导电绝缘与电气设备选择原理.ppt

第2章导体与绝缘体,发电厂及变电站电气部分,三峡大学电气与新能源学院CollegeofElectricalEngineering&NewEnergy,第一节绝缘及绝缘子,绝缘是电气设备结构中的重要组成部分。绝缘和按照一定要求组成的绝缘系统(绝缘结构)是支撑高电压设备的基础。,1.绝缘,绝缘是使用不导电的物质将带电体隔离或包裹起来，使之与其它不等电位的物体之间不发生接触、不相关连，从而保持不同的电位。良好的绝缘可以有效地避免短路和危及人身安全，是保证电气设备与线路的安全运行和防止人身触电事故发生的最基本、最可靠的手段。,电气设备绝缘需满足两个基本条件：,设备本身绝缘良好，没有局部放电、过热和化学等老化或劣化的因素存在；工作电压必须和设备的额定电压相适应，不能超越允许的范围，也不能承受雷电等外部及内部的瞬变过电压。,第一节绝缘及绝缘子,绝缘按物质分类：气体绝缘、液体绝缘和固体绝缘绝缘按恢复能力分类：自恢复绝缘（指空气间隙和与空气接触的外绝缘）、非自恢复绝缘（固体介质、液体介质构成的设备内绝缘）,外绝缘：不同设备外表面之间或设备与大地之间的绝缘，受风、雨、雪、雾、雷电及温度变化等自然条件、表面污秽和外力影响。一般由电力设计部门设计。,绝缘介质：不导电的气体、不导电的液体和不导电的固体。,内绝缘：设备内部的绝缘，一般不与空气接触，不受空气湿度与外界污秽程度等的影响，相对比较稳定；一般是由制造厂家设计。,1.绝缘,电力设备的外绝缘包括：空气间隙和绝缘子(包括套管)。,空气间隙在工频交流电场中的平均放电梯度近似为400kV/m。,电极形状，不同形状电极间的场强越均匀，绝缘水平也越高。电压波形的影响，包括正弦波、操作冲击波、雷电冲击波及直流叠加操作波等四种典型电压波形。气象状况，包括气压、气温和湿度。,影响空气的绝缘水平的因素：,第一节绝缘及绝缘子,1.绝缘,绝缘子：安装在不同电位的导体之间或导体与地电位构件之间，能够耐受工作电压和机械应力的器件。,图绝缘子的结构示意图,绝缘子必须具有足够的机械强度和绝缘强度，并能在恶劣环境(高温、潮湿、多尘埃、污秽等)下安全运行。,第一节绝缘及绝缘子,2.绝缘子,2.1绝缘子的作用,按结构：支柱式绝缘子、悬式绝缘子、防污型绝缘子和套管绝缘子。,按材料：陶瓷绝缘子，玻璃钢绝缘子，合成绝缘子，半导体绝缘子。,按装设地点：户内（无伞裙、无防污型）和户外（有较大伞裙、有防污型多用在多尘埃、盐雾和化蚀气体的污秽环境中）,按应用场合：电站绝缘子、电器绝缘子和线路绝缘子，其中用于电站、电器的可击穿型绝缘子有针式支柱、空心支柱和套管，不可击穿型有棒形支柱和容器瓷套。用于线路的可击穿型绝缘子有针式、蝶形、盘形悬式，不可击穿型有横担和棒形悬式,第一节绝缘及绝缘子,2.绝缘子,2.2绝缘子的分类,支柱绝缘子和穿墙套管,外胶装支柱绝缘子,内胶装支柱绝缘子,610kV棒式绝缘子,高压110220kV户外棒式绝缘子,穿墙套管,第二节常用导体,发电厂和变电站中常用的导体通常包括：硬导体和软导线。,硬导体：矩形导体、槽型导体、管形导体,软导线：钢芯铝绞线、组合导线、分裂导线和扩径导线,按导体结构，导体可以分为导线、母线和电力电缆,母线：汇集、分配和传送电能；导线和电力电缆：传送电能；导线包括：裸导线、绝缘导线,1.导线,1)单股导线包括：铝包钢线、钢包钢线、镀锌低碳钢线、硬铜圆单股线(特殊环境使用)。线径细、强度高、载流容量小，常用于小容量配电线路或通讯明设架空线，硬铜圆单线因价格昂贵仅用于特殊环境中。,第二节常用导体,1.导线,2)普通绞线包括：铝绞线、铝合金绞线、铝包钢丝绞线、镀锌钢绞线、硬铜丝绞线。铝绞线用于小跨距的配电线路。铝合金绞线常用于一般输配电线路。铝包钢丝绞线主要用于重冰区或大跨距导线，通讯或避雷线等。,3)组合绞线由两种单股线(即导电金属单股线和高强度金属单股线)绞制而成，如钢芯铝绞线、钢芯铝合金绞线、钢芯铝包钢绞线等。此类导线是电网中应用最为广泛的导体，具有抗拉强度高、价格低等优点。,4)特种导线系指防电晕的扩径型钢芯铝绞线、高强度大跨距导线及自阻尼导线等，具有截面大，抗拉强度高，适用于重冰区超高压架空线路。,第二节常用导体,2.母线,狭义母线指主接线中的主母线，广义母线包括：电气主接线的主母线和设备之间的连接线；厂用电部分的厂用母线；电气二次系统中直流系统的直流母线；二次部分的小母线等。