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电气设备及其选择
主讲：唐万良
地面变电所常用设备有开关、变压器、互感器等。
第一节 开关电弧
图3-17 刀开 关的外形结构在开关操作（断开或闭合）的过程中，只要有足够大的电压和电流就会产生电弧。
触头间电压在 10V～20V 以上，电流在 80mA～100mA 以上时，触头间就会产生电弧，
故开关中产生电弧是一个必然现象。
电焊是利用电弧的实例。看两个视频：事故电弧和拉隔离开关。
电弧是开关触头间绝缘介质导电引起的高温现象。开关触头间的绝缘介质在正常情
况下是绝缘的，但在开关刚刚断开时和即将闭合时，触头间的绝缘介质变成了导体，电
流通过绝缘介质产生高温，发出明亮的光。
电弧在断开的触头之间燃烧，使电路仍处于接通状态，延迟了电路的开断，只有当
电弧熄灭后电路才算被断开。如果电弧燃烧时，其温度可高达 6000℃，如不能及时熄灭，
会使开关触头烧损，导致触头熔焊，还可能造成弧光短路形成更严重的事故。所以，研
究电弧的产生和熄灭规律，采取有效的灭弧措施，避免电弧的危害，是非常必要的。
一、电弧的产生与熄灭
1．电弧的发生与发展
在开关触头分开的过程中，动静触头间的接触压力与接触面积不断减少，使接触电
阻迅速增大，导致接触处温度升高，使一部分自由电子由于热运动而逸出金属表面，形
成了热电子发射。
在开关触头分断瞬间，由于触头间距很小，即使电压不高，但电场强度却很大。在
电场力作用下，自由电子脱离触头表面，便形成了强电场发射。
高速运动的自由电子与触头间的中性质点发生碰撞，可使中性质点分离为自由电子
和正离子，这种现象称为碰撞游离。新产生的自由电子又会碰撞其它中性质点，产生更
多的自由电子和正离子。这是一个雪崩过程。由于连续不断地碰撞游离，使触头间带电质点大量增加，结果使绝缘介质变成了导体。电流通过绝缘介质产生高温，发出明亮的
光。通常电弧压降可达20~30V，电弧功率很大，电弧体积很小，故电弧功率密度极大，
导致电弧温度极高，可达6000~10000℃。
高温使原子外围电子的运动速度增大，脱离原子束缚，产生新的带电粒子，发生热
游离现象，从而使电弧继续燃烧。
电弧的产生过程是一个绝缘介质被电离的过程。最初由热电子发射和强电场发射提
供起始自由电子，然后由碰撞游离导致介质击穿产生电弧，最后靠热游离来维持。
2．电弧的熄灭
在电弧中不但存在着中性质点的游离过程，而且还存在着带电质点不断消失的去游
离过程。去游离有两种。
复合是自由电子和正离子重新结合为中性质点的现象，电弧温度越低，弧隙电场强
度越小，带电质点运动速度就越慢，复合就越容易。
扩散是指带电质点逸出弧道的现象，弧区与周围介质的温差越大；弧区与周围介质
离子的浓度差越大；电弧的表面积越大；扩散就越快。
当游离速度大于去游离速度时，电弧加强；游离速度和去游离速度相等时，电弧稳
定燃烧；游离速度小于去游离速度时，电弧减弱以致熄灭。因此，要促使电弧熄灭，就
必须削弱电弧的游离作用，加强其去游离作用。
上述带电质点的复合和扩散，能使电弧中的带电粒子减少，触头间绝缘强度增加，
最后导致电弧熄灭。
3. 开关电器常用的灭弧方法
开关电器常用的灭弧方法主要有以下几种：
1）真空灭弧
真空是一种具有优异的绝缘能力和灭弧能力的特殊介质。把开关触头置于真空中，
利用真空的绝缘能力和灭弧能力，可以制造出体积小、重量轻、速度快、寿命长的开关。
这种灭弧方法广泛应用于煤矿井上下的各种高低压开关设备中。
2）介质吹
用高速的绝缘介质吹电弧，可以使电弧降温，有利于复合进行，也有利于带电质点
的扩散，使触头间的绝缘水平迅速升高，电弧就能熄灭。六氟化硫断路器、油断路器、
压缩空气断路器等都是用此方法。
3）狭缝（狭沟）灭弧法
使电弧在固体介质的狭缝中运动，电弧与固体介质紧密接触，一方面加强了冷却与复合作用；另一方面电弧被拉长，弧径被压小，弧电阻增大，促使电弧迅速熄灭。如狭
缝灭弧栅和填料式熔断器等，都属于这种灭弧结构。主要用于低压开关。
4）金属灭弧栅
这种方法常用于低压交流开关中。触头间的电弧在电磁力作用下，进入与电弧垂直
放置的，彼此绝缘的金属栅片内（由 A处移向B处），将一个长弧切割成若干个短弧。
在交流电路中，利用近阴极效应：当电流过零时所有短弧同时熄灭，在每一短弧的阴极
附近立即出现 150V～250V 的绝缘强度。由于各段短弧是串联的，所以短弧的数目越多，
总的绝缘强度就越高，当总绝缘强度大于外加电压时，电弧就不再重燃。此外，金属栅
片也有冷却电弧的作用。
5）特殊介质灭弧
采用除空气和油之外的灭弧性能更好的介质，如真空、六氟化硫等。
