裸导体的选择.ppt

1、第六章 导体和电气设备的原理与选择,第六节 裸导体的选择,一、导体材料、类型与布置方式选择,1导体的材料,铜：电阻率低，机械强度高，耐腐蚀性比铝强，但储量少，价格高。 铝：电阻率比铜高，机械强度低，耐腐蚀性较铜差，但储量高，价格低。 一般优先采用铝导体，在工作电流大，地方狭窄的场所和对铝有严重腐蚀的地方可采用铜导体。,一、导体选型,2导体的选型,常用硬导体的截面形状有矩形、槽形和管形。导体截面形状影响硬导体的散热、集肤效应系数和机械强度。 1) 矩形导体广泛用于35kV及以下，工作电流不超过4000A的屋内配电装置中，例如，主母线，连接导体和变压器及小容量发电机的引出线母线。当单条导体的载流量

2、不能满足要求时，每相可采用24条并列使用； 2) 槽形导体适用于35kV及以下，工作电流为40008000A的配电装置中，例如，100MW发电机的引出线母线； 3) 管形导体适用于8000A以上的大电流母线，例如，容量为200MW及以上的发电机引出线。对110kV及以上屋内外配电装置，采用硬母线时，应选用管形导体（防止电晕）。,一、导体选型,(2) 常用的软导线有钢心铝绞线、组合导线、空心导线、扩径导线和分裂导线。 1) 钢心铝绞线适用于35kV及以上的屋外软母线； 2) 组合导线用于中小容量发电机和变压器的引出线； 3) 空心导线、扩径导线和分裂导线直径大，可以减小线路电抗、减小电晕损耗和对

3、通讯的干扰，用于超高压母线和输电线路。220kV输电线路常采用两分裂导线。,一、导体选型,一、导体选型,220kV管形母线、支柱绝缘子,3导体的布置方式,导体的布置方式常采用三相水平布置和三相垂直布置。 对于矩形导体，图6-29a中导体竖放，散热条件好，载流量大，但机械强度较差； 图6-29b中导体平放，机械强度较高，但散热条件较差； 图6-29c为矩形导体三相垂直布置，它综合了图6-29a、b的优点。,图6-29,一、导体选型,二、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：,Imax KIal,Imax导体的最

4、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。,二、导体截面选择,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较大，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。经济截面用下式计算：,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由图6-17查得。,二、导体截面选择,图6-17 经济电流密度 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

5、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,图6-17,二、导体截面选择,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。,二、导体截面选择,三、电晕电压校验,1. 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

6、良影响。 2. 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。,三、电晕电压校验,四、热稳定校验,利用上式，取短时最高允许温度al计算短路终了时的A值得Ah，取短路前导体的工作温度w计算短路开始时的A值得Aw，定义热稳定系数为：,C达到上限值，若计及集肤效应系数KS影响，可得到满足热稳定的导体最小截面为,显然

7、，当所选导体截面SSmin时 ，由于短路电流热效应Qk保持不变，故导体短路时的温升不会超过短时最高允许温度。,C 可以根据短路前导体的工作温度由表6-9查出。,实际环境温度下，短路前导体的工作温度w的计算： 由长期发热计算公式得,两式两边相除再平方得：,、Ial实际环境温度和对应于实际环境温度的允许电流。,四、热稳定校验,五、硬导体的动稳定校验,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70106 Pa， 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

8、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。,五、硬导体的动稳定校验,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，见表6-3。,五、硬导体的动稳定校验,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L

9、 Lmax ，即可满足动稳定要求。,五、硬导体的动稳定校验,，,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：,但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选用表6-3中公式计算。,五、硬导体的动稳定校验,五、硬导体的动稳定校验,图6-30 双条平放矩形导体侧视图,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

10、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3050 cm左右装设一金属衬垫，如图6-30 所示。衬垫跨距Lb可通过动稳定校验条件来确定。,图6-30,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。,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。根据两平行导体电动力计算公式，并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：,五、硬导体的动稳定校

11、验,3)条间计算应力b（单位为Pa）的计算,边条导体所受的最大弯矩Mb（单位为Nm）为：,根据表6-3中的图可以看出，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，故边条导体的截面系数为W=b2h/6，因而条间计算应力b（单位为Pa）为,五、硬导体的动稳定校验,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 。,4)动稳定校验,五、硬导体的动稳定校验,5)用最大允许衬垫跨距Lbmax校验动稳定,令max=ph+b中max=al ，得条间允许应力bal=al-ph，代入式（6-24）得最大允

12、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，还应计算衬垫临界跨距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。,五、硬导体的动稳定校验,【例6-1】 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

13、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：,五、硬导体的动稳定校验,五、硬导体的动稳定校验,查矩形铝导体长期允许载流量表，每相选用2条100 mm10mm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。,（2）热稳定校验,短路电流热效应,五、硬导体的动稳定校验,短路前导体的