,按使用材料分类：,1)铜母线导电率高、机械强度高、耐腐蚀，但产量少，价格贵，故主要用在易腐蚀的地区(如化工厂附近或沿海地区等)。,2)铝母线导电率仅次于铜，且质轻、价廉、产量高，在屋内和屋外配电装置中广泛采用。,3)铝合金母线包括：铝锰合金和铝镁合金两种，铝锰合金母线载流量大，但强度较差；铝镁合金母线机械强度大，但载流量小，焊接困难，使用范围较小。,4)钢母线机械强度大，导电性差，仅用在高压小容量电路(如电压互感器回路以及小容量厂用、站用变压器的高压侧)、工作电流不大于200A的低压电路、直流电路以及接地装置回路中。,220kV管形母线、支柱绝缘子,第二节常用导体,2.母线,用外壳将导体连同绝缘等封闭起来的母线，用于单机容量在200MW以上的大型发电机组、发电机与变压器之间的连接线以及厂用电源和电压互感器等分支线。,2.2.1封闭母线的基本结构,1)载流导体一般用铝制成，采用空心结构以减小集肤效应。截面有矩形、槽形和管形，电流很大时可采用水内冷圆管母线。,2)支柱绝缘子采用多棱边式结构以加长漏电距离，每个支撑点可采用一至四个绝缘子支撑，一般采用三个绝缘子支撑。,2.2封闭母线,3)保护外壳由58mm的铝板制成矩形或圆管形，在外壳上设置检修与观察孔。,4)伸缩补偿装置在一定长度范围内设置焊接的伸缩补偿装置；在与设备连接处适当部位设置螺接伸缩补偿装置。,5）密封隔断装置封闭母线靠近发电机端及主变压器接线端和厂用高压变压器接线端，采用大口径绝缘板作为密封隔断装置，并用橡胶圈密封，以保证区内的密封维持微正压运行的需要。,2.2.2封闭母线的类型,(1)按外壳材料可分为：塑料外壳母线和金属外壳母线,(2)按外壳与母线间的结构形式可分为,1)共箱封闭母线2)隔相封闭母线3)离相封闭式母线,第二节常用导体,2.母线,2.2封闭母线,2.2.1封闭母线的基本结构,第二节常用导体,2.母线,2.2封闭母线,2.2.2封闭母线的类型,1)共箱封闭母线2)隔相封闭母线3)离相封闭式母线,第二节常用导体,2.母线,2.2封闭母线,2.2.3封闭母线的特点,1)运行安全、可靠性高2)母线附近钢构中的损耗和发热显著减小3)短路时母线之间的电动力大为减小4)母线和外壳可兼作强迫冷却的管道，母线的载流量可大幅提高。,缺点,优点,1)有色金属消耗约增加一倍。2)外壳产生损耗，母线功率损耗约增加一倍。3)相同截面母线载流量减小。,第二节常用导体,2.母线,2.3绝缘母线,在原敞露母线外表加上绝缘，取消支柱绝缘子，直接架在钢架结构上，在电流小于2500A的线路中使用，优点如下：,1)绝缘母线全绝缘相间距不受电压等级的限制，只取决于安装尺寸，相间距大大减小，且运行可靠。2)单根绝缘母线可根据通过的电流的大小设计，可满足任何电流的要求，避免了电流较大时使用多根电缆并用所带来的电流不平衡问题。3)绝缘母线绝缘层的无模具浇注使得母线的形状尺寸可根据需要做随意调整，满足各种需要。4)绝缘母线连接装置的使用使得绝缘母线的安装非常灵活，可根据不同的空间位置、安装尺寸做随意分段组合，同时还可弥补由于某种原因造成的安装尺寸上的一些偏差。,第二节常用导体,3.电力电缆,3.1电力电缆的种类,1)按电压等级分：低压电缆(1kV及以下)；中压电缆(3、6、10、35kV)；高压电缆(60kV及以上)。2)按电缆导电线芯截面分：2.5，4，6，10，16，25，35，50，70，95，120，150，185，240，300，400，500，625，800mm2。3)按电缆芯数分：单芯、双芯、三芯、四芯。4)按传输电能的形式分：直流电缆和交流电缆。5)按特殊需求分：输送大容量电能的电缆、阻燃电缆和光纤复合电缆等6)按电缆绝缘材料和结构分：油浸纸绝缘电缆、聚氯乙烯绝缘电缆(简称塑力电缆)、交联聚乙烯绝缘电缆(简称交联电缆)、橡皮绝缘电缆、高压充油电缆和SF6气体绝缘电缆。,1)电缆线芯：2)绝缘层：使用的材料：橡胶、聚乙烯、聚氯乙烯、交联聚乙烯、聚丁烯、棉、麻、丝、绸、纸、矿物油、植物油、气体等。3)保护层：分内保护层和外保护层。内保护层由铝、铅或塑料制成，外保护层由内衬层和外被层组成。,第二节常用导体,3.电力电缆,3.2电力电缆的结构,图25电力电缆的结构1导体；2相绝缘；3纸绝缘；4铅包皮；5麻衬；6钢带铠甲；7麻被；8钢丝铠甲；9填充物,第三节电流流过导体时的热效应,1.概述,导体和电器在实际工作中将产生损耗，并转化为热能，使导体和电器的温度升高（热效应）。