Transcript Lecture #10 Switchgear Device 1. Breaker 2. Switch

Lecture #10
Switchgear Device
1. Breaker
2. Switch
3. LA
4. Relay
GCB( Gas Circuit Breaker)
名稱
瓦斯斷路器(SF6)
功能
SF6為負電性氣體，受電弧高溫時，其分子結
合力仍很強，而受到電弧的負電子與SF6氣體
結合成穩定的負離子。因此電流為零時，完
成消弧。每次啟閉發生火花時，絕緣用瓦斯
會進行某些化學分解作用，使得某些有毒物
質將以白色粉塵的型態留滯在氣室底部，並
消耗瓦斯存量。
斷路器包含兩大部份：電極與機械裝置。電
極包含了接觸及火花熄滅裝置，機械裝置部
份的主要 功能則是能夠在極短的時間內，
極為迅速的開啟或關閉電極的接觸裝置（最
慢於千分之五秒內）這種開啟及關閉的過程
是由內部的補助電動機及驅動槓桿促使彈簧
伸縮而達成。
一般斷路器可以在不換任何零件的條件下進
行10,000次的開啟－開關操作 。正常而言，
至少一年或500次操作之後，斷路器需進行保
養。
符號
圖片
GCB 是由各個具單獨氣室的獨力電極組裝而成。在現行使用中一般斷路器，氣
體壓力約為2巴(BAR)(絕對氣壓3巴)上下，由於瓦斯的絕緣特性以及具有高度安
全性的電極，即使氣體壓力降至１巴，斷路器的阻斷性質仍能維持；因之常使操
作者疏於檢查造成危險，因為當每次啟閉發生火花時，絕緣用瓦斯會進行某些化
學分解作用，使得某些有毒物質將以白色粉塵的型態留滯在氣室底部，並消耗瓦
斯存量。當瓦斯低於標準時(視各廠牌而異)，其絕緣效能將大打折扣，電極磨耗
亦大大提高，故其保養檢查實不容輕忽；瓦斯填充、電極檢查須定期進行。在保
養拆除電極時，移動電極中的部位需特別留意。而此部份的保養及維修必需由專
門人員進行。(維修必需依照各廠牌之瓦斯斷路器使用者安全指導說明；或具經
驗之合格技師為之。)
大致而言，斷路器包含兩大部份：電極與機械裝置。
電極包含了接觸及火花熄滅裝置，機械裝置部份的主要 功能則是能夠在極
短的時間內，極為迅速的開啟或關閉電極的接觸裝置（最慢於千分之五秒內）這
種開啟及關閉的過程是由內部的補助電動機及驅動槓桿促使彈簧伸縮而達成。在
這個系統內閉合彈簧是原來連接槓桿者，若按下"CLOSE"鍵則接觸裝置將閉合，
而開啟彈簧則變成連接槓桿者，所以斷路器即處於開啟的準備狀態。一般斷路器
的機械操作循環為(開啟-3分鐘-關閉/開啟)或(開啟-0.3秒-關閉/開啟)。 第二種操
作循環是只有當斷路器裝置了復閉電驛時才有效。在以上兩種情況下，閉合操作
完成後，閉合彈簧仍將接於驅動槓桿或驅動馬達上(若有安裝於此馬達)，所以斷
路氣將處於開啟及再閉合的準備狀態(儲能中)。
■ GCB 機 械 壽 命 及 機 械 設 備 之 保 養
一般GCB可以在不換任何零件的條件下進行10,000次的開啟－開關操作。
故斷路器的壽命至少在10,000次操作以上。(但實際壽命.仍需視廠牌.環境.
保養.操作者而定) 當然，依照不同使用環境需要施以定期的保養。在理想
的工作環境及條件下，一年(或1,000次開-閉操作後)需要潤滑一次。在佈滿
灰塵且潮濕的環境下，大約3-6個月或250-500次操作)就必須對機械設備
施以潤滑。使用之保養油必須為稀薄的機械潤滑油且應該為含鈤
(MOLYBDE-NUM)的油脂，因為斷路器可操作的室溫範圍為-5℃至40℃，
故並不需要加熱器來幫助操作。
■ 操 作 期 間 GCB 保 養
正常而言，至少一年或500次操作之後，斷路器需進行保養。在保養時，
機械裝置的移動部份需要細心的潤滑，絕緣部份必須以清潔乾布去擦拭，斷
路器必須打開並且需將高壓端磨光滑，而連接到輔助供給控制迴路必須暫時
移除。 在沿海鹽份較高的區域，絕緣部份至少每兩個月要仔細清理一次。
如果沒有清理，海風中帶來的微小鹽粒將在絕緣體的表面堆積，成為一層具
有導電性的表面，並對絕緣體表面本身造成損害。
★在保養的動作開始之前，必需將絕緣及接地的工作做好，必須在親眼看見
絕緣體都已經開啟後，才可進行保養手續。
The principle of operation is
similar to the air blast
breakers, except that the SF6
gas is not discharged into the
atmosphere. A closed circuit
completely sealed and selfcontained construction is used.
