工厂供电主讲人：游国栋天津科技大学1第五章 电气设备及其选择 教学基本内容：电气设备选择的原则，开 关电器、互感器、穿墙套管和绝缘子的选 择，低压电气设备的选择。 重点：高压和低压电气设备的选择。 难点：高压和低压电气设备选择的原则。 本章主要教学要求：熟悉穿墙套、管、绝 缘子和低压电器的选择，掌握开关电器和 互感器的选择。 2第一节第一节 电弧的基本知识电弧的基本知识 第二节第二节 导体和电器设备选择的一般规定导体和电器设备选择的一般规定 第三节第三节 高压开关电器高压开关电器 第四节第四节 互感器互感器 第五节第五节 母线、架空线和电缆母线、架空线和电缆 第六节第六节 高压绝缘子及穿墙套管高压绝缘子及穿墙套管 第七节第七节 低压开关电器低压开关电器3电气设备的选择是供配电系统设计的重要内容 ，其选择的恰当与否将影响到整个系统能否安 全可靠的运行，故必须遵循一定的选择原则。 本章对常用的高、低压电器即高压断路器、高 压隔离开关、仪用互感器、母线、绝缘子、高 低压熔断器及成套配电装置（高压开关柜）等 分别介绍了其选择方法，为合理、正确使用电 气设备提供了依据。 4一、绪(电弧的形成)开关电器是变电所中的重要电器设备。开关电器是变电所中的重要电器设备。运行中，任一电运行中，任一电 路的投入和切除都要使用开关电器。而在开关投入，特别是路的投入和切除都要使用开关电器。而在开关投入，特别是 切除有电流通过的电路时，切除有电流通过的电路时，只要电源电压大于只要电源电压大于10V20V10V20V，电，电 流大于流大于 80mA100mA80mA100mA，在开关电器的动、静触头分离瞬间，在开关电器的动、静触头分离瞬间 ，触头间就会出现电弧。因电弧的存在，使电流可继续通过，触头间就会出现电弧。因电弧的存在，使电流可继续通过 电弧流动，不仅达不到切断电路的目的，而且可能造成严重电弧流动，不仅达不到切断电路的目的，而且可能造成严重 故障。因而研究电弧的产生与熄灭过程，无论对制造和运行故障。因而研究电弧的产生与熄灭过程，无论对制造和运行 部门都是非常重要的。部门都是非常重要的。第一节 电弧的基本知识5二、熄灭电弧的基本方法有有三种三种熄灭电弧的方法：熄灭电弧的方法： 吹弧；采用多断口；利用有机固体介质的狭缝灭弧，吹弧；采用多断口；利用有机固体介质的狭缝灭弧，6导体和电器设备的选择是变电所设计的主要内导体和电器设备的选择是变电所设计的主要内 容之一。容之一。 供配电系统中的电气设备总是在一定的电压、供配电系统中的电气设备总是在一定的电压、 电流、频率和工作环境条件下工作的，电气设电流、频率和工作环境条件下工作的，电气设 备的选择除了满足正常工作条件下安全可靠运备的选择除了满足正常工作条件下安全可靠运 行，还应满足在短路故障条件下不损坏，开关行，还应满足在短路故障条件下不损坏，开关 电器还必须具有足够的断流能力，并适应所处电器还必须具有足够的断流能力，并适应所处 的位置（户内或户外）、环境温度、海拔高度的位置（户内或户外）、环境温度、海拔高度 以及防尘、防火、防腐、防爆等环境条件。以及防尘、防火、防腐、防爆等环境条件。第二节第二节 导体和电器设备选择的一般规定导体和电器设备选择的一般规定7电气设备的选择应根据以下原则：（1）按工作电压选择电气设备的额定电压 电气设备的额定电压UN应不低于其所在线路(安装点)的 额定电压UWN，即：UN UWN （5-1）例如在10kV线路中，应选择额定电压为10kV的电气 设备，380V系统中应选择额定电压为380V（0.4kV）或 500V的电气设备。 （2）按最大负荷电流选择电气设备的额定电流 电气设备的额定电流IN应不小于实际通过它的最大负荷 电流Imax（或计算电流IC），即：IN Imax 或 IN Ic （5-2）1按正常工作电压和电流条件选择8为了保证电气设备在短路故障时不致损坏，就必须按最 大可能的短路电流校验电气设备的动稳定和热稳定。动 稳定是指电气设备在冲击短路电流所产生的电动力作用 下，电气设备不致损坏。热稳定是指电气设备载流导体 在最大稳态短路电流作用下，其发热温度不超过载流导 体短时的允许发热温度。2按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定3开关电器断流能力校验 断路器和熔断器等电气设备担负着切断短路电流的任 务，通过最大短路电流时必须可靠切断，因此开关电 器还必须校验断流能力。对具有断流能力的高压开关 设备需校验其断流能力，开关设备的断流容量不小于 安装地点最大三相短路容量。94按工作环境 根据电气装置所处的位置（户内或户外）、使用 环境和工作条件，选择电气设备型号。10第三节第三节 高压开关电器高压开关电器 高压开关电器主要指高压断路器、高压熔 断器、高压隔离开关和高压负荷开关。高 压电气设备的选择和校验项目如表5-1所示 。11高压断路器、高压隔离开关和高压负 荷开关具体选择如下：1根据使用环境和安装条件选择设备的型号 2按正常条件选择设备的额定电压和额定电流 按式（5-1）和（5-2）分别选择额定电压和额定 电流 。123动稳定校验（5-3） 式中，imax 和Imax分别为电气设备的极限通过电流峰值和有 效值； ish和Ish 分别为冲击电流瞬时值和有效值。 4热稳定校验（5-4） 式中，It为电气设备的热稳定电流；t为热稳定时间。 5开关电器断流能力校验 对具有断流能力的高压开关设备需校验其断流能力。开关 电气设备的断流容量不小于安装地点最大三相短路容量， 即：（5-5） 式中，Ioc 、Soc为制造厂提供的最大开断电流和开断容量 。13表5-1 高压电气设备选择和校验项目电气设备名称额定电压 /kV额定电流 /A短路电流校验 动稳定度热稳定度断流能力 /kA 高压断路器 高压隔离开关 高压负荷开关 高压熔断器 电流互感器 电压互感器 支柱绝缘子 套管绝缘子 母线（硬） 电 缆注：表中“”表示必须校验，“”表示不要校验。14高压断路器是供电系统中最重要的设备之一。由于成 套配电装置应用普遍，断路器大多选择户内型的，如 果是户外式变电所，则应选择户外型断路器。高压断 路器一般选用少油断路器、真空断路器和SF6断路器 。具体选择方法如前述。 一、高压断路器1 1、用途、用途 主要作用：主要作用：正常运行时，接通和切断负荷电流；正常运行时，接通和切断负荷电流；发生短路故障或严重过负荷时，借助继电保护发生短路故障或严重过负荷时，借助继电保护 装置，用来自动、迅速切断故障电流，以防止扩大装置，用来自动、迅速切断故障电流，以防止扩大 事故范围。事故范围。153 3、分类、分类 组成：导电回路、灭弧室、外壳、绝缘支体、操作组成：导电回路、灭弧室、外壳、绝缘支体、操作 和传动机构等部分组成。和传动机构等部分组成。 类型：油断路器、空气断路器、六氟化硫断路器、类型：油断路器、空气断路器、六氟化硫断路器、 真空断路器。真空断路器。4 4、主要技术数据、主要技术数据 额定电压、额定电流、额定开断电流、额定断流容额定电压、额定电流、额定开断电流、额定断流容 量、额定关合电流、热稳定电流、动稳定电流。量、额定关合电流、热稳定电流、动稳定电流。2 2、特点、特点 具有完善的灭弧装置和足够强的灭弧能力。具有完善的灭弧装置和足够强的灭弧能力。16例5-1 试选择某35kV变电所主变次总高压开关柜的高 压断路器，已知变压器35/10.5kV，5000kVA，三相最 大短路电流为3.35kA，冲击短路电流为8.54kA，三相 短路容量为60.9MVA，继电保护动作时间为1.1s。 