第二节 选择电气设备的一般原则
正确选择电气设备对供电的可靠性，安全性，经济性都有着重要的意义。首先应根据使用环境条件选择电气设备
的类型，使所选设备的型式与环境条件相适应；其次按电路的实际工作条件选择和校验电气设备的技术参数，以保证
电力系统在正常时和发生故障时，电气设备均能安全，可靠地工作。选择电气设备时应尽量选用国产先进设备，并注
意在技术合理的条件下，尽量节约投资。
不同的电气设备在选择时考虑的条件也不尽相同，下面介绍选择电气设备的一般原则。
一、按使用环境选择电气设备的类型
为了适应不同的装设地点，电气设备分户内式和户外式；按照不同的工作环境又分为普通型、防污型、湿热型、
高原型和矿用型等。矿用型又分为矿用一般型和矿用防爆型。矿用防爆型又分为增安型、隔爆型、本质型安全型等。
此外，还有其它一些分类方法。选择时应首先根据电气设备工作的环境条件选择出合适的类型。
二、按正常工作参数选择电气设备
1．额定电压的选择
电气设备可在高于其额定电压10%～15%的情况下长期安全运行，故所选电气设备的额定电压应不低于其所在电网
的额定电压。即
（5-1）
式中 ——电气设备的额定电压；
——电网的额定电压；
2．额定电流的选择
电气设备的额定电流应不小于通过它的最大长时工作电流。即
（5-2）
式中 ——电气设备的额定电流；——电气设备所在线路的最大长时工作电流。
国产普通电气设备的额定电流，是在环境温度为40℃的条件下，长时允许通过的最大电流。如果实际环境温度超
过40℃，电气设备允许的最大长时工作电流将小于额定值。此时为了保证电气设备正常工作时不致过热，应对电气设
备原有的额定值进行修正。在环境温度不超过60℃时，电气设备允许的最大长时工作电流应按下式确定
（5-3）
式中 ——实际环境温度下电气设备允许的最大长时工作电流；
——温度校正系数；
——电气设备长时允许最高温度，℃；
——电气设备规定的标准环境温度，℃；
——实际环境温度，℃。
如果周围环境温度低于40℃，对高压电器，每降低1℃，允许电流比额定值可增加0.5%，但增加的总数不得超
过20%。
三、按短路条件校验电气设备
1．开关电器断流能力的校验
当开关电器的额定断流容量 （或最大分断电流 ）大于其所在电路的最大短路容量（或最大短路电流）时，
开关电器才能可靠地切除短路故障。否则，故障不能切除，并有可能使故障扩大，影响到系统的安全运行。开关电器
的断流能力应按下式校验
（5-4）
式中 、 ——最大运行方式下开关电器安装处的次暂态短路容量和短路电流；
、 ——最大运行方式下开关电器安装处，短路后0.2s时的短路容量和短路电流。
若开关电器用在低于额定电压的回路中时，其断流容量可按下式换算
（5-5）
式中 ——设备安装处的实际电压；
——开关电器的额定电压；
——电压为 时的断流容量。
2．电气设备的短路稳定性校验
为了保证电气设备不至因短路电流的电动力和热效应所破坏，应校验其在发生短路时的动稳定性和热稳定性。短
路时的动稳定性和热稳定性应分别按式（3-50）和式（3-57）校验。
对电气设备进行短路条件校验时，应根据最严重的短路情况计算可能出现的最大短路电流，即最大运行方式下的
三相短路电流。但是对于仅在改变系统运行方式的过程中，短时出现的运行情况可不予考虑。
开关及熔断器的选择和校验项目见表6-1，选择时应满足的条件如上节所述。下面介绍在选择和校验时应注意的
。
几个问题表5-1 开关与熔断器的选择校验项目
项 目 额定断流容 极限分断电 短路稳定性校验
额定电压 额定电流
设备名称 量 流 动稳定 热稳定
隔离开关 √ √ √ √
断路器 √ √ √ √ √
高压熔断器 √ √ √
刀开关 √ √ √ √
自动空气开关 √ √ √
低压熔断器 √ √ √
第三节 高压开关
交流额定电压在 1200V 及以下或直流额定电压在 1500V 及以下的开关，属于低压开
关。额定电压在3kV及以上的开关，属于高压开关。
一、隔离开关
隔离开关又称刀闸。图4-5为户内式隔离开关的外形图。隔离开关的触头敞露在空气中，其通断状态明显可见，开断距离大，绝缘介质可靠。
隔离开关没有专门的灭弧装置，不能切断大电流，不能用来通断负荷电路和短路电
流。否则会产生强烈的电弧，引起相间弧光短路，这不仅会损坏隔离开关而且对操作人
员也十分危险。
隔离开关的主要用途是将需要检修的部分与其它带电部分可靠隔离，保证检修人员
的安全，防止触电事故的发生。同时可增加检修人员的安全感。
严禁用隔离开关拉合带负荷设备及带负荷线路。允许用隔离开关直接进行的操作有：
①拉、合 220kV及以下空母线和直接连接在母线上设备的电容电流。②无接地故障指示
