第6章导体和电气设备的原理与选择

1、第六章第六章 导体和电气设备的原理与选择导体和电气设备的原理与选择电气设备选择的一般条件 高压断路器和隔离开关的原理与选择高压断路器和隔离开关的原理与选择 互感器的原理与选择互感器的原理与选择限流电抗器的选择限流电抗器的选择高压熔断器的选择高压熔断器的选择裸导体的选择裸导体的选择1第一节第一节 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件不同电气设备的作用和工作条件不同，具体选择的方法也不同，但是对各种设备的基本要求是一致的。这些基本要求就是对电气设备选择的一般条件。一、按正常工作条件选择设备1、额定电压2、额定电流3、当地的环境条件二、按短路状态校验1、热稳定2、动稳定2一、按正常工作条件选

2、择1、额定电压和最高工作电压电网的运行电压，由于负荷变化和因调压而发生变化，且电网的运行电压常常是高于电网的额定电压。电气设备在电网上运行，因此，电气设备的最高工作电压不低于电网的最高运行电压，即almsmalmsmUUUU电气设备的最高运行电压；电网的最高运行电压。3一、按正常工作条件选择1、额定电压和最高工作电压运行经验表明：220KV及以下的电气设备：1.1smNUU1.15almNUU1.1almNUU330KV500KV的电气设备：实际电网的最高运行电压：根据以上条件，选择电气设备时：,.NsNNsNUUUU通常选4一、按正常工作条件选择2、额定电流在周围环境温度下，电气设备的长期允

3、许电流。maxI各种合理的运行方式下，流过电气设备的最大工作电流maxNIINI 电气设备的额定电流52、额定电流max1.05NIImaxI的确定：w发电机、调相机、变压器回路：maxIw若变压器有过负荷的能力， 按其过负荷能力确定：max1.3 2NNIIIw出线回路的最大工作电流 ：考虑正常负荷电流， （包括线损），还应考虑事故时由其它回路转移过来 的电流。maxI62、额定电流maxI取母线上最大一台发电机或变压器的 。m a xIw母联断路器回路的 ：maxI72、额定电流maxI的确定：maxIw母线分段电抗器的 ：应取母线上最大一台发电机故障跳闸时，保持该母线段负荷所需要电流；或

4、者直接取最大一台发电机额定电流的50%80%83、按当地环境条件选择选择电气设备时，应考虑当地的环境条件，如：气温、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度、覆冰厚度等。w一般情况下，海拔每升高100米，电气设备的最高允许 电压降低1%，当最高工作电压不能够满足要求时，应选 择高原型设备；w电气设备的额定工作电流为40度时的值，一般情况下： 温度每升高1C，额定电流将减少1.8%，每降低1C， 额定电流将增加0.5%，最大工作电流120%NII9二、按短路条件进行校验1、短路热稳定的校验2、电动力稳定的校验h最高允许温度,shshesesiIiI短路冲击电流的幅值和有效值（计算）电气允许通过的动稳电

5、流的幅值和有效值（查得）esshiiesshII2tkI tQ,tkI tQ电气允许通过的热稳电流和热稳时间（查得）短路电流的热效应（计算得：等值时间法，实用计算法）或或10二、按短路条件进行校验w采用有限流电阻熔断器保护的设备，可不校验动稳定性。说明：在某些特殊的情况下，不需要进行动热稳定的校验w用熔断器保护的电气设备，其热稳定性由熔断时间保证 可不校验热稳定。w装设在电压互感器回路中的裸导体，可不校验动热稳定。11二、按短路条件进行校验3、短路电流的计算：w短路电流的计算条件（计算何种情况下的短路电流）u容量条件：按工程最终容量计算（考虑远景规划，一般考虑本工程建设后510年）u接线条件；

6、按可能发生最大短路电流的接线方式。例：双母线分段接线，有很多种运行方式，哪种运行方式的短路电流最大，就用哪种短路电流来进行校验。注意：短路电流计算，不考虑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并列运行）12二、按短路条件进行校验w短路种类：3、短路电流的计算：一般按三相短路来验算，若其它短路较三相短路严重时，按最严重情况验算。13二、按短路条件进行校验3、短路电流的计算：w短路计算点的确定通过电器的短路电流为最大的那些点为短路计算点。14w短路计算点的确定u发电机回路的断路器QF1，应比较断路器前短路与断路器后 短路两种情况下的短路电流，选其大者。QF1K1K2Ig1Ig2It

