发电厂电气部分六PPT课件.ppt

6 1电气设备选择的一般条件6 2高压断路器和隔离开关的原理与选择6 3互感器的原理与选择6 4限流电抗器的选择6 5高压熔断器的选择6 6裸导体的选择6 7电缆 绝缘子和套管的选择 第六章导体和电气设备的原理与选择 3 1 6 3互感器的原理与选择 基本要求掌握高压熔断器的选择掌握裸导体 电缆的选择掌握绝缘子和套管的选择方法 2 6 5高压熔断器的选择 3 作者 李长松版权所有 一 高压熔断器的用途和工作原理 1 高压熔断器的用途 用途 保护电气设备免受过载和短路电流的损害 35kV及以下 保护小容量配电回路保护电压互感器与负荷开关配合 可代替高压断路器 4 作者 李长松版权所有 高压熔断器 RW3 10 户外高压跌落式熔断器 RW5 35 RW11 10RW11 35 5 管体 纤维或瓷质绝缘管熔体 500V及以下 铅 锌熔点低 电阻率大 截面大高压熔断器 铜 银熔点较高 电阻率小 截面小限流熔断器 熔断器的熔断时间 包括熄弧时间 小于短路电流达到最大值的时间 即熔断器限制了短路电流的发展 用限流熔断器保护的设备不用校验热稳定和动稳定同一熔断器内 通常可分别接入额定电流大于熔断器额定电流的任何熔体 2 高压熔断器的工作原理 6 7 用来保护电路中的电气设备免受过载和电路电流的危害 不能用来正常地切断和接通电路 必须与其它电器 隔离开关 接触器 负荷开关等 配合广泛用在1000V及以下的装置中 在3 110kV高压配电装置作为小功率电力线路 配电变压器 电力电容器 电压互感器等设备的保护 8 作者 李长松版权所有 3 高压熔断器的技术参数 熔断器的额定电流 熔管额定电流 INft 熔断器壳体的载流部分和接触部分设计时的电流 熔体的额定电流INfs 熔体本身设计时的电流 即长期通过熔体而不熔断的最大电流 最大开断电流INbr 熔断器所能切断的最大电流安秒特性 熔体熔断时间t与通过电流I的关系曲线 9 作者 李长松版权所有 4 高压熔断器的技术特性 熔体上通过电流越大 熔断越快 熔体熔断时间与通过电流的关系称为 熔断器的保护特性 也叫 安秒特性 当I IN时 熔断时间为 当同一短路电流Id流过不同额定电流的熔体时 额定电流小的熔体先熔断 t2 t1 2 截面较大1 截面较小 10 三 高压熔断器的分类 11 作者 李长松版权所有 三 高压熔断器的分类 1 限流型高压熔断器 在熔体熔化后 短路电流未达到最大值之前 就立即减小到0的熔断器 比如 RN2 10型熔断器 熔管内充填有石英砂 利用石英砂的冷却作用 增强去游离 使电弧在短路电流未达到最大值 冲击值 时就熄灭 起到限流作用 因为灭弧时间很短 电流变化很大 会产生过电压 可能会超过正常电源电压的几倍 用限流型熔断器保护的设备 可以不校验短路时的动稳定和热稳定 12 作者 李长松版权所有 三 高压熔断器的分类 2 非限流型高压熔断器 自然灭弧 在熔体熔化后 短路电流不减小 一直达到最大值 在第一次过零或经过几个半周期之后电弧才熄灭 13 作者 李长松版权所有 四 高压熔断器的选择和校验 1 选择额定电压 非限流型 UN UNS 限流型 UN UNS 原因 用在UN UNS的系统中 过电压倍数约2 2 5倍 不会超过这个电压等级电网中电气设备的绝缘水平 但如果把限流型熔断器用在UN UNS的系统中 过电压倍数可达3 5 4倍 会损坏电气设备的绝缘 若把把限流型熔断器用在UN UNS的系统中 则过电压会使电弧重燃 并且难以熄灭 14 作者 李长松版权所有 四 高压熔断器的选择和校验 2 选择额定电流 A 保护35kV及以下电力变压器 计及励磁涌流 电动机启动等因素 则 IFSN K Imax B 用于保护电力电容器 计及涌流和波形畸变 则 IFSN K ICN 注意 对于保护电压互感器高压侧的RN2型熔断器 其熔体按机械强度选择 因为负荷电流很小 若按其选择 则截面太细易断 IFTN IFSNIFTN 熔管的额定电流IFSN 熔体的额定电流 K 可靠系数INc 电力电容器回路的额定电流 15 K 可靠系数保护35KV及以下电力变压器时K 1 1 1 3 不计电动机自启动 K 1 5 2 0 考虑电动机自启动 目的 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动机自启动等冲击电流时误动作 保护电力电容器时 对限流式高压熔断器 K 1 5 2 0 当一台电力电容器 K 1 3 1 8 当一组电力电容器 目的 当系统电压升高或波形畸变引起回路电流增大或运行中产生涌流时不应误熔断 16 非限流型 INbr Ish 作者 李长松版权所有 四 高压熔断器的选择和校验 3 校验开断容量 限流型 INbr I 17 如果电网电路中有几个熔断器串联 则应考虑各级熔断器特性的配合问题 作者 