时拉、合电压互感器。③无雷雨时拉、合避雷器。④拉、合励磁电流不超过 2A 的空载
变压器和电容电流不超过5A的空载线路。
高压隔离开关种类很多，按极数可分为单极的和三极的；按使用环境可分为户内的
和户外的；按触头的动作方式可分为刀闸式和插销式；按有无接地刀闸可分为带接地刀
闸的和不带接地刀闸的；按操作机构可分为手动的、电动的和气动的。
二、高压断路器
高压断路器按其灭弧介质不同，可分为油断路器、压缩空气断路器、六氟化硫断路器、真空断路器、自产气断路器及磁吹断路器。下面着重介绍常用的真空断路器。
1.真空断路器
真空断路器是用真空作绝缘介质的断路器。真空具有很高的绝缘强度和很强的灭弧
能力。
大气压图4-8 真空灭弧室原理结构图
真空断路器的主要部分是真空灭弧室，其原理结构如图 5-6所示。断路器的动、静触
头及屏蔽罩都密封在抽成真空的绝缘外壳中，外壳用玻璃或陶瓷制作。动触头与真空管
之间的密封问题用波纹管来解决，当动触头运动时，波纹管在其弹性变形范围内伸缩。
为了保证外壳的绝缘性能，在动、静触头外面装有金属屏蔽罩，用来冷凝吸收弧隙的金
属蒸气。
在真空中由于气体稀薄，分子的自由行程大，发生碰撞的几率很小，因此碰撞游离
不是真空间隙击穿产生电弧的主要原因。真空绝缘击穿产生电弧的主要因素是触头蒸发
出的金属蒸汽导电。当真空断路器分断电路时，随着触头的逐渐分离，形成阴极斑。由
于阴极斑点附近温度很高，因而产生热电子发射和蒸发出压力较高并带有大量金属原子和带电质点的金属蒸气。电子与附有电子的金属蒸气，在电场作用下加速撞击阳极，使
阳极局部发热产生金属蒸气与正离子，正离子再碰撞阴极，产生二次电子发射，如此不
断循环，造成真空间隙绝缘的击穿产生电弧。
在真空电弧中，一方面金属蒸气及带电质点不断向弧柱四周扩散，并凝结在屏蔽罩
上；另一方面触头在高温作用下不断蒸发向弧柱注入金属蒸气与带电质点。当扩散速度
大于蒸发速度时，弧柱内的金属蒸气量与带电质点的浓度降低，以至不能维持电弧时，
电弧熄灭，否则电弧将继续燃烧。当交流电流过零电弧熄灭时，触头温度下降，蒸发作
用急剧减小，而残存质点又继续扩散，故真空断路器在熄弧后，介质的绝缘强度恢复极
快，其速度可达 20kV/μs，一般只需半个周期即可熄灭电弧。在开断容量范围内，绝缘
强度的恢复速度基本不变。
真空断路器具有以下优点：触头开距小、体积小、质量轻、寿命长、操作噪音小、
所需操作功率小；真空断路器动作速度快，燃弧时间短，一般只需半个周期即可熄灭电
弧，熄弧后触头间隙介质恢复迅速；真空断路器运行维护简单、特别适于频繁操作。
真空断路器当分断小电流时，由于弧柱扩散速度过快，使阴极斑附近的蒸气压力和
温度骤降，电弧难于维持，在电流还有很大数值时突然熄灭，这种情况称为截流现象。
截流现象会在电机和变压器等大电感设备中产生很高的感应过电压，可达到额定电压的
2~3倍以上，称为操作过电压。在真空断路器的电路中必须采取过电压保护措施。
真空断路器的另一个问题是漏气。当真空断路器漏气时，断路器失去绝缘能力和灭
弧能力。因此，真空断路器不能用于中性点接地电网。真空断路器用于中性点不接地电
网时，三个真空管中只要有两个不漏气，三相电流就能切断，漏气的真空管的电弧就能
自动熄灭。
检测漏气可以使用专用的漏气检测仪，或采用直流耐压试验的方法。日常检查时要
注意真空管的温度，当某个真空管的温度过高时，可能是由漏气现象。
2. 六氟化硫断路器
六氟化硫断路器是采用具有优良灭弧性能和绝缘性能的 SF 气体，作为灭弧介质的断
6
路器。SF 气体能大量地吸收电弧能量，使电弧迅速冷却乃至熄灭，它的灭弧能力约为
6
空气的 100倍。六氟化硫断路器的缺点是：它的电气性能受电场均匀程度及水分等杂质
的影响特别大，在开断大电流时，可能产生微量有毒的低氟化硫，故对该断路器密封结
构、工艺与材料及 SF 气体本身质量的要求相当严格。主要用于 35kV以上的高压和超高
6
压断路器。
3. 断路器的特点和用途断路器有专门设置的灭弧装置，断流能力很强，不仅可在正常时接通和断开负荷电
路，还可在发生短路故障时切断短路电流。
断路器的触头不外露，开距小，绝缘介质易失效，超高压断路器还有并联电阻或电
容，不能保障安全。
断路器的用途是正常停送电操作和故障时自动切断故障电路。
4. 隔离开关和断路器的操作顺序
1QS
QF
2QS
用户
在停、送电操作时，必须严格按照顺序操作，即断路器与隔离开关之间：送电时，
先合隔离开关 QS，后合断路器 QF；停电时，先分断断路器 QF，后分断隔离开关 QS。
否则，会在操作隔离开关时发生弧光短路，危及人身和设备安全。
第三节 熔断器
熔断器是一种过电流保护装置。熔断器串联在被保护电路中，当电路发生过载或短
