河南理工大學(xué)現(xiàn)代供電技術(shù)總結(jié)第四章--高壓電氣設(shè)備的選擇

1、第四章 高壓電氣設(shè)備的選擇綜述電氣設(shè)備選擇是發(fā)電廠(chǎng)和變電所設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一，在選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際工作特點(diǎn)，按照有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，在保證供配電安全可靠的前提下，力爭(zhēng)做到技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理。 為了保障高壓電氣設(shè)備的可靠運(yùn)行，高壓電氣設(shè)備選擇與校驗(yàn)的一般條件有：按正常工作條件下選擇額定電流、額定電壓及型號(hào)等，按短路情況下校驗(yàn)開(kāi)關(guān)的開(kāi)斷能力、短路熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定。一、 按正常工作條件選擇電氣設(shè)備1選擇電氣設(shè)備時(shí)還應(yīng)考慮設(shè)備的安裝地點(diǎn)、環(huán)境及工作條件，合理地選擇設(shè)備的類(lèi)型，如戶(hù)內(nèi)戶(hù)外、海拔高度、環(huán)境溫度及防塵、防腐、防爆等。2電氣設(shè)備的額定電壓不得低于所接電網(wǎng)的額定電壓。3. 電氣設(shè)備的額定電流不小于該

2、回路的最大持續(xù)工作電流或計(jì)算電流。我國(guó)的電氣設(shè)備,銘牌上的額定電流是以環(huán)境溫度為40。的條件下，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和理論計(jì)算而確定的，當(dāng)周?chē)h(huán)境溫度在一定范圍內(nèi)偏離40 時(shí)，所選電氣設(shè)備的實(shí)際額定電流必有一定變化，實(shí)際值可按下式修正式中q al設(shè)備允許最高工作溫度，； q 0實(shí)際環(huán)境年最高空氣溫度，； q 0額定環(huán)境空氣溫度，電器設(shè)備為40；導(dǎo)體為25； Kq環(huán)境溫度修正系數(shù) INq實(shí)際環(huán)境溫度下電氣設(shè)備允許通過(guò)的額定電流二、 按短路條件校驗(yàn)1、短路熱穩(wěn)定校驗(yàn) 短路電流通過(guò)電氣設(shè)備時(shí)，電氣設(shè)備各部件溫度(或發(fā)熱效應(yīng))應(yīng)不超過(guò)允許值。滿(mǎn)足熱穩(wěn)定的條件為式中 ts 電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定電流。 短路穩(wěn)態(tài)電流值。

3、tts設(shè)備的熱穩(wěn)定時(shí)間 ti假想時(shí)間2、電動(dòng)力穩(wěn)定校驗(yàn)電動(dòng)力穩(wěn)定是電氣設(shè)備承受短路電流機(jī)械效應(yīng)的能力，也稱(chēng)動(dòng)穩(wěn)定。滿(mǎn)足動(dòng)穩(wěn)定的條件為 或式中 ish、sh短路沖擊電流幅值及其有效值； ies 、es電氣設(shè)備允許通過(guò)的動(dòng)穩(wěn)定電流的幅值及其有效值。3開(kāi)關(guān)設(shè)備斷流能力校驗(yàn)對(duì)要求能開(kāi)斷短路電流的開(kāi)關(guān)設(shè)備，如斷路器、熔斷器，其斷流容量不小于安裝處的最大三相短路容量，即： 或 式中： ， 三相最大短路電流與最大短路容量； ， 斷路器的開(kāi)斷電流與開(kāi)斷容量。三、校驗(yàn)的選用1.凡有自動(dòng)斷電功能者，必須校驗(yàn)斷流容量（或開(kāi)斷電流）如高壓斷路器、熔斷器和高壓開(kāi)關(guān)柜等。2.凡可能通過(guò)短路電流者，必須校驗(yàn)動(dòng)、熱穩(wěn)定 電壓

4、互感器？開(kāi)關(guān)、電流互感器、母線(xiàn)等3.幾個(gè)特例（1）熔斷器不作動(dòng)、熱穩(wěn)定校驗(yàn)（2）支柱絕緣子應(yīng)作動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)（3）電纜只作熱穩(wěn)定校驗(yàn)四、高壓斷路器的選擇 具有完善的滅弧能力1、功能:通斷正常負(fù)荷電流、接通和承受一定的短路電流、在保護(hù)裝置作用下自動(dòng)跳閘，切除短路故障。 2. 類(lèi)型：油、真空、六氟化硫、空氣3. 高壓斷路器選擇（1）按工作環(huán)境選型 （2）按所在的電網(wǎng)電壓選擇（3）按所在回路最大長(zhǎng)時(shí)負(fù)荷電流選擇額定電流（4）校驗(yàn)斷路器的熱穩(wěn)定 （5）校驗(yàn)斷路器的動(dòng)穩(wěn)定（6）校驗(yàn)高壓斷路器的開(kāi)斷能力（7）校驗(yàn)斷路器的額定關(guān)合電流（iNcl） 高壓斷路器選擇短路關(guān)合電流在斷路器合閘之前，若線(xiàn)路上已存在短路故

