10kV配电线路上常见电气设备介绍

1. 高压断路器

1.1概述

高压断路器（或称高压开关）它不仅可以切断或闭合高压电路中的空载电流和负荷电流，而且当系统发生故障时通过继电器保护装置的作用，切断过负荷电流和短路电流，它具有相当完善的灭弧结构和足够的断流能力，可分为：油断路器（多油断路器、少油断路器）、六氟化硫断路器（SF6断路器）、压缩空气断路器等。

1.2型号表示方法

高压断路器的型号是由字母和数字组成，表示如下：

1.3 基本参数

（1）额定电压

它是表征断路器绝缘强度的参数，它是断路器能承受的正常工作线电压。目前，我国电力系统中断路器采用的额定电压等级为（10KV、35KV、66KV、110KV、220KV、330KV、500KV)。

（2）额定电流

它是表征断路器通过长期电流能力的参数，即断路器允许连续长期通过的最大电流。我国规定额定电流为：200、400、630、（1000）、1250、1600、（1500）、2000、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000A。

（3）额定开断电流

它是表征断路器开断能力的参数。在额定电压下，断路器能保证可靠开断的最大电流，称为额定开断电流，其单位用断路器触头分离瞬间短路电流周期分量有效值的千安数表示。当断路器在、低于其额定电压的电网中工作时，其开断电流可以增大。但受灭弧室机械强度的限制，开断电流有一最大值，称为极限开断电流。我国规定额定开断电流为：1.6、3.15、6.3、8、10、12.5、16、20、25、31.5、40、50、63、80、100kA等。

（4）动稳定电流

它是表征断路器通过短时电流能力的参数，反映断路器承受短路电流电动力效应的能力。断路器在合闸状态下或关合瞬间，允许通过的电流最大峰值，称为电动稳定电流，又称为极限通过电流。断路器通过动稳定电流时，不能因电动力作用而损坏。耐受电流，它表明断路器在冲击短路电流作用下，承受电动力的能力。这个值的大小由导电及绝缘等部分的机械强度所决定。

（5）热稳定电流

热稳定电流是断路器在规定时间内，允许通过的最大电流，它表示断路器承受短路电流热效应的 能力。以短路电流的有效值表示。断路器的铭牌规定一定  时间（1、2、4秒）的热稳定电流。

（5）关合电流

是表征断路器关合电流能力的参数。因为断路器在接通电路时，电路中可能预伏有短路故障，此时断路器将关合很大的短路电流。这样，一方面由于短路电流的电动力减弱了合闸的操作力，另一方面由于触头尚未接触前发生击穿而产生电弧，可能使触头熔焊，从而使断路器造成损伤。断路器能够可靠关合的电流最大峰值，称为额定关合电流。额定关合电流和动稳定电流在数值上是相等的，两者都等于额定开断电流的2.55倍。

（6）分闸时间

这是表征断路器操作性能的参数。分闸时间是表面断路器开断过程快慢的参数。断路器从接到分闸命令起到电弧熄灭为止的时间称为全分闸时间。全分闸时间包括固有分闸时间和熄弧时间。

（7）合闸时间

这也是表征断路器操作性能的参数。合闸时间它是由发布合闸命令(指合闸回路接通)起，到最后一相的主灭弧触头刚接触为止的一段时间。合闸时间的测量方法进行'对有并联电阻的高压断路器设备，还应测量其电阻触头的合闸时间。

（8）操作循环

这也是表征断路器操作性能的指标。架空线路的短路故障大多是暂时性的，短路电流切断后，故障即迅速消失。因此，为了提高供电的可靠性和系统运行的稳定性，断路器应能承受一次或两次以上的关合、开断、或关合后立即开断的动作能力。此种按一定时间间隔进行多次分、合的操作称为操作循环。 

1.4 油断路器

采用变压器油作灭弧介质的断路器，称为油断路器，如断路器的油还兼作开断后的绝缘和带电部分与接地外壳之间的绝缘介质，称为多油断路器；油仅作为灭弧介质和触头开断后的绝缘介质，而带电部分对地之间的绝缘介质采用瓷或其他介质的，称为少油断路器。主要用在不需频繁操作及不要求高速开断的各级电压电网中。