路故障时，通过熔体的电流超过其额定电流，当熔体温度达到其熔点温度后，熔体迅速熔化，切断故障电路，起到保护作用。
由于其结构简单、体积小、质量轻、价格便宜、使用维护方便，所以被广泛用来保
护小容量的电气设备和对继电保护要求不高的电路。它的主要缺点是：熔体熔断后必须
更换，保护特性和可靠性差。
熔断器的熔断时间与通过熔体电流的关系称为熔断器的保护特性，其曲线如图 4-10
所示。
t
I I
N
图4-9 熔断器的保护特性曲线
1．户内式高压熔断器
图4-10是RN1型高压熔断器熔管的剖面示意图，在其密闭的瓷质熔管内充
有石英砂填料，工作熔体（铜熔丝）上焊有小锡球。锡的熔点（232℃）较铜的
熔点（1083℃）低，因此当熔体发热到锡的熔点时，锡球受热首先熔化，包围铜
熔丝，铜锡分子相互渗透，形成熔点较低的铜锡合金，使铜熔丝能在较低的温度
下熔断，这就是所谓的“冶金效应”。既降低了熔体的熔点温度，不使熔断器在
正常工作时过热，又减少了熔体熔化时产生的金属蒸气，有利于电弧的熄灭。
工作熔体采用多根熔丝并联，在熔体熔断时产生多根并联电弧，多根变细了
的电弧在石英砂中燃烧，对灭弧有利。这种熔断器的灭弧能力很强，在短路电流
未达冲击值之前（即短路后不到半个周期）就能完全熄灭电弧。由于这种熔断器
限制了短路电流的发展，所以称为限流熔断器。用限流熔断器保护的设备，可以
不校验短路时的动、热稳定性。2．户外式高压熔断器
1）跌开式熔断器
跌开式熔断器常用来保护配电变压器。利用高压绝缘钩棒的操作，可使熔断器的熔管与固定触头分断和闭合，其
分、合状态明显可见，所以可起隔离开关的作用。在一定条件下，可用来通断空载变压器和空载线路。
图4-11a是RW4-6型跌开式熔断器的结构图，它由瓷绝缘子8、熔管5和接触导电系统等几部分组成。动触头2
与熔管内的熔体6相连，熔管由钢纸管和酚醛纸管复合而成。熔体由铜银合金制成，焊在编织导线上，如图4-11b所
示。合闸时，用绝缘棒钩住操作环4，向上推熔管即可。熔断器合上后，熔体依靠其机械张力使动触头紧卡在鸭嘴上，
鸭嘴上的弹簧钢片3又顶着动触头，故熔管掉不下来。此时动触头与静触头紧密接触，将电路接通。图4-11 跌开式熔断器
当严重过载或短路时，熔体熔断，动触头失去拉力从鸭嘴中滑脱，熔管靠自身重力作用，迅速跌落断开电路。熔
管内衬的钢纸管在电弧作用下产生大量气体，使管内压力增加，高压气体从熔管上部喷出，对电弧产生纵吹作用。与
此同时，随着熔管下落，电弧被拉长冷却，促使电弧熄灭。正常分闸时，只要用绝缘棒向上捅一下鸭嘴，熔管就会自
行跌落，绝对不能硬拉操作环。
3.低压熔断器
低压熔断器按结构及用途可分为：RC系列插入式熔断器，多用于照明电路及小容量电动机电路；RL系列螺旋式
熔断器，多用于额定电压为500V，额定电流为200A及以下的交流电动机控制电路；RM系列无填料封闭管式熔断器，
多用于低压电力网络和成套配电装置的短路和过载保护；RT系列有填料封闭管式熔断器，多用于短路电流大的电力
网络或配电装置中。RLS系列螺旋式快速熔断器，用于保护半导体元件。
图4-15a为RT0型熔断器结构图。外壳1由滑石陶瓷制成，其耐热性好，机械强度高。两端的金属盖板2用螺栓3
紧固在壳体上，并把刀形触头7紧紧地压住。熔断器内有两个熔体，指示熔体5为康铜丝，与工作熔体6并联，当工
作熔体熔断后，指示熔体也立即熔断，上盖板装设的红色熔断指示器 4被弹出，表明电路已断开。工作熔体由多条冲
有网孔的薄紫铜栅片9并联组成，中部焊有降低熔体熔点的锡桥10，栅片上的小孔11使熔体截面变小，如图4-15b所
示。工作熔体被卷成笼状，其两端点焊在刀形触头上，以保证熔体与触头接触良好。熔断器外壳内充满石英砂 8作为
灭弧介质，当熔体熔断时，电弧与石英砂紧密接触，使电弧强烈去游离而迅速熄灭。
RT0型熔断器具有很高的分断能力，保护特性稳定，属限流熔断器，因此多用于短路电流较大的低压电路中。它
的主要缺点是熔体熔断后不能更换，整个熔断器也随之报废。图4-15 RT0型熔断器结构
第五节 互感器
互感器是电力系统中用来变换高电压、大电流的特殊变压器。利用互感器使测量仪
表与高电压、大电流隔离，保证仪表和人身的安全，便于仪表和继电器的标准化。互感
器被广泛应用于交流电压、电流、功率的测量和各种继电保护、控制电路中。
互感器有电流互感器和电压互感器两大类，电流互感器也称为仪用变流器，它将大
电流变成标准的小电流（5A或1A）；电压互感器也称为仪用变压器，它将高电压变成
标准的低电压（100V）。互感器的主要作用是：
⑴ 隔离高低压电路。由于互感器原、副边之间没有电的联系，因而使二次电路与高
