注册电气工程师辅导之电气设备选择

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1、 4.13 电气设备选择4.13 电气设备选择 考试大纲 13.1 掌握电气设备选择和校验的基本原 则和方法 13.2 了解硬母线的选择和校验的原则和 方法 4.13.1 电气设备的选择原则与方法电气设备的选择原则与方法 1按正常工作条件选择额定电压和额定电流 （1）额定电压和最高工作电压 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，故所选电气设备允许最高工作 电压不得低于所接电网的最高运行电压，即 （4-14-1） 一般电气设备允许的最高工作电压：当额定电压在 220kV及以下时为1.15；额定电压为330500kV时为1.1。 而实际电网运行的，一般不超过1.1

2、，因此在选择设备 时，一般可按照电气设备的额定电压不低于装置地点电 网额定电压的条件选择。 maxy U maxg U maxmaxgy UU 4.13.1 电气设备的选择原则与方法电气设备的选择原则与方法 （2）额定电流 电气设备的额定电流是指在额定周围环境温度下，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 （4-14-2） 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

3、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它回路转移过来的负荷。 maxy I maxg I maxmaxgy II Ng II05. 1 max = N I maxg I maxg I maxg I 4.13.1 电气设备的选择原则与方法电气设备的选择原则与方法 （3）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、地震烈度和覆冰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。 我国目前生产的电气设备，设计时取周围空 气温度40作为计算值，若装置地点日最高气 温高于40，

4、但不超过60，最大连续工 作电流应适当降低，设备的额定电流应乘以温 度校正系数。 4.13.1 电气设备的选择原则与方法电气设备的选择原则与方法 温度修正系数： （4-14-3） 式中实际环境温度，取最热月平均最高气温，； 导体或电气设备正常发热允许最高温度（当 导作用螺栓连接时为70）； 温度修正系数。当时，每降低1允许 电流增加0.5，但总数不得超过20；当 时，每增高1允许电流应减 少1.8。 40 = n n K n K n C n 60 4.13.1 电气设备的选择原则与方法电气设备的选择原则与方法 2按短路情况来校验电气设备的动 稳定和热稳定 （1）短路热稳定校验 短路电流通过时，

5、导体和电器各部件 温度（或发热效应）应不超过允许值。 热稳定校验应选择两相短路和三相短路 中最严重的一种作为计算依据。 4.13.1 电气设备的选择原则与方法电气设备的选择原则与方法 或（4-14-4） 式中规定的电气设备在时间 s内的热稳定电流， kA。在指定时间内短路电流不会使电气设备 发热超过设备允许的最大短时温度的电流； 与对应的时间，s； 短路稳态电流，kA； 假想时间，s。取距离短路点最近的继电保 护装置的主保护动作时间与断路器固有动作 时间之和，如主保护装置有保护死区，假想 时间可根据该保护区短路故障的后备保护装 置的动作时间来校验。 jxt tItI 22 t t II jx

6、t t It I t t I jx t 4.13.1 电气设备的选择原则与方法电气设备的选择原则与方法 （2）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。动稳定校验应以三 相短路电流为计算类型，并应满足下式要求： 或（4-14-5） 式中、厂家规定的电气设备极限通过电 流的有效值和峰值，kA； 、 按三相短路计算所得的冲击电流 的有效值和瞬时值，kA； ）（3 maximp II ）（3 maximp ii max I max i ）（3 imp I ）（3 imp i 4.13.1 电气设备的选择原则与方法电气设备的选择原则与方法 （3）按三相短路容量来校

7、验开关电器的断流能力（遮 断容量） （4-14-6） 式中、制造厂提供的在额定电压下允许的开断 电流，kA；允许的断流容量，MVA； 、电器设备安装处的短路电流，kA；短路 容量，MVA。 铭牌断流容量值所规定的使用条件，一般的断路器如 用于高海拔地区、矿山井下，或电压较低的电网中，都 要降低断流容量值。当断路器采用手动操动机构或自动 重合闸装置时，其遮断容量应下降到原来的额定值的60 70。 ktd ktd SS II kt I kt S d I d S 4.13.2 硬母线的选择与校验硬母线的选择与校验 硬母线一般按下列各项进行选择和校验： （1）导体材料 （2）类型和敷设方式 （3）导体

8、截面电晕 （4）热稳定 （5）动稳定 （6）共振频率 4.13.2 硬母线的选择与校验硬母线的选择与校验 1母线的选型 工业上常用的硬母线截面为矩形，槽形和管形。 （1）矩形母线散热条件较好，有一定的机械 强度，便于固定和连接，但集肤效应较大。为避 免集肤效应系数过大，单条矩形母线的截面最大 不超过1250mm2。当工作电流超过最大截面单 条母线允许电流时，可用24条矩形母线并列使 用。但由于集肤效应的影响，多条母线并列的允 许载流量并不成比例增加，故一般避免采用4条 矩形母线。矩形导体一般只用于35kV及以下，电 流在4000A及以下的配电线路中。 4.13.2 硬母线的选择与校验硬母线的选

