发电厂电气部分第六章ppt课件.ppt

发电厂电气部分 第四版 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 6 1电气设备选择的一般条件 作者 版权所有 电气设备选择的一般条件 电力系统中的各种电气设备 它们的工作条件并不完全一致 它们的具体选择方法也不完全相同 但对它们的基本要求却是相同的 即 电气设备要能可靠地工作 必须按正常工作条件进行选择 并且按短路情况进行各种校验 如热稳定校验和动稳定校验 作者 版权所有 一 按正常工作条件选择电气设备 电气设备的额定电压UN就是铭牌上标出的线电压 另外 电气设备还有一个最高工作电压Ualm 即电气设备长期运行所允许的最大电压 1 额定电压 选择电气设备时 应使所选电气设备最高工作电压Ualm不低于电气设备装置点的电网最高运行电压Usm 即Ualm Usm 作者 版权所有 一 按正常工作条件选择电气设备 1 额定电压 通常 电气设备最高工作电压Ualm 110 115 UN而电网最高运行电压Usm 110 UNS 所以 一般按照电气设备的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNS的条件选择即可 作者 版权所有 一 按正常工作条件选择电气设备 电气设备的额定电流IN是指在一定周围环境温度下 长时间内电气设备所能允许通过的电流 2 额定电流 选择电气设备时 应使所选电气设备额定电流IN不低于所工作回路在各种可能运行方式下的最大持续工作电流Imax 即 电气设备工作的回路不同 其最大持续工作电流Imax不同 作者 版权所有 一 按正常工作条件选择电气设备 2 额定电流 一般可取为等于该段母线上最大一台发电机或变压器的Imax 一般可取为等于该段母线上最大一台发电机额定电流的50 80 A 海拔修正电气设备的最高工作电压是按一定的海拔高度设计的 如果电气设备布置在规定的海拔高度以上 电气设备的最大工作电压就要降低 作者 版权所有 一 按正常工作条件选择电气设备 在选择电气设备时 还应考虑电气设备安装地点的环境条件 如温度 海拔高度等 当环境条件超过电气设备的正常使用条件时 应采取相应措施 3 按当地环境进行修正 海拔高度每增加100m 最大工作电压应降低1 高于1000米可选高原型产品或外绝缘高一级的产品 B 温度修正电器设备的额定环境温度为 0 40 如果周围环境温度高于 40 则设备额定电流要减小 如果周围环境温度低于 40 则设备额定电流可增大 实际选择时一般不修正 作者 版权所有 一 按正常工作条件选择电器 3 按当地环境进行修正 K 温度修正系数 即 作者 版权所有 二 按短路条件校验电气设备 短路电流通过电气设备时 电气设备各部分温度 或发热效应 应不超过允许值 1 短路热稳定校验 电气设备满足短路热稳定的条件是 式中 Qk 短路电流产生的热效应It 电气设备允许通过的热稳定电流t 电气设备允许通过的热稳定电流的持续时间 作者 版权所有 二 按短路条件校验电气设备 电动力稳定是指电气设备承受短路电流机械效应的能力 也称动稳定 2 短路电动力稳定校验 电气设备满足短路动稳定的条件是 式中 ish Ish 短路冲击电流的幅值及有效值ies Ies 电气设备允许通过的动稳定电流的幅值和有效值 或 作者 版权所有 二 按短路条件校验电气设备 为使所选电气设备具有足够的可靠性 经济性和合理性 并在一定时期内适应电力系统发展的需要 作校验用的短路电流应按下列条件计算 3 短路电流计算条件 1 容量和接线 按最终设计容量计算 并考虑远景发展规划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 一般按三相短路计算若其它种类短路比三相短路严重 则按该情况计算 作者 版权所有 二 按短路条件校验电气设备 3 短路电流计算条件 3 短路计算点的选择 选择通过电气设备的短路电流为最大的点为短路计算点 发电机变压器回路 应比较断路器前后短路时通过断路器的电流值 择其大者为短路计算点 作者 版权所有 二 按短路条件校验电气设备 3 短路电流计算条件 3 短路计算点的选择 母联断路器回路 应考虑当由母联断路器向备用母线充电时 备用母线k4点短路 则全部短路电流流过母联断路器的情况 作者 版权所有 二 按短路条件校验电气设备 3 短路电流计算条件 3 短路计算点的选择 出线电抗器回路 一般选电抗器后k8点为短路计算点 作者 版权所有 二 按短路条件校验电气设备 3 短路电流计算条件 4 短路计算时间 校验热稳定 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tab之和 而 即 式中 tab 断路器全开断时间tpr 后备继电保护动作时间tin 断路器固有分闸时间 查产品参数表 ta 断路器燃弧时间 少油断路器0 04 0 06s SF6断路器0 02 0 04s 作者 版权所有 二 按短路条件校验电气设备 3 短路电流计算条件 4 短路计算时间 校验电气设备开断能力 开断电气设备应能在最严重的情况下开断短路电流 因此短路计算时间tk为主保护动作时间tpr1和断路器固有分闸时间tin之和 即 式中 tpr1 主继电保护动作时间tin 断路器固有分闸时间 查产品参数表 作者 版权所有 二 按短路条件校验电气设备 3 短路电流计算条件 4 短路计算时间 6 2高压断路器和隔离开关的原理与选择 作者 版权所有 高压断路器 开关电器是电力系统的重要设备之一 其中 又以断路器的地位最重要 结构也最复杂 高压断路器是用来在正常情况下接通和断开电路 