9电气设备选择

《9电气设备选择》由会员分享，可在线阅读，更多相关《9电气设备选择（132页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 9.1 9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件 19.2 9.2 高压开关电器的选择高压开关电器的选择高压开关电器的选择高压开关电器的选择 29.3 9.3 互感器的选择互感器的选择互感器的选择互感器的选择 39.4 9.4 支柱绝缘子和穿墙套管的选择支柱绝缘子和穿墙套管的选择支柱绝缘子和穿墙套管的选择支柱绝缘子和穿墙套管的选择 49.5 9.5 母线和电缆的选择母线和电缆的选择母线和电缆的选择母线和电缆的选择 59 电气设备选择电气设备选择目目 录录1【知识目标知识目标】1了解电器和载流导体的发热及动力效应的计算；2掌握电气设备的一

2、般选择条件和具体设备选择校验的主要内容；3掌握主要设备的选择条件、方法和技巧。【能力目标能力目标】1能够计算短时发热；2能够对电力系统中的设备进行选择和校验。9 电气设备选择电气设备选择2正确地选择电气设备是保证电力系统安全、经济运行的重要条件之一。在进行电器的选择时，应该根据实际情况，在保证安全、可靠的前提下积极稳妥地采用新技术，并注意节省投资，合理选择电气设备。由于各种电气设备和载流导体的用途与工作条件不完全相同，因此它们各自的选择条件与方法也不完全相同，但是对它们在正常工作中的可靠性与短路时的稳定性等基本要求是一致的，故选择电气设备的一般条件相同。9 电气设备选择电气设备选择39.1 电

3、气设电气设备选择的一般备选择的一般条件条件9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件49.1.1.1 短路电流的热效应短路电流的热效应电器和载流导体中通过电流时，由于电器和载流导体存在着电阻，将会产生电阻损耗，将部分电能转化为热能，使电器和载流导体的温度升高，这就是电流的热效应。9.1.1 电气设备的长期与短时发热电气设备的长期与短时发热9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件5可用焦耳-楞次定律来计算其发热量： 式中I通过的电流，A； t电流作用的时间，s； R交流电阻，如果为直流电路，则为直 流电阻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

4、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。（J） () （9.1） 9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件6这些热能中的一部分使导体本身发热，温度升高，当温度升高超过一定值后，将损坏电气设备；另一部分热能因温差存在传导，以辐射或对流方式散失到周围介质中去。电器和载流导体过度发热将会产生以下影响：（1）金属材料的机械强度下降。 当电气设备使用温度超过规定允许值后，金属材料由于退火，机械强度将明显降低。9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件7（2）导体接触部分的接触电阻增加。在导体的接触连接处，当温度超过一定值时，接触部分连接表面会强烈

5、氧化，产生电阻率很高的氧化层（银的氧化层电阻不大），使接触电阻增加，引起接触部分温度继续升高，并将会产生恶性循环，可能导致接触处松动或烧熔。 （3）绝缘材料的绝缘性能降低。有机绝缘材料长期受到高温作用将逐渐变脆和老化，以致失去弹性和降低绝缘性能，使寿命大为缩短。9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件8电器和载流导体主要有两种发热情况，即正常工作情况下的持续发热和故障情况下的短时发热。这两种发热过程是不相同的，因此对电器和载流导体有不同影响，在这两种情况下的发热也就有不同的标准。为了安全运行，必须对电器和载流导体在正常和故障情况下的发热进行计算，并保证不超过相应的最高允许值。 9.

6、1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件9根据有关规定：导体的正常最高允许温度一般不得超过70；在计及太阳辐射（日照）的影响时，钢芯铝绞线及管形导体可按不超过80来考虑；当导体接触处有镀锡的可靠覆盖层时，允许提高到85，当有银的覆盖层时，可提高到95。导体通过短路电流时，短路的最高允许温度可高于正常最高允许温度，对硬铝及铝锰合金可取200，硬铜可取300。9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件109.1.1.2 导体发热的计算导体发热的计算（1）正常情况下持续发热的计算根据能量守恒定律，正常运行时电能损耗产生的热量等于导体本身吸收的热量加上导体散发的热量。对于均匀导体，其

7、持续发热的热平衡方程式是： 式中I通过导体的电流，A；R已考虑了集肤系数的导体交流电阻， ；q散热系数，W/(m2);（9.2） 9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件11M导体散热表面积，m2；导体温度，； j周围介质温度，；m导体质量，kg； c导体比热容，Ws/(kg)。当发热和散热达到平衡时，导体稳定于工作温度g，此时有： （9.3） 9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件12在规定散热条件下，当周围介质温度为额定值0e（我国现规定空气温度30、土壤温度25为载流导体的额定介质温度）时，使导体工作温度稳定于长期发热允许温度e的工作电流即为额定电流Ie ,此时

8、有：（9.4） 9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件13实际上，对于一定的载流导体，式（9.3）中Ie、e、0e等都是已知量，故工程中的发热计算通常集中为以下两个问题：已知周围介质温度0和工作电流Ig，求导体工作温度g；当周围介质温度0不等于额定介质温度0e时，求导体允许的工作电流Iy,即修正额定电流。 9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件14用式（9.3）除以式（9.4）得： 在式（9.5）中，若周围介质温度0不等于额定值0e，则导体允许的长期工作电流Iy（简称载流量）便不为Ie，此时有： （9.5） （9.6） 9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一

