电气一次设备的重要知识点

一、高压断路器

【引导问题】

◆高压断路器有什么作用？

◆高压断路器的常用型号的含义是什么？

◆高压断路器有哪些主要技术参数？

（一）断路器的作用

高压断路器是操作电器和保护电器之一，在电网中，断路器主要的作用有两个方面：

（1）控制作用。即根据运行需要，投入或切除部分电力设备或线路。

（2）保护作用。即在电力设备或线路发生故障时，通过继电保护及自动装置作用于断路器，将故障部分从电网中迅速切除，以保证电网非故障部分的正常运行。

（二）高压断路器的类型

高压断路器按安装地点分可分为户内型和户外型两种，按灭弧介质及灭弧原理可分为真空断路器、SF6断路器、油断路器（又分为多油、少油断路器）、空气断路器等。其中，油断路器已基本被淘汰，空气断路器多用于低压系统，因此不予介绍。

1.真空断路器

真空断路器是指触头在高真空中开断电路的断路器。它是20世纪50年代后发展起来的一种新型断路器。真空断路器所采用的绝缘介质和灭弧介质是高真空（真空度为10-4mm Hg以上）。高真空度具有很高的绝缘强度，有利于熄灭电弧。

真空断路器的主要优点如下：

触头开距小，动作快；燃弧时间短，触头烧损影响小；体积小，重量轻；维修工作量小；防火防爆；操作和运行时噪声小；适用于频繁操作，特别适合于开断容性负载电流。

但真空断路器的造价较高，开断小电感电流时，有可能产生较高的过电压，需采取降低过电压的措施，一般为并联金属氧化物避雷器。

真空断路器主要用于频繁操作（如控制高压电动机、电弧炼钢炉）和故障较多的配电系统，或用于切、合电容器组、大型无线电发射台、地下变电站及高大建筑物的配电室等。

2.SF6断路器

SF6开关是利用SF6气体作绝缘介质和灭弧介质的新型开关。SF6气体是无色、无味、无毒、不可燃的惰性气体，具有很高的抗电强度和良好的灭弧性能，介电强度远远超过传统的绝缘气体。因此，将其用于电气设备中，可以缩小设备尺寸，消除火灾，改善电力系统的可靠性和安全性。

SF6开关由本体结构（采用三相共箱式结构）、操作机构、灭弧装置三部分组成。具有结构简单，体积小，重量轻，断流容量大，灭弧迅速，允许开断次数多，检修周期长等优点，是今后电力系统推广应用的方向。

SF6开关内经常充满了3～5个大气压的SF6气体作为断路器的内绝缘，在断路器断开的过程中，由动触头带动活塞压气，以形成用来吹熄电弧的气流。

纯净的SF6气体是无色、无味、无毒、化学性很稳定的气体。在开关内的SF6气体，经电弧分解后，会产生许多有毒的、具有腐蚀性的气体和固体分解物，这不仅影响到设备的性能，而且危及到运行和检修人员的安全。所以，在处理漏气故障时一定要注意做好防护措施。SF6开关在运行中发生SF6气体泄漏时，运行或检修人员会嗅到有强烈刺激性气味，在这种情况下，运行或检修人员必须穿戴防护用具，特别要注意工作现场不准吸烟。工作中若发生流泪、流鼻涕、咽喉中有热辣感、发音嘶哑头晕以及胸闷、恶心、颈部不适等中毒症状，应迅速离开现场，到空气新鲜处休息。必要时应到医院检查治疗。

（三）高压断路器的型号含义及常用型号

高压断路器型号表达如下：

如ZN10-10/3000型，代表10k V、3000A、10型户内式高压真空断路器。

（1）ZN12-40.5型真空断路器为额定电压12k V、三相交流50Hz的户内高压开关设备，是引进德国西门子公司3AF技术的国产化产品，见图2-3。本断路器的操作机构为弹簧储能式，可以用交流或直流操作，亦可用手动操作。本断路器结构简单，开断能力强，机械寿命长，操作功能齐全，无爆炸危险，维修简便，适于作发电厂、变电站等输配电系统的控制或保护开关，尤其适用于开断重要负荷及频繁操作的场所。

（2）VS1-12型真空断路器为额定电压12k V、三相交流50Hz的户内高压开关设备，见图2-4。本断路器的操作机构为弹簧储能式，可以用交流或直流操作，亦可用手动操作。本断路器结构简单，开断能力强，机械寿命长，操作功能齐全，无爆炸危险，维修简便，适于作发电厂、变电站等输配电系统的控制或保护开关，尤其适用于开断重要负荷及频繁操作的场所。

（3）ABB公司的VD4真空断路器是以空气为绝缘的户内式开关设备元件，见图2- 5。VD4真空断路器在开关柜内的安装形式既可以是固定式，也可以是可移开式的，还可安装于框架上使用。VD4真空断路器可在工作电流范围内进行频繁的操作或多次开断短路电流。VD4真空断路器适于重合闸操作并有极高的操作可靠性与使用寿命。

（4）LW36-126型户外SF6断路器自能高压SF6断路器适用于交流50Hz、110～220k V的电力系统中，为三相鼓形绝缘子式结构，见图2- 6。

图2-3　ZN12-40.5型真空断路器

图2-4　VS1-12型真空断路器

图2-5　VD4真空断路器

图2-6　LW36-126型户外SF6断路器

（5）ZW32-12/630型真空断路器由三相支柱、机构箱组成，结构简单明了，三相支柱及电流互感器采用户外环氧树固体或硅橡胶绝缘，具有耐高低温、耐紫外线、耐老化等优点，见图2- 7。

（四）高压断路器的技术参数

高压断路器通常用下列技术参数表示其技术性能。

1.额定电压U N

断路器正常工作时所能承受的电压（k V），决定了断路器的绝缘水平，为保证高压电器有足够的绝缘距离，通常额定电压越高，其外形尺寸越大。

我国采用的额定电压等级：3k V、6k V、10k V、35k V、60k V、110k V、220k V、330k V、500k V、750k V、1000k V等。

2.最高电压U max

允许加在设备上的最大电压，通常规定，220k V及以下设备，其最高工作电压为额定电压的1.15倍；对于330k V及以上的设备规定为额定电压的1.1倍。

图2-7　ZW32-12/630型真空断路器

我国采用的最高电压有3.6k V、7.2k V、12k V、40.5k V、72.5k V、126k V、252k V、363k V、550k V、800k V、1200k V等。

3.额定电流I N

在规定的环境温度下，断路器长期通过的最大工作电流有效值（A），决定了触头、导体等载流部分的截面积。额定电流越大，载流部分的尺寸越大，否则不能满足最高允许温度的要求。

我国采用的额定电流有200A、400A、630A、1000A、1250A、1600A、2000A、2500A、3150A、4000A、5000A、6300A、8000A、10000A、12500A、16000A、20000A等。

4.额定短路开断电流I br

在额定电压下断路器所能可靠开断的最大短路电流（k A），以短路电流周期分量有效值表示，是衡量断路器开断能力的指标。

我国规定的高压断路器的额定开断电流为1.6k A、3.15k A、6.3k A、8k A、10k A、12.5k A、16k A、20k A、25k A、31.5k A、40k A、50k A、63k A、80k A、100k A等。在电压低于额定电压的情况下，开断电流可以提高，但由于灭弧装置机械强度的限制，开断电流有一极限值。

5.额定短路关合电流i eg

如果断路器合闸之前，线路或设备上已存在短路故障，则在断路器合闸过程中，在触头即将接触时即有巨大的短路电流通过（预击穿），要求断路器能承受而不会引起触头熔接和遭受电动力的损坏；而且在关合后，由于继电保护动作，不可避免的又要自动跳闸，此时仍要求能切断短路电流，此参数用来说明断路器关合短路故障的能力，一般等于断路器的动稳定电流。

6.热稳定电流I t

热稳定电流也称为额定短时耐受电流。在保证断路器不损坏的条件下，在规定的时间t秒内（产品目录一般给定2s、4s、5s、10s等）允许通过断路器的最大短路电流有效值，它表明断路器承受短路电流热效应的能力，当断路器持续通过t秒时间的I t时，不会发生触头熔接或其他妨碍其正常工作的异常现象。

