供配电系统及其电气设备十四章电器的原理与选择

1、供配电系统及其电气设备第14章 电器的原理与选择 14.1 电器设备选择的一般条件正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验其动稳定和热稳定。导体和电器所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，常高于电网的额定电压，故所选电器和电缆允许最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压，即：14.1.1 按正常工作条件进行选择导体和电器额定电压和额定最高工作电压一般电缆和电器允许的最高工作电压：当额定电压在220kV及以下时为1.15Ue；当额定电压为330500kV时为1.1Ue 。而实际电网运行的 一般不超

2、过1.1Ue ，在选择设备时，一般可按照电器和电缆的额定电压，不低于装置地点电网额定电压的条件选择，即： 额定电流导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度下，导体和电器的长期允许电流（或额定电流）应不小于该回路的最大持续工作电流，即：额定电流发电机、调相机和变压器在电压降低5%时, 母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的 ；母线分段电抗器的 应为母线上最大一 台发电机跳闸时,保证该段母线负荷所需的电流;出线回路的 除考虑线路正常负荷电流(包括线路损耗)外,还应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷。按当地环境条件校核在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境条件，当气温、风速、湿度、

3、污秽等级、海拔高度、地震强度和覆厚度等环境条件超过 一般电器使用条件时，应向制造部门提出要求或采取相应的措施。当环境温度和导体(或电器 )额定环境温度不等时，其长期允许电流 可按下式修正：短路时的热稳定：对于电器短路时的热稳定，是指电器在短路电流作用下的最高温度不超过电器在短时发热条件下的允许最高温度。亦即电器在短路作用时间内，短路电流的热效应，应不大于电器通建短路电流时的允许热效应，即：如果电器制造厂在设备技术数据中提供了电器在t内允许的热稳定电流It，则电器的短时热稳定条件是：14.1.2 按短路情况校验短路热稳定校验短路电流通过时, 导体和电器各部件温度(或发热效应)应不超过允许值,即满

4、足热稳定的条件为：14.1.2 按短路情况校验短路电流所产生的巨大电动力，对于电器或配电装置具有很大的危害性。如：电器的载流部分可能因为电动力而振动，或者因电动力所产生的应力大于其材料允许应力而变形，甚至使绝缘部件或载流部件损坏。电气设备的电磁绕组，受到巨大的电动力作用，可能使绕组变形或损坏。电动力稳定校验电动力稳定校验电动力稳定是导体和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：可不校验热稳定或动稳定的情况： (1) 用熔断器保护的电器,其热稳定由熔断时间保证,故可不验算热稳定。 (2) 采用有限电阻的熔断器保护的设备可不验算动稳定;电缆因足够的强度, 亦可不验算动稳定。

5、 (3) 装设在电压互感器回路中的裸导体和电器可不验算动、热稳定 短路电流计算条件：为使所选导体和电器具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定时期内适应系统发展需要,作验算的短路电流应按下列条件确定。(1) 容量和接线：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；其接线应采用可能发生最大短路电流的正常接线方式 (2) 短路种类：一般按三相短路验算，若其他种类短路较三相短路严重时，则应按最严重情况验算。(3) 计算短路点：选择通过导体和电器的短路电流是最大的那些点为短路计算点。短路计算时间：校验短路热稳定和开断电流时，还必须合理地确定短路计算时间。验算热稳定的短路计算时间为继电保护动

6、作时间和相应断路器的全开断计时间之和，即：开断电器应能在最严重的情况下开断短路电流，故电器的开断计算时间应为主保护时间 和断路器固有分闸时间之和：高压断路器、隔离开关及高压熔断器可按照下表各项进行选择和校验。 高压开关电器的选择高压断路器种类和型式的选择:高压断路器应根据断路器安装地点、环境和使用技术条件等要求选择其种类和型式。目前，广泛采用真空断路器和SF6断路器。按开断电流选择高压断路器的额定开断电流应满足：当断路器的额定开断电流较系统的短路电流大很多时，为简化计算，也可用次暂态电流进行选择，即14.2 高压断路器选择对于中、慢速断路器，由于开断时间长，可用上述公式计算，对于使用快速保护和