且在故障情况下能自动迅速开断故障电流的开关设备 对断路器的基本要求是 在各种情况下应具有足够的开断能力 尽可能短的动作时间和高度的工作可靠性 断路器最重要的任务就是熄灭电弧 所以 各种断路器都有不同结构的灭弧装置 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 电弧是一种气体游离放电现象 能量集中 温度很高 亮度很强 三部分组成 阴极区 阳极区和弧柱区 电弧的气体放电是自持放电 维持电弧稳定燃烧的电压很低 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 一 电弧的产生 维持及物理过程 触头的周围原本是空气或其它绝缘介质 为什么在动静触头分离瞬间会变成导电的电弧呢 原因就在于在绝缘介质中出现了大量的自由电子 大量自由电子由阴极向阳极的定向运动就形成了电弧 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 一 电弧的产生 维持及物理过程 1 弧柱中自由电子的来源 A 电极发射大量自由电子 对电弧的产生起决定作用 热电子发射 动静触头分离时 触头间接触电阻增大 接触处大量发热 使阴极表面温度升高而发射电子 其数量取决于触头材料和表面温度 冷电子发射 强电场发射 动静触头分离时 触头间的间隙很小 触头间会形成很高的电场强度 将阴极触头金属表面中的自由电子从中拉出来 其数量取决于电场强度的大小 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 一 电弧的产生 维持及物理过程 1 弧柱中自由电子的来源 B 弧柱区的气体游离 产生大量的自由电子和离子 对电弧的形成和维持起决定作用 游离是指中性质点变成自由电子和正离子的过程 电场游离 碰撞游离 在电场作用下 电子加速向阳极运动 途中与介质中的中性质点发生碰撞 若自由电子具有足够动能 就能与中性质点产生碰撞游离 使其游离为正离子和自由电子 这样的过程连续进行导致雪崩式碰撞 使触头间充满了自由电子 在外加电压作用下形成电子流 介质被击穿而形成电弧 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 一 电弧的产生 维持及物理过程 1 弧柱中自由电子的来源 热游离 电弧形成后 触头间电压立刻降低 但弧柱的温度很高 处于高温下的介质分子和原子产生剧烈运动 不断发生碰撞 也会游离出自由电子和离子 这就是热游离过程 可以维持电弧的燃烧 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 一 电弧的产生 维持及物理过程 2 电弧的形成过程 由以上分析可以看出 阴极在强电场作用下发射电子 发射的电子在触头电压作用下产生碰撞游离 就形成了电弧 在高温作用下 阴极产生热发射 并在介质中发生热游离 使电弧维持和发展 这就是电弧形成的过程 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 一 电弧的产生 维持及物理过程 3 去游离过程 在电弧中 发生游离过程的同时还进行着使带电质点减少的去游离过程 游离过程 去游离过程 电弧电流增大 炽热燃烧游离过程 去游离过程 电弧电流不变 稳定燃烧游离过程 去游离过程 电弧电流减小 最终熄灭 因此 要想使电弧熄灭 就必须设法加强去游离过程 使其大于游离过程 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 一 电弧的产生 维持及物理过程 3 去游离过程 A 复合去游离 带电质点的电荷彼此中和的现象电子碰撞中性质点 速度慢的负离子 与正离子中和 复合去游离进行的快慢与弧隙电场强度的大小 电弧的温度及电弧的表面积有关 B 扩散去游离 弧柱中的自由电子和正离子由于热运动而从弧柱内部逸出进入周围冷介质的现象 浓度扩散 温度扩散 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 一 电弧的产生 维持及物理过程 3 去游离过程 由上可知 利用各种方法 人工地强迫冷却电弧的内部和表面 不仅可增强复合去游离的速度 同时也能增强扩散去游离的强度 使电弧很快熄灭 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 二 交流电弧的特性 1 交流电弧的特性 电弧电压 电流波形图 随着正弦交流电流的周期性变化 交流电弧电流也将随之每半周过零一次 在电弧电流自然过零时 电弧向弧隙输送能量减少 电弧温度和热游离下降 电弧将自动熄灭 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 二 交流电弧的特性 1 交流电弧的特性 电弧电压 电流波形图 如果在电流过零电弧自然熄灭时 采取有效措施加强弧隙的冷却 使弧隙介质的绝缘能力达到不会被弧隙外加电压击穿的程度 则在下半周电弧就不会重燃而最终熄灭 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 三 交流电弧的熄灭 决定交流电弧熄灭的基本因素是 弧隙介质强度的恢复过程 和 弧隙电压的恢复过程 弧隙介质强度的恢复过程 电弧电流过零时 输入弧隙的能量减少 弧隙温度剧降 因而弧隙游离程度也下降 当弧隙温度降低到热游离基本停止时 弧隙重新转变为介质状态 此时 虽然不会出现热击穿而重燃 但是弧隙的绝缘能力或称介质强度 以弧隙能耐受的电压表示 要恢复到正确状态仍需要一定时间 此称为 弧隙介质强度的恢复过程 