7.动稳定电流i kw

动稳定电流也称为额定峰值耐受电流。断路器在闭合状态下，允许通过的最大短路电流峰值，又称极限通过电流。它表明断路器承受短路电流电动力效应的能力。当断路器通过这一电流时，不会因电动力作用而发生任何机械上的损坏。

8.断路器动作时间

跳闸时间：断路器接到跳闸指令开始到各相电弧熄灭为止的时间，包括固有分闸时间和燃弧时间。

合闸时间：断路器操动机构接到合闸指令到动、静触头接通为止的时间；电力系统对断路器合闸时间一般要求不高，但要求其合闸稳定性好。

二、隔离开关

【引导问题】

◆隔离开关有什么作用？

◆隔离开关的常用型号含义是什么？

◆隔离开关有哪些主要技术参数？

（一）隔离开关的作用

隔离开关是操作电器和隔离电器，用途是：

（1）在检修电气设备时用来隔离电压，使检修的设备与带电部分之间有明显可见的断口。

（2）在改变设备状态（运行、备用、检修）时用来配合断路器协同完成倒闸操作。

（3）分、合小电流，可用来分、合电压互感器、避雷器和空载母线，分、合励磁电流不超过2A的空载变压器，关合电容电流不超过5A的空载线路。

（4）隔离开关的接地开关可代替接地线，保证检修工作安全。

隔离开关没有灭弧装置，不能用来接通和断开负荷电流和短路电流，隔离开关的操作机构有手动式和动力式两大类。

（二）隔离开关的类型

（1）按安装地点可分为户内式和户外式。

（2）按绝缘支柱的数目可分为单柱式、双柱式和三柱式。

（3）按极数可分为单极和三极。

（4）按有无接地刀闸可分为带接地刀闸和不带接地刀闸。

（5）按用途可分为一般用，快速跳闸用和变压器中性点接地用等。

（6）按隔离开关配用的操作机构可分为手动、电动和气动操作等类型。

（三）隔离开关的型号含义及常用型式

隔离开关型号表达如下：

例如，GW7-220D/2000表示户外式，7型，带接地开关，额定电压220k V，额定电流为2000A。

1.GN6和GN8型隔离开关

均为三极（三相）式，GN6型为平装式隔离开关，采用支柱瓷绝缘子（图2-8），而GN8型为穿墙式隔离开关，部分或全部采用套管绝缘子（图2-9）。

图2-8　GN6型隔离开关

导电回路主要由开关（动触头）、静触头和接线端等组成。这两种隔离开关安装使用方便，既可垂直、水平安装，又可以倾斜甚至在天花板上安装。

图2-9　GN8型隔离开关

图2-10　GN19-10型隔离开关

2.GN19系列隔离开关

GN19型隔离开关按其结构特征分为GN19-10型（平装式）（图2-10）和GN19-10C型（穿墙式）（图2-11）两类。GN19-10型隔离开关的每相导电部分通过两个支柱绝缘子固定在底架上。

GN19系列隔离开关在结构上与GN6和GN8型隔离开关基本相同。主要区别是每相开关改用两片槽形铜片组成，这不仅增大了开关散热面积，对降低温度有利，而且提高了开关的机械强度，使开关的稳定性提高。

3.GW5-35D型隔离开关

图2-12为GW5-35D型隔离开关外形图。它采用双柱式结构，制成单极形式，借助连杆构成三相连动。每极有两个棒式绝缘子，并组成V形装在同一个底座内的两个轴承座上。开关做成两段式，各固定在棒式绝缘子的顶端，可与动触头成楔形连接。操动机构动作时，两个棒式绝缘子同速反向旋转90°，使隔离开关断开或接通。

图2-11　GN19-10C型隔离开关

图2-12　GW5-35D型隔离开关

（四）隔离开关的技术参数

1.额定电压

额定电压指隔离开关正常工作时，允许施加的电压等级。

2.最高电压

由于输电线路存在电压损失，电源端的实际电压总是高于额定电压，因此，要求隔离开关能够在高于额定电压的情况下长期工作，在设计制造时就给隔离开关确定了一个最高工作电压。

3.额定电流

额定电流指隔离开关可以长期通过的最大工作电流。隔离开关长期通过额定电流时，其各部分的发热温度不超过允许值。

4.动稳定电流

动稳定电流指隔离开关承受冲击短路电流所产生电动力的能力，是生产厂家在设计制造时确定的，一般以额定电流幅值的倍数表示。

5.热稳定电流

热稳定电流指隔离开关承受短路电流热效应的能力，是由制造厂家给定的某规定时间（1s或4s）内，使隔离开关各部件的温度不超过短时最高允许温度的最大短路电流。

三、高压熔断器

【引导问题】

◆高压熔断器有什么作用？

◆高压熔断器常用型号的含义是什么？

◆高压熔断器有哪些主要技术参数？

（一）熔断器作用及工作原理

熔断器是保护短路和过负荷的最简单的电器。熔断器串联在电路中，当电路发生短路或过负荷时，熔体熔断，切断故障电路使电气设备免遭损坏，并维持电力系统其余部分的正常工作。主要作用如下：

（1）过载或短路时保护设备。

（2）断开空载线路，空载变压器及小负荷电流。

熔断器主要由金属熔件（熔体）、支持熔件的触头、灭弧装置和绝缘底座等部分组成。其中决定其工作特性的主要是熔体和灭弧装置。

熔体是熔断器的主要部件。熔体应具备材料熔点低、导电性能好、不易氧化和易于加工等特点。一般选用铅、铅锡合金、锌、铜、银等金属材料。熔断器必须采取措施熄灭熔体熔断时产生的电弧，否则，会引起事故的扩大。

熔断器的灭弧措施可分为两类：一类是在熔断器内装有特殊的灭弧介质，如产气纤维管、石英砂等，它利用了吹弧、冷却等灭弧原理；另一类是采用特殊形状的熔体，如焊有小锡（铅）球的熔体、变截面的熔体、网孔状的熔体等，其目的在于减小熔体熔断后的金属蒸气量，或者把电弧分成若干串、并联的小电弧，并与石英砂等灭弧介质紧密接触，提高灭弧效果。

熔断器工作包括以下四个物理过程：

（1）流过过载或短路电流时，熔体发热以致熔化。

（2）熔体汽化，电路开断。

（3）电路开后的间隙又被击穿，产生电弧。

（4）电弧熄灭，熔断器的切断能力决定于最后一个过程。

熔断器的动作时间为上述四个过程的时间总和。

（二）熔断器的分类

（1）按安装地点分为户内式、户外式。

（2）按使用电压的高低分为高压熔断器、低压熔断器。

（3）按灭弧方法及主要由其所决定的结构特点的不同分为瓷插式、封闭产气式、封闭填料式、产气纵吹式。

（4）按限流特性分为限流式和非限流式。

在短路电流尚未达到其最大值之前就熔断并灭弧称为限流式熔断器。此种熔断器在其动作过程中可将电流限制到远低于预期电流峰值。

（三）熔断器的型号含义及常用型号

熔断器型号表达如下：

1.户内高压熔断器

户内高压熔断器全部是限流型熔断器，其熔体装在充满石英砂的密封瓷管内，当短路电流通过熔件使其熔断时，电弧产生在石英砂的填料中，受到石英砂颗粒间狭沟的限制，弧柱直径很小，同时电弧还受到很多的气体压力作用和石英砂对它的强烈冷却，所以限流式熔断器灭弧能力强，在短路电流未达到最大值时，就可以将电弧很快熄灭，因而可限制短路电流的发展，大大减轻了电气设备所受危害的程度，降低了对被保护设备动、热稳定性的要求。因它在开断电路时无游离气体排出，所以在户内配电装置中广泛采用。