1.5 真空断路器

利用真空的高介质强度来灭弧的断路器，称为真空断路器，现已大量应用在7.2—40.5KV电压等级的供（配）电网络上也主要用于频繁操作及要求高速开断的场合，但在海边地区使用时，应注意防凝露，因为会使断路器灭弧室灭弧能力下降。真空断路器按使用条件分为户内和户外两种类型。这里主要介绍户外柱上真空断路器。

断路器结构为三相支柱式，主要由真空灭弧室，上下绝缘筒、箱体、操动机构、驱动部件组合而成。断路器配用弹簧操作机构，可进行手动操作和电动操作。如下图：

户外真空断路器主要用于开断、关合电力系统中的负荷电流、过载电流及短路电流。适用于变电站及工矿企业配电系统中作保护和控制之用，及农村电网频繁操作的场所。一般采用ZW-12型断路器，如下图：

安装示意图

1.6 六氟化硫（SF6）断路器

采用具有优良灭弧性能和绝缘性能的SF6气体作为灭弧介质的断路器，称为SF6断路器，在电力系统中广泛应用。适用于频繁操作及要求高速开断的场合，在我国推荐在7.2—40.5选用SF6断路器，特别是126kV以上几乎全部选用SF6断路器。但不适用于高海拔地区。

下面简单介绍下柱上SF6断路器（负荷开关），他具有承载、分合额定电流能力，但不能开断短路电流，主要用于线路的分段和故障隔离 。一般采用LW-12型断路器，如下图：

安装示意图

2. 高压熔断器

2.1概述

高压熔断器是一种保护电器，当系统或电气设备发生短路故障或过负荷时，故障电流或过负荷电流使熔体发热熔断、切断电源起到保护作用。高压熔断器分为限流和不限流两类。户内高压熔断器为限流式熔断器。

熔断器主要元件是一种易于熔断的熔断体，简称熔体，熔体或熔丝由熔点较低的金属制成，具有较小截面或其他结构的形式，当通过的电流达到或超过一定值时，由于熔体本身产生的热量，使其温度升高，达到金属的熔点时，熔断切断电源，因而完成过载电流或短路电流的保护。为了得到大的切断能力和各种需要的保护特性，熔体的设计是一个重要问题。    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，熔体发热以至熔化；

（2）熔断体气化，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。

2.2型号表示方法

2.3基本参数

（1）额定电压

 高压熔断器必须在额定的电压下工作，因此，工作电压要依照其最大额定电压。考虑到熔断器起弧时的开关电压，熔断器不能无限制的在低于额定电压下使用。低于额定电压可以考虑，但是这种情况下熄弧时不应该超过该系统的绝缘等级。　　

（2）分辨能力

分辨能力通常也叫做“额定最大分断电流”，这种定义很清楚的显示了能被熔断器切断的最大电流。该电流必须要比通过熔断器的最大短路电流要大。　　

（3）最小分断电流

最小分断电流通常也叫做“额定最小分断电流”，该值对于后备熔断器必须定义，从该电流开始，熔断器能够切断故障电流。　

　

（4）功率损耗

高压熔断器的功率损耗是根据其额定电流而定的。使用高压熔断器保护时，工作电流一般只是额定电流的二分之一，根据物理学原理，实际的功率损耗小于技术参数表中后备高压熔断器的功率损耗值的四分之一。　

（5）电流限制

短路电流很高时，高压熔断器能在几毫秒之内切断电流。这说明电流在未达到正弦曲线的峰值之前就被切断了，这是一个显着的优势，机械开关则需要更长的时间来开启并切断电流。　

　

（6）操作电压

由于高压熔断器起到限流作用，短路电流在上升时就应该被限制并且减弱，这就要求一个高于系统电压的操作电压来迫使电流归零。该操作电压须在允许的范围内，不超过最大额定电压峰值的2.2倍。

2.4户外跌落式高压熔断器

跌落式高压熔断器是户外高压保护电器。它装置在配电变压器高压侧或配电线支干线路上、用作变压器和线路的短路、过载保护及分、合负荷电流。跌落式熔断器由绝缘支架和熔丝管二部分组成，静触头安装在绝缘支架两端，动触头安装在熔丝管两端，熔丝管由内层的消弧管和外层的酚醛纸管或环氧玻璃布管组成。拉负荷跌落式熔断器增强弹性辅助触头及灭弧罩，用以分，合负荷电流。户外高压熔断器适用于35kv及以下电压频率50Hz电力系统中，作输电线路、电力变压器过载和短路保护，分合额定负荷电流只用，机械寿命≥2000次。   

