第6章--电气设备的选择.ppt

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1、第6章 电气设备的选择6.1 电气设备选择的一般原则6.2 高压开关设备的选择6.3 低压开关电器选择6.4 母线、支柱绝缘子和穿墙套管选择6.5 互感器的选择6.6 电力变压器的选择 按按正正常常工工作作条条件件下下选选择择额额定定电电流流、额额定定电电压压及及型型号号等等，按按短短路路情情况况下下校校验验开关的开断能力、短路热稳定和动稳定。开关的开断能力、短路热稳定和动稳定。6.1 电气设备选择的一般原则6.1 电气设备选择的一般原则6.1.1 6.1.1 按正常工作条件选择电气设备按正常工作条件选择电气设备 1电气设备的额定电压不得低于所接电网的最高运行电压。2电气设备的额定电流不小于该

2、回路的最大持续工作电流或计算电流。3.选择电气设备时还应考虑设备的安装地点、环境及工作条件，合理地选择设备的类型，如户内户外、海拔高度、环境温度及防尘、防腐、防爆等。6.1.2 6.1.2 按短路情况进行校验按短路情况进行校验电气设备在短路故障时必须具有足够的动稳定度和热稳电气设备在短路故障时必须具有足够的动稳定度和热稳定度，以保证电气设备在短路故障时不至于损坏。定度，以保证电气设备在短路故障时不至于损坏。1短路热稳定校验 当系统发生短路，有短路电流通过电气设备时，导体和电器各部件温度(或热量)不应超过允许值，即满足热稳定的条件 式中：I 短路电流的稳态值；tima短路电流的假想时间；It 设

3、备在t秒内允许通过的短时热稳定电流；t 设备的热稳定时间。6.1 电气设备选择的一般原则6.1 电气设备选择的一般原则2短路动稳定校验 当短路电流通过电气设备时，短路电流产生的电动力应不超过设备的允许应力，即满足动稳定的条件 或式中：ish，Ish 短路电流的冲击值和冲击有效值;imax，I max 设备允许的通过的极限电流峰值和有效值。6.1 电气设备选择的一般原则3开关设备断流能力校验 对要求能开断短路电流的开关设备，如断路器、熔断器，其断流容量不小于安装处的最大三相短路容量，即：或 式中：，三相最大短路电流与最大短路容量；，断路器的开断电流与开断容量。6.1 电气设备选择的一般原则6.1

4、.3 6.1.3 常用电气设备的选择及校验项目常用电气设备的选择及校验项目 供配电系统中的各种电气设备由于工作原理和特性不同，选择及校验的项目也有所不同，常用高低压设备选择校验项目如下：6.1 电气设备选择的一般原则设备名称选 择 项 目校 验 项 目额定电压(kV)额定电流(A)装置类型(户内/户外)准确度级 短路电流开断能力(kA)二次容量热稳定动稳定高压断路器高压负荷开关高压隔离开关高压熔断器电流互感器电压互感器母线电缆支柱绝缘子穿墙套管6.1 电气设备选择的一般原则设备名称额定电压(V)额定电流(A)短路电流开断能力(kA)热稳定动稳定低压断路器（）（）低压负荷开关（）（）低压刀开关（

5、）（）低压熔断器返回6.2 高压开关设备的选择 高压断路器、负荷开关、隔离开关和熔断器的选择条件基本相同，除了按电压、电流、装置类型选择，校验热、动稳定性外，对高压断路器、负荷开关和熔断器还应校验其开断能力。6.2 高压开关设备的选择6.2.1 6.2.1 高压断路器的选择高压断路器的选择1.断路器的种类和类型 高压断路器应根据设备安装的条件，环境等来选择断路器的类型和种类。常用的断路器类型主要有少油断路器、真空断路器、SF6断路器，由于真空断路器、SF6断路器技术特性比较好，少油断路器已经逐渐被它们代替。6.2 高压开关设备的选择2.高压断路器高压断路器选择 按断路器使用场合、环境条件来选择