以RN1型为典型代表的设计序号为奇数系列的熔断器，用于3～35k V的电力线路和电气设备的过载和短路保护；以RN2型为代表的设计序号为偶数系列的熔断器，专门用于保护3～35k V的电压互感器，用于对高压电压互感器的过载及短路保护，当发生过载及短路故障时，能迅速动作，切断电源，保护设备的安全。

2.户外高压熔断器

户外高压熔断器主要用于输电线路和电力变压器的过负荷与短路保护。户外高压熔断器型号较多，按其结构和工作原理可分跌落式熔断器和支柱式熔断器。

图2-13　跌落式熔断器结构示意图

1—上接线端；2—上静触点；3—上动触点；4—管帽；5—操作环；6—熔管；7—熔丝；8—下动触点；9—下静触点；10—下接线端；11—瓷绝缘子；12—固定安装板

（1）户外跌落式高压熔断器。

跌落式熔断器主要由熔丝具、熔管和熔丝元件三部分构成（图2-13）。在熔丝管内装有用桑皮纸或钢纸等制成的消弧管。熔管两端的上动触头和下动触头依靠熔断体系紧，将上动触头推入鸭嘴凸出部分后，磷铜片等制成的上静触头顶着上动触头，故而将熔管牢固地卡在鸭嘴里。当短路电流通过电路使熔体熔断时，将产生电弧，管内衬的钢纸在电弧作用下产生大量气体，在电流过零时将电弧熄灭。由于熔体熔断，在熔管的上、下动触头弹簧片的作用下，熔管迅速跌落，使电路断开，切除故障段线路或者故障设备。

户外跌落式熔断器具有经济实惠、操作方便、适应户外环境强等特点，广泛应用于10k V架空配电线路的支线及用户进线处、35k VA以下容量的配电变压器一次侧以及电力电容器等设备作为过载或短路保护和进行系统、设备投、切操作之用。它安装在10k V配电线路分支线上，可缩小停电范围，因其熔断时有一个明显的断开点，为检修线路和设备创造了一个安全作业环境，确保检修人员的作业安全。

（2）户外支柱式高压熔断器。

RXW-35型限流式熔断器主要用于保护电压互感器，结构如图2-14所示。熔断器由瓷套、熔管及棒形支持绝缘子和接线端帽等组成。熔管装于瓷套中，熔件放在充满石英砂填粒的熔管内。熔断器的灭弧原理与RN系列限流式有填料高压熔断器的灭弧原理基本相同，均有限流作用。

图2-14　RXW-35型限流式熔断器结构图

1—熔断体；2—瓷套；3—紧固件；4—支持绝缘子；5—接线帽

（四）熔断器的技术参数

1.熔断器的额定电压

它既是绝缘所允许的电压等级，又是熔断器允许的灭弧电压等级。对于限流式熔断器，不允许降低电压等级使用，以免出现大的过电压。

长期工作能够承受的正常电压为0.25k V、0.5kV、3kV、6kV、10k V、15kV、20kV、35k V、110kV。

2.熔断器的额定电流

熔断器的额定电流指一般环境温度（≤40℃）下熔断器壳体载流部分和接触部分允许通过的长期最大工作电流。

3.熔体的额定电流

熔体允许长期通过而不致发生熔断的最大有效电流。该电流可以小于或等于熔断器的额定电流，但不能超过。

4.熔断器的开断电流

熔断器所能正常开断的最大电流。若被开断的电流大于此电流时，有可能导致熔断器损坏，由于电弧不能熄灭引起相间短路。

图2-15　熔断器的安秒特性曲线

（五）熔断器的保护特性

熔断器熔体的熔断时间与熔体的材料和熔断电流的大小有关，如图2-15所示，该曲线反映了熔断时间与电流的大小关系，称为熔断器的安秒特性，也称为熔断器的保护特性。熔断器的保护特性与熔断器的结构型式有关，各类熔断器的保护特性曲线均不相同，其共同的规律是熔断时间与电流的二次方成反比，且为反时限的保护特性曲线。

由曲线可见，当熔断电流为I∞时，熔体的熔断时间在理论上是无限大的，即熔体不会熔断。I∞称为最小熔化电流或称临界电流。熔体的额定电流I RN应小于I∞，通常取I∞与I RN的比值为1.5～2，称作熔化系数。该系数反映熔断器在过载时的不同保护特性，例如要使熔断器能保护小过载电流，熔化系数就应低些；为了避免电动机启动时的短时过电流使熔体熔化，熔化系数应高些。

四、高压负荷开关

【引导问题】

◆高压负荷开关有什么作用？

◆高压负荷开关常用型号的含义是什么？

◆高压负荷开关有哪些主要技术参数？

（一）高压负荷开关的作用

通常用于切断与关合线路负荷电流、空载线路、空载变压器以及电容器等，并能通过规定的短路电流。

它具有灭弧装置和一定的分合闸速度，能开断正常负荷电流和过负荷电流，但不能开断短路电流。

有的在分闸状态有明显可见的断口，可起到隔离开关的作用，但性能又优于隔离开关，是介于隔离开关与断路器之间的一种开关电器。

高压负荷开关常与高压熔断器串联合用，前者作为操作电器投切电路的正常负荷电流，而由后者作为保护电器开断电路的短路电流及过载电流。

（二）负荷开关的分类

（1）按安装地点的不同分为户内式和户外式。

（2）按灭弧方法的不同分为：

1）固体产气式高压负荷开关：利用开断电弧本身的能量使弧室的产气材料产生气体来吹灭电弧，其结构较为简单，适用于35k V及以下的产品。

2）压气式高压负荷开关：利用开断过程中活塞的压气吹灭电弧，其结构也较为简单，适用于35k V及以下产品。

3）压缩空气式高压负荷开关：利用压缩空气吹灭电弧，能开断较大的电流，其结构较为复杂，适用于60k V及以上的产品。

4）SF6式高压负荷开关：利用SF6气体灭弧，其开断电流大，开断电容电流性能好，但结构较为复杂，适用于35k V及以上产品。

5）油浸式高压负荷开关：利用电弧本身能量使电弧周围的油分解气化并冷却熄灭电弧，其结构较为简单，但重量大，适用于35k V及以下的户外产品。

6）真空式高压负荷开关：利用真空介质灭弧，电寿命长，相对价格较高，适用于220k V及以下的产品。

（3）按是否带熔断器可分为带熔断器和不带熔断器型。

（三）负荷开关的型号含义及常用型式

负荷开关型号表达如下：

例如：FN2-10R/400的含义是：负荷开关、户内型、设计序号为2、额定电压为10k V、带熔断器（装在开关的下端）、额定电流为400A。

1.FN3-10型户内负荷开关

此负荷开关为压气式，用于配电系统中，开、合带有正常负荷电流及过负荷电流的电路，也可开合空载线路、空载变压器及电容器组。开关上配有RN3型熔断器的负荷开关，还可以通过熔断器切断短路电流，作保护电器用。

该负荷开关有以下三种组合方式：

（1）无熔断器的FN3-10型负荷开关，如图2-16所示。

（2）有熔断器的FN3-10RS型负荷开关，熔断器位于开关的上面，如图2-17所示。

（3）有熔断器的FN3-10（R）型负荷开关，熔断器位于开关的下面。

图2-16　FN3-10型负荷开关

图2-17　FN3-10RS型负荷开关

2.FLN36-12/630-20型负荷开关

FLN36-12型SF6负荷开关的动、静触头均置于加强结构的压铸环氧树脂外壳中，在环氧树脂壳内充以0.045MPa的气体，作为灭弧和绝缘介质，FLN36型负荷开关是集合闸、分闸、接地于一体的多功能开关设备，用最少的元件实现以上三种功能，是装配XGN15-12型环网柜的主要开关元件，如图2-18所示。

3.FW5-12/200型产气式负荷开关

FW5-12/200户外高压产气式负荷开关用于交流50Hz，额定电压为10k V的三相系统中，用于分、合负荷电流。负荷开关为柱上单电杆安装，用绝缘棒或绳索操作，也可配用杆下操动机构操作，如图2- 19所示。

