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1、,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,1,9 電氣設(shè)備選擇,目 錄,【知識(shí)目標(biāo)】 1了解電器和載流導(dǎo)體的發(fā)熱及動(dòng)力效應(yīng)的計(jì)算； 2掌握電氣設(shè)備的一般選擇條件和具體設(shè)備選擇校驗(yàn)的主要內(nèi)容； 3掌握主要設(shè)備的選擇條件、方法和技巧。 【能力目標(biāo)】 1能夠計(jì)算短時(shí)發(fā)熱； 2能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)中的設(shè)備進(jìn)行選擇和校驗(yàn)。,9 電氣設(shè)備選擇,正確地選擇電氣設(shè)備是保證電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要條件之一。在進(jìn)行電器的選擇時(shí)，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況，在保證安全、可靠的前提下積極穩(wěn)妥地采用新技術(shù)，并注意節(jié)省投資，合理選擇電氣設(shè)備。 由于各種電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的用途與工作條件不完全相同，因此它們各自的選擇條件與方法也不完全相同，但

2、是對(duì)它們?cè)谡９ぷ髦械目煽啃耘c短路時(shí)的穩(wěn)定性等基本要求是一致的，故選擇電氣設(shè)備的一般條件相同。,9 電氣設(shè)備選擇,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,9.1.1.1 短路電流的熱效應(yīng) 電器和載流導(dǎo)體中通過(guò)電流時(shí)，由于電器和載流導(dǎo)體存在著電阻，將會(huì)產(chǎn)生電阻損耗，將部分電能轉(zhuǎn)化為熱能，使電器和載流導(dǎo)體的溫度升高，這就是電流的熱效應(yīng)。,9.1.1 電氣設(shè)備的長(zhǎng)期與短時(shí)發(fā)熱,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,可用焦耳-楞次定律來(lái)計(jì)算其發(fā)熱量： 式中I通過(guò)的電流，A； t電流作用的時(shí)間，s； R交流電阻，如果為直流電路，則為直 流電阻Rdc； Kf集膚系數(shù)，其大小與電流的頻率、

3、導(dǎo)體的形狀和尺寸有關(guān)，在大截面母線中，其影響往往不可忽略，而對(duì)于絞線和空心導(dǎo)線，通常都可以認(rèn)為Kf=1。,,,（J）,(),（9.1）,,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,這些熱能中的一部分使導(dǎo)體本身發(fā)熱，溫度升高，當(dāng)溫度升高超過(guò)一定值后，將損壞電氣設(shè)備；另一部分熱能因溫差存在傳導(dǎo)，以輻射或?qū)α鞣绞缴⑹У街車橘|(zhì)中去。 電器和載流導(dǎo)體過(guò)度發(fā)熱將會(huì)產(chǎn)生以下影響： （1）金屬材料的機(jī)械強(qiáng)度下降。 當(dāng)電氣設(shè)備使用溫度超過(guò)規(guī)定允許值后，金屬材料由于退火，機(jī)械強(qiáng)度將明顯降低。,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,（2）導(dǎo)體接觸部分的接觸電阻增加。在導(dǎo)體的接觸連接處，當(dāng)溫度超過(guò)一定值時(shí)，接觸部分連接表面會(huì)強(qiáng)烈氧

4、化，產(chǎn)生電阻率很高的氧化層（銀的氧化層電阻不大），使接觸電阻增加，引起接觸部分溫度繼續(xù)升高，并將會(huì)產(chǎn)生惡性循環(huán)，可能導(dǎo)致接觸處松動(dòng)或燒熔。 （3）絕緣材料的絕緣性能降低。有機(jī)絕緣材料長(zhǎng)期受到高溫作用將逐漸變脆和老化，以致失去彈性和降低絕緣性能，使壽命大為縮短。,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,電器和載流導(dǎo)體主要有兩種發(fā)熱情況，即正常工作情況下的持續(xù)發(fā)熱和故障情況下的短時(shí)發(fā)熱。這兩種發(fā)熱過(guò)程是不相同的，因此對(duì)電器和載流導(dǎo)體有不同影響，在這兩種情況下的發(fā)熱也就有不同的標(biāo)準(zhǔn)。 為了安全運(yùn)行，必須對(duì)電器和載流導(dǎo)體在正常和故障情況下的發(fā)熱進(jìn)行計(jì)算，并保證不超過(guò)相應(yīng)的最高允許值。,9.1 電氣設(shè)備選擇的一

5、般條件,根據(jù)有關(guān)規(guī)定：導(dǎo)體的正常最高允許溫度一般不得超過(guò)70；在計(jì)及太陽(yáng)輻射（日照）的影響時(shí)，鋼芯鋁絞線及管形導(dǎo)體可按不超過(guò)80來(lái)考慮；當(dāng)導(dǎo)體接觸處有鍍錫的可靠覆蓋層時(shí)，允許提高到85，當(dāng)有銀的覆蓋層時(shí)，可提高到95。 導(dǎo)體通過(guò)短路電流時(shí)，短路的最高允許溫度可高于正常最高允許溫度，對(duì)硬鋁及鋁錳合金可取200，硬銅可取300。,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,9.1.1.2 導(dǎo)體發(fā)熱的計(jì)算 （1）正常情況下持續(xù)發(fā)熱的計(jì)算 根據(jù)能量守恒定律，正常運(yùn)行時(shí)電能損耗產(chǎn)生的熱量等于導(dǎo)體本身吸收的熱量加上導(dǎo)體散發(fā)的熱量。對(duì)于均勻?qū)w，其持續(xù)發(fā)熱的熱平衡方程式是： 式中I通過(guò)導(dǎo)體的電流，A； R已考慮了集膚系

6、數(shù)的導(dǎo)體交流電阻， ； q散熱系數(shù)，W/(m2);,,（9.2）,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,M導(dǎo)體散熱表面積，m2； 導(dǎo)體溫度，； j周圍介質(zhì)溫度，； m導(dǎo)體質(zhì)量，kg； c導(dǎo)體比熱容，Ws/(kg)。 當(dāng)發(fā)熱和散熱達(dá)到平衡時(shí)，導(dǎo)體穩(wěn)定于工作溫度g，此時(shí)有：,,（9.3）,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,在規(guī)定散熱條件下，當(dāng)周圍介質(zhì)溫度為額定值0e（我國(guó)現(xiàn)規(guī)定空氣溫度30、土壤溫度25為載流導(dǎo)體的額定介質(zhì)溫度）時(shí)，使導(dǎo)體工作溫度穩(wěn)定于長(zhǎng)期發(fā)熱允許溫度e的工作電流即為額定電流Ie ,此時(shí)有：,,（9.4）,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,實(shí)際上，對(duì)于一定的載流導(dǎo)體，式（9.3）中Ie、e

7、、0e等都是已知量，故工程中的發(fā)熱計(jì)算通常集中為以下兩個(gè)問(wèn)題： 已知周圍介質(zhì)溫度0和工作電流Ig，求導(dǎo)體工作溫度g； 當(dāng)周圍介質(zhì)溫度0不等于額定介質(zhì)溫度0e時(shí)，求導(dǎo)體允許的工作電流Iy,即修正額定電流。,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,用式（9.3）除以式（9.4）得： 在式（9.5）中，若周圍介質(zhì)溫度0不等于額定值0e，則導(dǎo)體允許的長(zhǎng)期工作電流Iy（簡(jiǎn)稱載流量）便不為Ie，此時(shí)有：,,,,（9.5）,（9.6）,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,用式（9.6）除以式（9.4）得： 式中Ky導(dǎo)體載流量的溫度修正系數(shù)，可查附 錄九得到。,（9.7）,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,（2）故障

8、情況下的短時(shí)發(fā)熱 短時(shí)發(fā)熱是指不超過(guò)十幾秒的短路電流的發(fā)熱。短時(shí)發(fā)熱的電流大，發(fā)熱功率更大，而散熱功率相對(duì)較小，可以忽略。因此，短時(shí)發(fā)熱可認(rèn)為是一絕熱過(guò)程，導(dǎo)體的發(fā)熱全部變換為導(dǎo)體的內(nèi)能，即： 式中id短路電流的瞬時(shí)值。,,（9.8）,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,短路時(shí)，由于導(dǎo)體溫度的變化范圍很大，這時(shí)，其電阻R和比熱容C都不是常數(shù)，兩者隨溫度變化的關(guān)系式是： 式中0溫度為0時(shí)導(dǎo)體電阻率，； C0溫度為0 時(shí)導(dǎo)體的比熱容， Ws/(kg)； 導(dǎo)體電阻溫度系數(shù)，1/； 導(dǎo)體比熱容溫度系數(shù)，1/； l導(dǎo)體長(zhǎng)度，m； S導(dǎo)體截面積，m2。,,（9.9）,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條