6、型号，然后再选择额定电压、额定电流值，最后校验动稳定、热稳定和断流容量。例例6-16-1 试选择某35KV变电所主变次总高压开关柜的高压断路器，已知变压器35/10.5kV,5000KVA,三相最大短路电流为3.35kA，冲击短路电流为8.54kA，三相短路容量为60.9MVA，继电保护动作时间为1.1s。解：解：因为户内型，故选择户内少油断路器。根据变压器二次侧额定电流选择断路器的额定电流。查附录表查附录表A-4A-4，选择选择SN10-10I/630SN10-10I/630型少油断路器，其型少油断路器，其有关技术参数及安装地点电气条件和有关技术参数及安装地点电气条件和计算选择结果计算选择结

7、果列于下表，可见断路器的参数均大于装设地点的电气列于下表，可见断路器的参数均大于装设地点的电气条件，选断路器合格。条件，选断路器合格。表表1高压断路器选择校验表序号SN10-10I/630选择要求装设地点电气条件结论项目数据项目数据1UN10kVUW.N10kV合格2IN630AIC275A合格3I.N16kAIK(3)3.35kA合格4imax40kAish(3)8.54kA合格5It2 41624=1024kA2SI2tima(3.35)21.1=12.3kA2S合格3 3、高压隔离开关选择、高压隔离开关选择隔离开关只需要选择额定电压和额定电流，校验动稳定度和热稳定度。例例6-2 按例6-

8、1所给的电气条件，选择柜内隔离开关。解：解：由于由于10kV10kV出线控制采用成套开关柜，选择出线控制采用成套开关柜，选择GNGN-10T/60010T/600高压隔离开关。选择计算结果列于下表。高压隔离开关。选择计算结果列于下表。序号GN-10T/600选择 要求安装地点电气条件结论项目数据项目计算数据1UN10kVUW.N10kV合格2IN600AIC275A合格3imax52kAish(3)8.54kA合格4It2t2025=2000kA2SI2tima(3.35)21.1=12.3kA2S合格6.2 高压开关设备的选择6.2.3 6.2.3 高压熔断器的选择高压熔断器的选择1额定电压

9、选择 对于般的高压熔断器，其额定电压必须大于或等于电网的额定电压。对于填充石英砂具有限流作用的熔断器，则只能用在等于其额定电压的电网中，因为这种类型的熔断器能在电流达最大值之前就将电流截断，致使熔断器熔断时产生过电压。6.2 高压开关设备的选择2熔断器熔体额定电流选择：熔断器额定电流应大于或等于所装熔体额定电流，即 式中：熔断器额定电流（A）;熔体额定电流（A）。6.2 高压开关设备的选择选择时还应必须满足以下几个条件：（1）正常工作时熔断器的熔体不应熔断，要求熔体额定电流大于或等于通过熔体的最大工作电流。（2）在电动机启动时，熔断器的熔体在尖峰电流的作用下不应熔断。（3）对于610kV变压器

10、，凡容量在1000kVA及以下者，可采用熔断器作为变压器的短路及过载保护，其熔体额定电流可取为变压器一次侧额定电流的1.42倍。6.2 高压开关设备的选择（4）低压网络中用熔断器作为保护时，为了保证熔断器保护动作的选择性，一般要求上级熔断器的熔体额定电流比下级熔断器的熔体额定电流大两级以上。（5）应保证线路在过载或短路时，熔断器熔体未熔断前，导线或电缆不至于过热而损坏。6.2 高压开关设备的选择3熔断器极限熔断电流或极限熔断容量的校验（1）对有限流作用的熔断器，由于它们会在短路电流到达冲击值之前熔断，因此可按下式校验断流能力：或 式中：、熔断器极限熔断电流和容量；、熔断器安装处三相短路次暂态有

11、效值和短路容量；6.2 高压开关设备的选择（2）对无限流作用的熔断器，由于它们会在短路电流到达冲击值之后时熔断，因此可按下式校验断流能力 式中：、熔断器安装处三相短路冲击电流有效值和短路容量；6.2 高压开关设备的选择（3）对有断流容量上、下限值的熔断器，其断流容量的上限值按式(1)进行计算；其断流容量的下限值，在小电流接地系统中按下式计算：或 式中：、熔断器的断流电流和容量的下限值；、最小运行方式下熔断器所保护线路末端两相短路电流的有效值和容量。6.2 高压开关设备的选择4熔断器保护灵敏度的校验 为了保证熔断器在其保护范围内发生短路故障时能可靠地熔断，因此要求满足：(47)式中：熔断器保护范

