第七章 電氣設(shè)備選擇

第一節(jié)變壓器的選擇第二節(jié)導(dǎo)體的發(fā)熱計(jì)算第三節(jié)導(dǎo)體短路的電動(dòng)力計(jì)算第四節(jié)導(dǎo)體、電纜的選擇第五節(jié)電氣設(shè)備選擇與校驗(yàn)的一般方法第六節(jié)主要電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn)第七章電氣設(shè)備選擇教學(xué)要求

1.熟悉變壓器的選擇方法。返回2.了解導(dǎo)體的發(fā)熱、短路的電動(dòng)力計(jì)算方法。3.熟悉導(dǎo)體、電纜的選擇方法。4.熟悉電氣設(shè)備選擇與校驗(yàn)的一般方法。5.熟悉主要電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn)。見習(xí)一些電力變壓器第一節(jié)變壓器的選擇普通式變壓器，即油浸式電力系統(tǒng)中變壓器的安裝總?cè)萘繛榘l(fā)電機(jī)安裝總?cè)萘康?～8倍1—信號(hào)溫度計(jì)2—銘牌3—吸濕器4—油枕5—油標(biāo)6—安全氣道7—?dú)怏w繼電器 8—高壓套管9—低壓套管 10—分接開關(guān)；11—油箱12—鐵心；13—繞組14—放油閥；15—小車16—接地端子

油浸式三相電力變壓器組合式變電站（美式箱變）干式變壓器全封閉式變壓器歐式箱變組合式變電站還未組裝變壓器油枕1.容量的確定變壓器的選擇變電所計(jì)算負(fù)荷平均功率因數(shù)，一般取0.6~0.8。還應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)5～10年發(fā)展規(guī)劃2.臺(tái)數(shù)的確定變電所主變壓器臺(tái)數(shù)可按如下原則確定：（1）對(duì)于只供電給二類、三類負(fù)荷的變電所，原則上只裝設(shè)一臺(tái)變壓器；（2）對(duì)于供電負(fù)荷較大的城市變電所或有一類負(fù)荷的重要變電所，應(yīng)選用兩臺(tái)相同容量的主變壓器。每臺(tái)變壓器的容量應(yīng)滿足一臺(tái)變壓器停運(yùn)后，另一臺(tái)能供給全部一類負(fù)荷；在無法確定負(fù)荷所占比重時(shí)，每臺(tái)變壓器的容量可按計(jì)算負(fù)荷的60~80%選擇；（3）對(duì)大城市郊區(qū)的一次變電站，如果中、低壓側(cè)已構(gòu)成環(huán)網(wǎng)的情況下，變電站以裝設(shè)兩臺(tái)為宜；對(duì)地區(qū)性孤立的一次變電站或大型工業(yè)專用變電站，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮裝設(shè)三臺(tái)主變壓器的可能性；對(duì)于規(guī)劃只裝兩臺(tái)主變壓器的變電站，其變壓器的基礎(chǔ)宜按大于變壓器容量的1~2級(jí)設(shè)計(jì)。3.相數(shù)的確定

在330kV及以下電力系統(tǒng)中，一般都應(yīng)選用三相變壓器。4.繞組數(shù)的確定如連接兩個(gè)電壓等級(jí)，選雙繞組變壓器；如以兩種升高電壓級(jí)向用戶供電或與系統(tǒng)連接時(shí)，可以采用二臺(tái)雙繞組變壓器或三繞組變壓器，亦可選用自耦變壓器。由于變壓器制造條件和運(yùn)輸條件的限制，選用三臺(tái)單相變壓器組成.三相變壓器（復(fù)習(xí)）ABCXYZabczyx（1）三相變壓器的結(jié)構(gòu)芯式變壓器組式變壓器ABCXYZabczyx高壓繞組：A-XB-YC-ZX、Y、Z：尾端A、B、C：首端低壓繞組：a-xb-yc-za、b、c：首端x、y、z：尾端三相雙繞組變壓器組(Y/△)三鐵心柱式三相雙繞組變壓器(Y/Y0)（2）三相變壓器的聯(lián)結(jié)方式變壓器三相繞組的接線組別必須和系統(tǒng)電壓相位一致，否則，不能并列運(yùn)行。變壓器三相繞組的連接方式應(yīng)根據(jù)具體工程來確定。110kV及以上電壓，變壓器三相繞組都采用“YN”連接；35kV采用“Y”連續(xù)，其中性點(diǎn)多通過消弧線圈接地；35kV以下電壓級(jí)，變壓器三相繞組都采用“△”連接。5.繞組接線組別的確定切換方式有兩種：不帶電切換，稱為無激磁調(diào)壓，調(diào)整范圍通常在±2×2.5%以內(nèi)；另一種是帶負(fù)荷切換，稱為有載調(diào)壓，調(diào)整范圍可達(dá)30%。6.調(diào)壓方式的確定1）自然風(fēng)冷卻:2）強(qiáng)迫空氣冷卻又簡稱風(fēng)冷式:3）強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻4）強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻5）強(qiáng)迫油循環(huán)導(dǎo)向冷卻6）水內(nèi)冷變壓器7.冷卻方式選擇第二節(jié)導(dǎo)體的發(fā)熱計(jì)算一、導(dǎo)體的長期發(fā)熱計(jì)算導(dǎo)體中通過正常的負(fù)荷電流時(shí)，當(dāng)導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱達(dá)到平衡時(shí)，穩(wěn)定溫度的計(jì)算公式：式中θF——導(dǎo)體的溫度，℃；θ0——周圍環(huán)境溫度，℃；θe——導(dǎo)體的長期允許最高溫度，℃；——導(dǎo)體中通過的長期最大負(fù)荷電流，A；——導(dǎo)體允許電流（導(dǎo)體額定載流量的修正值），A。查資料可得由正常工作電流產(chǎn)生