9、件,也即是： 對(duì)其進(jìn)行整理得： 對(duì)其兩邊積分整理得： 式中Qzt短路電流周期分量在t秒內(nèi)的熱效應(yīng)； Qfzt短路電流非周期分量在t秒內(nèi)的熱效應(yīng)。,,,,,（9.11）,（9.12）,（9.10）,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,其中，周期分量可以有兩種方法進(jìn)行計(jì)算：一種是利用近似數(shù)值積分法（也稱為1-10-1公式）計(jì)算，即： 此法適用于大容量的發(fā)電機(jī)（大于50MW ）的情況。 另一種是利用發(fā)熱等值時(shí)間法計(jì)算，即：,,,（9.13）,（9.14）,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,其含義是短路電流周期分量在短路電流作用時(shí)間內(nèi)的熱效應(yīng)，與穩(wěn)態(tài)短路電流在短路周期分量發(fā)熱等值時(shí)間（假想）內(nèi)的熱效應(yīng)相同，

10、即： 令 ，則: 由此可見(jiàn)， 。按照具有自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的發(fā)電機(jī)組的平均運(yùn)算曲線，可以繪出曲線族，如圖9.1所示。,,,,,,（9.16）,（9.15）,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,圖9.1 具有自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的發(fā)電機(jī) 短路電流周期分量發(fā)熱等值時(shí)間,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,當(dāng)已知、t時(shí)，即可由曲線查得tjz。此曲線只繪至t=5s。當(dāng) t5s時(shí)，可以認(rèn)為在5s以后的時(shí)間內(nèi)，短路電流維持在I不再變化，故t5s時(shí)發(fā)熱等值時(shí)間為: 系統(tǒng)為無(wú)限大電源時(shí)，短路電流的周期分量不衰減，所以其發(fā)熱等值時(shí)間為： 短路電流非周期分量在t秒內(nèi)的熱效應(yīng)計(jì)算公式為：,,,,（9.18）,（9.19）,（9.17

11、）,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,其中Tfi為不同短路點(diǎn)的等效時(shí)間常數(shù)。通常取各支路中最大的Tfi作為等效時(shí)間常數(shù)。表9.1列出了不同短路點(diǎn)的等效時(shí)間常數(shù)推薦值。,,表9.1 不同短路點(diǎn)等效時(shí)間常數(shù)Tfi的推薦值,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,電動(dòng)力效應(yīng)是指載流導(dǎo)體之間的磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電動(dòng)力。載流導(dǎo)體間的作用大小可用畢奧沙瓦定律計(jì)算，即作用于長(zhǎng)度為l，通過(guò)電流為I，并位于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、與該磁場(chǎng)的磁力線方向成角的載流導(dǎo)體上的電動(dòng)力F為：,9.1.2 電器和載流體的電動(dòng)力效應(yīng),,（9.20）,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,短路電流所產(chǎn)生的電動(dòng)力將會(huì)產(chǎn)生很大的危害，具體表現(xiàn)在： （1）電器

12、的載流部分可能因?yàn)殡妱?dòng)力而振動(dòng)，或者因電動(dòng)力所產(chǎn)生的應(yīng)力大于電器和導(dǎo)體的材料允許應(yīng)力而變形，甚至損壞。 （2）電氣設(shè)備的電磁繞組受到巨大的電動(dòng)力作用，可能使繞組變形或損壞。 （3）使觸頭瞬間解除接觸壓力，甚至發(fā)生斥開(kāi)現(xiàn)象，引發(fā)設(shè)備故障。 電氣設(shè)備耐受短路電流電動(dòng)力的能力稱為電動(dòng)力的穩(wěn)定性，簡(jiǎn)稱動(dòng)穩(wěn)。,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,9.1.2.1 兩根平行導(dǎo)體之間的電動(dòng)力 當(dāng)兩根平行導(dǎo)體的電流方向相反時(shí)，兩根導(dǎo)體之間將產(chǎn)生斥力；當(dāng)兩根平行導(dǎo)體的電流方向相同時(shí)，兩根導(dǎo)體之間將產(chǎn)生吸力。其導(dǎo)體之間的作用力可以表示為： 式中i1、i2通過(guò)平行導(dǎo)體的電流，A； l該段導(dǎo)體的長(zhǎng)度，m； a平行導(dǎo)體軸線間

13、的距離，m。,,（9.21）,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,有時(shí)，兩根平行導(dǎo)體間的間距并不比導(dǎo)體的幾何尺寸大很多，按式（9.21）計(jì)算將產(chǎn)生很大的誤差。在工程設(shè)計(jì)中，可以用形狀系數(shù)K來(lái)修正。 對(duì)于截面不是很大的圓形截面，K=1；矩形截面的形狀系數(shù)可查圖9.2。,,（9.22）,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,圖9.2 決定矩形界面 母線形狀系數(shù)的曲線,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,9.1.2.2 三相系統(tǒng)中導(dǎo)體間的電動(dòng)力 在三相系統(tǒng)中，作用于每相導(dǎo)體上的電動(dòng)力，由該導(dǎo)體中的電流和其他兩相導(dǎo)體中電流所產(chǎn)生的相互作用力來(lái)決定。最大沖擊力發(fā)生在短路后0.01s，且以中間相受力最大。三相系統(tǒng)三相短

14、路時(shí)電動(dòng)力的最大瞬時(shí)值Fmax為： 可以以式（9.23）作為校驗(yàn)?zāi)妇€電動(dòng)力穩(wěn)定性的依據(jù)。,,（9.23）,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,計(jì)入振動(dòng)系數(shù)后，水平放置在同一平面內(nèi)的三相交流系統(tǒng)的母線，其最大作用力是： 式中母線系統(tǒng)的振動(dòng)系數(shù)。 在進(jìn)行母線機(jī)械強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，可認(rèn)為母線是一端固定、受均勻荷載作用的多跨距連距梁。在這種情況下，作用于母線上的最大彎矩Mmax為：,,,（9.25）,（9.24）,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,式中l(wèi)ju相鄰兩個(gè)支柱絕緣子間的跨距，m。 其最大計(jì)算應(yīng)力max為： 式中W母線的截面系數(shù)，m3，其值與母線的截面形狀及布置形式有關(guān)，可查相關(guān)手冊(cè)得到。,,（9.26

15、）,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,若母線最大計(jì)算應(yīng)力maxxu，則可認(rèn)為短路時(shí)，母線在電動(dòng)力作用下是穩(wěn)定的。各種材料的最大允許應(yīng)力xu如表9.2所示。 對(duì)于電器設(shè)備，制造廠提供了滿足電動(dòng)力穩(wěn)定條件的電流峰值igf，并要求保證 。,,最大允許應(yīng)力,Kgf/cm,,,,表9.2 各種材料的最大允許應(yīng)力,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,（1）力求技術(shù)先進(jìn)，安全適用，經(jīng)濟(jì)合理； （2）應(yīng)滿足正常運(yùn)行、檢修、短路和過(guò)電壓情況下的要求，并考慮遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃（510年）； （3）應(yīng)按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校驗(yàn)； （4）應(yīng)與整個(gè)工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致； （5）選擇導(dǎo)體的品種不宜太多； （6）選擇新產(chǎn)品應(yīng)積極謹(jǐn)慎，新產(chǎn)

16、品應(yīng)有可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并經(jīng)主管單位鑒定合格。,9.1.3 電氣設(shè)備選擇的一般原則,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,為了保障高壓電氣設(shè)備的可靠安全運(yùn)行，電氣設(shè)備選擇的一般條件有：按正常工作條件（包括電壓、電流等）進(jìn)行選擇；按環(huán)境工作條件（如溫度、濕度、海拔等）校驗(yàn)；按短路條件（包括動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定）校驗(yàn)。 由于各種高壓電氣設(shè)備具有不同的性能特點(diǎn)，因此其選擇與校驗(yàn)條件也不盡相同。高壓電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn)項(xiàng)目見(jiàn)表9.3。,9.1.4 電氣設(shè)備選擇的一般條件,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,表9.3 高壓電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn)項(xiàng)目,注：表中“”為選擇項(xiàng)目，“”為校驗(yàn)項(xiàng)目,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,9