7、15w短路计算点的确定u变压器回路的断路器(QF3)，也应比较其前与其后短路两种情况下的短路电流，选其大者为短路计算点。QF3K1Ig1Ig2ItK316w短路计算点的确定u母线联络断路器的计算点，以QF5为例，考虑向备用母线 充电时，备用母线故障的短路电流为其短路计算点。QF5K417w短路计算点的确定u带电抗器的出线回路，由于电抗器的工作可靠性很高，且 断路器与电抗器之间的距离小，一般选择电抗器后的点为 短路计算点，目的是可选择轻型设备，节省投资。QF4K7K818二、按短路条件进行校验brt 断路器全开断时间4、短路计算时间t的确定：w 热稳定计算时间ktkprbrtttprt继电保护动

8、作时间，且常指后备保护动作时间 （从短路开始时刻到发跳闸命令时刻）0.04 0.06s.0 .0.0sinatt6断路器固有分闸时间燃弧时间（少油断路器） （SF断路器，压缩空气断路器0 20 4s) (真空断路器0 15 ）brinattt19二、按短路条件进行校验brt 用来衡量高压断路器的分闸速度的快慢。4、短路计算时间t的确定：w 热稳定计算时间ktkprbrttt0.12s 0.08s 0.081020V，电流80100mA，开关电器切断电流时，就会在动静触头分离瞬间，出现电弧。电弧产生后，即使开关的动静触头已分离，但是由于电弧导电，则电流仍在电路中流通。只有电弧熄灭后，电路才被真正

9、意义断开。25二、高压断路器的原理与选择1、电弧的产生与熄灭弧柱导电的原因：出现了大量的自由电子任何物质都有三态：固态，液态，气态。随温度升高而变；但是温度再升高到5000C以上，转为第四态等离子态；物质在等离子态以离子状态存在，所以导电。总结：电弧的形成就是介质向等离子态转化的过程，即：中性质点（分子或原子）被游离的结果。游离使中性质点变为带电质点。26二、高压断路器的原理与选择1、电弧的产生与熄灭w电弧产生的四种游离形式强电场发射弧隙间最初产生电子的原因热电子发射碰撞游离热游离27二、高压断路器的原理与选择1、电弧的产生与熄灭w电弧熄灭的去游离过程复合去游离扩散去游离28二、高压断路器的原

10、理与选择1、电弧的产生与熄灭w总结：游离过程与去游离过程是两个相反的过程； 游离过程使带电离子增加，有助于电弧燃烧； 去游离过程使带电离子减少，有利于电弧熄灭。游离过程去游离过程 电弧愈来愈大游离过程 Ud 电弧复燃Ur Ud 电弧熄灭介质强度恢复电压Ud （t） ：弧隙的绝缘能力的恢复过程。30二、高压断路器的原理与选择1、电弧的产生与熄灭w高压断路器灭弧的基本方法u利用灭弧介质增强去游离氢：灭弧能力是空气的7.5倍。（用变压器油和断路器油来灭弧，高温下可以分解出氢）；SF6：（负电性气体，具有吸附电子的能力，为复合创造条件）比空气强100倍；真空：碰撞游离可以大大减小，有利于扩散去游离。3

11、1二、高压断路器的原理与选择1、电弧的产生与熄灭w高压断路器灭弧的具体方法u利用特殊金属材料作为灭弧触头采用熔点高，导热系数和热容量大的耐高温材料，同时还要有抗电弧，抗熔焊能力，常用铜、铝合金、银。32二、高压断路器的原理与选择1、电弧的产生与熄灭w高压断路器灭弧的具体方法u利用气体和油吹动电弧：加速冷却和扩散，流速越大， 作用越好。吹弧方式分类：纵吹、横吹、纵横混合吹、环吹灭弧、 磁吹灭弧。33二、高压断路器的原理与选择1、电弧的产生与熄灭w高压断路器灭弧的基本方法u采用 多断口熄弧将电弧分割，拉长电弧，增大电弧电阻34二、高压断路器的原理与选择2、高压断路器的选择w断路器种类和形式的选择u

