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1、牵引变电所设计本讲稿第一页，共六十三页概述变电所设计步骤变电所设计步骤1.选择供变电工程的主结线选择供变电工程的主结线2.根据设备工作的正常条件对设备进行初步选根据设备工作的正常条件对设备进行初步选择择3.根据设备工作的异常条件对设备进行校验根据设备工作的异常条件对设备进行校验4.在完成高压设备的选择设计后，进行配电装在完成高压设备的选择设计后，进行配电装置的设计，绘出平面布置图和断面图置的设计，绘出平面布置图和断面图5.完成配电装置的设计后，进行防雷系统的设完成配电装置的设计后，进行防雷系统的设计计本讲稿第二页，共六十三页概述6.在完成一次系统的设计后，分别对二次系统在完成一次系统的设计后，
2、分别对二次系统的控制、测量和保护部分进行设计，完成对的控制、测量和保护部分进行设计，完成对二次设备的选择和校验，绘出二次系统展开二次设备的选择和校验，绘出二次系统展开图图7.对交流电源、直流电源系统进行设计对交流电源、直流电源系统进行设计上述步骤仅仅是一个一般性流程，在实际设上述步骤仅仅是一个一般性流程，在实际设计中，可能存在某些步骤的反复。计中，可能存在某些步骤的反复。本讲稿第三页，共六十三页概述对于具体的高压设备来说，设计可归纳为：对于具体的高压设备来说，设计可归纳为：选择、校验选择、校验；如果校验通过，则选择合格，否则重新如果校验通过，则选择合格，否则重新选择，再校验。选择，再校验。对于
3、设备的对于设备的选择选择依据通常是设备工作的依据通常是设备工作的正正常条件常条件；对于设备的对于设备的校验校验依据通常是设备工作的依据通常是设备工作的异异常条件常条件。针对设备校验，主要从针对设备校验，主要从发热和受力发热和受力两个方两个方面考虑。面考虑。本讲稿第四页，共六十三页1.电器与载流导体的发热和负载能力电器与载流导体的发热和负载能力1 1、电器与载流导体正常工作下的发热容许温度、电器与载流导体正常工作下的发热容许温度电气设备的发热：电气设备的发热：导体和电接触部分电阻的存在导体和电接触部分电阻的存在电阻损耗电阻损耗由于交变磁场的作用，在周围的铁磁体内由于交变磁场的作用，在周围的铁磁体
4、内 涡流、磁滞损耗涡流、磁滞损耗绝缘体内的介质损耗绝缘体内的介质损耗损耗损耗热能，加能，加热了了导体，体，电气气设备温度升高。温度升高。本讲稿第五页，共六十三页发热的结果可能引起：发热的结果可能引起：发热导致金属材料的机械强度下降；发热导致金属材料的机械强度下降；发热导致电器设备的绝缘热老化；发热导致电器设备的绝缘热老化；发热导致电能损耗增加；发热导致电能损耗增加；大电流甚至会烧毁电器（如导体之间的连接处）。大电流甚至会烧毁电器（如导体之间的连接处）。为了防止出现以上情况，在电器与载流导体的选为了防止出现以上情况，在电器与载流导体的选择时，要根据负荷电流选择电器的额定电流，根据择时，要根据负荷
5、电流选择电器的额定电流，根据经济电流密度计算并选择导线截面。经济电流密度计算并选择导线截面。本讲稿第六页，共六十三页2 2、电器和载流导体在正常工作容许发热下的过、电器和载流导体在正常工作容许发热下的过 载能力载能力 发热导致的温度升高，分两种情况：一种是长期发热导致的温度升高，分两种情况：一种是长期发热，另一种是短期发热。发热，另一种是短期发热。导体的散热形式有：传导、辐射和对流。导体的散热形式有：传导、辐射和对流。无论是何种发热情况，其热平衡方程式都是：无论是何种发热情况，其热平衡方程式都是：发热量发热量=散热量散热量+导致温度升高所需要的热量导致温度升高所需要的热量本讲稿第七页，共六十三
6、页电气设备的长期发热允许温度主要由绝缘材料电气设备的长期发热允许温度主要由绝缘材料的允许温度和接触部分的允许温度确定。的允许温度和接触部分的允许温度确定。短时发热允许温度主要取决于导体的机械强度短时发热允许温度主要取决于导体的机械强度和绝缘材料的性能。和绝缘材料的性能。容许温度（允许温度）：容许温度（允许温度）：指使电气设备能保持正常的连续工作所允许指使电气设备能保持正常的连续工作所允许的最高发热温度。的最高发热温度。限制条件限制条件：(容许电流容许电流)()(长期工作电长期工作电流流)本讲稿第八页，共六十三页2.短路电流通过导体时的发热和电动力计算短路电流通过导体时的发热和电动力计算1.1.
