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1、第四章 工厂变配电所及其一次系统,第3节 中压开关设备及其选择,中压元器件中压开关柜,引 言,一次回路、一次电路、主电路变配电所中承担输送、分配电能任务的电路。一次设备一次回路中所有的电气设备。二次回路、二次电路用来控制、指示、检测和保护一次设备运行的电路。二次回路通常接在互感器的二次侧。二次设备二次回路中所有的电气设备。,基本概念,引 言,变换设备改变电压或电流，如电力变压器、电流互感器、电压互感器等。控制设备控制一次电路的接通、断开，如断路器、隔离开关、接触器等。保护设备对电力系统进行过电流、过电压等保护，如断路器、熔断器、避雷器等补偿设备补偿电力系统的无功功率、提高功率因数，如电力电容器
2、。成套设备将上述一次设备和有关二次设备组合在一起的电气装置，如开关柜等。,一次设备分类,引言,中压开关设备包括：1）中压元器件 MV Switchgear Apparatus(Components)2）中压开关柜 MV Switchgear(Assemblies)电压等级：中压 MV：40.5kV中压开关设备是配电关键设备，产品小型化、智能化、节能环保是其发展方向。,第3节 中压开关设备及其选择,中压元器件Medium-Voltage Switchgear Apparatus,中压元器件,断路器,隔离开关,负荷开关,熔断器,接地开关,真空接触器,电容器,负荷开关熔断器组合电器,1,2,3,4,
3、5,6,7,8,分类,中压元器件,1、中压断路器AC Medium-Voltage Circuit Breaker,断路器,GB1984-2003 交流高压断路器DL/T402-1999 交流高压断路器订货技术条件 DL/T403-2000 12-40.5kV高压真空断路器订货技术条件IEC 62271-100:2003 High-voltage Switchgear and Controlgear Part 100:High-voltage Alternating-current Circuit Breaker高压开关设备和控制设备 第100部分：交流高压断路器DL/T690-1999交流高
4、压断路器合成试验技术条件 DL/T615-1997交流高压断路器参数选用导则 DL/T427-1991户内型发电机断路器订货技术条件,有关标准,断路器,开关设备和控制设备 switchgear and controlgear开关及与其相关的控制、测量、保护和调节设备的组合，以及该组合同相关的电气联结、辅件、外壳和支撑件组成的总装的总称。断路器 circuit breaker能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流，并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件（如短路条件下）的电流的机械开关装置。中压交流断路器 AC medium-voltage circuit breaker安装在户内或户外
5、，运行在电压3.6kV40.5kV、频率为50Hz的系统中的交流断路器。,术语和定义,断路器,额定值一般由制造厂对元件、装置或设备规定的工作条件所指定的量值。主要有：1、额定电压（Ur）2、额定绝缘水平3、额定频率（fr）4、额定电流（Ir）5、额定短时耐受电流（Ik）6、额定峰值耐受电流（Ip）7、额定短路持续时间（tk）8、分闸、合闸装置和辅助回路的额定电源电压（Ua）,术语和定义,断路器,额定电压（Ur）Rated voltage断路器所在系统的最高电压。额定电压的标准值如下：3.6，7.2，12，24，40.5，72.5，126，252kV；363kV，550kV，800kV，1100
6、kV（系统中的）过电压 Overvoltage(in a system)相对地或相间电压，其峰值超过设备最高电压相应的峰值。额定绝缘水平 Rated insulation level按照设计，器件的绝缘在规定条件下能承受的试验电压。一般包括：额定工频短时耐受电压和额定雷电冲击耐受电压。,术语和定义,断路器,额定工频短时耐受电压 Rated short-time power frequency withstand voltage在规定的条件下和规定的时间（一般为1分钟）下进行试验时，断路器所能耐受的正弦工频电压有效值。额定雷电冲击耐受电压 Rated lightning impulse with
