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1、North China Electric Power University第六章 导体和电气设备的原理与选择（1）主讲人：齐郑第六章 导体和电气设备的原理与选择（1）基本要求：1、设备选择的一般原则 2、高压断路器的电弧理论 3、高压断路器、隔离开关的选择North China Electric Power University问题l发生短路的原因？短路的危害？为选择电气设备而进行的短路计算的条件是什么？l导体和电气设备选择的一般原则？l如何选择断路器、隔离开关、互感器、限流电抗器、高压熔断器、裸导体、电缆、绝缘子、套管？North China Electric Power Universit
2、yl短路时电网的总阻抗减小，短路电流增大，使导体大量发热，对机械强度和绝缘产生很大的影响，同时还将产生很大的电动力作用于导体，使导体变形或损坏。因此电气装置中的各种电器设备应有足够的电动力稳定性和热稳定性，在流过最大可能的短路电流时间内不致损坏。l短路时往往有电弧产生，不仅可能烧坏元件本身，还可能烧坏周围的设备l短路电流基本上是感性电流，将产生去磁性电枢反应，使发电机端电压下降，同时短路电流流过线路、电抗器等回路时电压损失增大，因而电网电压降低l短路时由于系统中功率分布突然变化和网络电压降低，可能导致并列运行的同步发电机组之间失去同步l不对称的短路故障会产生零序电流，会在邻近的线路内产生感应电
3、势，造成对通信线路和信号系统的干扰 North China Electric Power University电力系统对电气设备的基本要求l绝缘安全可靠，能够承受工频最高工作电压的长期作用、内外过电压的短时作用；l有一定的过载能力；l正常发热不超过正常发热的允许温度；l有足够的热稳定性和动稳定性；l工作性能可靠，结构简单，成本低。North China Electric Power University一、导体和电器选择的一般原则l按正常工作条件进行选择l按短路状态校验热稳定和动稳定North China Electric Power University1、按正常工作条件选择电器设备l额定电
4、压 UN UNS UN-电器设备额定电压；UNS-电网额定电压l额定电流 K IN Imax IN-电器设备在额定环境温度下的长期允许电流 Imax-电器所在回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流 K-综合修正系数l当地环境条件校验 North China Electric Power University我国规定电气设备的一般额定环境条件l额定环境温度（计算温度或基准温度）1）裸导体和电缆：25 2）断路器、隔离开关、穿墙套管、电流互感 器、电抗器等：40 3）无日照l海拔高度 不超过1000mNorth China Electric Power University选择导体和电器时的实
5、际环境温度屋外 屋内裸导体 最热月平均最高温度屋内通风设计温度，无资料时取最热月平均最高温度加5度电缆 电缆沟：最热月平均最高温度同上 电缆隧道：该处通风设计温度；土中直埋：最热月平均地温电器 年最高温度 同上 电抗器室：该处通风设计最高排风温度North China Electric Power University海拔高度的影响l海拔增加，空气密度和湿度降低，空气间隙和外绝缘的放电特性下降，设备外绝缘强度将随海拔的升高而降低，导致设备允许的最高工作电压Ualm下降。l当海拔在10004000m时，按照海拔每增加100m，Ualm下降1%来修正；l如果Ualm不能满足要求，需选择高原型产品或
6、外绝缘提高一级的产品。l现有110kV及以下的设备，外绝缘裕度大，可在海拔2000m以下使用。North China Electric Power University典型回路最大持续工作电流Imax的计算方法发电机、调相机回路-1.05倍发电机、调相机额定电流变压器回路-1.05倍变压器额定电流-1.32.0倍变压器额定电流 电动机回路-电动机额定电流 单回路出线-线路最大负荷电流 双回路出线-1.22.0倍一回线的正常最大负荷电流 带电抗器出线-电抗器额定电流 角形与一台半断路器接线回路出线-两个相邻回路正常负荷电流桥型接线出线-最大元件负荷电流，桥回路还需考虑系统穿越功率主母线、母联回路
7、-母线上最大一台发电机或变压器的计算电流 母线分段回路-发电厂相邻两段母线上最大一台发电机额定电流的50-80 变电所为用户一类负荷和大部分二类负荷 旁路回路-需旁路的回路最大额定电流North China Electric Power UniversityNorth China Electric Power University2、按短路情况校验l 短路热稳定校验 I t2 t Qk 或 S Smin Qk-短路电流产生的热效应；It、t-电器允许通过的热稳定电流和时间S-按正常工作条件确定的导体或电缆的截面积Smin-按热稳定确定的导体或电缆的最小截面积l 电动力稳定校验 ies ish
