第6章导体和电气设备的原理与选择

第六章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•互感器的原理与选择•限流电抗器的选择•高压熔断器的选择•裸导体的选择1第一节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：1.1smNUU1.15almNUU1.1almNUU330KV~500KV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maxNIINI电气设备的额定电流52、额定电流max1.05NIImaxI的确定：①发电机、调相机、变压器回路：maxI②若变压器有过负荷的能力，按其过负荷能力确定：max1.3~2NNIII③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。maxI④母联断路器回路的：maxI72、额定电流maxI的确定：maxI⑤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。①一般情况下，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；②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1°C，额定电流将减少1.8%，每降低1°C，额定电流将增加0.5%，最大工作电流120%NII9二、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流的幅值和有效值（查得）esshiiesshII2tkItQ,tkItQ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②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①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。③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：①短路电流的计算条件（计算何种情况下的短路电流）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5~10年）接线条件；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②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：③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。14③短路计算点的确定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。QF1K1K2Ig1Ig2It15③短路计算点的确定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。QF3K1Ig1Ig2ItK316③短路计算点的确定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。QF5K417③短路计算点的确定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：①热稳定计算时间ktkprbrtttprt继电保护动作时间，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~.0.0sinatt6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0204s)(真空断路器015）brinattt19二、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：①热稳定计算时间ktkprbrttt0.12s0.08s0.080.12brbrbrttt低速断路器高速断路器中速断路器20二、按短路条件进行校验4、短路计算时间t的确定：②短路计算时间'kt'1kprinttt110.05~0.06~0.03)prinprtttss主保护动作时间（保护启动和执行机构时间之和）—断路器固有分闸时间电磁式保护装置（）微机继电保护(0.01621第二节高压断路器和隔离开关的原理与选择一、概述高压断路器和隔离开关是电力系统主系统的重要设备。据统计：每一万千瓦的发电设备需要100~120台高压断路器，400~500台隔离开关。以及其他相应的高压配电设备。22一、概述1、高压断路器的功能①正常运行时：控制作用。利用断路器来实现倒换操作，改变运行方式，把设备或线路接入电路或者退出运行。②故障情况下：保护作用。快速切除故障回路，保证非故障回路正常运行。高压断路器能够断开电器中的负荷电流和短路电流（有灭弧装置）是开关电器中最为完善的一种设备。23一、概述2、隔离开关的功能①保证高压电器及装置在检修中的安全，起隔离电压的作用。②不能用于开断、投入负荷电流或短路电流（无灭弧装置）仅可用于不产生强大电弧的某些切换操作。24二、高压断路器的原理与选择1、电弧的产生与熄灭电源电压10~20V，电流80~100mA，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5000°C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①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②电弧熄灭的去游离过程复合去游离扩散去游离28二、高压断路器的原理与选择1、电弧的产生与熄灭③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去游离过程电弧燃烧减弱游离过程=去游离过程电弧稳定燃烧灭弧措施：加速去游离；减弱游离。29二、高压断路器的原理与选择1、电弧的产生与熄灭④交流电弧熄灭的条件电源恢复电压Ur（t）：电流过零后，电路施加于弧隙的电压。UrUd电弧复燃UrUd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⑤高压断路器灭弧的基本方法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。31二、高压断路器的原理与选择1、电弧的产生与熄灭⑤高压断路器灭弧的具体方法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⑤高压断路器灭弧的具体方法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⑤高压断路器灭弧的基本方法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①断路器种类和形式的选择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35不同种类断路器的特点与区别断路器种类性能特点灭弧介质适用电压等级说明油断路器多油开断能力较差油屋外35KV额定电流不易做大，开断小电流，燃弧时间长，开断速度慢。少油开断能力较多油强油110KV及以上对地绝缘主要靠固体介质，开断电流较大，开断时间短。压缩空气断路器开断能力较好压缩空气110KV及以上额定电流和开断能力较大，动作快，开断时间短，需要一套压缩空气装置SF6断路器开断能力好SF6各种电压等级绝缘性能好，对密封有特殊要求真空断路器开断性能好真空35KV可连续多次操动36不同使用场所，断路器的型式选择使用场所电压等级可选择的主要型式参考型号规范发电机回路少油断路器专用SF6断路器专用空气断路器配电装置35KV及以下少油式多油式真空式SF6式110KV~330少油、空气、SF6500KVSF610.5UKV3410,10SNSN10.5UKVLW-5004645SW110~330SW110~330KW110~330KW110~330LW110~3306~10SN10-10SN3-10SN4-10KVSN10-35ZN10-35DWLN-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②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（）max,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)NNSUU38二、高压断路器的原理与选择2、高压断路器的选择③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④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⑤短路热稳定和动稳定的校验2tkesshItQii41二、高压断路器的原理与选择2、高压断路器的选择⑥发电机出口断路器的特殊要求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。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。固有恢复电压方面：