电压损失，降低供电质量。
可见，提高功率因数具有重要意义，在工业企业中存在大量的感性负载，它们消耗了大量的无功功率，要提高功率因数，必须针对这些设备采取措施。应尽量提高企业的自然功率因数，可采取下列措施∶
1）提高感应电动机的检修质量，防止定子与转子间气隙过大。
2）合理选择电动机、变压器容量，使其在尽量接近最佳负荷率下运行。电动机接近满载，变压器负荷率在 75% 左右较合适。
3）采用技术措施降低轻载设备的外加电压，如将△接线的电机改为Y接线，切断空载设备电源等。
4）在工艺条件容许的情况下，尽量采用同步电动机代替异步电动机。
在采取各项措施后，若功率因数仍达不到规定值，就应采用人工无功补偿，目前常用的方式有∶
1）采用同步电动机补偿。
2）采用移相电容器补偿。