12、围末端短路故障时流过熔断器最小短路电流。返回6.3 低压开关电器选择6.3.1 6.3.1 低压断路器的选择低压断路器的选择1.低压断路器的种类和类型按用途常分为：配电用断路器；电动机保护用断路器;照明用断路器;漏电保护用断路器。按结构型式分有塑壳式和框架式两大类。低压开关电器选择2.低压断路器脱扣电流的整定（1)低压断路器过流脱扣器额定电流的选择 过流脱扣器额定电流应大于或等于线路的计算电流，即：式中：过流脱扣器额定电流；线路的计算电流。低压开关电器选择（2）瞬时和短延时脱扣器的动作电流的整定 瞬时和短延时脱扣器的动作电流应躲过线路的尖峰电流 瞬时和短延时脱扣器的动作电流整定值；线路的尖峰电

13、流；可靠系数，动作时间在0.02秒以上取1.31.5；动作时间在0.02秒以下，取1.72.0。低压开关电器选择（3）长延时脱扣器的动作电流的整定 长延时脱扣器的动作电流应大于或等于线路的计算电流 式中：长延时脱扣器的动作电流整定值；可靠系数，取1.1。低压开关电器选择（4）过电流脱扣器与导线允许电流的配合 过电流脱扣器的整定电流与导线或电缆的允许电流（修正值）应按下式配合：式中：导线或电缆的允许载流量；导线或电缆允许短时过负荷系数，对瞬时和短延时取4.5，长延时取1.0 低压开关电器选择3.低压断路器保护灵敏度和断流能力的校验（1）低压断路器保护灵敏度校验 1.52 1.52式中：,在最小运

14、行方式下线路末端发生两相或单相短路时的短路电流；两相短路时的灵敏度,一般取2;单相短路时的灵敏度,对于框架开关一般取2,对于塑壳开关一般取1.5。低压开关电器选择（2）低压断路器断流能力的校验 对于动作时间在0.02S以上的框架断路器，其极限分断电流应不小于通过它的最大三相短路电流的周期分量有效值：式中：框架断路器其极限分断电流；三相短路电流的周期分量有效值。低压开关电器选择 对于动作时间在0.02S以下的塑壳断路器，其极限分断电流应不小于通过它的最大三相短路电流冲击值。或式中：、塑壳断路器极限分断电流峰值、效值；、三相短路电流冲击值、冲击有效值。低压开关电器选择3.2 3.2 低压刀开关的选

15、择低压刀开关的选择 低压刀开关选择和校验选择时还应注意考虑到以下几点：（1）极数和类型（2）开断能力返回1 1、选型、选型（2）截面形状：矩形：散热条件好，有一定机械强度，便于固定和连接，但集肤效应大。单条Smax1250mm2 可用24条并列使用。一般只用于35KV及以下，电流在4000A及以下的配电装置中。（1）材料：铜，用在持续工作电流大，且位置特别狭窄的发电机、变压器出线处或污秽大的场所。铝，采用广泛。户内6.4.1 母线的选择6.4 母线、支柱绝缘子和穿墙套管选择槽形：机械强度较好，载流量较大，集肤效应较小。一般用于4000A8000A的配电装置中。管形：集肤效应小，机械强度高，管内

16、可以通水和通风。用于8000A以上的大电流母线。（3）敷设方式：水平平放；水平立放；垂直平放；垂直立放户内35KV110KV多采用钢芯铝绞线；10KV及以下根据情况，采用钢芯铝绞线或绞线或铝排。户外6.4 母线、支柱绝缘子和穿墙套管选择6.4 母线、支柱绝缘子和穿墙套管选择2母线截面的选择（1）一般汇流母线按长期允许发热条件选择截面式中：母线允许载流量（A）；通过母线的计算电流（A）。6.4 母线、支柱绝缘子和穿墙套管选择（2）当母线较长或传输容量较大时，按经济电流密度选择母线截面式中：经济截面（mm2）；通过母线的计算电流（A）；经济电流密度（A/mm2）。6.4 母线、支柱绝缘子和穿墙套管

