发电厂电气装置第四讲电气设备的选择

1、 杭州电子科技大学自动化学院杭州电子科技大学自动化学院 电气工程与自动化电气工程与自动化 章坚民章坚民 发电厂电气装置发电厂电气装置 第四讲第四讲 电气设备的选择电气设备的选择 第六章第六章 电气设备的选择电气设备的选择 选择理论基础：载流导体的发热和电动力选择理论基础：载流导体的发热和电动力 （1 1）电气设备选择的一般条件）电气设备选择的一般条件 （2 2）母线、电缆的选择）母线、电缆的选择 （3 3）绝缘子的选择）绝缘子的选择 （4 4）高压断路器、隔离开关）高压断路器、隔离开关 （5 5）高压负荷开关和高压熔断器的选择）高压负荷开关和高压熔断器的选择 （6 6）限流电抗器的选择）限流电

2、抗器的选择 （7 7）互感器的选择）互感器的选择 第六章第六章 电气设备的选择电气设备的选择 以下是简单复习以下是简单复习 载流导体发热与电动力效应，在第二 章已讲过，但这是电气设备选择的主 要依据 发热和电动力对电气设备的影响 导体的发热和散热 提高导体载流量的具体措施 两平衡导体间的电动力计算 三相短路时的电动力计算 考虑母线共振影响时对电动力的修正 发热和电动力对电气设备影响 电气设备在运行中的两种工作状态 第一，正常工作状态 指运行参数都不超过额定值，电气设备 能够长期而经济地工作的状态。 第二，短路时工作状态 指电力系统中发生短路故障时，电气设 备要流过很大的短路电流，在短路故障 被

3、切除前的短时间内，电气设备要承受 短路电流产生的发热和电动力的作用。 电气设备工作中的损耗电气设备工作中的损耗 第一，“铜损”，即电流在导体电阻中的 损耗； 第二，“铁损”，即在导体周围的金属构 件中产生的磁滞和涡流损耗； 第三，“介损”，即绝缘材料在电场作用 下产生的损耗。 这些损耗都转换为热能，使电气设备的温 度升高。本章主要讨论铜损发热问题。 载流导体的发热载流导体的发热 当电器和载流导体通过电流时，有部分电能以不同的 损耗形式转化为热能，使电器和载流导体的温度升高，这 就是电流的热效应。 q=i2rt(j) r=kfrdc 式中 i 通过的电流(a)； t电流作用的时间(s)； r电阻

4、，如为直流电路，即为直流欧姆电 阻 rdc； kf集肤系数，其大小与电流的频率、导 体的形状和尺寸有关，在大截面母线中，其影响往往不可 忽略，而对于绞线和空心导线，通常都可以认为kf=1。 载流导体的发热载流导体的发热 二、均匀载流导体的长期发热与允许电流的计算二、均匀载流导体的长期发热与允许电流的计算 电器或载流导体在未通过电流时，其温度和周围介质温 度相同。当通过电流时，由于发热，使温度升高，并因此 与周围介质产生温差，热量将逐步有部分电能以不同的损 耗形式转化为热能，使电器和载流导体的温度升高，这就 是电流的热效应。 温升起始阶段上升很快，随时间的延长，其上升速度逐渐 减小。 对于某一导

5、体，当通过不同的电流时，由于发热量不同， 稳定温升也就不同。 达到稳定温升的时间，实际上，当t(34)t时，其温升值 即可按稳定温升计算。 根据导体持续发热的条件，当导体的稳定温升小于或等于 导体持续发热时的允许温升时，可认为是热稳定。可以求 出该导体正常运行情况下最大允许电流。 电气设备工作时两种发热和不良影响电气设备工作时两种发热和不良影响 长期发热 电气设备由正常工作电流引起的发热称 为长期发热。均匀导体持续发热时温升 与时间的关系式： 0为初始温升， k称为稳定温升，其值为 t为发热常数，与导体材料和几何尺寸 有关。 0 （1 1）温升过程是按指数曲线变化 ； （2 2）同一导体，当通

6、过的电流不同，发热量不 同，稳定温升也就不同 ； （3 3）大约经过（3-4）t的时间，导体的温升即 可认为已趋近稳定温升w w 载流导体的发热载流导体的发热 三、短路时载流导体的发热计算三、短路时载流导体的发热计算 由于短路发热过程很短，可近似认为是一个绝热过程。在短路 电流存在的极短时间内，载流导体内的温度从起始温度以很快的速度 上升到最大值，在短路故障切除后，导体温度由最大值经自然散热逐 步下降到周围环境温度。 发热等值时间法，是令： 故t5s时发热等值时间: fztztzfit t ztdt qqitdiq 2 0 2 )( ept t ztzt tidiq 2 0 2 )5( )5(

7、 ttt ep ep 载流导体的发热载流导体的发热 三、短路时载流导体的发热计算三、短路时载流导体的发热计算( (续续) ) 50mw以下的发电机短路电流周期分量平均运算曲线作出的，应 用于更大容量的发电机，势必产生较大误差。这时最好采用近似数 值积分法。 求近似数值积分的方法有分段矩形法、分梯形法和抛物线法。 上式中的系数依此为1、10、1，故亦简称1101公式。 短路电流非周期分量在t(s)内的热效应 )10( 12 22 )2/( 2 zttzzzt iii t q 2 zfifzt itq 短时发热 由短路电流引起的发热称为短时发热。 短时发热对电气设备造成以下几种不良 影响。 （1