当温度过高，会导致材料的物理性能和化学性能变坏,损耗：（1）电阻损耗（2）介质损耗（3）涡流和磁滞损耗,危害：（1）机械强度下降（2）接触电阻增加（3）绝缘性能降低,1.概述,电气设备在实际运行中的两种典型工作状态,1）正常工作状态正常运行2）短路工作状态发生短路,两种工作状态对应的发热标准（最高允许温度）。,1）长期发热（正常），普通导体的正常最高工作温度不宜超过+70，在计及日照影响时，钢芯铝线及管形导体可按不超过+80考虑，普通导体接触面处有镀（搪）锡的可靠覆盖层时，可提高到+852）短时发热（短路），硬铝及铝锰合金可取200，硬铜可取300。,第三节电流流过导体时的热效应,2.长期发热和载流量,2.1发热量计算,发热包括导体电阻损耗热量的计算和太阳日照热量的计算。,在稳定状态下，依据能量守恒定律，导体发热过程中一般的热量平衡关系为：,发热量=导体升高温度所需热量+散热量,第三节电流流过导体时的热效应,2.1.1电阻损耗产生的热量,单位长度的导体，通过有效值为Iw的交流电流时，由电阻损耗产生的热量,2.长期发热和载流量,2.1发热量计算,第三节电流流过导体时的热效应,2.1.1电阻损耗产生的热量,导体的集肤系数Ks与电流的频率、导体的形状和尺寸有关。,矩形截面导体的集肤系数曲线,2.长期发热和载流量,2.1发热量计算,第三节电流流过导体时的热效应,2.1.1电阻损耗产生的热量,2.长期发热和载流量,2.1发热量计算,第三节电流流过导体时的热效应,圆管形截面导体的集肤系数曲线,图中f为电源频率，Rdc为1000m长导体的直流电阻,2.长期发热和载流量,2.1发热量计算,第三节电流流过导体时的热效应,2.1.2太阳日照（辐射）的热量,太阳照射（辐射）的热量也会造成导体温度升高，安装在屋外的导体，一般应考虑日照的影响，圆管形导体吸收的太阳日照热量为,太阳辐射功率密度，我国取；,太阳照射热量的吸收率，表面磨光的铝管取；,：单位导体长度受太阳的照射面积（）。,D：为导体的直径（m）。,2.长期发热和载流量,2.2散热量计算,2.2.1对流换热量的计算（自然对流和强迫对流）,对流指由气体各部分发生相对位移将热量带走的过程,对流换热量与导体对周围介质的温升及换热面积成正比:,：单位导体散热面积（）。,第三节电流流过导体时的热效应,：对流散热系数（W/(.),2.长期发热和载流量,2.2散热量计算,2.2.1对流换热量的计算（自然对流和强迫对流）,（1）自然对流换热量的计算屋内空气自然流动或屋外风速小于0.2m/s，属于自然对流换热。此种情况的对流换热系数取:,单位长度导体的对流换热面积Fc是指有效面积，它与导体形状、尺寸、布置方式和多条导体的间距等因素有关。,第三节电流流过导体时的热效应,2.长期发热和载流量,2.2散热量计算,2.2.1对流换热量的计算（自然对流和强迫对流）,单条矩形导体竖放时的对流换热面积（单位为m2/m）为,第三节电流流过导体时的热效应,2.2散热量计算,2.2.1对流换热量的计算（自然对流和强迫对流）,第三节电流流过导体时的热效应,两条矩形导体竖放时（如图所示）的对流换热面积,三条矩形导体竖放时（如图所示）的对流换热面积,2.长期发热和载流量,2.2散热量计算,2.2.1对流换热量的计算（自然对流和强迫对流）,第三节电流流过导体时的热效应,2.长期发热和载流量,槽型导体的对流换热面积,圆管形导体(直径为D)的对流换热面积为：,2.2.1对流换热量的计算（自然对流和强迫对流）,（2）强迫对流换热屋外配电装置中的管形导体，常受到风的吹拂，风速越大，空气分子与导体表面接触的数量增多，对流换热的条件就越好，因而形成强迫对流换热。,空气温度为20时，空气的导热系数为,空气温度为20时，空气的运动粘度系数为,Nu为努谢尔特准则数，是传热学中表示散热强度的一个数据。,2.2散热量计算,2.2.1对流换热量的计算（自然对流和强迫对流）,第三节电流流过导体时的热效应,2.长期发热和载流量,单位长度圆管形导体的对流换热面积：,V为风速（m/s）,为计算时根据风向与导体的夹角计入的修正系数,当0FAmax。,A相的最大电动力,(N),(N),第四节电流流过导体时的电动力,2.导体短路时的电动力,2.3两相短路的电动力最大值,两相短路时的冲击电流为,由两平行导体电动力计算公式可得,两相短路时次暂态电流,结论：最严重的电动力的时刻是发生三相短路后冲击电流出现的瞬间。,第四节电流流过导体时的电动力,2.导体短路时的电动力,2.4导体振动时的动态应力,（1）固有振动：硬导体、支持绝缘子及固定绝缘子的支架组成一个可以振动的弹性系统。