图6 2 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 三 交流电弧的熄灭 弧隙电压的恢复过程 电弧电流过零后 弧隙电压将由熄弧电压经过一个由电路参数所决定的振荡过程 逐渐恢复到电源电压 此称为 弧隙电压的恢复过程 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 三 交流电弧的熄灭 弧隙介质强度的恢复过程 以耐受电压Ud t 表示 因此 在电弧电流过零后 存在着两个相互联系的对立过程 在恢复过程中 如果恢复电压高于介质强度 弧隙被电击穿 电弧重燃 如果恢复电压低于介质强度 电弧就会真正熄灭 弧隙电压的恢复过程 以耐受电压Ur t 表示 交流电弧熄灭的条件是 Ud t Ur t a 在t1时刻发生击穿 电弧重燃 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 三 交流电弧的熄灭 介质强度和弧隙电压的恢复过程 b 电弧熄灭 c 电弧熄灭 介质强度的恢复过程与下列因素有关 电弧电流的大小弧隙的冷却条件 灭弧装置的结构 灭弧介质的特性触头分离的速度 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 三 交流电弧的熄灭 1 弧隙介质强度的恢复过程 起始介质强度 近阴极效应 在电流过零后的01 1us的短暂时间内 阴极附近出现150 250伏的起始介质强度 正离子层空间 弧隙电压的恢复过程与线路参数和负荷性质有关 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 三 交流电弧的熄灭 2 弧隙电压的恢复过程 周期性振荡过程 非周期性过程 电弧熄灭后 弧隙电压不可能立刻由熄弧电压上升到电源电压 而有一个过渡过程 可能是周期性或非周期性的 恢复电压由两部分组成 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 三 交流电弧的熄灭 2 弧隙电压的恢复过程 瞬态恢复电压 首先出现在弧隙两端 时间很短 具有过渡过程特性的电压Utr 瞬态恢复电压Utr是从熄弧电压Ur0过渡到稳态值之间的暂态分量 恢复电压由两部分组成 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 三 交流电弧的熄灭 2 弧隙电压的恢复过程 工频恢复电压 瞬态恢复电压Utr消失后 在弧隙两端出现的由工频电源决定的电压Usr 工频恢复电压Usr是电弧熄灭以后加在弧隙上的恢复电压稳态值 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 三 交流电弧的熄灭 2 弧隙电压的恢复过程 如果能采取措施 防止弧隙恢复电压振荡 将周期性恢复电压转变为非周期性恢复过程 电弧就更容易熄灭 假设断路器在电弧燃烧时弧隙电阻为零 而电弧熄灭后弧隙电阻为无穷大 则等值电路如图所示 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 四 断路器开断短路电流时的物理过程 分析如图所示的中性点接地的电路中 在电源出口处短路 断路器开断时的电压恢复过程 由于发生短路时 电容C与断路器QF并联 所以 断路器触头间的电压恢复过程就是交流电压u通过R L对C充电的过程 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 四 断路器开断短路电流时的物理过程 由于电压恢复过程在很短时间内完成 电源电压变化很小 因此在分析电压恢复过程时 可近似地把交流电源u简化为电压为U0的直流电源 于是 电压恢复过程就相当于在电压为U0的直流电源突然合闸时 在电容C两端的电压变化过程 如图 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 四 断路器开断短路电流时的物理过程 U0是当电弧电流过零时 电源电压的瞬时值 称为 开断瞬间工频恢复电压 它与不同的短路形式有关 1 弧隙电压恢复过程的分析 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 四 断路器开断短路电流时的物理过程 当开关K闭合后 有方程 整理后 得 1 弧隙电压恢复过程的分析 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 四 断路器开断短路电流时的物理过程 通解 与上式相对应的齐次线性方程的通解 特解 K闭合瞬间t 0时 电容C上的稳态电压 式 的通解为 1 弧隙电压恢复过程的分析 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 四 断路器开断短路电流时的物理过程 式中 C1 C2 积分常数 其值由初始条件决定 1 2 特征方程的根 1 弧隙电压恢复过程的分析 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 四 断路器开断短路电流时的物理过程 0时 1 2为不相等实根 UC为非周期过程 0时 1 2为虚根 UC为周期性振荡过程 0时 1 2为相等实根 UC亦为非周期性过程 1 弧隙电压恢复过程的分析 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 四 断路器开断短路电流时的物理过程 求得 可见 断路器触头间并联电阻r越小 恢复电压上升速度越低 