8、1）机械强度 下降。 （2 2）接触电阻 增加。 （3 3）绝缘性能 下降。 电气设备流过短路电流时的危害 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。 巨大的电动力可能使开关电器的触头 瞬间解除接触压力，甚至发生斥开现 象，导致设备故障。 第一, 第二, 第三, 导体的发热和散热 导体的发热 导体的发热主要来自导体电阻损耗的热 量和太阳日照的热量。 （1）导体电阻损耗的热量qr； （2）太阳日照产生的热量。 导体的散热 散热的过程实质是热量的传递过程，其

9、 形式一般由三种: （1）导热。 （2）对流。 （3）辐射。 提高导体载流量的措施 第一，减小导体电阻。 采用电阻率较小的材料作导体； 减小导体的接触电阻（rj）； 增大导体的截面积(s)。 第二，增大导线截面积。 第三，提高换热系数。 加强冷却；如改善通风条件、采用 强制通风或采用sf6等专用介质。 室内裸导体表面涂漆。 载流导体的电动力载流导体的电动力 载流导体之间将产生电动力的相互作用，这就是载流导体 的电动力效应。 载流导体间的作用大小，可用比奥沙瓦定律计算， 其方向可以由左手定则确定。 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

10、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。 两平衡导体间的电动力 两平行导体通过电流时，因磁场相互作用 而产生电动力，方向与所通过的电流的方向有 关。如图当电流的方向相反时，导体间产生斥 力；而当电流方向相同时，则产生吸力。 一、两导体之间的作用力 根据比奥沙瓦定律，导体间的电动力为 二 、两导体之间的电动力 式中i1 1、i2 2分通过两平行导体的电流（a）； l该段导体的长度（m）； a两根导体轴线间的距离（m）； kx x形状系数。 形状系数表示实际形状导体所受的电动力

11、 与细长导体（把电流看作是集中在轴线上）电 动力之比。 三相短路时的电动力计算 三相短路时，每相导体所承受电动力等于 该相导体与其它两相之间电动力的矢量和。三 相导体布置在同一平面时，各相导体所通过电 流不同，故边缘相与中间相所承受电动力也不 同。 一、三相短路时各相的作用力 发生两相短路时，最大电动力为 两相短路时的最大电动力小于同一 地点三相短路时的最大电动力。 结论： 用三相短路时的最大电动力校验电 气设备的动稳定。 第一, 第二, 共振影响对电动力的修正 把母线看成多跨的连续梁，频率为 一、母线的一阶固有振动频率 式中 nf f频率系数； l跨距，m； e导体材料的弹性摸具，pa； 导

12、线断面二次矩，m4 4； m导线单位长度的质量，kg/m。 二、频率系数nf的确定 nf f根据导体连续跨数和支撑方式决定，其值 如下表所示。 导体不同固定方式时的频率系数 值 f n 三、考虑振动影响后的电动力 当一阶固有振动频率f1在30-160hz范围内时， 因其接近电动力的频率产生共振，导致母线 应力增加，用动态应力系数修正，故电动力 为 第一，单条导体及一组中各条导体35-135hz 第二，多条导体及有引下线单条导体35-155hz 第三，槽形和管形导体30-160hz。 对于重要的导体，应使其固有频率在下述范 围以外： 6.1 6.1 载流导体的发热和电动力载流导体的发热和电动力

13、四、短路时载流导体间的电动力四、短路时载流导体间的电动力 当两根平行导体的电流方向相反时，两根导体之间将产生斥力；当两根平行导体 的电流方向相同时，两根导体之间将产生吸力；在三相系统中，作用于每相导体 上的电动力，由该导体中的电流和其他两相导体中电流所产生的相互作用力来决 定。经计算，三相系统中中间相受力最大。 可求得三相系统三相短路时电动力的最大瞬时值： 计入振动系数，水平放置在同一平面内的三相交流系统的母线，其最大作用力是： 式中 母线系统的振动系数。 进行母线机械强度计算时，可认为母线一端固定、受均匀荷载的多跨距连距梁。 在这种情况下，作用于母线上的最大弯矩 式中 相邻两个支柱绝缘子间的

14、跨距(m)。 )(1073. 110) 8 . 1 ( 1 72. 5 2772 max ni a li a f ch ch ).( 10 max max mn lf m ju ju l )(1073. 1 27 max ni a l f ch 正式开始 第一课 第一节第一节 电气设备选择的一般条件电气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。 6.2 6.2 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件 一、按正常工作条件进行选择导体和电器 1额定电压

15、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： 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 ；当额定电压为330500kv时为 。而实际电网 运行的 一般不超过 ，因此在选择设备时， 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： maxmaxgy uu ew u maxy u maxg u ewe uu e u15. 1 e u1 . 1 e u1 . 1 maxg u e u ew u 2额定电流 导体和电器的额定电流是指在额定周

16、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： 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,故 其相应回路的 ( 为电机的额定电流); 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。 0 y i e i maxg i maxmaxgy ii eg ii05. 1 max e i maxg i maxg i maxg i 6.2 6.2

17、电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件 3 3按当地环境条件校核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、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： 式中 k 修正系数； 导体或电气设备正常发热允许最高温度,当 导体用螺连接时, 。 0 y y y yy kiii 0 y c y 70 6.2 6.2 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件 二、按短路情况校验二、按短路情况校验 校验