李长松版权所有 四 高压熔断器的选择和校验 4 校验选择性 即任一支路发生过负荷或短路 熔断器必须有选择性的熔断 应只有该支路中的熔断器熔断 INfs2 INfs1 18 作者 李长松版权所有 四 高压熔断器的选择和校验 4 校验选择性 INfs2 INfs1 因此 在d点短路 熔断器1的熔断是有选择性的 而熔断器2的熔断是非选择性的 所以 电路中串联接入几个熔断器时 必须根据它们的保护特性曲线 检查在装置中出现最大短路电流情况下 熔断器的选择性是否有保证 19 注意 限流式熔断器不宜使用在低于熔断器额定电压的电网中 保护电压互感器用的熔断器 只需按额定电压和断流容量来选择 当短路容量较大时可在熔断器前串联限流电阻 20 6 6裸导体的选择 21 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 裸导体一般按下列各项选择和校验 选择导体的材料 类型和敷设方式选择导体截面的大小 选择项目 电晕校验母线短路时的热稳定校验母线短路时的电动力稳定校验 只对硬导体进行 母线共振校验 校验项目 22 作者 李长松版权所有 1 选择导体的材料 类型和敷设方式 常用的导体材料有铜 铝 铝合金 和钢 1 导体的材料 铜 电阻率低 机械强度大 抗腐蚀性强 工业上有很多重要用途 储量不多 价值较贵 只用在持续工作电流大 且出线位置特别狭窄或对铝有严重腐蚀而对铜腐蚀较轻的户外配电装置中 23 铝 铝合金 电阻率为铜的1 7 2倍 密度只有铜的30 储量丰富 价值低 铝或铝合金材料的导体广泛应用在户外和户内配电装置中 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 1 选择导体的材料 类型和敷设方式 常用的导体材料有铜 铝 铝合金 和钢 1 导体的材料 24 钢 电阻率为铜的6 8倍 机械强度大 价值低廉 用于交流时 有很大的磁滞损耗和涡流损耗 只适用于高压 小热量 工作电流不大于300 400安的低压电路和直流电路中 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 1 选择导体的材料 类型和敷设方式 常用的导体材料有铜 铝 铝合金 和钢 1 导体的材料 25 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 1 选择导体的材料 类型和敷设方式 工程上常用的硬导体截面有矩形 槽形和管形 2 导体的截面形状 矩形 散热条件好 便于固定和连接 但集肤效应严重 单条矩形截面最大不超过1250mm2 当工作电流超过最大截面单条导体允许载流量时 每相可将2 4条矩形导体并列使用 适用于35kV及以下 工作电流在4000A及以下 50MW及以下机组 的配电装置中 26 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 1 选择导体的材料 类型和敷设方式 工程上常用的硬导体截面有矩形 槽形和管形 2 导体的截面形状 槽形 机械强度大 载流量大 集肤效应系数小 适用于工作电流4000A 8000A 50MW 100MW机组 的配电装置中 27 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 1 选择导体的材料 类型和敷设方式 工程上常用的硬导体截面有矩形 槽形和管形 2 导体的截面形状 管形 机械强度大 集肤效应系数小 管内可以通水或通风来冷却 载流量大 表面光滑 电晕放电电压高 可用作工作电流8000A及以上的大电流母线 可用作110kV及以上的高压母线 28 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 1 选择导体的材料 类型和敷设方式 导体的布置方式影响到导体的散热和机械强度 应根据工作电流大小 短路电流水平和配电装置具体情况而定 3 导体的布置方式 例如矩形导体 有以下三种布置方式 三相水平布置导体竖放 三相水平布置导体横放 三相垂直布置导体竖放 29 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 1 选择导体的材料 类型和敷设方式 3 导体的布置方式 散热较好 载流量大 机械强度低 散热较差 载流量小 机械强度高 兼顾前两者优点 但配电装置高度有所增加 三相水平布置导体竖放 三相水平布置导体横放 三相垂直布置导体竖放 30 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 1 选择导体的材料 类型和敷设方式 4 软导体 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等 