17、.1.4.1 按正常工作條件選擇電器 （1）額定電壓和最高工作電壓 因調(diào)壓和負(fù)荷的變化，電器所在電網(wǎng)的運(yùn)行電壓常高于電網(wǎng)的額定電壓，故所選電器的允許最高工作電壓Uymax不得低于所接電網(wǎng)的最高運(yùn)行電壓Ugmax，即： 一般電氣設(shè)備允許的最高工作電壓可達(dá)1.11.15UN ，而實(shí)際電網(wǎng)的最高運(yùn)行電壓Uymax一般不超過(guò)1.1Uew。,UymaxUgmax,（9.27）,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,在選擇電器時(shí)，一般可按照電器的額定電壓Ue不低于裝置地點(diǎn)電網(wǎng)額定電壓Uew的條件選擇，即： （2）額定電流 電氣設(shè)備的額定電流Ie是指在額定周圍環(huán)境溫度化下，電氣設(shè)備的長(zhǎng)期允許電流。Ie應(yīng)不小于該回

18、路在各種合理運(yùn)行方式下的最大持續(xù)工作電流Igmax，即：,UeUew,IeIgmax,（9.28）,（9.29）,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,計(jì)算時(shí)有以下幾個(gè)應(yīng)注意的問(wèn)題： 由于發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)和變壓器在電壓降低5%時(shí)出力保持不變，故其相應(yīng)回路的Igmax為發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)或變壓器的額定電流的1.05倍； 若變壓器有過(guò)負(fù)荷運(yùn)行可能時(shí)，Igmax應(yīng)按過(guò)負(fù)荷（1.32倍變壓器額定電流）確定； 對(duì)于母聯(lián)斷路器回路，一般可取母線上最大一臺(tái)發(fā)電機(jī)或變壓器的Igmax； 出線回路的Igmax除考慮正常負(fù)荷電流（包括線路損耗）外，還應(yīng)考慮事故時(shí)由其他回路轉(zhuǎn)移過(guò)來(lái)的負(fù)荷。,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,（3

19、）按環(huán)境工作條件校驗(yàn) 在選擇電氣設(shè)備時(shí)，還應(yīng)考慮電氣設(shè)備安裝地點(diǎn)的環(huán)境條件，當(dāng)氣溫、風(fēng)速、溫度、污穢等級(jí)、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等環(huán)境條件超過(guò)一般電氣設(shè)備使用條件時(shí)，應(yīng)采取措施。例如，當(dāng)?shù)貐^(qū)海拔超過(guò)規(guī)定值時(shí)，由于大氣壓力、空氣密度和濕度相應(yīng)減少，會(huì)使空氣間隙和外絕緣的放電特性下降。一般當(dāng)海拔在10003500m時(shí)，海拔每升高100m，則電氣設(shè)備的允許最高工作電壓要下降1%。當(dāng)最高工作電壓不能滿足要求時(shí)，應(yīng)采用高原型電氣設(shè)備，或采用外絕緣提高一級(jí)的產(chǎn)品。對(duì)于110kV及以下電氣設(shè)備，其外絕緣裕度較大，可在海拔2000m以下使用。,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,當(dāng)污穢等級(jí)超過(guò)使用規(guī)定時(shí)，可

20、選用有利于防污的電瓷產(chǎn)品，當(dāng)經(jīng)濟(jì)上合理時(shí)可采用屋內(nèi)配電裝置。 當(dāng)周圍環(huán)境溫度0和電氣設(shè)備額定環(huán)境溫度不等時(shí)，其長(zhǎng)期允許工作電流應(yīng)乘以修正系數(shù)K，即： 式中K修正系數(shù)； max導(dǎo)體或電氣設(shè)備正常發(fā)熱時(shí)的允許最高溫度，當(dāng)導(dǎo)體用螺栓連接時(shí)，max=70。,,（9.30）,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,我國(guó)目前生產(chǎn)的電氣設(shè)備使用的額定環(huán)境溫度N=40。當(dāng)周圍環(huán)境溫度0高于40（但低于60）時(shí)，其允許電流一般可按每增高1、額定電流減少1.8%進(jìn)行修正；當(dāng)環(huán)境溫度低于40時(shí)，環(huán)境溫度每降低1，額定電流可增加0.5%，但其最大電流不得超過(guò)額定電流20%。,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,9.1.4.2 按

21、短路條件校驗(yàn) 短路電流通過(guò)電器時(shí)，會(huì)引起電器溫度升高，并產(chǎn)生巨大的電動(dòng)力。通過(guò)電器的短路電流越大、時(shí)間越長(zhǎng)，電器所受到的影響越嚴(yán)重。校驗(yàn)電器和載流導(dǎo)體的熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定應(yīng)考慮其最嚴(yán)重的情況。 （1）短路熱穩(wěn)定校驗(yàn) 短路電流通過(guò)電氣設(shè)備時(shí)，電氣設(shè)備各部件溫度（或發(fā)熱效應(yīng)）應(yīng)不超過(guò)允許值。,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,滿足熱穩(wěn)定的條件為： 式中Ir由生產(chǎn)廠給出的電氣設(shè)備在時(shí)間t秒內(nèi) 的熱穩(wěn)定電流，kA； I短路穩(wěn)態(tài)電流值，kA； t與It相對(duì)應(yīng)的時(shí)間，s； tdz短路電流熱效應(yīng)等值計(jì)算時(shí)間，s。,QrQd,,（9.31）,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,（2）電動(dòng)力穩(wěn)定校驗(yàn) 電動(dòng)力穩(wěn)定是電氣

22、設(shè)備承受短路電流機(jī)械效應(yīng)的能力，也稱動(dòng)穩(wěn)定。滿足動(dòng)穩(wěn)定的條件為： 或 式中ich、Ich短路沖擊電流幅值及其有效值， kA； idw、Idw電氣設(shè)備允許通過(guò)的動(dòng)穩(wěn)定電流的幅值及其有效值，kA。,,,（9.32）,（9.33）,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,下列幾種情況可不校驗(yàn)熱穩(wěn)定或動(dòng)穩(wěn)定： 用熔斷器保護(hù)的電器，其熱穩(wěn)定由熔斷時(shí)間保證，故可不校驗(yàn)熱穩(wěn)定。 采用限流熔斷器保護(hù)的設(shè)備，可不校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定。 裝設(shè)在電壓互感器回路中的裸導(dǎo)體和電氣設(shè)備可不校驗(yàn)動(dòng)、熱穩(wěn)定。,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,（3）短路電流計(jì)算條件 為使所選電氣設(shè)備具有足夠的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和合理性，并在一定時(shí)期內(nèi)適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)

23、展的需要，作校驗(yàn)用的短路電流應(yīng)按下列條件確定： 容量和接線按工程設(shè)計(jì)最終容量計(jì)算，并考慮電力系統(tǒng)遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃（一般為工程建成后510年）；其接線應(yīng)采用可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式，但不考慮在切換過(guò)程中可能短時(shí)并列的接線方式（如切換廠用變壓器時(shí)的并列）。,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,短路種類一般按三相短路驗(yàn)算，若其他種類短路較三相短路嚴(yán)重時(shí)，則應(yīng)按最嚴(yán)重的情況驗(yàn)算。 計(jì)算短路點(diǎn)時(shí)，選擇通過(guò)電器的短路電流為最大的那些點(diǎn)為短路計(jì)算點(diǎn)。,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,下面以圖9.3所示電路為例來(lái)計(jì)算短路電路。,圖9.3 短路計(jì)算示例,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,發(fā)電機(jī)、變壓器回路的斷路

24、器。應(yīng)比較斷路器前、后短路時(shí)通過(guò)斷路器的短路電流值，擇其較大者為短路計(jì)算點(diǎn)。 母聯(lián)斷路器。應(yīng)考慮當(dāng)母聯(lián)斷路器向備用母線充電時(shí)，備用母線故障，即K4點(diǎn)短路，此時(shí)，全部短路電流IG1IG2IT流過(guò)母聯(lián)斷路器QF及匯流母線。 帶電抗器的出線回路。在母線和母線隔離開(kāi)關(guān)隔板前的母線引線及套管應(yīng)按電抗器前K7點(diǎn)短路選擇。由于干式電抗器工作可靠性較高，且電器間的連線都很短，故障幾率小，故隔板后的導(dǎo)體和電器一般可按電抗器后即K8點(diǎn)為計(jì)算短路點(diǎn)，這樣出線可選用輕型斷路器，有利于節(jié)約投資。,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,（4）短路計(jì)算時(shí)間 校驗(yàn)熱穩(wěn)定的短路計(jì)算時(shí)間為繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間tpr和相應(yīng)斷路器的全開(kāi)斷時(shí)間