18、最大短路电流下的热稳定和动稳定。校验最大短路电流下的热稳定和动稳定。 1 1、短路电流计算条件、短路电流计算条件 （1 1）选择计算电路）选择计算电路 选择每个电器设备的正常运行方式中的可能最选择每个电器设备的正常运行方式中的可能最 大短路方式的短路电流进行计算大短路方式的短路电流进行计算, ,即选择假设其最即选择假设其最 大的短路点大的短路点. . 由于设计的电气系统与外系统、负载有关；一由于设计的电气系统与外系统、负载有关；一 般要选择电力系统和变电所的最终容量（逐步扩般要选择电力系统和变电所的最终容量（逐步扩 建或负荷扩展，但原建部分设备不会改变其设计建或负荷扩展，但原建部分设备不会改变

19、其设计 参数。一般为工程建成后的参数。一般为工程建成后的5-105-10年）年） 二、按短路情况校验（续）二、按短路情况校验（续） 1 1、短路电流计算条件（续）、短路电流计算条件（续） （2 2）短路参数的选择）短路参数的选择 一般采用短路参数，多采用三相短路电一般采用短路参数，多采用三相短路电 流。若特殊回路，单相、两相短路比三相流。若特殊回路，单相、两相短路比三相 短路电流大，则应选择最严重的短路故障短路电流大，则应选择最严重的短路故障 来校验。来校验。 （3 3）短路点的选择。应选择通过导体或）短路点的选择。应选择通过导体或 电器的短路电流最大的那些短路点为计算电器的短路电流最大的那些

20、短路点为计算 点。点。 qf1 qf3 t2退出时 qf6 qf5断开 二、按短路情况校验（续）二、按短路情况校验（续） 1 1、短路电流计算条件（续）、短路电流计算条件（续） （4 4）短路计算时间的确定）短路计算时间的确定 短路最大电流导致的是电气设备的短时短路最大电流导致的是电气设备的短时 发热效应。因此短路持续时间发热效应。因此短路持续时间tktk需要获取需要获取 tk = t0 + tttk = t0 + tt t0 t0：主保护动作时间，一般可取：主保护动作时间，一般可取0.05-0.06s.0.05-0.06s. 如果主保护有死区时如果主保护有死区时, ,应取后备保护时间应取后备

21、保护时间. . tt: tt: 断路器全分闸时间断路器全分闸时间, ,由固定分闸时间和由固定分闸时间和 燃弧时间组成燃弧时间组成; ;可以采用中速动作断路器可以采用中速动作断路器 tt=(0.1-0.15s),tt=(0.1-0.15s),低速动作断路器低速动作断路器tt=0.2s tt=0.2s 二、按短路情况校验二、按短路情况校验( (续续) ) 2 2、短路热稳定校验、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) 应不超过制造厂提供的允许值,即满足热稳定的条件为： 或 式中 短路电流产生的热效应； 短路时导体和电气设备允许的热效应； 时间内允许通过的短时热稳定电流

22、(或短时 耐受电流) 。 teq为短路电流发热等值时间 kal qq titi t eq 22 k q al q t i 3 3、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： 或 式中 、 短路冲击电流幅值及其有效值； 、 允许通过动稳定电流的幅值和有效值。 下列几种情况可不校验热稳定或动稳定： (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。 (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

23、定 alsh ii alsh ii sh i sh i al i al i 第二节第二节 敞露母线及电缆的选择敞露母线及电缆的选择 母线的选择与校验母线的选择与校验母线选择的项目母线选择的项目 母线选择的项目一般包括：母线选择的项目一般包括： 母线材料、类型和布置方式; 导体截面; 热稳定; 动稳定等项进行选择和校验； 对于110kv以上母线要进行电晕的校验； 对重要回路的母线还要进行共振频率的校验。 导线经济电流密度 导线截面影响线路投 资和电能损耗，为了 节省投资，要求导线 截面小些；为了降低 电能损耗，要求导线 截面大些。 经济电流密度是指通 过各种经济、技术的 比较而得出的最合理 的电

24、流密度. 采用这一 电流密度可使线路投 资、线路损耗、运行 费用减少 母线的选择与校验母线的选择与校验母线的材料母线的材料 配电装置的母线常用导体材料有铜、铝和钢。铜的电阻 率低，机械强度大，抗腐蚀性能好，是首选的母线材料。 但是铜在工业和国防上的用途广泛，还因储量不多，价 格较贵，所以一般情况下，尽可能以铝代铜，只有在大电流 装置及有腐蚀性气体的屋外配电装置中，才考虑用铜作为母 线材料。 母线的选择与校验母线的选择与校验常用硬母线的类型常用硬母线的类型 常用的硬母线截面有矩形、槽形和管形。矩形母线常 用于35kv及以下、电流在4000a及以下的配电装置中。单条矩 形截面积最大不超过1250m

25、m2 2。当工作电流超过最大截面单条 母线允许电流时，可用小于4的几条矩形母线并列使用。 槽形母线机械强度好，载流量较大，集肤效应系数也较小， 一般用于40008000a的配电装置中。管形母线集肤效应 系数小，机械强度高，管内还可通风和通水冷却，因此，可用 于8000a以上的大电流母线。另外，由于圆形表面光滑，电晕 放电电压高，因此可用于110kv及以上配电装置。 母线的选择与校验母线的选择与校验母线的布置方式母线的布置方式 图为矩形母线的布置方 式示意图。当三相母线水平 布置时，图 (a)与图 (b) 相比，前者散热较好，载流 量大，但机械强度较低，而 后者情况正好相反。图(c) 的布置方式