9、般条件15用式（9.6）除以式（9.4）得： 式中Ky导体载流量的温度修正系数，可查附 录九得到。（9.7） 9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件16（2）故障情况下的短时发热短时发热是指不超过十几秒的短路电流的发热。短时发热的电流大，发热功率更大，而散热功率相对较小，可以忽略。因此，短时发热可认为是一绝热过程，导体的发热全部变换为导体的内能，即： 式中id短路电流的瞬时值。（9.8） 9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件17短路时，由于导体温度的变化范围很大，这时，其电阻R和比热容C都不是常数，两者随温度变化的关系式是： 式中0温度为0时导体电阻率，； C0温

10、度为0 时导体的比热容， Ws/(kg)； 导体电阻温度系数，1/； 导体比热容温度系数，1/； l导体长度，m； S导体截面积，m2。)1(0CC+=bqq)1(0+=SlRaqrq（9.9） 9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件18也即是： 对其进行整理得： 对其两边积分整理得： 式中Qzt短路电流周期分量在t秒内的热效应； Qfzt短路电流非周期分量在t秒内的热效应。（9.11） （9.12） （9.10） 9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件19其中，周期分量可以有两种方法进行计算：一种是利用近似数值积分法（也称为1-10-1公式）计算，即：此法适用于大

11、容量的发电机（大于50MW ）的情况。另一种是利用发热等值时间法计算，即： （9.13） （9.14） 9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件20其含义是短路电流周期分量在短路电流作用时间内的热效应，与稳态短路电流在短路周期分量发热等值时间（假想）内的热效应相同，即： 令 ，则: 由此可见， 。按照具有自动电压调节器的发电机组的平均运算曲线，可以绘出曲线族，如图9.1所示。（9.16） （9.15） 9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件21图图9.1 具有自动电压调节器的发电机具有自动电压调节器的发电机短路电流周期分量发热等值时间短路电流周期分量发热等值时间 9.

12、1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件22当已知、t时，即可由曲线查得tjz。此曲线只绘至t=5s。当 t5s时，可以认为在5s以后的时间内，短路电流维持在I不再变化，故t5s时发热等值时间为: 系统为无限大电源时，短路电流的周期分量不衰减，所以其发热等值时间为： 短路电流非周期分量在t秒内的热效应计算公式为： （9.18） （9.19） （9.17） 9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件23其中Tfi为不同短路点的等效时间常数。通常取各支路中最大的Tfi作为等效时间常数。表9.1列出了不同短路点的等效时间常数推荐值。短短 路路 点点 （s）汽汽 轮 发 电 机机 端

13、端0.25水水 轮 发 电 机机 端端0.19高高压侧母母线主主变容量容量100MVA0.13主主变容量容量=40100MVA0.11远 离离 发 电 厂厂 处0.05表表9.1 不同短路点等效时间常数不同短路点等效时间常数Tfi的推荐值的推荐值9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件24电动力效应是指载流导体之间的磁场相互作用产生电动力。载流导体间的作用大小可用毕奥沙瓦定律计算，即作用于长度为l，通过电流为I，并位于磁感应强度为B、与该磁场的磁力线方向成角的载流导体上的电动力F为： 9.1.2 电器和载流体的电动力效应电器和载流体的电动力效应（9.20） 9.1 电气设备选择的一

14、般条件电气设备选择的一般条件25短路电流所产生的电动力将会产生很大的危害，具体表现在：（1）电器的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电器和导体的材料允许应力而变形，甚至损坏。（2）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。（3）使触头瞬间解除接触压力，甚至发生斥开现象，引发设备故障。电气设备耐受短路电流电动力的能力称为电动力的稳定性，简称动稳。9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件269.1.2.1 两根平行导体之间的电动力两根平行导体之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

15、根导体之间将产生吸力。其导体之间的作用力可以表示为：式中i1、i2通过平行导体的电流，A； l该段导体的长度，m；a平行导体轴线间的距离，m。 （9.21） 9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件27有时，两根平行导体间的间距并不比导体的几何尺寸大很多，按式（9.21）计算将产生很大的误差。在工程设计中，可以用形状系数K来修正。对于截面不是很大的圆形截面，K=1；矩形截面的形状系数可查图9.2。 （9.22） 9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件28图图9.2 决决定定矩矩形形界界面面母母线线形形状状系系数数的的曲曲线线 9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择

16、的一般条件299.1.2.2 三相系统中导体间的电动力三相系统中导体间的电动力在三相系统中，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。最大冲击力发生在短路后0.01s，且以中间相受力最大。三相系统三相短路时电动力的最大瞬时值Fmax为： 可以以式（9.23）作为校验母线电动力稳定性的依据。（9.23） 9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件30计入振动系数后，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。在进行母线机械强度计算时，可认为母线是一端固定、受均匀荷载作用的多跨距连距梁。在这种情况下，作