31 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 2 选择导体的截面大小 对于各等级电压配电装置中的主母线和引下线以及临时装设的母线 按长期发热允许电流 该回路最大持续工作电流 来选择截面 导体的截面大小可按长期发热允许电流或经济电流密度来选择 对于年负荷利用小时数大 Tmax 5000小时 传输容量大 较长 L 20m 的导体 应按经济电流密度来选择截面 比如发电机 主变压器回路的母线 32 式中 Imax 导体所在回路的最大持续工作电流Ial 对应于导体的布置方式和环境温度为25 时 导体的允许电流 载流量 K 温度修正系数 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 2 选择导体的截面大小 母线截面应满足在正常运行中 通过母线的最大持续工作电流不应超过该截面下长期发热允许电流 1 按长期发热允许电流选择截面 即应满足 Imax K Ial 33 当负荷电流通过载流导体时 将产生电能损耗 电能损耗的大小与负荷电流的大小 母线截面 或母线电阻 有关 载流导体的运行费主要由电能损耗费和设备修理及折旧费组成 导体截面越大 电能损耗费越小 而相应的修理费 折旧费则要增加 当导体具有某一大小的截面时 年计算运行费用最低 与此对应的截面称之为经济截面 所对应的电流密度 称为经济电流密度 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 2 选择导体的截面大小 2 按经济电流密度选择截面 34 各种铝导体的经济电流密度可查课本P201图6 17 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 2 选择导体的截面大小 2 按经济电流密度选择截面 35 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 2 选择导体的截面大小 2 按经济电流密度选择截面 首先 根据导体类型和Tmax查到经济电流密度J然后用下式决定导体的经济截面 式中 Imax 导体所在回路的最大持续工作电流J 经济电流密度 注意 按经济电流密度选择的母线截面 仍须满足该回路最大持续工作电流的要求 36 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 3 校验电晕电压 对于110kV及以上裸导体 可按晴天不发生全面电晕条件校验 即裸导体产生电晕的临界电压Ucr应大于最高工作电压Umax 即 Ucr Umax 电晕放电将引起电晕损耗 无线电干扰 噪声和金属腐蚀等许多不利影响 当所选软导线和管形导体外径大于 等于下列数值时 可不进行电晕校验 110kV LGJ 70 20220kV LGJ 300 30 37 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 4 校验热稳定 按正常情况所选择的母线截面 必须校验它们在短路时的热稳定 当导体在短路时所达到的最高温度 f没有超过所规定的导体短时发热允许温度 则称该导体在短路时是热稳定的 计算导体在短路时所达到的最高温度 f的公式是 所以有 考虑了集肤效应系数Ks 38 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 4 校验热稳定 可见 导体短时最高温度 f Af 与导体截面积S 短路电流热效应 Qk 和导体正常工作时的温度 i Ai 有关 即 导体截面积S越大 导体短时最高温度 f越小 导体截面积S越小 导体短时最高温度 f越大 所以 导体热稳定的校验就转换为确定导体最小允许的截面积 在这个截面积下 f刚好等于该材料导体短时最高允许温度 39 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 4 校验热稳定 导体最小允许的截面积Smin为 式中 Ks 集肤效应系数 查产品参数 Qk 短路电流热效应 计算 Ai 对应导体正常工作时温度 i的A值 查曲线 Af 对应导体短时最高允许温度 f al的A值 查曲线 只要实际选择的截面积大于这个最小允许截面积 就可以说导体是热稳定的 40 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 4 校验热稳定 导体最小允许的截面积Smin为 定义C为热稳定系数 则 热稳定系数C与导体材料 导体工作温度 i Ai 和导体短时最高允许温度 f al Af 有关 C值可以自己计算 或查课本p202表6 9 41 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 