导体和电气设备的原理与选择

第六章导体和电气设备的原理与选择,导体和电气设备选择是电气设计的主要内容之一。本章将介绍导体和电气设备的一般选择条件和校验条件；载流导体和主要电气设备的原理及选择条件、方法。全部内容分7各部分。,第1节电气设备选择的一般条件第2节高压断路器和隔离开关的原理与选择第3节互感器的原理及选择第4节限流电抗器的选择第5节高压熔断器的选择第6节裸导体的选择第7节电缆、绝缘子和套管的选择,6.1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二、按短路状态校验正常工作条件选择项目：1.按额定电压选择2.按额定电流选择3.依环境条件对额定电压、额定电流修正。,各种不同回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax,发电机、调相机和变压器回路的Imax=1.05（由于发电机、调相机和变压器在电压降低5时，出力保持不变）。若变压器有可能过负荷运行时的Imax应按过负荷确定（1.3一2倍变压器额定电流）；母联断路器回路的Imax取母线上最大一台发电机或变压器的Imax；母线分段电抗器的Imax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，或最大一台发电机额定电流的5080%；出线回路的Imax除考虑正常负荷电流外，还应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷,按使用环境的海拔高度修正设备的最高工作电压,非高原型的电气设备使用环境的海拔高度不超过1000m。当海拔在1000一3500m范围内，若海拔制造厂家规定值每升高100m，则电气设备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，应采用高原型电气设备，或采用外绝缘提高一级的产品。对于110KV及以下电气设备，由于外绝缘裕度较大，可在海拔2000m以下使用。,按使用环境的温度度修正设备的额定电流,我国生产的电气设备一般使用的额定环境温度0=+40。如周围环境温度高于+4090（但蕊+60）时，其允许电流一般可按每增高1，额定电流减少1.8进行修正；当环境温度低于+40时，环境温度每降低1，额定电流可增加0.5%，但其最大电流不得超过额定电流的20%。此外，还应按电器的装置地点、使用条件、检修和运行等要求，对电器进行种类（屋内或屋外）和型式（防污型、防爆型、湿热型等）的选择。,短路状态校验项目,1.短路热稳定校验2电动力稳定校验,可不校验热稳定或动稳定几种情况：,(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)装设在电压互感器回路中的裸导体和电气设备可不校验动、热稳定。,3.短路电流计算条件,作验算用的短路电流计算条件：(1)容量和接线容量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（一般为本工程建成后5一10年）；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（如切换厂用变压器时的并列）。(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，则应按最严重的情况验算。(3)计算短路点在计算电路图中，同电位的各短路点的短路电流值均相等，但通过各支路的短路电流将随着短路点的位置不同而不同。,在校验电器和载流导体时，必须确定电气设备和载流导体处于最严重情况的短路点，使通过的短路电流校验值为最大。,例如：1)两侧均有电源的断路器，如发电厂与系统相联系的出线断路器和发电机、变压器回路的断路器，应比较断路器前、后短路时通过断路器的电流值，择其大者为计算短路点。