17、用于母线上的最大弯矩Mmax为： （9.25） （9.24） 9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件31式中lju相邻两个支柱绝缘子间的跨距，m。其最大计算应力max为：式中W母线的截面系数，m3，其值与母线的截面形状及布置形式有关，可查相关手册得到。 （9.26） 9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件32若母线最大计算应力maxxu，则可认为短路时，母线在电动力作用下是稳定的。各种材料的最大允许应力xu如表9.2所示。对于电器设备，制造厂提供了满足电动力稳定条件的电流峰值igf，并要求保证 。最大允最大允许应力力Kgf/ /cm硬母硬母线材料材料Pa铜1400铝

18、700钢1600表表9.2 各种材料的最大允许应力各种材料的最大允许应力9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件33（1）力求技术先进，安全适用，经济合理；（2）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展规划（510年）；（3）应按当地环境条件校验；（4）应与整个工程的建设标准协调一致；（5）选择导体的品种不宜太多；（6）选择新产品应积极谨慎，新产品应有可靠的试验数据，并经主管单位鉴定合格。9.1.3 电气设备选择的一般原则电气设备选择的一般原则9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件34为了保障高压电气设备的可靠安全运行，电气设备选择的一般条件有：

19、按正常工作条件（包括电压、电流等）进行选择；按环境工作条件（如温度、湿度、海拔等）校验；按短路条件（包括动稳定、热稳定）校验。由于各种高压电气设备具有不同的性能特点，因此其选择与校验条件也不尽相同。高压电气设备的选择与校验项目见表9.3。9.1.4 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件35设备名称名称额定定电压额定定电流流开断开断能力能力短路短路电流校流校验环境境条件条件其它其它动稳定定热稳定定断路器断路器操作性能操作性能负荷开关荷开关操作性能操作性能隔离开关隔离开关操作性能操作性能熔断器熔断器上、下上、下级间配合配合电流互感器流互感

20、器电压互感器互感器二次二次负荷、准确等荷、准确等级支柱支柱绝缘字字二次二次负荷、准确等荷、准确等级穿穿墙套管套管母母线电缆表表9.3 高压电气设备的选择与校验项目高压电气设备的选择与校验项目注：表中注：表中“”为选择项目，为选择项目，“”为校验项为校验项目目 9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件369.1.4.1 按正常工作条件选择电器按正常工作条件选择电器（1）额定电压和最高工作电压因调压和负荷的变化，电器所在电网的运行电压常高于电网的额定电压，故所选电器的允许最高工作电压Uymax不得低于所接电网的最高运行电压Ugmax，即： 一般电气设备允许的最高工作电压可达1.11.1

21、5UN ，而实际电网的最高运行电压Uymax一般不超过1.1Uew。 UymaxUgmax（9.27） 9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件37在选择电器时，一般可按照电器的额定电压Ue不低于装置地点电网额定电压Uew的条件选择，即： （2）额定电流电气设备的额定电流Ie是指在额定周围环境温度化下，电气设备的长期允许电流。Ie应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Igmax，即： UeUew IeIgmax （9.28） （9.29） 9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件38计算时有以下几个应注意的问题：由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%时出

22、力保持不变，故其相应回路的Igmax为发电机、调相机或变压器的额定电流的1.05倍；若变压器有过负荷运行可能时，Igmax应按过负荷（1.32倍变压器额定电流）确定；对于母联断路器回路，一般可取母线上最大一台发电机或变压器的Igmax；出线回路的Igmax除考虑正常负荷电流（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。9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件39（3）按环境工作条件校验在选择电气设备时，还应考虑电气设备安装地点的环境条件，当气温、风速、温度、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气设备使用条件时，应采取措施。例如，当地区海拔超过规定

23、值时，由于大气压力、空气密度和湿度相应减少，会使空气间隙和外绝缘的放电特性下降。一般当海拔在10003500m时，海拔每升高100m，则电气设备的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，其外绝缘裕度较大，可在海拔2000m以下使用。9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件40当污秽等级超过使用规定时，可选用有利于防污的电瓷产品，当经济上合理时可采用屋内配电装置。当周围环境温度0和电气设备额定环境温度不等时，其长期允许工作电流应乘以修正系数K，即： 式中K修正系数； max导体或电气设备

24、正常发热时的允许最高温度，当导体用螺栓连接时，max=70。（9.30） 9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件41我国目前生产的电气设备使用的额定环境温度N=40。当周围环境温度0高于40（但低于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20%。9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件429.1.4.2 按短路条件校验按短路条件校验短路电流通过电器时，会引起电器温度升高，并产生巨大的电动力。通过电器的短路电流越大、时间越长，电器所受到的影响越严重。校

25、验电器和载流导体的热稳定和动稳定应考虑其最严重的情况。（1）短路热稳定校验）短路热稳定校验短路电流通过电气设备时，电气设备各部件温度（或发热效应）应不超过允许值。9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件43满足热稳定的条件为： 式中Ir由生产厂给出的电气设备在时间t秒内 的热稳定电流，kA； I短路稳态电流值，kA； t与It相对应的时间，s；tdz短路电流热效应等值计算时间，s。QrQd（9.31） 9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件44（2）电动力稳定校验）电动力稳定校验电动力稳定是电气设备承受短路电流机械效应的能力，也称动稳定。满足动稳定的条件为： 或式中i