9、择与校验 （2）槽型母线机械强度较好，载流量较大， 集肤效应系数也较小。槽型母线一般用于4000 8000A的配电装置中。 （3）管形母线集肤效应系数小，机械强度高， 管内可以通水和通风，用此，可用于8000A以 上的大电流母线。另外，由于圆管形表面光滑， 电晕放电电压高，因此可用作110kV及以上配 电装置母线。 母线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确定。 4.13.2 硬母线的选择与校验硬母线的选择与校验 2母线截面选择 除配电装置的汇流母线按长期发热允许电流选择外， 其余导体的截面一般按经济电流密度选择。 （1）按导体长期发热允许电流选择 导体所在电路中最

10、大持续工作电流应不大于导体长期 发热的允许电流，即 （4-14-7） 式中相应于导体允许温度和基准环境条件下导体 长期允许电流，A； 综合修正系数，裸导体的值与海拔和环境 温度有关。 maxmaxgy IKI maxy I K 4.13.2 硬母线的选择与校验硬母线的选择与校验 （2）按经济电流密度选择 按经济电流密度选择导体截面可使年计算费用最低。 年计算费用包括电流通过导体所产生的年电能损耗费、 导体投资（包括损耗引起的补充装机费）和折旧费、以 及利息等，对应不同种类的导体和不同的最大负荷年利 用小时数将有一个年计算费用最低的电流密度经济 电流密度（J）。 导体的经济截面可由下式决定： （

11、4-14-8） 式中正常工作时的最大持续工作电流，A。 J I S gmax = maxg I 4.13.2 硬母线的选择与校验硬母线的选择与校验 3母线截面的校验 （1）电晕电压校验 对于110220kV裸母线，可按晴天不发生全 面电晕条件进行校验，即裸母线的临界电压应大 于最高工作电压 （4-14-9） 对于330500kV超高压配电装置，电晕是选 择导线的控制条件。要求在1.1倍最高运行相电 压下，晴天夜间不发生可见电晕。选择时应综合 考虑导体直径、分裂间距和相间距离等条件，经 技术经济比较，确定最佳方案。 maxglj UU 4.13.2 硬母线的选择与校验硬母线的选择与校验 （2）热

12、稳定校验 按正常电流选出导体截面后，还应按热稳定进 行核验。根据短路电流的热效应，并计及集肤效 应系数，当导体通过短路电流，在假想时间 的情况下，与导体最高允许加热温度所对应的 截面为最小允许截面。 （4-14-10） 式中热稳定系数，与导体材料、结构及最 高允许温度、长期工作额定温度有关。 f K I jx t fjxK t C I S = min C 4.13.2 硬母线的选择与校验硬母线的选择与校验 （3）动稳定校验 1）单条母线的应力按照母线在支持绝缘子上 固定的形式，通常假定母线为自由支承在绝缘子 上的多跨距、载荷均匀分布的梁，在电动力的作 用下，母线所受的最大弯矩。 当矩形导体水平

13、置放时，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宽度。 2）当母线由多条组成时，母线上的最大机械 应力由相间作用应力和同相各条间的作用力合成。 4.13.2 硬母线的选择与校验硬母线的选择与校验 3）110kV及以上单根圆管形母线由于截面大、跨距 长，母线自重及母线上各种集中荷载（如引下线或单柱 式隔离开关的静触头）所产生的应力已不能忽略不计， 并应验算母线的挠度。当母线装在屋外时，还应计及风 力和覆冰所产生的应力。 屋外管形母线上的荷载按其作用时间可分为长期荷载 和短路时的荷载两种。长期荷载也称正常

14、荷载，它包括 母线自重、集中荷载、风荷载及冰荷载，由于它们并非 同时出现，因此需要合理决定它们的组合作用。一般可 按两种组合计算：母线自重、集中荷载和最大风荷载 组合；母线自重、集中荷载、覆冰和覆冰时风荷载 （一般取510m/s）组合。取其中大者作为母线正常 状态下的最大荷载。短路时的荷载包括：母线自重、集 中荷载、短路电动力和风荷载（一般取正常状态下最大 风速的一半，但不小于15ms）。 4.13.2 硬母线的选择与校验硬母线的选择与校验 （4）母线共振的校验 当母线的自振频率与电动力交变频率一致或 接近时，将会产生共振现象，增加母线的应力。 因此，对于重要回路（如发电机、变压器及汇 流母线

15、等）的母线应进行共振校验。 当自振频率无法限制在共振频率范围之外时， 母线受力必须乘以动态应力系数，值可由曲 线查得。 4.13.2 硬母线的选择与校验硬母线的选择与校验 4封闭母线的选择 凡属定型产品的封闭母线，制造厂将提供有关 封闭母线的额定电压、额定电流、动稳定电流和 短时稳定热电流等参数，因此可按电器选择一般 条件中所述方法来进行选择和校验。由于各个工 程的封闭母线布置情况不同，所连接的发电机、 变压器、配电装置的标高和连接要求也不相同， 因此，还要向制造厂提供封闭母线的平断面布置 图，供制造厂进行布置和连接部分设计。当选用 非定型封闭母线时，应进行导体和外壳发热、应 力以及绝缘子抗弯的计算，并进行共振校验。