第六章 导体与电气设备的原理与选择2

1、NsNUUmaxIINktQtI2shesshesIIii或u高压断路器的作用：高压断路器的作用：（1）正常运行时，用来倒换运行方式，起控制作用）正常运行时，用来倒换运行方式，起控制作用（2）当线路或设备发生故障时，快速切除故障回路，起保）当线路或设备发生故障时，快速切除故障回路，起保护的作用。护的作用。u 对断路器的基本要求：对断路器的基本要求：在各种情况下应具有足够的开断能力、尽可能短的动作时间在各种情况下应具有足够的开断能力、尽可能短的动作时间和高度的工作可靠性。和高度的工作可靠性。u 断路器最重要的任务就是熄灭电弧。断路器最重要的任务就是熄灭电弧。因此，各种断路器都因此，各种断路器都有

2、不同结构的灭弧装置。有不同结构的灭弧装置。u 隔离开关的作用：隔离开关的作用：造成明显的开断点，起隔离电压用，保证高压电器及装置在检造成明显的开断点，起隔离电压用，保证高压电器及装置在检修时的安全。不能用于切断、投入负荷电流和开断短路电流。修时的安全。不能用于切断、投入负荷电流和开断短路电流。 原因就在于在绝缘介质中出现了大量自由电子。 大量自由电子由阴极向阳极的定向运动就形成了电弧。sUE mV /10360102ddCCUUCC022CCCUUdd23U13UUU21102)(2CCCCCUUddUU212001)(2)(CCCCCCUUdd21iiicUdtdiLiRU0dtdUCic1

3、rUrUicr2022) 1()(UUrRdtdUrLRCdtUdLCccc)(2121021件决定为积分常数，由初始条、CCeCeCrRrUUttc)(1)1(41)1(2122 , 1特征方程的根LCrCLRrCLRLCrCLR1)1(412当：)1 (0tLrreUU则恢复电压：LrUdtdUt00：当LCrCLR1)1(412)cos1 (00tUUr)cossin(1 0000trettUU，为电路固有振荡频率，为衰减系数20)21(121rCLCrC0202100，frCLCrCLR1)1(412当：CLrcr21)/( 400sVUfdtdUavr期性。时，电压恢复过程为周当周期

4、性；时，电压恢复过程为非当触头间并联电阻crcrrrrr（二）高压断路器的技术参数1. 额定电压UN 额定电压是指高压断路器设计时所采用的标称电压。 我国高压电器采用的额定电压等级： (3、6、10、35、60、110、220、330、500)kV2. 额定电流IN 指高压电器在规定的环境温度下，能长期通过且其载流部分和绝缘部分的温度不超过其长期最高允许温度的最大标称电流。 我国高压断路器采用的额定电流： (200、400、630、1000、1250、1600、2000、2500、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000)A3. 额定开断

5、电流INbr在额定电压UN下断路器能可靠地开断的最大短路电流 （标志着断路器的开断能力）5. 热稳定电流It在保证断路器不损坏的条件下，在规定时间t秒内允许通过断路器的最大短路电流有效值（表示断路器承受短路电流热效应的能力） 产品目录中给出的4s热稳定电流大多与INbr相等（ It= INbr ）。4. 额定开断容量SNbr 对三相电路有：NbrNNbrIUS36. 动稳定电流ies断路器在闭合状态下，允许通过的最大短路电流峰值，又称极限通过电流（表示断路器承受短路电流电动力效应的能力） ies约为INbr的2.5倍。7. 额定关合电流iNcl在额定电压下，断路器能可靠地闭合的最大短路电流峰值

6、。（表示断路器关合短路故障的能力） 一般：iNcl= ies。8. 分闸时间 9. 合闸时间：断路器从接到合闸命令起到触头刚接触的时间间隔。 （三）高压断路器的选择1. 选择断路器的种类和形式22)2(abrTtptkeIIiNClishshesshesIIii或ktQtI2ktQtI2shesii 互感器的作用：互感器的作用：（1）将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压和小电流，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜和便于屏内安装；并可采用小截面电缆进行远距离测量。（2）使二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，防止当一、二次绝缘损坏时，在二次设备上发

7、生高压危险，保证设备和人身安全。 二次侧电压：100V、 V 二次侧电流：5A、1A3/1002I1I1I2I102211NININI20201221011102211kIIIIININININININIi）（即：根据磁势平衡原理：2I2U2E0I2I1I2iiif2I2U2E0I2I1I2iiif(%)IIIKfii100112OcbabcII21近似计算：(%)sin(NINI1001110221()100%IIbcI由于电流互感器本身存在励磁损耗和磁饱和等影响，使一次电由于电流互感器本身存在励磁损耗和磁饱和等影响，使一次电流与二次电流折算值大小和相位均不同，即测量有误差。流与二次电流折算