12、断路器的种类（按照采用灭弧介质的不同）油断路器（多油和少油）压缩空气断路器SF6断路器真空断路器35u不同种类断路器的特点与区别36u不同使用场所，断路器的型式选择10.5UKV3410,10SNSN10.5UKVLW-5004645SW110 330SW110 330K W110 330K W110 330LW110 330610SN10-10SN3-10SN4-10KV SN10-35ZN10-35DWLN-35KV馈线：；母联，分段：，35：， -35，37二、高压断路器的原理与选择2、高压断路器的选择w额定电压和电流的选择maxNII,KVNNSUU分别为电气设备和电网的额定电压（）m

13、ax,NII分别为电气设备的额定电流和 电气设备所在回路的最大工作电流(A)NNSUU38二、高压断路器的原理与选择2、高压断路器的选择w开断电流的选择NbrptII,NbrptNbrIIII注意：若则可用进行开断电流的选择NbrI额定开断电流ptI短路电流的周期分量39二、高压断路器的原理与选择2、高压断路器的选择w短路关合电流的选择Nclshii断路器合闸之前，若线路上已经存在短路故障了，则在断路器合闸过程中，将会受到短路电流的冲击。由于存在短路电流，断路器又会自动断开，此种操作情况是经常会遇到的，因为电力系统要求继电保护有自动重合闸功能。40二、高压断路器的原理与选择2、高压断路器的选择

14、w短路热稳定和动稳定的校验2tkesshI tQii41二、高压断路器的原理与选择2、高压断路器的选择w发电机出口断路器的特殊要求u额定值方面：承载的额定电流高，开断短路电流大， 远超出相同电压等级的输变电断路器。u开断性能方面：设置开断非对称性短路电流的能力， 短路非周期分量衰减慢，具有关合额定 短路关合电流的能力，该值为开断电流 的2.74倍，有开断失步电流的能力。u固有恢复电压方面：瞬态恢复电压与发电机相连的变压器 参数有关，容量高，电压等级高，瞬态恢 复电压上升得快。42三、隔离开关的选择1、隔离开关的主要用途u隔离电压：检修电气设备时，用隔离开关将被检修的设备 与带电部分可靠隔离。u

15、倒闸操作：例，投入备用母线或者旁路母线时，用隔离开 关和断路器配合使用完成倒闸操作。u分合小电流：分合避雷器，电压互感器，空载母线。 分合励磁电流不超过2A的空载变压器。 关合电容电流不超过5A的空载线路。43三、隔离开关的选择2、隔离开关的选择(1)种类和型式的选择分类：u按安装地点分：屋内式，屋外式；u按绝缘支柱数分：单柱式，双柱式，三柱式。型号：具体型号的选择见357页的附表744三、隔离开关的选择2、隔离开关的选择(2)额定电压和额定电流的选择NNSUUmaxNII45三、隔离开关的选择2、隔离开关的选择（3）热稳定和动稳定的校验2tkI tQesshii46MW10.5,cos0.8

16、NUKV例：试选择容量为25，的发电机出口断路器及回路的隔离开关。2.014.02126.4,29.3,29.5,0.05 ,3.9 ,prIKA IKA IKAtsspr2已知：发电机出口短路电流为主保护时间后备保护时间t配电装置内最高室温43 C。10.5NNSUUKV解：1、额定电压和额定电流的选择发电机最大持续工作电流：max1804NIIA3max1.051.05 25 101804( )33 10.5 0.8NNPIAU os根据：查附表5：可选SN10-10III/2000A型少油断路器。47MW10.5,cos0.8NUKV例：试选择容量为25，的发电机出口断路器及回路的隔离开