当受到一次外力时，就按一定的频率在平衡位置上下移动，形成自由振动或固有振动。其频率称为自振频率或固有频率。该振动会由于摩擦和阻尼作用，逐渐减弱。,（3）机械共振：强迫振动的频率接近或等于导体系统的自振频率频率时，将发生机械共振，其振幅特别大，导致材料的应力增加，有可能使导体及支持绝缘子损坏。,（2）强迫振动：导体在周期性短路电动力的持续作用下而发生的振动。,第四节电流流过导体时的电动力,2.导体短路时的电动力,2.4导体振动时的动态应力,（5）对于重要回路，如发电机、主变压器回路及配电装置中的汇流母线等，设计时需要考虑共振的影响。,（4）三相短路电动力中含有工频和二倍工频分量。如果导体的固有频率接近这两个频率之一时，就会出现共振现象，振幅会不断增加(由于摩擦和阻尼作用，不会无限增加)，导致材料的应力增加，当应力超过材料的允许范围时，会使导体及支柱绝缘子损坏。,导体和绝缘子均参加的振动称为双频振动系统，当绝缘子的固有频率远大于导体的固有频率时，共振可按只有导体参加振动的单频振动系统计算。导体的一阶固有频率为（其固有频率是根据导线的结构和材料决定的）,计算硬导体系统的一阶固有频率,其中L为绝缘子跨距(m)；J为截面惯性矩；m为导体单位质量（kg/m），,材料的弹性模量（E），铝铜,Nf为频率系数，根据导体连续跨数和支撑方式而异，当单跨、两端简支时，取1.57；当单跨、一端固定，一端简支时，或两等跨、简支时，取2.45；当单跨、两端固定，或多等跨简支时，取3.56；当单跨、一端固定、一端活动时，取0.56。,第四节电流流过导体时的电动力,2.导体短路时的电动力,2.4导体振动时的动态应力,动态应力系数：导体的自振频率无法避开产生共振的频率范围时，最大电动力必须计入动态应力系数。,图动态应力系数曲线,固有频率在30160Hz以外时，不考虑共振的影响。,固有频率在30160Hz以内时，应考虑共振的影响。,第四节电流流过导体时的电动力,2.导体短路时的电动力,2.4导体振动时的动态应力,为避免导体产生共振，对于重要的导体，应使固有频率在下述范围以外：,单条导体及一组中的各条导体：35135Hz；多条导体及引下线的单条导体：35135Hz；槽形和管形导体为：35160Hz。,第四节电流流过导体时的电动力,2.导体短路时的电动力,2.4导体振动时的动态应力,【例】某变电站变压器10kV引出线，每相单条铝导体尺寸为100mm10mm，三相水平布置平放，支柱绝缘子距离为L=1.2m，相间距离a=0.7m,，三相短路冲击电流ish=39kA，试求导体的固有频率、动态应力系数和最大电动力。,解导体断面二次矩,对于多等跨简支，Nf=3.56，导体的固有频率为,第四节电流流过导体时的电动力,2.导体短路时的电动力,2.4导体振动时的动态应力,第五节电气设备选择原理,一般条件：多数电气设备共有的选择校验项目。,特殊条件：个别电气设备具有的选择校验项目。,选择条件,选择：按正常工作条件选择设备的型号。,校验：按短路条件校验其动稳定性及热稳定性。,选择原理,电气设备的选择是电气主系统设计的重要组成部分，正确地选择电气设备是电气主接线和配电装置安全、稳定运行的基础。,第五节电气设备选择原理,1.正常工作条件选择电气设备,1.1额定电压,1)正常电压要求是：电气设备的允许最高工作电压不得低于设备所在回路的最高运行电压。2)由于电气设备的允许最高工作电压为其额定电压的UN的1.11.15倍，而电网电压正常波动引起的最高运行电压不超过电网额定电压UNs的1.1倍。3)一般可以按电气设备的额定电压UN不得低于其所在电网的额定电压UNs的条件来选择电气设备，即,UNUNs,1.2额定电流,为了满足长期发热条件，应按额定电流IN（或载流量Ial）不得小于所在回路最大持续工作电流Imax的条件进行选择，即,IN（或Ial）Imax,第五节电气设备选择原理,1.正常工作条件选择电气设备,1.2额定电流,第五节电气设备选择原理,1.正常工作条件选择电气设备,1.3自然环境条件,选择电气设备时，应注意安装地点的环境条件，当气温、风速、湿度、污秽等级、海拔高度、地震烈度、覆冰厚度等环境条件超出一般电气设备的规定使用条件时，应采取相应的防措施。,1)海拔影响电气设备的绝缘性能，装设地点海拔越高，电气设备外部空气间隙和固体绝缘外表面的放电特性越低，电气设备允许的最高工作电压越小。