8、值大小和相位均不同，即测量有误差。2I2U2E0I2I1I2iiif后的二次电流相量与一次电流相量之间的夹角。iisinOcba)(3440)cos(1110NINI)cos(10II1Iab(%)sin(SNl )ZZ(%)sin(NINIfavli10022210022221110)(3440)cos(222)()(3440)cos(22221110SNlZZNINIavli(%)sin(NINIfi1001110)()cos(NINIi34401110(%)sin(NINIfi1001110)()cos(NINIi34401110(%)sin(NINIfi1001110)()cos(NI

9、NIi34401110SLrm(%)sin(SNl )ZZ(%)sin(NINIfavli10022210022221110)(3440)cos(222)()(3440)cos(22221110SNlZZNINIavli2222NNNSIZ2222NNLSIZ连接导线电阻般取连接处的接触电阻，一的电流线圈电阻二次回路中所接继电器电流线圈电阻二次回路中所接仪表的LcreacLreaLr.rrrrrrrZ10222222()NNarecLNSIrrrrISLrCL22222()NcNNarecILSSIrrr2()cNarecLZrrrcLreaLrrrrZ2，与互感器接线有关连接导线的计算长度，

10、般采用铜导线，为连接导线的电阻率，一mLm/mm.C2017503kNtktQIKQI212)(或12esshNesshiiIKi或)(1073. 15 . 027NaLiFshal(%)UUUKfuu100112由于电压互感器本身存在由于电压互感器本身存在励磁电流和内阻抗励磁电流和内阻抗，使一次电压与二，使一次电压与二次电压折算值大小和相位均不同，即测量有误差。次电压折算值大小和相位均不同，即测量有误差。后的二次电压相量与一次电压相量之间的夹角。uU21U112112KUUCCCUc)(121CCjZi（3）减小误差的措施：串联一补偿电抗L)(1)(12121CCLjCCjLjZi，误差最小

11、。时，即当0Z)(1)(121221iCCLCCL（6）减小分压器的输出电流，将测量仪表经中间电磁式TV升压后，与分压器相连。（4）为抗干扰，设置一个高频阻断线圈L（5）TV二次侧短路时，由于回路中阻抗很小，短路电流可达额定电流的几十倍，此电流将产生很高的共振过电压，在L 和L上并联放电间隙E 和E，进行保护。（7）阻尼器D装于互感器二次侧，抑制谐波谐振过电压。 存在电压误差和相位误差，大小受一次电压、二次负荷、二次负荷的功率因数和频率的影响。2. 误差3. 应用 电容式电压互感器结构简单、成本低，且电压越高经济性越显著；同时分压电容可兼作载波通信的耦合电容。广泛应用于110500kV中性点接

12、地系统。（三）电压互感器的选择1. 种类和型式的选择（1）在635kV屋内配电装置中，一般采用油浸式或浇注式TV；110220kV特别是母线上装设的TV，通常采用串级式电磁式TV；当容量和准确级满足要求时，通常在出线上采用电容式TV。（2）在500kV配电装置中，TV应具有三个二次绕组。（满足双套主保护、后备保护、自动装置和测量的要求）2. 一次、二次额定电压的选择及接线方式（1）单相接线12100NNSNUUUV测量相对地的电压 测量相对相的电压 中性点直接接地 中性点不接地 12/3100NNSNUUUVA. 三相五柱式TV（2）星-星-开口三角形（YNynd0）接线12100NNSNUU

13、UV3100/3NUVB. 三相单相三绕组TV（2）星-星-开口三角形（YNynd0）接线3100/3NUV12/3100/3NNSNUUUV当用于小电流接地系统时：当用于大电流接地系统时：3100NUV选择UN3的原则：不管在哪种系统接线方式下，当一次系统发生一相完全接地时，在开口三角形绕组两端的电压均为100V。（3）不完全星形（V，v接线）适应：二次负荷为电能表和功率表12100NNSNUUUV 一般335kV电压互感器经隔离开关和熔断器接入电网；110kV及以上TV，设备可靠性高，高压熔断器制造困难，价格昂贵，只经隔离开关接入电网；380500V低压TV，直接经熔断器与电网相连。 二次