17、关。2.014.02126.4,29.3,29.5,0.05 ,3.9 ,prIKA IKA IKAtsspr2已知：发电机出口短路电流为主保护时间后备保护时间t配电装置内最高室温43 C。222222224.02(10)(26.429.329.5 )3401() . 1212kkkptttQIIIkAs2、热稳定的校验23.90.060.064.02( )prinatttsk短路热稳定计算时间taSN10-10III/2000At0.06 . sin型少油断路器的固有分闸时间t =0.06s,燃弧时间21 ,3401() . kptsQkAsk不计短路电流非周期分量热效应，Q22243.34

18、7499() . tkI tkAsQ满足热稳定要求。48MW10.5,cos0.8NUKV例：试选择容量为25，的发电机出口断路器及回路的隔离开关。2.014.02126.4,29.3,29.5,0.05 ,3.9 ,prIKA IKA IKAtsspr2已知：发电机出口短路电流为主保护时间后备保护时间t配电装置内最高室温43 C。13071esshiKAiKA3、动稳定的校验1.9 22.69 26.471.0shiIKA满足动稳定要求。49MW10.5,cos0.8NUKV例：试选择容量为25，的发电机出口断路器及回路的隔离开关。2.014.02126.4,29.3,29.5,0.05 ,

19、3.9 ,prIKA IKA IKAtsspr2已知：发电机出口短路电流为主保护时间后备保护时间t配电装置内最高室温43 C。10.5NNSUUKV解：1、额定电压和额定电流的选择发电机最大持续工作电流：max1804NIIA3max1.051.05 25 101804( )33 10.5 0.8NNPIAU os根据：查附表7：可选GN2-10/2000A型隔离开关。选择隔离开关：50MW10.5,cos0.8NUKV例：试选择容量为25，的发电机出口断路器及回路的隔离开关。2.014.02126.4,29.3,29.5,0.05 ,3.9 ,prIKA IKA IKAtsspr2已知：发电

20、机出口短路电流为主保护时间后备保护时间t配电装置内最高室温43 C。8571esshiKAiKA热动稳定的校验满足热动稳定要求。222251513005() . 3401() . tkI tkAsQkAs51第三节第三节 互感器的原理与选择互感器的原理与选择一、概述1、互感器的定义：是一次系统和二次系统间的联络元件，用来向测量仪表、继电器的电流线圈和电压线圈供电，正确反映电气设备的正常运行状态和故障状态。2、互感器的分类：电流互感器和电压互感器52一、概述3、互感器的作用：w隔离作用：使二次设备与高压部分隔离，为了确保工作 人员的安全，互感器每一个二次绕组必须可 靠接地，防止绝缘损坏而二次部分

21、存在高压。w转化作用：将一次回路的高电压，大电流变为二次回路 的低电压（100V, ）和小电流（1A和5A）100/353二、电流互感器1、分类w电磁式电流互感器w新型电流互感器（按耦合方式的不同分类）工作原理与变压器相似，结构复杂，笨重，成本高，目前电力系统广泛应用。无线电电磁波耦合；电容耦合；光电耦合新型电流互感器的特点：高低压之间没有直接的电磁联系，绝缘结构大为简化，测量过程中不会消耗很大的能量，测量范围宽，暂态响应快，准确度高，重量轻，成本高。54二、电流互感器2、电磁式电流互感器w电磁式电流互感器特点： 一次绕组串接在电路中，匝数少，电流为被测 电路的电流；二次绕组接测量仪表的电流线

22、圈， 线圈阻抗小，电流互感器二次侧接近于短路状态。u额定电流比：12,NNII一、二次绕组的额定电流12,N N 一、二次绕组的绕组。1221NiNINKIN55二、电流互感器2、电磁式电流互感器w电流互感器的误差12,I I 实际值和测量值，二者在数值上和相位上都会存在误差。等值电路：0 x0r1x2r2Lz2x1r1I2I0I56二、电流互感器2、电磁式电流互感器21iII与 之间的夹角电流误差：相位误差：211100%iik IIfI21iII超前 ， 为正21iII滞后 ， 为负57二、电流互感器2、电磁式电流互感器u电流互感器的运行参数对误差的影响电流误差：相位误差：2222()si