7、导体长期发热导体长期发热 导体中没有通过电流时，其温度与周围导体中没有通过电流时，其温度与周围温度相等。温度相等。导体内通过电流时，其内部产生的热量导体内通过电流时，其内部产生的热量一部分使导体本身温度升高，另一部分散失一部分使导体本身温度升高，另一部分散失到周围介质中去，它们之间呈动态分配，直到周围介质中去，它们之间呈动态分配，直至导体发热过渡到稳态时，导体发热温度达至导体发热过渡到稳态时，导体发热温度达到稳态温升。到稳态温升。本讲稿第九页，共六十三页这一变化过程可以用热平衡方程描述：这一变化过程可以用热平衡方程描述：dt时间内时间内的总发热的总发热导体导体质量质量导体导体比热比热导体导体温
8、度温度周围环境周围环境温度温度导体导体散热散热系数系数导体导体散热散热面积面积本讲稿第十页，共六十三页求解微分方程，得到稳定温升：求解微分方程，得到稳定温升：最后得到：最后得到：本讲稿第十一页，共六十三页工程中常采用工程中常采用查表查表的方式求母线和导体的容的方式求母线和导体的容许电流许电流(载流量载流量)，它是按环境温度为，它是按环境温度为25时时由由I IXUXU计计算式得到的算式得到的(附附录录二附表二附表1 13)3)，当，当实际实际环环境温度境温度变变化化时时，需按采用的，需按采用的环环境温度乘以境温度乘以校正系数校正系数K Kt t本讲稿第十二页，共六十三页2.导体短时发热导体短时
9、发热 上面在进行导线温升计算时，并没有考虑一旦出现短上面在进行导线温升计算时，并没有考虑一旦出现短路的情况，在导线中流过短路电流时，由于短路发生到消路的情况，在导线中流过短路电流时，由于短路发生到消失过程很短暂，因此，可以认为，短路电流产生的热量几失过程很短暂，因此，可以认为，短路电流产生的热量几乎无法散发到大气中，也就是说，短路电流产生的热量全乎无法散发到大气中，也就是说，短路电流产生的热量全部为导线吸收。部为导线吸收。为了保证系统中的导体设备能满足恶劣工况的要为了保证系统中的导体设备能满足恶劣工况的要求，必须进行短路电流通过时热稳定校验。求，必须进行短路电流通过时热稳定校验。目的：找出短路
10、时的发热温度，以便与导体规定的短目的：找出短路时的发热温度，以便与导体规定的短时发热容许温度比较。时发热容许温度比较。短路电流引起的导体发热，可以不考虑发热过程中的短路电流引起的导体发热，可以不考虑发热过程中的散热。散热。本讲稿第十三页，共六十三页导体短路时，热平衡方程为：导体短路时，热平衡方程为：任一时刻的任一时刻的短路电流短路电流有效值有效值温度为温度为时的导体电阻时的导体电阻温度为温度为时的导体比热时的导体比热本讲稿第十四页，共六十三页整理后：整理后：要求短路最高发热温度，对上式两边积分：要求短路最高发热温度，对上式两边积分：与短路存在过程中产生的热量成比例，因而称与短路存在过程中产生的
11、热量成比例，因而称为为短路电流的热效应短路电流的热效应本讲稿第十五页，共六十三页右边的积分结果为：右边的积分结果为：则原积分式变为：则原积分式变为：本讲稿第十六页，共六十三页变量变量A的数值与导体材料和导体实际温度有关。的数值与导体材料和导体实际温度有关。实际应用中，往往将实际应用中，往往将A与导体温度的关系按各种与导体温度的关系按各种材料的平均参数值代入上式，计算后制成相应材料的平均参数值代入上式，计算后制成相应曲线曲线 。将短路全电流将短路全电流id分解为周期分量电流分解为周期分量电流izt与非周期与非周期分量电流分量电流ift 两部分，则代入后并化简得到：两部分，则代入后并化简得到：QZ
12、、Qfi分别为短路周期分量电流、非周期分量分别为短路周期分量电流、非周期分量电流的发热效应。电流的发热效应。本讲稿第十七页，共六十三页3.短路电流周期分量和非周期分量热效应的计算短路电流周期分量和非周期分量热效应的计算(1)用数值积分法计算用数值积分法计算QZ(2)Qfi的计算的计算当当td0.1s 当当td0.1s本讲稿第十八页，共六十三页4.短路电流作用下母线电动力计算短路电流作用下母线电动力计算电动力的实质是载流导体所受磁场力，可用毕电动力的实质是载流导体所受磁场力，可用毕奥奥-沙伐定律计算沙伐定律计算实用中引形状系数实用中引形状系数Kx修正修正 对于圆形导体，对于圆形导体，Kx=1本讲