26、兼顾了前二者的 优点，但使配电装置的高度 增加，所以母线的布置应根 据具体情况而定。 母线截面选择母线截面选择按最大长期工作电流选择按最大长期工作电流选择 除配电装置的汇流母线及较短导体(20m以下)按最大长期工 作电流选择截面外，其余导体的截面一般按经济密度选择。 母线长期发热的允许电流al al ， 应不小于所在回路的 最大长期工作电流max max，即 kal almaxmax 式中al al相对于母线允许温度和标准环境条件下导体 长期允许电流； k综合修正系数，与环境温度和导体连接方式等有关 母线截面选择母线截面选择按经济电流密度选择按经济电流密度选择 按经济电流密度选择母线截面可使年

27、综合费用最低，年 综合费用包括电流通过导体所产生的年电能损耗费、导体投 资和折旧费、利息等。从降低电能损耗角度看，母线截面越 大越好，而从降低投资、折旧费和利息的角度，则希望截面 越小越好。 综合这些因素，使年综合费用最小时所对应的母线截面 称为母线的经济截面，对应的电流密度称为经济电流密度。 表为我国目前仍然沿用的经济电流密度值。 母线截面选择母线截面选择按经济电流密度选择按经济电流密度选择 表 经济电流密度值 a/mm2 2 按经济电流密度选择母线截面按下式计算 式中 max max通过导体的最大工作电流，a； jec ec经济电流密度，a/mm2 2。 。 ec ec j i s max

28、 母线的选择与校验母线的选择与校验母线热稳定校验母线热稳定校验 按正常电流及经济电流密度选出母线截面后，还应按热 稳定校验。按热稳定要求的导体最小截面为 式中 短路电流稳态值 （a） ks s集肤效应系数，对于矩形母线截面在100mm2以 下，ks s=1。 teq热稳定计算时间，s。 c热稳定系数。 seq kt c i s min 母线的选择与校验母线的选择与校验母线热稳定校验母线热稳定校验 热稳定系数c值与材料及发热温度有关。c值如表所示。 母线的选择与校验母线的选择与校验母线动稳定校验母线动稳定校验 各种形状的母线通常都安装在支持绝缘子上，当冲击电 流通过母线时，电动力将使母线产生弯曲

29、应力， 因此必须 校验母线的动稳定性。 安装在同一平面内的三相母线，其中间相受力最大，即 式中 kf f母线形状系数，当母线相间距离远大于母线截面 周长时， kf f =1。其他情况可由有关手册查得。 l母线跨距，(m)；a母线相间距，(m)。 ish冲击电流的峰值, a m = fmax*l 为母线承受的最大弯矩. ）（n a l ikf chf 27 max 10732. 1 母线的选择与校验母线的选择与校验母线动稳定校验母线动稳定校验 w m ca 母线材料在弯曲时最大相间计算应力为 式中 m 母线所受的最大弯矩(n*m); w母线对垂直于作用 力方向轴的截面系数，又称抗弯矩（m3 3）

30、，其值与母线截面 形状及布置方式有关，对常遇到的几种情况的计算式列于下 页图中。 要想保证母线不致弯曲变形而遭到破坏，必须使母线的 计算应力不超过母线的允许应力，即母线的动稳定性校验条 件为 式中 al al一母线材料的允许应力，对硬铝母线alal =69mpa a; 对硬铜母线al al =137mpa,a,钢157mpa。 alca 母线的选择与校验母线的选择与校验母线动稳定校验母线动稳定校验 图图 母母 线线 抗抗 弯弯 矩矩 w w 计计 算算 表表 母线的选择与校验母线的选择与校验母线动稳定校验母线动稳定校验 f w l al 10 max alca 如果在校验时，不符合 ，则必须采

31、取措施减小母线的计 算应力，具体措施有： (1)将母线由竖放改为平放,使w增大；(2)放大母线截面，但会使 投资增加；(3)限制短路电流值能使大大减小，但须增设电抗器； (4) 增大相间距离a；减小母线跨距 l 的尺寸，此时可以根据母 线材料最大允许应力来确定绝缘瓷瓶之间最大允许跨距，即 式中 f1 1单位长度母线上所受的电动力（n/m）; w母线对垂直于作用力方向轴的截面系数. 当矩形母线水平放置时，为避免导体因自重而过分弯曲， 所选取的跨距一般不超过1.52m。考虑到绝缘子支座及引下线安 装方便，常选取绝缘子跨距等于配电装置间隔的宽度。 ）（mn a if sh / 1 10732. 1

32、27 电缆的选择与校验电缆的选择与校验电缆的基本知识电缆的基本知识 电缆的基本结构包括 导电芯、绝缘层、铅包 （或铝包）和保护层几个 部分。供配电系统中常用 的电力电缆，按其缆芯材 料分为铜芯和铝芯两大类。 按其采用的绝缘介质分油 浸纸绝缘和塑料绝缘两大 类。 电缆的选择与校验电缆的选择与校验电缆的基本知识电缆的基本知识 电缆制造成本高，投资大，但是具有运行可靠、不易受 外界影响、不需架设电杆、不占地面、不碍观瞻等优点。 电力电缆是根据其结构类型、电压等级和经济电流密度 来选择，并须校验以其最大长期工作电流、正常运行情况下 的电压损失以及短路时的热稳定进行。 短路时的动稳定可以不必校验。 电缆