7、stand voltage在规定的试验条件下，断路器的绝缘所能耐受的标准冲击电压波的峰值。也称作“操作冲击耐受电压”。,术语和定义,断路器,额定电流（Ir）Rated current在规定的使用和性能条件下，断路器主回路能够连续承载的电流。额定电流应为数字及其与10n的乘积。额定短路开断电流(Isc)Rated short-circuit breaking current在规定的使用和性能条件下，断路器所能开断的最大短路电流。额定短时耐受电流(Ik)Rated short-time withstand current在规定的使用和性能条件下，在规定的短时间内，断路器在合闸状态下能够承载的电流的
8、有效值。额定短时耐受电流的标准值：20、25、31.5、40、50、63、80kA。额定短时耐受电流等于额定短路开断电流。,术语和定义,断路器,额定峰值耐受电流(Ip)Rated peak withstand current在规定的使用和性能条件下，断路器在合闸状态下能承载的额定短时耐受电流的第一个大半波的电流峰值。对于大多数系统，Ip=2.5Ik 额定峰值耐受电流等于额定短路关合电流。额定短路关合电流 Rated short-circuit making current在规定的使用和性能条件下，断路器所能关合的最大短路电流。额定短路持续时间(tk)Rated short-circuit du
9、ration断路器在合闸状态下能够承载额定短时耐受电流的时间间隔。对于72.5 kV及以下的断路器的额定短路持续时间为4s。,术语和定义,断路器,额定操作顺序 Rated operating sequence 断路器的额定特性与断路器的额定操作顺序有关。有两种可供选择的额定操作顺序：1）O-t-CO-t-CO 除非另有规定，否则：t=3min，对不用于快速自动重合闸的断路器；t=0.3s，对用于快速自动重合闸的断路器（无电流时间）；t=3min=180s。2）CO-t”-CO 其中，t”=15s，对不用于快速自动重合闸的断路器。这里：O表示一次分闸操作；CO表示一次合闸操作后立即（即无任何故意
10、 的时延）进行分闸操作。t、t、t”是连续操作之间的时间间隔。,术语和定义,断路器,储能操作 stored energy operation 利用储存在操动机构本身的能量的一种操作，这些能量应在操作前储存并完成预定条件下的操作。主要方式有：1）弹簧储能2）人力储能 此时应标出手柄运动的方向，在断路器上应装设弹簧已经储能的指示器，不依赖人力合闸操作 的情形除外。用人力给弹簧储能所需的最大操作力不应超过250N。3）电动机储能 供弹簧储能的电动机及其电气辅助设备，在额定电源电压的85%一110%之间，在额定频率 下，应该能够正常工作。储能合闸 stored energy closing 储能合闸的
11、断路器，必须能在关合额定短路电流的合闸操作后立即分闸。,术语和定义,断路器,温升 temperature rise部件温度与周围空气温度之差。泄漏电流 leakage current由于绝缘不良而在不应通电的路径中流过的电流。泄地电流 earth current在一个导体和大地之间所有泄漏电流和电容电流的总和。电气间隙 clearance两个导电部分之间的最短直线距离。爬电距离 creepage distance在两个导电部分之间沿绝缘材料表面的最短距离。局部放电 partial discharge只部分地跨越导体之间绝缘的放电。,术语和定义,断路器,型式试验 type test 对按照某一设
12、计而制造的一个或多个器件所进行的试验，用以检验这一设计是否符合一定的规范。强制的型式试验项目主要有：绝缘试验、短时耐受电流和峰值耐受电流试验、短路电流关合和开断试验、容性电流开合试验：电缆充电电流开合试验、温升试验、常温下的机械操作试验、无线电干扰电压试验、主回路电阻测量、密封试验、EMC试验,术语和定义,断路器,常规试验（出厂试验）routine test对每个器件在制造中或完工后所进行的试验，用以判明器件是否符合某项标准。抽样试验 sampling test对一批器件中随机取出的若干器件所进行的试验。介质试验 dielectric test检验介质电气特性的各种试验的总称。寿命试验 lif