13、稿第十九页，共六十三页本讲稿第二十页，共六十三页三相导体短路时的电动力三相导体短路时的电动力B相受的力最大，应以中间相受的力最大，应以中间B相电动力值为标准相电动力值为标准同一地点发生短路时，以三相短路时最大电动同一地点发生短路时，以三相短路时最大电动力为大，因此应以三相短路来计算最大电动力。力为大，因此应以三相短路来计算最大电动力。本讲稿第二十一页，共六十三页选择电气设备时短路计算点的确定选择电气设备时短路计算点的确定 在进行变电所电器设备选择时，需要对电器设备进行热稳定和动稳定校验，进行上述校验的数据来源于短路电流计算的结果，因此在进行上述校验前，要进行短路计算，就必须首先确定假想短路点。
14、把可能出现的最大短路电流计算出来，因此计算短路电流的条件是最大运行方式下的最大短路电流。我们知道：在最大运行方式（可能投运的发电机投入运行、可能出现的变压器并联运行方式、可能出现的输电线路并联运行方式和可能出现的母线运行方式）的条件下，可能出现最大短路电流的短路故障本讲稿第二十二页，共六十三页方式有三相短路和两相短路。如果变电所与电源之间的电气距离较远，就取三相短路电流。在进行短路电流计算时，根据不同的用途分别计算出不同时间的短路电流。通常在末端变电所的短路计算时，给出的条件是变电所入口处的短路容量，实际上，这个短路容量对应着一个短路电抗。在选择短路点时，要考虑到设备可能受到的最大短路电流的影
15、响。短路电流计算时，需要考虑系统是作为无穷大容量电源出现还是有限容量电源出现。关于短路电流计算的方法，可参照电力系统分析 有关章节内容。本讲稿第二十三页，共六十三页确定假想短路点选择实例三相双绕组牵引变压器的变电所110kV、27.5kV、10kV短路计算如图所示，在这个图中，d2、d3、d4为电路上的同一节点，只要选择其中一个计算即可。本讲稿第二十四页，共六十三页2.电气设备选择 变电所主要一次设备：断路器、隔离开关、母线、导变电所主要一次设备：断路器、隔离开关、母线、导线、电缆、绝缘子、电流互感器、电压互感器、避雷器、线、电缆、绝缘子、电流互感器、电压互感器、避雷器、电抗器等。电抗器等。在
16、进行变电所设计时，大量的数据来源于在进行变电所设计时，大量的数据来源于电力工电力工程设计手册程设计手册这一类的资料。这一类的资料。一般来说：根据设备的运行一般来说：根据设备的运行地点地点、环境环境、正常工作正常工作电压和电流（含可能出现的过负荷情况）电压和电流（含可能出现的过负荷情况）等初步确定等初步确定选用的设备型号；根据选用的设备型号；根据短路计算参数短路计算参数对所初步选定的设对所初步选定的设备进行校验，如果校验通过，则所选设备合格，否则就要备进行校验，如果校验通过，则所选设备合格，否则就要调整选择，对调整后的设备再校验，直至合格。调整选择，对调整后的设备再校验，直至合格。如果没有办法在
17、现有设备中选出合格的，则要采取如果没有办法在现有设备中选出合格的，则要采取技术措施确保选择设备合格（如加限流备）。技术措施确保选择设备合格（如加限流备）。本讲稿第二十五页，共六十三页 通常根据短路参数校验的项目，对于不同的设备有所差别，主要校验项目有：动稳定（在短路电流引起的电动力作用下，设备不会受到损坏）和热稳定（短路电流发热不会造成设备的损坏）。通常，对于载流设备（如开关、母线）需要进行热稳定校验，对于需要承受短路电流引起的电动力的设备（如绝缘子、开关），需要进行动稳定校验，有些设备只要进行上述两种校验之一（如绝缘子），而有些设备则两种校验都要进行（如开关）。除了上述两种校验项目之外，其它