33、的选择与校验电缆的选择与校验按按结构类型与额定电压结构类型与额定电压选择选择 1. 1. 按结构类型选择电缆（即选择电缆的型号）按结构类型选择电缆（即选择电缆的型号） 根据电缆的用途、电缆敷设的方法和场所，选择电缆的 芯数、芯线的材料、绝缘的种类、保护层的结构以及电缆的 其它特征，最后确定电缆的型号。常用的电力电缆有油浸纸 绝缘电缆、塑料绝缘电缆和橡胶电缆等。随着电缆工业的发 展，塑料电缆发展很快，其中交联聚乙烯电缆，由于有优良 的电气性能和机械性能，在中、低压系统中应用十分广泛。 2. 2. 按额定电压选择按额定电压选择 可按照电缆的额定电压un n不低于敷设地点电网额定电压 uns ns的

34、条件选择，即un nunsns 电缆的选择与校验电缆的选择与校验按按最大长期工作电流选择电缆截面最大长期工作电流选择电缆截面 一般根据最大长期工作电流选择，但是对有些回路，如 发电机、变压器回路，其年最大负荷利用小时数超过5000h， 且长度超过20m时，应按经济电流密度来选择。 （1 1）按最大长期工作电流选择）按最大长期工作电流选择 电缆长期发热的允许电流al al ， 应不小于所在回路的最 大长期工作电流max max，即k alal maxmax 式中 al al相对于电缆允许温度和标准环境条件下导体长 期允许电流； k综合修正系数。 电缆的选择与校验电缆的选择与校验按按经济电流密度选

35、择电缆截面经济电流密度选择电缆截面 经济电流密度选择电缆截面时： 按经济电流密度选出的电缆，必须按最大长期工作电 流校验。按经济电流密度选出的电缆，还应决定经济合理的 电缆根数，截面s150mm2 2时，其经济根数为一根。当截 面大于150 mm2 2时，其经济根数可按s/150决定。例如计算 出sec ec为200mm2 2，选择两根截面为120 mm2 2的电缆为宜。 为了不损伤电缆的绝缘和保护层，电缆弯曲的曲率半径 不应小于一定值。为此，一般避免采用芯线截面大于185 mm2 2的电缆。 ec ec j i s max 电缆的选择与校验电缆的选择与校验热稳定校验热稳定校验 电缆截面热稳定

36、的校验方法与母线热稳定校验方法相同。 满足热稳定要求的最小截面可按下式求得 式中 c与电缆材料及允许发热有关的系数，如表所示。 验算电缆热稳定的短路点按下列情况确定: （1）单根无中间接头电缆，选电缆末端短路;长度小于200m 的电缆，可选电缆首端短路。 （2）有中间接头的电缆，短路点选择在第一个中间接头处。 （3）无中间接头的并列连接电缆，短路点选在并列点后。 dz t c i s min 电缆的选择与校验电缆的选择与校验电压损失校验电压损失校验 正常运行时，电缆的电压损失应不大于额定电压的5%， 即 式中 s电缆截面（mm2 2） 电缆导体的电阻率， 铝芯=0.035mm2/m（50 ）；

37、 铜芯=0.0206mm2/m（50 ）。 %5%100 3 % max su li u n 第三次讲 一、一、绝缘子简介绝缘子简介 作为载流体之间或对地的绝缘外作为载流体之间或对地的绝缘外, ,用于固定或连接用于固定或连接 各种带电体各种带电体, ,分为分为 支柱绝缘子支柱绝缘子 户内支柱绝缘子户内支柱绝缘子 户外支柱绝缘子户外支柱绝缘子 套管绝缘子套管绝缘子 户内套管绝缘子户内套管绝缘子 户外套管绝缘子户外套管绝缘子 二、二、 基本设计原理（1） 绝缘子俗称瓷瓶，它是用来支持导线的绝缘体。 绝缘子可以保证导线和横担、杆塔有足够的绝缘。它 在运行中应能承受导线垂直方向的荷重和水平方向的 拉力

38、。它还经受着日晒、雨淋、气候变化及化学物质 的腐蚀。因此，绝缘子既要有良好的电气性能，又要 有足够的机械强度。绝缘子的好坏对线路的安全运行 是十分重要的。 绝缘子的电气性故障有闪络和击穿两种。闪络发生在 绝缘子表面，可见到烧伤痕迹，通常并不失掉绝缘性 能；击穿发生在绝缘子的内部，通过铁帽与铁脚间瓷 体放电，外表可能不见痕迹，但已失去绝缘性能，也 可能因产生电弧使绝缘子完全破坏。对于击穿，应注 重检查铁脚的放电痕迹和烧伤情况。 基本设计原理（2） 绝缘子按结构可分为支持绝缘子、悬式绝 缘子、防污型绝缘子和套管绝缘子。 绝缘子按其使用环境和地区，可分为普通 型和耐污型.其中耐污型产品根据伞形结构

39、的不同又分为双层伞耐污型.三层伞耐污型. 草帽耐污性和钟罩伞耐污型四种； 空气流无阻原理设计，具有风雨自扫自洁 性能好，积污速率低，易清扫等特点。钟 罩伞耐污悬式瓷绝缘子。 爬电距离： 基本设计原理（3） 大约是1个绝缘子是6-10kv，3个绝缘子是 35kv，7个绝缘子是110kv，11个绝缘子是 220kv。 每一节绝缘子大约承受电压1-2万伏。 电压等级越高，所需绝缘子片数就越多。通常 10kv只用1-2片绝缘子，35kv用2-4片， 110kv用10片，220kv用20片，550kv用50 片。 基本设计原理（4） 爬电距离：是指沿绝缘表面测得的两个导电器件之间， 或导电器件与设备界面