26、ch、Ich短路冲击电流幅值及其有效值， kA；idw、Idw电气设备允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值，kA。（9.32） （9.33） 9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件45下列几种情况可不校验热稳定或动稳定： 用熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故可不校验热稳定。采用限流熔断器保护的设备，可不校验动稳定。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。9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件46（3）短路电流计算条件）短路电流计算条件为使所选电气设备具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定时期内适应电力系统发展的需要，作校验用的短路电

27、流应按下列条件确定：容量和接线按工程设计最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划（一般为工程建成后510年）；其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）。9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件47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。计算短路点时，选择通过电器的短路电流为最大的那些点为短路计算点。9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件48下面以图9.3所示电路为例来计算短路电路。图图9.3 短路计算示例短路计算示例 9.1 电气设备选择的一般条件

28、电气设备选择的一般条件49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短路电流值，择其较大者为短路计算点。母联断路器。应考虑当母联断路器向备用母线充电时，备用母线故障，即K4点短路，此时，全部短路电流IG1IG2IT流过母联断路器QF及汇流母线。带电抗器的出线回路。在母线和母线隔离开关隔板前的母线引线及套管应按电抗器前K7点短路选择。由于干式电抗器工作可靠性较高，且电器间的连线都很短，故障几率小，故隔板后的导体和电器一般可按电抗器后即K8点为计算短路点，这样出线可选用轻型断路器，有利于节约投资。 9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件50（4）短路计算时间）短

29、路计算时间校验热稳定的短路计算时间为继电保护动作时间tpr和相应断路器的全开断时间tab之和，即： 式中tkd断路器全开断时间，s； tb保护动作时间，s； tgf断路器固有分闸时间，可查附录三高压断路器的技术参数得到； th断路器开断时电弧持续时间，对少油断路器为0.040.06s，对SF6和压缩空气断路器为0.020.04s。 tdz = tb + tkd tkd = tgf + th （9.34） 9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件51当验算裸导体及110kV以下电缆短路热稳定时，一般采用主保护动作时间，如果主保护有死区，则用后备保护动作时间；当验算电器及110kV以上

30、电缆短路热稳定时，一般采用后备保护动作时间。开断电器应能在最严重的情况下开断短路电流，故电器的开断计算时间tkd应为主保护时间tpr1和断路器固有分闸时间tgf之和，即： tkd= tpr1 + tgf （9.35） 9.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件529.2 高压开高压开关电器的选择关电器的选择9.2 高压开关电器的选择高压开关电器的选择53高压断路器、隔离开关及高压熔断器的选择校验项目如表9.4所示。表表9.4 高压断路器、隔离开关及高压熔断器的选择校验项目表高压断路器、隔离开关及高压熔断器的选择校验项目表9.2 高压开关电器的选择高压开关电器的选择54（1）断路器种类

31、和型式的选择）断路器种类和型式的选择应根据高压断路器的安装地点、环境和使用条件等要求选择其种类和型式。 高压断路器的操动机构大多数是由制造厂配套供应的，仅有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。9.2.1 高压断路器的选择高压断路器的选择9.2 高压开关电器的选择高压开关电器的选择55一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；弹簧式操动机构结构比较复杂，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，可根据安装调试是否方便及其运行可靠性进行选择。9.2 高压开关电器的选择高压开关电器的选择56（2）额定电压的选择）额定电压的选择高压断

32、路器的额定电压不低于安装处电网额定电压，即： UeUew （3）额定电流的选择）额定电流的选择断路器额定电流不小于该回路最大持续工作电流，即: IeIgmax （9.36） （9.37） 9.2 高压开关电器的选择高压开关电器的选择57（4）额定开断电流的选择）额定开断电流的选择在额定电压下，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。高压断路器的额定开断电流Iekd不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量Iz，即： IekdIz 式中Iz高压断路器触头实际开断瞬间的短路 电流周期分量有效值。当断路器的额定开断电流较系统的短路电流大很多时，为了简化计算，也可按次暂态电流进行选择，即Iek

33、dI。（9.38） 9.2 高压开关电器的选择高压开关电器的选择58（5）关合电流的选择）关合电流的选择在断路器合闸之前，若线路上已经存在短路故障，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），容易发生触头熔焊和遭受电动力的损坏。且断路器在关合短路电流时，不可避免地会在接通后自动跳闸，因此还要求断路器能够切断短路电流，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电流时的安全，断路器的额定关合电流ieg不应小于短路电流最大冲击值ich ，即： iegich （9.39）一般断路器额定关合电流igh不会大于额定动稳定电流idw，因此ighich