2)母联断路器应考虑当采用该母联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。3)带电抗器的出线回路由于干式电抗器工作可靠性较高，且断路器与电抗器间的连线很短，故障几率小，电器一般可选电抗器后为计算短路点，这样出线可选用轻型断路器，以节约投资。,4.短路计算时间,4.短路计算时验算热稳定的短路计算时间tktpr为继电保护动作时间，tbr为断路器的全开断时间tpr一般取保护装置的后备保护动作时间，这是考虑到主保护有死区或拒动；tbr是指对断路器的分闸脉冲传送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。,断路器全开断时间tbr包括两个部分：tin为断路器固有分闸时间由断路器接到分闸命令（分闸电路接通）起，到灭弧触头刚分离的一段时间，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（熄弧时间）由第一个灭弧触头分离瞬间起，到最后一极电弧熄灭为止的一段时间。少油断路器ta0.040.06s，SF6断路器和压缩空气断路器ta0.02一0.04s，真空断路器ta0.015s.,效验断路器开断能力的短路计算时间,tpr1主保护动作时间。对于无延时保护，tpr1为主保护启动和执行机构动作时间之和，一般为0.050.06s。,高压断路器和隔离开关是发电厂和变电站电气主系统的重要开关电器。高压断路器主要功能是：正常运行中时，倒换运行方式，把设备或线路接人电网或退出运行，起控制作用；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，起保护作用。,6.2高压断路器和隔离开关的原理与选择,高压断路器与高压隔离开关,高压断路器是开关电器中最为完善的一种设备（内部装有灭弧装置），其最大特点是能断开电器中负荷电流和短路电流。高压隔离开关的主要功能是保证高压电器及装置在检修工作时的安全，不能用于切断、投人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。,252kVSF6断路器,252kVSF6断路器,126kVSF6断路器,12kV真空断路器,40.5kV真空断路器,户内,6.2.1电弧的形成与熄灭,用开关电器切断通有电流的线路时，开关电器的动、静触头分离瞬间，触头间会出现电弧的电压、电流值：电源电压1020V，电流大于80100mA。电弧是导电的，电弧存在时，触头虽已分开，但是电路中的电流还在继续流通。只有电弧熄灭，电路才被真正断开。电弧之所以能形成导电通道，是因为电弧弧柱中出现了大量自由电子的缘故。,真空断路器的弧光,1电弧的形成和弧隙介质的游离与去游离,电弧是一种游离的气体放电现象。电弧的产生及维持是触头绝缘介质的中性质点（分子和原子）被游离的结果。游离中性质点转化为带电质点。电弧的形成过程就是气态介质或固态、液态介质高温气化后向等离子体态的转化过程。,电弧形成的物理过程,阴极发射电子弧隙气体原子游离阳极收集电子阴极发射大量电子，在电场的作用下趋向阳极方向从而构成阴极区的电流。阴极发射电子的机制有两种：热电子发射强电场电子发射弧隙间最初产生电子的主因。阴极表面电子发射只形成阴极区的电流，弧柱部分导电需要在弧柱区域也能出现大量自由电子，这就需要使弧柱区的气体原子游离弧隙气体原子游离的方式通常有两种：电场游离（碰撞游离）热游离电场游离（碰撞游离）形成电弧，热游离维持电弧燃烧。阳极收集电子或不但收集电子而且产生金属蒸气，向弧柱提供带电粒子。阳极的作用通常不象阴极那样重要。,电弧的熄灭,在电弧中热游离使得、e不断增多（同时）去游离使得、e减少电弧中游离、去游离同时存在，决定了弧柱导电性能的变化。热游离去游离电弧炙热燃烧热游离去游离电弧稳定燃烧热游离去游离电弧逐渐熄灭,去游离的形式,去游离游离的逆过程，正、负带电质点减少的过程。