图2-18　FLN36-12/630-20型负荷开关

（四）负荷开关的技术参数

1.额定电压

额定电压是指负荷开关正常工作时，允许施加的电压等级。

图2-19　FW5-12/200型产气式负荷开关

2.最高电压

由于输电线路存在电压损失，电源端的实际电压总是高于额定电压，因此，要求负荷开关能够在高于额定电压的情况下长期工作，在设计制造时就给负荷开关确定了一个最高工作电压。

3.额定电流

额定电流是指负荷开关可以长期通过的最大工作电流。负荷开关长期通过额定电流时，其各部分的发热温度不超过允许值。

4.动稳定电流

动稳定电流是指负荷开关承受冲击短路电流所产生电动力的能力。是生产厂家在设计制造时确定的，一般以额定电流幅值的倍数表示。

5.热稳定电流

热稳定电流是指负荷开关承受短路电流热效应的能力。是由制造厂家给定的某规定时间（1s或4s）内，使负荷开关各部件的温度不超过短时最高允许温度的最大短路电流。

6.额定开断电流

在额定电压下负荷开关所能可靠开断的最大短路电流（k A）。

7.额定关合电流

负荷开关关合电流的能力。

五、互感器

【引导问题】

◆互感器的作用是什么？

◆互感器有什么工作特性？

◆互感器有哪些主要技术参数？

（一）互感器的作用及工作原理

电力系统要安全经济运行，必须装设一些测量仪表，以测量电路中各种电气量，如电压、电流、功率、电能等。我们经常还会遇到测量要求较高电压和较大电流的各种电气量。为了更方便更正确地获得这种被测量的数值，必须使用互感器。互感器的主要作用有：

（1）将高电压变为低电压（100V），大电流变为小电流（5A）。

（2）使测量二次回路与一次回路高压和大电流实施电气隔离，以保证测量工作人员和仪表设备的安全。

（3）采用互感器后可使仪表制造标准化，而不用按被测量电压高低和电流大小来设计仪表。

（4）取出零序电流、电压分量供反映接地故障的继电保护装置使用。

（二）电流互感器结构和工作原理

1.电流互感器的结构

目前，电力系统中使用的电流互感器一般为电磁式，其基本结构与一般变压器相似，由两个绕制在闭合铁芯上、彼此绝缘的绕组（一次绕组和二次绕组）所组成，其匝数分别为N 1和N 2，如图2-20所示。一次绕组与被测电路串联，二次绕组与各种测量仪表或继电器的电流线圈相串联。

电力系统中，经常将大电流I 1变为小电流I 2进行测量，所以二次绕组的匝数N 2大于一次绕组的匝数N 1。电流互感器的二次额定电流一般为5A，也有1A和0.5A的。电流互感器在电气图中文字符号用TA表示。

图2-20　电流互感器原理结构图和接线图

（a）原理结构图；（b）接线图

为了保证测量及校验工作的接线正确，电流互感器一次和二次绕组的端子应标明极性标志。从电流互感器一次绕组和二次绕组的同极性端子来看，电流I 1、I 2的方向是相反的，这样的极性关系称为减极性，反之称为加极性。电流互感器一般都按减极性表示。

2.工作原理和特性

电流互感器的工作原理与一般变压器的工作原理基本相同。当一次绕组中有电流通过时，一次绕组的磁动势产生的磁通绝大部分通过铁芯而闭合，从而在二次绕组中感应出电动势。如果二次绕组接有负载，那么二次绕组中就有电流通过，有电流就有磁动势，所以二次绕组中由磁动势N 2产生磁通，这个磁通绝大部分也是经过铁芯而闭合。因此铁芯中的磁通是由一次、二次绕组的磁动势共同产生的合成磁通，称为主磁通。根据磁动势平衡原理可以得到

式中 0N 1——励磁磁动势。

如果忽略铁芯中各种损耗，可认为0N 1≈0，则

这是理想电流互感器的一个很重要的关系式，即一次磁动势安匝等于二次磁动势安匝，且相位相反。进一步化简式（2-2），得到

即理想电流互感器两侧的额定电流大小和它们的绕组匝数成反比，并且等于常数K I，称为电流互感器的额定变比。

电流互感器的基本工作原理、结构型式与普通变压器相似，但是电流互感器的工作状态与普通变压器有显著的区别。

（1）电流互感器的一次电流（I 1）取决于一次电路的电压和阻抗，与电流互感器的二次负载无关，即当二次负载变化时，例如多串几只电流表或少串几只电流表，不能改变其一次电流值的大小。

（2）电流互感器二次电路所消耗的功率随二次电路阻抗的增加而增大。

（3）电流互感器二次电路的负载阻抗都是些内阻很小的仪表，如电流表以及电能表的电流线圈等，所以其工作状态接近于短路状态。

（4）运行中的电流互感器二次回路不允许开路，否则会在开路的两端出现高电压危及人身安全，或使电流互感器发热损坏。

3.电流互感器的误差特性

前面提出的理想电流互感器实际是不存在的，即励磁安匝10N 1不为零，一次磁动势安匝数不等于二次磁动势安匝数，在铁芯和绕组中存在损耗，所以，实际电流互感器存在着误差。

电流互感器的误差有电流误差和相角误差两项。电流互感器的误差，可用准确度等级表示。准确度等级是指在规定的二次负荷的范围内，一次电流为额定值的100%～120%时电流互感器的电流误差的最大限制。

误差的大小与励磁电流、负载功率因数、铁芯损耗角有关。

互感器误差还受到工作条件的影响，如下所述。

（1）一次电流的影响。

当电流互感器工作在小电流时，由于硅钢片磁化曲线的非线性影响，其初始的磁通密度较低，因而磁导率μ小，引起的误差增大。所以在选择电流互感器容量时，不能选得过大，以避免在小电流下运行。

（2）二次负载的影响。

二次负载阻抗Z b增加（如多接几只仪表），由于一次电流I 1不变（即I 1N 1不变），当Z b增加时（设负载功率因数cosφ2不变），则二次电流I 2（即I 2N 2）减小，根据磁动势平衡方程，则增加，因而电流误差和相角误差增大。因此，要求电流互感器实际二次负载不超过额定负载。

（3）电源频率的影响。

频率降低时，将使φ2等减小，影响误差。

根据上述情况，电流互感器误差特性变化可归纳于表2- 1中。

表2-1　电流互感器误差特性

注“-”号表示向负值方向变化；“+”号表示向正值方向变化。

4.电流互感器的接线方式

（1）单相接线。主要用来测量单相负荷电流或三相系统中平衡负荷的某一相电流。

（2）两相V形接线。又称不完全星形接线，在6～10k V中性点不接地系统中应用较广泛。这种接线通过公共线上仪表中的电流，等于U、W相电流的相量和，大小等于V相的电流。不完全星形接线方式组成的继电保护电路，能对各种相间短路故障进行保护，但灵敏度不尽相同，与三相星形接线比较，灵敏度较差。由于不完全星形接线方式比三相星形接线方式少了1/3的设备，节省了投资费用。

（3）两相电流差接线。通常应用于继电保护线路中。例如，用于线路或电动机的短路保护及并联电容器的横联差动保护等，它能反映各种相间短路，但灵敏度各不相同。这种接线方式在正常工作时，通过仪表或继电器的电流是W相电流和U相电流的相量差，其数值为电流互感器二次电流的3倍。

（4）星形接线。可以用来测量负荷平衡或不平衡的三相电力系统中的三相电流。用三相星形接线方式组成的继电保护电路，能保证对各种故障（三相、两相短路及单相接地短路）具有相同的灵敏度，因此可靠性较高。

四种接线方式如图2-21所示。

（三）电流互感器分类

目前，电流互感器的分类按不同情况划分如下。

（1）电流互感器按用途可分为两类：一是测量电流、功率和电能用的测量用互感器；二是继电保护和自动控制用的保护控制用互感器。

（2）根据一次绕组匝数可分为单匝式和多匝式，如图2-22所示。单匝式又分为贯穿型和母线型两种。贯穿型互感器本身装有单根铜管或铜杆作为一次绕组；母线型互感器则本身未装一次绕组，而是在铁芯中留出一次绕组穿越的空隙，施工时以母线穿过空隙作为一次绕组。通常油断路器和变压器套管上的装入式电流互感器就是一种专用母线型互感器。

