2017年造價工程師安裝計量講義：開關設備

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　　第一節(jié)　電氣設備

　　電壓1kV及以上的電力系統(tǒng)，一般稱之為高壓電力系統(tǒng);1kV以下的稱之為低壓系統(tǒng)。

　　一、開關設備

　　高壓開關設備是指在電壓1kV及以上的電力系統(tǒng)中運行的戶內和戶外交流開關設備，主要用于電力系統(tǒng)(包括發(fā)電廠、變電站、輸配電線路和工礦企業(yè)等用戶)的控制和保護，既可根據電網運行需要將一部分電力設備或線路投入或退出運行，也可在電力設備或線路發(fā)生故障時將故障部分從電網中快速切除，從而保證電網中無故障部分的正常運行及設備、運行維修人員的安全。

　　高壓開關設備按其功能和作用的不同，分為斷路器、隔離開關、接地開關、重合器、分斷器、負荷開關、接觸器、熔斷器等，以及上述元件組合而成的負荷開關—熔斷器組合電器、接觸器—熔斷器(F-C)組合電器、隔離負荷開關、熔斷器式開關、敞開式組合電器等;與其他電氣產品(諸如變壓器、電流互感器、電壓互感器、電容器、電抗器、避雷器、母線、進出線套管、電纜終端和二次元件等)進行合理配置，有機地組合于金屬封閉外殼內，構成具有相對完整使用功能的產品稱為成套設備。如金屬封閉開關設備(開關柜)、氣體絕緣金屬封閉開關設備(GIS)和高壓/低壓預裝式變電站等。

　　(一)斷路器

　　高壓斷路器也稱高壓開關，是高壓供電系統(tǒng)中最重要的電器之一。高壓斷路器具有一套完善的滅弧裝置，能在有負荷的情況下接通或斷開電路;在系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，能迅速切斷短路電流。

　　1.分類和性能

　　根據斷路器安裝地點，可分為戶內和戶外兩種。根據斷路器使用的滅弧介質，可分為以下幾種類型：

　　(1)油斷路器。是以絕緣油為滅弧介質，可分為多油斷路器和少油斷路器。

　　(2)空氣斷路器。是以壓縮空氣作為滅弧介質，此種介質防火、防爆、無毒、無腐蝕性，取用方便。空氣斷路器靠壓縮空氣吹動電弧使之冷卻，在電弧達到零值時，迅速將弧道中的離子吹走或使之復合而實現(xiàn)滅弧?？諝鈹嗦菲鏖_斷能力強、開斷時間短，但結構復雜、工藝要求高、有色金屬消耗多。

　　(3)六氟化硫(SF6)斷路器。采用具有優(yōu)良滅弧能力和絕緣能力的SF6氣體作為滅弧介質，具有開斷能力強、動作快、體積小等優(yōu)點，但金屬消耗多、價格較貴。近年來SF6斷路器發(fā)展很快，在高壓和超高壓系統(tǒng)中得到廣泛應用，尤其以SF6斷路器為主體的封閉式組合電器，是高壓和超高壓電器的重要發(fā)展方向。

　　(4)真空斷路器。是在高度真空中滅弧。真空中的電弧是在觸頭分離時電極蒸發(fā)出來的金屬蒸汽中形成的。電弧中的離子和電子迅速向周圍空間擴散。當電弧電流到達零值時，觸頭間的粒子因擴散而消失的數(shù)量超過產生的數(shù)量時，電弧即不能維持而熄滅。真空斷路器開斷能力強、開斷時間短、體積小、占用面積小、無噪聲、無污染、壽命長，可以頻繁操作，檢修周期長。

　　此外，還有磁吹斷路器和自產氣斷路器，它們具有防火防爆、使用方便等優(yōu)點，但是一般額定電壓不高、開斷能力不大，主要用作配電系統(tǒng)。

　　2.對高壓斷路器的基本要求

　　根據以上所述，斷路器在電力系統(tǒng)中承擔著非常重要的任務，不僅能接通或斷開負荷電流，而且還能斷開短路電流。因此，斷路器必須滿足以下基本要求：

　　(1)工作可靠;

　　(2)具有足夠的開斷能力;

　　(3)具有盡可能短的切斷時間;

　　(4)具有自動重合閘性能;

　　(5)具有足夠的機械強度和良好的穩(wěn)定性能;

　　(6)結構簡單、價格低廉。

　　(二)隔離開關與接地開關

　　1.隔離開關的作用

　　隔離開關是在高壓電氣裝置中保證工作安全的開關電器。結構簡單，用來設置明顯斷口，沒有滅弧裝置，不能用來接通和斷開負荷電流電路。隔離開關的作用為：隔離電源，倒閘操作，接通和切斷小電流電路。

　　2.接地開關的用途與分類

　　接地開關是用以將回路接地的一種機械式開關裝置。主要用來保護檢修工作的安全。接地開關按安裝場所的不同，分為戶內與戶外型;按操作方式不同，分為用鉤棒和用操動機構;按使用特性不同，分為一般接地開關與快速接地開關。