恢复电压上升速度为 1 弧隙电压恢复过程的分析 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 四 断路器开断短路电流时的物理过程 求得 并联电阻r对恢复起阻尼作用 使恢复电压幅值和速度都降低 半周期内电压恢复平均速度为 1 弧隙电压恢复过程的分析 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 四 断路器开断短路电流时的物理过程 恢复电压也是非周期过程 最大值不超过U0 此时是电压恢复过程的临界情况 即 略去电阻R 则在临界条件下的并联电阻r临界值为 1 弧隙电压恢复过程的分析 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 四 断路器开断短路电流时的物理过程 当并联电阻r rcr时 电压恢复为非周期性过程 当并联电阻r rcr时 电压恢复为周期性振荡过程 并联电阻r临界值为 即是说 可以通过适当减小并联电阻r 使之小于临界值rcr 则电压恢复过程将从周期性振荡过程转变为非周期性过程 从而大大降低恢复电压的幅值和恢复速度 相应地可增加断路器的开断能力 1 弧隙电压恢复过程的分析 作者 版权所有 一 电弧的基本理论 四 断路器开断短路电流时的物理过程 具有并联电阻的断路器的接线原理如图所示 断路器开断电路时 主触头Q1先开断 由于有并联电阻r接入 使主触头间产生的电弧容易熄灭 当主触头间的电弧熄灭后 辅助触头Q2接着开断 切断并联电阻中的电流 最终使电路完全开断 灭弧室 电弧中的去游离强度 很大程度上取决于电弧周围介质的特性 如介质的传热能力 介电强度 热游离温度和热容量等 这些参数的数值越大 则去游离作用越强 电弧就越容易熄灭 作者 版权所有 二 高压断路器熄灭电弧的基本方法 1 利用灭弧介质 常用的灭弧介质有 空气 油 变压器油或断路器油 SF6 真空 电弧中的去游离强度 很大程度上取决于触头材料 若采用熔点高 导热系数和热容量大的耐高温金属作触头材料 可以减少热电子发射和电弧中的金属蒸气 抑制游离作用 同时 触头材料还要求有较高的抗电弧 抗熔焊能力 作者 版权所有 二 高压断路器熄灭电弧的基本方法 2 采用特殊金属材料作灭弧触头 常用的触头材料有 铜钨合金 银钨合金 电弧在气流或油流中被强烈地冷却而使复合加强 吹弧也有利于带电离子的扩散 作者 版权所有 二 高压断路器熄灭电弧的基本方法 3 利用气体或油吹动电弧 在高压断路器中利用各种结构形式的灭弧室 使气体或油产生巨大的压力并有力地吹向电弧 使电弧熄灭 吹动的方式有 纵吹和横吹 纵吹 吹动方向与弧柱轴线平行 主要使电弧冷却变细 最后熄灭 横吹 吹动方向与弧柱轴线垂直 主要把电弧拉长 表面积增大并加强冷却 高压断路器常制成每相有两个或更多个串联的断口 如图为双断口的灭弧方式 作者 版权所有 二 高压断路器熄灭电弧的基本方法 4 利用多断口灭弧 采用多断口是把电弧分割成很多小电弧段 在相等的触头行程下 多断口比单断口的电弧拉长了 从而增大了弧隙电阻 而且电弧被拉长的速度 即触头分离速度 也增加 加速了弧隙电阻的增大 同时 也增大了介质强度的恢复速度 由于加在每个断口的电压更低 使弧隙的恢复电压降低 因此灭弧性能更好 采用多断口的结构后 每一个断口在开断位置的电压分配和开断过程中的恢复电压分配出现了不均匀现象 作者 版权所有 二 高压断路器熄灭电弧的基本方法 4 利用多断口灭弧 如图为单相断路器在开断接地故障后的电路图 U 电源电压 U1 U2 两个断口的电压 Cd 断口的等效电容 C0 底座对地等效电容 则断口电压分布的计算可按下图进行 作者 版权所有 二 高压断路器熄灭电弧的基本方法 4 利用多断口灭弧 可见 U1 U2两个断口上的电压相差很大 第一个断口的工作条件比第二个断口要严重 为了充分发挥每个灭弧室的作用 应该使两个断口的工作条件接近相等 通常在每个断口并联一个比Cd和C0都大得多的电容C 称为 均压电容 作者 版权所有 二 高压断路器熄灭电弧的基本方法 4 利用多断口灭弧 可见 U1 U2 电压平均分布在两个断口上 每个断口工作条件基本上一致 作者 版权所有 三 高压断路器的种类和基本参数 迅速拉长电弧 可使弧隙的电场强度骤降 同时 使弧隙的表面积突然增大 有利于电弧的冷却和带电质点向周围介质扩散 使热游离作用减弱 加强了离子的复合速度 从而加速电弧的熄灭 作者 版权所有 二 高压断路器熄灭电弧的基本方法 5 拉长电弧并增大断路器触头的分离速度 为此 在高压断路器中都装有强有力的断路弹簧 以加快触头的分离速度 作者 版权所有 二 高压断路器熄灭电弧的基本方法 5 拉长电弧并增大断路器触头的分离速度 断路器分闸速度的快慢 通常由断路器全开断时间来衡量 它包括断路器固有动作时间和燃弧时间两部分 0 12s 称为低速断路器 0 08s 称为快速断路器0 08s 0 12s 称为中速断路器 当全开断时间 作者 版权所有 三 高压断路器的种类和基本参数 一 高压断路器的种类 1 油断路器 利用电弧本身的能量 将油加热 形成油蒸汽和大量气体所组成的高压力气泡实现吹弧 这种靠电弧本身能量熄灭电弧的方法 称为 自能式 灭弧室 特点 灭弧时不需要外界供给很大能量 但灭弧能力与电弧电流有关 其燃弧时间随着开断电流减小而增大 作者 版权所有 三 高压断路器的种类和基本参数 一 高压断路器的种类 1 油断路器 多油式断路器 缺点 体积大 用油量多 有爆炸火灾危险 检修工作量大 特点 内部带有电流互感器 断路器中的油除了作灭弧介质外 还作为触头开断后的弧隙绝缘以及带电部分与接地外壳之间的绝缘介质 