6-1电气设备及运行维护第六章 电气设备选择第一节 高压电气设备选择的一般条件和原则 第二节 高压断路器、隔离开关、重合器和分段器的选择 第三节 互感器的选择第四节 高压熔断器的选择第五节 支柱绝缘子和穿墙套管的选择 第六节 母线和电缆的选择本章计划学时：10 12学时6-2电气设备及运行维护本章教学要求掌握高压电气设备选择的一般条件 掌握高压断路器、隔离开关、熔断器的选择方法 掌握互感器、绝缘子的方法选择掌握母线和电缆的选择本章难点：硬母线的共振校验6-3电气设备及运行维护本章学习重点本章学习难点p导体的选择校验 p掌握高压断路器、隔离开关、熔断器的选择方法 p掌握互感器的选择方法 p掌握母线和电缆的选择6-4电气设备及运行维护第一节 高压电气设备选择的一般条件和原则 一般条件：多数电气设备共有的选择校验项目。一、按正常工作条件选择额定电压和额定电流 1. 额定电压选择 特殊条件：个别电气设备具有的选择校验项目。选择条件有1)正常电压要求是：电气设备所在回路的最高运行电压不得高 于电气设备的允许最高工作电压。 2) 由于电气设备的允许最高工作电压为其额定电压的UN的 1.11.15倍，而电网电压正常波动引起的最高运行电压不超过 电网额定电压UNs的1.1倍。 3) 一般可以按电气设备的额定电压UN不得低于其所在电网的额 定电压UNs的条件来选择电气设备，即 UN UNs 6-5电气设备及运行维护 注意： 1) 海拔影响电气设备的绝缘性能，随装设地点海拔的增加，空 气密度和湿度相应减小，使得电气设备外部空气间隙和固体绝 缘外表面的放电特性降低，电气设备允许的最高工作电压减小 。对海拔超过1000m的地区，一般应选用高原型产品或外绝 缘提高一级的产品。对于现有110kV及以下大多数电器的外绝缘有一定裕度， 可在海拔2000m以下地区使用。 2) 在空气污秽(腐蚀减低绝缘强度)或有冰雪的地区，某些电气 设备应选用绝缘加强型或高一级电压的产品。 2. 额定电流选择 1) 电气设备的额定电流IN（或载流量Ial）：在额定环境温度0 下，长期允许通过的电流。 2) 为了满足长期发热条件，应按额定电流IN（或载流量Ial）不 得小于所在回路最大持续工作电流Imax的条件进行选择，即 6-6电气设备及运行维护IN（或Ial）Imax 3) 当实际环境温度不同于导体的额定环境温度0时，其长期允 许电流应该用下式进行修正。 不计日照时，裸导体和电缆的综合修正系数K为 al导体的长期发热允许最高温度，裸导体一般为70； 0导体的额定环境温度，裸导体一般为25。 我国生产的电气设备的额定环境温度0=40。在4060范围 内，当实际环境温度高于+40时，环境温度每增高1，按减 少额定电流1.8%进行修正；当实际环境温度低于+40时，环 境温度每降低1，按增加额定电流0.5%进行修正，但其最大过 负荷不得超过额定电流的20%，实际选择时一般不修正。 Ial = KIal Imax 6-7电气设备及运行维护4) 回路最大持续工作电流Imax 的计算:回路名称最大持续续工作电电流 说说明发电发电 机、调调相机回路1.05倍发电发电 机、调调相机额额定电电 流发电发电 机和变压变压 器在电压电压 降低到0.95 额额定电压电压 运行时时，出力可以保持不 变变， 故电电流可以增大5% 变压变压 器回路1.05倍变压变压 器额额定电电流 1.32.0倍变压变压 器额额定电电流若要求承担另一台变压变压 器事故或检检 修时转时转 移的负负荷 出线线回路1.05倍线线路最大负负荷电电流考虑虑5%的线损线损 ，还应还应 考虑虑事故时时 转转移过过来的负负荷 母联联回路母线线上最大一台发电发电 机或变变 压压器的最大持续续工作电电流 分段回路母线线上最大一台发电发电 机额额定电电 流的50%80% 变电变电 所应满应满 足用户户的一级负级负 荷 和大部分二级负级负 荷汇汇流母线线按实际实际 潮流分布确定 电电容器回路1.35倍电电容器组额组额 定电电流考虑过电压虑过电压 和谐谐波的共同作用6-8电气设备及运行维护二、按短路条件校验热稳定和动稳定 1. 