18、的一些校验项目则与具体的设备有关，如互感器的容量校验。本讲稿第二十六页，共六十三页母线常用铜、铝和钢三种材料制成。母线常用铜、铝和钢三种材料制成。铜的导电性能最好，机械强度大，耐腐蚀；铜的导电性能最好，机械强度大，耐腐蚀；铝的导电性比铜差，机械强度小，但比重小，铝的导电性比铜差，机械强度小，但比重小，成本低。根据我国资源情况和技术政策，尽成本低。根据我国资源情况和技术政策，尽量以铝代铜。量以铝代铜。钢的导电性能最差，但机械强度最大，通常钢的导电性能最差，但机械强度最大，通常只在小电流情况下采用。只在小电流情况下采用。硬母线一般采用矩形截面，且已标准化。硬母线一般采用矩形截面，且已标准化。母线的
19、选择母线的选择本讲稿第二十七页，共六十三页母线和电缆的选择是根据不同的工作条件确定.设计内容有：1）母线和电缆的导电截面积、2）母线电缆的结构形式和材料 3）确定后进行动稳定校验和热稳定校验。本讲稿第二十八页，共六十三页母线的选择母线的选择母线截面的选择母线截面的选择1.按最大长期工作电流选择截面按最大长期工作电流选择截面IXU为相应于母线工作的环境温度和其放置方式为相应于母线工作的环境温度和其放置方式下，母线长期容许电流值下，母线长期容许电流值(查附录二表查附录二表13)Igmax为母线在电路中的最大长期工作电流。为母线在电路中的最大长期工作电流。对于牵引变压器一般取对于牵引变压器一般取Ig
20、max=1.3Ie注：当环境温度不为注：当环境温度不为25时，需乘以修正系数时，需乘以修正系数本讲稿第二十九页，共六十三页2.按经济电流密度选择母线截面按经济电流密度选择母线截面S为导体的经济截面为导体的经济截面jn为经济电流密度，使导体年计算费用为最低的为经济电流密度，使导体年计算费用为最低的电流密度电流密度母线的选择母线的选择本讲稿第三十页，共六十三页故导线截面的选择有两种方法：1）根据最大长期工作电流根据最大长期工作电流，2）根据经济电流密度根据经济电流密度。根据经济电流密度选择导线的实际流程根据经济电流密度选择导线的实际流程：一般来说，选择导线时，首先确定导线材料，一般是先铝后铜，在铝
21、导线不能满足要求时才考虑铜导线，根据最大负荷利用小时数和导线材料确定经济电流密度（查表），计算出导线截面，查表，选择一款比计算截面大但最接近计算截面的导线。根据最大长期工作电流选择导线的实际流程根据最大长期工作电流选择导线的实际流程：根据给出的最大长期工作电流，查表，取一款允许电流大于该长期工作电流且最接近该电流的导线。注意进行环境温度修正。根据经济电流密度选择的导线可能与根据最大长期工作电流选择的导线不一样，但最终选择的导线截面一定能满足最大长期工作电流的要求，一般情况下，用经济电流密度选择出来的导线截面要大一些。实际上，按经济电流密度选择导线截面积的方法多用于输电线路而非母线，母线通常按照
22、最大长期工作电流来选择其截面积。本讲稿第三十一页，共六十三页母线的校验母线的校验1.按短路条件校验母线的热稳定性按短路条件校验母线的热稳定性校验短路热稳定可以根据短路电流热效应计算校验短路热稳定可以根据短路电流热效应计算方法，确定出短路最终温度方法，确定出短路最终温度 ，应使其与所，应使其与所选母线短路容许温度满足关系：选母线短路容许温度满足关系：若校验结果不满足热稳定要求，则按若校验结果不满足热稳定要求，则按可得到母线的最小容许截面可得到母线的最小容许截面Smin，即，即本讲稿第三十二页，共六十三页2.按短路条件校验母线的机械稳定性按短路条件校验母线的机械稳定性（1 1）屋内安装的母线）屋内
23、安装的母线 屋内母线为硬母线，导线的截面形状以矩形居多（一般屋内屋内母线为硬母线，导线的截面形状以矩形居多（一般屋内配电装置的电压等级较低，因此电流较大，为避免趋肤效应引起配电装置的电压等级较低，因此电流较大，为避免趋肤效应引起导线电阻增大而选矩形）。导线电阻增大而选矩形）。屋内配电装置的导线从屋外引进时，需要通过墙体，在墙体中屋内配电装置的导线从屋外引进时，需要通过墙体，在墙体中的导线用穿墙套管防护，而在屋内，导线则需要用支持绝缘子固的导线用穿墙套管防护，而在屋内，导线则需要用支持绝缘子固定，因此，对于屋内安装的母线来说，在短路电流产生的电动力定，因此，对于屋内安装的母线来说，在短路电流产生
