電氣設計丨供配電系統的主要電氣設備以及低壓配電系統的接地型式

2020-12-03 電氣設計狄老師

一、低壓配電系統的接地型式

1.TN系統接線

TN—C系統:整個系統的中性線N與保護線PE是合一。

TN—S系統:整個系統的中性線N與保護線PE是分開。

TN—C—S系統:系統中有一部分線路的中性線N與保護線PE是合一。

2.TT系統:

TT系統是中性點直接接地的三相四線制系統中的保護接地方式。配電系統的中性線N引出,但電氣設備的不帶電金屬部分經各自的接地裝置直接接地,與系統接地線不發生關係。當發生單相接地、機殼帶電故障時,通過接地裝置形成單相短路電流,使故障設備電路中的過電流保護裝置動作,迅速切除故障設備,減少人體觸電的危險。

3.IT系統

IT系統是在中性點不接地或經阻抗接地的三相三線制系統中採用的保護接地方式,電氣設備的不帶電金屬部分直接經接地體接地。

二、供配電系統的主要電氣設備

供配電系統中擔負輸送和分配電能任務的電路,稱為一次電路,也稱主電路。 (樹上鳥教育電氣設計培訓)

供配電系統中用來控制、指示、監測和保護一次電路及其中電氣設備運行的電路稱為二次電路,通常稱為二次迴路。相應地,供配電系統中的電氣設備可分為兩大類:一次電路中的所有電氣設備,稱為一次設備;二次迴路中的所有電氣設備,稱為二次設備。

供配電系統的主要電氣設備是指一次設備。一次設備按其功能可分以下幾類。

(1) 變換設備:指按系統工作要求來改變電壓或電流的設備,例如電力變壓器、電壓互感器、電流互感器及變流設備等。

(2) 控制設備:指按系統工作要求來控制電路通斷的設備,例如各種高低壓開關。

(3) 保護設備:指用來對系統進行過電流和過電壓保護的設備,例如高低壓熔斷器和避雷器。

(4) 無功補償設備:指用來補償系統中的無功功率、提高功率因數的設備,例如並聯電容器。

(5) 成套配電裝置:指按照一定的線路方案的要求,將有關一次設備和二次設備組合成一體的電氣裝置,例如高低壓開關櫃、動力和照明配電箱等。

供配電系統中主要一次設備的圖形符號和文字符號如表4-1所示。

三、常用電力變壓器的種類

(1)按相數分類:有三相電力變壓器和單相電力變壓器。

大多數場合使用三相電力變壓器,在一些低壓單相負載較多的場合,也使用單相變壓器。

(2)按繞組導電材料分類:有銅繞組變壓器和鋁繞組變壓器。

目前一般均採用銅繞組變壓器。

(3)按絕緣介質分類:有油浸式變壓器和乾式變壓器。

普通油浸式變壓器、全密封式、乾式變壓器有不易燃燒、不易爆炸的特點,特別適合在防火、防爆要求高的場合使用,絕緣形式有環氧澆注式、六氟化硫(SF6)充氣式等。

1.常用變壓器的容量系列

我國目前的變壓器產品容量系列為R10系列,即變壓器容量等級是按為倍數確定的,如:100kVA、125 kVA、160 kVA、200 kVA、250 kVA、315 kVA、500 kVA、630 kVA、800 kVA、1000 kVA、1250 kVA、1600 kVA等。

(小型≤1600;中型1600~6300;大型8000~63000;特大型>63000)

2.變壓器的運行方式

(1)正常運行方式:額定參數及以下運行,可長期運行;

(2)正常過負荷運行方式:負荷超過允許值時的運行,在絕緣和壽命不受影響的前提下,允許運行一定時間;

(3)事故過負荷運行方式:當電力系統發生事故時,為保證供電可靠性,變壓器允許短時過負荷的能力。

四、高壓斷路器

高壓斷路器(QF)是帶有強力滅弧裝置的高壓開關設備,是供配電系統中重要的開關設備,它能夠開斷和閉合正常線路與故障線路,主要用於供配電系統發生故障時與保護裝置配合自動切斷系統的短路電流。

1.高壓斷路器的分類

高壓斷路器通常按照滅弧介質分類,主要有:

真空斷路器 SF6(六氟化硫)斷路器

2.斷路器的操動機構

根據斷路器合閘時所用能量形式的不同,操動機構可分為以下幾種。

(1)手動機構(CS型)。指用人力進行合閘的操動機構。

(2)電磁機構(CD型)。指用電磁鐵合閘的操動機構。

(3)彈簧機構(CT型)。指事先用人力或電動機使彈簧儲能實現合閘的彈簧合閘操動機構。

(4)電動機機構(CJ型)。指用電動機合閘與分閘的操動機構。

(5)液壓機構(CY型)。指用高壓油推動活塞實現合閘與分閘的操動機構。

(6)氣動機構(CQ型)。指用壓縮空氣推動活塞實現合閘與分閘的操動機構。

五、其它高壓開關設備

1. 高壓隔離開關(QS)

2. 高壓負荷開關(QL)

3. 高壓熔斷器(FU)

1、高壓隔離開關的作用

1.隔離電源,確保檢修安全;

2.倒閘操作,改變運行方式;

3.分、合小電流。主要作如下操作:

(1)分、合避雷器、電壓互感器和空載母線;

(2)分、合勵磁電流不超過2A的空載變壓器;

(3)關合電容電流不超過5A的空載線路。

和斷路器配合使用時,要嚴格遵守操作順序,即停電時,應先拉開斷路器,後拉開隔離開關;送電時,應先合隔離開關,再閉合斷路器。

2.高壓隔離開關的分類和型號

高壓隔離開關按裝設地點的不同,可分為戶內式和戶外式兩種;按絕緣支柱數目,可分為單柱式、雙柱式和三柱式;按有無接地刀閘,可分為無接地刀閘、一側有接地刀閘和兩側有接地刀閘; 按操動機構可分

為手動式、電動式、氣動式和液壓式。

高壓隔離開關全型號的表示和含義如下:

3.高壓負荷開關的功能

高壓負荷開關具有簡單的滅弧裝置,因而能通斷一定的負荷電流和過負荷電流,但不能斷開短路電流,它必須與高壓熔斷器串聯使用,以藉助熔斷器來切斷短路故障。負荷開關斷開後,與隔離開關一樣具有明顯可見的斷開間隙,因此,負荷開關也具有隔離電源、保證安全檢修的功能。

4.高壓熔斷器

高壓熔斷器是供配電網絡中人為設置的最薄弱的元件。當其所在電路發生短路或長期過載時,它便因過熱而熔斷,並通過滅弧介質將熔斷時產生的電弧熄滅,最終開斷電路,以保護電力電路及其它的電氣設備。

高壓熔斷器全型號的表示和含義如下:

六、電流互感器(TA)、電壓互感器(TV)

從基本結構和原理來說,互感器是一種特殊的變壓器。

互感器的作用:

(1)將一次迴路中的大電流、高電壓變為小電流、低電壓供二次設備使用。

(2)使測量儀表標準化、小型化。

(3)使二次設備與一次側電氣隔離,保證設備和人身安全。

1.電流互感器

電流互感器將主迴路的大電流變換成小電流,供計量和繼電保護用。電流互感器二次側額定電流通常為5A或1A。

電流互感器的使用注意事項:

① 電流互感器二次側嚴禁開路;

② 電流互感器二次側必須一點接地;

③ 注意電流互感器二次繞組的極性。

電流互感器全型號的表示和含義如下:

電流互感器的一些術語

◇額定電流比:額定電流比指一次額定電流與二次額定電流之比。額定電流比一般用不約分的分數形式表示,如100/5A。

◇準確等級:電流互感器變換電流總是存在著一定的誤差,所以根據在額定工作條件下所產生的變比誤差規定了準確等級。

測量級誤差:例0.5的含義,CT的變比誤差不允許超出5%。

保護級誤差:CT一次電流成倍增加時,使鐵心產生磁飽和,勵磁電流急劇增加,引起CT誤差增加,而此現象在發生短路故障時客觀存在,為保證繼電保護裝置在短路時可靠動作,要求保護用CT能比較正確地反映一次電流情況,因此對保護用CT提出一個最大允許誤差值的要求。5P20的含義:一次電流增大到20倍時,CT誤差不超過5%。

◇電流互感器的動熱穩定性:

所謂穩定,是指當系統發生短路時,CT所能承受因短路電流引起的電動力及熱作用而不致受到損壞的能力。

動穩定電流:一次線路發生短路時,CT所能承受的無機機械損傷的最大電流峰值。

熱穩定電流:CT在1S內,承受短路電流的熱作用而無損傷的一次電流有效值。

動穩定電流一般為熱穩定電流的2.5倍。

2.電壓互感器

電壓互感器可以擴大測量範圍,相當於是一種降壓變壓器。它是由兩個或者三個互相絕緣的線圈繞在同一個鐵芯上構成的,二次側額定電壓為100V。

電壓互感器的使用注意事項:

①電壓互感器在使用時,二次側不能短路。

②為了安全起見,電壓互感器二次側必須有一端接地。

電壓互感器全型號的表示和含義如下:

10/√3/0.1/√3/0.1/3

第一個10/√3是一次側相電壓,因為線電壓是10KV,所以和相電壓有√3的關係,就是5.773KV,這是相電壓。

中間的0.1/√3是二次側電壓,二次側線電壓是0.1KV,所以相電壓是0.0577KV。

最後的0.1/3是開口三角的變比要把三倍零序電壓變成100v.二次輸出線電壓為100V,正常情況下,開口三角形的開口電壓為零(三相平衡,矢量和為零),當發生單相接地短路,只有另外兩相的電壓矢量相加,開口處的電壓就是正常兩相的線電壓,當然就是100V了。

0.56P是這三個繞組的精度50/50VA 是繞組的容量

一次元件—電壓互感器

電壓互感器的作用:

電壓互感器用稱為儀用變壓器,它是一種將高電壓變為低電壓的儀器,為使儀表標準化,其二次的額定電壓為100V。

電壓互感器可分為全絕緣和半絕緣兩種

全絕緣:試驗時,可進行工頻耐壓試驗,包括相-相型和相-地型兩種;

半絕緣:試驗時,不能進行工頻耐壓試驗,但可進行二次側的感應耐壓,只有相-地型一種。

電壓互感器相關參數介紹:

(1) 準確級

PT在準確級上可分為測量級、計量級和保護級三種,根據國內供配電的需要,一般將0.2級定為計量級,0.5級定為測量級,3P和6P定為保護級。基本的含義如下:

0.2級 應用中的誤差為±0.2%

0.5級 應用中的誤差為±0.5%

1.0級 應用中的誤差為±1.0%

3P級 應用中的誤差為±3%

6P級 應用中的誤差為±6%

(2) 額定絕緣水平

對於10KV電壓互感器,常見的參數表示為12/42/75KV,具體含義分別為:最高工作電壓是12KV,工頻耐壓42KV,雷電衝擊耐壓75KV

(3) 額定電壓比

相-相 10/0.1KV

相-地 10/√3,0.1/√3

電壓互感器的型號舉例:

JDZ9-10 10/0.1KV 0.5級

在三繞組的電壓互感器中,二次繞組包括基本繞組和輔助繞組兩套。其中,基本繞組接成Y型,用來供給測量儀表和繼電保護裝置,它可以提供相電壓和線電壓。而輔助繞組則接成開口三角形,在正常情況下,系統的三相電壓的相量和等於零,所以開口三角兩端的電壓約等於零。當一次系統內有一相接地時,開口三角的電壓明顯上升,如果將電壓繼電器接到開口三角的兩端,增高的電壓值會使它動作,發出接地警報。所以,輔助繞組的作用是用來構成接地監視用的。(樹上鳥教育電氣設計培訓)

(a):一個單相電壓互感器的接線,用於對稱的三相電路,二次可接儀表或繼電器。

(b):兩個單相電壓互感器的V/V形接線,可以測量相間線電壓,但不能測量相電壓。

(c):三個單相電壓互感器接成Y0/Y0形,可供給要求測量線電壓的儀表或繼電器,以及供給要求相電壓的絕緣監察電壓表。

(d): 一臺三相五芯柱電壓互感器接成Y0/Y0/Δ(開口三角形),如圖(d)所示。接成Y0形的二次線圈供電給儀表、繼電器及絕緣監察電壓表等。輔助二次線圈接成開口三角形,供電給絕緣監察電壓繼電器。當三相系統正常工作時,三相電壓平衡,開口三角形兩端電壓為零。當某一相接地時,開口三角形兩端出現零序電壓,使絕緣監察電壓繼電器動作,發出信號。

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