海拔高度在1000m-3500m的地区，海拔高度比厂家规定值每升高100m，最高允许工作电压要下降1%，当最高工作电压不能满足时，应选用高原型产品或外绝缘提高一级的产品。对于现有110kV及以下大多数电器，其外绝缘有一定裕度，可在海拔2000m以下地区使用。,第五节电气设备选择原理,1.正常工作条件选择电气设备,1.3自然环境条件,2）对裸导体和电缆，当实际环境温度不同于导体的额定环境温度0时，其长期允许电流应该用下式进行修正。,Ial=KIalImax,综合修正系数K为,al导体的长期发热允许最高温度，裸导体一般为70；,0导体的额定环境温度，裸导体一般为25。,第五节电气设备选择原理,1.正常工作条件选择电气设备,1.3自然环境条件,3）我国生产的电器额定环境温度0=40。在4060范围内，当实际环境温度高于+40时，环境温度每增高1，按减少额定电流1.8%进行修正；当实际环境温度低于+40时，环境温度每降低1，按增加额定电流0.5%进行修正，但其最大过负荷不得超过额定电流的20%，实际选择时一般不修正。,2.短路条件校验,2.1短路热稳定校验,热稳定：指电气设备承受短路电流热效应而不损坏的能力。,热稳定校验的实质：使电气设备承受短路电流热效应时的短时发热最高温度不超过短时最高允许温度。,第五节电气设备选择原理,2.1热稳定校验,2.短路条件校验,导体通常按最小截面法校验热稳定。电器的热稳定是由热稳定电流及其通过时间来决定的，满足热稳定的条件为,Qk短路电流热效应；,It所选用电器t（单位为s）内允许通过的热稳定电流。,2.2动稳定校验,动稳定：电气设备承受短路电流引起的最大电动力的能力。,部分电气设备动稳定按应力和电动力校验。,第五节电气设备选择原理,2.短路条件校验,2.2动稳定校验,电器满足动稳定的条件为,ish，Ish短路冲击电流的幅值、有效值；,I/为次暂态电流；Kes为冲击系数，发电机机端取1.9，发电厂高压母线及发电机电压电抗器后取1.85，远离发电机时取1.8。,ies，Ies电器允许通过的动稳定电流幅值，生产厂家用此电流表示电器的动稳定特性，在此电流作用下电器能继续正常工作而不发生机械损坏。,或,第五节电气设备选择原理,3.短路电流计算条件,（1）短路计算容量和接线：应按本工程的设计规划容量并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后510年）计算；考虑可能发生最大短路电流的正常接线方式计算，不考虑在切换过程中的暂时并列。,（2）短路种类：电气设备的热稳定和动稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统、自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况验算。,（3）短路计算点：在正常接线方式时，通过电气设备的短路电流为最大的短路点，称为短路计算点。,第五节电气设备选择原理,3.短路电流计算条件,图短路计算点的选择,1）对两侧均有电源的电气设备，比较电气设备前、后短路时的短路电流，选通过电气设备短路电流较大的地点作为短路计算点,2）母联断路器考虑向备用母线充电备用母线故障时，流过该断路器的全部工作电流。,3）带电抗器回路选电抗器后为短路点，可选择轻型断路器。,第五节电气设备选择原理,4短路计算时间,（1）热稳定计算时间计算短路电流热效应时所用的短路切除时间tk等于继电保护动作时间tpr与相应断路器的全开断时间tbr之和，即,断路器的全开断时间tbr等于断路器的固有分闸时间tin与燃弧时间ta之和，即,验算裸导体的短路热稳定时，tpr宜采用主保护动作时间，如主保护有死区时，则采用能对该死区起保护作用的后备保护动作时间；验算电器时，采用后备保护的动作时间。少油断路器的燃弧时间ta为0.040.06s，SF6断路器的燃弧时间ta为0.020.04s。,第五节电气设备选择原理,4短路计算时间,（2）短路开断时间计算,无延时保护，tpr1为启动和执行时间之和，传统的电磁式保护装置一般为0.05-0.06s，微机保护为0.016-0.03秒。固有分闸时间tin。,断路器在校验开断电流时，短路开断时间,第六节常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择,1.敞露(裸)导体的选择,1.1材料、类型和布置方式,可采用铝、铜、钢作为导体材料。