14、侧一律装设熔断器，保护TV低压侧短路。l一次、二次回路隔离开关和熔断器装设原则：3. 容量和准确级的选择3. 容量和准确级的选择互感器的额定二次容量应小于电压互感器的二次负荷：22NSS222220000cossinSSSPQ 参数为各仪表的视在功率、有功功率、无功功率、功率因素。 电压互感器三相负荷不相等，为满足准确度要求，应以最大相负荷进行比较。 另：计算TV各相负荷时，应注意互感器和负荷的连接方式（表6-7）三 、互感器在主接线中的配置原则电压互感器（1）母线：除旁路母线外，一般工作母线和备用母线均装设一组TV（2）线路：当对端有电源时，在出线侧上装设一组TV。其中35-220kV一相上

15、装设，500kV以上三相上装设（3）发电机：一般装设2-3组TV；大、中型发电机中性点常接有单相TV，用于100%定子单相接地保护（4）变压器：低压侧有时为了满足同期或继电保护的要求设有一组TV2. 电流互感器（1）凡装有断路器的回路，均应装设TA；在发电机和变压器的中性点、发电机-双绕组变压器单元的发电机出口、桥形接线的跨条上（2）测量仪表、继电保护和自动装置一般均单独的电流互感器供电或接于不同的二次绕组，因为其准确度级要求不同（3）中性点直接接地系统一般按三相配置；中性点非直接接地系统，依具体情况按二相或三相配置（4）保护用TA的配置应尽量消除保护装置的死区（5）为了防止电流互感器套管闪络

16、造成母线故障，TA通常布置在断路器的出线或变压器侧（6）为了减轻发电机内部故障时对发电机的危害，用于自动调节励磁装置的TA应布置在发电机定子绕组的出线侧四、新型互感器的发展简介 新型互感器的研制是光电子、光纤通信和数字信号处理技术的发展和应用。 特点：高低压间没有直接的电磁联系，使绝缘结构大为简化；测量过程中不需要消耗很大能量；测量范围宽，暂态响应快，准确度高；二次绕组数量增多，满足多重保护需要；重量轻、成本低。 按耦合方式：无线电电磁波耦合、电容耦合和光电耦合。其中光电式互感器性能最佳。 光电式互感器原理：利用石晶材料的磁电效应和电场效应，将被测的电压、电流信号转换成光信号，经光通道传播，由

17、接收装置进行数字化处理将接收到的光波转变成电信号，并经过放大，供仪表和继电器使用。 缺点：输出容量较小，需研制功率更大的放大器或采用小功率的半导体继电保护装置来减小互感器的负荷。百分电抗：以其自身额定值为基准值的标幺值乘以100，即：第四节 限流电抗器的选择1003/%NNLLIUXx则电抗有名值：NNLLIUxX3%相同UN、IN时，xL%越大， XL 越大，限流效果越好；相同UN、 xL%时，IN越小， XL 越大，限流效果越好。一、额定电压和额定电流的选择NsNUUmaxNII限流电抗器分普通电抗器和分裂电抗器两种1) Imax：通过普通电抗器或分裂电抗器一臂的最大持续工作电流2) 对于

18、出线电抗器，Imax为线路最大持续工作电流；3) 对于普通母线分段电抗器，Imax一般取相邻两段母线上最大一台发电机额定电流的50%-80%；4) 当分裂电抗的发电机或主变压器回路时，Imax一般按发电机或变压器额定电流的70%选择。二、电抗百分数的选择（一）普通电抗器的电抗百分数的选择（1）按“将短路电流限制到一定数值”的要求来选择 这样，经电抗器限流后，所在回路就可以选用轻型断路器。通常从限制电抗器后短路的次暂态短路电流I不超过所选轻型断路器的额定开断电流INbr。 可令： I= INbr 电抗器标幺值电抗标幺值电源到电抗器前的系统电抗标幺值电源至短路点之间的总LxxxIIxUIIUxxd

19、dddd 33xxxL所需电抗器的电抗： 设基准电流 Id，基准电压 Ud。(%)UIUI)xII%x%xNddNdLL100 （转换后得到应该选择的准值得出的，是在自身的额定值为基考虑到（2）正常运行时电压损失U(%)校验 主要是无功电压损耗max(%)(%)sin5%LNIUxI（3）母线残压校验%)%(II%xsinII%xUNLNLre7060 若出线电抗器回路未安装速断保护，则应满足：注意：I为按选定的百分电抗后重新计算得到的短路电流。（二）分裂电抗器电抗百分比的选择两臂间有磁的联系。两臂自感相同，自感电抗XL=L；两臂间互感M = f L（f为互感系数）互感电抗XM=f L。分裂电