34、，则此时idwich。 9.2 高压开关电器的选择高压开关电器的选择59（6）热稳定校验）热稳定校验满足热稳定的条件为： I2rtQd（9.40） 或者：（7）动稳定校验）动稳定校验 满足动稳定的条件为： idwich（9.42） （9.41）9.2 高压开关电器的选择高压开关电器的选择60隔离开关的选择及校验条件除额定电压、额定电流、热稳定及动稳定校验外，还应注意其种类和形式的选择，尤其是户外式隔离开关的型式较多，对配电装置的布置和占地面积影响很大，因此其型式应根据配电装置的特点和要求以及技术经济条件来确定，如表9.5所示。9.2.2 隔离开关的选择隔离开关的选择9.2 高压开关电器的选择高

35、压开关电器的选择61表表9.5 隔离开关选型参考表隔离开关选型参考表9.2 高压开关电器的选择高压开关电器的选择62【例例9.1】如图9.4所示降压变电站中的一台变压器，其容量为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定时限保护装置的动作时限为1s，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tkd=0.05+0.05=0.1(s)，试选择高压断路器与隔离开关。9.2 高压开关电器

36、的选择高压开关电器的选择63图图9.4 例例9.1图图 9.2 高压开关电器的选择高压开关电器的选择64负荷开关能开断过负荷电流，也能关合一定的短路电流，但不能开断短路电流。它常与高压熔断器串联使用，或在小容量范围内代替断路器使用。有的负荷开关已与熔断器组装成一体，有的则分立，但负荷开关本体的选择条件是一样的。其开断能力校验为： 式中Ifmax最大负荷电流。9.2.3 负荷开关的选择负荷开关的选择Iekd Ifmax （9.43） 9.2 高压开关电器的选择高压开关电器的选择65负荷开关的动稳定校验与串联熔断器类型有关。因一般串联限流型熔断器熔断过程几乎不出现非周期分量，故校验条件为： 式中i

37、dw负荷开关按动稳定要求允许通过的最大峰值电流 。由于电路受本级熔断器保护，负荷开关不需要校验热稳定。i dw （9.44） 9.2 高压开关电器的选择高压开关电器的选择66高压熔断器按型式、额定电压、额定电流、开断电流和选择性等项来选择和校验。（1）高压熔断器型式的选择）高压熔断器型式的选择户内式熔断器用作保护电压互感器的选择RN6或RN2型；保护配电变压器、电力电容器或配电线路的选择RN5、RN3或RN1型。它们均有6kV、10kV和35kV等电压等级，都属于限流型。9.2.4 高压熔断器的选择高压熔断器的选择9.2 高压开关电器的选择高压开关电器的选择67户外熔断器的型式取决于电压等级。

38、610kV可选择RW7、RW4 、RW3和防污的RW11型，它们都是跌落式、非限流型，用于保护配电变压器和配电线路等。35kV系统可选用RW5-35、RXW0-35等型。前一种是跌落式、非限流型，用于保护配电变压器和线路。后一种为非跌落式、限流型，用以替代RW2-35型老产品，既可用于保护配电变压器等，也可选用0.5A熔体保护35kV电压互感器。9.2 高压开关电器的选择高压开关电器的选择68（2）高压熔断器额定电压的选择）高压熔断器额定电压的选择对于一般的高压熔断器，其额定电压Ue必须大于或等于电网的额定电压Uew。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

39、。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Uew=Ue的电网中，过电压倍数22.5倍相电压，不会超过电网中电气设备的绝缘水平，但如果在UewUe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。9.2 高压开关电器的选择高压开关电器的选择69（3）高压熔断器额定电流的选择）高压熔断器额定电流的选择高压熔断器的额定电流选择，包括熔管的额定电流和熔体的额定电流的选择。熔管额定电流的选择，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的

40、要求为： 式中IeRg熔管的额定电流； IeRt熔体的额定电流。 I eRg IeRt （9.45） 9.2 高压开关电器的选择高压开关电器的选择70熔体额定电流的选择，选择熔体的额定电流的条件是： 式中Igmax电力变压器回路最大工作电流； K熔体的可靠系数。 保护电力变压器时，若无电动机自启动，只需承受变压器冲击升压时的励磁涌流，可取K=1.11.3；需要考虑电动机自启动时，取K=1.52；用于保护电容器时，考虑因电网电压波动或波形畸变而引起的电容涌流，对限流熔断器可取K=1.52（一台电容器）或K=1.31.8（一组电容器），对跌落式熔断器可取K=1.21.3。专用于保护电压互感器的熔断

41、器，其熔体额定电流均为0.5A。 IeRt=KIgmax （9.46） 9.2 高压开关电器的选择高压开关电器的选择71（4）高压熔断器开断电流校验）高压熔断器开断电流校验高压熔断器开断电流校验的公式为：IekdIch（或I） （9.47）式中Iekd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Ich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。 对于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进行选择。9.2 高压开关电器的选择高压开关电器的选择72（5）高压熔断器选择性校验）高压熔断器选择性校

