1、第5章 电气设备的选择第5章 电气设备的选择5.1 5.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件5.2 5.2 母线和电缆的选择母线和电缆的选择5.3 5.3 高压断路器、隔离开关及高压熔断器的选择高压断路器、隔离开关及高压熔断器的选择5.4 5.4 限流电抗器的选择限流电抗器的选择5.5 5.5 互感器的选择互感器的选择思考题思考题第5章 电气设备的选择电气设备的选择是发电厂和变电所电气部分设计的重要内容之一。如何正确地选择电气设备，将直接影响电气主接线和配电装置的安全及经济运行。因此，在进行设备选择时，必须执行国家的有关技术经济政策，在保证安全、可靠的前提下，力争做到技术先进、经济
2、合理、运行方便和留有适当的发展余地，以满足电力系统安全、经济运行的需要。学习本章时应注意把基本理论与工程实践结合起来，在熟悉各种电气设备性能的基础上，通过实例来掌握各种电气设备的选择方法。第5章 电气设备的选择5.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件由于电力系统中各电气设备的用途和工作条件不同，它们的选择方法也不尽相同，但其基本要求却是相同的。即，电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，按短路条件校验其动、热稳定性。第5章 电气设备的选择一、一、按正常工作条件选择按正常工作条件选择导体和电器的正常工作条件包括额定电压、额定电流和自然环境条件等三个方面。1.额定电压额定电
3、压一定额定电压的高压电器，其绝缘部分应能长期承受相应的最高工作电压。由于电网调压或负荷的变化，使电网的运行电压常高于电网的额定电压。因此，所选导体和电器的允许最高工作电压应不低于所连接电网的最高运行电压。第5章 电气设备的选择当导体和电器的额定电压为 U N 时，导体和电器的最高工作电压一般为(1.11.15)U N；而实际电网的最高运行电压一般不超过 1.1 U N。因此，在选择设备时一般按照导体和电器的额定电压 U N 不低于安装地点电网额定电压 U NS 的条件进行选择，即第5章 电气设备的选择2.额定电流额定电流在规定的周围环境温度下，导体和电器的额定电流 I N 应不小于流过设备的最
4、大持续工作电流 I max，即第5章 电气设备的选择由于发电机、调相机和变压器在电压降低 5%时出力保持不变，其相应回路的最大持续工作电流 I max=1.05 I N(I N为发电机的额定电流)；母联断路器和母线分段断路器回路的最大持续工作电流 I max，一般取该母线上最大一台发电机或一组变压器的 I max；母线分段电抗器回路的 I max，按母线上事故切除最大一台发电机时，这台发电机额定电流的 50%80%计算；馈电线回路的 I max，除考虑线路正常负荷电流外，还应包括线路损耗和事故时转移过来的负荷。此外，还应根据装置地点、使用条件、检修和运行等要求，对导体和电器进行型式选择。第5章
5、 电气设备的选择 3.自然环境条件自然环境条件选择导体和电器时，应按当地环境条件校核它们的基本使用条件。当气温、风速、湿度、污秽等级、海拔高度、地震烈度、覆冰厚度等环境条件超出一般电器的规定使用条件时，应向制造部门提出补充要求或采取相应的防护措施。例如，当电气设备布置在制造部门规定的海拔高度以上地区时，由于环境条件变化的影响，引起电气设备所允许的最高工作电压下降，需要进行校正。一般地，若海拔范围在 10003500m 以内，则每当海拔高度比厂家规定值升高 100m 时，最高工作电压下降 1%。因此，在海拔高度超过 1000m 的地区，应选用高原型产品或选用外绝缘提高一级的产品。目前，110kV
6、 及以下电器的外绝缘普遍具有一定裕度，故可使用在海拔 2000m 以下的地区。第5章 电气设备的选择当周围介质温度 0 和导体(或电器)额定环境温度 0N 不同时。导体(或电器)的额定电流 I N 可按式(53)进行修正，即式中，为周围介质温度修正系数；IN 为对应于导体(或电器)正常最高容许温度 0N 和实际周围介质温度 0 的容许电流 A；N 为导体(或电器)的正常最高容许温度。第5章 电气设备的选择目前我国生产电器的额定环境温度(0N)为+40。当这些电器使用在环境温度高于+40(但不高于+60)的地区时，该地区的环境温度每增加 1，电器的额定电流减少1.8%；当使用在环境温度低于+40