作者 版权所有 三 高压断路器的种类和基本参数 一 高压断路器的种类 1 油断路器 少油式断路器 优点 结构简单 体积小 材料消耗少 用油量少 重量轻 性能稳定 运行方便 应用广泛 缺点 抗震性稍差 断路器中的油只作灭弧介质和触头开断后的弧隙绝缘介质 而带电部分对地之间的绝缘采用瓷柱 作者 版权所有 三 高压断路器的种类和基本参数 一 高压断路器的种类 2 压缩空气断路器 简称空气断路器 采用压缩空气作为灭弧介质 压缩空气除了作灭弧介质外 还作为触头开断后的弧隙绝缘介质 优点 外能式 灭弧室 灭弧能力强 灭弧时间短 无火灾危险 尺寸小 重量轻 缺点 结构复杂 有色金属消耗量大 价格昂贵 需要装设空气压缩机 复杂的压缩空气系统 贮气筒和管道 噪声大 作者 版权所有 三 高压断路器的种类和基本参数 一 高压断路器的种类 3 六氟化硫 SF6 断路器 采用六氟化硫 SF6 气体作为灭弧介质和绝缘介质 SF6气体是无色 无味 不燃 无毒的惰性气体 优点 允许断路次数多 检修周期长 断路性能好 多用于SF6封闭式组合电器 大大减少占地面积 它具有很高的电气绝缘强度 是空气的2 5 3倍 和良好的灭弧性能 灭弧能力比空气高100倍 缺点 要求加工精度高 密封性能好 对气体和水分的检测控制要求更严 作者 版权所有 三 高压断路器的种类和基本参数 作者 版权所有 三 高压断路器的种类和基本参数 一 高压断路器的种类 4 真空断路器 以真空作为灭弧介质和绝缘介质 所谓 真空 是相对而言的 指的是绝对压力低于1个大气压的气体稀薄的空间 在这样的空间里 其绝缘强度很高 电弧很容易熄灭 优点 触头开距短 10kV级只需10mm 而油断路器需125mm 燃弧时间短 且与开断电流无关 一般只有半个周期 触头寿命长 开断次数多 体积小 重量轻 缺点 对灭弧室工艺及触头材料要求高 作者 版权所有 三 高压断路器的种类和基本参数 二 高压断路器的技术参数 1 额定电压UN 产品铭牌上注明的电压是指正常工作的线电压 我国采用的额定电压等级有 3 6 10 35 60 110 220 330 500 750 1000 500 800kV 考虑到输电线始端和末端的电压可能不同 以及电力系统调压的要求 对电器又规定了与各级额定电压相应的最高工作电压 断路器应能在其最高工作电压下长期正常工作 保证断路器长期工作的电压 作者 版权所有 三 高压断路器的种类和基本参数 二 高压断路器的技术参数 2 额定电流IN 电器长期通过额定电流时 其发热温度不会超过允许值 3 额定开断电流INbr 断路器在额定电压下能正常可靠开断的最大短路电流 它标志断路器的开断能力 断路器可以长期通过的最大电流 4 额定开断容量SNbr 对三相电路有 作者 版权所有 三 高压断路器的种类和基本参数 二 高压断路器的技术参数 5 额定动稳定电流ies 额定极限通过电流 6 额定热稳定电流It 表示断路器能承受短路电流热效应的能力 通常It INbr 表示断路器对短路电流的电动稳定性 7 热稳定电流作用时间t 在此时间内 当热稳定电流通过断路器时 其发热温度不超过规定允许值 作者 版权所有 三 高压断路器的种类和基本参数 二 高压断路器的技术参数 8 合闸时间 9 分闸时间 断路器跳闸线圈通电起到三相内电弧完全熄灭为止 断路器合闸线圈通电起到主触头刚接触为止的时间 固有分闸时间 跳闸线圈通电起到触头刚分离为止 燃弧时间 触头分离到各相电弧完全熄灭为止 分闸时间等于断路器固有分闸时间和燃弧时间之和 作者 版权所有 三 高压断路器的种类和基本参数 三 高压断路器的型号含义 作者 版权所有 三 高压断路器的种类和基本参数 三 高压断路器的型号含义 SN10 10 600 350 S少油D多油K压缩空气Z真空LSF6FSF6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 作者 版权所有 四 高压断路器的选择与校验 一 高压断路器的选择 1 选择断路器的种类和形式 作者 版权所有 四 高压断路器的选择与校验 一 高压断路器的选择 1 选择断路器的种类和形式 作者 版权所有 四 高压断路器的选择与校验 一 高压断路器的选择 1 选择断路器的种类和形式 作者 版权所有 四 高压断路器的选择与校验 一 高压断路器的选择 2 选择断路器的额定电压 UN UNS 3 选择断路器的额定电流 IN Imax 4 选择断路器的额定开断电流 Inbr Ipt 或Inbr I Ipt 断路器开断瞬间的短路电流周期分量有效值 I 短路次暂态电流有效值 作者 版权所有 四 高压断路器的选择与校验 对快速断路器 电源附近短路时 短路电流非周期分量可能超过周期分量的20 按短路全电流校验 Inbr Ik 5 短路关合电流选择 iNcl ish 作者 版权所有 四 高压断路器的选择与校验 二 高压断路器的校验 1 校验断路器的热稳定 It2 t Qk 2 校验断路器的动稳定 ies ish 3 隔离开关的主要用途是保证装置中检修工作的安全 作者 版权所有 五 隔离开关的主要用途 1 隔离电压 2 倒闸操作 投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时 常用隔离开关配合断路器 进行电路的切换操作 在需要检修的部分和其它带电部分之间 用隔离开关构成足够大的明显可见的空气绝缘间隔 隔离开关没有灭弧装置 不能开断或闭合负荷电流和短路电流但具有一定的分 合小电感电流和电容电流的能力 作者 版权所有 五 隔离开关的主要用途 3 分 合小电流 分 合避雷器 电压互感器和空载母线分 合励磁电流不超过2A的空载变压器分 