23、n() 100%222LavizzLfN savLs铁芯磁导率（一般在一次电流为额定值时， 达最大值时，误差最小， 尽量使电流互感器在一次额定电流附近运行。磁路平均长度铁芯截面积2222()cos() 3440( )222LavizzLN s误差与二次绕组的结构有关，也与互感器的运行状态有关。58二、电流互感器2、电磁式电流互感器u电流互感器的运行参数对误差的影响电流误差：相位误差：2222()sin() 100%222LavizzLfN s2Lz误差与二次负荷成正比。2222()cos() 3440( )222LavizzLN s尽可能使电流互感器在额定一次电流附近运行，可使误差最小；,;,

24、;iiiiff 功率因数角，+，功率因数角，+，59二、电流互感器2、电磁式电流互感器u电流互感器的准确级测量用的准确级的定义：在规定的二次负荷变化范围内，一次电流为额定值时的最大电流误差。60u电流互感器的准确级保护用的互感器准确级稳态保护用（P），暂态保护用（TP）稳态保护用P：通常220KV及以下系统，一般保护宜选用不考虑瞬态误差而只保证稳态误差的稳态保护用P类。暂态保护用TP：330500KV系统线路负荷大，为确保系统稳定，需要快速切除故障，并配有综合重合闸，要求互感器在暂态过程中有足够的准确级，误差不大于1%。并能不受短路电流直流分量的影响。61u电流互感器的准确级保护用的互感器准确

25、级u稳态保护用的准确级分为（5P，10P）表示最大测量电流误差为5%和10%，但此测量误差不是一次为额定电流时的测量误差，而是一次电流为额定准确限值时的测量误差。额定准确限值：即一次电流为额定电流的整数倍；也称为额定准确限制系数。221101001%()TiK iidtIT62u电流互感器的准确级保护用的互感器准确级u暂态保护用的准确级分为（TPX，TPY，TPZ）63u电流互感器的额定容量定义：在额定二次电流 和额定二次阻抗 下运行时，二次绕组的输出容量：2NI2Nz2222NNNsIz221A5ANNIz只有和的，所有有些厂家只给出的值。说明；互感器的误差与二次负荷有关，即互感器的准确级与

26、二次负荷有关，故：同一台互感器在不同的准确级下，对应有不同的额定容量。2N2N222NN2N222NN2NLMZ1-10-3000/5.5z1.6SI z51.6=40V A1z2.4SI z52.4=60V A22例：型电流互感器0 级时，级时，64u电流互感器的选择u种类和型式的选择按安装地点分：屋内式，屋外式按安装方式分：穿墙式、支持式、装入式按一次绕组匝数分：单匝式(一次电流在400A以上） 多匝式（一次电流在400A以下）按绝缘方式分：干式、浇注式、由浸式65u电流互感器的选择u一次回路额定电压和额定电流的选择maxNIImax.NII为了确保准确级，应尽量使接近NNSUUu二次回路

27、额定电流的选择强电系统：5A弱电系统：1A66u电流互感器的选择u准确级的选择u互感器的准确级不得低于所接测量仪表的准确级；w重要回路（发电机、变压器、调相机等）不应低于0.5级；w大容量发电机、变压器、系统干线500KV系统宜采用0.2级；w当所接测量仪表要求有不同的准确级时，应按最高 级别来 确定准确级；w电能表计上的互感器应为0.51级；w估计参数仪表可用3级；67u电流互感器的选择u额定容量的选择,arer r 二次回路所接仪表和继电器的电流线圈电阻。2222NNLSIz2LareLczrrrrcr 接触电阻cLLrsL连接导线电阻;r通过以上关系式，得到满足电流互感器准确级额定容量要

28、求下的二次导线的允许最小截面积。2222222()()()NccNNarecNarecILLSmmSIrrrZrrrS c导线的截面积;L导线的计算长度，与互感器的连接方式有关；68u电流互感器的选择u额定容量的选择2 ;KV;35KV3 ;cccLLLLLL单相接线时，用于三相对称负荷，星形接线时，用于110及以上线路或重要回路，不完全星形接线，用于及以下不重要回路，cL 的确定。在满足以上要求的前提下，选择二次导线的最小截面积，且为了满足机械强度的要求，s小于1.5mm2时，应选1.5mm269u电流互感器的选择u热动稳定的校验2( 1stkIQt以 允许通过的热稳电流I 进行校验）1(