40、之间的最短距离，主要用来确 定绝缘子，如支持绝缘子的长度和绝缘子串的数量。 带电体到结构件之间的绝缘距离小，带电体仍然会沿 绝缘件表面放电，这叫爬电，很形象，好像是电能沿 表面爬过去。所以绝缘子必须要足够长，而且表面要 有“伞”，以增大这个距离，让电“爬”不过去。爬 电距离的大小和环境污秽等级有关系。污秽等级分为 四级，污秽等级越高，要求的距离越大，这个距离也 是根据电压线性增长的，叫做爬电比距，单位为 mm/kv。比如污秽三级时，安全的爬电比距为 25mm/kv，如对于220kv级的变压器，系统最高电 压为252kv，绝缘子（一般变压器行业称为套管）的 瓷套爬距必须大于25225=6300m

41、m。 绝缘子绝缘子简介简介 绝缘子俗称为绝缘瓷瓶,它广泛地应用在发电厂和变电 所的配电装置、变压器、各种电器以及输电线之中。用来 支持、悬挂和固定裸载流导体，并使裸导体与地绝缘,或者 用于使装置和电气设备中处在不同电位的载流导体间相互 绝缘。因此,要求绝缘子必须具有足够的电气绝缘强度、机 械强度、耐热性和防潮性等等。 绝缘子按安装地点,可分为户内(屋内)式和户外(屋外) 式两种。按结构用途可分为支持绝缘子和套管绝缘子。 支柱绝缘子支柱绝缘子户内式支柱绝缘子户内式支柱绝缘子 支柱绝缘子又分为户内式 和户外式两种。户内式支柱绝 缘子广泛应用在3110kv各种 电压等级的电网中。 户内式支柱绝缘子可

42、分 为外胶装式、内胶装式及联 合胶装式等三种 户外支柱绝缘子 有针式和实心棒式两 种。图所示为户外支 柱绝缘子结构图。主 要由绝缘瓷体2、4,铸 铁帽5和具有法兰盘的 装脚1组成。 套管绝缘子套管绝缘子户内式套管绝缘子户内式套管绝缘子 套管绝缘子简称为套管。套管绝缘子按其安装地点可分 户内式和户外式两种。 依其载流导体的特征可分为三种型式：采用矩形截面依其载流导体的特征可分为三种型式：采用矩形截面 的的 载流体、采用圆形截面的载流导体和母线型。载流体、采用圆形截面的载流导体和母线型。前两种套管载 流导体与其绝缘部分制做成一个整体，母线型套管本身不带 载流导体，使用时将原载流母线装于该套管矩形窗

43、口内。 套管绝缘子套管绝缘子户内式套管绝缘子户内式套管绝缘子 图为cme-10型母线式套管绝缘子结构，由瓷壳1、法兰盘2、金 属帽3等部分组成。金属帽3上有矩形窗口4,窗口为穿过母线的地 方,矩形窗口的尺寸决定于穿过套管母线的尺寸和数目。套管的 额定电流由穿过母线的额定电流确定。 套管绝缘子套管绝缘子户外式套管绝缘子户外式套管绝缘子 用于将配电装置中的户内载流导体与户外载流导体之间的 连接处，其两端的绝缘按户内外两种要求设计，图8中右端 为户内部分，表面结构平滑，无伞裙，为户内式套管绝缘子结 构；左端为户外部分，瓷体表面有伞裙，为户外式套管绝缘子 结构。 支柱绝缘子及穿墙套管的支柱绝缘子及穿墙

44、套管的选择选择 支柱绝缘子及穿墙套管的动稳定性应满足式的要求： fal alfcaca 式中 fal al 支柱绝缘子或穿墙套管的允许荷重。 fca ca 加于支柱绝缘子或穿墙套管上的最大计算力。 fal al可按生产厂家给出的破坏荷重fdbdb的60%考虑，即 fal al=0.6 fdbdb (n) 支柱绝缘子和穿墙套管的选择和校验项目见下表： 支柱绝缘子及支柱绝缘子及穿墙套管的选择穿墙套管的选择 即最严重短路情况下作用于支柱绝缘子或穿墙套管 上的最大电动力，由于母线电动力是作用在母线截面中心线 上，而支持绝缘子的抗弯破坏荷重是按作用在绝缘子帽上给 出的，如图9所示，二者力臂不等，短路时作

45、用于绝缘子 帽上的最大计算力为：fca ca=fmaxmax (n) 式中 fmax max 最严重短路作用于母线上的最大电动力。 h1 1 支柱绝缘子高度(mm)。 h 从绝缘子底部至母线水平中心线高（mm）。 b 母线支持片的厚度，一般竖放矩形母线 b=18mm；平放矩形母线b=12mm。 支柱绝缘子及穿墙套管的支柱绝缘子及穿墙套管的选择选择 计算fmax max的说明如下： 布置在同一平面内的三相母线(如图10)，在发生短路时， 支柱绝缘子及穿墙套管的支柱绝缘子及穿墙套管的选择选择 式中 a母线间距（m） lca计算跨距（m）。 对母线中间的支持绝缘子，lca 取相邻跨距之和的一 半。对