合电容电流不超过5A的空载线路 作者 版权所有 六 隔离开关的种类 1 按安装地点分 户内式 户外式 2 按绝缘支柱数目分 单柱式 双柱式 三柱式 3 按闸刀运动方向分 水平旋转式 垂直旋转式 摆动式 插入式 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 作者 版权所有 六 隔离开关的种类 作者 版权所有 七 隔离开关的选择和校验 一 隔离开关的选择 1 选择隔离开关的种类和形式 2 选择隔离开关的额定电压 UN UNS 3 选择隔离开关的额定电流 IN Imax 作者 版权所有 七 隔离开关的选择和校验 二 隔离开关的校验 1 校验隔离开关的热稳定 It2 t Qk 2 校验隔离开关的动稳定 ies ish 3 6 3互感器的原理与选择 将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压 100V 和小电流 5A或1A 从而使测量仪表和保护装置标准化 小型化 并使其结构轻巧 价格便宜和便于屏内安装 并可采用小截面电缆进行远距离测量 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 互感器的作用是 作者 版权所有 互感器的作用 将二次设备与高压部分隔离 保护工作人员的安全 同时 互感器二次侧均接地 这样可防止当一 二次绝缘损坏时 在二次设备上发生高压危险 电流互感器的原理接线如图 作者 版权所有 一 电流互感器的工作原理 电力系统中广泛采用的是电磁式电流互感器 它的工作原理和变压器相似 电流互感器的工作特点 一次绕组串联在所测量的一次回路中 并且匝数很少 因此 一次绕组中的电流I1完全取决于被测回路的负荷电流 而与二次绕组电流I2大小无关 电流互感器的原理接线如图 作者 版权所有 一 电流互感器的工作原理 电力系统中广泛采用的是电磁式电流互感器 它的工作原理和变压器相似 电流互感器的工作特点 二次绕组匝数N2很多 是一次绕组匝数的若干倍 二次绕组中的电流I2完全取决于一次绕组电流I1 即有 作者 版权所有 二 电流互感器的工作状态 电流互感器的二次回路中所串接的负载 是测量仪表和继电器的电流线圈 它们的阻抗都很小 因此电流互感器在正常工作时 二次侧接近于短路状态 这是与普通电力变压器的主要区别 电流互感器在正常工作时 二次绕组绝对不允许开路 作者 版权所有 二 电流互感器的工作状态 电流互感器在正常工作状态时 二次负荷电流I2所产生的二次磁势F2对一次磁势F1有去磁作用 因此合成磁势F0及铁芯中的合成磁通 数值都不大 在二次绕组内所感应的电势E2数值不超过几十伏 为了减小电流互感器的尺寸 重量和造价 其铁芯截面是按正常工作状态 即合成磁势F0及铁芯中合成磁通 数值都不大的状态 设计的 I1N1 I2N2 I0N1 作者 版权所有 二 电流互感器的工作状态 因此 如果运行中的电流互感器二次绕组开路 则二次磁势F2等于零 而一次磁势F1不变 且全部用于激磁 此时合成磁势F0等于F1 比正常状态的合成磁势增大了许多倍 使铁芯中的磁通急剧增加而达到饱和状态 铁芯饱和致使随时间变化的磁通波形变为平顶波 在波形上升和下降处 因磁通急剧变化在开路的二次绕组内所感应的电势E2可达几千伏甚至更高 对设备和人员是极其危险的 I1N1 I2N2 I0N1 作者 版权所有 三 电流互感器的误差 Z2f r1 x1 I1 r2 x2 r0 x0 I2 I0 E2 U2 1 误差的来源 I1 I0 I2 I1 I0 kiI2 I1N1 I0N1 I2N2 作者 版权所有 三 电流互感器的误差 1 误差的来源 1 电流误差fi 为二次电流的测量值乘以额定电流比所得的值与实际一次电流之差 占后者的百分数 因为 所以 作者 版权所有 三 电流互感器的误差 1 误差的来源 1 电流误差fi 当 i很小时 所以有 作者 版权所有 三 电流互感器的误差 1 误差的来源 2 相位误差 i 当 i很小时 所以 作者 版权所有 三 电流互感器的误差 2 影响误差的因素 可见 fi和 i都与激磁磁势F0 I0N1 及一次磁势F1 I1N1 有关 F0 F1 fi i F0 F1 fi i 作者 版权所有 三 电流互感器的误差 具体影响电流互感器的误差的因素有 一 二次绕组的匝数 一次电流的大小 铁芯材料质量 结构尺寸 二次回路的负载阻抗等 由电磁感应定律有二次回路电压方程有 计及 得 作者 版权所有 三 电流互感器的误差 A 运行时 应使一次实际电流接近一次额定电流 当I1为额定值时 值最大误差最小 增大铁芯的横截面S 磁路不易饱和 作者 版权所有 三 电流互感器的误差 B 为了减小磁势F0 必须减小铁芯的磁阻rm 缩短磁路长度L 如采用圆形截面铁芯 采用磁导率 高的电工钢 Z2L一般包括测量仪表阻抗 继电器的电流线圈阻抗 连接电缆电阻和接头电阻 作者 版权所有 三 电流互感器的误差 C 要尽量减小二次回路的负载Z2L Cos 2降低 2增大 增大 fi增大 i减小 作者 版权所有 三 电流互感器的误差 D 功率因数cos 2 电流互感器的准确级以电流误差fi来定义的 即 在规定的二次负荷变化范围内 一次电流为额定值时的最大电流误差 准确级越大 误差越大 精度越低 作者 版权所有 四 电流互感器的准确级与额定容量 1 电流互感器的准确级 测量用 0 2级0 5级1级3级10级 保护用 P级TP级 相当于3级 10级 只有二次负载阻抗Z2f在一定范围内 小于某个值 才能保证电流互感器达到一定的准确级 同一台电流互感器工作在不同准确级时 可以带不同范围 上限值 的二次负载阻抗 