输配电技术-高压电气设备选择

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1、高压电气设备选择,电气设备选择的一般原则 开关电弧 高压开关设备选择 母线及绝缘子选择 限流电抗器的选择 互感器的选择,第一节 电气设备选择的一般原则,电气设备选择的一般原则 按正常工作条件下选择额定电流、额定电压及型号等， 按短路情况下校验开关的开断能力、短路热稳定和动稳定。,一、按正常工作条件选择电气设备 （1）环境 选择电气设备时还应考虑设备的安装地点、环境及工作条件，合理地选择设备的类型，如户内户外、海拔高度、环境温度及防尘、防腐、防爆等。 （2）电压 电气设备的额定电压电气设备的额定电压不得低于所接电网额定电压。 对于高压电气设备其最高允许电压为（1.1-1.15）UN,电网最高允许

2、的电压为1.1UNS,因此电气设备的额定电压UNUNS 我国普通电器额定电压是按照海拔1000m设计的，如果在高海拔区域，还要采取必要措施，增加电气设备的绝缘。,（3）电流 电气设备的额定电流IN应不小于该回路的最大长时负荷电流Ilo.m或计算电流Ica,即 IN Ilo.m 电气设备的额定电流时指规定环境温度为+40时，长期允许通过的最大电流。如果环境温度不一样，应对额定电流值进行修正。 当高于+40时，每增加1，额定电流减小1.8% 当低于+40时，每降低1，额定电流增大0.5%，但总的增加值不能超过额定电流的20%。,如果已知电气设备的最高允许工作温度，当环境最高温度高于40而且不超过6

3、0的时候，额定电流也可以按照下式进行修正,二、按短路情况进行校验 1热稳定校验 当短路电流通过电气设备时，电器的各部件温度（发热效应）应不超过短时允许的发热温度即：,2动稳定性校验 短路电流通过电器时，电气设备各部件应能承受短路所产生的机械力效应，不发生变形损坏，即,常用高压电器设备的选择与校验项目如表4-1所示,第二节 开关电弧,在断路器切断通有电流的回路时，只要电源电压大于10-20V，电流大于80-100mA,在动静触头分开瞬间，触头间隙会产生电弧。此时触头虽然分开，但是电路中的电流还在流通，只有电弧熄灭，电路才能真正断开。,一、电弧的形成,电弧是一种游离气体的放电现象 电弧的产生和维持

4、是触头间隙的绝缘介质的中性质点（分子和原子）被游离的结果。游离时指中性质点转化为带电质点的现象。电弧的形成就是气态介质或者液体介质高温气化后的气态介质向等离子体态的转化过程。 强电场发射是触点间隙最初产生电子的主要原因 在触电刚分开的瞬间，间隙很小，间隙的电场强度很大，阴极表明的电子被电场力拉出而进入触点间隙成为自由电子。,电弧的产生是碰撞游离所致 阴极表面发射的电子和触头间隙原有的少数电子在强电场作用下，加速向阳极移动并积累动能。当有足够大的动能的电子与介质的中性质点相碰撞的时候，产生正离子和新的自由电子，这种现象不断的发生的结果导致触头间隙的电子与正离子大量增加，定向移动形成电流，间隙被击

5、穿，电流急剧增大，出现光效应和热效应形成电弧。 热游离维持电弧的燃烧 电弧形成后，弧隙温度剧增，可达6000-10000C以上。高温使得弧隙中性质点获得大量的动能。这种热运动足以维持电弧的燃烧。,二、电弧的熄灭 在中性质点发生游离的同时，还存在着使带电质点不断减少的去游离。去游离分为：复合与扩散,1、复合 复合是指异性带点质点彼此的中和现象。复合速度与以下因素有关 带电质点浓度越大，复合几率越高 电弧温度越低，带电质点运动速度越慢 弧隙电场强度小，带电质点运动速度慢，复合几率高。,2、扩散 扩散是指带电质点从弧隙逸出进入周围介质中的现象。 扩散去游离主要有两种： 温度扩散。 弧隙与周围介质的温

6、差越大，扩散越强。用冷却介质吹弧或者电弧在周围介质中运行，可以增大电弧与周围介质的温差，加强扩散左右。 浓度扩散。 电弧与周围介质离子的浓度相差越大，扩散越强烈。当游离大于去游离时，电子与离子浓度增加，电弧加强；当游离与去游离相等时，电弧稳定燃烧；当游离小于去游离时，电弧减少以致熄灭。,三、交流电弧的开断 交流电弧电流每周期自然过零2次。在电流过零时，电弧暂时熄灭。因此，熄灭交流电弧就是让交流电弧过零后电弧不重燃。 交流电弧过零后是否重燃取决于： 1、电源加在弧隙上的恢复电压； 是指电源电压施加于弧隙上的电压从不大的熄弧电压逐渐增大直到电源电压的过程 2、弧隙介质强度的耐压能力的恢复情况； 是