5、障，則在斷路器合閘過(guò)程中，動(dòng)、靜觸頭間在未接觸時(shí)即有巨大的短路電流通過(guò)（預(yù)擊穿），更容易發(fā)生觸頭熔焊和遭受電動(dòng)力的損壞。斷路器在關(guān)合短路電流時(shí)，不可避免地在接通后又自動(dòng)跳閘，此時(shí)還要求能夠切斷短路電流，因此，額定關(guān)合電流是斷路器的重要參數(shù)之一。為了保證斷路器在關(guān)合短路時(shí)的安全，斷路器的額定關(guān)合電流iNcl不應(yīng)小于短路電流最大沖擊值ich ， 即五、高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)的選擇負(fù)荷開(kāi)關(guān)按額定電壓、額定電流選擇，按動(dòng)、熱穩(wěn)定性進(jìn)行校驗(yàn)。當(dāng)配有熔斷器時(shí)，應(yīng)校驗(yàn)熔斷器的斷流容量，其動(dòng)、熱穩(wěn)定性可不作校驗(yàn)。六、高壓隔離開(kāi)關(guān)（QS）的選擇類(lèi)型：1.戶(hù)內(nèi)型（ GN 三相刀閘同一底座。2.戶(hù)外型（ GW單柱式、雙柱式、

6、三柱式。選擇: 隔離開(kāi)關(guān)按電網(wǎng)電壓、額定電流及環(huán)境條件選擇，并按短路電流校驗(yàn)其動(dòng)、熱穩(wěn)定性。不需要校驗(yàn)斷流容量。七、 高壓熔斷器選擇RN1和RN2型戶(hù)內(nèi)高壓管式熔斷器（限流式） RN1型：主要用于高壓電路和設(shè)備的短路保護(hù)（額定電流可達(dá)100A）RN2型：高壓電壓互感器一次側(cè)短路保護(hù) （額定電流一般為0.5A） 3. 額定電壓選擇對(duì)于一般的高壓熔斷器，其額定電壓UN必須大于或等于電網(wǎng)的額定電壓UNs。但是對(duì)于充填石英砂有限流作用的熔斷器，則不宜使用在低于熔斷器額定電壓的電網(wǎng)中，這是因?yàn)橄蘖魇饺蹟嗥鳒缁∧芰軓?qiáng)，在短路電流達(dá)到最大值之前就將電流截?cái)啵率谷垠w熔斷時(shí)因截流而產(chǎn)生過(guò)電壓。4. 額定電流

7、選擇熔斷器的額定電流選擇，包括熔管的額定電流和熔體的額定電流的選擇。 （1）熔管額定電流的選擇 為了保證熔斷器載流及接觸部分不致過(guò)熱和損壞，高壓熔斷器的熔管額定電流應(yīng)滿(mǎn)足下式的要求，即式中 INft熔管的額定電流 INfs熔體的額定電流 （2）熔體額定電流選擇 為了防止熔體在通過(guò)變壓器勵(lì)磁涌流和保護(hù)范圍以外的短路及電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)等沖擊電流時(shí)誤動(dòng)作，保護(hù)35kV及以下電力變壓器的高壓熔斷器，其熔體的額定電流可按下式選擇，即 式中 K可靠系數(shù)（不計(jì)電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)K=1.11.3，考慮電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)K=1.52.0）； Imax通過(guò)熔體的最大長(zhǎng)時(shí)工作電流。3. 熔斷器開(kāi)斷電流校驗(yàn)式中 Nbr熔斷器的額

8、定開(kāi)斷電流對(duì)于沒(méi)有限流作用的熔斷器，選擇時(shí)用沖擊電流的有效值ch 進(jìn)行校驗(yàn)；對(duì)于有限流作用的熔斷器，在電流達(dá)最大值之前已截?cái)?，故可不?jì)非周期分量影響，而采用熔斷器安裝處三相短路次暫態(tài)有效值I“進(jìn)行校驗(yàn)。六氟化硫組合電器：又稱(chēng)為氣體絕緣全封閉組合電器（GasInsulator Switchgear），簡(jiǎn)稱(chēng)GIS。它將斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、母線(xiàn)、接地開(kāi)關(guān)、互感器、出線(xiàn)套管或電纜終端頭等分別裝在各自密封間中，集中組成一個(gè)整體外殼，充以（3.0395.065）105Pa（35大氣壓）的六氟化硫氣體作為絕緣介質(zhì)。 1.GIS的主要特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可靠性高，安全性高，占地面積小，最小安全凈距小，安裝、維護(hù)方便。缺點(diǎn)