17、选择3母线热稳定性校验 当系统发生短路时，母线上最高温度不应超过母线短时允许最高温度。式中：，母线截面积及最小允许截面(mm2)；热稳定系数。短路电流的假想时间(S)；短路电流的稳态值(A)。6.4 母线、支柱绝缘子和穿墙套管选择4母线动稳定校验 当短路冲击电流通过母线时，母线将承受很大电动力。要求每跨母线中产生的最大应力计算值不大于母线材料允许的抗弯应力,即：式中：短路时每跨母线中的最大计算应力(Pa);母线允许抗弯应力(Pa)。6.4 母线、支柱绝缘子和穿墙套管选择6.4.2 6.4.2 支柱绝缘子与穿墙套管的选择支柱绝缘子与穿墙套管的选择 支柱绝缘子与穿墙套管的选择方法分别为：（1）对支

18、柱绝缘子，按额定电压条件选择，校验短路时动稳定性。（2）穿墙套管按额定电压和额定电流条件选择，校验短路时热稳定性和动稳定性。（3）母线型穿墙套管不需按额定电流条件选择，只需保证套管与母线的尺寸相配合。6.5 互感器的选择 6.5.1 6.5.1 电流互感器的选择电流互感器的选择电流互感器按以下条件选择：(1)选择额定电压和额定电流(2)确定装置类别和结构(3)确定准确度级(4)校验二次负荷或容量1、选型：根据配置地点、安装方式等选型。610kV（户内式）可采用LA、LQJ、LDZ、LFC35kVLCW-35（油浸式瓷绝缘）6.5.1 电流互感器的选择2、额定电压的选择:电流互感器的额定电压不低

19、于安装处电网额定电压：UeUew3、额定电流的选择：电流互感器一次额定电流不小于该回路最大持续工作电流：Ie1Igmax电流互感器二次额定电流：Ie2=5A6.5 互感器的选择 4、准确度等级的选择：不得低于所供测量仪表的准确度等级0.2：用于试验室精密测量（校准级）0.5：用于计费测量1：用于盘式仪表和技术上用的电能表（估量）3，10P：用于继电保护 6.5 互感器的选择 6.5 互感器的选择 5 5、二次负荷容量校验、二次负荷容量校验 电流互感器二次侧所接实际容量S2不超过该准确度级下的最大允许容量SN2，即：式中：SN2电流互感器某一准确度级的允许容量。S2电流互感器二次侧所接实际容量。

20、6.5 互感器的选择6 6、电流互感器动稳定校验、电流互感器动稳定校验 电流互感器的动稳定性倍数Kes是指电流 互感器允许短时极限通过电流峰值与电流互感器一次侧额定电流峰值之比，即：电流互感器的动稳定性校验条件为：6.5 互感器的选择7 7、电流互感器热稳定性校验、电流互感器热稳定性校验 电流互感器的热稳定倍数Kt是指在规定时间(通常取1s)内所允许通过电流互感器的热稳定电流与其一次侧额定电流之比，即：电流互感器的热稳定条件应为：6.5 互感器的选择6.5.2 6.5.2 电压互感器的选择电压互感器的选择(1)选择额定电压(2)确定电压互感器类型及结构(3)选择准确度级(4)二次容量的校验 1

21、、选型：根据用途安装地点等来选择。610kV（户内式）JDJ-6、JSJW-6、JDZJ-10、35kV（多用户外式）JDZJ-35、JDJ-35、110kV（户外）、串级式：JCCJ-110、2、额定电压的选择:电压互感器一次额定电压等于安装处电网额定电压：UeUew电压互感器二次额定电压：基本二次U2e=100V 6.5.2 电压互感器的选择电压互感器的选择3、准确度等级的选择：不得低于所供测量仪表的准确度等级0.2：用于试验室精密测量（校准级）0.5：用于计费测量1：用于盘式仪表和技术上用的电能表（估量）3：用于继电保护 6.5.2 电压互感器的选择电压互感器的选择6.5 互感器的选择