13、e test确定元件或器件在规定条件下可能达到的寿命的试验。包括机械寿命、电寿命。,术语和定义,断路器,耐受试验 endurance test在包括一定时间内为一定目的所采取的特定运行等规定条件下，对器件进行的试验。这些运行可能包括反复操作及特别严重的条件，如短路、过电压、振动、冲击。验收试验 acceptance test为向用户证明产品符合规范中的某些条件而按合同进行的试验。投入运行试验 commissioning test在现场对产品所进行的试验，用以证明安装是正确的、运行是正常的。维护试验 maintenance test对产品定期进行的试验，用以查清问题并作某些必要的调整，以保证其性
14、能保持在规定的限度内。,术语和定义,断路器,主要技术数据 GB IEC GB IEC1）额定电压 kV 12 12 40.5 40.5 额定工频耐受电压 kV 42/48 28/32 95/118 70/80 额定雷电冲击耐受电压 kV 75/85 75/85 185/215 170/1952）额定电流 A 630,1250,3150,4000,5000 额定短时耐受电流（4s;3s）kA 25,31.5,40,50,63,80 额定短路开断电流 额定峰值耐受电流 kA 为额定短时耐受电流的2.5倍 额定短路关合电流,注：斜线下的数值是对隔离断口的数值。隔离断口 isolating dista
15、nce 是指隔离开关、负荷一隔离开关的断口以及起联络作用或作为热备用的负荷开关和断路器的断口，触头间的电气间隙。,断路器,真空断路器 vacuum circuit breaker（VCB）SF6断路器 SF6 gas-insulated circuit breaker少油断路器 minimum-oil circuit breaker单相断路器 single-phase circuit breaker,产品分类,第3节 中压开关设备及其选择,中压开关柜Medium-Voltage Switchgear(Switchboard),中压开关柜,引言有关标准术语和定义技术数据产品分类空气绝缘型交流金属
16、封闭式中压开关柜（AIS）气体绝缘型交流金属封闭式中压开关柜（C-GIS）F-C回路开关柜（交流接触器熔断器组合电器）特殊用途开关柜智能化开关柜,中压开关柜,中压开关柜，全称：3.6kV40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备，是装有以断路器为主要开关元件的成套开关设备，在配电系统中作接受和分配电能之用，是中压领域中量大面广的产品。中压开关柜的发展，经历了敞开式 构架式 金属封闭式 密封式的技术发展历程，体积愈来愈小。,引言,中压开关柜,DL/T 404-1997 户内交流高压开关柜订货技术条件GB 3906-2006 3.6kV40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备IEC 62271-
17、200:2003 High-voltage Switchgear and Controlgear Part 200:AC Metal-enclosed Switchgear and Controlgear for Rated Voltages above 1kV and up to and Including 52 kV高压开关设备和控制设备 第200部分：1kV52kV交流金属封闭开关设备和控制设备GB 290020 电工术语 高压开关设备,有关标准,中压开关柜,中压开关柜 medium-voltage switchboard由一次回路元件（中压断路器、负荷开关、接触器、熔断器、隔离开关、接
18、地开关、互感器及站用电变压器等），以及控制、测量、保护、调节装置，内部连接件、辅件、外壳和支持件等组成的成套配电装置，其内的空间以气体或复合绝缘材料作为介质，用作接受和分配电网的三相电能。金属封闭式中压开关柜 metal-enclosed MV switchboard 除进、出线外，所有元器件组件及其辅助回路完全安装在接地金属外壳内的中压开关柜。有：金属铠装式、间隔式、箱式中压开关柜,术语和定义,中压开关柜,金属铠装式中压开关柜 metal-clad medium-voltage switchboard金属封闭式开关柜的一种，某些组件分别装在用接地的金属隔板隔开的隔室中，金属隔板的防护等级应达
