1、第六章 导体和电气设备的原理与选择 1 本章主要内容 电气设备选择的一般原则 高压断路器的选择 隔离开关的用途与选择 互感器的作用 电流互感器的原理与选择 电压互感器的原理与选择 电抗器的选择 导体、电缆的选择 2 电气设备要可靠地工作，必须按 正常工作条件进行选择 ，并按 短路状态来校验 热稳定和动稳定。 电器制造时 kVUkVUUNNa lm 50 0,33 01.122 015.1电网运行 Nsm UU 1.1故选择条件为 第一节 电气设备选择的一般条件 一、按正常工作条件选择电气设备 1. 额定电压和最高工作电压 Ualm(电器允许最高工作电压） Usm（系统最高运行电压） UN(电器
2、的额定电压） UNS（装设地点电网额定电压） 3 电气设备的额定电流 IN是指在额定环境温度 0下 ， 电气设备的长期允许电流 。 IN应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流 Imax， 即 N m a xII因而 关键是计算 Imax 。 1） 单元回路 中发电机、调相机、变压器： 1.05IN。 2） 变压器 有过负荷可能时，按过负荷确定。 3） 母联断路器 ：母线上最大一台发电机或变压器的 Imax 。 4） 母线电抗器 ：最大一台发电机额定电流的 50 80。 5） 出线回路 ：正常负荷电流 +事故转移负荷。 2. 额定电流 4 当电气设备安装地点的环境（尤其注意小环境）
3、条件如温度、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和浮冰厚度等超过一般电气设备使用条件时，应采用措施。 海拔 比厂家规定值每升高 100m，则电器允许最高工作电压要下降1%。当最高工作电压不 能满足要求时，应采用高原型电器，或采用外绝缘提高一级的产品。 周围环境 温度 直接影响电气设备的发热温度，所以电气设备的额定电流必须经过温度修正。额定环境温度 40 表 6-1 选择导体和电气设备的环境最高温度 污秽 等级超过使用规定时，可选用有利于防污的产品，经济上合理时还可采用室内配电装置。 3. 环境条件对设备选择的影响 5 kt QtI 21. 短路热稳定校验 短路电流通过电器时，电气设备各部件温度（
4、或发热效应）应不超过允许值。满足热稳定条件为 式中 It 、 t-电气设备允许通过的热稳定电流和时间。 2. 电动力稳定校验 电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定的条件为 e s sh e s shi i I I 或 式中 ies、 Ies-电气设备允许通过的动稳定电流幅值及其有效值 二、按短路状态校验 6 下列几种情况可不校验热稳定或动稳定： （ 1）用熔断器保护的电气设备，其热稳定由熔断时间保证，故可不验算热稳定。 （ 2）采用有限流电阻的熔断器保护的设备，可不校验动稳定。 （ 3）装设在电压互感器中的裸导体和电气设备可不校验动、热稳定。 7 （ 1） 容量和
5、接线 。按本工程设计最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划（一般为 510年）；其接线应采用 可能发生最大短路电流的正常接线方式 ，但不考虑在切换过程中可能短时并列的接线方式。 （ 2） 短路种类 。 一般按三相短路验算 ，若其它种类短路较三相短路严重时，则应按最严重的情况验算。 （ 3） 短路点选择 。选择通过电气设备和导体的 短路电流为最大值的那些点 。 3. 短路电流计算条件 8 1） 两侧均有电源的断路器 ：比较前、后短路时通过电流，择其大者； 2） 线路断路器 ：该母线短路时全电流； 3） 母联断路器 ：当采用该断路器向备用母线充电时，备用母线故障流过该备用母线的全部短路电流； 4
6、） 旁路断路器 ：同出线断路器； 5） 带电抗器的出线回路断路器 ：选电抗器后为短路点。 短路点的选择 9 发电机出口 QF1 ：比较 K1和 K2点短路时 ， 哪种情况通过 QF1的短路电流大 。 一般为 K2点 。 母联 QF5：考虑 QF5向备用母线充电时，备用母线故障，即 K4点短路时，流过母联断路器的短路电流最大。 带电抗器的 6 10KV出线回路 QF4：由于干式电抗器可靠性高，且断路器 QF4与电抗器间的连线很短，故障几率小，一般不选 K7，而应选K8。 主变低压侧 QF3：可能出现的短路点和运行方式很多，当变压器高压侧 QF6断开而 K3点短路时最严重。类似的，选择 QF6，应