短路热稳定校验 热稳定：指电气设备承受短路电流热效应而不损坏的能力。 热稳定校验的实质：使电气设备承受短路电流热效应时的短时 发热最高温度不超过短时最高允许温度。 导体通常按最小截面法校验热稳定。 电器的热稳定是由热稳定电流及其通过时间来决定的，满足热 稳定的条件为 Qk短路电流热效应； It所选用电器t（单位为s）内允许通过的热稳定电流。 2. 短路动稳定校验 动稳定：指电气设备承受短路电流产生的电动力效应而不损坏 的能力。 6-9电气设备及运行维护部分电气设备动稳定按应力和电动力校验。 电器满足动稳定的条件为 iesishish短路冲击电流的幅值， ish为：I”为0s钟短路电流周期分量有效值；Kes为冲击系数，发电机机 端取1.9，发电厂高压母线及发电机电压电抗器后取1.85，远离 发电机时取1.8。 ies电器允许通过的动稳定电流幅值，生产厂家用此电流表 示电器的动稳定特性，在此电流作用下电器能继续正常工作而 不发生机械损坏。 6-10电气设备及运行维护3短路计算时间 计算短路电流热效应时所用的短路切除时间tk等于继电保护动 作时间tpr与相应断路器的全开断时间tab之和，即 断路器的全开断时间tab等于断路器的固有分闸时间tin与燃弧时 间ta之和，即 验算裸导体的短路热稳定时，tpr宜采用主保护动作时间，如主 保护有死区时，则采用能对该死区起保护作用的后备保护动作 时间； 验算电器的短路热稳定时，tpr宜采用后备保护动作时间。 SF6断路器的燃弧时间ta为0.020.04s。 6-11电气设备及运行维护4短路电流计算条件 （1）短路计算容量和接线：应按本工程的设计规划容量及可能 发生最大短路电流的正常接线方式计算，并考虑电力系统的远 景发展规划（一般为本期工程建成后510年）。 （2）短路种类：电气设备的热稳定和动稳定以及电器的开断电 流，一般按三相短路验算。若发电机出口的两相短路，或中性 点直接接地系统、自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路 较三相短路严重时，则应按严重情况验算。 （3）短路计算点：在正常接线方式时，通过电气设备的短路 电流为最大的短路点，称为短路计算点。 1）对两侧均有电源的电气设备，应比较电气设备前、后短路时 的短路电流，选通过电气设备短路电流较大的地点作为短路计 算点。例如，校验图61中的发电机出口断路器QF1时，应比较 k1和k2短路时流过QF1的电流，选较大的点作为短路计算点。 6-12电气设备及运行维护2）短路计算点选在并联支路时，应断开一条支路。因为断开一 条支路时的短路电流大于并联短路时流过任一支路的短路电流 。例如，校验图61中分段回路的断路器QF5或主变低压侧断路 器QF2时，应选k2和k3点为短路计算点，并断开变压器T2。 6-13电气设备及运行维护3）在同一电压等级中，汇流母线或无电源支路短路时，短路电 流最大。校验汇流母线、厂用电分支电器（无电源支路）和母 联回路的电器时，短路计算点应选在母线上。例如，校验图61 中10kV母线时，选k2点。 4）带限流电抗器的出线回路，由于干式电抗器工作可靠，故 校验回路中各电气设备时的短路计算点一般选在电抗器后。例 如，校验图61中出线回路的断路器QF3时，短路计算点选在出 线电抗器后的k5点。 5）110kV及以上电压等级，因其电气设备的裕度较大，短路 计算点可以只选一个，选在母线上。例如，校验图61中110kV 的电气设备时，短路计算点可选在110kV母线上，即k6点。 （4）短路电流的实用计算方法：在进行电气设备的热稳定验算 时，需要用短路后不同时刻的短路电流，即计及暂态过程，通 常采用短路电流实用计算方法，即运算曲线法。该内容可在今 后的有关毕业设计中学习。 6-14电气设备及运行维护第二节 高压断路器、隔离开关、重合器和分段器的选择 一、高压断路器的选择 1种类和型式的选择 种类：610kV电网一般选择真空和六氟化硫断路器。 35kV电网一般选择真空和六氟化硫断路器，某些35kV屋外配 电装置也可用多油断路器。 110330kV电网一般选择六氟化硫断路器。 500kV电网一般选择六氟化硫断路器。 2额定电压选择： UN UNs 安装地点：屋内和屋外。 3额定电流选择： IN Imax 4额定开断电流选择 断路器的额定开断电流INbr应不小于其触头刚刚分开时的短路 电流有效值Ik，即 6-15电气设备及运行维护INbr Ik开断计算时间tbr ：从发生短路到断路器的触头刚刚分开所经历 的时间。 为保证断路器能开断最严重情况下的短路电流，开断计算时间 等于主保护动作时间tpr1与断路器固有分闸时间tin之和，即 tbr=tpr1+tin 1) 对于非快速动作断路器（其tbr0.1s），可略去短路电流非周 期分量的影响，简化用短路电流周期分量0s有效值I”校验断路 器的开断能力，即 INbrI” 2) 对于快速动作断路器（其tbrSmin=153.388mm2，能满足热稳定要求。 （3）共振校验 6-82电气设备及运行维护取=1，即不考虑共振影响。 （4）动稳定校验 相间电动力 相间应力 6-83电气设备及运行维护根据，可以查得形状系数，条间电动力为 最大允许衬垫跨距 衬垫临界跨距 每跨选取2个衬垫时可以满足动稳定要求。6-84电气设备及运行维护 二、电力电缆的选择 1电缆型号的选择 基本结构：由导电线芯、绝缘层和保护层三部分组成。 线芯材料：铜芯和铝芯两种。 常用的线芯数目： 单芯充油电缆（用于110kV及以上） 三芯电缆（用于35kV及以下三相系统） 双芯电缆（用于单相系统） 四芯、五芯电缆（用于380/220V三相四线系统或有一线芯用于 安全接地）。 线芯绝缘：有油浸纸绝缘，塑料绝缘和橡皮（胶）绝缘三类。 保护层：塑料电缆的保护层由聚乙烯做成。 油浸纸绝缘电力电缆保护层由内保护层和外保护层构成，内保 护层目的是防潮和防漏油，有金属铝包和铅包两种；外保护层 防机械损伤和防腐蚀，有钢带铠装（抗压）、钢丝铠装（抗拉 ）等种类，铠装层外还有防腐蚀外被层。6-85电气设备及运行维护选择电缆时，应根据其用途、敷设方式和场所、工作条件及负 荷大小，选择线芯材料、线芯数目、线芯绝缘材料和保护层等 ，进而确定电缆的型号。2额定电压选择：UN UNs 3截面选择 1)长度在20m以下的电缆，一般按长期发热允许电流选择其截 面，即Imax K Ial 综合修正系数K的计算 在空气中敷设时 在空气中穿管敷设时 土壤中直埋或穿管直埋时 6-86电气设备及运行维护以上三式中： Kt为温度修正系数，按式（64） 计算； K1为电缆在空气中多根并列敷设和穿管敷设时的修正系数； K2为空气中穿管敷设时的修正系数，当电压在10kV及以下时 ，截面S95mm2时，K2=1，当截面S=120185mm2时， K2=0.85； K3为直埋因土壤热阻不同的修正系数； K4为土壤中多根并列敷设的修正系数。 2)年最大负荷利用时数 5000h，长度在20m以上的电缆，按经 济电流密度选择电缆截面： 按经济电流密度选择的电缆还应满足长期发热要求：Imax K Ial 为了便于敷设，一般尽量选用线芯截面不大于185mm2的电缆。 6-87电气设备及运行维护4热稳定校验 电缆的热稳定校验仍采用最小截面法，即所选截面S（单位为 mm2）应满足 Qk短路电流热效应