46、母线端头的支持绝缘子，lca 取相邻跨距的一半， 对穿墙套管，则取套管长度与相邻跨距之和的一半。 72 max 10732. 1 a l if ca ch 支持绝缘子所受的力为支持绝缘子所受的力为 一、高压断路器的选择 1。高压断路器形式选择 6-220kv电网， 选用少油断路器。 110-330kv电网，当少油断路器不能满足条件时，选 用sf6或空气断路器。 500kv，一般采用sf6断路器。 2。额定电压，应大于或等于所在电网的额定电压 3。额定电流，应大于或等于所在回路的最大工作电 流 4。开断电流的校验 额定开断电流inbr不应小于断路器灭弧触头分开瞬 间电路的短路电流有效值ikt 6

47、.4 6.4 高压断路器、隔离开关的选择高压断路器、隔离开关的选择 6.4 6.4 高压断路器的选择高压断路器的选择 一、高压断路器的选择（续） 5。短路关合电流的校验 在电力系统存在短路故障时，合闸十分容易产生触头熔焊和遭 受电动力损坏。因此其额定关合电流 ion不能小于短路电流的最 大冲击值ish。 6。短路时动稳定的校验 高压断路器允许通过的动稳定极限电流iesm应大于三相短路电 流的最大冲击值ish。 7。短路时热稳定的校验 高压断路器允许通过的热稳定条件是 其中 为断路器的短路稳态电流，a 短路电流等值时间。 eqt titi 22 i eq t 高压断路器应根据断路器安装地点、环境

48、和使用条件等 要求选择其种类和型式。真空断路器在35kv及以下电力系统 中得到了广泛应用，有取代油断路器的趋势。sf6断路器也 已在1035kv的城乡电网建设和改造中得到应用。 高压断路器的操动机构，大多数是由制造厂配套供应， 仅部分少油断路器有电磁式、弹簧式或液压式等几种型式的 操动机构可供选择。一般电磁式操动机构需配专用的直流合 闸电源，但其结构简单可靠；弹簧式结构比较复杂，调整要 求较高；液压操动机构加工精度要求较高。操动机构的型 式，可根据安装调试方便和运行可靠性进行选择。 在额定电压下，断路器能保证正常开断的最大短路电流 称为额定开断电流nbr。在高压断路器中其值不应小于实际 开断瞬

49、间短路电流周期分量k ，即 我国生产的高压断路器在做型式试验时，仅计入了20% 的非周期分量。一般中、慢速断路器，由于开断时间较长 (0.1s)，短路电流非周期分量衰减较多，能满足国家标准规 定的非周期分量不超过周期分量幅值20%的要求。使用快速 保护和高速断路器时，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%， 因此需要进行验算。 knbr ii 在断路器合闸之前，若线路上已存在短路故障，则在断路 器合闸过程中，动、静触头间在未接触时即有巨大的短路电流 通过（预击穿），更容易发生触头熔焊和遭受电动力的损坏。 断路器在关合短路电流时，不可避免地在接

50、通后又自动 跳闸，此时还要求能够切断短路电流，因此，额定关合电流 是断路器的重要参数之一。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incl不应小于短路电流最大冲 击值ich ， 即 chncl ii 隔离开关选择及校验条件除额定电压、电流、动热稳定校验外， 还应看其种类和形式的选择，其型式应根据配电装置特点和要 求及技术经济条件来确定。表2为隔离开关选型参考表。 例1 如图1所示降压变电所中一台变压器， 容量为7500kva，其短路电压百分值为 ud%=7.5，二次母线电压为10kv，变电所由 无限大容量系统供电，二次母线上短路电流 为 i“=i=5.5ka。作用于高压断路器的

51、定 时限保护装置的动作时限为s，瞬时动作 的保护装置的动作时限为0.05s，拟采用高 速动作的高压断路器，其固有开断时间为 0.05s，灭弧时间为0.05s，断路器全开断时 间则为top=0.05+0.05=0.1s，试选择高压断 路器与隔离开关。 解：所选断路器工作电流为 短路电流冲击值为 ich=2.55“=14（ka） 短路电流热效应的等值计算时间为 tk=t=tpop+top=1+0.1=1.1s1s，可忽略tk，则 tdz= tk=1.1s 根据上述计算选择户内sn10-10i-600型的高压断路器和 gn7-10-600型的隔离开关，经短路稳定性校验，均合格。 并选取cd10与cs

52、7-lt型操作机构。 )(433 103 7500 3 7500 max a u i n 高压负荷开关的选择 负荷开关的选择与高压断路器类似，但由 于其主要用来接通和断开正常的工作电流， 而不能开断短路电流，所以不检验短路开 断能力。 高压负荷开关的主要技术参数 高压负荷开关的选择 高压负荷开关的选择 变压器励磁涌流（1） 变压器励磁涌流是：变压器全电压充电时在其绕组 中产生的暂态电流。变压器投入前铁芯中的剩余磁 通与变压器投入时工作电压产生的磁通方向相同时， 其总磁通量远远超过铁芯的饱和磁通量，因此产生 极大的涌流，其中最大峰值可达到变压器额定电流其中最大峰值可达到变压器额定电流 的的6-8