29、1stNkK IQ以 允许的一次额定电流倍数进行校验）热稳定的校验：只对一次回路导体的电流互感器进行热稳定校验。动稳定校验：1;2esshNesshiiIKi或：70三、电压互感器1、分类u 按工作原理分类：电磁式和电容分压式u按安装地点分：屋内式和屋外式u按相数分：单相和三相（只有20KV及以下有三相）u按绝缘分：浇注式和油浸式71三、电压互感器2、电磁式电压互感器工作原理与变压器类似w特点：u二次绕组不允许短路且必须与熔断器配合使用。u容量小，结构上要求有较高的安全系数；u一次绕组与高压电路并联；u二次侧和仪表或继电器的电压线圈相连，电压线圈的阻抗很大，电压互感器近乎于空载情况下运行；u二

30、次绕组要有一点接地；72三、电压互感器2、电磁式电压互感器w误差：21uUU与之间的夹角211100%uuk UUfU电压误差：相位误差21uUU超前时，为正，反之为负。12NuNUKU73w准确级：在规定的一次电压和二次负荷变化的范围内，负荷功率因数为额定值时，电压误差的最大值。一般分为0.2，0.5，1，3级。见表：74三、电压互感器2、电磁式电压互感器w额定容量：额定容量一般是指对应最高准确级的容量。与电流互感器相似，电压互感器的准确级与二次负荷有关，因此对于同一台电压互感器，对应不同的准确级，就有不同的额定容量。75三、电压互感器2、电磁式电压互感器w最大容量：按照在最高电压下长期工作

31、发热条件允许下，对应的容量。一般不与最高准确级对应。例：JDZJ-10型电压互感器，负载功率因数为0.8情况下76三、电压互感器2、电磁式电压互感器w结构分类：普通式和串级式u335KV制成普通式，与普通小型变压器相似；u110KV及以上，制成串级式：绕组与铁芯采用分级绝缘，简化绝缘结构；绕组与铁芯放在瓷套中，可减少重量和体积；大量节约绝缘材料，可降低造价。77三、电压互感器2、电磁式电压互感器w说明：u中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中， 电压互感器的一次绕组必须接星形，且中 性点接地。即YN这样可以测量相对地电压。u三相五柱式电压互感器可用来测量相对地 电压，而三相三柱式不能用作这种测量

32、。78三、电压互感器电磁式电压互感器接入335KV配电网时，会有谐振问题产生。导致PT保险丝烧坏，甚至烧坏PT。消谐措施：u减少电压互感器的投运台数；u提高PT的抗饱和能力；u使用电容式电压互感器；u在互感器中性点加消谐器或串联电阻；u在PT的开口三角加消谐装置或串接电阻；u加强管理，提高检修质量。79三、电压互感器3、电容式电压互感器实质上就是一个电容分压器，与电容成反比分压。80三、电压互感器4、电压互感器的选择w种类和型式的选择u635KV屋内配电装置，采用油浸式或浇注式u110220KV配电装置，采用串级式u出线上的电压互感器，多采用电容式的u500KV配电装置，二次绕组具有三个，分别

33、做 主保护、后备保护、自动装置测量用。81三、电压互感器4、电压互感器的选择w额定电压的选择u一次额定电压的选择u二次侧额定电压的选择110.81.2NNSNUUU1NNSUU一次侧额定电压；电网额定电压。100 ,100/3VV100V：供三相系统相间连接的单相电压互感器。100/3 :V对于接在三相系统相与地间的单相电压互感器。82三、电压互感器4、电压互感器的选择w准确级的选择u互感器的准确级不得低于所接测量仪表的准确级；w当所接测量仪表要求有不同的准确级时，应按最高 级别来 确定准确级；83三、电压互感器4、电压互感器的选择w容量的选择22NSS222220000(cos )(sin )()()SSSPQ000,cosSP Q各仪表的视在功率，有功功率，无功功率。-各仪表的功率因数。额定二次容量（对应于所要求的准确级的容量）不小于电压互感器的二次负荷。84三、电压互感器4、电压互感器的选择w动热稳定的校验电压互感器一般由高压熔断器保护，因此不必做动稳定和