（3）根据安装地点可分为户内式和户外式。(www.xing528.com)

（4）根据绝缘方式可分为干式、浇注式、油浸式等。干式用绝缘胶浸渍，适用于作为低压户内的电流互感器；浇注式用环氧树脂作绝缘，浇注成型；油浸式多为户外型。

（5）根据电流互感器工作原理可分为电磁式、光电式、磁光式、无线电式电流互感器。

图2-21　电流互感器的接线

（a）单相接线；（b）两相V形接线；（c）两相电流差接线；（d）星形接线

图2-22　电流互感器的结构原理

（a）单匝式；（b）多匝式；（c）具有两个铁芯式

（四）电流互感器的型号含义及常用型式

目前，国产电流互感器型号表达如下：

产品型号均以汉语拼音字母表示，字母含义及排列顺序见表2- 2。

表2-2　电流互感器型号字母含义

现介绍几种常用的电流互感器。

1.LFC-10型多匝穿墙式电流互感器

如图2-23所示，LFC-10型电流互感器为瓷绝缘式户内产品，适用于额定电压10k V及以下线路作电流、电能测量及继电保护用。

2.LDC-10型单匝穿墙式电流互感器

这种系列的电流互感器如图2-24所示，本型电流互感器一次电流为5～200A时采用环氧树脂浇注半封闭式绝缘结构，300～1000A为单匝全封闭式绝缘结构；额定频率为50Hz，额定电压为10k V。

图2-23　LFC-10型电流互感器

图2-24　LDC-10型电流互感器

3.LQJ-10型环氧树脂浇注电流互感器

该型电流互感器如图2-25所示，为环氧树脂浇注绝缘、户内型产品，适用于交流50Hz，额定电压10k V及以下交流线路中，作电流、电能测量及继电保护用。

4.LMZ-10母线型穿墙式电流互感器

LMZ-10母线型电流互感器为环氧树脂浇注，全封闭，穿墙式结构适用于额定频率为50Hz、60Hz，额定电压为10k V及以下的电力系统中作电流、电能测量和继电保护用。如图2- 26所示。

图2-25　LQJ-10型电流互感器

图2-26　LMZ-10型电流互感器

5.LB9-220型户外油浸电流互感器

采用电容型油纸绝缘全密封结构，主要由油箱、瓷套、膨胀器、器身、一次出线装置及二次出线盒等部分组成，如图2- 27所示。

图2-27　LB9-220型户外油浸高压电流互感器

（五）电流互感器的技术参数

1.额定电流变比

额定电流变比是指一次额定电流与二次额定电流之比（有时简称电流比）。额定电流比一般用不约分的分数形式表示，如一次额定电流I 1e和二次额定电流I 2e分别为100A、5A，则

K I=I 1e/I 2e=100/5

所谓额定电流，就是在这个电流下，互感器可以长期运行而不会因发热损坏。当负载电流超过额定电流时，叫作过载。如果互感器长期过载运行，会把它的绕组烧坏或缩短绝缘材料的寿命。

2.准确度等级

由于电流互感器存在着一定的误差，因此根据电流互感器允许误差划分互感器的准确度等级。我国对电流互感器准确度等级划分为0.1、0.2、0.5、1、2、3、5七个等级；继电保护用分稳态保护用P级（5P和10P两个等级）和暂态保护用TP级。

0.1级以上电流互感器，主要用于试验室进行精密测量，或者作为标准用来检验低等级的互感器，也可以与标准仪表配合，用来检验仪表，所以也叫作标准电流互感器。用户电能计量装置通常采用0.2级和0.5级电流互感器，1、2、3、5级用于一般性监视测量或某些保护。继电保护用电流互感器要满足5P或10P要求。10P就是要求在一次回路通过最大短路电流时的电流误差不超过10%。

3.额定容量

电流互感器的额定容量，就是额定二次电流I 2e通过二次额定负载Z 2e时所消耗的视在功率S 2e，所以

一般情况I 2e=5A，因此，S 2e=52Z 2e=25Z 2e，额定容量也可以用额定负载阻抗Z 2e表示。

不同的二次负载阻抗，直接影响电流互感器的误差和准确度，同一台电流互感器在不同的准确级时，规定有相应的额定容量。例如LMZ1- 10-3000/5型电流互感器，0.5级对应的二次额定负载为1.6Ω（40VA）；1级时为2.4Ω（60VA）。换而言之，当该电流互感器用于向收费用电度表供电时，应控制二次负载阻抗数不大于1.6Ω，否则会降低准确级，使测量的电能数不准确。

4.额定电压

电流互感器的额定电压，是指一次绕组长期对地能够承受的最大电压（有效值）。它只是说明电流互感器的绝缘强度，而和电流互感器额定容量没有任何关系。它标在电流互感器型号后面。例如LCW-35，其中“35”是指额定电压，单位为k V。

5.动稳定电流倍数

动稳定电流倍数也称为额定峰值耐受电流倍数。

6.热稳定电流倍数

热稳定电流倍数也称为额定短时耐受电流倍数。

（六）电压互感器结构和工作原理

1.电压互感器结构

电压互感器的工作原理、结构和接线方式与电力变压器相似，同样是由相互绝缘的一次、二次绕组绕在公共的闭合铁芯上组成的，如图2-28所示。其主要区别是二者容量不同，且电压互感器是在接近空载的状态下工作的。

图2-28　电压互感器的原理结构图和接线图

（a）原理结构图；（b）接线图

电压互感器将高电压变为低电压供电给仪表，所以它的一次匝数N 1多，二次匝数N 2少。一次绕组与被测电压并联，二次绕组与各种测量仪表或继电器的电压线圈相并联。电压互感器的二次侧应装设熔断器，以保护自身不因二次绕组短路而损坏；在有可能的情况下，一次侧也应装设熔断器，以保护高压电网不因互感器一次绕组或引线故障危及一次系统安全。电压互感器在电气图中文字符号用TV表示。

2.电压互感器工作原理和特性

当一次绕组加上电压时，铁芯内有交变主磁通Φ·通过，一次、二次绕组分别有感应电动势和。

这就是理想电压互感器的电压变比，称为额定变比，即理想电压互感器一次绕组电压U 1与二次绕组电压U 2的比值是个常数，等于一次绕组和二次绕组的匝数比。

为了保证测量及校验工作的接线正确，电压互感器一次及二次绕组的端子应标明极性标志。电压互感器一次绕组接线端子用大写字母A、B、C、N表示，二次绕组接线端子用小写字母a、b、c、n表示。

电压互感器的工作特性：

（1）电压互感器一次电压决定于一次电力网的电压，不受二次负载的影响。

（2）正常运行时，电压互感器二次绕组近似于工作在开路状态。电压互感器的二次负载是测量仪表、继电器的电压线圈。匝数多、电抗大，通过的电流很小，二次绕组接近空载运行。

（3）运行中的电压互感器二次绕组不允许短路，与电力变压器一样，当二次侧短路时，将产生很大的短路电流损坏电压互感器。为了保护二次绕组，一般在二次侧出口处安装熔断器或快速自动空气开关，用于过载和短路保护。

3.电压互感器的误差特性

电压互感器的误差有电压误差和相角误差两项。

由二次电压U 2折算到一次侧的值与实际U 1值之差，定义为电压误差，其相对百分比值为

二次反相电压（-）与一次电压的相角差定义为电压互感器的相角误差δu。

电压互感器的误差，除了与互感器本身铁芯、绕组的质量有关，运行中主要决定于一次电压和二次负载等参数。

（1）一次电压的影响。使用时应使一次额定电压与电网的额定电压相适应。

（2）二次负载的影响。负载过多时，二次负载阻抗下降，二次电流增大，在电压互感器绕组上的电压上升，使误差增大；二次负载的功率因数过大或过小时，除影响电压误差外，相角误差也会相应增大。因此，使用中应将其二次负载阻抗和功率因数限制在相应的范围内。

