河南理工大学现代供电技术总结第四章--高压电气设备的选择

第四章高高压压电电气气设设备备的的选选择择综综述述电气设备选择是发电厂和变电所设计的主要内容之一，在选择时应根据实际工作特点，按照有关设计规范的规定，在保证供配电安全可靠的前提下，力争做到技术先进，经济合理。为了保障高压电气设备的可靠运行，高压电气设备选择与校验的一般条件有：按正常工作条件下选择额定电流、额定电压及型号等，按短路情况下校验开关的开断能力、短路热稳定和动稳定。一、按正常工作条件选择电气设备1．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。2．电气设备的额定电压不得低于所接电网的额定电压。3.电气设备的额定电流不小于该回路的最大持续工作电流或计算电流。我国的电气设备,铭牌上的额定电流是以环境温度为40℃。的条件下，经过试验和理论计算而确定的，当周围环境温度在一定范围内偏离40℃时，，所选电气设备的实际额定电流必有一定变化，实际值可按下式修正式中al——设备允许最高工作温度，℃；0′——实际环境年最高空气温度，℃；0——额定环境空气温度，电器设备为40℃；导体为25℃；K——环境温度修正系数IN——实际环境温度下电气设备允许通过的额定电流二二、、按按短短路路条条件件校校验验11、、短短路路热热稳稳定定校校验验短路电流通过电气设备时，电气设备各部件温度(或发热效应)应不超过允许值。满足热稳定的条件为式中Ⅰts—电气设备的热稳定电流。Ⅰ∞—短路稳态电流值。tts—设设备备的的热热稳稳定定时时间间ti—假想时间2、电动力稳定校验电动力稳定是电气设备承受短路电流机械效应的能力，也称动稳定。满足动稳定的条件为或式中ish、Ⅰsh—短路冲击电流幅值及其有效值；ies、Ⅰes—电气设备允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值。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。三、校验的选用1.凡有自动断电功能者，必须校验断流容量（或开断电流）如高压断路器、熔断器和高压开关柜等。2.凡可能通过短路电流者，必须校验动、热稳定电压互感器？开关、电流互感器、母线等3.几个特例（1）熔断器不作动、热稳定校验（2）支柱绝缘子应作动稳定校验（3）电缆只作热稳定校验0NθNNθ0alalIIIK22tstsiItItesshiiesshIImax·kocSS）（3max·kOcII3·maxkI（）·maxkSocIocS四、高压断路器的选择具有完善的灭弧能力1、功能:通断正常负荷电流、接通和承受一定的短路电流、在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。2.类型：油、真空、六氟化硫、空气3.高压断路器选择（1）按工作环境选型（2）按所在的电网电压选择（3）按所在回路最大长时负荷电流选择额定电流（4）校验断路器的热稳定（5）校验断路器的动稳定（6）校验高压断路器的开断能力（7）校验断路器的额定关合电流（iNcl）高高压压断断路路器器选选择择——短短路路关关合合电电流流在断路器合闸之前，若线路上已存在短路故障，则在断路器合闸过程中，动、静触头间在未接触时即有巨大的短路电流通过（预击穿），更容易发生触头熔焊和遭受电动力的损坏。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，此时还要求能够切断短路电流，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iNcl不应小于短路电流最大冲击值ich，即五、高压负荷开关的选择负荷开关按额定电压、额定电流选择，按动、热稳定性进行校验。当配有熔断器时，应校验熔断器的断流容量，其动、热稳定性可不作校验。六、高压隔离开关（QS）的选择类型：1.户内型（GN〕三相刀闸同一底座。2.户外型（GW〕单柱式、双柱式、三柱式。选择:隔离开关按电网电压、额定电流及环境条件选择，并按短路电流校验其动、热稳定性。不需要校验断流容量。七、高高压压熔熔断断器器选选择择RN1和RN2型户内高压管式熔断器（限流式）RN1型：主要用于高压电路和设备的短路保护（额定电流可达100A）RN2型：高压电压互感器一次侧短路保护（额定电流一般为0.5A）33..额额定定电电压压选选择择对于一般的高压熔断器，其额定电压UN必须大于或等于电网的额定电压UNs。但是对于充填石英砂有限流作用的熔断器，则不宜使用在低于熔断器额定电压的电网中，这是因为限流式熔断器灭弧能力很强，在短路电流达到最大值之前就将电流截断，致使熔体熔断时因截流而产生过电压。4.额定电流选择熔断器的额定电流选择，包括熔管的额定电流和熔体的额定电流的选择。