安装示意图

3. 隔离开关

3.1概述

隔离开关（switch），即在分位置时，触头间有符合规定要求的绝缘距离和明显的断开标志；在合位置时，能承载正常回路条件下的电流及在规定时间内异常条件（例如短路）下的电流的开关设备。

隔离开关（俗称“刀闸”），一般指的是高压隔离开关，即额定电压在1kV以上的隔离开关，通常简称为隔离开关，是高压开关电器中使用最多的一种电器，它本身的工作原理及结构比较简单，但是由于使用量大，工作可靠性要求高，对变电所、电厂的设计、建立和安全运行的影响均较大。隔离开关的主要特点是无灭弧能力，只能在没有负荷电流的情况下分、合电路。隔离开关用于各级电压，用作改变电路连接或使线路或设备与电源隔离，它没有断流能力，只能先用其它设备将线路断开后再操作。一般带有防止开关带负荷时误操作的联锁装置，有时需要销子来防止在大的故障的磁力作用下断开开关。

3.2型号表示方法

3.3基本参数

（1）额定电压

额定电压是指隔离开关能承受的正常工作线电压。目前，我国电力系统中隔离开关采用的额定电压等级为（10KV、35KV、66KV、110KV、220KV、330KV、500KV)。

（2）额定电流

额定电流是指隔离开关可以长期通过的工作电流。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。我国规定额定电流为：200、400、630、（1000）、1250、1600、（1500）、2000、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000A

（3）动稳定电流

隔离开关在闭合位置时，所能通过的最大短路电流，称为动稳定电流，亦称额定峰值耐受电流，它表明隔离开关在冲击短路电流作用下，承受电动力的能力。这个值的大小由导电及绝缘等部分的机械强度所决定

（4）热稳定电流

热稳定电流是隔离开关在规定时间内，允许通过的最大电流，它表示隔离开关承受短路电流热效应的 能力。以短路电流的有效值表示。隔离开关的铭牌规定一定  时间（1、2、4秒）的热稳定电流。

3.410kV隔离开关

10kV隔离开关为三相线路系统单相使用，结构简单、经济、使用方便。

10kV隔离开关为单断口垂直打开式结构，单极隔离开关支柱绝缘子安装在各自底架上，主要由底座、支柱绝缘子、主导电回路部分、自锁装置等组成。采用闸刀式结构分合闸达到切断和闭合线路，每相闸刀由两片导电刀片组成，刀片两侧外装有压缩弹簧，调节弹簧的高度可以得到开关闸刀所需要的接触压力。开关分合闸时用绝缘构棒操作机构部分，闸刀有自锁装置。

动作原理：隔离开关分合时用绝缘构棒操作，绝缘构棒扣住隔离开关锁钩，拉动锁钩向分闸方向，解开自锁装置后带动与之相连的导电板旋转实现分闸动作，合闸时由绝缘钩棒顶住隔离开关锁钩带动转轴选装，使之相连的导电板转动至合闸位置，此时自锁装置将隔离开关锁定在合闸位置。

安装示意图

4. 避雷器

4.1概述

 避雷器是用来限制雷电过电压的主要保护电器。 架空配电线路多采用避雷器来进行防雷保护，避雷器接地也叫做过电压保护接地。

雷电过电压和内部过电压对运行中配电线路及设备所造成的危害，单纯依靠提高设备绝缘水平来承受这两种过电压，不但在经济上是不合理的，而且在技术上往往亦是不可能的。积极的办法是采用专门限制过电压的电器，设备电压等级越高，降低绝缘水平所带来的经济效益越显著。将过电压限制在一个合理的水平上，然后按此选用相应的设备绝缘水平，使电力系统的过电压与绝缘合理配合。

避雷器是一种能释放过电压能量限制过电压幅值的保护设备。避雷器应装在被保护设备近旁，跨接于其端子之间。过电压由线路传到避雷器，当其值达到避雷器动作电压时避雷器动作，将过电压限制到某一定水平（称为保护水平）。之后，避雷器又迅速恢复截止状态，电力系统恢复正常状态。