The equipment consists of a
compressor, a storage
container, a blast valve that
admits gas to the interrupting
chamber, and a filter through
which the exhaust gas is
returned to the compressor.
This is called the double
pressure breaker design.
230 kV, 15 GVA, SF6 Double Pressure Breaker
SF6 switchgear
OCB (Oil Circuit Breaker)
名稱
油斷路器
功能
消弧原理：用絕緣油為絕緣及消弧的介質，
啟斷電路時，電弧均發生在油面下，其週圍
的絕緣油冷卻電弧，並且使發弧區恢復絕緣，
完成消弧。
The oil in OCBs serves two purposes. It
insulates between the phases and
between the phases and the ground, and it
provides the medium for the extinguishing
of the arc. When electric arc is drawn
under oil, the arc vaporizes the oil and
creates a large bubble that surrounds the
arc. The gas inside the bubble is around
80% hydrogen, which impairs ionization.
The decomposition of oil into gas requires
energy that comes from the heat
generated by the arc. The oil surrounding
the bubble conducts the heat away from
the arc and thus also contributes to
deionization of the arc.
符號
圖片
Figure 12 Dead Tank Oil Circuit Breaker
1 bushing
6 plunger guide
2 oil level indicator
7 arc control device
3 vent
8 resistor
4 current transformer 9 plunger bar
5 dashpot
All three phases are
installed in the same tank.
The tank is made of steel
and is grounded. This type
of breaker arrangement is
called the dead tank
construction. The moving
contact of each phase of
the circuit breaker is
mounted on a lift rod of
insulating material. There
are two breaks per phase
during the breaker opening.
The arc control pots are
fitted over the fixed
contacts. Resistors
parallel to the breaker
contacts may be installed
alongside the arc control
pots. It is customary and
convenient for this type of
breakers to mount current
transformers in the breaker
bushings.
VCB( Vacuum Circuit Breaker)
名稱
真空斷路器
功能
消弧原理：利用載電離子之較長平均自由行
程，將電弧高溫產生金屬蒸氣，或離子以極
高速率向四週擴散，急速碰撞週圍保護隔離
板後再迅速結合，金屬蒸氣則化為固體之金
屬微粒，由於空間絕緣強度重建，即在電流
零點消弧。
真空斷路器因需克服操作時的突波現象，多
使用於配電電壓等級之電路。此外操作機構
依動力之來源又可分為3大類，即空氣操作
機構、油壓操作機構、及彈簧操作機構，其
中空氣及油壓操作機構大多應用於輸電電壓
等級之斷路器，而彈簧操作機構因儲存能量
有限，大多應用於配電電壓等級之斷路器。
符號
圖片
Vacuum circuit breakers are used mostly for low and medium voltages. Vacuum interrupting
heads were developed for up to 36 kV per break. For higher voltages, the interrupters are
connected in series.
The interrupting chambers of vacuum breakers are made of porcelain and are sealed. They
cannot be open for maintenance. The contact life is expected to be about 20 years, provided
the vacuum is maintained. Because of the high dielectric strength of vacuum, the
interrupters are small. The gap between the contacts is about 1 cm for 15 kV interrupters, 2
mm for 3 kV interrupters.