7、 时，该地区的环境温度每降低 1，电器的额定电流增加 0.5%，但最大不得超过额定电流的 20%。我国生产的裸导体在空气中的额定环境温度(0N)为 25，当装置地点环境温度在-5+50 范围内变化时，导体的额定载流量可按式(53)修正。第5章 电气设备的选择二、二、按短路条件校验按短路条件校验1.按短路热稳定校验按短路热稳定校验短路热稳定校验就是要求所选择的导体和电器，当短路电流通过时其最高温度不超过导体和电器的短时发热最高允许温度，即或式中，Q d 为短路电流热效应；Q r 为导体和电器允许的短时热效应；I r 为 t r 时间内导体和电器允许通过的热稳定电流；tr 为导体和电器的热稳定时间
8、。第5章 电气设备的选择 2.短路动稳定校验短路动稳定校验动稳定是指导体和电器承受短路电流机械效应的能力，满足动稳定的条件为或式中，ish、I sh 为短路冲击电流幅值及有效值；i es、I es 为导体和电器允许通过的动稳定电流的幅值及有效值。第5章 电气设备的选择 3.短路电流的计算条件短路电流的计算条件为使所选导体和电器具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定的时期内适应电力系统的发展需要，对导体和电器进行校验用的短路电流应满足以下条件：(1)计算时应按本工程设计的规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划(一般考虑本工程建成后 510 年)。所用接线方式，应按可能发生最大短路电流的正
9、常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。第5章 电气设备的选择(2)短路的种类可按三相短路考虑。若发电机出口的短路，或中性点直接接地系统及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)短路计算点应选择在正常接线方式下，通过导体或电器的短路电流为最大的地点。但对于带电抗器的 610kV 出线及厂用分支线回路，在选择母线至母线隔离开关之间的引线、套管时，计算短路点应该取在电抗器前。选择其余的导体和电器时，计算短路点一般取在电抗器后。第5章 电气设备的选择以图 51 为例说明短路计算点的选择方法。(1)发电机、变压器回路的断路器。应把断路器前或后
10、短路时通过断路器的电流值进行比较，取其较大者为短路计算点。例如，要选择发电机断路器 QF1，当 k4 点短路时，流过 QF1 的电流为 G1 供给的短路电流；当 k1 短路时，流过 QF1 的电流为 G2 供给的短路电流及系统经 T1、T2 供给的短路电流之和。若两台发电机的容量相等，则后者大于前者，故应选 k1 为 QF1 的短路计算点。第5章 电气设备的选择(2)母联断路器 QF3。当用 QF3 向备用母线充电时，如遇到备用母线故障，即 k3 点短路，则此时流过 QF3 的电流为 G1、G2 及系统供给的全部短路电流(情况最严重)。故选 k3为 QF3 的短路计算点。同样，在校验发电机电压
11、母线的动、热稳定时也应选 k3 为短路计算点。(3)分段断路器 QF4。应选 k4 为短路计算点，并假设 T1 切除，这时流过 QF4 的电流为 G2 供给的短路电流及系统经 T2 供给的短路电流之和。如果不切除 T1，则系统供给的短路电流有部分经 T1 分流，而不流经 QF4(情况没有(2)严重)。第5章 电气设备的选择(4)变压器回路断路器 QF5 和 QF6。考虑原则与 QF4 相似。对低压侧 QF5，应选 k5为短路计算点，并假设 QF6 断开，流过 QF5 的电流为 G1、G2 供给的短路电流及系统经T2 供给的短路电流之和；对高压侧断路器 QF6，应选 k6 为短路计算点，并假设
12、QF5 断开，流过 QF6 的电流为 G1、G2 经 T2 供给的短路电流及系统直接供给的短路电流之和。(5)带电抗器的出线回路断路器 QF7。显然，k2 短路时比 k7 短路时流过 QF7 的电流大。但运行经验证明，干式电抗器的工作可靠性高，且断路器和电抗器之间的连线很短，k2发生短路的可能性很小，因此选择 k7 为 QF7 的短路计算点，这样出线可选用轻型断路器。第5章 电气设备的选择(6)厂用变压器回路断路器 QF8，一般 QF8 至厂用变压器之间的连线多为较长电缆，存在短路的可能性，因此，选 k8 为 QF8 的短路计算点。第5章 电气设备的选择图 51 短路计算点的选择第5章 电气设