电压互感器的误差，以其准确度级表示。

4.电压互感器的接线方式

（1）单相电压互感器接线。可测量某两相之间的线电压，主要用于35k V及以下的中性点非直接接地电网中，用来连接电压表、频率表及电压继电器等，为安全起见，二次绕组有一端（通常取x端）接地；单相接线也可用在中性点有效接地系统中测量相对地电压，主要用于110k V及以上中性点直接接地电网。

（2）V形接线。又称不完全星形接线，可以用来测量三个线电压，供仪表、继电器接于三相三线制电路的各个线电压，主要应用于20k V及以下中性点不接地或经消弧线圈接地的电网中。它的优点是接线简单、经济，广泛用于工厂供配电所高压配电装置中。它的缺点是不能测量相电压。

（3）一台三相三柱式电压互感器Y，yn接线。用于测量线电压。由于其一次侧绕组不能引出，不能用来监视电网对地绝缘，也不允许用来测量相对地电压。其原因是当中性点非直接接地电网发生单相接地故障时，非故障相对地电压升高，造成三相对地电压不平衡，在铁芯柱中产生零序磁通，由于零序磁通通过空气间隙和互感器外壳构成通路，所以磁阻大，零序励磁电流很大，造成电压互感器铁芯过热甚至烧坏。

（4）一台三相五柱式电压互感器的Yn，yn，d0接线。互感器的一次侧绕组、基本二次侧绕组均接成星形，且中性点接地，辅助二次侧绕组接成开口三角形。它既能测量线电压和相电压，又可以用作绝缘监察装置，广泛应用于小接地电流电网中。当系统发生单相接地故障时，三相五柱式电压互感器内产生的零序磁通可以通过两边的辅助铁芯柱构成回路，由于辅助铁芯柱的磁阻小，因此零序励磁电流也很小，不会烧毁互感器。

（5）三个单相三绕组电压互感器接成的Yn，yn，d11接线。主要应用于3k V及以上电网中，用于测量线电压、相电压和零序电压。当系统发生单相接地故障时，各相零序磁通以各自的互感器铁芯构成回路，对互感器本身不构成威胁。这种接线方式的辅助二次绕组也接成开口三角形，对于3～60k V中性点非直接接地电网，其相电压为100/3V。对中性点直接接地电网，其相电压为100V。

（七）电压互感器的分类

目前，电压互感器的分类按不同情况划分如下。

1.按用途分类

测量用电压互感器和保护用电压互感器，这两种电压互感器，又可分为单相电压互感器和三相电压互感器。

2.根据安装地点分类

户内型电压互感器和户外型电压互感器。

3.根据电压变换原理分类

（1）电容式电压互感器，以电容分压来变换电压。

（2）光电式电压互感器，以光电元件来变换电压。

（3）电磁式电压互感器，以电磁感应来变换电压。

电磁式电压互感器是本书重点介绍的电压互感器，以后凡是未加特殊说明的电压互感器，均指电磁式电压互感器。

4.根据结构不同分类

（1）单级式电压互感器，一次绕组和二次绕组均绕在同一个铁芯柱上。

（2）串级式电压互感器，一次绕组分成匝数相同的几段，各段串联起来，一端子连接高压电路，另一端子接地。

（八）电压互感器的型号含义及常用型号

国产电压互感器型号表达如下：

电压互感器型号中的字母，都用汉语拼音字母表示，字母排列顺序及其对应符号含义见表2- 3。

表2-3　电压互感器型号字母的含义及排列顺序

电压互感器在特殊使用环境的代号，主要有以下几种：CY—船舶用；GY—高原地区用；W—污秽地区用；AT—干热带地区用；TH—湿热带地区用。

下面简要介绍几种常用的电压互感器。

1.TYD110型电容式电压互感器

如图2-29所示，TYD110型电容式电压互感器（CVT）用于频率为50Hz，电压为110k V的中性点有效接地的交流电力系统中，接于线与地之间，为电气测量仪器、仪表和保护、控制装置提供电压信号，并可兼作耦合电容器，用于电力线载波通信系统。

2.JSJW-10型三相三绕组五柱式油浸电压互感器

如图2-30所示，该型电压互感器有两个二次绕组，一个接成星形，供测量和继电保护用；另一个二次绕组也称辅助绕组，接成开口三角形，用来监视线路的绝缘情况。正常时开口三角形两端电压为0V，当一相接地时，开口三角形两端电压为100V。

图2-29　TYD110型电容式电压互感器

图2-30　JSJW-10型三相三绕组五柱式油浸电压互感器

3.JDZ-10型电压互感器

如图2-31所示，JDZ型电压互感器为单相双绕组环氧树脂浇注绝缘的户内用电压互感器。其优点：体积小，重量轻，节约铜和钢，能防潮、防盐雾、防霉，可用来代替JDJ型。

（九）电压互感器的技术参数

1.绕组的额定电压

额定一次电压是指可以长期加在一次绕组上的电压，并在此基准下确定其各项性能；根据其接入电路的情况，可以是线电压，也可以是相电压。其值应与我国电力系统规定的“额定电压”系列相一致。

额定二次电压，我国规定接在三相系统中相与相之间的单相电压互感器为100V，对于接在三相系统相与地间的单相电压互感器，为。

2.额定电压变比

额定电压变比为额定一次电压与额定二次电压之比，一般用不约分的分数形式表示为

图2-31　JDZ-10型电压互感器

3.额定二次负载

电压互感器的额定二次负载，为确定准确度等级所依据的二次负载导纳（或阻抗）值。额定输出容量为在二次回路接有规定功率因数的额定负载，并在额定电压下所输出的容量，通常用视在功率（单位为VA）表示。

电压互感器的误差与二次负载有关，因此对应每个准确度级，都对应一个额定容量，但一般来说额定输出容量是指在最高准确度级下的额定容量。

4.准确度等级

由于电压互感器存在着一定的误差，因此根据电压互感器允许误差划分互感器的准确度等级。我国规定的电压互感器的准确度等级有0.2、0.5、1、3、3P、6P六级。

0.2、0.5、1级的使用范围同电流互感器，3级用于某些测量仪表和继电保护装置，继电保护用电压互感器还要满足3P或6P要求。

制造厂在铭牌上标明准确度等级时，必须同时标明确定该准确度等级的二次输出容量，如0.5级、50VA。

六、避雷器

【引导问题】

◆避雷器的作用是什么？

◆避雷器有哪些类型？

（一）避雷器的作用

避雷器是保护电气设备免受瞬态雷电过电压危害的一种保护电器，它通常是接于导线（电源相线、信号线、零线）和地之间，与被保护设备并联，当雷电过电压值达到规定的动作电压时，避雷器立即动作，限制过电压的幅值，保护设备和系统，使系统能够正常工作。

（二）避雷器的分类

避雷器按其发展的先后可分为：

（1）保护间隙是最简单形式的避雷器。

（2）管型避雷器也是一个保护间隙，但它能在放电后自行灭弧。

（3）阀型避雷器是将单个放电间隙分成许多短的串联间隙，同时增加了非线性电阻，提高了保护性能。

（4）磁吹避雷器利用了磁吹式火花间隙，提高了灭弧能力，同时还具有限制内部过电压能力。

（5）氧化锌避雷器利用了氧化锌阀片理想的伏安特性（非线性极高，即在大电流时呈低电阻特性，限制了避雷器上的电压，在正常工频电压下呈高电阻特性），具有无间隙、无续流残压低等优点，也能限制内部过电压，被广泛使用。

（三）避雷器的型号含义及常用型式

避雷器型号表达如下：

YH10W-100/248W表示复合外套金属氧化锌避雷器（HY为老型号），无间隙、防污型、电站型。额定电压为100k V、标称放电电流下残压248k V，标称放电电流10k A。

下面介绍几种常见避雷器型号。

1.FZ系列阀型避雷器

普通阀型避雷器，采用平板间隙与低温阀片，间隙并联金刚砂电阻。国产有3～220k V各电压等级，110k V以上有均压环，以提高冲击放电电压。采用标准火花间隙组和阀片组成，阀片直径较大，火花间隙有分路电阻冲击系数较FS型低些，通流能力较高些，通常用来保护35k V及以上中等和大容量变电站的电气设备。图2-32为FZ-35型阀型避雷器。