7、为 QF3断开，K5点短路。 分段断路器 QF7：当主变 T1退出运行而相应母线段 K1点发生短路时最严重。 母线至母线隔离开关前的引线和套管 ：应选择母线段 K1点。 10 （ 1） 热稳定短路计算时间 tk 为继电保护动作时间 tpr和相应断路器的全开断时间 tbr之和 tk=tpr+tbr 式中 ， tpr一般取保护装置的后备保护动作时间； tbr是指对断路器的分闸脉冲传到断路器操作机构的跳闸线圈时起 ，到各相触头分离后的电弧完全熄灭为止的时间段 tbr=tin+ta 式中 ， tin为断路器固有分闸时间 ， 此值可在相应手册中查出； ta为断路器开断时电弧持续时间 ， 对少油断路器为
8、0.040.06s， 对SF6断路器和压缩空气断路器约为 0.020.04s， 真空断路器约为 0.015s。 4. 短路计算时间 11 表 6-2 无延时保护时校验热稳定的短路计算时间 断路器开断速度 断路器全开断时间 (s) 短路计算时间 (s) 高速断路器 0.12 0.2 12 断路器不仅在电路中作为操作开关 ， 而且在短路时要迅速可靠切断短路电流 ， 作为保护电器 。 为此 ， 这种断路器应能在最严重的情况下开断短路电流 ， 故 短路计算时间 tk应为主保护动作时间 tpr1和断路器固有分闸时间 tin之和 ， 即 tk=tpr1+tin 对于无延时保护 ， tpr1为主保护启动和执
9、行机构动作时间之和 ， 一般为 0.050.06s。 （ 2）短路开断计算时间 tk 13 高压断路器主要功能： 正常运行时：控制作用 ，倒换运行方式，把设备或线路接入电网或退出运行； 故障时：保护作用， 当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路，保证无故障部分正常运行。 断路器与隔离开关作用的区别： 高压断路器是开关电器中最为完善的一种，其最大特点是能 断开电器中负荷电流和短路电流 。 而高压隔离开关的主要功能是保证高压电器及装置在检修时的安全，不能用于切断、投入负荷电流或开断短路电流，仅可允许用于不产生强大电弧的某些切换操作。 第二节 高压断路器和隔离开关的选择 14 SN10 10/6
10、00 350 S 少油 D 多油 K 压缩空气 Z 真空 L SF6 F SF6封闭式 N 户内 W 户外 产品设计序号 额定电压 (kV) 额定电流 (A) 额定开断 容量 (kVA) 一、高压断路器的选择 1. 断路器种类和型式的选择 15 （ 1） SF6断路器： 采用 SF6做灭弧介质 ， 具有优良的开断性能 ， 灭弧能力强 ， 绝缘强度高 ， 开断电流大 ， 运行可靠性高 ， 维护工作量少 ，适用于各种电压等级 ， 特别在 220kV及以上配电装置有广泛应用 ， 但在35kV及以下屋内配电装置中使用较少 。 （ 2） 真空断路器： 采用真空做灭弧介质 ， 具有灭弧时间快 、 低噪声
11、、 高寿命及可频繁操作的优点 ， 已在 35kV及以下电压的配电装置中有广泛应用 。 16 17 2. 额定电压和额定电流选择 UNUNs， INImax 3. 开断电流选择 额定开断电流 INbr不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量 Ipt INbrIpt 若 INbr比系统短路电流大很多，为简化计算，也可用 I 进行选择 II N b r 18 4. 短路关合电流的选择 断路器合闸之前 ， 若线路上已存在短路故障 ， 则在断路器合闸过程中两触头在未接触时即有巨大短路电流通过。 且关合短路电流时不可避免地接通后又自动跳闸 。 为保证断路器在关合短路时的安全 ， 断路器额定关合电流 iNcl