13、备的选择 4.短路计算时间短路计算时间校验短路热稳定和开断电流时，还必须合理地确定短路计算时间 t k。短路计算时间 t k为继电保护动作时间 tpr和相应断路器的全分闸时间 tab 之和，即式中，tab为断路器的固有分闸时间和燃弧时间之和。第5章 电气设备的选择在验算裸导体的短路热效应时，宜采用主保护动作时间。若主保持有死区，则应采用能对该死区起作用的后备保护动作时间，并采用相应处的短路电流值。在验算电器的短路热效应时，宜采用后备保护动作时间。对于开断电器(如断路器、熔断器等)，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tab是从短路瞬间开始到断路器灭弧触头分离的时间。其中包括主保
14、护动作时间 tpr1 和断路器固有分闸时间 tin 之和，即第5章 电气设备的选择5.2 母线和电缆的选择母线和电缆的选择5.2.1 母线的选择母线的选择配电装置中的母线，应根据具体使用情况按下列条件选择和校验：母线材料、截面形状和布置方式；母线截面尺寸；电晕；热稳定；动稳定；共振频率。第5章 电气设备的选择一、一、母线材料、母线材料、截面形状和布置方式选择截面形状和布置方式选择母线一般由导电率高的铝、铜型材制成。由于铝的成本低，现在除持续工作电流较大且位置特别狭窄的发电机、变压器出线端部，或采用硬铝导体穿墙套管有困难以及对铝有较严重腐蚀的场所采用铜母线外，其他普遍使用铝母线。第5章 电气设备
15、的选择常用的硬母线截面形状为矩形、槽形和管形。矩形截面的优点是散热面大，并且便于固定和连接，但电流的集肤效应强烈。我国最大的单片矩形母线承载的工作电流约为 2kA。当工作电流较大时，可采用 24 片组成的多条矩形母线。但是受邻近效应的影响，4 片矩形母线的载流能力一般不超过 6kA。因此，矩形母线常被用于容量为 50MW 及以下的发电机或容量为 60MV A 及以下的降压变压器 10.5kV 侧的引出线及其配电装置。槽形截面母线具有机械强度好、载流量大、集肤效应小的特点。当回路正常工作电流在 48kA时，一般选用槽形母线。管形母线同样具有机械强度高、集肤效应小的优点，且其电晕放电电压较高，管内
16、可通风或通水进行冷却，从而使载流量增大。因此，管形母线可用于 8kA以上的大电流母线和 110kV 及以上的配电装置母线。第5章 电气设备的选择母线的散热条件和机械强度与母线的布置方式有关。母线按照其布置方式可分为支持式和悬挂式。支持式是用适合母线工作电压的支持绝缘子把母线固定在钢构架或墙板等建筑物上。常见的布置方式有水平布置、垂直布置和三角形布置。悬挂式是用悬垂绝缘子把母线吊挂在建筑物上。常见的布置方式为三相垂直排列、水平排列和等边三角形排列。图52 为矩形母线的布置方式。其中图(a)和图(b)相比，图(a)散热条件好、载流量大，但机械强度差；而图(b)则相反。图(c)兼顾了图(a)和图(b
17、)的优点，但增加了配电装置的高度。因此，母线的布置方式应综合考虑载流量的大小、短路电流的大小和配电装置的具体情况确定。第5章 电气设备的选择图 52 矩形母线的布置方式第5章 电气设备的选择二、二、母线截面尺寸选择母线截面尺寸选择(1)为了保证母线的长期安全运行，母线导体在额定环境温度 0N 和导体正常发热允许最高温度 N 下的允许电流 I N，经过修正后的数值应大于或等于流过导体的最大持续工作电流 I max，即式中，K 为综合修正系数(K 值与海拔高度、环境温度和邻近效应等因素有关，可查阅有关手册)。第5章 电气设备的选择(2)为了考虑母线长期运行的经济性，除了配电装置的汇流母线以及断续运
18、行或长度在 20m 以下的母线外，一般均应按经济电流密度选择导体的截面，这样可使年计算费用最低。经济电流密度的大小与导体的种类和最大负荷年利用小时数 T max 有关。按照我国现行规定，经济电流密度如表 51 所示。导体的经济截面 S j 计算公式为式中，I max 为正常工作时的最大持续工作电流，单位为 A；j 为经济电流密度，单位为A/mm2。第5章 电气设备的选择第5章 电气设备的选择由于按经济电流密度选择的截面积是在总费用的最低点，在该点附近总费用随截面积变化不明显。因此，选择时如果导体截面积无合适的数值时，允许选用略小于按经济电流密度求得的截面积。第5章 电气设备的选择三、三、电晕电