19、到IP2XIP5X（或者更高），至少包含下列4个单独的隔室：1、断路器室 2、母线室 3、电缆室 4、低压室,术语和定义,中压开关柜,金属铠装式中压开关柜 metal-clad medium-voltage switchboard1、母线室A：与主断路器另一侧连接的组 件，如母线2、断路器室B：主断路器3、电缆室C：与主断路器一侧连接的组件，如馈电线路4、低压室D,术语和定义,中压开关柜,间隔式中压开关柜 compartmented switchboard金属封闭式开关柜的一种，某些组件分装于单独的隔室内（与金属铠装式开关柜一样），但具有一个或多个非金属隔板，隔板的防护等级应达到IP2X IP
20、5X（或者更高）的要求。箱式中压开关柜 cubicle switchboard除铠装式和间隔式开关柜以外的金属封闭式中压开关柜。它具有下列特征：1）隔室的数目少于金属铠装式和间隔式开关柜；2）隔板的防护等级低，或3）没有隔板。,术语和定义,中压开关柜,隔室 compartment开关柜的组成部分，除因实现电气连接、控制、通风或必须在隔板上开孔外，所有隔室呈封闭状态或互相隔开。隔室可由内装的主要组件命名，如断路器隔室、母线隔室等。连接隔室之间的孔应以套管或有效方式隔开。母线可以贯穿若干功能单元。,术语和定义,中压开关柜,组件 component主回路和接地回路中承担特定功能的主要部件，如断路器、
21、负荷开关、接触器、隔离开关或隔离插头、接地开关、高压熔断器、互感器、套管、母线等。,术语和定义,中压开关柜,活门 shutter开关柜的一个部件，它具有两个可转换的位置。一个位置是允许可移开部件的动触头插入静触头；而在另一个位置，则成为遮住静触头的隔板或外壳的一个部件。,活门打开 open,活门关闭 closed,术语和定义,中压开关柜,压力释放装置 pressure relief device用于限制隔室压力的装置。,术语和定义,中压开关柜,套管 bushing 导体与隔板或外壳绝缘的部件，它使导体穿过隔板或外壳。,术语和定义,中压开关柜,主回路 main circuit开关柜中传送电能的所
22、有导电回路（不包括与电压互感器连接的导电回路）。又称一次回路。辅助回路 auxiliary circuit 开关柜中除主回路外的所有控制、测量、信号指示和调节回路的导电回路。又称二次回路。接地回路 earthing circuit每个接地装置或接地点到开关柜用于与外部接地系统相连的端子间的连接。,术语和定义,中压开关柜,运输单元 transport unit开关柜的一部分，不需拆开而适合运输。功能单元（开关柜的）functional unit 开关柜的一部分，包括能满足完成单一功能的主回路和辅助回路的所有组件。功能单元可以根据预定的功能来区分，例如：进线单元、出线单元等。外壳 enclosur
23、e开关柜的一部分，在规定的防护等级下，它能保护内部设备不受外界的影响，防止人体和外物接近带电部分或触及运动部分。,术语和定义,中压开关柜,内部电弧级开关柜（IAC）internal arc classified switchboard经试验验证能满足内部电弧情况下保护人员规定要求的开关柜。防误功能（简称“五防”）mal-operation防止误分、合断路器，防止带负荷分、合隔离开关或隔离插头，防止接地开关合上时（或带接地线）送电，防止带电合接地开关（或挂接地线），防止误入带电隔室。“五防”措施要灵活、简单、可靠,术语和定义,中压开关柜,防护等级 degree of protection 开关柜
24、的壳体、隔板防止人体接近柜内带电部件以及固体外物、灰尘的侵入和/或防止水的侵入而具备的保护程度。防护等级用IP和两个数字表示，如IP44。第一个数字表示防止人体接近柜内带电部件以及固体外物、灰尘的侵入而具备的保护程度，第二个数字表示防止水的侵入而具备的保护程度。表1 防护等级分类规定,术语和定义,中压开关柜,型式试验 type test型式试验是验证开关柜及其电器组件、辅助元件的各种性能是否达到技术条件的要求，是否能定型生产。产品的强制型式试验项目主要有：绝缘试验 主回路电阻测量和温升试验 短时耐受电流和峰值耐受电流试验 关合和开断能力试验 机械操作和机械特性测量试验 防护等级检查 非金属隔板