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　　(三)負荷開關

　　負荷開關是指關合、開斷及承載運行線路正常電流(包括規(guī)定的過載電流)，并能關合和承載規(guī)定的異常電流(如短路電流)的開關設備。

　　負荷開關的品種很多，通常按滅弧介質和滅弧方式分類。

　　(四)接觸器

　　接觸器是指除手動操作外只有一個休止位置，能關合、承載正常電流及規(guī)定的過載電流的開斷和關合裝置。借助于鎖扣裝置，可防止運動元件返回休止位置。使鎖扣接觸器獲得了第二個休止位置。接觸器適用于控制操作頻繁的回路，主要控制對象為高壓電動機、變壓器和電容器組等。接觸器與限流熔斷器組合作為電動機的控制和保護，其技術簡便，效果更佳。

　　(五)熔斷器

　　熔斷器是電力系統(tǒng)中過載和短路故障的保護設備。當電流超過給定值一定時間，通過融化一個或幾個特殊設計和配合的組件，分斷電流來切斷電路。熔斷器具有結構簡單、體積小、價格便宜、維護方便、保護動作可靠和消除短路故障時間短等優(yōu)點，但也有如不能分合操作、動作后需更換熔斷件、易造成單相供電等不足之處。

　　(六)操動機構

　　操動機構是高壓開關的重要組成部分。當它接受操作指令后，能使開關設備準確地合閘和分閘。有的操作機構與開關集于一體;有的則做成獨立的產品，供各類開關設備本體配用。操動機構的基本要求：

　　(1)具有足夠的操作功率;

　　(2)具有維持合閘的裝置;

　　(3)具有盡可能快的分閘速度;

　　(4)具有自由脫扣裝置。所謂自由脫扣，是指在斷路器合閘過程中如操動機構又接到分閘命令，則操動機構不應繼續(xù)執(zhí)行合閘命令而應立即分閘;

　　(5)具有“防跳躍”功能;

　　(6)具有自動復位功能;

　　(7)具備工作可靠、結構簡單、體積小、重量輕、操作方便、價格低廉等特點。

　　操動機構一般以操動觸頭系統(tǒng)分合閘時的主要驅動能源來進行分類，有人(手)力、電動機、電磁、彈簧、液壓、氣動、重錘操動機構。其中，人(手)力、電動機操動機構直接操動時只能做成慢速機構，操動開關產品的分合閘時間在0.5s以上或更長;其余的一般做成快速機構，分閘時間多在0.1s以下。

　　(七)防爆配電裝置

　　防爆配電裝置指用于爆炸危險環(huán)境而不會引起周圍爆炸的開關設備。

　　1.爆炸危險環(huán)境與防爆措施

　　工廠爆炸危險場所按危險程度和物質狀態(tài)的不同，分為兩類五區(qū)。采取防爆措施，可從改善爆炸危險環(huán)境條件著手，如加強場所通風換氣或將產品集中隔離等，使危險環(huán)境變成一般環(huán)境條件，從而可以使用通用的高壓開關設備或其派生產品，如礦用一般型開關柜等。這在工廠企業(yè)和高壓供電系統(tǒng)中，比較容易實現(xiàn)，但對于多數(shù)煤礦環(huán)境則難于做到。另一方面也可在產品上采取防爆措施，通常從消除爆炸危險的兩個必要條件采取措施：消除產品內部爆炸性混合物的措施;消除或隔離產品中的危險火花、電弧或危險溫度的措施。

　　(八)敞開式組合電器

　　敞開式組合電器由幾種常規(guī)的高壓電器按主接線要求，在結構上相互依托借用，有機地構成一個整體，其中各電器仍保持原有性能和基本特點，產品結構緊湊，占場地少。但目前習慣上僅指以隔離開關為主體，將隔離開關的靜觸頭置于相鄰的組合元件上，從而減少絕緣支柱，縮小整體安裝場地的一種電器裝置。被組合的電器有：電流互感器、電壓互感器、電纜終端等，有時亦包括同類隔離開關和斷路器。

　　(九)金屬封閉開關設備

　　金屬封閉開關設備(簡稱開關柜)是由封閉于接地的金屬外殼內的主開關(如斷路器)、隔離開關(或隔離觸頭)、互感器、避雷器、母線等一次元件及控制測量、保護裝置組成的成套電器。

　　(十)氣體絕緣金屬封閉開關設備

　　氣體絕緣金屬封閉開關設備是指采用(至少部分地采用)高于大氣壓的氣體作為絕緣介質的金屬封閉開關設備，簡稱GIS。GIS是由斷路器、隔離開關、電壓互感器、避雷器、母線、電纜終端盒或(和)出線套管等高壓電器元件按主接線要求組合而成。

　　功能單元是GIS的基本組合單元。每個功能單元包括共同完成一種功能的所有主回路和輔助回路單元。通常每套GIS具有若干不同功能單元，如架空進(出)線單元、電纜進(出)線單元、變壓器單元、母線聯(lián)絡單元、計量與保護單元等。

　　GIS外殼的主要作用如下：

　　(1)氣體容器

　　(2)接地電極

　　(3)安全保護

　　(4)散熱

　　(5)機械支撐

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