压电路可靠隔离，保证了二次设备与工作人员的安全。
⑵ 扩大二次设备的量程。如一只 5A 的电流表，配以不同变比的电流互感器可测量
任意的大电流。有利于二次设备的小型化、标准化，有利于大规模生产。
一、电压互感器
1. 电压互感器的结构与原理
图为单相三绕组环氧树脂浇注绝缘的户内JDZJ-10型电压互感器外形图。三个单相的
JDZJ-10型电压互感器接成Y /y / 形接线，可供小电流接地的电力系统作电压、电能测
0 0
量及单相接地的绝缘监视用。图4-18 电压互感器
下图是电压互感器的工作原理示意图，根据变压器的原理，有下列关系存在：U V W
A a
U1 N1 N2 n U2 TV
N
图3-7 电压互感器的工作原理示意图与图形符号
式中：k —变压比，在互感器的铭牌上用原、副边额定电压之比来表示变压比，即：
V
例如一个电压互感器的原边额定电压为 6000V，副边额定电压为 100V，即是说该互
感器变压比是6000/100，变压比为60。
2. 电压互感器的接线方式
在三相电路中，电压互感器的接线方式如图 5-10所示。其中图5-10a为一台单相电压
互感器的接线，用于三相对称电路的线电压测量和向电压继电器提供信号。图 5-10b 为
两台电压互感器的 V／v 形接线，也称为不完全三角形接线，用于三相电路的线电压测
量和继电保护。图5-10c为三个单相电压互感器的 Y ／y / 形接线，用于三相电路的线
0 0
电压和对地电压的测量和继电保护。N N
A B C
A N n a V 4
QS FU V 1 V 2 V 3
N
dn da
N
N
N TV
1
n
（a）
N N
A B C
A N n a
V
3
N A a n
QS FU N N V 1 V 2
TV
1
（b）
n
接线
图5-10 电压互感器的常用接线方式
（a）电压互感器的Yn／yn／d0接线及图形符号；
（b）电压互感器的V／v接线及图形符号
3. 使用注意事项
（1）电压互感器的原边必须并联连接于被测电路，副边的负载也必须并联连接。
（2）电压互感器二次侧不能短路。其一、二次侧均应加熔断器保护，以防止发生短
路时烧毁互感器或影响一次电路正常运行。
（3）电压互感器二次绕组及外壳均应接地，以防止其一、二次绕组击穿时，高压窜
入二次侧，危及设备和人身安全。
（4）接线时，电压互感器的极性一定要连接正确，否则将影响正确测量，甚至引起
事故。电压互感器原边接线端子用 A、N，副边星型接线端子用a、n表示，开口三角形
接线端子用da、dn表示。
（5）准确度等级。电压互感器的准确度为：在规定的一次电压和二次负荷变化范围内，负荷功率等于额定值时的最大误差。通常电压互感器根据误差的大小分为 0.2、
0.5、1.0、3.0四个仪表级和3P、5P两个保护级。级数表示互感器在规定使用条件下的最
大引用误差的百分值。一般 0.2 级用于精密测量，0 .5～1.0 级用于电度表，3.0 级用于指
示性测量，3P、5P级用于继电保护。
二、电流互感器
1. 电流互感器的结构与原理
图为户内高压 10kV电流互感器外形图。互感器采用环氧树脂浇注绝缘，比老式的油
浸式和干式互感器的尺寸小，性能好，因此在高压成套配电装置中广泛应用。
电流互感器
A B C
S
1
P
1
N A
N 2
1
P
2
S
2变流比
1000/5
2. 电流互感器的接线方式
在三相电路中，电流互感器接线方式如图 5-9所示。其中图5-9a为一相式接线，用于
三相对称电路的电流测量或过负荷保护。图 5-9b为星形接线，用于中性点接地的三相三
线和三相四线制电路的电流测量和继电保护。图 5-9c为不完全星形接线，用于三相电路
的电流测量和继电保护，其中公共线上的电流为其它两相电流的相量和，即未接互感器
那一相的电流。
A B C A B C
A A A A A
P P P P P
1 1 1 1 1
S S S S S
1 1 1 1 1
（a） （b）
图5-9 电流互感器的常用接法
（a）星形接法；（b）不完全星形接法
3. 使用注意事项
（1）电流互感器的原边必须串联连接于被测电路，副边的负载也必须串联连接。
（2）电流互感器二次侧不得开路，如果闲置不用，要把副边短路。否则铁心将会过
热，且二次绕组也将产生危险的过电压。
（3）电流互感器二次绕组及外壳均应接地，以防止其一、二次绕组击穿时，高压窜
入二次侧，危及设备和人身安全。
（4）接线时，电流互感器的极性一定要连接正确，否则将影响正确测量，甚至引起
事故。电流互感器一次侧的端子的标志为 P 、P （或 L 、L ），一次侧电流由 P 流入，
1 2 1 2 1