常用的软导线有钢芯铝绞线、组合导线、分裂导线和扩径导线，后者多用于330kV及以上的配电装置。导体的布置方式应根据载流量的大小、短路电流水平和配电装置的具体情况而定。,1.2导体截面的选择,（1）按导体的长期发热允许电流选择（汇流母线）,汇流母线及长度在20m以下的导体等，一般应按长期发热允许电流选择其截面，即,导体截面可按导体的长期发热允许电流或经济电流密度选择,ImaxKIal；,Imax导体的最大持续工作电流，计算时一般需考虑过负荷和事故时转移过来的负荷电流。,（2）按经济电流密度选择,按经济电流密度选择导体截面可以使年计算费用最小。除汇流母线、厂用电动机的电缆等外，年最大负荷利用时数（5000小时），长度在20m以上的导体，如发电机和变压器引出线，其截面一般按经济电流密度选择。,经济截面：,Imax正常运行方式下导体的最大持续工作电流，计算时不考虑过负荷和事故时转移过来的负荷；,J经济电流密度，常用导体的J值，可根据最大负荷利用时数Tmax查得。,第六节常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择,1.敞露(裸)导体的选择,1.2导体截面的选择,第六节常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择,1.敞露(裸)导体的选择,1.2导体截面的选择,1变电所所用、工矿和电缆线路的铝纸绝缘铅包、铝包、塑料护套及各种铠装电缆2铝矩形、槽形及组合导线3火电厂厂用的铝纸绝缘铅包、铝包、塑料护套及各种铠装电缆435220kV线路的LGJ、LGJQ型钢心铝绞线,（2）按经济电流密度选择,注意：1）按经济电流密度选择的导体截面应尽量接近计算的经济截面，当无合适规格的导体时，允许选用小于但接近经济截面的导体。2）按经济电流密度选择的导体截面还需要进行长期发热条件校验，此时计算Imax需考虑过负荷和事故时转移过来的负荷。3）由于汇流母线各段的工作电流大小不相同，且差别较大，故汇流母线不按经济电流密度选择截面。,第六节常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择,1.敞露(裸)导体的选择,1.2导体截面的选择,（2）按经济电流密度选择,第六节常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择,1.敞露(裸)导体的选择,1.3电晕电压校验,导体的电晕放电会产生电能损耗、噪声、无线电干扰和金属腐蚀等不良影响。为了防止发生全面电晕，要求110kV及以上裸导体的电晕临界电压Ucr应大于其最高工作电压Umax，即,在海拔不超过1000m的地区，下列情况可不进行电晕电压校验：1)110kV采用了不小于LGJ-70型钢心铝绞线和外径不小于20型管形导体时；2)220kV采用了不小于LGJ-300型钢心铝绞线和外径不小于30型的管形导体时。,第六节常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择,1.敞露(裸)导体的选择,1.4热稳定校验（计算最小截面）,短时最高允许温度al对应Ah，取短路前导体的工作温度w对应Aw，定义热稳定系数C,计及集肤效应系数KS影响，可得到满足热稳定的导体最小截面,对于特定网络和短路切除时间，短路电流热效应Qk保持不变。当所选导体截面SSmin时，短路终了时A减少，故导体短路时的温升不会超过短时最高允许温度。,由,热稳定系数C可在表2-7查出。,实际环境温度下，短路前导体的工作温度w的计算方法，导体工作在最大持续工作电流，由长期发热得到,两式两边相除再平方得：,实际环境温度和对应的允许电流Ial,第六节常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择,1.敞露(裸)导体的选择,1.4热稳定校验（计算最小截面）,第六节常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择,1.敞露(裸)导体的选择,1.5动稳定校验（应力校验）,硬导体的动稳定校验条件为最大计算应力max不大于导体的最大允许应力al，即,maxal,硬导体的最大允许应力：硬铝为70106Pa，硬铜为140106Pa，1Pa=1N/m2。,由于相间距离较大，无论什么形状的导体和组合，计算相间电动力fph（单位为N/m）时，可不考虑形状的影响，均按下式计算,ish为三相短路冲击电流（A）；a为相间距离（m）；为动态应力系数。