25、和活门试验 密封试验（漏气率及含水量）充气隔室的压力耐受试验和气体状态测量 电缆试验回路的绝缘试验 内部电弧故障试验（对IAC级开关柜）气候防护试验 机械撞击试验 局部放电试验 人工污秽试验 耐腐蚀试验,术语和定义,中压开关柜,出厂试验 routine test 制造厂应在厂内对每个运输单元进行出厂试验，以保证出厂产品与通过型式试验的产品一致。出厂试验报告应随产品移交用户。出厂试验项目包括：1）主回路的工频耐压试验 2）辅助回路和控制回路的工频耐压试验3）局部放电试验 4）测量主回路电阻5）机械性能、机械操作及机械防止误操作装置或电气连锁装置功能的试验6）仪表、继电器元件校验及接线正确性检定7
26、）密封试验 8）充气隔室的压力试验和气体状态测量9）设计检查和外观检查 10）电气、气动和液压辅助装置的试验11）在使用中可以互换的具有同样额定值和结构的组件，应检验互换性12）现场安装后的试验,术语和定义,1）额定电压 kV Rated voltage 额定工频耐受电压 kV Rated power frequency withstand voltage 额定雷电冲击耐受电压 kV Rated lightning impulse withstand voltage2）额定电流（主母线和分支母线）A Rated current（of main busbar and tee-off)额定短时耐受
27、电流（4s/3s）kA Rated short-time withstand current,4s/3s 额定峰值耐受电流 kA Rated peak withstand current 额定短路开断电流（断路器）kA Rated short-circuit breaking current(of CB)3）防护等级 Degree of protection4）工作条件 Ambient conditions,such as（海拔高度、温度和湿度等）Altitude,ambient temperature,humidity etc.,中压开关柜,主要技术数据 Technical Data,GB
28、IEC GB IEC1）额定电压 kV 12 12 40.5 40.5 额定工频耐受电压 kV 42/48 28/32 95/118 70/80 额定雷电冲击耐受电压 kV 75/85 75/85 185/215 170/1952）额定电流 A,400,500,630,800,1000,1250,（主母线和分支母线）1600,2000,2500,3150,4000,5000 额定短时耐受电流（4s;3s）kA,20,25,31.5,40,50,63 额定峰值耐受电流 kA 为额定短时耐受电流的2.5倍3）辅助回路的额定电压 V 直流：24、48、110、220 交流：100、220、380,中
29、压开关柜,注：斜线下的数值是隔离断口间绝缘值。隔离断口间绝缘是指隔离开关、隔离负荷 开关、手车柜隔离插头完全断开时的断口间绝缘。,主要技术数据 Technical Data,中压开关柜,按安全等级，分为：铠装式、间隔式、箱式按柜内主要元件（断路器）的安装方式，分为：移开式（简称手车柜）、固定式（简称固定柜）,产品分类,中压开关柜,按柜内主绝缘介质，分为：空气绝缘（复合绝缘）型（简称AIS）Air-Insulated Switchgear 气体绝缘型（简称充气柜 C-GIS）Cubicle type Gas-Insulated Switchgear,产品分类,中压开关柜,国内中压开关柜产品型号含义：-,K-铠装式J-间隔式X-箱式,Y-移开式G-固定式,设计序号,额定电压 kV,断路器操动机构,环境代号,12,24,40.5,产品分类,N-户内W-户外,TH-湿热带 TA-干热带 G-高海拔,主回路方案编号,D 电磁式T 弹簧式,中压开关柜,国内中压开关柜产品型号含义：KYN28A 12国内产品型号：KYN 户内金属铠装移开式开关柜 KGN 户内金属铠装固定式开关柜 JYN 户内金属间隔移开式开关柜 XGN 户内金属箱式固定式开关柜,产品分类,