19、压校验电晕电压校验电晕放电会造成电晕损耗、无线电干扰、噪音和金属腐蚀等许多危害。因此，110220kV裸母线晴天不发生可见电晕的条件是：电晕临界电压 U cr 应大于最高工作电压 U max，即对于 330500kV 的超高压配电装置，电晕是选择导线的控制条件。要求在 1.1 倍最高工作相电压下，晴天夜晚不应出现可见电晕。选择母线时应综合考虑导体直径、分裂间距和相间距离等条件，经过技术经济比较，确定最佳方案。第5章 电气设备的选择四、四、热稳定校验热稳定校验选择导体截面 S 后，还应校验其在短路条件下的热稳定。裸导体热稳定校验公式为式中，S 为所选导体截面，mm 2；S min 为根据热稳定条
20、件决定的导体最小允许截面，mm2；Q k 为短路电流热效应；K s 为集肤效应系数；C 为热稳定系数，其值与材料及发热温度有关，如表 5 2 所示。第5章 电气设备的选择第5章 电气设备的选择五、五、动稳定校验动稳定校验由于硬母线都安装在支持绝缘子上，当短路冲击电流通过母线时，电动力将使母线产生弯曲应力。因此，母线应进行短路机械强度计算。单条母线应力计算的方法如下。按照母线与绝缘子、金具的连接特点，母线的每个支持点都属于简支。在跨数很多、母线所受载荷是同向均匀分布电动力的情况下，可以把母线作为自由支承在绝缘子上的多跨距、载荷均匀分布的连续梁来考虑。在电动力的作用下，当跨距数大于 2 时，母线所
21、受的最大弯矩为第5章 电气设备的选择第5章 电气设备的选择第5章 电气设备的选择第5章 电气设备的选择计算得到的 L max 可能较大，为了避免水平放置的母线因自重而过分弯曲，所选择的跨距一般不超过 1.52m。为便于安装绝缘子支座及引下线，最好选取跨距等于配电装置的间隔宽度。当每相为多条导体时，导体除受到相间作用力外，还受到同相条间的作用力。(1)相间应力 ph的计算。相间应力 ph 仍按式(518)计算，但式中的 Wph为相应条数和布置方式的截面系数。第5章 电气设备的选择(2)同相条间应力 b 的计算。由于同相的条间距离很近，b 通常很大。为了减小 b，在同相各条导体间每隔 050cm
22、设一衬垫，如图 53 所示。同相中，边条导体所受的条间作用力最大。边条导体所受的最大弯矩为式中，f b 为单位长度导体上所受到的条间电动力，N/m；L b 为衬垫跨距(相邻两衬垫间的距离)，m。f b按式(429)计算，式中的 a 取条间距离。由于条间距离很小，计算 f b 时应考虑电流在条间的分配及形状系数 K f。第5章 电气设备的选择图 53 一相有两条导体时衬垫的装设第5章 电气设备的选择第5章 电气设备的选择第5章 电气设备的选择第5章 电气设备的选择六、六、母线共振的校验母线共振的校验如果母线的固有振动频率与短路电动力交流分量的频率相近以至发生共振，则母线导体的动态应力将比不发生共
23、振时的应力大得多，这可能使得母线导体以及支持结构的设计和选择发生困难。此外，正常运行时若发生共振，会引起过大的噪音，干扰运行。因此，母线应尽量避免共振。为了避开共振和校验机械强度，对于重要回路(如发电机、变压器及汇流母线等)的母线应进行共振校验。第5章 电气设备的选择母线的一阶固有频率为式中，L 为母线绝缘子之间的跨距，单位为 m；E 为导体材料的弹性模量，单位为 N/m2；I为导体截面的惯性矩，单位为 m4；m 为单位长度母线导体的质量，单位为kg/m；N f 为频率系数，与母线的连接跨数和支承方式有关，可由表 54 查得。第5章 电气设备的选择第5章 电气设备的选择为了避免导体产生危险的共
24、振，对于重要回路的母线，应使其固有振动频率在下述范围以外：(1)单条母线及母线组中各单条母线:35150Hz。(2)对于多条母线组及带引下线的单条母线:35155Hz。(3)对于槽形母线和管形母线:30160Hz 第5章 电气设备的选择当母线固有振动频率无法限制在共振频率范围之外时，母线受力计算必须乘以振动系数 ，值可由图 411 查得。若已知母线的材料形状、布置方式和应避开共 振的固有振 动频率 f 0(一般 f 0=200Hz)，则可由式(528)算出母线不发生共振时绝缘子间的最大允许跨距，即注注意，意，如选择的绝缘子跨距小于 L max，则 =1。第5章 电气设备的选择第5章 电气设备的
25、选择第5章 电气设备的选择第5章 电气设备的选择第5章 电气设备的选择5.2.2 电缆的选择与校验电缆的选择与校验一一、按结构类型选择电力电缆按结构类型选择电力电缆根据电力电缆的用途、敷设方法和使用场所，选择电力电缆的芯数、芯线的材料、绝缘的种类、保护层的结构以及电缆的其他特征，最后确定电力电缆的型号。二二、按电压选择按电压选择要求电力电缆的额定电压 U N 不小于安装地点的最大工作电压 U max，即第5章 电气设备的选择三、三、按最大持续工作电流选择电缆截面按最大持续工作电流选择电缆截面在正常工作时，电缆的长期允许发热温度氏决定子电缆芯线的绝缘、电缆的电压和结构等。如果电缆的长期发热温度超