,第六节常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择,1.敞露(裸)导体的选择,1.5动稳定校验（应力校验）,（1）每相为单条矩形导体母线的应力计算与校验,矩形导体母线系统可以视为均匀荷载作用的多跨连续粱，导体所受到的最大弯矩M（Nm）为,导体最大相间计算应力ph（单位为Pa）为,W导体的截面系数（m3），即导体对垂直于电动力作用方向轴的抗弯矩，与导体尺寸和布置方式有关：,满足动稳定的条件为：max=phal,（1）每相为单条矩形导体母线的应力计算与校验,不满足动稳定时，可适当减小支柱绝缘子跨距L，重新计算。,也可以用绝缘子间最大允许跨距Lmax校验动稳定：,令ph=al，可得到：,只要支柱绝缘子跨距LLmax，即可满足动稳定要求。,第六节常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择,1.敞露(裸)导体的选择,1.5动稳定校验（应力校验）,满足动稳定的条件为：max=phal,第六节常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择,1.敞露(裸)导体的选择,1.5动稳定校验（应力校验）,（2）每相为多条矩形导体母线的应力计算与校验,每相为多条导体时，除受相间电动力的作用外，还受到同相中条与条之间的电动力作用，满足动稳定的条件为,max=ph+bal,1)多条矩形导体的相间计算应力ph与单条矩形导体时的相同：,截面系数为多条矩形导体的截面系数，根据每相导体的条数和布置方式,2）单位长度条间最大电动力fb(单位为N/m)的计算,多条导体的结构：相邻导体条间距离，一般为矩形导体短边b的2倍。由于条间距离很小，故条间应力b比相间应力大的多，为了减小条间计算应力，一般在同相导体的条间每隔3050cm左右装设一金属衬垫。衬垫跨距Lb可通过动稳定校验条件来确定。,第六节常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择,1.敞露(裸)导体的选择,1.5动稳定校验（应力校验）,（2）每相为多条矩形导体母线的应力计算与校验,每相多条矩形导体中，电流的方向相同，边条受的电动力最大且考虑导体形状对电动力的影响。每相为两条且各通过50%的电流时，单位长度条间最大电动力fb(单位为N/m)为,每相为三条时，可以认为中间条通过20%电流，两边条各通过40%电流，则单位长度条间最大电动力fb(单位为N/m)为,上两式中，K12和K13分别是第1、2条导体和第1、3条导体间的形状系数。,第六节常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择,1.敞露(裸)导体的选择,1.5动稳定校验（应力校验）,（2）每相为多条矩形导体母线的应力计算与校验,边条导体所受的最大弯矩Mb（单位为Nm）为,不论导体是平放还是竖放，每相多条导体所受条间电动力的方向与每相单条竖放时所受相间电动力方向相同。边条导体的截面系数为W=b2h/6,可按max=ph+bal校验动稳定，如果不满足动稳定要求时，可以适当减小衬垫跨距Lb，重新计算应力b。,第六节常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择,1.敞露(裸)导体的选择,1.5动稳定校验（应力校验）,（2）每相为多条矩形导体母线的应力计算与校验,3）用最大允许衬垫跨距Lbmax校验动稳定,令max=ph+b，max=al，条间允许应力bal=al-ph，最大允许衬垫跨距Lbmax（单位为m）为,为防止因Lb太大，同相各条导体在条间电动力作用下弯曲接触，计算衬垫临界跨距Lcr（单位为m），即,的取值，铝：双条为1003，三条为1197。,只要Lb=L/(n+1)minLbmax，Lcr，就能满足动稳定又避免同相各条导体在条间电动力作用下弯曲接触，其中n即为满足动稳定的衬垫个数。,第六节常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择,1.敞露(裸)导体的选择,1.5动稳定校验（应力校验）,（3）槽型导体计算,槽形导体应力的计算方法与矩形导体相同,第六节常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择,1.