2017年造价工程师安装计量讲义：开关设备

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　　第一节　电气设备

　　电压1kV及以上的电力系统，一般称之为高压电力系统;1kV以下的称之为低压系统。

　　一、开关设备

　　高压开关设备是指在电压1kV及以上的电力系统中运行的户内和户外交流开关设备，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中快速切除，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。

　　高压开关设备按其功能和作用的不同，分为断路器、隔离开关、接地开关、重合器、分断器、负荷开关、接触器、熔断器等，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;与其他电气产品(诸如变压器、电流互感器、电压互感器、电容器、电抗器、避雷器、母线、进出线套管、电缆终端和二次元件等)进行合理配置，有机地组合于金属封闭外壳内，构成具有相对完整使用功能的产品称为成套设备。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。

　　(一)断路器

　　高压断路器也称高压开关，是高压供电系统中最重要的电器之一。高压断路器具有一套完善的灭弧装置，能在有负荷的情况下接通或断开电路;在系统发生短路故障时，能迅速切断短路电流。

　　1.分类和性能

　　根据断路器安装地点，可分为户内和户外两种。根据断路器使用的灭弧介质，可分为以下几种类型：

　　(1)油断路器。是以绝缘油为灭弧介质，可分为多油断路器和少油断路器。

　　(2)空气断路器。是以压缩空气作为灭弧介质，此种介质防火、防爆、无毒、无腐蚀性，取用方便。空气断路器靠压缩空气吹动电弧使之冷却，在电弧达到零值时，迅速将弧道中的离子吹走或使之复合而实现灭弧。空气断路器开断能力强、开断时间短，但结构复杂、工艺要求高、有色金属消耗多。

　　(3)六氟化硫(SF6)断路器。采用具有优良灭弧能力和绝缘能力的SF6气体作为灭弧介质，具有开断能力强、动作快、体积小等优点，但金属消耗多、价格较贵。近年来SF6断路器发展很快，在高压和超高压系统中得到广泛应用，尤其以SF6断路器为主体的封闭式组合电器，是高压和超高压电器的重要发展方向。

　　(4)真空断路器。是在高度真空中灭弧。真空中的电弧是在触头分离时电极蒸发出来的金属蒸汽中形成的。电弧中的离子和电子迅速向周围空间扩散。当电弧电流到达零值时，触头间的粒子因扩散而消失的数量超过产生的数量时，电弧即不能维持而熄灭。真空断路器开断能力强、开断时间短、体积小、占用面积小、无噪声、无污染、寿命长，可以频繁操作，检修周期长。

　　此外，还有磁吹断路器和自产气断路器，它们具有防火防爆、使用方便等优点，但是一般额定电压不高、开断能力不大，主要用作配电系统。

　　2.对高压断路器的基本要求

　　根据以上所述，断路器在电力系统中承担着非常重要的任务，不仅能接通或断开负荷电流，而且还能断开短路电流。因此，断路器必须满足以下基本要求：

　　(1)工作可靠;

　　(2)具有足够的开断能力;

　　(3)具有尽可能短的切断时间;

　　(4)具有自动重合闸性能;

　　(5)具有足够的机械强度和良好的稳定性能;

　　(6)结构简单、价格低廉。

　　(二)隔离开关与接地开关

　　1.隔离开关的作用

　　隔离开关是在高压电气装置中保证工作安全的开关电器。结构简单，用来设置明显断口，没有灭弧装置，不能用来接通和断开负荷电流电路。隔离开关的作用为：隔离电源，倒闸操作，接通和切断小电流电路。

　　2.接地开关的用途与分类

　　接地开关是用以将回路接地的一种机械式开关装置。主要用来保护检修工作的安全。接地开关按安装场所的不同，分为户内与户外型;按操作方式不同，分为用钩棒和用操动机构;按使用特性不同，分为一般接地开关与快速接地开关。

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　　(三)负荷开关

　　负荷开关是指关合、开断及承载运行线路正常电流(包括规定的过载电流)，并能关合和承载规定的异常电流(如短路电流)的开关设备。

　　负荷开关的品种很多，通常按灭弧介质和灭弧方式分类。

　　(四)接触器

　　接触器是指除手动操作外只有一个休止位置，能关合、承载正常电流及规定的过载电流的开断和关合装置。借助于锁扣装置，可防止运动元件返回休止位置。使锁扣接触器获得了第二个休止位置。接触器适用于控制操作频繁的回路，主要控制对象为高压电动机、变压器和电容器组等。接触器与限流熔断器组合作为电动机的控制和保护，其技术简便，效果更佳。