9、：密封性能要求高，金屬耗費(fèi)量大，價(jià)格較昂貴，故障后危害較大，檢修時(shí)有毒氣體（SF6氣體與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后產(chǎn)生）會(huì)對(duì)檢修人員造成傷害。2.GIS的種類(lèi) 按充氣外殼結(jié)構(gòu)形狀分：圓筒形和柜形兩大類(lèi)。 1 母線(xiàn)的材料和類(lèi)型（1）配電裝置的母線(xiàn)常用導(dǎo)體材料有銅、鋁和鋼。銅的電阻率低，機(jī)械強(qiáng)度大，抗腐蝕性能好，是首選的母線(xiàn)材料。（2）但是銅在工業(yè)和國(guó)防上的用途廣泛，還因儲(chǔ)量不多，價(jià)格較貴，所以一般情況下，盡可能以鋁代銅。（3）軟母線(xiàn)-多股絞線(xiàn)（4）硬母線(xiàn)-矩形、槽形和管形。2 母線(xiàn)的布置方式三相母線(xiàn)有水平布置和垂直布置兩種布置方式，有立放和平放放置方式。圖a散熱較好，載流量大，但機(jī)械強(qiáng)度較低；圖b相反；圖

10、c兼顧二者優(yōu)點(diǎn)3 母線(xiàn)截面選擇匯流母線(xiàn)的截面積，一般按長(zhǎng)時(shí)最大負(fù)荷電流選擇，按短路條件校驗(yàn)其動(dòng)、熱穩(wěn)定性。當(dāng)母線(xiàn)較長(zhǎng)或傳輸容量較大時(shí)，按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇。（1）按最大長(zhǎng)時(shí)負(fù)荷電流選擇母線(xiàn)截面積式中Ial額定環(huán)境溫度時(shí)的長(zhǎng)時(shí)允許電流，A。 Kq環(huán)境溫度修正系數(shù)（2）按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇母線(xiàn)截面 按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇母線(xiàn)截面可使年綜合費(fèi)用最低，年綜合費(fèi)用包括電流通過(guò)導(dǎo)體所產(chǎn)生的年電能損耗費(fèi)、導(dǎo)體投資和折舊費(fèi)、利息等。綜合這些因素，使年綜合費(fèi)用最小時(shí)所對(duì)應(yīng)的母線(xiàn)截面稱(chēng)為母線(xiàn)的經(jīng)濟(jì)截面，對(duì)應(yīng)的電流密度稱(chēng)為經(jīng)濟(jì)電流密度。 按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇母線(xiàn)截面應(yīng)滿(mǎn)足下式，即式中 Sec母線(xiàn)經(jīng)濟(jì)截面，mm2； Jec經(jīng)濟(jì)

11、電流密度，A/ mm2； 4、 母線(xiàn)熱穩(wěn)定性校驗(yàn) 所選母線(xiàn)的截面S應(yīng)不小于最小熱穩(wěn)定截面Smin，即5母線(xiàn)動(dòng)穩(wěn)定性校驗(yàn)?zāi)妇€(xiàn)在短路沖擊電流電動(dòng)力作用下應(yīng)保證不會(huì)產(chǎn)生永久性變形或斷裂，即母線(xiàn)材料允許應(yīng)力sal應(yīng)不小于短路電流作用母線(xiàn)上的電動(dòng)應(yīng)力smax，即smax母線(xiàn)短路時(shí)沖擊電流ish(3)產(chǎn)生的最大計(jì)算應(yīng)力。 （一）絕緣子簡(jiǎn)介 （1）絕緣子俗稱(chēng)為絕緣瓷瓶,它廣泛地應(yīng)用在發(fā)電廠(chǎng)和變電所的配電裝置、變壓器、各種電器以及輸電線(xiàn)之中。用來(lái)支持和固定裸載流導(dǎo)體，并使裸導(dǎo)體與地絕緣,或者用于使裝置和電氣設(shè)備中處在不同電位的載流導(dǎo)體間相互絕緣。因此,要求絕緣子必須具有足夠的電氣絕緣強(qiáng)度、機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性和防潮性等等。（2）絕緣子按安裝地點(diǎn),可分為戶(hù)內(nèi)(屋內(nèi))式和戶(hù)外(屋外)式兩種。按結(jié)構(gòu)用途可分為支持絕緣子和套管絕緣子（二）支柱絕緣子的選擇1額定電壓選擇支柱絕緣子額定電壓不小于所在電網(wǎng)的電壓，即2支柱絕緣子動(dòng)穩(wěn)定性校驗(yàn)按最大允許力Fal 進(jìn)行校驗(yàn)，即Fal = 0.6FdeKFmax Fde絕緣子允許的抗彎強(qiáng)度(N);Fmax短路沖擊電流的作用力，N；K換算系數(shù)；（三）套管絕緣子的選擇允許電流值修正公式動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) 熱穩(wěn)定校驗(yàn)式中熱穩(wěn)定電流時(shí)間tts，對(duì)銅導(dǎo)體取10s