解：因为户内型，故选择户内少油断路器。根据变压 器二次侧额定电流选择断路器的额定电流。查附录表，选择SN10-10I/630型少油断路器，其有关技 术参数及安装地点电气条件和计算选择结果列于表5-2 ，从中可以看出断路器的参数均大于装设地点的电气 条件，故所选断路器合格。 17表5-2 例5-1高压压断路器选择选择 校验验表1624=10243.352(1.1+0.1)=13.5序号SW10-10I/630选 择 要 求装设地点电气条件 结 论项 目数 据项 目数 据1UN10kVUWN10kV合 格2IN630AIC275A合 格3IOC16kAIk（3）3.35kA合 格4imax40kAish(3)8.54kA合 格5It2tI2tima合 格18高压断路器的型号表示和含义如下： 图5-1 高压断路器的型号含义 19图5-2和图5-3分别为SN10-10型少油断路器外形图和内部结 构剖面图。图5-2 SN10-10型少油断路器外形结构 1铝帽 2上接线端子 3油标 4绝缘筒 5下接线端子 6基座 7主轴 8 框架 9断路弹簧图5-3 少油断 路器内部剖面 结构 1铝帽 2 油气分离器 3 上接线端子 4油标5插 座式静触头 6 灭弧室 7 动触头 8中 间滚动触头 9 下接线端子 10转轴 11 拐臂 12 基座 13下 支柱绝缘子 14上支柱绝 缘子 15断 路弹簧 16 绝缘筒 17 逆止阀 18 绝缘油20二、高压隔离开关选择 由于隔离开关主要是用于电气隔离而不能分断正常负荷电 流和短路电流，因此，只需要选择额定电压和额定电流， 校验动稳定和热稳定。成套开关柜生产厂商一般都提供的 开关柜方案号及柜内设备型号供用户选择，用户也可以自 己指定设备型号。开关柜柜内高压隔离开关有的带接地刀 ,有的不带接地刀。 1 1、用途、用途 没有灭弧装置和灭弧能力。没有灭弧装置和灭弧能力。 不能接通和切断负荷电流。不能接通和切断负荷电流。 1 1）隔离高压电源；）隔离高压电源； 2 2）倒闸操作；）倒闸操作； 3 3）接通或者断开较小电流。）接通或者断开较小电流。2 2、类型、类型 组成：动触头、静触头、组成：动触头、静触头、 支柱绝缘子和传动机构等支柱绝缘子和传动机构等 组成。组成。 类型很多，有户外、户内类型很多，有户外、户内 ，单柱式、双柱式和三柱，单柱式、双柱式和三柱 式等。式等。21高压隔离开关的型号表示和含义如下： 图5-4 GN8-10型高压隔离开关外形结构 1上接线端子 2静触头3闸刀 4套管绝缘子5下接线端子 6框架 7转轴 8拐臂 9升降绝缘子 10支柱绝缘子22三、高压负荷开关1 1、用途、用途 具有简单的灭弧装置，不能切断短路电流。具有简单的灭弧装置，不能切断短路电流。 在高压配电装置中，负荷开关是专门用于接通和断在高压配电装置中，负荷开关是专门用于接通和断 开负荷电流的电器设备；在装有脱扣器时，在过负开负荷电流的电器设备；在装有脱扣器时，在过负 荷情况下，也能自动跳闸。荷情况下，也能自动跳闸。 多数情况下，负荷开关和高压熔断器串联使用，借多数情况下，负荷开关和高压熔断器串联使用，借 助熔断器切除短路电流。助熔断器切除短路电流。2 2、类型、类型 类型很多，有户外、户内等。类型很多，有户外、户内等。23图图5-5 FN3-10RT户户内压压气式 负负荷开关外形结结构 1主轴轴 2上绝缘绝缘子兼气缸 3 连连杆 4下绝缘绝缘子 5框架 6RN1型熔断器7下触座 8闸闸刀 9弧动动触头头 10绝缘喷绝缘喷 嘴（ 内有弧静触头头） 11主静触 头头 12上触座 13断路弹弹簧 14 绝缘绝缘拉杆 15热热脱扣器 高压负荷开关型号的表示和含