去游离包括复合、扩散两种方式,复合,复合指与e接近时，互相吸引成为中性原子失去带电性的过程。例：HeH由于和e速度相差太大，直接复合的几率很小；间接复合过程：通常e先附在原子上形成负离子，再与复合，如图：HeH表面复合过程弧区有金属物时，可吸引带电粒子使金属带电，再吸引相反电荷的粒子复合为中性粒子。弧区绝缘物，也可促进复合。,间接的空间复合在金属表面的复合,扩散,扩散弧柱中的带电粒子，由于热运动从弧柱中浓度较高的区域移动到弧柱周围浓度较低的区域的现象。扩散的结果，使弧柱中的带电粒子减少，对弧柱而言是一种去游离。电器中采用各种吹弧方式，就是为对弧柱起扩散的去游离作用。,阴极区、弧柱区和阳极区,电弧通常可以分为三个区域：阴极区、弧柱区和阳极区。阴极区：阴极区压降Uca弧柱区：弧柱区压降Uco阳极区:阳极区压降Uan电弧的电位和电位梯度分布图见图。Ua=Uca+Uco+Uan;=Uca+Eala+Uan;Ea电弧电位梯度；la电弧长度UaEala,阴极区、弧柱区和阳极区,通常阴极区的电位降有1020V，并与触头材料等有关。阴极区的长度很小，如在大气中只有10-4cm左右，因此电位梯度很大。阳极区的位降与阴极区的位降相近，长度稍长。弧柱长度与触头距离及电弧形状有关，弧柱电位降与电弧长度及所处介质的种类及状态（压力、流动情况等）等有关。弧柱的电位梯度一般不过几十伏上下最高几百伏，较阴极电位梯度小得多。,2交流电弧的熄灭,交流电弧的两大特点：（1）过零值自然熄灭；（2）有动伏安特性，电弧参数由于外界条件的改变（电路上的或周围介质状况的）而随t不断变化。由于弧柱的热惯性，电弧温度变化即热游离程度变化滞后于电流变化，因而电弧电压呈现图6一1所示的马鞍形。对应于正弦波电流，半个波内，电弧电压中间大部分平坦，只有在电流靠近零点，瞬时值很小时，电弧电压升高，呈现为电弧尖峰。图中A点是电弧产生时的电压，称为燃弧电压，而B点是电弧熄灭时的电压，称为熄弧电压。显然，由于介质的热惯性，燃弧电压必然大于熄弧电压。,(1)交流电弧的熄灭条件,交流电弧在电弧电流过零时自然暂时熄灭，弧隙中间同时存在着两个恢复过程，即介质强度恢复过程和电源电压恢复过程。1)弧隙介质强度恢复过程指在电弧电流过零时电弧熄灭时，弧隙的绝缘能力经一定时间从导电状态恢复到绝缘的正常状态的过程，以耐受电压Ud(t)表示。2)弧隙电压恢复过程指电弧电流自然过零后，电源施加于弧隙的电压，从不大的电弧熄灭电压逐渐增长，一直恢复到电源电压的过程，这一过程中的弧隙电压称为恢复电压，以Ur(t)表示。,弧隙介质强度恢复过程,弧隙介质强度Ud(t)主要由断路器灭弧装置的结构和灭弧介质的性质所决定，随断路器型式而异。目前，电力系统中常用的灭弧介质有油（变压器油或断路器油）、空气、真空、SF6等。图6一2示出其介质强度恢复过程的典型曲线。从图中可以看出：在t=0电流过零瞬间，介质强度突然出现Oa(0a、Oa”）升高的现象，称为近阴极效应。继后的介质强度的增长速度和恢复过程，将与电弧电流的大小、介质特性、触头分离速度和冷却条件等因素有关。,近阴极效应,在电弧过零之前，弧隙充满着电子和正离子，当电流过零后，弧隙的电极极性发生改变，弧隙中的电子立即向新阳极运动，而比电子质量大一千多倍的正离子则基本未动，从而在新阴极附近呈现正离子层空间，如图6一3所示。因其电导很低，显示出一定的介质强度，约在0.1一1p的短暂时间内有150一250V起始介质强度。这种近阴极效应特性，交流电弧远大于直流电弧，特别对交流低压电气设备的熄弧有利,弧隙电压恢复过程,弧隙介质强度和恢复电,弧隙电压恢复过程主要取决于系统电路的参数，即线路参数、负荷性质等。可能是周期性的或非周期性的变化过程。,(1)交流电弧的熄灭条件,熄灭电弧的条件为：弧隙介质强度恢复耐受电压大于电源恢复电压，即Ud(t)Ur(t)如果电源恢复电压高于介质强度耐受电压，弧隙就被电击穿，电弧重燃；反之，电弧便熄灭。