24、的电动力作用下，母线不会产生变形是进行机械稳定性校验的目标。作用下，母线不会产生变形是进行机械稳定性校验的目标。短路冲击电流通过母线时，使其承受较大的机械应力可能使固短路冲击电流通过母线时，使其承受较大的机械应力可能使固定在支持绝缘子上的母线产生弯曲变形甚至折断，因而必须按这定在支持绝缘子上的母线产生弯曲变形甚至折断，因而必须按这时加在母线上的弯矩进行应力计算。时加在母线上的弯矩进行应力计算。当跨距数大于当跨距数大于2时，母线的最大弯距为：时，母线的最大弯距为：当跨距数等于当跨距数等于2时：时：本讲稿第三十三页，共六十三页母线的最大应力为：母线的最大应力为：W为截面系数，或称抗弯模量为截面系数
25、，或称抗弯模量母线的最大应力应小于材料的容许应力母线的最大应力应小于材料的容许应力则认为母线的机械稳定性可以满足要求。则认为母线的机械稳定性可以满足要求。如果不满足要求，可以有两个调整方法：一是重新选择如果不满足要求，可以有两个调整方法：一是重新选择能满足要求的导线截面积、形状和导线放置方式；或者是能满足要求的导线截面积、形状和导线放置方式；或者是改变支持绝缘子的位置。一般尽量不要采用增大导线截面改变支持绝缘子的位置。一般尽量不要采用增大导线截面的方法。的方法。本讲稿第三十四页，共六十三页（2 2）屋外安装的母线）屋外安装的母线 屋外安装的母线和屋内安装的母线，在动稳定校验上存在一定的差别，前
26、者一般使用软母线（多股导线，如钢芯铝绞线），而后者则一般使用硬母线，在安装方式上也存在着差别，同时，自然环境的差别也是原因之一。本讲稿第三十五页，共六十三页解：解：1.按最大长期工作电流选择母线的截面按最大长期工作电流选择母线的截面可按变压器过载可按变压器过载1.3倍考虑倍考虑由由附录二表附录二表3查出铝母线查出铝母线153的允许载流量为的允许载流量为156A，大于最大工作电流，大于最大工作电流71.5A，故初步确定选，故初步确定选用用1533=45mm2截面的铝母线。截面的铝母线。导体尺寸hb单条平放竖放153156165本讲稿第三十六页，共六十三页2.校验母线的短路热稳定性校验母线的短路热
27、稳定性要求短路最终温度要求短路最终温度 ，应先求出起始温度，应先求出起始温度 ，根据根据 ，利用曲线，利用曲线 ，找出对应的，找出对应的 值，值，再由再由 求出求出 ，再次利用曲线，再次利用曲线 找出对应的找出对应的 。本讲稿第三十七页，共六十三页250.2510104 4本讲稿第三十八页，共六十三页短路电流计算时间短路电流计算时间短路电流热效应短路电流热效应本讲稿第三十九页，共六十三页由由 ，从图中查得，从图中查得则由则由得：得：再由再由 ，查得，查得 ，而，而 (见见表表6.1)，即：，即：，不满足热稳定性要求。，不满足热稳定性要求。本讲稿第四十页，共六十三页由由 ，查表查表6.3，C=9
28、9满足热稳定的最小截面为：满足热稳定的最小截面为：应选择应选择2544的铝母线。的铝母线。起始温度40铝材导体99本讲稿第四十一页，共六十三页3.校验母线的机械稳定性校验母线的机械稳定性三相短路冲击电流为三相短路冲击电流为设母线采用水平排列平放，设母线采用水平排列平放，已知：已知：a=40cm，l=100cm，h=25mm，b=4mm则则三相短路时的相间电动力为三相短路时的相间电动力为本讲稿第四十二页，共六十三页母线平放及水平排列时，其抗弯模量为：母线平放及水平排列时，其抗弯模量为：母线的计算应力为：母线的计算应力为：由由表表6.4铝母线的允许应力为铝母线的允许应力为 ，即：，即：，不能满足机
29、械应力稳定性要求。，不能满足机械应力稳定性要求。因开关柜尺寸固定不变，因开关柜尺寸固定不变，l、a不能再增大，需增不能再增大，需增大母线截面以增大大母线截面以增大W。当采用截面为当采用截面为304mm2的铝母线，仍为水平布的铝母线，仍为水平布置，则：置，则：本讲稿第四十三页，共六十三页故最后由于机械稳定性的需要，确定选择截面故最后由于机械稳定性的需要，确定选择截面为为S=304=120mm2的铝母线。的铝母线。本讲稿第四十四页，共六十三页母线的选择设计内容：母线的导电截面积，结构形式和材料设计内容：母线的导电截面积，结构形式和材料硬母线多用于屋内配电装置硬母线多用于屋内配电装置室内采用矩形母线