25、tab之和，即： 式中tkd斷路器全開(kāi)斷時(shí)間，s； tb保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，s； tgf斷路器固有分閘時(shí)間，可查附錄三高壓斷路器的技術(shù)參數(shù)得到； th斷路器開(kāi)斷時(shí)電弧持續(xù)時(shí)間，對(duì)少油斷路器為0.040.06s，對(duì)SF6和壓縮空氣斷路器為0.020.04s。,tdz = tb + tkd tkd = tgf + th,（9.34）,,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,當(dāng)驗(yàn)算裸導(dǎo)體及110kV以下電纜短路熱穩(wěn)定時(shí)，一般采用主保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，如果主保護(hù)有死區(qū)，則用后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間；當(dāng)驗(yàn)算電器及110kV以上電纜短路熱穩(wěn)定時(shí)，一般采用后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間。 開(kāi)斷電器應(yīng)能在最嚴(yán)重的情況下開(kāi)斷

26、短路電流，故電器的開(kāi)斷計(jì)算時(shí)間tkd應(yīng)為主保護(hù)時(shí)間tpr1和斷路器固有分閘時(shí)間tgf之和，即：,tkd= tpr1 + tgf,（9.35）,9.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件,9.2 高壓開(kāi)關(guān)電器的選擇,9.2 高壓開(kāi)關(guān)電器的選擇,高壓斷路器、隔離開(kāi)關(guān)及高壓熔斷器的選擇校驗(yàn)項(xiàng)目如表9.4所示。,表9.4 高壓斷路器、隔離開(kāi)關(guān)及高壓熔斷器的選擇校驗(yàn)項(xiàng)目表,9.2 高壓開(kāi)關(guān)電器的選擇,（1）斷路器種類和型式的選擇 應(yīng)根據(jù)高壓斷路器的安裝地點(diǎn)、環(huán)境和使用條件等要求選擇其種類和型式。 高壓斷路器的操動(dòng)機(jī)構(gòu)大多數(shù)是由制造廠配套供應(yīng)的，僅有部分少油斷路器有電磁式、彈簧式或液壓式等幾種型式的操動(dòng)機(jī)構(gòu)可供選擇。

27、,9.2.1 高壓斷路器的選擇,9.2 高壓開(kāi)關(guān)電器的選擇,一般電磁式操動(dòng)機(jī)構(gòu)需配專用的直流合閘電源，但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠；彈簧式操動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，調(diào)整要求較高；液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)加工精度要求較高。操動(dòng)機(jī)構(gòu)的型式，可根據(jù)安裝調(diào)試是否方便及其運(yùn)行可靠性進(jìn)行選擇。,9.2 高壓開(kāi)關(guān)電器的選擇,（2）額定電壓的選擇 高壓斷路器的額定電壓不低于安裝處電網(wǎng)額定電壓，即： UeUew （3）額定電流的選擇 斷路器額定電流不小于該回路最大持續(xù)工作電流，即: IeIgmax,（9.36）,（9.37）,9.2 高壓開(kāi)關(guān)電器的選擇,（4）額定開(kāi)斷電流的選擇 在額定電壓下，斷路器能保證正常開(kāi)斷的最大短路電流稱為額定

28、開(kāi)斷電流。高壓斷路器的額定開(kāi)斷電流Iekd不應(yīng)小于實(shí)際開(kāi)斷瞬間的短路電流周期分量Iz，即： IekdIz 式中Iz高壓斷路器觸頭實(shí)際開(kāi)斷瞬間的短路 電流周期分量有效值。 當(dāng)斷路器的額定開(kāi)斷電流較系統(tǒng)的短路電流大很多時(shí)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，也可按次暫態(tài)電流進(jìn)行選擇，即IekdI。,（9.38）,9.2 高壓開(kāi)關(guān)電器的選擇,（5）關(guān)合電流的選擇 在斷路器合閘之前，若線路上已經(jīng)存在短路故障，則在斷路器合閘過(guò)程中，動(dòng)、靜觸頭間在未接觸時(shí)即有巨大的短路電流通過(guò)（預(yù)擊穿），容易發(fā)生觸頭熔焊和遭受電動(dòng)力的損壞。且斷路器在關(guān)合短路電流時(shí)，不可避免地會(huì)在接通后自動(dòng)跳閘，因此還要求斷路器能夠切斷短路電流，因此，額定關(guān)

29、合電流是斷路器的重要參數(shù)之一。為了保證斷路器在關(guān)合短路電流時(shí)的安全，斷路器的額定關(guān)合電流ieg不應(yīng)小于短路電流最大沖擊值ich ，即： iegich （9.39） 一般斷路器額定關(guān)合電流igh不會(huì)大于額定動(dòng)穩(wěn)定電流idw，因此ighich，則此時(shí)idwich。,9.2 高壓開(kāi)關(guān)電器的選擇,（6）熱穩(wěn)定校驗(yàn) 滿足熱穩(wěn)定的條件為： I2rtQd（9.40） 或者： （7）動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) 滿足動(dòng)穩(wěn)定的條件為： idwich（9.42）,,,,（9.41）,9.2 高壓開(kāi)關(guān)電器的選擇,隔離開(kāi)關(guān)的選擇及校驗(yàn)條件除額定電壓、額定電流、熱穩(wěn)定及動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)外，還應(yīng)注意其種類和形式的選擇，尤其是戶

30、外式隔離開(kāi)關(guān)的型式較多，對(duì)配電裝置的布置和占地面積影響很大，因此其型式應(yīng)根據(jù)配電裝置的特點(diǎn)和要求以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件來(lái)確定，如表9.5所示。,9.2.2 隔離開(kāi)關(guān)的選擇,9.2 高壓開(kāi)關(guān)電器的選擇,表9.5 隔離開(kāi)關(guān)選型參考表,9.2 高壓開(kāi)關(guān)電器的選擇,【例9.1】如圖9.4所示降壓變電站中的一臺(tái)變壓器，其容量為7500kVA，其短路電壓百分值為Ud%=7.5，二次母線電壓為10kV，變電所由無(wú)限大容量系統(tǒng)供電，二次母線上短路電流為I=I=5.5kA。作用于高壓斷路器的定時(shí)限保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)限為1s，瞬時(shí)動(dòng)作的保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)限為0.05s，擬采用高速動(dòng)作的高壓斷路器，其固有開(kāi)斷時(shí)間為0.05s

31、，滅弧時(shí)間為0.05s，斷路器全開(kāi)斷時(shí)間則為tkd=0.05+0.05=0.1(s)，試選擇高壓斷路器與隔離開(kāi)關(guān)。,9.2 高壓開(kāi)關(guān)電器的選擇,圖9.4 例9.1圖,9.2 高壓開(kāi)關(guān)電器的選擇,負(fù)荷開(kāi)關(guān)能開(kāi)斷過(guò)負(fù)荷電流，也能關(guān)合一定的短路電流，但不能開(kāi)斷短路電流。它常與高壓熔斷器串聯(lián)使用，或在小容量范圍內(nèi)代替斷路器使用。有的負(fù)荷開(kāi)關(guān)已與熔斷器組裝成一體，有的則分立，但負(fù)荷開(kāi)關(guān)本體的選擇條件是一樣的。其開(kāi)斷能力校驗(yàn)為： 式中Ifmax最大負(fù)荷電流。,9.2.3 負(fù)荷開(kāi)關(guān)的選擇,Iekd Ifmax,（9.43）,9.2 高壓開(kāi)關(guān)電器的選擇,負(fù)荷開(kāi)關(guān)的動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)與串聯(lián)熔斷器類型有關(guān)。因一般串聯(lián)限流

32、型熔斷器熔斷過(guò)程幾乎不出現(xiàn)非周期分量，故校驗(yàn)條件為： 式中idw負(fù)荷開(kāi)關(guān)按動(dòng)穩(wěn)定要求允許通過(guò)的最大峰值電流 。 由于電路受本級(jí)熔斷器保護(hù)，負(fù)荷開(kāi)關(guān)不需要校驗(yàn)熱穩(wěn)定。,i dw ,,（9.44）,9.2 高壓開(kāi)關(guān)電器的選擇,高壓熔斷器按型式、額定電壓、額定電流、開(kāi)斷電流和選擇性等項(xiàng)來(lái)選擇和校驗(yàn)。 （1）高壓熔斷器型式的選擇 戶內(nèi)式熔斷器用作保護(hù)電壓互感器的選擇RN6或RN2型；保護(hù)配電變壓器、電力電容器或配電線路的選擇RN5、RN3或RN1型。它們均有6kV、10kV和35kV等電壓等級(jí)，都屬于限流型。,9.2.4 高壓熔斷器的選擇,9.2 高壓開(kāi)關(guān)電器的選擇,戶外熔斷器的型式取決于電壓等級(jí)。6