,(2)高压断路器熄灭交流电弧的基本方法,电弧能否熄灭，决定于电弧电流过零时，弧隙的介质强度恢复速度和系统恢复电压上升速度的竟争。如果加强弧隙的去游离或减小弧隙电压的恢复速度，都可以促使电弧熄灭。现代高压开关电器中，广泛采用灭弧方法：参见P175P176,6.2.2断路器开断短路电流时的工作状态分析,1弧隙电压恢复过程分析电力系统的一条线路如图6-4(a)所示电路，k点短路时，断路器QF能否开断电路，取决于电弧电流过零自然熄灭后，介质强度的恢复与电源电压恢复的状态。交流电弧在电流过零值时暂时熄灭，断路器触头上出现的弧隙电压恢复过程是电路中的电磁暂态过程。分析如下（以最简单的单相短路为例）：设：电源G为中性点接地的电力系统，断路器QF带有并联电阻r（r亦可认为是熄弧后的弧隙电阻），R,L,C为一相电路元件参数，等值电路如图6一4(b)所示。,1弧隙电压恢复过程分析,当电弧电流过零时，由于u和i不同相位，此时电源电压存在一定的瞬时值Uo，称为开断瞬间工频恢复电压。熄弧后，断路器触头间从熄弧电压过渡到电源电压这一过程时很短，一般不超过几百微秒，可近似认为Uo不变，并以直流电源来代替。所以断路器电压恢复过程相当于电压为Uo的直流电源突然合闸于R,L,C串联电路，电容C两端的电压Uc变化过程，就是断路器触头之间的电压恢复过程，即Ur=UC，由等值电路图可得回路电压方程与节点电流方程；整理后，可得线性常系数微分方程：,1弧隙电压恢复过程分析(1),微分方程的通解为,考虑到：,可得Uc,可得Uc,代入,推导,1弧隙电压恢复过程分析(1),1弧隙电压恢复过程分析(2),微分方程的通解为：,1弧隙电压恢复过程分析,在周期性振荡过程中，触头弧隙的恢复电压最大值可达2Uo，如图6一6中曲线1所示。如计及Uro，则恢复电压最大值可达2Uo+Uro。在实际电路中，由于R、r的存在，将产生衰减，故恢复电路最大值一般小于2Uo。由此可见，如果电弧过零时，Uo恰为工频电源电压幅值时，则恢复电压的最大幅值将达到2倍电源电压振幅，从而在电路中便可能出现过电压。幅值系数及电压恢复速度是描述恢复电压的重要特征量。幅值系数是瞬态恢复电压的最大值与工频恢复电压最大值的比值，一般为1.31.6；电压恢复速度通常取固有振荡频率的半周期内电压恢复的平均速度，即,由式,可知：,1弧隙电压恢复过程分析(3),3）为恢复电压的临界情况，仍是非周期性的，且最大值不会超过工频电源电压的幅值，其恢复过程曲线与图6一5类似。可见，在电阻R很小的高压电网中，临界并联电阻为：当触头间并联电阻rrcr时，电压恢复过程为非周期性；当：rrcr时，电压恢复过程为周期性,1弧隙电压恢复过程分析(4),由分析可知：弧隙电压恢复过程，取决于电路的参数，而触头两端的并联电阻可以改变恢复电压的特性。当并联电阻的数值低于临界电阻时，将把具有周期性振荡特性的恢复电压过程转变为非周期性恢复过程，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。通常断路器触头间通过辅助触头接人几欧到几十欧的低值并联电阻，这可以使主触头间产生的电弧电流被分流或限制，使电弧容易熄灭，使恢复电压的数值及上升速度都降低，使可能的振荡过程变为非周期振荡，从而抑制了过电压的产生。,1弧隙电压恢复过程分析,在多个灭弧装置串联的积木式结构的断路器上，由于灭弧装置的导电部分与断路器底座和大地间分布电容的存在，使断路器开断电路时，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将出现不均匀现象，影响到整个断路器的灭弧能力。为此，通常在断路器的多断口（每一个灭弧室）上加装并联电容，只要电容量足够大（其电容量一般为10002000pF)，各断口上的电压分布就接近相等，从而保证了断路器的灭弧能力。,2不同短路形式对断路器开断能力的影响,断路器的弧隙恢复电压与线路参数和开断瞬间工频恢复电压Uo有直接关系，从而不同的短路形式将对断路器开断能力有着明显的影响。