30、便于施工、安装、运行。矩形母线室内采用矩形母线便于施工、安装、运行。矩形母线比圆形母线的周长大，因而矩形母线的散热面大。比圆形母线的周长大，因而矩形母线的散热面大。软母线多用于屋外配电装置软母线多用于屋外配电装置室外母线可以允许较大线间距离，采用多股胶线便于室外母线可以允许较大线间距离，采用多股胶线便于施工、安装。施工、安装。实际上，按经济电流密度选择导线截面积的方法多用实际上，按经济电流密度选择导线截面积的方法多用于输电线而不是母线，母线通常按照最大长期工作电于输电线而不是母线，母线通常按照最大长期工作电流来选择其截面积。流来选择其截面积。选择计算项目校验长期最大工作电流经济电流密度动稳定校
31、验热稳定校验本讲稿第四十五页，共六十三页母线涂色：母线涂色：可以增加辐射能力可以增加辐射能力有利于母线散热有利于母线散热防腐蚀防腐蚀便于识别：便于识别：A相相-黄色黄色B相相-绿色绿色C相相-红色红色本讲稿第四十六页，共六十三页母线放置：母线放置：母线在正常运行中，因通过电流而发热，母线在正常运行中，因通过电流而发热，如果母线本身的发热量等于向周围空气散出如果母线本身的发热量等于向周围空气散出热量时，母线温度不变，所以母线温度与散热量时，母线温度不变，所以母线温度与散热条件有很大关系。在温升一定的条件下，热条件有很大关系。在温升一定的条件下，如果散热条件不同，则即使是同一规格的母如果散热条件不
32、同，则即使是同一规格的母线，其允许的额定电流也不相同。线，其允许的额定电流也不相同。本讲稿第四十七页，共六十三页对于矩形母线来说，竖装进散热条件较好，对于矩形母线来说，竖装进散热条件较好，平装时散热条件稍差。一般在保持同等温升平装时散热条件稍差。一般在保持同等温升的条件下，竖装母线要比平装母线的额定电的条件下，竖装母线要比平装母线的额定电流大流大5%-8%，但竖装母线的动稳定性要比，但竖装母线的动稳定性要比平装母线差。由于平装母线便于布线，平装母线差。由于平装母线便于布线，故在故在实际应用中，仍以平装母线较为常见实际应用中，仍以平装母线较为常见。本讲稿第四十八页，共六十三页绝缘子的选择绝缘子广
33、泛用于配电装置中，它主要用来绝缘子广泛用于配电装置中，它主要用来支支持和固定持和固定带电导体，并使导体与地或与处在带电导体，并使导体与地或与处在其它电位下的设备绝缘。因而必须具有足够其它电位下的设备绝缘。因而必须具有足够的绝缘强度和机械强度，并能在恶劣环境下的绝缘强度和机械强度，并能在恶劣环境下安全运行。安全运行。支柱式绝缘子和穿墙套管支柱式绝缘子和穿墙套管选择时首先根据选择时首先根据使用地点使用地点、电压等级电压等级、污秽污秽等级等级确定它们的类型（户内或户外）和型号。确定它们的类型（户内或户外）和型号。本讲稿第四十九页，共六十三页绝缘子的选择对于穿墙套管，应按对于穿墙套管，应按最大长期工作
34、电流选择最大长期工作电流选择导体截面导体截面，并与选择母线的方式相同进行短，并与选择母线的方式相同进行短路时路时热稳定热稳定和和机械稳定性机械稳定性校验，而支持绝缘校验，而支持绝缘子只需校验短路的机械稳定性。子只需校验短路的机械稳定性。（一）按电压条件选择（一）按电压条件选择应使应使UgUmax；其中；其中Ug、Umax分别为支持分别为支持绝缘子与穿墙套管的工作电压和最大工作电绝缘子与穿墙套管的工作电压和最大工作电压。压。本讲稿第五十页，共六十三页绝缘子的选择（二）按最大长期工作电流选择绝缘套管（二）按最大长期工作电流选择绝缘套管 应满足应满足IgIe；Ig其中为绝缘套管的额定电流，其中为绝缘
35、套管的额定电流，Ie为安装绝缘套管的电路中最大长期工作电流。为安装绝缘套管的电路中最大长期工作电流。由于上述由于上述Ie是按环境温度是按环境温度+40时考虑的，当环境温时考虑的，当环境温度高于度高于+40但小于但小于+60的情况下，其容许工作电流的情况下，其容许工作电流Ixu应按下式换算应按下式换算 本讲稿第五十一页，共六十三页 5.6 5.6 开关设备的选择开关设备的选择开关设备的选择开关设备的选择 开关设备包括断路器、熔断器、隔离开关和负荷开关等电器，因其各自的技术特性和功能不同，虽然在选择时所根据的条件有些不同，但也各有其特点和不同要求，现分别讨论如下。5.6.1 高压断路器的选择 （一