电流互感器的额定容量SN2是指在二次额定电流IN2和额定二次阻抗ZN2下运行时 二次绕组输出的容量 即 作者 版权所有 四 电流互感器的准确级与额定容量 2 电流互感器的额定容量 可见 额定容量和额定阻抗只差一个系数 所以 额定容量常用二次额定阻抗来表示 同一台电流互感器工作在不同准确级时 会有不同的额定容量 即可以带不同范围的额定二次阻抗 作者 版权所有 四 电流互感器的准确级与额定容量 2 电流互感器的额定容量 要想保证准确级 就要保证 Z2f ZN2 或S2f SN2 仪表 继电器 电缆 接头 作者 版权所有 五 电流互感器的分类和结构 电流互感器的种类很多 型号中的字母符号代表了其类型 其表示方式如下 作者 版权所有 五 电流互感器的分类和结构 如图为电流互感器的结构原理图 作者 版权所有 五 电流互感器的分类和结构 单匝式电流互感器是由载流导体 作为一匝原绕组 穿过绕有副绕组的环形铁芯构成 它结构简单 体积小 价格低 但由于原绕组是单匝 当被测电流很小时 原边磁势小 测量精确度很低 当一次额定电流为400A及以下时 为提高其测量准确度 将一次绕组制成两匝或两匝以上 就构成了复匝式 作者 版权所有 五 电流互感器的分类和结构 不同的二次负荷对电流互感器有不同的精度要求 为了节省空间和成本 往往几个铁芯 各自绕着相应的二次绕组 共享一个一次线圈 构成一台电流互感器 一般3 35kV电流互感器均有两个二次绕组 110kV电流互感器有3 4个二次绕组 而220kV则有4 5个二次绕组 另外 为了适应不同一次负荷电流的要求 110kV及以上的电流互感器常常将一次绕组分成几组 通过改变一次绕组的串并联关系 即可方便地获得2 3个额定电流比 作者 版权所有 六 电流互感器的接线 单相式接线 单相式接线仅反映三相电流平衡系统的运行状态 可作为一般测量和过负荷保护等 作者 版权所有 六 电流互感器的接线 不完全星形接线 不完全星形接线常用于6 10kV中性点不直接接地三相三线制系统中 可供三相二元件功率表或电能表使用 仅取A相电流和C相电流即可 它们的公用回线中流过的电流即为B相电流 从而节省了一台电流互感器 作者 版权所有 六 电流互感器的接线 两相电流差接线 两相电流差接线可用于6 10kV的过电流保护 作者 版权所有 六 电流互感器的接线 三相星形接线 三相星形接线广泛应用于负荷不平衡的三相四线制系统 也可用于一般的三相三线制系统 可测量电路的三相电流 监视各相负荷不对称情况 作者 版权所有 七 电流互感器的选择 选择电流互感器时 首先要根据装设地点 用途等具体条件确定互感器的结构类型 准确度等级 额定电流比Ki 其次要根据互感器的额定容量和二次负荷计算二次回路连接导线的截面积 最后校验动稳定和热稳定 作者 版权所有 七 电流互感器的选择 1 结构类型和准确度的确定 根据配电装置的类型 相应选择户内或户外式电流互感器 一般情况下 35kV以下为户内式 而35kV及以上为户外式或装入式 装入变压器或断路器内部 作者 版权所有 七 电流互感器的选择 1 结构类型和准确度的确定 电流互感器准确级的确定 取决于二次负荷的性质 O 2级用于实验室的精密测量 重要的发电机和变压器回路及500kV重要回路 二次负荷如果属一般电能计量 则电流互感器采用O 5级 功率表和电流表可配用1 O级的电流互感器 一般测量则可用3 0级 如果几个性质不同的测量仪表需要共用一台电流互感器时 则互感器的准确级按就高不就低的原则确定 作者 版权所有 七 电流互感器的选择 1 结构类型和准确度的确定 一般用于继电保护装置的电流互感器 可选5P或1OP级 在旧型号中 则为B C D级 此外还应按10 误差曲线进行校验 以保证在短路时误差也不会超过1O 在短路情况下 保护级的电流误差fi不应大于10 当短路电流I1 nIN时 fi达10 称n为10 额定一次电流倍数 n的数值与二次负荷阻抗Z2L的大小有关 二者之间的关系曲线称为电流互感器10 误差曲线 作者 版权所有 七 电流互感器的选择 1 结构类型和准确度的确定 n Z2L 使用时 由n I1 IN从曲线上查出相应的Z2L 只要实际的负载阻抗小于查出的Z2L 就能保证误差在10 范围内 作者 版权所有 七 电流互感器的选择 2 额定电压的选择 电流互感器的额定电压 应满足下列条件 UN UNS 3 额定电流的选择及额定电流比的确定 电流互感器一次绕组的额定电流I1N已标准化 应选择比一次回路最大长期电流Imax略大一点的标准值 当I1N确定后 电流互感器的额定电流比也随之确定 即为Ki I1N 5 作者 版权所有 七 电流互感器的选择 4 二次回路连接导线截面积的计算 电流互感器准确级确定以后 就能够查出保证其准确级的二次负荷Z2N 应使 其中 rz 二次负载 测量仪表或继电器线圈 的电阻 rw 连接导线的电阻 rj 连接处的接触电阻 一般取O 1 作者 版权所有 七 电流互感器的选择 4 二次回路连接导线截面积的计算 上式中除rw外均可查得 于是可求出允许的rw值 由于导线电阻与导线截面 长度和电阻率均有关 所以连接导线的最小截面应为 其中 连接导线的电阻率 mm2 m 控制电缆一般采用铜导线 0 0175 L 连接导线的计算长度 m 与互感器接线有关 作者 版权所有 七 电流互感器的选择 4 二次回路连接导线截面积的计算 如果电流互感器至测量仪表的距离为L1 当电流互感器采用单相接线时 L 2L1 当电流互感器采用不完全星形接线时 则L L1 当电流互感器采用星形接线时 中性线上的电流很小 故可取L L1 L 连接导线的计算长度 m 与互感器接线有关 为了保证连接导线的机械强度 要求导线的最小截面积不应小于1 