断路器在开断三相电路时，电弧电流过零便有先后。先过零的一相电弧熄灭，此相称为首先开断相。断路器开断短路故障时的工频恢复电压除与电力系统中性点接地方式、短路故障种类有关外，还因三相开断的顺序而异，其中首先开断相的工频恢复电压最高。断口电弧的熄灭，关键在于首先开断相。但是，后续开断相，燃弧时间将比首先开断相延长，相对来讲，电弧能量又较大，因而可能使触头烧坏、喷油、喷气等现象比首先开断相更为严重。,2不同短路形式对断路器开断能力的影响,断路器首先开断相开断时工频恢复电压最大值Uprml为或UprmlK1系统相电压幅值式中Usm电网的最高运行电压（线电压）；K1首先开断相开断系数，为首先开断相的工频恢复电压与相电压之比。1）开断单相短路K112）开断中性点直接接地系统中的三相短路K11.33）开断中性点不直接接地系统中的三相短路K11.54）开断中性点不直接接地系统中的异地两相短路K11.73,2不同短路形式对断路器开断能力的影响,开断中性点不直接接地系统中的三相短路电路分析:图6-7示出发生短路开断后，A相首先电流过零。此时，B,C相仍由电弧短接。A相断路器靠近短路侧触头的电位相当于B,C两相线电压的中点电位，由图6一7(b)可知可见，A相开断后断口上的工频恢复电压为相电压的1.5倍。在A相熄弧之后，由图6一7(b)可见，经过0.005s（电角度900)后，B、C两相的短路电流同时过零，电弧同时熄灭，在B,C两相弧隙上，每个断口将承受线电压的一半，即0.866倍相电压。,6.3高压断路器选择,1.断路器种类和型式的选择有DW、SW、SN、KW、ZN、SF6等型式。其特点参见P179表612.额定电压和电流选择：3.开断电流选择：开断时间小于0.1S，需要用短路全电流Ik进行验算：4.短路关合电流的选择：,6.2.3高压断路器选择,5.短路热稳定和动稳定校验6.发电机断路器的特殊要求发电机断路器与一般的输变电高压断路器相比，由于在电力系统中处于特殊位置及开断保护对象的特殊性，因而在许多方面有着特殊要求。对发电机断路器的要求可概括为三个方面：(1)额定值方面的要求。(2)开断性能方面的要求。(3)固有恢复电压方面的要求发电机断路器与相同电压等级的输配电断路器相比应满足许多高的要求，因此，对发电机断路器除了应满足现有的开关制造标准，还制定了发电机断路器的通用技术标准,6.2.4高压隔离开关的选择,隔离开关与断路器相比，额定电压、额定电流的选择及短路动、热稳定校验的项目相同。由于隔离开关不用来接通和切除短路电流，故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。隔离开关的型式较多按安装地点不同，可分为屋内式和屋外式；按绝缘支柱数目又可分为单柱式、双柱式和三柱式；V形隔离开关等。隔离开关的型式对配电装置的布置和占地面积有很大影响。隔离开关选型时应根据配电装置特点和使用要求以及技术经济条件来确定,6.3互感器的原理及选择,学习重点：,作用、原理、接线、运行特点。,误差及其产生的原因、准确级、额定容量。,互感器选择。,6.3互感器的原理及选择,互感器的作用：作为电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路信息的传感器。互感器将高电压、大电流按比例变成低电压和小电流（5,1A)，其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继电保护。互感器的安全性要求：互感器的每一个二次绕组必须有一可靠的接地，以防绕组间绝缘损坏而使二次部分长期存在高电压，从而确保工作人员在接触测量仪表和继电器时的安全。互感器的分类按用途分：有电流互感器，电压互感器两大类。按结构原理分：有电磁式（含电容分压式），非电磁式如电子式、光电式等新型互感器。目前应用主要是电磁式的。