8、或 Ies Ish ish、Ish-短路冲击电流幅值和有效值；ies、Ies-电器允许通过的动稳定电流的幅值和有效值。North China Electric Power University不需要校验热稳定或动稳定的情况la.用熔断器保护的电器可不验算热稳定。lb.采用有限流电阻的熔断器保护的设备可不校验动稳定。lc.装设在电压互感器回路中的裸导体和电器可不验算热稳定和动稳定。North China Electric Power University3、短路电流计算条件l容量和接线 按本工程的最终容量计算，并考虑本工程建成后510年的电力系统远景发展规划，按可能发生最大短路电流的正常接线方式
9、进行短路计算。l短路种类 一般按三相短路进行验算。l选择短路计算点 在短路计算接线中，选择通过电器的短路电流为最大的点为短路计算点。l注意：同过电气设备的短路电流和流入短路点的短路的短路电流不一定相同North China Electric Power UniversityNorth China Electric Power Universityl发电机出口断路器：比较K1和K2点短路时，哪种情况通过QF1的短路电流大。l母联QF5：考虑母联断路器QF5向备用母线充电时，备用母线故障，即K4点短路时，流过母联断路器的短路电流最大。l带电抗器的610KV出线回路：由于干式电抗器可靠性高，且断路器
10、QF4与电抗器间的连线很短，故障几率小，导体和电器设备的短路计算点，一般不选K7，而应选K8。l主变低压侧QF3：可能出现的短路点和运行方式很多，当变压器高压侧QF6断开而K3点短路时最严重。类似的，选择QF6，应为QF3断开，K5点短路。l分段断路器QF7：当主变T1退出运行而相应母线段K1点发生短路时最严重。l母线至母线隔离开关前的引线和套管：应选择母线段K7点。North China Electric Power University短路计算时间 l验算热稳定的计算时间 tk=tpr+tab ta b=tin+tatp r-后备保护动作时间；ta b-断路器全开断时间；ti n-断路器固
11、有分闸时间；ta-断路器开断时，电弧持续时间，对少油断路器0.040.06s，SF6和压缩空气断路器约为0.020.04s。l开关电器的开断时间 tb r=t p r1+tin t p r1-主保护动作时间tin-断路器固有分闸时间North China Electric Power University二、开关电器的作用和种类 正常情况下，当电气设备检修或系统运行方式改变时，用于接入或退出发电机、变压器、线路等设备。在故障时用于切断故障部分，使电力系统恢复正常运行。North China Electric Power University正常工作情况下断开或闭合正常工作电流高压负荷开关低压闸
12、刀开关接触器磁力启动器断开故障情况下过负荷电流或短路电流高、低压熔断器断开或闭合正常工作电流、过负荷电流、短路电流高压断路器低压空气开关检修时隔离电压隔离开关North China Electric Power University高压断路器的基本结构l电路通断元件 接线端子、导电杆、触头、灭弧室l绝缘支撑元件 固定通断元件并使其带电部分与地绝缘l操动机构控制通断元件，接到合闸或分闸命令后，经中间传动机构驱动动触头实现断路器的开合。l基座North China Electric Power University录像-高压断路器North China Electric Power Univers
13、ity三、开关电器电弧的形成与熄灭 1、电弧放电的特征l能量集中，温度很高，亮度很强l电弧由三部分组成：阴极区、阳极区、弧柱区 l电弧的气体放电是自持放电，维持电弧稳定燃烧的电压很低 l电弧是一束游离气体，质量极轻，容易变形。North China Electric Power University2、电弧的危害 l电弧的温度高达50007000度以上，常超过金属的汽化点，可能烧坏开关电器的金属触头或绝缘。l若电弧长时间不熄灭，不仅烧坏开关电器，而且造成系统事故，威胁电力系统安全运行。North China Electric Power University3、电弧的形成 l电弧-气体游离放电
14、现象。l游离-中性质点转化为带电质点。强电场发射 复合 热电子发射 游离 去游离 碰撞游离 扩散 热游离拉长电弧冷却增大气体介质压力浓度扩散温度扩散冷气吹弧加强去游离的方法North China Electric Power Universityl过零自然熄灭l动态伏安特性l电弧的热惯性-交流电弧温度的变化滞后于电流的变化。3、交流电弧的特点燃弧电压熄弧电压North China Electric Power University4、交流电弧的熄灭条件及灭弧方法n弧隙介质强度Ud(t)-电弧电流过零电弧熄灭时，弧隙绝缘能力的恢复过程，用耐受电压表示。-由灭弧装置的结构和灭弧介质的性质决定 n弧