22、4 4、二次负荷容量校验、二次负荷容量校验 要求所接测量仪表和继电器电压线圈的总负荷S2不应超过所要求准确度级下的允许负荷容量SN2，即：式中：SN2电压互感器二次侧允许负荷容量，即 6.5 互感器的选择6.5.3 6.5.3 互感器在主接线中的配置原则互感器在主接线中的配置原则1电流互感器的配置原则：(1)凡装有断路器的回路均装设电流互感器，其数量应满足仪表、保护和自动装置的要求。(2)发电机和变压器的中性点侧、发电机和变压器的出口端和桥式接线的跨接桥上等均应装设电流互感器。(3)对大接地电流系统线路，一般按三相配置；对小接地电流系统线路，依具体要求按两相或三相配置。6.5 互感器的选择2电

23、压互感器的配置原则(1)电压互感器的数量和配置与主接线方式有关，并应能满足测量、保护、同期和自动装置的要求.(2)6220kV电压等级的每组主母线的三相均应装设电压互感器。(3)当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。返回各种类型的电力变压器的不同性能和应用场合的比较：各种类型的电力变压器的不同性能和应用场合的比较：6.6 电力变压器的选择电力变压器的选择对于户内变压器，由于散热条件较差，从而使其户内的环境温度对于户内变压器，由于散热条件较差，从而使其户内的环境温度比户外的温度大约要高比户外的温度大约要高8，因此户内变压器的实际容量为：，因此户内变压器的实际容量为：6

24、.6.1 电力变压器实际容量的计算电力变压器实际容量的计算电电力力变变压压器器的的实实际际容容量量是是指指变变压压器器在在实实际际使使用用条条件件（包包括括实实际际输输出出的的最最大大负负荷荷和和安安装装地地点点的的环环境境温温度度）下下，在在不不影影响响变变压压器器的的规规定定使使用用年年限限（一一般般为为20年年）时时所所能能连连续续输输出出的的最最大大视视在在功功率率 ，单位是，单位是kVA。对于户外安装的变压器，其实际容量为：对于户外安装的变压器，其实际容量为：=(6-10)=（6-11）变电所主变压器台数的选择：变电所主变压器台数的选择：（1）应满足用电负荷对供电可靠性的要求。）应满

25、足用电负荷对供电可靠性的要求。（2）对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行）对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，也可考虑采用两台变压器。方式的变电所，也可考虑采用两台变压器。（3）除上述情况外，一般变电所宜采用一台变压器，但是负）除上述情况外，一般变电所宜采用一台变压器，但是负荷集中而容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可以采用两荷集中而容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可以采用两台或以上变压器。台或以上变压器。（4）在确定变电所主变压器台数时，还应适当考虑负荷的发）在确定变电所主变压器台数时，还应适当考虑负荷的发展，留有一定的余量。展，留有一定的余量。6

26、.6.2 电力变压器的台数选择电力变压器的台数选择6.6.3 变电所主变压器容量的选择变电所主变压器容量的选择 1装有一台主变压器的变电所装有一台主变压器的变电所主变压器容量主变压器容量 (设计时通常概略地用设计时通常概略地用 来代替来代替)应满足全部用电设备应满足全部用电设备总计算负荷的需要，即：总计算负荷的需要，即：(6-12)2装有两台主变压器的变电所装有两台主变压器的变电所每台变压器的额定容量每台变压器的额定容量 应同时满足以下两个条件并择其中的大者：应同时满足以下两个条件并择其中的大者：(1)一台变压器单独运行时，要满足总计算负荷的大约一台变压器单独运行时，要满足总计算负荷的大约60