非电磁式，尚未进人广泛的工业实用阶段,6.3.1电磁式电流互感器,工作原理及运行特点工作原理与变压器相似。特点：(1)一次绕组串联在电路中，并且匝数很少，故一次绕组中的电流安全取决于被测电路的负荷电流，而与二次电流大小无关；(2)电流互感器的二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。（3）电流互感器在运行时，二次绕组严禁开路。,6.3.1电磁式电流互感器,电流互感器的额定电流比Ki为：电流互感器等值电路及相量图如图6一8所示。,1.电流互感器的误差,电流互感器的误差的定义可见电流互感器的误差可用励磁磁动势来表示。当相量图中的用表示时，则在横轴上的投影就是电流误差，在纵轴上的投影就是相位差。,1.电流互感器的误差,电流互感器的误差与二次阻抗、二次负载，铁心材料、结构的关系,6.3.1电磁式电压互感器,特别强调电流互感器在运行时，二次绕组严禁开路的原因：二次绕组开路时，电流互感器由正常短路工作状态变为开路工作状态，I20，励磁磁动势由正常为数甚小的I0N1；骤增为I1N1，铁心中的磁通波形呈现严重饱和的平顶波，因此二次绕组将在磁通过零时，感应产生很高的尖顶波电动势，其值可达数千伏甚至上万伏（与Ki1及I1大小有关），危及工作人员的安全和仪表、继电器的绝缘。由于磁感应强度骤增，会引起铁心和绕组过热。此外，在铁心中还会产生剩磁，使互感器准确级下降。,2.电流互感器的准确级和额定容量,我国电流互感器准确级和误差限值如表63所示。电流互感器的准确级根据测量时误差的大小来划分。（1）电流互感器的准确级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。（指在规定使用条件下使用时的最大可能误差）,2.电流互感器的准确级和额定容量,(2)保护型准确级。保护用电流互感器按用途可分为稳态保护用（P)和暂态保护用(Tp）两类。稳态保护用电流互感器的准确级常用的有5P和l0P。由于短路过程中一次电流i1，与二次电流i2：关系复杂，故保护级的准确级是以额定准确限值一次电流下的最大复合误差（）来标称的。所谓额定准确限值一次电流是指一次电流为额定一次电流的倍数，也称为额定准确限值系数。稳态保护电流互感器的准确级和误差限值见表64。,2.电流互感器的准确级和额定容量,暂态保护用电流互感器的淮确级分为TPX、TPY、TP、三个级别。随着电力系统电压等级的提高，系统短路时间常数大为增加，且500kV高压线路的负荷很大，为确保系统稳定，需要快速切除故障。此外，综合重合闸的运用，也都要求互感器在暂态过程中应有足够的准确级（误差不大于10%)，并能不受短路电流直流分量的影响。TPX、TPY、TP、三个级别，分别有不同的代表意义，参见P185,2.电流互感器的准确级和额定容量,(3)电流互感器的额定容量。电流互感器的额定容量S2N系指电流互感器在额定二次电流I2N和额定二次阻抗Z2N下运行时，二次绕组输出的容量，S2N=I22NZ2N。由于电流互感器的额定二次电流为标准值，为了便于计算，有的厂家常提供电流互感器的Z2N值。因电流互感器的误差和二次负荷有关，故同一台电流互感器使用在不同准确级时，会有不同的额定容量。,3电流互感器的选择,（1）种类和型式的选择（2）一次回路额定电压和电流的选择（3）准确级和额定容量的选择（4）热稳定和动稳定校验,电流互感器的种类和型式,按安装地点分：屋内、屋外式按安装方式分：穿墙式、支持式、装人式等。选用母线型电流互感器时应注意校核窗口尺寸。当一次电流较小（在400A及以下）时，宜优先采用一次绕组多匝式，以提高准确度；当采用弱电控制系统或配电装置（例如超高压配电装置）距离控制室较远时，二次额定电流应尽量采用1A（以减小电缆截面，提高带二次负荷能力及准确级）。强电控制系统二次额定电流用5A。