15、隙电源电压Ur(t)-电弧电流自然过零后，电源施加于弧隙的电压的恢复过程，用恢复电压表示。-与线路参数、负荷性质等有关Ur1Ur2UdNorth China Electric Power University近阴极效应l介质强度的恢复Ud(t)North China Electric Power UniversityU2U0U0iaUaUr1tUr2弧隙电压恢复过程 Ur(t)l恢复电压由两部分组成：瞬态恢复电压Utr和工频恢复电压Usr l受线路参数的影响，电压恢复过程可能是周期性的变化过程或非周期性变化过程。l降低恢复电压上升速度和熄弧过电压的措施-断路器加装并联电阻,断路器加并联电容 N
16、orth China Electric Power University熄弧条件T1时刻重燃熄弧North China Electric Power University熄弧方法1、利用灭弧介质 2、采用特殊金属材料作灭弧触头3、利用气体或油吹动电弧 4、采用多断口熄弧 5、提高断路器触头的分离速度North China Electric Power UniversityNorth China Electric Power University四、高压断路器的选择 l断路器的种类和型式的选择l额定电压和电流的选择l开断电流的选择l短路关合电流的选择l短路热稳定和动稳定校验n断路器的种类：多油/
17、少油断路器压缩空气断路器SF6断路器真空断路器North China Electric Power University1、高压断路器的技术参数l额定电压：影响断路器的外形尺寸和绝缘水平 l额定电流：决定各导电部分的尺寸和触头结构尺寸l额定开断电流：表征断路器的灭弧能力l短路关合电流：表征断路器关合预付故障的能力l热稳定电流：表征断路器承受短路电流热效应的能力l动稳定电流：表征断路器承受最大短路电动力的能力l操作时间：分闸时间、合闸时间 North China Electric Power University高压断路器的技术参数（1）l额定电压：设计时采用的标称电压-3、6、10、35、63
18、、110、220、330、500kV-额定电压越高，电器的外形尺寸就越大-最高工作电压：UN220kV时，Ualm=1.15UN UN=330500kV时，Ualm=1.1UNl额定电流：规定环境温度下能长期通过且载流部分温度不超过长期最高允许温度的最大标称电流-200、400、630、1000、1250、1600、2000、2500、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000A-额定电流越大，载流不分的尺寸越大North China Electric Power University高压断路器的技术参数（2）l额定开断电流:断路器进行开断
19、操作时首先起弧的某相电流称为开断电流，在额定电压下断路器能可靠开断的最大短路电流称为额定开断电流。-表示断路器的开断能力-1.6、3.15、6.3、8、10、12.5、16、20、25、31.5、40、50、63、80、100kA等-极限开断电流：UUN时开断电流可提高，但由于灭弧装置机械强度的限制，开断电流有一极限值假设开断容量不变，则 North China Electric Power University高压断路器的技术参数（3）l热稳定电流（额定短时耐受电流）：t秒（2s、4s、5s、10s等）热稳定电流是在保证断路器不损坏的条件下，在规定时间t秒内允许同过断路器的最大短路电流有效值
20、。-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热稳定电流大多与额定开断电流相等。l动稳定电流（额定峰值耐受电流）：断路器在闭合状态下，允许通过的最大短路电流峰值。-表明断路器承受短路电动力效应的能力-数值约为额定开断电流的2.5倍North China Electric Power University高压断路器的技术参数（4）l额定关合电流：在额定电压下断路器能可靠闭合的最大短路电流峰值。现象：断路器在合闸之前，线路或设备上存在断路故障，则在断路器合闸过程中，在触头即将接触时即有巨大的短路电流通过（预击穿），要求断路器能承受而不会引起触头熔接和遭受电动力的损坏；关合后由于继电
