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。

(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

二、变配电设备

变压器是一种静止的电气设备，它的作用是交换交流电的电压。现代化工业企业广泛采用电力作为能源，而发电厂发出的电力往往需经远距离传输才能到达用电地区。在传输的功率恒定时，传输电压越高，则所需的电流越小。因为电压降正比于电流，线损正比于电流的平方，所以用较高的输电电压可以获得较低的线路压降和线路损耗，要制造电压很高的发电机，目前技术很困难，所以要用专门的设备将发电机端的电压升高以后再输送出去，这种专门的设备就是变压器。另一方面，在受电端又必须用降压变压器将高压降低到配电系统的电压，故要经过一系列配电变压器将高压降低到合适的值以供使用。

(一)电力变压器

按容量可以分为小型、大型和超大型。

(二)特种变压器

(1)变流(整流、换流)变压器。

(2)电炉变压器。其特点是二次电压低，仅数十伏至数百伏，并要求能在较大范围内调节;二次电流往往达数千安至数万安。

(3)高压试验变压器。

(4)矿用变压器。

(5)其他特种变压器。

(三)互感器

互感器是电力系统中供测量和保护用的重要设备，分为电压互感器和电流互感器两大类。互感器的作用为：

(1)向测量、保护和控制装置传递信息;

(2)使测量、保护和控制装置与高电压相隔离;

(3)有利于仪器、仪表和保护、控制装置小型化、标准化。

按用途分为测量用和保护用;按装置种类分为户内和户外;按绝缘介质分为干式绝缘、油绝缘、浇注绝缘、气体绝缘等;按相数分为单相和三相;按绕组数分为双绕组和多绕组。

(四)调压器

调压器是一种能给负载以可调电压的调压电源。它能将一不可调节的电网配电电压转变为任一可在一定范围内平滑无级调节的负载电压。根据电磁原理与结构的不同，有接触调压器、感应调压器、磁性调压器和移圈调压器之分。

(五)箱式变电站

箱式变电站(简称箱变)是一种把高压开关设备、配电变压器、低压开关设备、电能计量设备和无功补偿装置等按一定的接线方案组合在一个或几个箱体内的紧凑型成套配电装置，用于额定电压10/0.4kV三相交流系统中，作为线路和分配电能之用。适用于工厂、矿山、油田、港口、机场、城市公共建筑、居民小区、高速公路、地下设施等场所。

三、蓄电池与直流系统

(一)蓄电池

变电所中的继电保护、信号装置和开关设备的操作除交流电源之外，还可以用直流电源，蓄电池是产生直流电的一种装置，是一种储存电能的设备。

蓄电池按其结构可分为分口型和闭口型两种。按蓄电池的电解液可分为酸性和碱性蓄。

电池两种。按用途可分为固定型蓄电池、启动用蓄电池、动力牵引用蓄电池等。

(二)直流系统

整流装置是将交流电转换成直流电的一种装置。

硅和可控硅整流装置是目前整流装置中比较理想的新型产品，优点很多，是发展方向，成套装置已趋向系列化、标准化。

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