,装入式电流互感器,电流互感器准确级和额定容量的选择,准确级和额定容量的选择要求：电流互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级（以保证测量仪表的准确度）；装于重要回路中的电流互感器的准确级不应低于0.5级（如发电机、调相机、变压器、厂用馈线、出线等回路）；对测量精度要求较高的大容量发电机、变压器、系统干线和500kV级宜用0.2级；对供运行监视、估算电能的电能表和控制盘上仪表的电流互感器应为0.5一1级；供只需估计电参数仪表的电流互感器可用3级。当所供仪表要求不同准确级时，应按相应最高级别来确定电流互感器的准确级,电流互感器准确级和额定容量的选择计算,互感器按选定准确级所规定的额定容量S2N应大于或等于二次侧所接负荷I22NZ2L，即式中，ra、rre分别为二次侧回路中所接仪表和继电器的电流线圈电阻（忽略电抗）；rc为接触电阻，一般可取0.1；rL为连接导线电阻。代人S=L/rL，得到在满足电流互感器准确级额定容量要求下的二次导线的允许最小截面为,电流互感器二次回路连接导线的计算长度Lc,Lc与仪表（或继电器）到互感器的实际距离L及电流互感器的接线方式有关。图6一9为电流互感器常用接线方式。图（a）用于测量一次侧三相负荷对称时的一相电流，Lc=2L；图（b）为星形接线，不计中性线电流，Lc=L，由于导线计算长度小，测量误差小，常用于110KW及以上线路和发电机、变压器等重要回路；图（c）为不完全星形接线，常用于35kV及以下电压等级的不重要出线，按回路的电压降方程，可得Lc=,6.3.2电压互感器,1.电磁式电压互感器2.电容式电压互感器3.电压互感器选择,1电磁式电压互感器,工作原理：电磁式电压互感器的和变压器相同。特点：(1)容量很小，类似一台小容量变压器，但结构上要求有较高的安全系数；(2)二次侧仪表和继电器的电压线圈阻抗大，互感器在近于空载状态下运行。(3)运行中绝不允许短路。,电磁式电压互感器的相量图及误差,误差定义式：,电磁式电压互感器的准确级,电磁式电压互感器的准确级是指在规定的一次电压和二次负荷变化范围内，负荷功率因数为额定值时，电压误差的最大值。我国电压互感器准确级和误差限值标准见表6一60由于电压互感器误差与二次负荷有关，所以同一台电压互感器对应于不同的准确级便有不同的容量。电压互感器的额定容量是指对应于最高准确级的容量。电压互感器还按照在最高工作电压下长期工作容许发热条件，规定了最大容量，参见P348附表9。,电磁式电压互感器分类,按安装地点分为屋内和屋外式；按相数分为单相和三相式，只有20kV以下才有三相式；按绝缘分为浇注式和油浸式，浇注式用于3一35kV，油浸式主要用于110KV及以上的电压互感器。油浸式电压互感器按其结构可分为普通式和串级式。3一35kV均制成普通式，与普通小型变压器相似。110KV及以上的制成串级式，其特点是：绕组和铁心采用分级绝缘，以简化绝缘结构，同时绕组和铁心放在瓷套中，大大提高了运行可靠性。,2电容式电压互感器,电容式电压互感器可以减小电磁式电压互感器的体积，降低成本，因其结构简单、重量轻、体积小、占地少、成本低，而且电压愈高效果愈显著，故广泛应用于110500KV。目前我国500kV电压互感器只生产电容式。,电容式电压互感器原理,电路、相量、误差范围原理：不计电路中的r1、r2、I0有：,由于Uc2与一次电压U1成比例变化，故可测出相对地电压，当C2两端与负荷接通时，由于C1、C2有内阻抗压降，使Uc2小于电容分压值(不是理想电压源)，负荷越大，误差越大。电容式电压互感器的误差除受U1、Z2L和。cos2：的影响外，还与电源频率有关，当系统频率变化超出50土0.5Hz范围时，由于L1/(C1+C2），因而会产生附加误差。电路中各元件的作用非线性补偿电感线圈L(XL=jL)串入，以获得理想电压源，即当L1/(C1+C2）时，输出电压Uc2与负荷无关。高频阻断线圈L(工频时L0)增设可抗干扰，减少互感器开口三角形绕组的不平衡电压，提高零序保护装置的灵敏度。