36、）断路器种类、形式的选择 对于开断电路中负荷电流和短路电流的高压断路器，首先应按使用地点环境、负荷种类及使用技术条件选择断路器的类型与型号，即户内或户外式，以及灭弧介质的种类。本讲稿第五十二页，共六十三页 对10KV220KV三相系统，广泛采用少油式或SF6断路器（当前者不能满足要求时），交流牵引由于故障跳闸频繁，从减少运行维修工作量考虑，较普遍采用真空断路器或SF6断路器，地铁与轻轨交通牵引（降压）变电所交流系统，从安全防炎和减少维修考虑广泛采用真空断路器。（二）断路器额定电压Ue、额定电流的选择Ie 应满足 Ue e Ug g；Ie eIg g；其中：Ug g、Ig g分别为网络工作电压和
37、断路器最大长期负荷电流。本讲稿第五十三页，共六十三页 （三）按开断路器断流容量选择 高压断路器的额定开断电流Iekek或额定断流容量Seded应满足以下关系 （6.63）式中：Idtdt为短路后t秒短路电流有效值，对快速断路器，取Idt dt=I”t0.1”；Sdtdt为短路后t秒短路，对快速断路器Sdtdt=Sd d”。为了求得短路电流有效值Idtdt，必须确定切断短路的计算时间tjsjs，即从短路发生到灭弧触头分开为止的全部时间，它等于继电保护动作时间tb b和断路器固有动作时间tg g之和，故tjsjs=tb b+tg g。本讲稿第五十四页，共六十三页 在设计牵引变电所和电气设备选择中，
38、由实际选择的保护装置与断路器型号，可得到tb b和tg g的实际值，但如无此数据时，一般可按下述情况选取。对快速动作的断路器，取tg g=0.05s，而对非快速动作的断路器，取tg g=0.10.15s。对于继电保护，应按具有最小动作时间的速断主保护作为动作时间，即tb b=0.03s0.05s。因此，对于快速动作的为路器，切断短路的计算时间 tjs js=0.050.1s，对于非快速动作的断路器，tjsjs=0.150.2s。本讲稿第五十五页，共六十三页 当短路发和后tjsjs 0.1s，因短路电流的非周期分量已接近衰减完毕，此时短路电流即为短路周期分量电流的有效值，即Idtdt=Iz z。
39、当tjsjs 0.1s时，则须计入短路电流的非周期分量。装有自动重合闸装置的断路器，当操作循环符合厂家规定时，其额定开断电流不变。（四）短路关合电流的校验 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巨大的短路电流通过（预击穿），更易发生触头熔焊和遭受电动力的损坏。本讲稿第五十六页，共六十三页 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，因此额定关合电流是断路器的重要参数之一。为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器的额定关合电流iegeg不应小于短路电流最大冲击值icjcj，即 iegeg icjcj （6.64）一
40、般断路器额定关合电流不会大于额定动稳定电流idwdw，因此，如iegeg icjcj，则idwdw icjcj。本讲稿第五十七页，共六十三页（五）校验短路时的热稳定性 短路电流通过时断路器的热稳定性，由制造厂给出的在t秒（t分别为4s、5s或10s）内允许通过的热稳定电流Irtrt来表征，即在给定时间t内，通过断路器时，其各部分的发热温度不超过规定的短时最大容许发热温度。因此，以短路电流Id d通过断路器时，其热稳定条件为：I2 2rtrttQd d （6.65）式中：Qd d为短路电流发热效应。Qd d=Qz z+Qfi fi本讲稿第五十八页，共六十三页互感器的选择互感器的选择电流互感器的选