PCB( Poor-oil Circuit Breaker)
名稱
少油量斷路器
功能
消弧原理：以絕緣油作為消弧介質，另外礙
子或礙管作對地絕緣，而其絕緣油可大量減
少。 油量約是一般OCB之十分之一。不適
用於啟斷次數多之場合。
符號
圖片
ACB( Air Circuit Breaker) ABB
名稱
氣衝斷路器
功能
消弧原理：利用壓縮空氣吹向接觸子，使電
弧拉長、冷卻而消弧。 設備需加一組空氣
壓縮機及控制系統。構造複雜價格亦高。
符號
圖片
MBB( Magnetic Blast circuit Breaker)
名稱
磁吹式斷路器
功能
消弧原理：利用電弧電流通過吹弧線圈以產
生磁束而達到吹弧與消弧之目的。因此故障
電流越大其消弧效果越好 。亦可因此縮短
啟斷電流之時間。
符號
圖片
DS ( Disconnecting Switch )
名稱
隔離開關
功能
DS(高壓隔離開關)在有載之下不可投入或切
離，投入前須先確認主斷路器(MVCB)及其
他分路斷路器是否均為切離(OFF)狀態。
符號
圖片
ABS(Air Break Switch)
名稱
空斷開關
功能
係用於分隔輸配電線路與隔離旁通之電機設
施之隔離開關. 具有良好的電傳導性，操作
簡易，動作正確, 使用壽命長, 安全性高. 並
經台灣電力公司試驗通過為合格製造廠，適
用於屋外型開關廠，可三相連動，並具備標
準之電動操作設計及組件。
符號
圖片
OS (Oil switch)
名稱
油開關
功能
符號
圖片
LBS (Load Break Switch)
名稱
負載啟斷開關
功能
能夠啟斷其額定啟斷電流， 且能閉合其額
定短路電流， 但無法啟斷短路電流之開關
設備。負載啟斷開關與電力熔線連用可作為
電力設備之保護，此時稱為開關熔線組合。
電力熔線與負載啟斷開關必須經計算設計選
用，使負載啟斷開關啟斷之電流絕不大於其
額定啟斷電流。
LBS(高壓負載開關)為一種經濟型保護開關，
無法承受較大短路電流，必須以電力熔絲彌
補其不足。只適用於做一般性設備保護，不
適用於操作頻繁場合，較難做精細保護。
適用範圍-建議作一般性設備保護。正常時以下為最佳
使用狀態 ：
1.TR 1000KVA以下。
2.SC 100A以下。
3.DS 100A以下。
4.線路保護 100A以下。
符號
圖片
LBS接點型式可分為：(一)上下衝擊式 (二)刀型。
(一)上下衝擊式：消弧採空氣壓縮式，接點以上下垂直往復運動方式連結(ON)及脫
離(OFF)。
優點：接點動作時所需空間較小，適用於環境較好，沒有腐蝕性氣體及濕氣地區
缺點：接點長期暴露於空氣中較易氧化， 不利於較惡劣環境。
1.需時常保養。
2.較不適用於大電流場合。
(二)刀型：消弧採銅鎢耐弧接點配合空氣壓縮吹弧，接點以約80度或150度旋轉投
入(ON)及脫離(OFF)。
優點：:消弧接點與主接點採兩段分離式，容許較大電流，消弧能力較優。
缺點：由於跳脫採彈簧壓縮設計，以卸壓運動迫使活動接點高速往後彈開。如因設
計不當，保護不良，不當操作時或有使操作人員受傷之慮。
LBS優缺點-(一)LBS優點為：
a.所佔空間較小，可選擇前方、背面、左側、右側操作(需選擇廠牌)。
b.價格低廉 。
c.可當(DS)隔離開關使用。
d.可加裝欠逆相保護控制。
(二)LBS缺點為：
a.接點長期暴露於空氣中較易氧化。
b.過載動作後需更換熔絲 。
c.機械強度略嫌不足。
d.無法電動操作(可改裝.但準確性較差.採整組進口價格恐高過CB)。
LA (Lighting Arrester)
名稱
避雷器
功能
符號
圖片
OCR (Over Current Relay)
名稱
過電流電驛
功能
符號
50,51,51N
圖片
Electromechanical relays
The induction disk unit operates on the same principle as induction motor.
The metal disk is mounted on a shaft that can freely rotate. The current coils
are fixed. They create magnetic field that induces eddy currents in the metal
disk. The magnetic field of the eddy currents interacts with the magnetic field
of the stationary coils and produce torque on the disk. The disk and its shaft
rotate and bring the moving contact towards the fixed contact into a closed
position. The motion of the shaft is opposed by a spring that returns the disk
and the moving contact into the open position when the current drops below a
preset value. The time to close the contact depends on the contact travel
distance which is set by a time dial. The pick-up current is adjustable by
selecting current taps on the current coil. The relays are normally available
with three ranges of current taps: 0.5 to 2.0 A, 1.5 to 6.0 A, and 4 to 16 A. The
time dial has usually positions marked from 0 to 10, where for 0 setting the
contact is permanently closed.
OVR (Over Voltage Relay)
名稱
過電壓電驛
功能
符號
59, 59N
圖片
Electromechanical relays
Voltage from a potential transformer is applied to the lower pole and induced into the
upper poles. The upper poles induce eddy currents in the disc. The torque is produced
by the interaction of the eddy currents and flux from the lower pole. Voltage settings
are adjusted by voltage coil taps. The time settings are adjusted by time dial that adjusts
the travel distance of the moving contact. The moving contact rotates in the horizontal
plane. The return torque is provided by the spring acting on the shaft.