12、应不小于短路电流最大冲击值 ish,即 kt QtI 26. 动稳定校验 5. 热稳定校验 shes ii shN cl ii 19 隔离开关无灭弧装置 ， 不能用来接通和切断负荷电流和短路电流 ，需与断路器配套使用 。 隔离开关的工作特点是在有电压 、 无负荷的情况下 ， 分 、 合电路 。 1.隔离开关的主要作用 （ 1） 隔离电压 。 在检修设备时 ， 用隔离开关将被检修的设备与电源电压隔离 ， 以确保检修的安全 。 （ 2） 倒闸操作 。 投入备母或旁母以及改变运行方式时 ， 常用隔离开关配合断路器 ， 协同操作来完成 。 二、隔离开关的选择 20 （ 3）分合小电流 。隔离开关具有一
13、定的分、合小电感和电容电流的能力，一般可以进行以下操作： 1）分、合避雷器、电压互感器和等电位空载母线； 2）分合励磁电流不超过 2A的空载变压器； 3）关合电容电流不超过 5A的空载线路。 2. 隔离开关的选择 （ 1）种类和型式的选择 屋内和屋外式；单柱式、双柱式和三柱式； V形 （ 2）额定电压选择 UNUNs （ 3）额定电流选择 INImax （ 4）热稳定校验 It2 Qk （ 5）动稳定校验 iesish 21 GW5 110GD/1000 隔离开关 N 户内 W 户外 产品设计序号 额定电压 (kV) 改进型 额定电流 (A) 带接地刀闸 隔离开关的型号含义： 22 23 24
14、 25 例 6-1 试选择容量为 25MW,UN=10.5kV,cos=0.8的发电机出口断路器及回路的隔离开关 。 已知发电机出口短路电流值 I=26.4kA， I2.01=29.3kA， I4.02=29.5kA， 主保护时间 tpr1=0.05s，后备保护 tpr2=3.9s， 配电装置内最高室温为 +40oC。 解： 发电机最大持续工作电流为 AUPINN 18 048.05.103102505.1c os305.1 3m a x 根据 UNs=10.5kV、 Imax=1804A及室内安装的要求，查附表 5，可选 SN10-10III/2000型少油断路器。 26 短路热稳定 计算时
15、间 tk=tpr2+tin+ta=3.9+0.06+0.06=4.02(s) 周期分量热效应 为 skAtIIIQ ktktkp 222 2/2“ 34011210由于 tk1s，故不计非周期热效应。 skAQQ pk 23401冲击电流 kAIish 0.714.2669.229.1 “ 例 6-1 试选择容量为 25MW,UN=10.5kV,cos=0.8的发电机出口断路器及回路的隔离开关 。 已知发电机出口短路电流值 I =26.4kA， I2.01=29.3kA， I4.02=29.5kA， 主保护时间 tpr1=0.05s， 后备保护 tpr2=3.9s， 配电装置内最高室温为 +4
16、0oC。 27 用表的形式列出断路器有关参数，并与计算数据进行比较 kAikAiskAtIskAQkAikAikAIkAIAIAIkVUkVUesshtkN c lshN b rNNNs1300.71749 9340 11300.713.434.26200 0180 41010222“m a x由表知各项选择条件和校验条件均能满足，故选 SN-10-10III/2000合格。 28 选择发电机回路的隔离开关。 已计算得到 UNS=10kV, Imax=1804A, Qk=3401(kA)2s,ish=71kA。 查附表 7，可选用 GN2-10/2000型号的隔离开关，用表列出有关参数。 kA
17、ikAiskAtIskAQAIAIkVUkVUesshtkNNNs850.71130053401200018041010222m a x由表可见，所选隔离开关 GN2-10/2000满足要求。 29 互感器是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器的电流线圈和电压线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况。其 作用 为： 1） 将一次回路的高电压 、 大电流变为二次回路标准的低电压 （ 100V、 V） 和小电流 （ 5A、 1A） ； 2） 使二次设备与高压部分隔离 ， 且互感器二次侧均接地 ， 保证人员与设备安全 。 互感器包括 电流互感器 CT（ TA） 和电压互感器 PT（TV） 两大类 ， 主要是电磁式的 。 此外 ， 电容式电压互感器在超高压系统中被广泛应用 。 3/100第三节 互感器的原理与选择