7、指电弧电流过零时熄灭，而弧隙的绝缘能力要经过一定时间才能恢复到绝缘的正常过程。由开关电器灭弧装置的结构和灭弧介质的性质决定。,四、灭弧的基本方法 灭弧的基本方法就是加强去游离提高弧隙介质强度的恢复过程，或者改变电路参数降低弧隙电压的恢复过程。 主要方法有： 1、利用介质灭弧。 如六氟化硫 2、利用气体或者油吹动电弧 3、采用特殊的金属材料作灭弧触头。如铜钨合金、 银铜钨合金 4、电磁吹弧。,5、使电弧在固体介质的狭缝中运行 6、将长弧分隔成短弧 7、采用多断口灭弧 8、提高断路器触头的分离速度,第三节 高压开关设备选择,高压开关设备主要指高压断路器、高压熔断器、高压隔离开关和高压负荷开关等。

8、一、高压断路器的选择,具有完善的灭弧装置，是一种专门用于断开或者接通电路的开关设备。 正常运行时，将设备和线路接入或者退出运行，起着控制作用；当设备发生故障时，能快速切除故障回路，保证无故障部分正常运行，起到保护作用。,1、高压断路器的种类 按照灭弧介质分： 1）油断路器。 分为多油与少油两种。 多油断路器中的油起到绝缘和灭弧的作用，少油断路器的油只作为灭弧介质，可以产生横吹、纵吹以及机械运行引起的油吹的作用下，使电弧熄灭。 多油断路器油量大、体积大、钢材消耗多、动作慢、检修量大、安装搬运不方便，容易发生火灾，以及淘汰。 少油断路器具有结构简单、用油少、体积小、运行比较安全的特点。但是，由于少

9、油断路器性能差和油的易燃易爆性正逐步被淘汰。,少油断路器,多油断路器,2）六氟化硫断路器。 六氟化硫断路器是利用六氟化硫气体作为绝缘和灭弧介质的断路器。 由于六氟化硫优良的绝缘性能和灭弧性能，六氟化硫断路器发展迅速，可以在6-500kV系统使用，主要在110kV以上电力系统中使用。 根据灭弧室的结构分为： 压气式、自能灭弧式（悬弧式、膨胀式）、混合灭弧式。 LN1.LN2型为气压式的 LW3型户外式为悬弧灭弧结构,高压六氟化硫断路器,35kV六氟化硫断路器,3）真空断路器。 利用真空作为绝缘和灭弧介质的断路器。 按照安装地点的不一样，分为户内式和户外式。 真空断路器是无油改造的理想设备，主要在

10、35kV以下电力系统中使用真空断路器。,2、高压断路器的选择 除一般电气设备的选择原则外，还必须按断路器的功能校验其额定断流容量、额定关合电流等。 1）按工作环境选型 按照各类断路器的特点及使用环境、条件选择其形式、特殊工作条件、特殊形状等 2）按所在的电网电压选择 高压断路器的额定电压，应不小于所在电网的额定电压,3）按所在回路最大长时负荷电流选择额定电流 高压断路器的额定电流应不小于所在回路的最大长时负荷电流，即,4）校验断路器的热稳定 短路电流通过高压断路器时，满足热稳定的条件是各部件温度不超过短时允许发热温度，即,5）校验断路器的动稳定 短路电流通过高压断路器时，其各部分应能承受的短路

11、电流通过产生的机械力效应，不发生形变损坏，即,6）校验断路器的开断能力 高压断路器必须可靠的切除通过它的最大短路电流，其额定开断电流应不小于开断瞬间的最大短路电流，即,7）校验断路器的额定关合电流 在断路器合闸之前，如果线路上面已经存在短路故障，则在合闸过程中，动静触头在未接触时即有巨大的短路电流通过，触头更容易熔焊和受电动力的损坏。 为保证断路器在关合短路电流时的安全，断路器的额定关合电流不应小于短路电流最大冲击值，即,例题讲解：见书上4-1,二、高压负荷开关的选择 负荷开关（QL）是专门用于接通和断开负荷电流的开关设备。具有简单的灭弧装置和明显的断开点，可通断负荷电流和过负荷电流，具有隔离