33、10kV可選擇RW7、RW4 、RW3和防污的RW11型，它們都是跌落式、非限流型，用于保護(hù)配電變壓器和配電線路等。35kV系統(tǒng)可選用RW5-35、RXW0-35等型。前一種是跌落式、非限流型，用于保護(hù)配電變壓器和線路。后一種為非跌落式、限流型，用以替代RW2-35型老產(chǎn)品，既可用于保護(hù)配電變壓器等，也可選用0.5A熔體保護(hù)35kV電壓互感器。,9.2 高壓開(kāi)關(guān)電器的選擇,（2）高壓熔斷器額定電壓的選擇 對(duì)于一般的高壓熔斷器，其額定電壓Ue必須大于或等于電網(wǎng)的額定電壓Uew。但是對(duì)于充填石英砂有限流作用的熔斷器，則不宜使用在低于熔斷器額定電壓的電網(wǎng)中。這是因?yàn)橄蘖魇饺蹟嗥鳒缁∧芰軓?qiáng)，在短路電

34、流達(dá)到最大值之前就將電流截?cái)?，致使熔體熔斷時(shí)因截流而產(chǎn)生過(guò)電壓，其過(guò)電壓倍數(shù)與電路參數(shù)及熔體長(zhǎng)度有關(guān)，一般在Uew=Ue的電網(wǎng)中，過(guò)電壓倍數(shù)22.5倍相電壓，不會(huì)超過(guò)電網(wǎng)中電氣設(shè)備的絕緣水平，但如果在Uew

35、eRt,（9.45）,9.2 高壓開(kāi)關(guān)電器的選擇,熔體額定電流的選擇，選擇熔體的額定電流的條件是： 式中Igmax電力變壓器回路最大工作電流； K熔體的可靠系數(shù)。 保護(hù)電力變壓器時(shí)，若無(wú)電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)，只需承受變壓器沖擊升壓時(shí)的勵(lì)磁涌流，可取K=1.11.3；需要考慮電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)，取K=1.52；用于保護(hù)電容器時(shí)，考慮因電網(wǎng)電壓波動(dòng)或波形畸變而引起的電容涌流，對(duì)限流熔斷器可取K=1.52（一臺(tái)電容器）或K=1.31.8（一組電容器），對(duì)跌落式熔斷器可取K=1.21.3。專用于保護(hù)電壓互感器的熔斷器，其熔體額定電流均為0.5A。,IeRt=KIgmax,（9.46）,9.2 高壓開(kāi)關(guān)電器的選擇

36、,（4）高壓熔斷器開(kāi)斷電流校驗(yàn) 高壓熔斷器開(kāi)斷電流校驗(yàn)的公式為： IekdIch（或I） （9.47）式中Iekd熔斷器的額定開(kāi)斷電流。 對(duì)于沒(méi)有限流作用的熔斷器，選擇時(shí)用沖擊電流的有效值Ich進(jìn)行校驗(yàn)；對(duì)于有限流作用的熔斷器，在電流達(dá)最大值之前已截?cái)?，故可不?jì)非周期分量影響，而采用I進(jìn)行校驗(yàn)。 對(duì)于保護(hù)電壓互感器用的高壓熔斷器，只需按額定電壓及斷流容量?jī)身?xiàng)進(jìn)行選擇。,9.2 高壓開(kāi)關(guān)電器的選擇,（5）高壓熔斷器選擇性校驗(yàn) 為了保證前、后兩級(jí)熔斷器之間或熔斷器與電源（或負(fù)荷）保護(hù)裝置之間動(dòng)作的選擇性，應(yīng)進(jìn)行熔體選擇性校驗(yàn)。各種型號(hào)熔斷器的熔體熔斷時(shí)間可從制造廠商提供的安秒特性曲線上查出。

37、如圖9.5所示為兩個(gè)不同熔體的安秒特性曲線（Iefs1

38、大工作電流。 為了確保所供儀表的準(zhǔn)確度，互感器的一次側(cè)額定電流應(yīng)盡可能與最大工作電流接近。,9.3.1 電流互感器的選擇,Ie1Igmax,Ue1Uew,,（9.48）,9.3 互感器的選擇,（2）二次額定電流的選擇 電流互感器的二次額定電流有5A和1A兩種，一般強(qiáng)電系統(tǒng)用5A，弱電系統(tǒng)用1A。 當(dāng)一次電流較?。ㄔ?00A及以下）時(shí)，宜優(yōu)先采用一次繞組多匝式，以提高準(zhǔn)確度；當(dāng)采用弱電控制系統(tǒng)或配電裝置（如超高壓配電裝置）且距離控制室較遠(yuǎn)時(shí)，為能減小電纜截面，提高帶二次負(fù)荷能力及準(zhǔn)確度等級(jí)，二次額定電流應(yīng)盡量采用1A。,9.3 互感器的選擇,（3）電流互感器種類和型式的選擇 在選擇互感器時(shí)，應(yīng)根

39、據(jù)安裝地點(diǎn)（如屋內(nèi)、屋外）和安裝方式（如穿墻式、支持式、裝入式等）選擇相適應(yīng)的類別和型式。選用母線型電流互感器時(shí)，應(yīng)注意校核窗口尺寸。,9.3 互感器的選擇,（4）電流互感器準(zhǔn)確度等級(jí)的選擇 為保證測(cè)量?jī)x表的準(zhǔn)確度，互感器的準(zhǔn)確度等級(jí)不得低于所供測(cè)量?jī)x表的準(zhǔn)確度等級(jí)。例如，裝于重要回路（如發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)、變壓器、廠用饋線、出線等）中的電能表和計(jì)費(fèi)的電能表一般采用0.51級(jí)，相應(yīng)的互感器的準(zhǔn)確度等級(jí)不應(yīng)低于0.5級(jí)；對(duì)測(cè)量精度要求較高的大容量發(fā)電機(jī)、變壓器、系統(tǒng)干線和500kV級(jí)宜用0.2級(jí)；供運(yùn)行監(jiān)視、估算電能的電能表和控制盤上的儀表一般用11.5級(jí)的，相應(yīng)的電流互感器應(yīng)為0.51級(jí)；只需估計(jì)

40、電參數(shù)儀表的互感器可用3級(jí)。當(dāng)所供儀表要求不同準(zhǔn)確度等級(jí)時(shí)，應(yīng)按相應(yīng)最高級(jí)別來(lái)確定電流互感器的準(zhǔn)確度等級(jí)。,9.3 互感器的選擇,（5）二次容量或二次負(fù)載的校驗(yàn) 為了保證互感器的準(zhǔn)確度等級(jí)，互感器二次側(cè)所接實(shí)際負(fù)載Z2l或所消耗的實(shí)際容量S2應(yīng)不大于該準(zhǔn)確度等級(jí)所規(guī)定的額定負(fù)載ZN2或額定容量SN2（ZN2及SN2均可從產(chǎn)品樣本或附錄五查到），即： 或 式中Rm、Rr電流互感器二次回路中所接儀表內(nèi)阻的總和與所接繼電器內(nèi)阻的總和，可由產(chǎn)品樣本或附錄八中查得；,SN2S2= IN22 Z2l,ZN2 Z2lRwi+Rtou + Rm + Rr,（9.49）,（9.50）,9.3 互感器的選擇,Rw

41、 i電流互感器二次連接導(dǎo)線的電阻； Rtou電流互感器二次連線的接觸電阻，一般取為0.1。 將式（9.50）代入式（9.49）并整理得： 因?yàn)?，所以? 式中A、lca電流互感器二次回路連接導(dǎo)線的截面積（mm2）及計(jì)算長(zhǎng)度（mm）。,Rwi,A,A=,（9.52）,（9.51）,9.3 互感器的選擇,按規(guī)程要求，連接導(dǎo)線應(yīng)采用不得小于1.5mm2的銅線，實(shí)際工作中常取2.5mm2的銅線。當(dāng)截面選定之后，即可計(jì)算出連接導(dǎo)線的電阻Rw i。有時(shí)也可先初選電流互感器，在已知其二次側(cè)連接的儀表及繼電器型號(hào)的情況下，利用式（9.52）確定連接導(dǎo)線的截面積。但須指出，只用一只電流互感器時(shí)電阻的計(jì)算長(zhǎng)度應(yīng)取