41、择电流互感器的选择电流互感器的选择电流互感器的选择 一次回路额定电压和一、二次一次回路额定电压和一、二次一次回路额定电压和一、二次一次回路额定电压和一、二次额定电流选择额定电流选择额定电流选择额定电流选择 电流互感器种类和型式以及准确级电流互感器种类和型式以及准确级电流互感器种类和型式以及准确级电流互感器种类和型式以及准确级的选择的选择的选择的选择 二次容量或二次负载二次容量或二次负载二次容量或二次负载二次容量或二次负载的校验的校验的校验的校验 本讲稿第五十九页，共六十三页 电流互感器一次侧额定电压和电流互感器一次侧额定电压和额定电流选择额定电流选择 1.电流互感器一次侧额定电压和电流选择电流
42、互感器一次侧额定电压和电流选择 电流互感器一次回路额定电压和电流选择应满足：电流互感器一次回路额定电压和电流选择应满足：式中式中 U1e、I1e电流互感器一次额定电压和电流。当周围电流互感器一次额定电压和电流。当周围实际环境温度大于实际环境温度大于40度时，度时，I1e应乘以温度修正系数。应乘以温度修正系数。为了确保所供仪表的准确度，互感器的一次侧额定电流应尽可为了确保所供仪表的准确度，互感器的一次侧额定电流应尽可能与最大工作电流接近。能与最大工作电流接近。2.二次额定电流的选择二次额定电流的选择 电流互感器的二次额定电流有电流互感器的二次额定电流有5A和和1A两种。一般强电系统两种。一般强电
43、系统用用5A，弱电系统用弱电系统用1A。本讲稿第六十页，共六十三页 电流互感器电流互感器准确准确级的选择级的选择 3.准确级的选择准确级的选择 为保证测量仪表的准确度，互感器的准确级不得低于所供为保证测量仪表的准确度，互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。如测量仪表的准确级。如:装于重要回路装于重要回路(如发电机、调相机、变如发电机、调相机、变压器、厂用馈线、出线等压器、厂用馈线、出线等)中的电能表和计费的电能表一般采用中的电能表和计费的电能表一般采用0.51级表，相应的互感器的准确级不应低于级表，相应的互感器的准确级不应低于0.5级；对测量精度级；对测量精度要求较高的大容量发电机、变压
44、器、系统干线和要求较高的大容量发电机、变压器、系统干线和500kV级宜用级宜用0.2级。供运行监视、估算电能的电能表和控制盘上仪表一般皆级。供运行监视、估算电能的电能表和控制盘上仪表一般皆用用11.5级的，相应的电流互感器应为级的，相应的电流互感器应为0.51级。供只需估计电级。供只需估计电参数仪表的互感器可用参数仪表的互感器可用3级的。级的。本讲稿第六十一页，共六十三页 电流互感器电流互感器二次容量或负载二次容量或负载的校验的校验 4.电流互感器二次容量或二次负载的校验电流互感器二次容量或二次负载的校验 为了保证互感器的准确级，互感器二次侧所接实际为了保证互感器的准确级，互感器二次侧所接实际
45、负载负载Z2应不大于该准确级所规定的额定负载应不大于该准确级所规定的额定负载Z2n，即，即 Z2n Z2Zi+Rd+Rj Zi 电流互感器二次回路中所接仪表电流线圈电流互感器二次回路中所接仪表电流线圈 的总阻抗，可由附表的总阻抗，可由附表15中查得。中查得。Rj 电流互感器二次连线的接触电阻，电流互感器二次连线的接触电阻，一般取为一般取为0.1。Rd 电流互感器二次联接导线的电阻。电流互感器二次联接导线的电阻。不变不变可变可变本讲稿第六十二页，共六十三页 （4）校验短路时的热必定性和机械稳定性 电流互感器的热稳定性，应按下式的条件判断，即电流互感器的热稳定性，应按下式的条件判断，即 （I I1e1eKKt t）2 2tQtQd d （或（或II2 2t tdzdz）（6.786.78）式中：KtKt为互感器热稳定倍数，即热稳定电流与额定一次电流之比，t为热稳定电流通过的时间（t=1s）；I I1e1e为电流互感器一次额定电流。电流互感器机械稳定性，应按下式的条件判断，即 （6.79）式中：Ku u为电动力稳定倍数，即互感器允许承受的最大瞬时电流与额定电流振幅值之比；ichch为短路电流冲击值。本讲稿第六十三页，共六十三页