26、过久时，电缆的绝缘强度将很快降低，可能引起芯线与金属外皮之间的绝缘击穿。电缆的长期允许电流 I N 就是根据这一长期允许发热温度和周围介质的计算温度 0N 来决定的。第5章 电气设备的选择要使电缆的正常发热温度不超过其长期允许发热温度 N，必须满足下列条件：式中，I max 为电缆电路中长期通过的最大工作电流；I N 为电缆的长期允许电流；k 为综合修正系数，与环境温度、敷设方式及土壤热阻有关。第5章 电气设备的选择四、四、按经济电流密度选择电缆截面按经济电流密度选择电缆截面对于发电机、变压器回路，当其最大负荷利用小时数超过 5000h/年，且长度超过 20m时，应按经济电流密度选择电缆截面，
27、并按最大长期工作电流进行校验。电缆的经济电流密度见表 51。按经济电流密度选出的电缆，还应确定经济合理的电缆根数。一般情况下，电缆截面在 150mm2以下时，其经济根数为一根。当截面 S 大于 150mm2时。其经济根数可按S/150 决定。若电缆截面比一根 150mm2的电缆大，但又比两根 150mm2的电缆小时，通常宜采用两根 120mm2的电缆。第5章 电气设备的选择五、五、按短路热稳定校验电缆截面按短路热稳定校验电缆截面满足热稳定要求的最小电缆截面为式中，Q k 为短路电流热效应，A 2 s；C 为热稳定系数，它与电缆类型、额定电压及短路允许最高温度有关，见表 56。第5章 电气设备的
28、选择第5章 电气设备的选择六、六、电压损失校验电压损失校验当电缆用于远距离输电时，还应对其进行允许电压损失校验。电缆电压损失的校验公式为式中，为电缆导体的电阻率，mm2/m；L 为电缆长度，m；U N 为电缆额定电压，V；S为电缆截面，mm2；I max 为电缆的最大长期工作电流，A。第5章 电气设备的选择例例 52 如图 54 所示，请选择其出线电缆。在变电所的两段母线上各接有一台3.15MV A 变压器，正常时母线分段运行。当一条线路故障时，要求另一条线路能供两台变压器满负荷运行时功率的 70%。最大负荷利用小时数 T max=4500h。变电所距电厂 500m，在 250m 处电缆有中间
29、接头，该接头处发生三相短路时的短路电流热效应 Q k=125106A2 S，电缆直埋地下，间距取 200mm，土壤温度 0=20 ，热阻系数 g=80 cm/W。第5章 电气设备的选择图 54 选择出线电缆接线图第5章 电气设备的选择第5章 电气设备的选择第5章 电气设备的选择第5章 电气设备的选择5.3 高压断路器、高压断路器、隔离开关及高压熔断器的选择隔离开关及高压熔断器的选择一一、高压断路器的选择高压断路器的选择高压断路器按下列项目选择和校验：型式和种类；额定电压；额定电流；开断电流；额定关合电流；动稳定；热稳定。第5章 电气设备的选择1.按种类和型式选择按种类和型式选择高压断路器的种类
30、和型式的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于安装调试和运行维护的问题，然后经技术经济比较后才能确定。根据我国当前生产制造情况。电压 6220kV 的电网可选用少油断路器、真空断路器和六氟化硫断路器；330500kV 电网一般采用六氟化硫断路器。采用封闭母线的大容量机组，当需要装设断路器时，应选用发电机专用断路器。第5章 电气设备的选择2.按额定电压选择按额定电压选择高压断路器的额定电压 U N 应大于或等于所在电网的额定电压 U NS，即第5章 电气设备的选择3.按额定电流选择按额定电流选择高压断路器的额定电流 I N 应大于或等于流过它的最大持续工作电流 I max，即当断路器
31、使用的环境温度不等于设备最高允许环境温度时，应对断路器的额定电流进行修正。第5章 电气设备的选择4.按额定短路开断电流选择按额定短路开断电流选择在给定的电网电压下，高压断路器的额定短路开断电流 I Nbr 应满足式中，I zt 为断路器实际开断时间 tk 的短路电流周期分量有效值。断路器的实际开断时间 t k 等于继电保护主保护动作时间与断路器的固有分闸时间之和。第5章 电气设备的选择对于设有快速保护的高速断路器，其开断时间小于 0.1s，当在电源附近短路时，短路电流的非周期分量可能超过周期分量幅值的 20%，因此，其开断电流应计及非周期分量的影响，取短路全电流有效值 I k 进行校验。装有自