7、高速断路器者，其开断时间小于0.1s，当在电源附近短路时，短路电流的非周期分量可能超过周期分量的20%，因此其开断短路电流应计及非周期分量的影响。短路全电流应按下式计算：短路关合电流的选择为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器的额定关合电流不应小于短路电流最大冲击值，即：一般断路器额定电关合电流不会大于额定动稳定电流 ，因此 ，则 。高压断路器的操动机构，大多数是由制造厂配套供应，仅部分断路器有电磁式、弹簧识或液压等几种型式的操动机构可供选择。短路热稳定校验短路电流通过时, 导体和电器各部件温度(或发热效应)应不超过允许值,即满足热稳定的条件为：电动力稳定校验电动力稳定是导体和电器承受短路电

8、流机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定的条件为：隔离开关的选择和校验条件如下表所示。屋外隔离开关的型式较多，它对配电装置的布置和占地面积等有很大影响，因此，其型式应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素，进行综合技术经济比较确定。14.3 隔离开关的选择种类和型式的选择：根据配电装置特点和使用要求以及技术经济条件来确定。额定电压选择：额定电流选择：热稳定校验：动稳定校验：14.3 隔离开关的选择1、准确级不得低于所供测量仪表的准确级。2、额定容量 14.4 互感器的选择14.4.1 电流互感器的选择3、热稳定校验：4、动稳定校验： 内部动稳定： 外部动稳定：14.4.1 电流互感器的选择1、

9、按一次回路电压选择：2、按二次回路电压选择：14.4.2 电压互感器的选择3、种类和类型选择：在635kV屋内配电装置中，一般采用油浸式或浇注式；110220kV配电装置一般采用串级式电磁式电压互感器；220kV及以上配电装置，当容量和准确级满足要求时，一般采用电容式电压互感器。4、容量选择：14.4.2 电压互感器的选择按额定电压选择对于一般的高压熔断器，其额定电压必须大于或等于电网的额定电压。对于充填石英砂有限流作用的熔断器，则只能用在等于其额定电压的电网中因为这种类型的熔断器能在电流达到最大值之前就将电流截断，致使熔断器熔断时产生过电压。14.5 高压熔断器选择按额定电流选择熔断器的额定

10、电流，包括熔断器熔管的额定电流和熔体的额定电流的选择。(1) 熔管额定电流的选择。为了保证熔断器壳体不致损坏，高压熔断器的熔管的额定电流，应大于或等于熔体的额定电流：14.5 高压熔断器选择(2) 熔体额定电流的选择。为了防止熔体在通过变压器励磁涌流和保护范围以外的短路及电机自起动等冲击电流时误动作，保护35kV以下电力变压器的高压熔断器，其熔体的额定电流可按下式选择：用于保护电力电容器的高压熔断器的熔体，当系统电压升高或波形畸变引起回路电流增大或运行过程中产生涌流时不应误熔断，其熔体按下式选择：熔断器开断电流校验对于没有限流作用的熔断器，选择时用冲击电流的有效值进行校验；对于有限流作用的熔断

11、器，在电流最大值之前已截断，故不计非周期分量影响，而采用 进行校验。熔断器选择性校验为了保证前后两级熔断器之间或熔断器与电源（或负荷）保护之间动作的选择性，应进行熔体选择性校验。对于保护电压互感器用的高压熔断器，只需按额定电压及断流容量两项来选择。敞露母线：导体材料、类型和敷设方式；导体截面；电晕；热稳定；动稳定；共振频率电缆：额定电压；导体材料、类型和敷设方式；导体截面；热稳定；允许电压降 14.6 母线、电缆和绝缘子的选择14.6.1 敞露母线及电缆的选择 母线及电缆截面选择：（1）按导体长期发热允许电流选择。导体所在电路中最大持续工作电流应不大于导体长期发热的允许电流。（2）按经济电流密度选择。按经济电流密度选择导体截面可使年计算费用最低。裸母线的临界电压应大于其最高工作电压：对于330500kV超高压配电装置，电晕是选择导线的控制条件，要求在1