由P 流出。而二次侧的端子为 S 、S （或K 、K ）即二次侧的端子由 S 流出，由 S 流
2 1 2 1 2 1 2
入。P 与S ，P 与S 为同极性（同名端）。
1 1 2 2
（5）电流互感器的两个副边分为仪表用和保护用，接线时要特别注意仪表用副边和保护用副边不能混用和错用。1S 、1S 为仪表用，2S 、2S 为保护用。如果把仪表用副
1 2 1 2
边接保护装置，则保护装置在电网短路时不会动作，如果把保护用副边接仪表，则会在
电网短路时烧坏仪表。
（6）电流互感器的准确度指二次负荷在规定范围内，对一次电流测量所产生的最大
误差。根据测量时误差的大小，电流互感器的准确度等级分为，0.2、0.5、1.0、3.0、10
级和保护级 5P、10P。 一般 0.2 级用于精密测量，0 .5～1 级用于计量电度表，3 级、10
级用于监视性测量或继电保护，5P、10P级用于继电保护。
三、零序电流互感器的原理及应用
K 2 K 2 K 2 K 2
K 2 K 2 K
2
K K
2 2
K
K 2 K
2
K
2
K
2
K
2
零序电流保护的基本原理是用零序电流互感器作为取样元件。在线路与电气设备正
常的情况下，各相电流在铁芯中产生的磁通之和为零。因此，零序电流互感器的二次侧
绕组无信号输出，执行元件不动作。当发生接地故障时的各相电流在铁芯中产生的磁通
之和不为零，零序电流互感器的二次侧感应电流使继电器动作，带动断路器的脱扣机构使断路器跳闸切断电源，达到接地和漏电保护的目的。
在中性点接地系统中，检测的是 ，叫作剩余电流。
第七节 成套配电装置
成套配电装置是将各种有关的开关电器、测量仪表、保护装置和其他辅助设备，按
照一定的方式组装在统一规格的箱体中，组成一套完整的配电设备。例如，高压开关柜
和低压配电屏。使用成套配电装置，可使变电所布置紧凑、整齐美观、操作和维护安全
方便，并可加快变电所的安装速度、保证安装质量。
成套配电装置按电压及用途，可分为高压开关柜、低压配电屏及动力、照明配电箱
等。
一、高压开关柜
金属封闭铠装高压开关柜是指所有电器元件包括母线都安装在一个具有封闭金属外
壳的箱体中；开关柜具有“五防闭锁”功能，五防闭锁是指开关柜有五个方面的安全防
护功能，即：
（1） 防止误合、误分断路器；
（2）防止带负荷分、合隔离开关；
（3）防止带电挂接地线；
（4）防止带地线合闸；
（5）防止误入带电间隔。
具有五防闭锁功能的开关柜，从电气和机械上采取了具体措施，实现了高压安全操
作程序化，提高了开关柜的可靠、安全性能。图4-20 开关柜外形结构图
1
13
12
2
10
3
9
4
8
5
1—母线侧隔离开关； 2—连接铝排；
7 3—真空断路器； 4—压敏电阻；
6
5—电流互感器； 6—线路侧隔离开关；
11
7—断路器的操作机构； 8—隔离开关操作手柄；
9—仪表； 10—继电器；
11—线路接线端子； 12—母线接线端子
13—母线
图 3-1 GG-1A（F）-10型高压开关柜图 KYN28A-12Z移开式高压开关柜结构和外形图
A—母线隔室；B—断路器隔室；C—电缆隔室；D—仪表隔室
1—外壳；1.1—压力释放板；1.2—控制电缆盖板；2—分支导体（铝排）；3—母线；
4—隔离插销静触头； 5—隔离插销动触头；6—接地刀闸；
7—电流互感器；8—电压互感器；9—装卸式隔板；10—二次插销；11—辅助开关；
12—活动帘板；13—可抽出式手车；14—接地刀闸操作机构；15—电缆密封终端；
16—底板；17—丝杆机构；18—接地主母线；19—装卸式水平隔板
移开式高压开关柜也称为手车式高压开关柜，它是把断路器、电压互感器、避雷器
等需要经常检修的电器元件，都安装在一个小车上，小车可以从箱体中拉出柜外进行检
修或将小车整体更换。移开式开关柜也具有“五防闭锁”功能。其操作机构也有弹簧操
动机构和电磁操作机构两种。
开关柜内的五防闭锁装置有：
（1）手车面板上装有位置指示旋钮的机械闭锁，只有断路器处于分闸位置时，手车
才能抽出或推入，防止了带负荷接通和断开隔离触头。（2）断路器与接地开关装有机械联锁，只有断路器分闸，手车抽出后，接地开关才
能合闸；手车在工作位置时，接地开关不能合闸，防止了带电挂接地线。接地开关接地
后，手车只能推进到试验位置，防止了带地线合闸。
（3）柜后上、下门装有联锁，只有在停电后手车抽出、接地开关接地后，才能打开
后下门，再打开后上门。通电前，只有先关上后上门，再关后下门，接地开关才能分闸
使手车推入到工作位置，防止了误入带电间隔。
（4）仪表板上装有带钥匙的断路器控制开关（防误型插座）防止误分、误合断路器。
二、PGL系列低压配电屏
PGL 系列交流低压配电屏适用于发电厂，变电站，厂矿企业、民用建筑中作为交流