2.FS系列阀型避雷器

此避雷器用于小容量配电装置，没有并联电阻，伏秒特性较陡，残压较高，国产有2～10k V。采用平板型间隙和低温阀片组成，阀片直径较小55mm，无分压电阻，通流容量较低，一般只用来保护小容量的配电装置。10k V及以下变配电所中广泛用它作为变压器等电气设备的保护，见图2- 33。

图2-32　FZ-35型阀型避雷器

图2-33　FS4-10型阀型避雷器

3.YH5WZ-51/134型避雷器

YH5WZ-51/134电站型有机复合全绝缘氧化锌避雷器用于保护发电厂、变电站的交流电气设备免受大气过电压和操作过电压的损坏。标称放电电流为5k A，系统标称电压为35k V，避雷器额定电压为51k V，见图2-34。

4.Y5WZ-51/134型避雷器

Y5WZ-51/134属于瓷外套式金属氧化物避雷器，也属于电站型避雷器，主要是用于保护发电厂、变电站中交流电气设备免受大气过电压和操作过电压的损坏，见图2- 35。

图2-34　YH5WZ-51/134型避雷器

图2-35　Y5WZ-51/134型避雷器

5.Y5WS-17/50型避雷器

配电型Y5WS系列无间隙金属氧化物避雷器主要是用于保护相应电压等级的开关柜、变压器、箱式变、电缆头油开关等配电设备，免受大气和操作过电压的损坏，如图2- 36所示。

（四）避雷器参数定义

1.标称电压U n

与被保护系统的额定电压相符。

2.额定电压U c

图2-36　Y5WS-17/50型避雷器

能长久施加在保护器的指定端，而不引起保护器特性变化和激活保护元件的最大电压有效值，即最高工作电压允许值。

3.标称放电电流I n

避雷器标称放电电流指避雷器能够持续承受通过而不损坏的雷电流幅值。

4.最大放电电流I max

最大放电电流是能够短时间承受的雷电流幅值，时间过长则会损坏。

七、母线、绝缘子、电力电缆

【引导问题】

◆母线的作用是什么？

◆绝缘子的作用是什么？

◆电力电缆的作用是什么？

（一）母线的作用

为了汇集、分配和传输电能，常常需要设置母线，它是在发电厂和变电站的各级配电装置中，将发电机、变压器和各种电气设备连接起来的导线。母线是构成电气主接线的主要设备。

（二）母线的分类与布置

1.母线的分类

（1）按照材料分类。母线材料有钢、铝和铝合金三种。铜母线的导电性能好，机械强度高，防腐性能好，但其价格较贵，因此只有在大电流装置或有腐蚀性的配电装置中才采用铜母线；铝母线的导电性能次于铜母线，机械强度也比铜母线小得多，表面易氧化，但铝轻质软，容易安装加工，且我国铝藏量较丰富，因此，在输配电工程中广泛采用铝母线；钢母线与铜母线、铝母线相比，导电性能差，易生锈，但其机械强度比铜母线强，且价格也便宜。在小容量的高、低压配电装置中，母线工作电流不大于200A时常采用钢母线，钢母线用得最普遍的是在接地装置中作为接地母线。

（2）按截面形状分类。母线的结构和截面形状决定于母线的工作特点。正常工作时，发电机电压母线工作电压较低，但持续工作电流较大，大中型发电机母线的工作电流一般在几千到上万安培，突出的问题是散热和短路时的动稳定问题。为了有利于散热和保证短路时母线的动稳定，发电机电压母线通常采用硬裸母线。常用的硬裸母线的截面形状有矩形、槽形和管形。在35k V户外配电装置中，为了防止电晕，大多数采用圆形截面母线，一般采用钢芯铝绞线或管形母线。

矩形母线的散热条件好，安装连接方便。但矩形母线趋肤效应系数较大，为了不浪费母线材料，单条矩形母线的最大截面一般不超过1250mm2，当母线回路的工作电流不超过2000A时，可采用每相单条矩形母线。当母线回路工作电流超过2000A时，可在每相将2～4条矩形母线并列使用。但应注意，采用每相多条矩形母线的条数以不超过3条为宜。这是因为受邻近效应影响，每相母线的总载流量并非随着条数的增多成比例增加，这不仅造成了母线材料的浪费，而且使散热条件变差，同时给母线的安装连接带来不便。每相2或3条矩形母线适用于母线工作电流为2000～4000A的回路中。

槽形母线的载流量大，趋肤效应系数小，机械强度高，一般适用于母线工作电流为4000～8000A的回路中。管形母线的趋肤效应系数最小，机械强度高，还可以采用管内通水或通风的冷却措施，因此，当母线工作电流超过8000A时，常采用管形母线。

升高电压（汇流）母线大都采用软导线做母线。现在35～500k V可采用管形硬母线。

2.母线的布置形式

矩形或槽形母线的散热及机械强度还与母线的布置方式有关。图2-37（a）所示的散热条件较好，母线的载流量较大，但机械强度较低，图2-37（b）则相反。图2-37（c）的布置方式兼顾了图2-37（a）和（b）的优点，但母线布置的高度增加，巡视母线不太方便。

槽形母线由两个半槽组成，两半槽之间留有缝隙。显然，使缝隙在铅垂方向有利于散热，见图2-38。母线采用何种布置方式，应根据母线工作电流大小。短路电流电动力的大小，以及配电装置的具体情况而定。

图2-37　矩形母线的布置方式

（a）三相水平布置，母线竖放；（b）三相水平布置，母线平放；（c）三相垂直布置，母线竖放

图2-38　槽形母线的布置方式

（a）三相垂直布置，缝隙在铅垂面；（b）三相水平布置，缝隙在铅垂面；（c）断面尺寸

（三）绝缘子作用

绝缘子一般由电瓷制成，因为电瓷能够满足绝缘子的绝缘强度和机械强度的要求。绝缘子广泛地应用在发电厂和变电站的户内外配电装置中的开关电器及输电线路上，用来支持和固定带电导体，并使带电导体与地绝缘，或使配电装置中处于不同电位的带电导体之间绝缘。因此，绝缘子应具有足够的绝缘强度和机械强度，并能耐热和防化学腐蚀。

（四）绝缘子的分类

按用途绝缘子分为电站绝缘子、电器绝缘子和线路绝缘子。

1.电站绝缘子

电站绝缘子用来支持和固定户内外配电装置的硬母线，使母线与地绝缘。电站绝缘子又可分为支柱式和套管式，套管绝缘子用于母线穿越墙壁和天花板，或从屋内向屋外引出线。

2.电器绝缘子

电器绝缘子用于固定电器的载流部分，分支柱式和套管式两种。套管式绝缘子用来使有封闭外壳的电器（如断路器、变压器等）的载流部分引出外壳。还有些电器绝缘子有特殊的形状，如柱形、牵引杆式、杠杆式等。

3.线路绝缘子

线路绝缘子有针式和悬式两种，配合金具用来固结架空线路的导线和屋内外配电装置的软母线，并使之与地绝缘。

按装设地点的不同，绝缘子分户内式和户外式两种。户内式和户外式绝缘子的区别在于：户外式具有较大的伞裙，以增长沿面的放电距离；能在雨天阻断水流，使之能在恶劣天气下可靠工作。在多灰尘的或有害气体地区，应采用特殊结构的防污绝缘子。户内式绝缘子表面无衣裙。

按结构可分为支持绝缘子、悬式绝缘子、防污型绝缘子和套管绝缘子。

架空线路中所用绝缘子，常用的有针式绝缘子、蝶式绝缘子、悬式绝缘子、瓷横担、棒式绝缘子和拉紧绝缘子等。

（五）电力电缆作用

电力电缆是在电力系统中传输或分配大功率电能用的电缆。由电站发出的电能通过架空输电线、电力电缆联结各种电压级别的变电配电站，而后送到各个用电单位。电力电缆同其他架空裸线相比，其优点是受外界气候干扰小、安全可靠、隐蔽、较少维护、经久耐用，可在各种场合下敷设。但电力电缆结构与生产工艺均较复杂、成本较高，因此一般用于发电厂、变电站、工矿企业的动力引入或引出线路中，以及跨越江河、铁路站场、城市地区的输配电线路和工矿企业内部的主干电力线路中。