42、連接長(zhǎng)度的2倍。如果用三只電流互感器接成完全星形接線時(shí)，由于中線電流近于零，則電阻的計(jì)算長(zhǎng)度為連接長(zhǎng)度。,9.3 互感器的選擇,若用兩只電流互感器接成不完全星形接線時(shí)，其二次公用線中的電流為兩相電流的向量和，其值與相電流相等，但相位差為60，故應(yīng)取連接長(zhǎng)度的3倍為電阻的計(jì)算長(zhǎng)度，如圖9.6所示。,圖9.6 互感器二次側(cè)導(dǎo)線截面的計(jì)算 （a）單相接線；（b）星形接線；（c）不完全星形接線,9.3 互感器的選擇,（6）熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) 電流互感器的熱穩(wěn)定校驗(yàn) 一般只對(duì)本身帶有一次回路導(dǎo)體的電流互感器進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗(yàn)。電流互感器熱穩(wěn)定能力常以1s允許通過(guò)的一次額定電流Ie1的倍數(shù)Kh來(lái)表示，故熱穩(wěn)定

43、應(yīng)按下式校驗(yàn)： 式中Kh、Ie1由生產(chǎn)廠給出的電流互感器的熱 穩(wěn)定倍數(shù)及一次側(cè)額定電流； I、tdz短路時(shí)的穩(wěn)態(tài)電流值及熱效應(yīng)等 值計(jì)算時(shí)間。,（KhIe1）2 I2tdz,（9.53）,9.3 互感器的選擇,電流互感器的動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) 電流互感器內(nèi)部動(dòng)穩(wěn)定能力，常以允許通過(guò)的一次額定電流最大值的倍數(shù)kmo，即動(dòng)穩(wěn)定電流倍數(shù)表示。故內(nèi)部動(dòng)穩(wěn)定可用下式校驗(yàn)： 式中Kmo、Ie1由生產(chǎn)廠給出的電流互感器 的動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù)及一次側(cè)額定電 流； ich故障時(shí)可能通過(guò)電流互感器的 最大三相短路電流沖擊值。,KmoIe1ich,（9.54）,9.3 互感器的選擇,由于鄰相之間電流的相互作用，使電流互

44、感器絕緣瓷帽上受到外力的作用，因此，對(duì)于瓷絕緣型電流互感器應(yīng)校驗(yàn)瓷套管的機(jī)械強(qiáng)度。瓷套上的作用力可由一般電動(dòng)力公式計(jì)算，故外部動(dòng)穩(wěn)定應(yīng)滿足 ： 式中Fal作用于電流互感器瓷帽端部的允許應(yīng) 力； l電流互感器出線端至最近一個(gè)母線支 柱絕緣子之間的跨距。 式（9.55）中的系數(shù)0.5表示互感器瓷套端部承受該跨上電動(dòng)力的一半。,Fal0.51.7310-7ich2,,（N）,（9.55）,9.3 互感器的選擇,【例9.2】試就【例9.1】中的已知條件，選擇圖9.4所示的電流互感器。擬將電流互感器裝在JYN2-10型高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，并選取兩個(gè)鐵芯級(jí)的互感器，其中一個(gè)供儀表用，其所接儀表的電路和儀表參

45、數(shù)如圖9.7所示；另一個(gè)供繼電保護(hù)用。其中5m代表連接導(dǎo)線的長(zhǎng)度。,圖9.7 例9.2圖,9.3 互感器的選擇,9.3.2.1 電壓互感器一次回路額定電壓的選擇 為了確保電壓互感器安全和在規(guī)定的準(zhǔn)確度等級(jí)下運(yùn)行，電壓互感器一次繞組所接電力網(wǎng)電壓應(yīng)在（0.91.1）Ue1范圍內(nèi)變動(dòng)，即滿足下列條件： 式中Ue1電壓互感器一次側(cè)額定電壓。 選擇e1時(shí)，滿足Ue1=Uew即可。,1.1Ue1Uew0.9Ue1,（9.56）,9.3.2 電壓互感器的選擇,9.3 互感器的選擇,9.3.2.2 電壓互感器二次側(cè)額定電壓的選擇 電壓互感器二次側(cè)額定線間電壓為100V，應(yīng)和所接用的儀表或繼電器相適應(yīng)，如表9

46、.7所示。,,,,表9.7 電壓互感器二次繞組額定電壓選擇,注：J*指中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)。,9.3 互感器的選擇,9.3.2.3 電壓互感器種類和型式的選擇 電壓互感器的種類和型式應(yīng)根據(jù)裝設(shè)地點(diǎn)和使用條件進(jìn)行選擇，例如，在6k35kV屋內(nèi)配電裝置中，一般采用油浸式或澆注式電壓互感器； 110220kV的配電裝置中通常采用串級(jí)式電磁式電壓互感器；220kV及其以上的配電裝置中，當(dāng)容量和準(zhǔn)確度等級(jí)滿足要求時(shí)，一般采用電容式電壓互感器。,9.3 互感器的選擇,根據(jù)配置的地點(diǎn)和用途不同，電壓互感器的選型可以概括為： 接于線路外側(cè)專用于同期的，選用一只單相電壓互感器，為同期回路提供外側(cè)100V二次額定電

47、壓； 3000kW以下小型發(fā)電機(jī)機(jī)端應(yīng)裝兩個(gè)單相雙繞組電壓互感器，并接成V/V接線，提供三相線電壓； 每段匯流母線、每個(gè)橋接點(diǎn)、主變線路單元的線路側(cè)以及3000kW以上的發(fā)電機(jī)均應(yīng)選擇三繞組電壓互感器。,9.3 互感器的選擇,9.3.2.4 按準(zhǔn)確度等級(jí)和額定二次容量的選擇 一般供功率測(cè)量、電能測(cè)量以及功率方向保護(hù)用的電壓互感器應(yīng)選擇0.5級(jí)或1級(jí)的，只供估計(jì)被測(cè)值的儀表和一般電壓繼電器的選用3級(jí)電壓互感器為宜。,9.3 互感器的選擇,電壓互感器的額定二次容量（對(duì)應(yīng)于所要求的準(zhǔn)確度等級(jí)）SN2，應(yīng)不小于電壓互感器的二次負(fù)荷S2，即： 式中S0、P0、Q0各儀表的視在功率、有功

48、 功率和無(wú)功功率； cos各儀表的功率因數(shù)。,SN2S2,S2=,（9.57）,9.3 互感器的選擇,如果各儀表和繼電器的功率因數(shù)相近，或?yàn)榱撕?jiǎn)化計(jì)算起見(jiàn)，也可以將各儀表和繼電器的視在功率直接相加，得出大于S2的近似值，它若不超過(guò)SN2，則實(shí)際值更能滿足式（9.57）的要求。由于電壓互感器三相負(fù)荷常不相等，為了滿足準(zhǔn)確度等級(jí)的要求，通常以最大相負(fù)荷進(jìn)行比較。計(jì)算電壓互感器各相的負(fù)荷時(shí)，必須注意互感器和負(fù)荷的接線方式，如表9.8所示。,9.3 互感器的選擇,表9.8 電壓互感器二次繞組負(fù)荷計(jì)算公式,9.3 互感器的選擇,【例9.3】已知某35kV變電站低壓側(cè)10kV母線上接有有功電能表

49、10只、有功功率表3只、無(wú)功功率表1只、母線電壓表及頻率表各1只、絕緣監(jiān)視電壓表3只。其電壓互感器及儀表接線和負(fù)荷分配如圖9.8和表9.9所示。試選擇供10kV母線測(cè)量用的電壓互感器的類型。,9.3 互感器的選擇,圖9.8 測(cè)量?jī)x表與電壓互感器的連接圖,9.3 互感器的選擇,表9.9 電壓互感器各相負(fù)荷分配（不完全星形負(fù)荷部分）,9.3 互感器的選擇,9.4 支柱絕緣子和穿墻套管的選擇,9.4 支柱絕緣子和穿墻套管的選擇,支柱絕緣子和穿墻套管的選擇和校驗(yàn)項(xiàng)目見(jiàn) 表9.11。 支柱絕緣子及穿墻套管的動(dòng)穩(wěn)定性應(yīng)滿足IesIch的要求，按短路電動(dòng)力計(jì)算即： 式中Fal支柱絕緣子或穿墻套管的允許荷