50Hz，额定工作电压不超过 380V 的低压配电系统中作为动力、配电、照明之用。这种
固定式配电屏，技术较先进，结构合理和安全可靠。
图 4-22 为 型低压配电屏的外形结构图。该配电屏为开启式双面维护的低压配电
装置，采用薄钢板及角钢焊接组合而成，屏前有门，屏面上方仪表板，为可开启的小门
可装仪表。屏后骨架上方有主母线装于绝缘框上，并设有母线防护罩，中性母线装在屏
下方的绝缘子上，有良好的保护接地系统，提高了防触电的安全性。屏面下部有两扇向
外开的门，门内有继电器和二次端子等。屏面中部装有开关操作手柄、控制按钮、指示
灯等。闸刀开关、熔断器、自动开关、电流、电压互感器等都安装在屏内。根据屏内安
装的电器元件的类型和组合形式不同，分为多种一次线路方案，供用户根据需要选用。图4-22 低压配电屏的外形结构图
1—牵引杆；
2—锁扣；
3—跳钩；
7 4—连杆；
5—操作手柄；
6 6—灭弧室；
8
5
7—引入线和接线端子；
8—静触头；
9 9—动触头；
10 3 4 1 11 0 — — 电 可 磁 挠 脱 连 扣 接 器 条 ； ；
12—热脱扣器；
2 13—引出线和接线端子；
11 1 14—塑料底座
12
13
14
图 DZ型塑料外壳式低压断路器
7
1
6
2
5
4 3
图 3-20 DW型万能式低压断路器结构图 带有灭弧罩的低压刀开关
2
3 1
8 4 2
5
7 6 引燃栅 变截面小孔
（a）熔断器 （b） 熔体
图 RTO型低压有填料密闭管式熔断器
补充 电力变压器
电力变压器是地面变电所的主要电气设备之一，按结构可分为油浸式变压器、干式
变压器。地面变电所主要使用油浸式变压器。
1.电力变压器结构
电力变压器结构如图3-25所示。
1—放油阀；
2—绕组；
3—铁芯；
4—油箱；
5—分接开关；
6—低压接线端子；
7—高压接线端子；
8—气体继电器；
9—防爆管；
l
1
0
1
—
—
油
油
标
枕
；
；
l2—干燥器；
l3—温度计图 电力变压器结构图
1）铁芯部分
铁芯的作用是构成磁路。铁芯由芯柱、铁轭和夹紧装置组成，绕组套装在铁芯柱上。
2）绕组部分
绕组的作用是建立磁场和传输电能。绕组由高压绕组、低压绕组、对地绝缘层（主
绝缘）、高低压绕组之间绝缘件及燕尾垫块、撑条构成的油道、高压引线与低压引线等
组成。
3）分接开关
又称调压开关，是调整变压比的装置，可分为无励磁分接开关和有载调压分接开关
两种。
无励磁分接开关又称无载调压开关，是在变压器的一次侧和二次侧断电的情况下，
变换高压绕组的匝数，进行分级调压。
有载调压分接开关是在变压器负载运行中用以变换高压绕组的匝数，进行分级调压。
4）油箱和底座
为油浸式电力变压器的支持部件，支持着器身和所有附件。油箱内装有绝缘和冷却
用的变压器油。油箱是用钢板加工制成的容器，要求机械强度高、变形小、焊接处不漏
油。油箱底部通常使用槽钢做垫底。
5）片式散热器
油浸式电力变压器的冷却装置包括散热器和冷却器。不带强油循环的称为散热器；
带强油循环的称为冷却器。
（1）片式散热器采用板料厚度 1mm 的波形冲片，靠上下集油盒和油管经焊接组成。
焊接工艺要求高，机械强度较差，但节油、重量轻，节省材料。
（2）扁管散热器分为自冷式和风冷式两种，自冷式的只在集油盒单面焊接扁管。
风冷式扁管散热器有 88 管、100 管、120 管三种。扁管在集油盒两侧焊接。为了加强冷
却，每只散热器下都安装两台风扇，不吹风时，散热能力为额定散热量的60%左右。
（3）冷却器有强油风冷却器、大容量风冷却器、强油水冷却器等。
6）油枕
又名储油柜，装在油箱的斜上方，有油管和油箱相通。在油箱随油温热胀冷缩时，
油枕起着储油和补油的作用，以保证油箱内充满油。另外，油枕还有隔绝油与空气的作
用，防止油的过速氧化和受潮。油枕容积为油箱的 1/10，油枕上有观察油位的油位表，
油枕下部设一集泥器，用于收集油中沉淀的杂质、油泥和水分；集泥器下部又设有排污
阀门，运行中应定期清除油泥和水分。7）防爆管
又称安全气道，安装在油箱的上盖上，由一个喇叭形管子与大气相通，管口用薄膜
玻璃板和酚醛纸封住。当油箱压力过高时，冲破薄膜玻璃板和酚醛纸，释放压力，防止
油箱爆炸。为了防止正常时防爆管内油面上升使管内气压升高而造成防爆膜松动或破损
及引起气体继电器动作，在防爆管与油枕间连接一小管，以保证两处压力相等。
8）净油器
又称热虹吸器，是用钢板焊接的圆筒形的小油罐，其内装有硅胶或活性氧化铝吸附
剂。净油器可以吸取油中水分等渣滓。它即可以安装在变压器上部，也可以在变压器下
部，在上部时净化效率高，但下部容易更换，安装位置视具体情况而定。