溫度修正系數(shù)，查資料可得要求：導(dǎo)體長期發(fā)熱溫度θF不超過其長期發(fā)熱的最高允許溫度（由國標(biāo)規(guī)定）。計(jì)算導(dǎo)體長期發(fā)熱的目的是：確定導(dǎo)體的允許載流量。設(shè)計(jì)時(shí)只要導(dǎo)體的實(shí)際發(fā)熱溫度不會(huì)超過額定溫度。這一工作由設(shè)備廠家做二、導(dǎo)體的短時(shí)發(fā)熱計(jì)算由短路電流產(chǎn)生導(dǎo)體的短時(shí)發(fā)熱計(jì)算目的是：對(duì)設(shè)備進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗(yàn)。1.導(dǎo)體中通過正常負(fù)荷電流及短路電流時(shí)溫度的變化θk接上正常負(fù)荷短路開始短路被切除短路后最高溫度正常負(fù)荷時(shí)穩(wěn)定溫度環(huán)境溫度2.短路電流熱效應(yīng)值Qf的計(jì)算對(duì)Qf較為準(zhǔn)確的計(jì)算方法是解析法，但由于短路電流的變化規(guī)律復(fù)雜，所以一般不予采用。常用的計(jì)算方法為近似數(shù)值積分法。經(jīng)過該法的分析，結(jié)論如下。短路結(jié)束時(shí)間短路開始時(shí)間用于設(shè)備熱穩(wěn)定校驗(yàn)短路電流全電流的有效值Qf=Qp+Qap

周期分量非周期分量短路故障切除時(shí)間,其計(jì)算見后短路時(shí)次暫態(tài)電流短路電流在tf/2時(shí)的周期分量有效值

短路切除時(shí)刻短路周期電流有效值查P211的表7-1第三節(jié)導(dǎo)體短路的電動(dòng)力計(jì)算一、電動(dòng)力的計(jì)算三相導(dǎo)體水平放置，三相短路時(shí)，中間B相所受電動(dòng)力最大，其計(jì)算式為：式中——三相短路時(shí)的短路電流沖擊值，A；L——支撐絕緣子間的跨距，m；a——相間距離，m。 電器和導(dǎo)體因短路沖擊電流產(chǎn)生的電動(dòng)力作用下的應(yīng)力不應(yīng)超過材料的允許應(yīng)力。

硬導(dǎo)體材料的最大允許應(yīng)力：硬銅140MPa、硬鋁70MPa二、導(dǎo)體振動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力計(jì)算導(dǎo)體的一階固有頻率為：式中f1——一階固有頻率，Hz；L——支柱絕緣子間的跨距，m；Nf——頻率系數(shù)，Nf根據(jù)導(dǎo)體連續(xù)跨數(shù)和支撐方式而異，其值見表7-2；E——導(dǎo)體的彈性模量，其值可查有關(guān)電氣工程設(shè)計(jì)手冊(cè)，Pa；J——垂直于彎曲方向的導(dǎo)體截面慣性矩，m4；m——導(dǎo)體單位長的質(zhì)量，kg/m。由于電動(dòng)力中含有工頻和兩倍工頻兩個(gè)分量，如果導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的固有頻率接近這兩個(gè)頻率其中一個(gè)，就會(huì)出現(xiàn)共振現(xiàn)象。導(dǎo)體發(fā)生振動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)應(yīng)力。最大電動(dòng)力上乘以動(dòng)態(tài)應(yīng)力系數(shù)β，得實(shí)際動(dòng)態(tài)過程中動(dòng)態(tài)應(yīng)力的最大值。動(dòng)態(tài)應(yīng)力系數(shù)β與固有頻率的關(guān)系