50、重； Fjs加于支柱絕緣子或穿墻套管上的最大 計(jì)算力。,FalFjs,（9.58）,表9.11 支柱絕緣子和穿墻套管的選擇和校驗(yàn)項(xiàng)目,9.4 支柱絕緣子和穿墻套管的選擇,Fal可按生產(chǎn)廠家給出的破壞荷重Fdb的60%考慮，即： Fal=0.6Fdb （N） （9.59） Fdb即最嚴(yán)重短路情況下作用于支柱絕緣子或穿墻套管上的最大電動(dòng)力，由于母線電動(dòng)力作用在母線截面中心線上，而支柱絕緣子的抗彎破壞荷重是按作用在絕緣子帽上給出的，兩者力臂不等，短路時(shí)作用于絕緣子帽上的最大計(jì)算力為： 式中Fmax最嚴(yán)重短路情況下作用于母線上的 最大電動(dòng)力，如圖9.9所示；,Fjs=,Fmax （N）

51、,（9.60）,9.4 支柱絕緣子和穿墻套管的選擇,H支柱絕緣子高度，mm； H1從絕緣子底部至母線水平中心線的高度，mm，H=H+b+h/2，其中，b為母線支持片的厚度，一般豎放矩形母線b=18mm；平放矩形母線b=12mm。 布置在同一平面內(nèi)的三相母線（見(jiàn)圖9.10），在發(fā)生短路時(shí)，支柱絕緣子所受的力為： 式中a母線間距，m； Ljs計(jì)算跨距，m，對(duì)母線中間的支柱絕 緣子，Ljs 取相鄰跨距之和的一半；,Fmax=1.73,（9.61）,9.4 支柱絕緣子和穿墻套管的選擇,對(duì)母線端頭的支柱絕緣子，Ljs 取相鄰跨距的一半；對(duì)穿墻套管，則取套管長(zhǎng)度與相鄰跨距之和的一半。,圖9.9 絕緣子受力

52、示意圖,9.4 支柱絕緣子和穿墻套管的選擇,圖9.10 絕緣子和穿墻套管所受電動(dòng)力,9.4 支柱絕緣子和穿墻套管的選擇,9.5 母線和電纜的選擇,9.5 母線和電纜的選擇,母線一般按下列條件進(jìn)行選擇和校驗(yàn)： 母線材料、類型和布置方式； 導(dǎo)體截面； 熱穩(wěn)定； 動(dòng)穩(wěn)定； 對(duì)于110kV以上母線要進(jìn)行電暈的校驗(yàn)； 對(duì)重要回路的母線還要進(jìn)行共振頻率的校驗(yàn)。,9.5.1 母線的選擇與校驗(yàn),9.5 母線和電纜的選擇,9.5.1.1 母線截面的選擇 導(dǎo)體的截面可按長(zhǎng)期發(fā)熱允許電流和經(jīng)濟(jì)電流密度選擇。配電裝置的匯流母線通常在正常運(yùn)行方式下，傳輸容量不大，可按長(zhǎng)期發(fā)熱允許電流選擇截面。對(duì)年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)大，

53、傳輸容量大，長(zhǎng)度在20m以上的導(dǎo)體，其截面一般按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇。,9.5 母線和電纜的選擇,（1）按長(zhǎng)期發(fā)熱允許電流選擇 母線長(zhǎng)期發(fā)熱的允許電流Iy應(yīng)不小于所在回路的最大長(zhǎng)期工作電流Igmax，即： KIyIgmax （9.62） 式中Iy母線在允許溫度和標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下的 導(dǎo)體長(zhǎng)期允許電流； K綜合修正系數(shù)，與環(huán)境溫度和導(dǎo)體連 接方式等有關(guān)。,9.5 母線和電纜的選擇,（2）按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇 按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇母線截面可使年綜合費(fèi)用最低。年綜合費(fèi)用包括電流通過(guò)導(dǎo)體所產(chǎn)生的年電能損耗費(fèi)、導(dǎo)體投資和折舊費(fèi)、利息等。從降低電能損耗角度看，母線截面越大越好，而從降低投資、折舊費(fèi)和利息的角度看，則

54、希望截面越小越好。綜合這些因素，使年綜合費(fèi)用最小時(shí)所對(duì)應(yīng)的母線截面稱為母線的經(jīng)濟(jì)截面，對(duì)應(yīng)的電流密度稱為經(jīng)濟(jì)電流密度。,9.5 母線和電纜的選擇,按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇母線截面按下式計(jì)算： 式中Igmax通過(guò)導(dǎo)體的最大工作電流； Jec經(jīng)濟(jì)電流密度，如表9.12所示。 在選擇母線截面時(shí)，應(yīng)盡量接近按式（9.63）計(jì)算所得到的截面，當(dāng)無(wú)合適規(guī)格的導(dǎo)體時(shí)，為節(jié)約投資，允許選擇小于經(jīng)濟(jì)截面的導(dǎo)體，但要求同時(shí)滿足式（9.62）的要求。,,Sec=,（9.63）,9.5 母線和電纜的選擇,表9.12 經(jīng)濟(jì)電流密度Jec 單位：A/mm2,9.5 母線和電纜的選擇,9.5.1.2 母線的熱穩(wěn)定

55、校驗(yàn) 按正常電流及經(jīng)濟(jì)電流密度選出母線截面后，還應(yīng)進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗(yàn)。由熱穩(wěn)定要求決定的導(dǎo)體最小截面為： 式中I短路電流穩(wěn)態(tài)值； Kf集膚效應(yīng)系數(shù)，對(duì)于截面在100mm2 以下的矩形母線，Kf=1； tr熱穩(wěn)定計(jì)算時(shí)間； C熱穩(wěn)定系數(shù)，與材料及發(fā)熱溫度有關(guān)，如表9.13所示。,,（9.64）,9.5 母線和電纜的選擇,表9.13 母線的C值,9.5 母線和電纜的選擇,9.5.1.3 母線的動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) 各種形狀的母線通常都安裝在支柱絕緣子上，當(dāng)沖擊電流通過(guò)母線時(shí)，電動(dòng)力將使母線產(chǎn)生彎曲應(yīng)力， 因此必須校驗(yàn)?zāi)妇€的動(dòng)穩(wěn)定性。下面介紹一下矩形母線的應(yīng)力計(jì)算。 （1）單條矩形母線的應(yīng)力 安裝在同

56、一平面內(nèi)的三相母線，其中間相受力最大，為：,Fmax=1.7310-7Kf,（N）,（9.65）,9.5 母線和電纜的選擇,式中Fmax一個(gè)跨距長(zhǎng)度母線所受的電動(dòng)力，N； K母線形狀系數(shù)，當(dāng)母線相間距離遠(yuǎn) 大于母線截面周長(zhǎng)時(shí)，K=1； l母線跨距，m； a母線相間距，m。 母線通常每隔一定距離由絕緣瓷瓶自由支撐著。因此當(dāng)母線受電動(dòng)力作用時(shí)，可以將母線看成一個(gè)多跨距載荷均勻分布的梁，當(dāng)跨距段在兩段以上時(shí)，其最大彎曲力矩為：,（ Nm ）,（9.66）,9.5 母線和電纜的選擇,若只有兩段跨距時(shí)，則： 母線材料在彎曲時(shí)的最大相間計(jì)算應(yīng)力為： 式中W母線對(duì)垂直于作用力方向軸的截面系 數(shù)

57、，又稱抗彎矩，其值與母線截面形 狀及布置方式有關(guān)，見(jiàn)表9.14。,（Nm ）,（9.68）,（9.67）,9.5 母線和電纜的選擇,表9.14 母線的截面系數(shù),9.5 母線和電纜的選擇,要想保證母線不因彎曲變形而遭到破壞，必須使母線的計(jì)算應(yīng)力不超過(guò)母線的允許應(yīng)力，即母線的動(dòng)穩(wěn)定性校驗(yàn)條件為： 式中xu母線材料的允許應(yīng)力，對(duì)硬鋁母 xu=70MPa；對(duì)硬銅母線xu=140MPa。,（9.69）,9.5 母線和電纜的選擇,如果在校驗(yàn)時(shí)，jsxu，則必須采取措施減小母線的計(jì)算應(yīng)力。具體措施有：將母線由豎放改為平放；放大母線截面，這會(huì)使投資增加；限制短路電流值能使js大大減小，但須增設(shè)電抗器；增