E、E保护间隙保护当电压互感器二次侧方式短路时，数十倍于额定二次电流的短路电流在L、L上产生的共振过电压。,3.电压互感器选择,（1）种类和型式的选择（2）一次额定电压和二次额定电压的选择（3）容量和准确级的选择,6.3.3互感器在主接线中的配置原则,1.电压互感器配置原则2.电流互感器配置原则,6.3.3互感器在主接线中的配置原则,6.4限流电抗器的选择,普通电抗器和分裂电抗器的选择方法基本相同。一、额定电压和额定电流的选择二、电抗百分数的选择（电抗百分数：限流要求电抗相对与电抗器额定电抗的百分比）（一）普通电杭器的电杭百分数的选择(1)按将短路电流限制到一定数值的要求来选择(2)正常运行时电压损失U（）校验(3)母线残压校验,6.5高压熔断器的选择,1高压熔断器型式选择按安装条件及用途选择不同类型高压熔断器:屋外跌开式、屋内式。对用于保护电压互感器的高压熔断器应选专用系列。2高压熔断器额定电压选择UNUNS对于一般的高压熔断器UNUNS对于充填石英砂有限流作用的限流式熔断器3高压熔断器额定电流选择(1)熔管额定电流的选择。熔管额定电流熔体的额定电流即INftINfs(2)熔体额定电流的选择。保护35kV及以下电力变压器的高压熔断器INfsKImax式中K可靠系数，不计电动机自启动时K1.1一1.3，考虑自启动时K1.5-2.0，Imax变压器回路最大工作电流。保护电力电容器的高压熔断器的高压熔断器INfsKINc式中K一可靠系数，对限流式高压熔断器，当一台电力电容器时K=1.5一2.0，当一组电力电容器时K=1.3一1.80，Inc电容器回路的额定电流,6.6裸导体的选择,6.6.1导体选型6.6.2导体截面选择6.6.3电晕电压校验（自看）6.6.4热稳定校验（自看）6.6.5硬导体的动稳定校验6.6.6硬导体共振校验,6.6.1导体选型,导体通常由铜、铝、铝合金制成。载流导体一般使用铝或铝合金材料。纯铝材料的成型导体有：矩形、槽形、管形。铝合金材料导体有铝锰合金和铝镁合金两种，形状均为管形。铝锰合金载流量大，但强度较差，而铝镁合金载流量小，但机械强度大，其缺点是焊接困难，因此使用受到限制。铜导体只用在持续工作电流大，且出线位置特别狭窄或污秽对铝有严重腐蚀的场所。,6.6.1导体选型,硬导体截面常用的有矩形、槽形和管形。矩形导体一般只用于35kV及以下、电流在4000A及以下的配电装置中；单条矩形导体截面最大不超过1250mm2，以减小集肤效应，使用于大电流时，可将24条矩形导体并列使用。矩形导体的散热和机械强度与导体布置方式有关。因此，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。槽形导体一般用于40008000A的配电装置中；机械强度好，载流量大，集肤效应系数较小。管形导体用于8000A以上的大电流母线或要求电晕放电电压高的110KV及以上的配电装置中；集肤效应系数小、机械强度高，软导线常用的有钢芯铝绞线、组合导线、分裂导线和扩径导线，分裂导线和扩径导线多用于330kV及以上配电装置。,6.6.2导体截面选择,导体截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择。对年负荷利用小时数大（通常指Tmax5000h)，传输容量大，长度在20m以上的导体，如发电机、变压器的连接导体，其截面一般按经济电流密度选择。配电装置的汇流母线通常在正常运行方式下，传输容量不大，按长期允许电流来选择。,6.6.2导体截面选择,按长期允许电流选择的计算式：按经济电流密度选择的计算式：应尽量选择接近计算结果的标准截面。按经济电流密度选择的导体截面的允许电流还必须满足按长期允许电流选择的计算结果的要求,电流密度曲线,6.6.3电晕电压校验、6.6.4热稳定校验,电晕电压校验对110KV及以上裸导体，需要按晴天不发生全面电晕条件校验，即裸导体的临界电压Uc应大于最高工作电