固有頻率在中間范圍變化時(shí)，β>1；固有頻率較低時(shí)，β<1；固有頻率較高時(shí)，β1。對(duì)于屋外配電裝置中的鋁管導(dǎo)體，β=0.58。為了避免導(dǎo)體產(chǎn)生危險(xiǎn)的共振，對(duì)于重要的導(dǎo)體，應(yīng)使其固有頻率在下述范圍以外：（1）單條導(dǎo)體及一組中的各條導(dǎo)體35~135Hz（2）多條導(dǎo)體及有引下線的單條導(dǎo)體35~155Hz（3）槽形和管形導(dǎo)體90~160Hz動(dòng)態(tài)應(yīng)力系數(shù)β與固有頻率的關(guān)系第五節(jié)電氣設(shè)備選擇與校驗(yàn)的一般方法總原則：按正常工作條件進(jìn)行選擇，按短路狀態(tài)來校驗(yàn)熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定。一、按正常工作條件選擇電器1.額定電壓安裝地點(diǎn)電網(wǎng)額定電壓設(shè)備額定電壓2.額定電流最大持續(xù)工作電流設(shè)備額定電流3.當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校核在選擇設(shè)備時(shí)，還應(yīng)考慮電氣設(shè)備安裝地點(diǎn)的環(huán)境（尤其注意小環(huán)境）條件，如氣溫、風(fēng)速、溫度、污穢等級(jí)、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等環(huán)境條件。詳見P218中相關(guān)說明二、按短路情況校驗(yàn)1．短路熱穩(wěn)定校驗(yàn)，校驗(yàn)導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱2.動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)，校驗(yàn)導(dǎo)體的最大受力

短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)，見前面的計(jì)算電器允許通過的熱穩(wěn)定電流和時(shí)間，查資料可得設(shè)備允許通過的動(dòng)穩(wěn)定電流幅值，查資料可得短路沖擊電流的幅值

或：設(shè)備允許通過的動(dòng)穩(wěn)定電流有效值，查資料可得短路沖擊電流的最大有效值下列幾種情況可不必校驗(yàn)熱穩(wěn)定或動(dòng)穩(wěn)定：（1）用熔斷器保護(hù)的電器，其熱穩(wěn)定由熔斷時(shí)間保證，故可不校驗(yàn)熱穩(wěn)定。（2）采用有限流熔斷器保護(hù)的設(shè)備，可不校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定與熱穩(wěn)定；電纜線路不校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定。（3）裝設(shè)在電壓互感器回路中的裸導(dǎo)體和電器可不驗(yàn)算動(dòng)、熱穩(wěn)定。3．短路電流計(jì)算條件做校驗(yàn)用的短路電流應(yīng)按下列條件確定：（1）容量和接線工程設(shè)計(jì)最終容量+發(fā)展規(guī)劃可能發(fā)生最大短路電流的接線最大運(yùn)行方式（2）短路種類：一般按三相短路，其他短路類型較三相短路電流大時(shí)，應(yīng)選取最嚴(yán)重的短路故障進(jìn)行校驗(yàn)。

（3）短路計(jì)算點(diǎn)選擇：可能通過被選設(shè)備的短路電流為最大的點(diǎn)。①發(fā)電機(jī)、變壓器回路的斷路器：應(yīng)比較斷路器前、后短路時(shí)通過斷路器的電流值，擇其大者為短路計(jì)算點(diǎn)。圖7-3短路計(jì)算點(diǎn)的選擇G1~G2~QF5QF3QF4QF1QF2~f2f4f7f8f5f6f1f31GI&2GI&sI&～系統(tǒng)多側(cè)電源系統(tǒng)計(jì)算短路點(diǎn)的選擇方法舉例①發(fā)電機(jī)、變壓器回路的斷路器：應(yīng)比較斷路器前、后短路時(shí)通過斷路器的電流值，擇其大者為短路計(jì)算點(diǎn)。圖7-3短路計(jì)算點(diǎn)的選擇G1~G2~QF5QF3QF4QF1QF2~f2f4f7f8f5f6f1f31GI&2GI&sI&～多側(cè)電源系統(tǒng)計(jì)算短路點(diǎn)的選擇方法舉例②母聯(lián)斷路器：應(yīng)考慮當(dāng)母聯(lián)斷路器向備用母線充電時(shí)，備用母線故障。此時(shí)，所有進(jìn)、出線都接在工作母線上了圖7-3短路計(jì)算點(diǎn)的選擇G1~G2~QF5QF3QF4QF1QF2~f2f4f7f8f5f6f1f31GI&2GI&sI&～多側(cè)電源系統(tǒng)計(jì)算短路點(diǎn)的選擇方法舉例多側(cè)電源系統(tǒng)計(jì)算短路點(diǎn)的選擇方法舉例圖7-3短路計(jì)算點(diǎn)的選擇G1~G2~QF5QF3QF4QF1QF2~f2f4f7f8f5f6f1f31GI&2GI&sI&～此側(cè)無電源③帶電抗器的出線回路的斷路器：一般選電抗器的線路側(cè)為計(jì)算短路點(diǎn)。圖7-3短路計(jì)算點(diǎn)的選擇G1~G2~QF5QF3QF4QF1QF2~f2f4f7f8f5f6f1f31GI&2GI&sI&～多側(cè)電源系統(tǒng)計(jì)算短路點(diǎn)的選擇方法舉例單側(cè)電源系統(tǒng)計(jì)算短路點(diǎn)的選擇方法舉例電源側(cè)負(fù)載側(cè)，下側(cè)無電源校驗(yàn)QF1、QS1校驗(yàn)QF2、QS2以及出線開關(guān)4.短路計(jì)算時(shí)間校驗(yàn)熱穩(wěn)定的計(jì)算時(shí)間tf后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間