32、动重合闸装置的断路器，应考虑重合闸对额定开断电流的影响。第5章 电气设备的选择5.按额定短路关合电流选择按额定短路关合电流选择在断路器合闸之前，若线路上已存在短路故障，则在断路器合闸过程中，触头间在未接触时即有很大的短路电流通过(预击穿)，更易发生触头熔焊和遭受电动力的破坏。且断路器在关合短路电流时，不可避免地在接通后又自动跳闸，此时要求能切断短路电流。为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器的额定短路关合电流 iNcl 应不小于短路冲击电流幅值 ish，即第5章 电气设备的选择6.动稳定校验动稳定校验高压断路器的额定峰值耐受电流 ies 应不小于三相短路时通过断路器的短路冲击电流幅值 ish
33、，即7.热稳定校验热稳定校验高压断路器的额定短时耐受热量 I2t t 应不小于短路期内短路电流热效应 Q k，即第5章 电气设备的选择二、二、隔离开关的选择隔离开关的选择隔离开关应根据下列条件选择：型式和种类；额定电压；额定电流；动稳定；热稳定。隔离开关的型式和种类的选择应根据配电装置的布置特点和使用条件等因素，进行综合技术经济比较后确定。其他四项技术条件与高压断路器相同，此处不再赘述。三三、高压熔断器的选择高压熔断器的选择高压熔断器应根据下列条件选择：额定电压；额定电流；开断电流；保护熔断特性。第5章 电气设备的选择1.按额定电压选择按额定电压选择熔断器的额定电压应不小于所在电网的额定电压。
34、但对于限流式高压熔断器，则只能用在等于其额定电压的电网中。这是因为限流式熔断器熔断时有过电压发生。如果将它用在低于其额定电压的电网中，则过电压可能达到 3.54 倍的电网相电压，从而超过电网的绝缘水平造成危险。第5章 电气设备的选择2.按额定电流选择按额定电流选择要求熔断器必须符合下列条件，即I NRg I NRr I max(539)式中，INRg 为熔断器熔管的额定电流；I NRr 为熔断器熔件的额定电流；I max 为流过熔断器的最大长期工作电流。熔件的额定电流还应按高压熔断器的保护熔断特性选择，即达到选择性熔断的要求。同时，还应考虑熔断器在运行中可能通过的冲击电流(如变压器励磁涌流，保
35、护范围以外的短路电流、电动机自启动电流及补偿电容器组的涌流电流等)作用下，不致误熔断。第5章 电气设备的选择3.按开断电流校验按开断电流校验按开断电流选择时，要求熔断器的额定开断电流 I Nbr 应不小干三相短路冲击电流的有效值 I sh(或 I )，即I Nbr I sh(I )(540)对于非限流式熔断器，选择时用冲击电流有效值 I sh 进行校验；对于限流式熔断器，由于在电流通过最大值之前电路已截断，故可采用三相短路次暂态电流有效值 I 进行校验。第5章 电气设备的选择4.按保护熔断特性校验按保护熔断特性校验根据保护动作选择性的要求校验熔件的额定电流，使其保证前后两级熔断器之间或熔断器与
36、电源侧(或负荷侧)继电保护之间动作的选择性。各种熔件的熔断时间与通过熔件的短路电流的关系曲线，由制造厂提供。此外，保护电压互感器用的熔断器，只需按额定电压和开断电流选择。第5章 电气设备的选择例例 53 选择图中发电机 G1 的出口断路器 QF1。发电机参数和系统阻抗如图 5 5 所示。主保护动作时间 t b1=0.05s，后备保护动作时间 t b2=4s。图 55 10.5kV 屋内配电装置示意图第5章 电气设备的选择第5章 电气设备的选择断路器的选择结果表如表 57 所示。第5章 电气设备的选择5.4 限流电抗器的选择限流电抗器的选择电力系统中使用的电抗器，分为普通电抗器和分裂电抗器两种。
37、普通型电抗器一般装设在发电厂馈电线路或发电机电压母线的分段上。分裂电抗器常装设在负荷平衡的双回馈电线、变压器的低压侧以及发电机回路上。两者的选择方法原则上是相同的。一般按下列项目选择和校验：额定电压；额定电流；电抗百分数；动稳定；热稳定。第5章 电气设备的选择一、一、按额定电压选择按额定电压选择电抗器的额定电压 U N 应大于或等于所在电网的额定电压 U NS，即二二、按额定电流选择按额定电流选择电抗器的额定电流 I N 应大于或等于通过它的最大持续工作电流 I max，即第5章 电气设备的选择对于母线分段电抗器的最大持续工作电流，应根据母线上事故切除最大一台发电机时，可能通过电抗器的电流选择