4 校验热稳定 自己计算热稳定系数C 例如 对铜导体已知 f al 300 Af 4 15 1016 J m4 假设 i 70 Ai 1 2 1016 J m4 热稳定系数C 42 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 4 校验热稳定 查课本p202表6 9 则 对铜导体 i 70 C 171 热稳定系数C 43 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 5 校验动稳定 各种形状的硬导体通常都安装在支柱绝缘子上 短路冲击电流通过母线时 将产生电动力使母线弯曲 所以 校验固定在绝缘子上的母线 应以母线受电动力而弯曲的情况进行应力计算 如果 计算应力未超过该材料导体允许应力 则是动稳定的 否则 就应该调整绝缘子的跨距或同相多条导体间衬垫的距离 使之满足动稳定 44 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 5 校验动稳定 1 单条矩形导体的应力计算 一般假定母线为一多跨距的梁 自由放置在绝缘子上 承受均匀分布负荷的作用 在母线相间电动力作用下 母线所受的最大弯矩Mph为 式中 fph 单位长度导体上所受相间电动力 L 绝缘子跨距 45 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 5 校验动稳定 1 单条矩形导体的应力计算 一般假定母线为一多跨距的梁 自由放置在绝缘子上 承受均匀分布负荷的作用 在母线相间电动力作用下 母线所受的最大弯矩Mph为 则导体最大相间计算应力 ph为 Wph 单条矩形导体对垂直于相间作用力方向轴的截面系数 也叫相间抗弯矩 46 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 5 校验动稳定 1 单条矩形导体的应力计算 要想导体是动稳定的 则导体最大计算相间应力 ph不应超过导体材料允许应力 al 即 工程设计时 常根据材料最大允许应力 al来确定一个绝缘子最大允许跨距Lmax 由上式得 只要实际选定的绝缘子跨距小于或等于Lmax 即 L Lmax 理论上即可满足导体的动稳定 47 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 5 校验动稳定 2 多条矩形导体的应力计算 当同相导体由多条矩形导体组成时 母线中最大机械应力应由相间应力 ph和同相条间应力 b叠加而成 A 计算相间应力 ph Wph 多条组合矩形导体对垂直于相间作用力方向轴的截面系数 也叫相间抗弯矩 即 48 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 5 校验动稳定 2 多条矩形导体的应力计算 B 计算条间应力 b 由于母线条间的距离很近 b通常很大 为了减小 b 在同相各条母线间每隔30 50cm敷设一个衬垫 如图 衬垫的数量决定于母线机械应力的计算 衬垫数量不宜过多 因为多设将使母线散热不良 多消耗金属材料和使安装复杂 49 50 51 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 5 校验动稳定 2 多条矩形导体的应力计算 B 计算条间应力 b 由于在同相各条母线中 边条所受电动力最大 故应对它进行应力计算 在母线条间电动力作用下 边条所受的最大弯矩Mb为 则边条导体最大条间计算应力 b为 Wb 多条组合矩形导体对垂直于条间作用力方向轴的截面系数 也叫条间抗弯矩 52 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 5 校验动稳定 2 多条矩形导体的应力计算 B 计算条间应力 b 计算条间电动力fb时 由于条间距离很近 所以应注意同相各条导体的形状系数和电流分配比例 当同相由两条导体组成时 可认为相电流在两条中平均分配 两条条间中心距离为2b 因此 K12 条1 2间的形状系数 查课本p75图3 18 b 单条矩形导体的厚度 53 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 5 校验动稳定 2 多条矩形导体的应力计算 B 计算条间应力 b 计算条间电动力fb时 由于条间距离很近 所以应注意同相各条导体的形状系数和电流分配比例 当同相由三条导体组成时 可认为中间条通过20 相电流 两个边条各通过40 相电流 每两条条间中心距离为2b 则 K12 K13 条1 2间 条1 3间的形状系数 54 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 