5mm2 铜 作者 版权所有 七 电流互感器的选择 5 热稳定校验 电流互感器接线的热稳定校验 应满足下列条件 其中 Qk 短路电流在短路作用时间内的热效应 kA2 s Kt 电流互感器热稳定倍数 即电流互感器1s热稳定电流与一次线圈额定电流的比值 可从本书附表八或手册中查到 电流互感器的动稳定校验包括两个方面的内容 即 内部电动力稳定性校验和外部电动力稳定性校验 作者 版权所有 七 电流互感器的选择 6 动稳定校验 1 内部电动力稳定性校验 对于复匝式电流互感器 应满足 其中 Kd 电流互感器动稳定倍数 可由本书附表八查得 作者 版权所有 七 电流互感器的选择 6 动稳定校验 2 外部电动力稳定性校验 相间相互作用的电动力有可能使瓷绝缘的电流互感器损坏 外部动稳定应满足 Fp 作用于电流互感器端部的允许电动力 由制造厂家提供 N L 电流互感器瓷帽端部至最近一个母线支持绝缘子之间的距离 m a 相间距离 m ish 短路冲击电流 A 按工作原理 电压互感器可分为 作者 版权所有 电压互感器 电压互感器的作用是把高电压变为低电压 电磁式电压互感器 电力变压器型 原理和普通变压器相似 适用于6kV 110kV系统 价格贵 容量大 误差小 相对于后者 电容式电压互感器 电容分压型 适用于110kV 500kV系统 价格低 容量小 误差大 相对于前者 1 电磁式电压互感器的工作原理 作者 版权所有 一 电磁式电压互感器的工作原理和工作状态 电磁式电压互感器的工作原理 构造和连接方法都和普通电力变压器相同 其主要区别在于电压互感器的容量很小 通常只有几十到几百伏安 2 电磁式电压互感器的工作状态 作者 版权所有 一 电磁式电压互感器的工作原理和工作状态 一次绕组并联在所测量的一次回路中 一次绕组电压等于电网电压 不受二次回路负荷的影响 并且在大多数情况下 二次负荷是恒定的 接在二次绕组的负荷是仪表和继电器的电压线圈 它们的阻抗很大 通过的电流很小 因此 电压互感器正常工作时 二次绕组接近于空载状态 即是说 运行中的电压互感器 二次绕组决不能短路 此时 二次电压接近于二次电势 并决定于一次电压值 即有 额定电压比 1 电磁式电压互感器的误差来源 作者 版权所有 二 电磁式电压互感器的误差 1 电磁式电压互感器的误差来源 作者 版权所有 二 电磁式电压互感器的误差 1 电压误差fu 二次电压乘以额定电压比与实际一次电压之差占一次电压的百分比 1 电磁式电压互感器的误差来源 作者 版权所有 二 电磁式电压互感器的误差 1 电压误差fu 二次电压乘以额定电压比与实际一次电压之差占一次电压的百分比 1 电磁式电压互感器的误差来源 作者 版权所有 二 电磁式电压互感器的误差 2 相位误差 u 规定U2 超前U1时 u为正 当 u为很小时 有 1 电磁式电压互感器的误差来源 作者 版权所有 二 电磁式电压互感器的误差 2 相位误差 u 1 电磁式电压互感器的误差来源 作者 版权所有 二 电磁式电压互感器的误差 可见 fu和 u都由两部分组成 与I0有关的fu0和 u0是空载误差 1 电磁式电压互感器的误差来源 作者 版权所有 二 电磁式电压互感器的误差 与I2 有关的ful和 ul是负载误差 2 影响误差的因素 作者 版权所有 二 电磁式电压互感器的误差 影响误差的因素有 互感器本身的构造及材料 内阻抗r1 x1 r2 x2 空载电流I0 互感器的运行工况 二次负载电流I2的大小 二次负载的功率因数cos 2 一次侧电压U1的大小 电压互感器的准确级以电压误差fu来定义的 即 在规定的一次电压和二次负荷变化范围内 二次负荷功率因数为额定值时 电压误差的最大值 准确级越大 误差越大 精度越低 作者 版权所有 三 电压互感器的准确级与额定容量 1 电压互感器的准确级 测量用 0 2级0 5级1级3级 保护用 3P 6P 只有二次负载阻抗Z2f在一定范围内 大于某个值 才能保证电压互感器达到一定的准确级 同一台电压互感器工作在不同准确级时 可以带不同范围 下限值 的二次负载阻抗 电压互感器的额定容量SN2是指对应于最高准确级下的容量 VA 即 电压互感器在这种负荷容量下所引起的误差 不会超过这一准确级规定的数值 作者 版权所有 三 电压互感器的准确级与额定容量 2 电压互感器的额定容量 同一台电压互感器工作在不同准确级时 会有不同的额定容量 即可以带不同范围的额定二次阻抗 另外 按照电压互感器在最高工作电压下长期工作允许发热条件 还规定有最大 极限 容量 作者 版权所有 三 电压互感器的准确级与额定容量 2 电压互感器的额定容量 例如 JSJW 10型电压互感器 作者 版权所有 四 电压互感器的分类和结构 1 电压互感器的分类和结构 1 单相式和三相式 35kV及以上电压等级不制造三相式 均为单相式电压互感器 2 户内式和户外式 35kV以下多制成户内式 110kV及以上电压等级则制成户外式 35kV电压互感器既有户内式也有户外式 作者 版权所有 四 电压互感器的分类和结构 1 电压互感器的分类和结构 3 双绕组和三绕组 三绕组电压互感器有两个二次绕组 一个是基本二次绕组 用于测量仪表和继电器 另一个称为附加二次绕组或开口三角绕组 用来反映系统单相接地 4 按绝缘分为干式 浇注式 油浸式和瓷绝缘 油浸式又分为普通结构和串级结构两种 3 35kV电压等级都制成普通结构 110kV及以上电压等级的电压互感器才制成串级结构 作者 版权所有 四 电压互感器的分类和结构 1 电压互感器的分类和结构 如图为110kV串级式电压互感器内部结构图和接线示意图 作者 版权所有 四 电压互感器的分类和结构 1 电压互感器的分类和结构 随着电压等级的升高