（1）能长期承受较高乃至极高的工作电压，应具有非常优良的电绝缘性能，因此电力电缆按使用电压级可分为：低压（1k V及以下）、中压（6～35k V）、高压（66～330k V）、超高压（500k V及以上）。

（2）能传输很大的电流（几百安乃至几千安），因此会采用截面积为几百乃至几千平方毫米的导电线芯。同时要求所用绝缘及其他材料具有优良的耐热老化性能，而整体结构能保持热平衡。

（3）为使电缆能适应各种敷设方式和使用环境（地下、水中、沟管、隧道、竖井），必须采用多种组合的保护层结构。

（六）电力电缆的基本结构

电力电缆的结构如图2-39所示。

1.电缆线芯

图2-39　电力电缆的基本结构

（a）三相统包层；（b）分相铅包层
1—导体；2—相绝缘；3—纸绝缘；4—铅包皮；5—麻衬；6—钢带铠甲；7—麻被；8—钢丝铠甲；9—填充物

传导电流。通常由多股铜绞线或铝绞线制成。根据导体的芯数，可分为单芯、双芯、三芯和四芯电缆。

2.绝缘层

使各导体之间及导体与包皮之间相互绝缘。使用的材料：橡胶、聚乙烯、聚氯乙烯、交联聚乙烯、聚丁烯、棉、麻、丝、绸、纸、矿物油、植物油、气体等。

3.保护层

保护导体和绝缘层，防止外力损伤、水分侵入和绝缘油外流。分内保护层和外保护层。内保护层由铝、铅或塑料制成，外保护层由内衬层（浸过沥青的麻布、麻绳）、铠装层（钢带、钢丝铠甲）和外被层（浸过沥青的麻布）组成。

（七）电力电缆的种类及特点

1.油浸纸绝缘电缆

主绝缘用经过处理的纸浸透电缆油制成，适用于35k V及以下的输配电线路。

优点：绝缘性能好、耐热能力强、承受电压高、使用寿命长。

黏性浸渍电缆：将电缆以松香和矿物油组成的黏性浸渍剂充分浸渍，其额定电压为1～35k V。

不滴流电缆：采用与黏性浸渍电缆完全相同的结构尺寸，以不滴流浸渍剂的方法制造，敷设时不受高差限制。

2.聚氯乙烯电力电缆

主绝缘采用聚氯乙烯，内护套大多也是采用聚氯乙烯。主要用于6k V及以下电压等级的线路，结构如图2-40所示。

优点：电气性能好、耐水、耐酸碱盐、防腐蚀、机械强度较好、敷设不受高差限制，可垂直敷设。

缺点：塑料易老化，绝缘强度低，介质损耗大，耐热性能差，并且燃烧时会释放氯气，对人体有害，对设备有严重腐蚀作用。

3.交联聚氯乙烯电力电缆

主要绝缘材料为交联聚氯乙烯，广泛用于1～110k V线路。在35k V及以下电压等级，交联聚氯乙烯电缆已逐步取代了油浸绝缘电缆，结构如图2- 41所示。

图2-40　聚氯乙烯电力电缆结构

1—线芯；2—聚氯乙烯绝缘；3—聚氯乙烯内护套；4—铠装层；5—填料；6—聚氯乙烯外护套

图2-41　交联聚氯乙烯电力电缆结构

1—线芯；2—线芯屏蔽；3—交联聚氯乙烯绝缘；4—绝缘屏蔽；5—保护带；6—铜丝屏蔽；7—螺旋铜带；8—塑料带；9—中心填芯；10—填料；11—内护套；12—铠装层；13—外护层

优点：结构简单、外径小、质量轻、耐热性能好、线芯允许工作温度高（长期90℃，短路时250℃）、比相同截面的油浸纸绝缘电缆允许载流量大、可制成较高电压级、机械性能好、敷设不受高差限制、安装工艺较为简便。缺点：抗电晕和游离放电性能差。

4.橡胶绝缘电力电缆

绝缘材料为橡皮，主要用于35k V及以下电力线路，结构如图2- 42所示。

优点：柔软性好，弯曲方便，防水及防潮性能好，具有较好的耐寒性能、电气性能、机械性能、化学稳定性。缺点：耐压强度不高，耐热、耐油性能差且绝缘易老化，易受机械损伤。

5.高压充油电力电缆

特点：铅套内部有油道。油道由缆芯导线或扁铜线绕制成的螺旋管构成。在单芯电缆中，油道就直接放在线芯的中央；在三芯电缆中，油道则放在芯与芯之间的填充物处。

额定电压等级为110～330k V的单芯充油电缆最具有代表性。充油电缆的纸绝缘是用黏度很低的变压器油浸渍的，电缆的铅包内部有油道，里面也充满黏度很低的变压器油。在连接盒和终端盒处装有压力油箱，补偿电缆中油体积因温度变化而引起变动，以保证油道始终充满油，并保持恒定的油压。当电缆温度下降，油的体积收缩时，油道中的油不足时，由油箱补充；反之，当电缆温度上升，油的体积膨胀时，油道中多余的油流回油箱内。

图2-42　橡胶绝缘电力电缆结构

1—线芯；2—线芯屏蔽层；3—橡皮绝缘层；4—半导电屏蔽层；5—铜带屏蔽层；6—填料；7—橡皮布带；8—聚氯乙烯外护套

6.SF6气体绝缘电缆

主绝缘为SF6气体，即将单相或三相导体封在充有SF6气体的金属圆筒中，带电部分与接地的金属圆筒间的绝缘由SF6气体来承担。

优点：

（1）适于远距离输送。

（2）额定电流大。

（3）增高气体压力提高SF6气体绝缘的性能和额定电压。

（4）SF6气体绝缘电缆的波阻抗大，与架空线连接时对行波的反射减少。

（5）SF6气体绝缘电缆解决高落差地区的电缆输电问题。

（6）无着火危险。

适用场所：

（1）超高压大容量的功率传输，目前额定电压可达500k V，额定电流为3000～5000A。

（2）用于大城市中大容量的供电。

（3）用于SF6全封闭组合电器与架空线之间的连接。

（4）用于高落差地区油纸绝缘电缆无法使用的场所。

（八）电力电缆的型号含义

电力电缆型号表达如下：

采用汉语拼音和数字相结合命名方法。

类别：ZR为阻燃；NH为耐火；BC为低烟低卤；E为低烟无卤；K为控制电缆类；DJ为电子计算机；N为农用直埋；JK为架空电缆类；B为布电线。

导体：T为铜导体；L为铝导体；G为钢芯；R为铜软线。

绝缘：V为聚氯乙烯；YJ为交联聚乙烯；Y为聚乙烯；X为天然丁苯胶混合物绝缘；G为硅橡胶混合物绝缘；YY为乙烯-乙酸乙烯橡皮混合物绝缘。

护套：V为聚氯乙烯护套；Y为聚乙烯护套；F为氯丁胶混合物护套。

屏蔽：P为铜网屏蔽；P1为铜丝缠绕；P2为铜带屏蔽；P3为铝塑复合带屏蔽。

其他：H为电焊机用；T为电梯用；W为具有耐户外气候性能；Q为轻型；Z为中型；C为重型；B为平行；S为对绞；J为绞制。

铠装层、外被层所用主要材料的数字及含义见表2- 4。

表2-4　电力电缆铠装层、外被层材料表示

例如，YJV22-2（3×240+1×120）含义为：

2根（YJV）交联聚氯乙烯铜芯带（22）钢带铠装的电缆并联敷设，3×240+1×120指三根相线的横截面积是240mm2，中性线的横截面积是120mm2（四芯电缆）。