12、开关的作用，但不能断开短路电流。,1、高压负荷开关的种类 产气式、压气式、真空式和SF6等 2、适用场合 无油化、不检修、要求频繁操作的场合，与熔断器配合可作为容量不大或者不重要用户的电源开关。 3、校验 额定电压、额定电流选择，按动、热稳定性校验。,fn12-12系列户内高压负荷开关,yb系高压真空负荷开关,户外交流高压真空隔离负荷开关,三、高压隔离开关的选择 压隔离开关（QS）是主要功能是隔离高压电源，以保证其他设备和线路的安全检修及人身安全。 隔离开关没有灭弧装置，不能带电拉、合闸。 与断路器配合使用时，必须保证“先通后断”。 通常应在隔离开关和断路器之间设置闭锁机构，以防误操作。,1、

13、高压隔离开关的种类 按安装地点分：户内式、户外式； 按有无接地开关分：不接地、单接地、双接地 2、适用场合 配合断路器使用，也可以通断一定的小电流。 3、校验 按电网电压、额定电流及环境条件选择，并按短路电流校验其动、热稳定性。,四、高压熔断器的选择 高压熔断器（FU）是一种过流保护元件，由熔件与熔管两部分组成。当过载或短路时，电流增大，其熔件熔断，达到切除故障保护设备的目的。 熔件通过的电流越大，其熔断时间越短。电流与熔断时时间的关系曲线叫做熔件的安-秒特性曲线。 在选择熔件时，除了保证在正常工作条件下熔件不熔断外，为了使保护具有选择性，还应使其安-秒特性符合保护选择性的要求。,安-秒特性曲

14、线,1、高压熔断器的种类 按安装地点分：户内式、户外式； 按灭弧方式：气体材料灭弧、石英砂灭弧 电流等级分：3.5、10、15、20、30、40、50、75等 2、校验 除按工作环境、电网电压、长时最大负荷电流选型外，还必须校验熔断器的断流容量，即,户外高压熔断器,rw10型高压跌落式熔断器,rn1 rn2熔管-高压熔断器,2、校验 限流式的熔断器，不能用在低于其额定电压的电网上，以免熔件熔断时电弧电阻过大而出现截流过电压。熔断器的额定电流有2个，即熔件和熔管的额定电流，即 所选熔件应在最大长时负荷电流及设备起动电流的作用下不熔断，在短路电流作用下可靠熔断；与上级保护装置的动作时限配合，以免保

15、护装置越级动作。熔断器的额定电流可按变压器额定电流的1.5-2倍选取。,五、高压开关柜的选择 高压开关柜属于高压成套配电装置。按一定的接线方式将同一回路的开关电器、母线、计量表计、保护电器及操动机构等组装在一个金属柜中，称为一套完整的配电装置。优点是：节省空间、方便安装、可靠供电、美化环境。,1、高压开关柜的种类 按结构形式分：固定式、移动式； 按作用分：进线柜、馈线柜、电压互感器柜、高压电容柜、电能计量柜、高压环网柜等。 2、选择 1）选择高压开关柜的型号 2）选择高压开关柜的回路方案编号,第四节 母线及绝缘子选择,一、母线的选择 母线的选择包括母线选型、截面积选择以及动热稳定校验 1、母线

16、的选择 母线选型包括材料、截面形状和布置方式 材料：铜、铝、铝合金等 截面形状：矩形、管型、多股绞线 布置方式：平放、竖放,1） 按最大长时负荷电流选择,2）按经济电流密度选择母线截面,2、选择母线截面积选择,3、按短路条件进行校验 1） 母线热稳定性校验 所选母线的截面应不小于最小热稳定截面。即 2） 母线动稳定性校验 母线材料允许应力应不小于短路电流作用母线上的电动应力,二、母线支柱绝缘子和套管绝缘子的选择 支柱绝缘子对着母线起着支持、固定与绝缘的作用，母线穿过建筑物或者其他物体时要用套管绝缘子。,1、支柱绝缘子的选择 按照使用地点分为户内式和户外式。 1） 额定电压的选择 支柱绝缘子的额定电压不小于所在电网的电压，即 2）支柱绝缘子动稳定性校验 按最大允许力Fal进行校验，即,2、套管绝缘子的选择 套管绝缘子按是否带导体分为普通型和母线型。 普通型套管绝缘子应按使用地点、额定电压、额定电流选择，并按照短路条件校验其动、热稳定性。 母线型套管绝缘子，因本身不带导体所以不按照额定电流选择，但应保证套管绝缘子形式和母线尺子相