27、%70%的需要，即的需要，即 （0.60.7）(2)任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷 的的需要，即需要，即 6.6.3 变电所主变压器容量的选择变电所主变压器容量的选择3装有两台主变压器且为明备用的变电所装有两台主变压器且为明备用的变电所每台主变压器容量每台主变压器容量 的选择方法与仅装一台主变压器的变电所的方的选择方法与仅装一台主变压器的变电所的方法相同。法相同。4.车间变电所主变压器的单台容量上限车间变电所主变压器的单台容量上限车间变电所主变压器的单台容量，一般不宜大于车间变电所主变压器的单台容量，一般不宜大于1250kVA。对装

28、设在二层以上的电力变压器，应考虑运输吊装和对通道、对装设在二层以上的电力变压器，应考虑运输吊装和对通道、楼板荷载的影响。采用干式、环氧树脂变压器时，其容量不宜大楼板荷载的影响。采用干式、环氧树脂变压器时，其容量不宜大于于800kVA。对居住小区变电所，一般采用干式、环氧树脂变压器，如采对居住小区变电所，一般采用干式、环氧树脂变压器，如采用油浸式变压器，单台容量不宜超过用油浸式变压器，单台容量不宜超过800kVA。5适当考虑近期负荷的发展适当考虑近期负荷的发展应适当考虑今后应适当考虑今后510年电力负荷的增长，留有一定的余地，同时年电力负荷的增长，留有一定的余地，同时还要考虑变压器一定的正常过负

29、荷能力。还要考虑变压器一定的正常过负荷能力。变电所主变压器台数和容量的最后确定，应结合变电所主结线方案变电所主变压器台数和容量的最后确定，应结合变电所主结线方案的选择，对几个较合理方案作技术经济进行比较，择优而定。的选择，对几个较合理方案作技术经济进行比较，择优而定。6.7 6.7 导线和电缆导线和电缆截面的计算截面的计算一、按发热条件选择导线和电缆截面 导线和电缆在通过正常最大负荷电流即计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。1、三相系统相线截面的选择 其允许载流量不小于通过相线的计算电流，即：如果环境温度偏差较大时，考虑温度校正系数：2、中性线（N线）截面的选择 三相

30、四线制中性线：两相三线及单相线路：3、保护线(PE线)截面的选择 保护线要考虑三相系统发生单相短路故障时单相短路电流通过时的短路热稳定度,截面不同要求不同。当 时:当 时：当 时：4、保护中性线(PEN线)截面的选择 保护中性线兼有保护线和中性线的双重功能，因此PEN线截面选择应同时满足上述PE线和N线的要求，取其中的最大截面。二、按经济电流密度选择截面 导线或电缆的截面越大，电能损耗越小，但是线路投资、维修管理费用和有色金属消耗量都要增加。按照年运行费用最小的原则计算：年折旧费维护费十年电能损耗费。曲线1线路的年折旧维护费，曲线2线路的年电能损耗费，曲线3线路的年运行费用。经济截面 35kV

31、及以上的高压线路及35kV以下的长距离、大电流线路例如较长的电源进线和电弧炉的短网等线路，其截面宜按经济电流密度选择。年最大有功负荷利用小时线路类别导线材质3000h以下30005000h5000h以上 铜 3.00 2.25 1.75架空线路 铝 1.65 1.15 0.90 铜 2.50 2.25 2.00电缆线路 铝 1.92 1.73 1.54经济电流密度 可查下表：三、线路电压损耗的计算（根据损耗选择截面）导线和电缆在通过正常最大负荷电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。一般线路允许损耗不超过5%。1、集中负荷三相线电压损耗计算 计算原理如图所示：带有两个集中负荷的三相线路 a)单线电路图 b)线路电压降相量图电压损耗 对于无感线路 2、均匀分布负荷的三相线路电压损耗的计算 四、按机械强度选择截面 导线和电缆截面不应小于其最小允许截面，如附录表14和表15所列。根据设计经验：一般lOkV及以下的高压线路和低压动力线路，通常先按发热条件来选择导线和电缆截面，再校验其电压损耗和机械强度。低压照明线路，因其对电压水平要求较高，通常先按允许电压损耗进行选择，再校验其发热条件和机械强度。对长距离大电流线路和35kV及以上的高压线路，则可先按经济电流密度确定经济截面，再校验其他条件。