42、验为了保证前、后两级熔断器之间或熔断器与电源（或负荷）保护装置之间动作的选择性，应进行熔体选择性校验。各种型号熔断器的熔体熔断时间可从制造厂商提供的安秒特性曲线上查出。如图9.5所示为两个不同熔体的安秒特性曲线（Iefs1Uew0.9Ue1（9.56）9.3.2 电压互感器的选择电压互感器的选择9.3 互感器的选择互感器的选择889.3.2.2 电压互感器二次侧额定电压的选择电压互感器二次侧额定电压的选择电压互感器二次侧额定线间电压为100V，应和所接用的仪表或继电器相适应，如表9.7所示。表表9.7 电压互感器二次绕组额定电压选择电压互感器二次绕组额定电压选择注：J*指中性点直接接地系统。9

43、.3 互感器的选择互感器的选择899.3.2.3 电压互感器种类和型式的选择电压互感器种类和型式的选择电压互感器的种类和型式应根据装设地点和使用条件进行选择，例如，在6k35kV屋内配电装置中，一般采用油浸式或浇注式电压互感器； 110220kV的配电装置中通常采用串级式电磁式电压互感器；220kV及其以上的配电装置中，当容量和准确度等级满足要求时，一般采用电容式电压互感器。9.3 互感器的选择互感器的选择90根据配置的地点和用途不同，电压互感器的选型可以概括为：接于线路外侧专用于同期的，选用一只单相电压互感器，为同期回路提供外侧100V二次额定电压；3000kW以下小型发电机机端应装两个单相

44、双绕组电压互感器，并接成V/V接线，提供三相线电压；每段汇流母线、每个桥接点、主变线路单元的线路侧以及3000kW以上的发电机均应选择三绕组电压互感器。9.3 互感器的选择互感器的选择919.3.2.4 按准确度等级和额定二次容量的选择按准确度等级和额定二次容量的选择一般供功率测量、电能测量以及功率方向保护用的电压互感器应选择0.5级或1级的，只供估计被测值的仪表和一般电压继电器的选用3级电压互感器为宜。9.3 互感器的选择互感器的选择92电压互感器的额定二次容量（对应于所要求的准确度等级）SN2，应不小于电压互感器的二次负荷S2，即： 式中S0、P0、Q0各仪表的视在功率、有功 功率和无功功

45、率； cos各仪表的功率因数。SN2S2 S2= （9.57）9.3 互感器的选择互感器的选择93如果各仪表和继电器的功率因数相近，或为了简化计算起见，也可以将各仪表和继电器的视在功率直接相加，得出大于S2的近似值，它若不超过SN2，则实际值更能满足式（9.57）的要求。由于电压互感器三相负荷常不相等，为了满足准确度等级的要求，通常以最大相负荷进行比较。计算电压互感器各相的负荷时，必须注意互感器和负荷的接线方式，如表9.8所示。9.3 互感器的选择互感器的选择94表表9.8 电压互感器二次绕组负荷计算公式电压互感器二次绕组负荷计算公式9.3 互感器的选择互感器的选择95【例例9.3】已知某35

46、kV变电站低压侧10kV母线上接有有功电能表10只、有功功率表3只、无功功率表1只、母线电压表及频率表各1只、绝缘监视电压表3只。其电压互感器及仪表接线和负荷分配如图9.8和表9.9所示。试选择供10kV母线测量用的电压互感器的类型。9.3 互感器的选择互感器的选择96图图9.8 测量仪表与电压互感器的连接图测量仪表与电压互感器的连接图 9.3 互感器的选择互感器的选择97表表9.9 电压互感器各相负荷分配（不完全星形负荷部分）电压互感器各相负荷分配（不完全星形负荷部分）9.3 互感器的选择互感器的选择989.4 支柱绝支柱绝缘子和穿墙套缘子和穿墙套管的选择管的选择9.4 支柱绝缘子和穿墙套管

47、的选择支柱绝缘子和穿墙套管的选择99支柱绝缘子和穿墙套管的选择和校验项目见 表9.11。支柱绝缘子及穿墙套管的动稳定性应满足IesIch的要求，按短路电动力计算即： 式中Fal支柱绝缘子或穿墙套管的允许荷重； Fjs加于支柱绝缘子或穿墙套管上的最大 计算力。FalFjs （9.58）表表9.11 支柱绝缘子和穿墙套管的选择和校验项目支柱绝缘子和穿墙套管的选择和校验项目9.4 支柱绝缘子和穿墙套管的选择支柱绝缘子和穿墙套管的选择100Fal可按生产厂家给出的破坏荷重Fdb的60%考虑，即： Fal=0.6Fdb （N） （9.59）Fdb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

48、，由于母线电动力作用在母线截面中心线上，而支柱绝缘子的抗弯破坏荷重是按作用在绝缘子帽上给出的，两者力臂不等，短路时作用于绝缘子帽上的最大计算力为： 式中Fmax最严重短路情况下作用于母线上的 最大电动力，如图9.9所示；Fjs= Fmax （N） （9.60）9.4 支柱绝缘子和穿墙套管的选择支柱绝缘子和穿墙套管的选择101H支柱绝缘子高度，mm；H1从绝缘子底部至母线水平中心线的高度，mm，H=H+b+h/2，其中，b为母线支持片的厚度，一般竖放矩形母线b=18mm；平放矩形母线b=12mm。布置在同一平面内的三相母线（见图9.10），在发生短路时，支柱绝缘子所受的力为： 式中a母线间距，m