5 校验动稳定 2 多条矩形导体的应力计算 只要最大计算应力满足 工程上为了简化计算 通常根据条间允许应力 bal来决定最大允许衬垫跨距Lbmax 则多条组合矩形导体动稳定校验通过 由 得 55 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 5 校验动稳定 2 多条矩形导体的应力计算 只要实际所取的Lb Lbmax 则母线满足动稳定要求 同时 实际所取的母线衬垫间距离Lb 还必须小于衬垫间临界跨距Lbcr 即当均匀荷载作用于其上时 母线条开始相碰时的跨距 系数 见课本p203 56 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 5 校验动稳定 3 矩形导体的截面系数 抗弯矩 相间Wph见该表 条间Wb由于条间电动力总是垂直与导体的长边 所以Wb b2h 6 57 3 槽形导体应力计算 当双槽导体条间距离为2b h时 K12 1 根据多条矩形条间作用力公式可得双槽导体间作用力 由于双槽导体间抗弯曲的截面系数W WY 故条间应力可得 58 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 6 校验共振 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 将导体看成多跨的连续梁 其一阶固有振动频率为 式中 Nf 频率系数 查课本p107表4 5 L 绝缘子跨距E 导体材料的弹性模量 铝7 1010Pa I 导体断面二次矩 矩形bh3 12 槽形查表 m 导体单位长度的质量 59 作者 李长松版权所有 裸导体的选择 6 校验共振 当计算出的f1无法限制在共振频率之外时 导体所受作用力必须乘以动应力系数 若已知导体材料 形状 布置方式和应避开的固有频率 通常取f1 160Hz 则可以计算出导体不发生共振的最大绝缘子跨距Lfmax 由 得 当绝缘子所取跨距L Lfmax 则母线满足不共振要求 60 6 7电缆 绝缘子和套管的选择 61 作者 李长松版权所有 一 电力电缆选择 1 芯线材料及型号选择 2 电压选择 3 截面选择 或 4 电压降校验 5 热稳定校验 U 线路工作电压 L 线路长度 cos 功率因数 r x 电缆单位长度的电阻和电抗 62 绝缘子 绝缘件 金属附件 高压 500V以上 低压 500V以下 支柱式套管式盘形悬式 户内户外 作用 在发电厂 变电所的配电装置 开关电器及输电线路上 用来支持和固定裸载流导体 并使裸导体与第绝缘 或使装置中处于不同电位的载流导体之间绝缘 种类 按安装地点 按额定电压 按结构形式 63 支柱绝缘子的型号 机械破坏负荷 抗弯破坏负荷 表示绝缘子的机械强度 指在绝缘子固定的情况下 在绝缘子顶帽的平面上施加与其轴线垂直 使绝缘子受到弯矩作用而被破坏的机械负荷值 单位 kN 64 盘形悬式绝缘子 机电破坏负荷 当电压和机械负荷同时加于绝缘子上 在电压一定 机械负荷升高时 绝缘子的任一部分丧失其机械或电气性能的机械负荷值 单位 t或kN 65 套管绝缘子 用于母线在屋内穿过墙壁或天花板 以及从屋内向屋外引出 或用于使有封闭外壳的电器的载流部分引出壳外 按结构形式分 带导体型 母线型 66 作者 李长松版权所有 二 支柱绝缘子和穿墙套管的选择 这里只介绍用于支撑硬母线的支柱绝缘子和穿墙套管的选择方法 支柱绝缘子应按安装地点和额定电压选择 并进行短路动稳定校验 穿墙套管应按安装地点 额定电压和额定电流选择 并按短路条件进行短路动 热稳定校验 67 作者 李长松版权所有 二 支柱绝缘子和穿墙套管的选择 1 按安装地点选择支柱绝缘子和穿墙套管 一般用于屋内配电装置的选用户内式的 用于屋外配电装置的选用户外式的 当户外污秽较严重时 应选用防污式的 2 按电压条件选择支柱绝缘子和穿墙套管 应满足 UN UNS 其中 UN 支柱绝缘子和穿墙套管的额定电压 kV UNS 所在电网的额定电压 kV 对于发电厂和变电所的3 20kV屋外支柱绝缘子和套管 当有冰雪和污秽时 应选用高一级的产品 68 作者 李长松版权所有 二 支柱绝缘子和穿墙套管的选择 3 按电流条件选择穿墙套管 应满足 IN Imax 其中 Imax 实际通过套管的最大长期工作电流 A IN 穿墙套管的额定电流 A 应当注意 穿墙套管的额定电流IN是按套管的最高允许温度为85 周围环境的计算温度为40 给定的 当实际安装地点的周围环境温度在40 60 时 应将套管的额定电流乘以温度修正系数K 其中 0 套管安装地点的实际环境温度 69 作者 李长松版权所有 二 支柱绝缘子和穿墙套管的选择 4 按短路条件校验支柱绝缘子和穿墙套管的动稳定 F 0 6FP 其中 由于三相母线是通过支