38、，一般取该台发电机额定电流的 50%80%。对于分裂电抗器，当用于发电厂的发电机或主变压器回路时，其最大工作电流一般按发电机或主变压器额定电流的 70%选择；当用于变电所主变压器回路时，应按负荷电流大的一臂中通过的最大负荷电流选择。当无负荷资料时，可按主变压器额定电流的 70%选择。第5章 电气设备的选择三、三、按电抗百分数选择按电抗百分数选择1.普通电抗器电抗百分数的选择普通电抗器电抗百分数的选择(1)按将短路电流限制到要求值选择。设要求将短路电流限制到 I ，则短路回路总电抗的标么值 X*为式中，I B 为基准电流，kA；I 为次暂态短路电流周期分量有效值，kA。第5章 电气设备的选择所需
39、电抗器的基准电抗标么值应为式中，X*为电源至电抗器前的系统电抗标么值；X*为电源至电抗器后的系统电抗标么值。电抗器在额定参数条件下的百分比电抗为式中，U B 为基准电压，单位为 kV。第5章 电气设备的选择(2)按电压损失校验。普通电抗器在正常工作时，其电压损失不得大于母线额定电压的 5%。对于出线电抗器尚应计及出线上的电压损失，即式中，?为负荷功率因数角，为方便计算，一般 cos?取 0.8。第5章 电气设备的选择(3)按母线残余电压校验。当出线电抗器未设置无时限继电保护时，应按在电抗器后发生短路，母线残余电压不低于额定值的 60%70%校验。即第5章 电气设备的选择 2.分裂电抗器电抗百分
40、数的选择分裂电抗器电抗百分数的选择分裂电抗器的电抗百分数 X R%可按式(546)计算，但由于分裂电抗器的技术数据中只给出了单臂自感电抗 X L%，所以还应进行换算。X L%和 X R%之间的关系与电源连接方式及短路点的选择有关。分裂电抗器的接线如图 56 所示。第5章 电气设备的选择图 56 分裂电抗器接线图第5章 电气设备的选择(1)当 3 侧有电源，1 侧和 2 侧无电源，而在 1 或 2 侧短路时，X L%=X R%。(2)当 3 侧无电源，1 侧和 2 侧有电源，1(或 2)侧短路时，X R%=2(1+f)X L%。(3)当 1 侧和 2 侧有电源，在 3 侧短路，或者三侧均有电源，
41、而 3 侧短路时，X R%=2(1-f)X L%/2。第5章 电气设备的选择其中 f 为分裂电抗器的互感系数，当无制造部门资料时，一般取 0.5。在正常运行条件下，分裂电抗器的电压损失很小，但两臂负荷变化所引起的电压波动却很大，故要求正常工作时两臂母线电压波动不大于母线额定电压的 5%。考虑到电抗器的电阻很小，而且电压降是由电流的无功分量在电抗器的电抗中产生的，故母线 上的电压为第5章 电气设备的选择第5章 电气设备的选择四、四、动稳定和热稳定校验动稳定和热稳定校验电抗器的热稳定校验应满足式中，Q d 为电抗器后短路时短路电流的热效应；I r 为电抗器 t r(s)的热稳定电流；t r 为电抗
42、器的热稳定时间。第5章 电气设备的选择电抗器的动稳定校验应满足式中，ish 为电抗器后短路冲击电流；I es 为电抗器的动稳定电流。此外，由于分裂电抗器在两臂同时流过反向短路电流时的动稳定较弱，故对分裂电抗器应分别对单臂流过短路电流和两臂同时流过反向短路电流两种情况进行动稳定校验。在选择分裂电抗器时，还应考虑电抗器布置方式和进出线端子角度的选择。第5章 电气设备的选择例例 54 如图 57 所示，已知 10.5kV 出线拟使用 SN8 10 型断路器，其允许开断电流 I Nbr=11kA，断路器 QF 全开断时间 tab=0.1s，出线保护动作时间 tpr=1s，线路最大持续工作电流为 360
43、A，试选择出线电抗器。第5章 电气设备的选择图 57 选择出线电抗器接线图第5章 电气设备的选择第5章 电气设备的选择第5章 电气设备的选择第5章 电气设备的选择5.5 互感器的选择互感器的选择一一、电流互感器的选择电流互感器的选择1.一次回路额定电压和电流的选择一次回路额定电压和电流的选择一次回路额定电压和电流应满足电压、电流要求，即式中，K 为温度修正系数；I N1 为电流互感器一次额定电流，单位为 A。第5章 电气设备的选择2.额定二次电流的选择额定二次电流的选择额定二次电流 I N2 有 5A 和 1A 两种，一般弱电系统用 1A，强电系统用 5A。当配电装置距离控制室较远时，为使电流
44、互感器能多带二次负荷或减小电缆截面，提高准确度，应尽量采用 1A。第5章 电气设备的选择3.种类和型式选择种类和型式选择应根据安装地点(如屋内、屋外)、安装方式(如穿墙式、支持式、装入式等)及产品情况来选择电流互感器的种类和型式。620kV 屋内配电装置和高压开关柜，一般用 LA、LDZ、LFZ 型；发电机回路和2000A 以上回路一般用LMZ、LAJ、LBJ 型等；35kV 及以上配电装置一般用油浸瓷箱式结构的独立式电流互感器，常用 LCW 系列，在有条件，如回路中有变压器套管、穿墙套管时，应优先采用套管电流互感器，以节约投资和占地。选择母线式电流互感器时，应校核其窗口允许穿过的母线尺寸。当