58、大相間距離a；減小母線跨距l(xiāng)，此時(shí)可以根據(jù)母線材料的最大允許應(yīng)力來(lái)確定絕緣瓷瓶之間的最大允許跨距，即由式（9.66）和式（9.68）可得： 式中F1單位長(zhǎng)度母線上所受的電動(dòng)力，N/m。,（9.70）,9.5 母線和電纜的選擇,當(dāng)矩形母線水平放置時(shí)，為避免導(dǎo)體因自重而過(guò)分彎曲，所選取的跨距一般不超過(guò)1.52m?？紤]到絕緣子支座及引下線安裝方便，常選取絕緣子跨距等于配電裝置間隔的寬度。 （2）多條矩形導(dǎo)體構(gòu)成母線的應(yīng)力計(jì)算 當(dāng)同相母線由多條矩形母線組成時(shí)，母線中最大機(jī)械應(yīng)力由相間應(yīng)力和同相條間應(yīng)力疊加而成。對(duì)于多條母線的應(yīng)力計(jì)算比較復(fù)雜，具體可查設(shè)計(jì)手冊(cè)。,9.5 母線和電纜的選擇,9.5.1.4

59、 導(dǎo)體共振校驗(yàn) 對(duì)于重要回路（如發(fā)電機(jī)、變壓器及匯流母線等）的導(dǎo)體應(yīng)進(jìn)行共振校驗(yàn)?？捎?jì)算其中一導(dǎo)體的一階自振頻率f1，當(dāng)f1無(wú)法限制在共振頻率之外時(shí)，導(dǎo)體受力必須乘以動(dòng)應(yīng)力系數(shù)。f1可由下式求得： 當(dāng)已知導(dǎo)體材料、形狀、布置方式且應(yīng)避開(kāi)自振頻率（一般可取f1=160Hz）外時(shí)，可用上式計(jì)算導(dǎo)體不發(fā)生共振的絕緣子最大跨距l(xiāng)max，當(dāng)所取絕緣子跨距l(xiāng)

60、相間距離為a=250mm,跨距長(zhǎng)取決于柜寬，即l=1000mm，母線的形狀系數(shù)Kf=1，年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為6000h，環(huán)境溫度為30。,9.5 母線和電纜的選擇,電纜的基本結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)電芯、絕緣層、鉛包（或鋁包）和保護(hù)層幾個(gè)部分，按其纜芯材料不同分為銅芯和鋁芯兩大類，按其采用的絕緣介質(zhì)不同分為油浸紙絕緣和塑料絕緣兩大類。 電纜制造成本高，投資大，但是具有運(yùn)行可靠、不易受外界影響、不需架設(shè)電桿、不占地面、不礙觀瞻等優(yōu)點(diǎn)。,9.5.2 電纜的選擇與校驗(yàn),9.5 母線和電纜的選擇,（1）按結(jié)構(gòu)類型選擇電纜 （即選擇電纜的型號(hào)） 根據(jù)電纜的用途、電纜敷設(shè)的方法和場(chǎng)所不同，選擇電纜的芯數(shù)、芯線的材料、

61、絕緣的種類、保護(hù)層的結(jié)構(gòu)以及電纜的其他特征，最后確定電纜的型號(hào)。 （2）按額定電壓選擇 可按照電纜的額定電壓Ue不低于敷設(shè)地點(diǎn)電網(wǎng)額定電壓Uew的條件選擇電纜的型號(hào)，即：,Ue Uew,（9.72）,9.5 母線和電纜的選擇,（3）電纜截面的選擇 電纜截面一般應(yīng)根據(jù)最大長(zhǎng)期工作電流選擇，但是對(duì)有些回路，如發(fā)電機(jī)、變壓器回路，其年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)超過(guò)5000h，且長(zhǎng)度超過(guò)20m時(shí)，應(yīng)按經(jīng)濟(jì)電流密度來(lái)選擇。 按導(dǎo)體長(zhǎng)期允許電流選擇 電纜長(zhǎng)期發(fā)熱的允許電流Iy， 應(yīng)不小于所在回路的最大長(zhǎng)期工作電流Igmax，即： 式中Iy電纜在允許溫度和標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下的 導(dǎo)體長(zhǎng)期允許電流； K綜合修正系數(shù)。,KI

62、yIgmax,（9.73）,9.5 母線和電纜的選擇,按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇 按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇電纜截面的方法與按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇母線截面的方法相同，即按下式計(jì)算： 按經(jīng)濟(jì)電流密度選出的電纜，必須按最大長(zhǎng)期工作電流校驗(yàn)，還應(yīng)決定經(jīng)濟(jì)合理的電纜根數(shù)。當(dāng)截面S150mm2時(shí)，其經(jīng)濟(jì)根數(shù)為一根；當(dāng)截面大于150mm2時(shí)，其經(jīng)濟(jì)根數(shù)可按S/150決定。例如，計(jì)算出Sec為200mm2，則選擇兩根截面為120mm2的電纜為宜。,,Sec=,（9.74）,9.5 母線和電纜的選擇,為了不損傷電纜的絕緣和保護(hù)層，電纜彎曲的曲率半徑不應(yīng)小于一定值（例如，三芯紙絕緣電纜的曲率半徑不應(yīng)小于電纜外徑的15倍）。為此，

63、一般應(yīng)避免采用芯線截面大于185mm2的電纜。,,9.5 母線和電纜的選擇,（4）熱穩(wěn)定校驗(yàn) 電纜截面熱穩(wěn)定的校驗(yàn)方法與母線熱穩(wěn)定校驗(yàn)方法相同。滿足熱穩(wěn)定要求的最小截面可按下式求得： 式中C與電纜材料及允許發(fā)熱溫度有關(guān)的系 數(shù)，可查技術(shù)手冊(cè)得到。,（9.75）,9.5 母線和電纜的選擇,驗(yàn)算電纜熱穩(wěn)定的短路點(diǎn)按下列情況確定: 單根無(wú)中間接頭電纜，選電纜末端短路；長(zhǎng)度小于200m的電纜，可選電纜首端短路。 有中間接頭的電纜，短路點(diǎn)選擇在第一個(gè)中間接頭處。 無(wú)中間接頭的并列連接電纜，短路點(diǎn)選在并列點(diǎn)后。,9.5 母線和電纜的選擇,（5）電壓損失校驗(yàn) 正常運(yùn)行時(shí)，電纜的電壓損失應(yīng)不大于額定電壓的5%

64、，即： 式中S電纜截面面積，mm2； 電纜導(dǎo)體的電阻率，鋁芯 =0.035mm2/m（50），銅芯 =0.0206mm2/m（50）。,,（9.76）,9.5 母線和電纜的選擇,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，會(huì)出現(xiàn)短路電流的電動(dòng)力效應(yīng)和熱效應(yīng)。短路電流的熱效應(yīng)屬于短時(shí)發(fā)熱。選擇電氣設(shè)備時(shí)，必須遵循設(shè)備選擇的一般條件。電氣設(shè)備的選擇包括兩大部分，一是電氣設(shè)備所必須滿足的條件，即按正常工作條件（最高工作電壓和最大持續(xù)工作電流）選擇，并按短路狀態(tài)校驗(yàn)動(dòng)、熱穩(wěn)定；二是根據(jù)不同電氣設(shè)備的特點(diǎn)而提出的選擇和校驗(yàn)項(xiàng)目。,小 結(jié),高壓斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、負(fù)荷開(kāi)關(guān)、互感器的選擇要嚴(yán)格按照技術(shù)參數(shù)確定，并進(jìn)行動(dòng)、熱穩(wěn)定校驗(yàn)。導(dǎo)體受力計(jì)算一般包括最大電動(dòng)力計(jì)算、硬導(dǎo)體的機(jī)械應(yīng)力計(jì)算和導(dǎo)體共振效應(yīng)幾個(gè)方面。母線一般按照導(dǎo)體材料、類型和敷設(shè)方式、導(dǎo)體截面、電暈、熱穩(wěn)定、動(dòng)穩(wěn)定、共振頻率來(lái)選擇。軟導(dǎo)體不校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定和共振頻率。電力電纜的選擇要注意載流量的溫度校正。絕緣子和套管的選擇要注意跨距，并校驗(yàn)最大力在設(shè)備可承受的范圍之內(nèi)。,小 結(jié),