敞露(裸)导体的选择,1.5动稳定校验（应力校验）,图槽形导体的布置方式,（3）槽型导体计算,槽形导体应力的计算方法与矩形导体相同,槽形导体竖直布置时，导体的截面系数W=2Wx；水平布置时，W=2Wy；Wx、Wy分别为单槽导体对X和Y轴的截面系数。当采用焊片将双槽导体焊成整体时W=2Wy0。,双槽导体条间距离为2b=h时，K121，,双槽导体间作用力,双槽导体应力,双槽导体焊成整体时，可将上式的Lb改成Lb1，Lb1=Lb-Lb0。,第六节常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择,1.敞露(裸)导体的选择,1.5动稳定校验（应力校验）,第六节常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择,1.敞露(裸)导体的选择,1.6硬导体共振校验,对于重要回路(如发电机、变压器及汇流母线等)的导体应进行共振校验。当已知导体材料、形状、布置方式和应避开的自振频率(一般为30160Hz)时，导体不发生共振的最大绝缘子跨距Lmax为,其中Lmax为绝缘子跨距(m)；J为截面惯性矩；m为导体单位质量（kg/m）；E材料的弹性模量；Nf为频率系数；f1为导体的一阶固有频率。,第六节常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择,1.敞露(裸)导体的选择,【例】某降压变电所，两台31500kVA自然油循环冷却主变压器并列运行，电压为110/10.5kV。已知：最大负荷利用小时为4100h，环境温度为32，主保护动作时间为0.1s，后备保护动作时间为2.5s，断路器全开断时间为0.1s，引出线导体三相水平布置，导体平放，相间距离a=0.7m，支持绝缘子跨距L=1.2m，短路电流I”=25.3kA，I0.1=23.8kA，I0.2=21.6kA。试选择变压器低压侧引出线导体。,解（1）按经济电流密度选择导体截面,采用矩形铝导体，根据最大负荷利用小时4100h，由图6-3可以查得J=0.9，经济截面为,第六节常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择,1.敞露(裸)导体的选择,查矩形铝导体长期允许载流量表，每相选用2条100mm10mm双条矩形铝导体，平放时允许电流Ial=2613A，集肤系数Ks=1.42。环境温度为32时的允许电流为,满足长期发热条件要求。,按满足长期发热条件进行校核。,第六节常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择,1.敞露(裸)导体的选择,短路电流热效应：,（2）短路电流热稳定校验,短路前导体的工作温度为,所选截面S=2000mm2Smin=153.388mm2，能满足热稳定要求。,第六节常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择,1.敞露(裸)导体的选择,（3）共振校验,取=1，即不考虑共振影响。,其中L为绝缘子跨距(m)；J为截面惯性矩；m为导体单位质量（kg/m）；E材料的弹性模量；Nf为频率系数；f1为导体的一阶固有频率。,第六节常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择,1.敞露(裸)导体的选择,（4）动稳定校验,相间电动力,相间应力,第六节常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择,1.敞露(裸)导体的选择,最大允许衬垫跨距,衬垫临界跨距,每跨选取2个衬垫时,可以满足动稳定要求。,条间电动力为,第六节常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择,2.电缆,2.2电缆截面的选择计算及校验,(1)额定电压选择：相间电压UN电网电压UNs,2.1电缆选择的一般原则,按电压选择：电缆的额定电压要等于或大于所在网络的额定电压，电缆的最高工作电压不得超过其额定电压的15%。,根据电缆用途、敷设方式和场所、工作条件及负荷大小，选择线芯材料、线芯数目、线芯绝缘材料和保护层等。,对于相对地电压：1）中性点直接接地(或经低阻抗接地)的系统