53、6-8倍。倍。励磁涌流随变压器投入时系统电压的相角， 变压器铁芯的剩余磁通和电源系统地阻抗等因素而 变化，最大涌流出现在变压器投入时电压经过零点，最大涌流出现在变压器投入时电压经过零点 瞬间（该时磁通为峰值）瞬间（该时磁通为峰值）。变压器涌流中含有直流 分量和高次谐波分量，随时间衰减，其衰减时间取 决于回路电阻和电抗，一般大容量变压器约为5-10 秒，小容量变压器约为0.2秒左右。 变压器励磁涌流（2） 当变压器在停电状态时，变压器铁芯内部的磁 通接近或等于零，当给变压器充电时，铁芯内 产生交变磁通，这个交变磁通从零到最大叫做 铁芯励磁，我们把这一过程产生的电流叫做变 压器励磁涌流，这个电流要

54、高于变压器的额定 电流，从变压器的机械力、电动力到保护整定从变压器的机械力、电动力到保护整定 都要为躲过励磁涌流整定都要为躲过励磁涌流整定. . 对于一般的高压熔断器，其额定电压un n必须大于或等于 电网的额定电压uns ns。但是对于充填石英砂有限流作用的熔 断器，则不宜使用在低于熔断器额定电压的电网中则不宜使用在低于熔断器额定电压的电网中，这是因 为限流式熔断器灭弧能力很强，在短路电流达到最大值之前 就将电流截断，致使熔体熔断时因截流而产生过电压，其过 电压倍数与电路参数及熔体长度有关，一般在uns ns=un n的电 网中，过电压倍数约22.5倍，不会超过电网中电气设备的绝 缘水平，但

55、如在uns nsun n的电网中，因熔体较长，过电压值 可达3.54倍相电压，可能损害电网中的电气设备。 高压熔断器选择高压熔断器选择熔管额定电流选择熔管额定电流选择 熔断器的额定电流选择，包括熔管熔管的额定电流和熔体 的额定电流的选择。 （1 1）熔管熔管额定电流的选择额定电流的选择 为了保证熔断器载流及接触部分不致过热和损坏，高 压熔断器的熔管额定电流应满足下式的要求，即 式中 inft熔管的额定电流 infs熔体的额定电流 nfsnft ii 高压熔断器选择高压熔断器选择熔体额定电流选择熔体额定电流选择 （2 2）熔体熔体额定电流选择额定电流选择 为了防止熔体在通过变压器励磁涌流和保护范

56、围以外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的短路及电动机自启动等冲击电流时误动作，保护35kv及 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，即 式中 k可靠系数（不计电动机自启动,k=1.11.3， 考虑电动机自启动时k=1.52.0）； imax max电力变压器回路最大工作电流。 max kii nfs 高压熔断器选择高压熔断器选择熔体额定电流选择熔体额定电流选择 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，即 式中k可靠系数(对限流式高压熔断器

57、，当一台电力电容器 时k=1.52.0，当一组电力电容器时 k=1.31.8)； nc nc电力电容器回路的额定电流。 ncnfs kii 高压熔断器选择高压熔断器选择熔断器开断电流校验熔断器开断电流校验 式中 nbr nbr熔断器的额定开断电流 对于没有限流作用的熔断器，选择时用冲击 电流的有效值ch ch 进行校验；对于有限流作用的 熔断器，在电流达最大值之前已截断，故可不计 非周期分量影响，而采用i“进行校验。 ）（或 iii chnbr 高压熔断器选择高压熔断器选择熔断器选择性校验熔断器选择性校验 为使前后两级熔断器之间或 熔断器与电源保护装置之间动作 的选择性，应进行熔体选择性校 验

58、。如图7-4为两个不同熔体安 秒特性曲线（nfs1 nfs1 nfs2nfs2）， 同一电流同时通过此二熔体时， 熔体1先熔断。所以，为了保证动作的选择性，前一级熔体应 采用熔体1，后一级熔体应采用熔体2。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。 2 1 6.6 6.6 限流电抗器的选择（自学）限流电抗器的选择（自学） 6.7 6.7 互感器的选择互感器的选择 电流互感器作用 在电力系统中电流互感器的作用是把大电 流变成小电流，将连接在继电器及测量仪 器仪表的二次回路与一次电流的高压系统 隔离，并将一次电流变换到 5a 或 1a 两种 标准的二次电流值。 电流互感器

59、型号 电流互感器型号由以下几部分组成，各部分字母、符号表 示内容： 第一个字母：l电流互感器。 第二个字母：f风压式（pressure-type current transformer ） m母线式(穿芯式) 第三个字母：c瓷绝缘式；z浇注式。 第四个字母：b保护；d差动。 第一个字母：数字电压等级(kv)。 例如 lmz0.66表示用环氧树脂浇注的穿芯式电流互 感器 0.66kv。 注意事项 副边绕组必须可靠接地，以防止由于绝缘 损坏后，原边高电压传入危及人身安全。 副边绝对不容许开路副边绝对不容许开路。开路时互感器成了 空载状态，磁通高出额定时许多(1.4-1.8t), 除了产生大量铁耗损

60、坏互感器外，还在副 边绕组感应出危险的高压，危及人身安全。 电流互感器精度等级定义 互感器的精度是制造时就规定好的。常用的精度 是0.1级、0.5级、10p级。不同的负载使用不同的 精度。计量要求准确，使用0.1级。当发生短路时， 电流很大、考虑互感器线圈的磁饱和问题，所以 保护一般选择10p级。测量选用0.5级。 5p10,5p20,10p10,10p20 是电流互感器保护用绕 组的准确级标示。以该准确级在额定准确限值一以该准确级在额定准确限值一 次电流下所规定的最大允许复合误差百分数标称，次电流下所规定的最大允许复合误差百分数标称， 其后标以字母“p”(表示保护)。保护用电流互感器 的标准