　　(五)熔断器

　　熔断器是电力系统中过载和短路故障的保护设备。当电流超过给定值一定时间，通过融化一个或几个特殊设计和配合的组件，分断电流来切断电路。熔断器具有结构简单、体积小、价格便宜、维护方便、保护动作可靠和消除短路故障时间短等优点，但也有如不能分合操作、动作后需更换熔断件、易造成单相供电等不足之处。

　　(六)操动机构

　　操动机构是高压开关的重要组成部分。当它接受操作指令后，能使开关设备准确地合闸和分闸。有的操作机构与开关集于一体;有的则做成独立的产品，供各类开关设备本体配用。操动机构的基本要求：

　　(1)具有足够的操作功率;

　　(2)具有维持合闸的装置;

　　(3)具有尽可能快的分闸速度;

　　(4)具有自由脱扣装置。所谓自由脱扣，是指在断路器合闸过程中如操动机构又接到分闸命令，则操动机构不应继续执行合闸命令而应立即分闸;

　　(5)具有“防跳跃”功能;

　　(6)具有自动复位功能;

　　(7)具备工作可靠、结构简单、体积小、重量轻、操作方便、价格低廉等特点。

　　操动机构一般以操动触头系统分合闸时的主要驱动能源来进行分类，有人(手)力、电动机、电磁、弹簧、液压、气动、重锤操动机构。其中，人(手)力、电动机操动机构直接操动时只能做成慢速机构，操动开关产品的分合闸时间在0.5s以上或更长;其余的一般做成快速机构，分闸时间多在0.1s以下。

　　(七)防爆配电装置

　　防爆配电装置指用于爆炸危险环境而不会引起周围爆炸的开关设备。

　　1.爆炸危险环境与防爆措施

　　工厂爆炸危险场所按危险程度和物质状态的不同，分为两类五区。采取防爆措施，可从改善爆炸危险环境条件着手，如加强场所通风换气或将产品集中隔离等，使危险环境变成一般环境条件，从而可以使用通用的高压开关设备或其派生产品，如矿用一般型开关柜等。这在工厂企业和高压供电系统中，比较容易实现，但对于多数煤矿环境则难于做到。另一方面也可在产品上采取防爆措施，通常从消除爆炸危险的两个必要条件采取措施：消除产品内部爆炸性混合物的措施;消除或隔离产品中的危险火花、电弧或危险温度的措施。

　　(八)敞开式组合电器

　　敞开式组合电器由几种常规的高压电器按主接线要求，在结构上相互依托借用，有机地构成一个整体，其中各电器仍保持原有性能和基本特点，产品结构紧凑，占场地少。但目前习惯上仅指以隔离开关为主体，将隔离开关的静触头置于相邻的组合元件上，从而减少绝缘支柱，缩小整体安装场地的一种电器装置。被组合的电器有：电流互感器、电压互感器、电缆终端等，有时亦包括同类隔离开关和断路器。

　　(九)金属封闭开关设备

　　金属封闭开关设备(简称开关柜)是由封闭于接地的金属外壳内的主开关(如断路器)、隔离开关(或隔离触头)、互感器、避雷器、母线等一次元件及控制测量、保护装置组成的成套电器。

　　(十)气体绝缘金属封闭开关设备

　　气体绝缘金属封闭开关设备是指采用(至少部分地采用)高于大气压的气体作为绝缘介质的金属封闭开关设备，简称GIS。GIS是由断路器、隔离开关、电压互感器、避雷器、母线、电缆终端盒或(和)出线套管等高压电器元件按主接线要求组合而成。

　　功能单元是GIS的基本组合单元。每个功能单元包括共同完成一种功能的所有主回路和辅助回路单元。通常每套GIS具有若干不同功能单元，如架空进(出)线单元、电缆进(出)线单元、变压器单元、母线联络单元、计量与保护单元等。

　　GIS外壳的主要作用如下：

　　(1)气体容器

　　(2)接地电极

　　(3)安全保护

　　(4)散热

　　(5)机械支撑

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