9）吸湿器
又名呼吸器，其内装有吸附剂硅胶，油枕内的绝缘油道通过吸湿器与大气连通，内
部吸附剂吸收空气中的水分和杂质，以保持绝缘油的良好性能。安装在隔膜式储油柜上
的吸湿器在罩内可不注油，以保证储油柜的呼吸畅通。
10）气体继电器
又称瓦斯继电器，安装在油箱和储油柜的连接管上，是变压器的保护装置。 其作
用是变压器内部发生故障（绝缘击穿、匝间短路、铁芯故障等）时，产生气体，或油箱
因漏油而油面降低时，发出警报或切断电源以保护变压器。在气体继电器上部排气阀门
处取出气样分析可以判断变压器内部的故障情况。
11）高低压绝缘套管
油浸式电力变压器箱外的主要绝缘装置，变压器绕组的引出线必须穿过绝缘套管，
使引出线之间及引出线与变压器外壳之间绝缘，同时起固定引出线的作用。绝缘套管应
有足够的绝缘能力、机械强度和良好的热稳定性。
三、用成套配电装置组成变电所
图 6-5 和图 6-6 分别为 JYN1-35 型与 KYN-10 型一次电路方案的组合使用情况，供大
家选择一次电路方案时参考。35kV 35kV
所用电 机修厂 补偿电容 低压变压器 主通风机一路 主井提升机一路 副井提升机一路 下井一路 下井二路 副井提升机二路 主井提升机二路 主通风机二路 低压变压器 补偿电容 农电 所用电
WL WL
1 2
35kV 35kV
T T
1 2
6kVⅠ段 6kVⅡ段
图1-16 典型煤矿地面变电所主结线图
所用电 机修厂 补偿电容 低压变压器 主通风机一路 主井提升机一路 副井提升机一路 下井一路 下井二路 副井提升机二路 主井提升机二路 主通风机二路 低压变压器 补偿电容 农电 所用电
WL WL
1 2
T T
1 2
6kVⅠ段 6kVⅡ段
图1-16 典型煤矿地面变电所主结线图35kV 35kV
所用电 机修厂 补偿电容 低压变压器 主通风机一路 主井提升机一路 副井提升机一路 下井一路 下井二路 副井提升机二路 主井提升机二路 主通风机二路 低压变压器 补偿电容 农电 所用电
WL WL
1 2
35kV 35kV
T T
1 2
6kVⅠ段 6kVⅡ段
图1-16 典型煤矿地面变电所主结线图
所用电 机修厂 补偿电容 低压变压器 主通风机一路 主井提升机一路 副井提升机一路 下井一路 下井二路 副井提升机二路 主井提升机二路 主通风机二路 低压变压器 补偿电容 农电 所用电
WL WL
1 2
T T
1 2
6kVⅠ段 6kVⅡ段
开关柜编号 6105 6103 6101 6107 6108 6102 6104 6106
名称 一 主 号 变 Ⅰ 线 段 P 母 T 一 进线 号 母联 母联 二 进线 号 Ⅱ 线 段 P 母 T 二 主 号 变
开 方 关 案 柜 编 接 号 线 11 111 07 52 26 07 111 11
图1-16 典型煤矿地面变电所主结线图
一
次
结
线
图
Ⅰ段母线 Ⅱ段母线
图4-13 JYN1-35型高压开关柜组成的桥式结线
图5-12 JYN1-35型高压开关柜组成全桥结线35kV 35kV
所用电 机修厂 补偿电容 低压变压器 主通风机一路 主井提升机一路 副井提升机一路 下井一路 下井二路 副井提升机二路 主井提升机二路 主通风机二路 低压变压器 补偿电容 农电 所用电
WL WL
1 2
35kV 35kV
T T
1 2
6kVⅠ段 6kVⅡ段
图1-16 典型煤矿地面变电所主结线图
所用电 机修厂 补偿电容 低压变压器 主通风机一路 主井提升机一路 副井提升机一路 下井一路 下井二路 副井提升机二路 主井提升机二路 主通风机二路 低压变压器 补偿电容 农电 所用电
WL WL
1 2
T T
1 2
6kVⅠ段 6kVⅡ段
图1-16 典型煤矿地面变电所主结线图方案编号 077 004 027 002 023 002 004 002 027 02 023 077
名称 所用变 主井提升一路 主通风机一路 备用 机修厂 补偿电容 备用 补偿电容 主通风机二路 主井提升二路 工人村 所用变
开关柜编号 823 821 819 817 815 813 814 816 818 820 822 824
811 803 801 805 807 809 810 808 806 802 804 812
PT 副井提升一路 一号进线 下井一路 空压机一路 母联 母联 下井二路 空压机一路 二号进线 副井提升二路 PT
043 004 027 004 002 056 013 004 002 027 004 043
图4-14 KYN28-12型高压开关柜组成的单母线分段结线
一次结线图
母线桥
一次结线图
开关柜编号
名称
方案编号