避雷器的保护特性是被保护设备绝缘配合的基础，改善避雷器的保护特性，可以提高被保护设备的运行安全可靠性，也可以降低设备的绝缘水平，从而降低造价。

4.2基本要求

避雷器应符合下列基本要求：

（1）能长期承受系统的持续运行电压，并可短时承受可能经常出现的暂时过电压； 

（2）在过电压作用下，其保护水平满足绝缘水平的要求；

（3）能承受过电压作用下产生的能量；

（4）过电压过去之后能迅速恢复正常工作状态。 

4.3分类及用途

按外壳材料分为瓷壳型、有机壳型、铁壳型。

按使用环境条件分为正常使用条件型 高原型、污秽型、热带型。

按用途分为通用型和特殊应用型，通用型适用于配电站、发电站、低压电网、旋转电机、电气化铁路的过电压保护，特殊应用型适用于阻波器、电容器组、电缆护层的过电压保护。

按工作元件的材料分为碳化硅阀式避雷器、金属氧化物避雷器。碳化硅阀式避雷器按照其结构又可分为普通阀式避雷器和磁吹阀式避雷器，金属氧化物避雷器按照结构分为无间隙金属氧化物避雷器、有串联间隙金属氧化物避雷器、有并联间隙金属氧化物避雷器。金属氧化物避雷器又称无间隙避雷器，其阀片以氧化锌为主，并掺以锑、铋、锰等金属氧化物，粉碎混合均匀后，经高温烧结而成。

按工作元件的材料分的阀型避雷器和金属氧化物避雷器的用途是：

1）阀型避雷器：常用于配电变压器电缆终端头、柱上开关与设备的防雷保护，也可用作变压器站电气设备的防雷保护和放置电机的防雷保护等；

2）金属氧化物避雷器：具有良好通流容量和抑制过电压的能力，是一种性能优良的避雷器。适用于配电变压器侧电能表及通信部门作防雷保护。

4.4型号表示方法

4.5避雷器的电气性能

避雷器的电气性能

（1）保护性。限制过电压，保护电气设备绝缘不至于受到过电压而损坏。   

（2）灭弧性。过电压引起避雷器内部火花间隙击穿，而火花间隙能够迅速熄灭电弧而不中断电力系统正常供电。

（3）通流能力。避雷器动作过程中，可能耐受通过它的各种电流而不致损坏。

4.6主要电气参数

避雷器的主要电气参数

（1）灭弧电压：在保证灭弧（切断工频续流）的条件下，允许加在避雷器上的最高工频电压。

（2）额定电压：指避雷器长期正常工作的工频电压，其额定电压与装设地点的电网额定电压一致。

（3）工频放电电压：避雷器的通流能力有限，一般允许内部过电压的情况不动作。但是，同倍过电压能量较大，避雷器在发生内部过电压时可能会引起爆炸，为此规定了这个电压数值，一般规定不小于系统最大相电压的 3～3.5 倍。

（4）通流容量：避雷器的通流容量是表示阀片耐受雷电电流、工频续流和操作冲击电流的耐力。

（5）冲击放电电压：指时间为1.5～40μs 标准波预放电 ，时间为 1.5～20μs 的冲击放电电压。

（6）残压：避雷器的残压是指雷电流通过避雷器时，在避雷器两端的电压降，避雷器残压低、说明阀性电阻片的通流能力愈好。

（7）保护比：指避雷器的残压与灭弧电压（峰值）之比，这个比值越小说明避雷器的性能愈好。

避雷器的基本技术参数是根据工频过电压选择的，带有串联间隙的避雷器，其间隙灭弧电压不得低于其值，无间隙的金属氧化物避雷器，其额定电压（或称其为动作起始电压）和持续运行电压也由此确定。若避雷器的这些参数选择不当时，避雷器的损坏率便会大幅增加。 

4.7基本参数

10kV复合外套配电金属氧化物避雷器

10kV复合外套配电金属氧化物避雷器（带脱离装置）

典型的电站型和配电型避雷器电气特性

安装示意图

10kV线路上除开安装以上几种设备外还有安装有互感器（电压、电流）、无功补偿电容器等。