20、抗百分比仍按将短路电流限制到要求值来选择：(%)UIUI)xII%xNddNdL100 （但一般产品给出的为单臂自感电抗xL1%,应进行换算。 xL1%和xL%的关系与电源连接方式和限制哪一侧短路电流有关。单臂自感电抗为：（1）仅当3侧有电源，1（或2）侧短路：（2）当1、2侧均有电源，3侧短路时：（3）当3侧无电源，1（或2 ）侧有电流，在2（或）1侧短路时（二）分裂电抗器电抗百分比的选择1(%)(%)LLxx12(%)(%)1LLxxf(%)1 (21(%)1LLxfx特殊校验项目：两臂母线的电压波动不大于母线额定电压的5%121112(%)(%)(%)sinsinLNNIIUUxfII2

21、12121(%)(%)(%)sinsinLNNIIUUxfII三、热稳定和动稳定的校验2,tKesshI tQii%(%)U%105951校验：%105(%)%952 U22011111sin3sin3IfxIxUULL分裂电抗器除分别按单臂流过短路电流校验外，还应按两臂同时流过反向短路电流进行动稳定校验。第五节 高压熔断器的选择作用：保护电路中的电气设备，使其免受过载和短路电流的危害。u 35kV及以下：保护小容量配电回路u 保护电压互感器u 与负荷开关配合，可代替高压断路器 熔断器不能用来正常地切断和接通电路，必须与其他电器（接触器、负荷开关等）配合使用，构成“回路”。如高压断路器和高压接

22、触器广泛用于300600MW大型机组的厂用6kV高压系统中代替断路器使用（熔断器作为保护元件，关合或开断短路电流，接触器作为操作元件，接通或断开负荷电流）。1. 主要构成： 金属熔体、支持熔体的触头、外壳（熔管）。金属熔体：熔断器的核心，是一个易于熔断的导体。500V以下熔断器采用铅、锌；高压熔断器采用铜、银。2. 工作原理： 熔断器串联接入被保护电路中，在正常工作情况下，由于电流较小，通过熔体时熔体温度虽然上升，但不致熔化，电路可靠接通；一旦电路发生过负荷或短路，电流增大，熔体在被保护设备的温度未达到破坏其绝缘之前熔化，将电路切断，设备得到保护。一、熔断器构成及工作原理1. 高压熔断器的技术

23、特性：熔体上通过的电流越大，熔断越快。熔断器的安秒特性熔断器熔断时间与通过电流的关系。二、熔断器的技术特性和技术参数1) 熔断器的额定电流INft： 保证壳体的载流部分和接触部分长期通过此电流，不会损坏熔断器。2. 熔断器的技术参数2) 熔体的额定电流INfs： 长期通过熔体而熔体不会熔断的最大电流。注：熔断器和熔体的额定电流不一定相同，一般INfs5000h）、传输容量大、长度在20m以上的导体，如发电机、变压器的连接导体，按经济电流密度选择。1. 按导体长期发热允许电流选择maxalIKIImax ：导体所在回路中最在持续工作电流，A；Ial：在额定环境温度0=25时导体允许电流，A；K：

24、与实际环境温度和海拔有关的综合校正系数0alalK al：导体长期发热允许最高温度； ：导体安装地点实际温度。2. 按经济电流密度选择 当负荷电流通过载流导体，将产生电能损耗。电能损耗的大小与负荷电流的大小、导体截面（或导体电阻）有关。 载流导体的运行费用主要由电能损耗费和设备修理、折旧费组成。 导体截面越大，电能损耗费越小，而相应的设备修理、折旧费则要增加。当导体具有某一大小的截面时，年计算运行费用最低。与之对应的截面称之为“经济截面”。所对应的电流密度，称为“经济电流密度”。步骤： 根据导体类型和最大负荷利用小时数Tmax查表得经济电流密度J; 计算导体的经济截面： 3) 查表选择与SJ最

25、接近的导体截面。2maxJI(mm )SJ注意：按经济电流密度选择的导体截面，还必须满足导体长期发热允许条件。三、电晕电压校验 63kV及以下的系统，一般不会出现电晕，所以不必校验，对110kV及以止系统的裸导体，应按当地晴天不发生全面电晕的条件校验，即：crmaxUU2kfminkfhw1()Q KSQ KmmAAC四、热稳定校验五、硬导体动稳定校验1. 矩形导体应力计算（1）单条矩形导体构成母线的应力计算2ph()10phf LMPaWWfph：单位长度导体上所受相间电动力，N/m；L ：导体支柱绝缘子间的跨距，m；W：导体对垂直于作用力方向轴的截面系数，m3phal满足动稳定的条件：导体最大相间应力应小于导体材料允许应力满足动稳定要求的绝缘子间最大允许跨距为：almax10( )phWLmfphbal（2）多条矩形导体构成的母线应力计算满足动稳定的条件：22bbbbb2()122bMf Lf LPaWWb