45、继电保护有特殊要求时，应采用专用的电流互感器。第5章 电气设备的选择4.准确级选择准确级选择准确级是根据所供仪表和继电器的用途考虑。互感器的准确级不得低于所供仪表的准确级；当所供仪表要求不同准确级时，应按其中要求准确级最高的仪表来确定电流互感器的准确级。(1)用于测量精度要求较高的大容量发电机、变压器、系统干线和 500kV 电压级的电流互感器，宜用 0.2 级。(2)供重要回路(如发电机、调相机、变压器、厂用馈线、出线等)中的电能表和所有计费用的电能表的电流互感器，不应低于 0.5 级。第5章 电气设备的选择(3)供运行监视的电流表功率表、电能表的电流互感器，用 0.51 级。(4)供估计被
46、测数值的仪表的电流互感器，可用 3 级。(5)供继电保护用的电流互感器，应用 D 级或 B 级(或新型号 P 级、TPY 级)。至此，可初选出电流互感器的型号，由产品目录或手册查得其在相应准确级下的二次负荷额定阻抗 Z N2、热稳定倍数 K t 和动稳定倍数 K es。第5章 电气设备的选择5.按二次侧负荷选择按二次侧负荷选择作出电流互感器回路的接线图，列表统计其二次侧每相仪表和继电器负荷，确定最大相负荷。设最大相总负荷为 S 2(包括仪表、继电器、连接导线和接触电阻)，S 2 应不大于互感器在该准确级所规定的额定容量 S N2，即第5章 电气设备的选择由于仪表和继电器的电流线圈及连接导线的电
47、抗很小，可以忽略，只需计算电阻，即式中，Z 21 为二次总负荷阻抗；r ar 为二次侧负荷最大相的仪表和继电器电流线圈的电阻，可由其功率 P max 求得，即 r ar=P max/I2N2，其单位为 ；r l 为仪表和继电器至互感器连接导线的电阻，单位为 ；r c 为接触电阻，由于不能准确测量，一般取 0.1。第5章 电气设备的选择将式(557)代入式(556)，得第5章 电气设备的选择第5章 电气设备的选择 6.热稳定校验热稳定校验热稳定校验只需对本身带有一次回路导体的电流互感器进行。电流互感器的热稳定能力，常以 1s 允许通过的热稳定电流 I t 或 I t 对一次额定电流 I N1 的
48、倍数 K t(K t=I t/I N1)表示，故其校验式为第5章 电气设备的选择 7.动稳定校验动稳定校验短路电流流过电流互感器内部绕组时，在其内部产生电动力；同时，由于邻相之间短路流的相互作用，使电流互感器的绝缘瓷帽上受到外部作用力。因此，对各型电流互感器均应校验内部动稳定，对瓷绝缘型电流互感器增加校验外部动稳定。第5章 电气设备的选择第5章 电气设备的选择 当产品目录给出瓷绝缘型电流互感器瓷帽端部的允许力 F al 时，其校验方法与穿墙套管类似，即式中，L c 为电流互感器的计算跨距，m。L 1 为电流互感器出线端至最近一个母线支柱绝缘子之间的跨距，m。L 2 为电流互感器两端瓷帽的距离，
49、对非母线型电流互感器。L 2=0；对母线型电流互感器 L 2为其长度，如图 58 所示，m。第5章 电气设备的选择图 58 瓷绝缘母线式电流互感器的接线方式第5章 电气设备的选择 有的产品目录未标明 F al，只给出 K es。K es 一般是在相间距离 a=0.4m、计算跨距L c=0.5m 的条件下取得的。所以，当未标明 F al 时，可按式(5 55)校验，即第5章 电气设备的选择例例 56 选择 10kV 出线的测量用电流互感器。已知该馈线装有电流表、有功功率表、有功电能表各一只，相间距离 a=0.4m，电流互感器至最近一个绝缘子的距离 L 1=1m，至测量仪表的路径长度为 l=30m
50、，当地最热月平均最高温度为 30。第5章 电气设备的选择解解(1)根据电流互感器安装处电网的额定电压 U Ns=10kV，线路 I max=380A，用途及安装地点，查附表 2 25，选择 LFZ1 10 屋内型电流互感器，变比为 400/5，准确级0.5，额定阻抗 Z N2=0.4，热稳定倍数 K t=80，动稳定倍数 K es=140。(2)作电流互感器回路接线图，列表统计二次负荷，如图 59 及表 58 所示。第5章 电气设备的选择图 9 电流互感器回路接线图第5章 电气设备的选择第5章 电气设备的选择第5章 电气设备的选择(4)热稳定校验。由式(561)得(5)动稳定校验。由于 LFZ