（1）熔管额定电流的选择为了保证熔断器载流及接触部分不致过热和损坏，高压熔断器的熔管额定电流应满足下式的要求，即式中INft—熔管的额定电流INfs—熔体的额定电流（2）熔体额定电流选择为了防止熔体在通过变压器励磁涌流和保护范围以外的短路及电动机自启动等冲击电流时误动作，保护35kV及以下电力变压器的高压熔断器，其熔体的额定电流可按下式选择，即NclchiiNftNfsIImaxNfsIKI式中K—可靠系数（不计电动机自启动时K=1.1~1.3，考虑电动机自启动时K=1.5~2.0）；Imax—通过熔体的最大长时工作电流。33..熔熔断断器器开开断断电电流流校校验验式中ⅠNbr—熔断器的额定开断电流对于没有限流作用的熔断器，选择时用冲击电流的有效值Ⅰch进行校验；对于有限流作用的熔断器，在电流达最大值之前已截断，故可不计非周期分量影响，而采用熔熔断器安装处三相短路次暂态有效值I“进行校验。六氟化硫组合电器：又称为气体绝缘全封闭组合电器（Gas－InsulatorSwitchgear），简称GIS。它将断路器、隔离开关、母线、接地开关、互感器、出线套管或电缆终端头等分别装在各自密封间中，集中组成一个整体外壳，充以（3.039～5.065）×105Pa（3～5大气压）的六氟化硫气体作为绝缘介质。1.GIS的主要特点优点：可靠性高，安全性高，占地面积小，最小安全净距小，安装、维护方便。缺点：密封性能要求高，金属耗费量大，价格较昂贵，故障后危害较大，检修时有毒气体（SF6气体与水发生化学反应后产生）会对检修人员造成伤害。2.GIS的种类按充气外壳结构形状分：圆筒形和柜形两大类。11母母线线的的材材料料和和类类型型（1）配电装置的母线常用导体材料有铜、铝和钢。铜的电阻率低，机械强度大，抗腐蚀性能好，是首选的母线材料。（2）但是铜在工业和国防上的用途广泛，还因储量不多，价格较贵，所以一般情况下，尽可能以铝代铜。（3）软母线----多股绞线（4）硬母线----矩形、槽形和管形。2母线的布置方式三相母线有水平布置和垂直布置两种布置方式，有立放和平放放置方式。图a散热较好，载流量大，但机械强度较低；图b相反；图c兼顾二者优点3母线截面选择汇流母线的截面积，一般按长时最大负荷电流选择，按短路条件校验其动、热稳定性。当母线较长或传输容量较大时，按经济电流密度选择。（1）按最大长时负荷电流选择母线截面积式中Ial——额定环境温度时的长时允许电流，A。K——环境温度修正系数（2）按经济电流密度选择母线截面NbrshIII（或）θmalloKII按经济电流密度选择母线截面可使年综合费用最低，年综合费用包括电流通过导体所产生的年电能损耗费、导体投资和折旧费、利息等。综合这些因素，使年综合费用最小时所对应的母线截面称为母线的经济截面，对应的电流密度称为经济电流密度。按经济电流密度选择母线截面应满足下式，即式中Sec——母线经济截面，mm2；Jec——经济电流密度，A/mm2；4、母线热稳定性校验所选母线的截面S应不小于最小热稳定截面Smin，即5．母线动稳定性校验母线在短路冲击电流电动力作用下应保证不会产生永久性变形或断裂，即母线材料允许应力al应不小于短路电流作用母线上的电动应力max，即max——母线短路时冲击电流ish(3)产生的最大计算应力。（一）绝缘子简介（1）绝缘子俗称为绝缘瓷瓶,它广泛地应用在发电厂和变电所的配电装置、变压器、各种电器以及输电线之中。用来支持和固定裸载流导体，并使裸导体与地绝缘,或者用于使装置和电气设备中处在不同电位的载流导体间相互绝缘。因此,要求绝缘子必须具有足够的电气绝缘强度、机械强度、耐热性和防潮性等等。（2）绝缘子按安装地点,可分为户内(屋内)式和户外(屋外)式两种。按结构用途可分为支持绝缘子和套管绝缘子（二）支柱绝缘子的选择1．额定电压选择支柱绝缘子额定电压不小于所在电网的电压，即2．支柱绝缘子动稳定性校验按最大允许力Fal进行校验，即Fal=0.6Fde≥KFmaxFde——绝缘子允许的抗弯强度(N);Fmax——短路冲击电流的作用力，N；K——换算系数；（三）套管绝缘子的选择允许电流值修正公式动稳定校验热稳定校验式中热稳定电流时间tts，对铜导体取10s，铝导体为5s。十、互感器的选择(自学）互感器将一次电路的大电流、高电压变成小电流(5A或1A)和低电压，以便使二次侧测量仪表和继电保护隔离高压电路以及小型化、标准化等。互感器主要是电磁式的。电磁式互感器实质上是一种特殊的变压器，其基本结构和工作原理与变压器基本相同，其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表和继电保护等。主要内容：高压断路器的种类，及对断路器的选择校验ecmloecJIS/.imintSSICmaxalNNsUU8040alalIImaxde0.6FFitststIIt