49、；Ljs计算跨距，m，对母线中间的支柱绝 缘子，Ljs 取相邻跨距之和的一半； Fmax=1.73 （9.61）9.4 支柱绝缘子和穿墙套管的选择支柱绝缘子和穿墙套管的选择102对母线端头的支柱绝缘子，Ljs 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。图图9.9 绝缘子受力示意图绝缘子受力示意图 9.4 支柱绝缘子和穿墙套管的选择支柱绝缘子和穿墙套管的选择103图图9.10 绝缘子和穿墙套管所受电动力绝缘子和穿墙套管所受电动力 9.4 支柱绝缘子和穿墙套管的选择支柱绝缘子和穿墙套管的选择1049.5 母线和母线和电缆的选择电缆的选择9.5 母线和电缆的选择母线和电缆的选择

50、105母线一般按下列条件进行选择和校验： 母线材料、类型和布置方式； 导体截面； 热稳定； 动稳定； 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。9.5.1 母线的选择与校验母线的选择与校验9.5 母线和电缆的选择母线和电缆的选择1069.5.1.1 母线截面的选择母线截面的选择导体的截面可按长期发热允许电流和经济电流密度选择。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，可按长期发热允许电流选择截面。对年最大负荷利用小时数大，传输容量大，长度在20m以上的导体，其截面一般按经济电流密度选择。9.5 母线和电缆的选择母线和电缆的选择107（1）按长

51、期发热允许电流选择）按长期发热允许电流选择母线长期发热的允许电流Iy应不小于所在回路的最大长期工作电流Igmax，即： KIyIgmax （9.62） 式中Iy母线在允许温度和标准环境条件下的 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。9.5 母线和电缆的选择母线和电缆的选择108（2）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看，则希望截面越小越好。综合这些因素，使年综合费用最小

52、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。9.5 母线和电缆的选择母线和电缆的选择109按经济电流密度选择母线截面按下式计算： 式中Igmax通过导体的最大工作电流； Jec经济电流密度，如表9.12所示。在选择母线截面时，应尽量接近按式（9.63）计算所得到的截面，当无合适规格的导体时，为节约投资，允许选择小于经济截面的导体，但要求同时满足式（9.62）的要求。Sec= （9.63） 9.5 母线和电缆的选择母线和电缆的选择110 表表9.12 经济电流密度经济电流密度Jec 单位：单位：A/mm29.5 母线和电缆的选择母线和电缆的选择1119.5.1.2 母线

53、的热稳定校验母线的热稳定校验按正常电流及经济电流密度选出母线截面后，还应进行热稳定校验。由热稳定要求决定的导体最小截面为：式中I短路电流稳态值； Kf集肤效应系数，对于截面在100mm2 以下的矩形母线，Kf=1； tr热稳定计算时间； C热稳定系数，与材料及发热温度有关，如表9.13所示。（9.64） 9.5 母线和电缆的选择母线和电缆的选择112工作温度（）4045505560657075808590硬铝及铝锰合金9997959391898785838281硬 铜186183181179176174171169166 164161表表9.13 母线的母线的C值值9.5 母线和电缆的选择母线

54、和电缆的选择1139.5.1.3 母线的动稳定校验母线的动稳定校验各种形状的母线通常都安装在支柱绝缘子上，当冲击电流通过母线时，电动力将使母线产生弯曲应力， 因此必须校验母线的动稳定性。下面介绍一下矩形母线的应力计算。（1）单条矩形母线的应力安装在同一平面内的三相母线，其中间相受力最大，为： Fmax=1.7310-7Kf （N） （9.65） 9.5 母线和电缆的选择母线和电缆的选择114式中Fmax一个跨距长度母线所受的电动力，N； K母线形状系数，当母线相间距离远 大于母线截面周长时，K=1； l母线跨距，m； a母线相间距，m。母线通常每隔一定距离由绝缘瓷瓶自由支撑着。因此当母线受电动

55、力作用时，可以将母线看成一个多跨距载荷均匀分布的梁，当跨距段在两段以上时，其最大弯曲力矩为： （ Nm ） （9.66） 9.5 母线和电缆的选择母线和电缆的选择115若只有两段跨距时，则： 母线材料在弯曲时的最大相间计算应力为： 式中W母线对垂直于作用力方向轴的截面系 数，又称抗弯矩，其值与母线截面形 状及布置方式有关，见表9.14。（Nm ） WMjs=s（9.68） （9.67） 9.5 母线和电缆的选择母线和电缆的选择116表表9.14 母线的截面系数母线的截面系数9.5 母线和电缆的选择母线和电缆的选择117要想保证母线不因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

56、，即母线的动稳定性校验条件为： 式中xu母线材料的允许应力，对硬铝母 xu=70MPa；对硬铜母线xu=140MPa。xujsss（9.69） 9.5 母线和电缆的选择母线和电缆的选择118如果在校验时，jsxu，则必须采取措施减小母线的计算应力。具体措施有：将母线由竖放改为平放；放大母线截面，这会使投资增加；限制短路电流值能使js大大减小，但须增设电抗器；增大相间距离a；减小母线跨距l，此时可以根据母线材料的最大允许应力来确定绝缘瓷瓶之间的最大允许跨距，即由式（9.66）和式（9.68）可得： 式中F1单位长度母线上所受的电动力，N/m。 1max10FWlxus=（9.70） 9.5 母线

57、和电缆的选择母线和电缆的选择119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。（2）多条矩形导体构成母线的应力计算）多条矩形导体构成母线的应力计算当同相母线由多条矩形母线组成时，母线中最大机械应力由相间应力和同相条间应力叠加而成。对于多条母线的应力计算比较复杂，具体可查设计手册。9.5 母线和电缆的选择母线和电缆的选择1209.5.1.4 导体共振校验导体共振校验对于重要回路（如发电机、变压器及汇流母线等）的导体应进行共振校验。可计算其中一导体的一阶自振频率f1，当f1无法限制在共

58、振频率之外时，导体受力必须乘以动应力系数。f1可由下式求得：当已知导体材料、形状、布置方式且应避开自振频率（一般可取f1=160Hz）外时，可用上式计算导体不发生共振的绝缘子最大跨距lmax，当所取绝缘子跨距llmax，即满足不共振的要求。 （9.71） 9.5 母线和电缆的选择母线和电缆的选择121【例例9.4 】试就【例9.1】的已知条件选择10kV的矩形母线以及绝缘瓷瓶。已知母线以及绝缘瓷瓶拟装于JYN2-10型高压开关柜中并呈垂直布置，且矩形母线平放于支持瓷瓶上，母线相间距离为a=250mm,跨距长取决于柜宽，即l=1000mm，母线的形状系数Kf=1，年最大负荷利用小时数为6000h

59、，环境温度为30。9.5 母线和电缆的选择母线和电缆的选择122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，按其缆芯材料不同分为铜芯和铝芯两大类，按其采用的绝缘介质不同分为油浸纸绝缘和塑料绝缘两大类。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。9.5.2 电缆的选择与校验电缆的选择与校验9.5 母线和电缆的选择母线和电缆的选择123（1）按结构类型选择电缆）按结构类型选择电缆 （即选择电缆的型号）（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不同，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

60、其他特征，最后确定电缆的型号。（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Ue不低于敷设地点电网额定电压Uew的条件选择电缆的型号，即：Ue Uew （9.72） 9.5 母线和电缆的选择母线和电缆的选择124（3）电缆截面的选择）电缆截面的选择电缆截面一般应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。按导体长期允许电流选择电缆长期发热的允许电流Iy， 应不小于所在回路的最大长期工作电流Igmax，即： 式中Iy电缆在允许温度和标准环境条件下的 导体长期允许电流； K综合修正系数。

61、KIyIgmax （9.73） 9.5 母线和电缆的选择母线和电缆的选择125按经济电流密度选择 按经济电流密度选择电缆截面的方法与按经济电流密度选择母线截面的方法相同，即按下式计算： 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，还应决定经济合理的电缆根数。当截面S150mm2时，其经济根数为一根；当截面大于150mm2时，其经济根数可按S/150决定。例如，计算出Sec为200mm2，则选择两根截面为120mm2的电缆为宜。Sec= （9.74） 9.5 母线和电缆的选择母线和电缆的选择126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（例如，三芯纸绝缘电缆的曲率

62、半径不应小于电缆外径的15倍）。为此，一般应避免采用芯线截面大于185mm2的电缆。9.5 母线和电缆的选择母线和电缆的选择127（4）热稳定校验）热稳定校验电缆截面热稳定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温度有关的系 数，可查技术手册得到。（9.75） 9.5 母线和电缆的选择母线和电缆的选择128验算电缆热稳定的短路点按下列情况确定: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。有中间接头的电缆，短路点选择在第一个中间接头处。无中间接头的并列连接电缆，短路点选在并列点后。9.5 母线和电缆的选

63、择母线和电缆的选择129（5）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电缆截面面积，mm2；电缆导体的电阻率，铝芯 =0.035mm2/m（50），铜芯 =0.0206mm2/m（50）。（9.76） 9.5 母线和电缆的选择母线和电缆的选择130当系统发生短路时，会出现短路电流的电动力效应和热效应。短路电流的热效应属于短时发热。选择电气设备时，必须遵循设备选择的一般条件。电气设备的选择包括两大部分，一是电气设备所必须满足的条件，即按正常工作条件（最高工作电压和最大持续工作电流）选择，并按短路状态校验动、热稳定；二是根据不同电气设备的特点而提出的选择和校验项目。小小 结结131高压断路器、隔离开关、负荷开关、互感器的选择要严格按照技术参数确定，并进行动、热稳定校验。导体受力计算一般包括最大电动力计算、硬导体的机械应力计算和导体共振效应几个方面。母线一般按照导体材料、类型和敷设方式、导体截面、电晕、热稳定、动稳定、共振频率来选择。软导体不校验动稳定和共振频率。电力电缆的选择要注意载流量的温度校正。绝缘子和套管的选择要注意跨距，并校验最大力在设备可承受的范围之内。小小 结结132