Differential Protective Relay
名稱
差動電驛
功能
匯流排的保護原理主要為電路學
上”Kirchhoffs first law”。 將匯流排當
成一個節點 , 正常時 , 流進(I in) 及流出
的電流 (Iout) 是相等的 , 一但事故發生
時 , 將有大量故障電流流入 , 而流出的
電流微乎其微 , 利用此一現象 , 即產生
匯流排之差動保護原理(87B)。差動保
護電驛之主要動作電流為差動電流, 即
流入流出匯流排之電流差 (I d) 。正常
時電流差 (I d) 為零 , 保護電驛不動作 ,
事故時之大量差流促使保護電驛動作 。
符號
87
圖片
87B High Impedance Bus Differential Relay
87G Generator Differential Relay
87T Transformer Differential Relay
Ground Protective Relay
名稱
接地電驛
功能
在电机或其它设备对地绝缘发生故障时
动作的继电器
符號
64
圖片
Under voltage Relay
名稱
欠電壓電驛
功能
符號
27
圖片
DOC (Directional Over Current Relay)
名稱
方向性過電流電驛
功能
符號
67
圖片
在预定的方向，交流电流给定值下工作
Solid-state relays
的继电器。Use to protect transmission
and distribution circuits where power can
flow in either direction.
Directional Over/Under power Relay
名稱
方向性欠/過電力電驛 符號
功能
保護機器不受逆向電力潮流侵害,是在一
给定的功率潮流方向達到某一預定值時動
作，比如發電機失去原動力而變成電動機
運轉導致的逆向功率。
32
圖片
Zero-phase current detector (ZCT)
名稱
零相電流偵測器
功能
符號
51G
圖片
符 號
名
稱
ACT
輔助比流器
AL
輔助負載
APT
輔助比壓器
AT
輔助變壓器
AVR
自動電壓調整器
B
斷路器
DS
配電系統
DT
配電變壓器
Ea
發電機感應電壓
Ef
激磁機電壓
Ex
激磁機
F
磁場或故障點
F3
三次諧波濾波器
FS
磁場開關
G,g
發電機
GR
接地電阻器
2
延時電驛
21
24
阻抗 (距離) 電驛
伏特 / 赫磁電驛
59T
三次諧波過電壓接地電驛
27
32
低電壓電驛
60
電壓平衡電驛
逆電力電驛
61
電流平衡電驛
40
41
失磁電驛
62
可調式延時電驛
磁場開關
63
變壓器壓力電驛
41POS
磁場開關之閉鎖位置
64F
磁場接地電驛
46
互相序電驛
67
方向性過電流電驛
49
定子溫度電驛
71
變壓器油(氣)平面指示開關
50
瞬時過電流電驛
74
自動復歸電驛
37/51
過電流電驛
78
失步電驛
51N
過電流接地電驛
81
51V
電壓控制過電流電驛
86
輔助電驛
52
斷路器
87
差動電驛
59
過電壓電驛
89
空氣開關
59C
瞬時過電壓監視電驛
94
高速跳脫電驛
59D
59N
三次諧波電壓差動電驛
過電壓接地電驛
O/U
頻率電驛
Bus Protective Features
‧ Over/Under Voltage (59, 27)
‧ Over/Under Frequency (81O, 81U)
‧ Directional (Forward/Reverse) Power (32) *
‧ Negative Sequence Phase Overcurrent (46)
‧ Negative Sequence Phase Overvoltage (47)
‧ Phase Overcurrent (51) *
‧ Voltage Restrained Phase Overcurrent (51V)*
‧ Directional VAR
‧ Phase Current Imbalance (46) *
Utility Protective Features
‧ Over/Under Voltage (59, 27)
‧ Over/Under Frequency (81O, 81U)
‧ Directional (Import/Export) Power (32) *
‧ Negative Sequence Phase Overcurrent (46)
‧ Negative Sequence Phase Overvoltage (47)
‧ Phase Overcurrent (51) *
‧ Voltage Restrained Phase Overcurrent (51V) *
‧ Directional VAR
‧ Phase Current Imbalance (46) *
‧ Loss of Mains/Loss of Mains with Alarm
‧ Load Surge (islanding protection)
Trip
EGCP-3 MC
Multi-unit Mains Controller
Generator System Control
Package
delay
高壓交聯聚乙烯電力電纜
關於高壓為何需要電纜終端處裡的說明影片
http://www.tdpowerskills.com/node/60
3M冷縮套影片
http://www.youtube.com/watch?v=KzEx6Pry2fY
http://www.elmuseum.se/images/vattenfall/Isolator_skiss.jpg
http://www.ntnu.no/info/pressesenter/bildebase/Forskning/el_overslag_isolator_12.jpg