21、保护作用，要求仍能切断短路电流。-说明断路器关合短路故障的能力-产品目录中凡是给出的均与动稳定电流相等。North China Electric Power University高压断路器的技术参数（5）动作时间分闸时间合闸时间North China Electric Power University2、断路器的种类和型式额定开断电流（KA）额定电流（KA）其他标志额定电压（KV）设计序号安装场所产品名称产品名称：S少油断路器，Z真空断路器，D多油断路器，LSF6断路器安装场所：N户内型，W户外型其他标志：G改进型；I、II、III 断流能力代号；Q防震型；C手车式SN10-10I、SW2-1
22、10I、ZN10/1250、LW2-220型号North China Electric Power University操动机构其他标志设计序号操动方式产品名称（C）操动方式：S手动，T弹簧储能式，Q气动式，D电磁式，Y液压式 操动机构的作用：-实现断路器的合闸、分闸操作，并保持在合闸状态。型号North China Electric Power University六氟化硫断路器l利用有优良灭弧能力的SF6气体作为灭弧介质l优点：开断能力强、断口开距小、体积小、质量较轻、维护工作量小、噪声低l缺点：结构较复杂、金属消耗量大、制造工艺材料和密封要求高、价格昂贵。l产品：10500kV电压等级N
23、orth China Electric Power University真空断路器l利用真空（气体压力为133.310-4Pa以下）高压介质强度实现灭弧l优点：开断能力强、灭弧迅速、触头不易氧化、运行维护简单、灭弧室不需要检修、结构简单、体积小、质量轻、噪声低、寿命长、无火灾和爆炸危险l缺点：制造工艺材料和密封要求高、开断电流和断口电压不能做得很高。l国内只生产35kV及以下电压等级产品North China Electric Power University油断路器l以绝缘油作为灭弧介质的断路器多油断路器：油即作为灭弧介质也作为触头断开后弧隙绝缘及带电部分与接地外壳之间的绝缘。优点：结构简单
24、、制造方便、易于加装单匝环形电流互感器、受大气条件影响小缺点：耗钢耗油量大、体积大、额定电流不易作大、全开断时间较长、又发生火灾的可能性。国内只生产10、35kV电压级产品少油断路器：油主要作为灭弧介质及触头断开后弧隙绝缘。优点：开断性能好、结构简单、制造方便、耗钢耗油量少、体积和质量较小、价格较低缺点：油易冻结和劣化，不适用于严寒地带。35kV及以下系统逐步被真空断路器取代North China Electric Power University空气断路器l以压缩空气作灭弧介质兼作操动机构能源的断路器l优点：灭弧能力强、动作迅速、全开断时间短、无火灾危险、适用于严寒地带l缺点：结构较复杂、制
25、造工艺和材料要求高、有色金属消耗量大、维修周期长、噪声大、价格高、须配置压缩空气装置North China Electric Power University断路器的选型参考安装使用场所 可选主要型式 参考型号发电机回路中小型机组少油断路器SN10-10、SN4-10G大型机组专用SF6、空气断路器配电装置610kV 少油、真空、SF6 SN10-10、ZN-10、LN-10系列SN4-10G35kV多油、少油、真空、SF6DW-35、SN10-35、SW2-35、ZN-35、LN-35、LW-35系列110330kV少油、空气、SF6 SW-110330、KW-110330、LW-11033
26、0系列500kV SF6 LW-500系列North China Electric Power University额定电压和电流选择开断电流选择开断时间小于0.1s，在电源附近短路时，用短路全电流进行验算。额定关合电流热稳定和动稳定校验3、高压断路器的选择North China Electric Power University五、隔离开关的选择 1、隔离开关的主要用途 l隔离电压l倒闸操作 l分合小电流：分、合避雷器、电压互感器和空载母线 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 North China Electric Power University2、
27、隔离开关的种类和型式1）屋内式、屋外式 2）单柱、双柱、三柱式 3）水平/垂直旋转式、摆动式、插入式 4）单接地闸刀、双接地闸刀、无接地闸刀 5）手动、气动、电动、液压传动North China Electric Power University3、隔离开关的选择 l 1、种类和形式的选择 安装地点：屋内式和屋外式 绝缘支柱数目：单柱、双柱、三柱l 2、额定电流、电压选择 l 3、热稳定校验l 4、动稳定校验 North China Electric Power University小结l电器设备选择的一般原则l导体、电缆的选择l高压断路器的原理与选择l隔离开关的用途与选择North China Electric Power University谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH