电气设备的选择与校验第五章.ppt

第五章 电气设备的选择与校验5.1 选择电气设备的原则基本原则：保证电气设备在正常工作条件下能够可靠工作，而在短路情况下不被损坏即，按照正常工作条件选择，按短路情况校验5.1.1 按正常工作条件选择（1）环境条件：地点、环境温度、海拔高度、湿度等2（3）额定电流：额定电流不能低于设备正常工作室的最大负荷电流：一般情况下，IW.max取线路的计算电流I30或者变压器的额定电流整理课件考虑温度影响后，额定电流需要乘以温度系数：式中，θa1表示电气设备长期工作时的最高允许温度， θ0为设计温度5.1.2 按短路情况校验（1）动稳定校验动稳定是指电气设备所承受的短路电流力效应的能力整理课件短路时最大电动力 由计算可知：无限大容量系统发生三相短路时，中间相导体所受到的电动力比两相短路时导体所受到的电动力大，一般采用三相短路冲击电流校验电器的动稳定度满足动稳定的条件是：式中，imax和Imax分别表示电气设备允许通过的最大电流的峰值和有效值整理课件（2）热稳定校验热稳定性是指电气设备所承受的短路电流的热效应的能力，满足条件为：式中，It表示电气设备在时间t内的热稳定电流，t为厂家给出的热稳定实验时间，tima为短路发热的假想时间，s。

短路发热的假想时间： 短路时间 短路保护装置实际动作时间 断路器的断路时间 取0.1～0.2秒整理课件（3）断流能力校验短路器和熔断器等电气设备，均承担着切断短路电流的任务，因此，必须校验断流能力，即：式中，Ioc，Soc分别表示断路器在额定电压下的最大开端电流和开断容量， 分别表示安装地点的最大三相短路电流和短路容量整理课件5.2 开关设备的选择与校验5.2.1 高压开关设备的选择与校验高压开关设备的选择主要是对高压断路器、高压隔离开关及高压负荷开关的选择高压开关设备的选择选择如下表：举例说明，例5.1 整理课件5.2.2 低压开关设备的选择与校验低压电气设备的选择和校验项目如下图，低压电流互感器、电压互感器、母线、电缆、绝缘子等的选择可参见表5.1.整理课件5.3 变压器及互感器的选择与校验5.3.1 变电所主变压器台数和容量的选择（1）变电所主变压器台数的选择u应满足用电负荷对可靠性的要求u 经济性：对于季节性负荷或昼夜变化较大的负荷，应使变压器在经济状态下运行，可用两台变压器供电u除上述情况外，车间变电所可采用一台变压器。

但是，当集中负荷较大时，虽为三级负荷，也可采用两台或多台变压器整理课件（2）变压器容量的选择1）装有一台主变压器的变电所2）装有两台主变压器的变电所u任意一台变压器单独运行时，应满足总计算负荷S30 60%~70%的需要，即：u任意一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要整理课件3）车间变电所主变压器单台容量的上限值车间变电所主变压器的单台容量一般不宜大于1000kV·A, 以使变压器更接近于车间负荷中心，减少低压配电线路的投资和电能损耗4）适当考虑负荷的发展适当考虑今后5~10年电力负荷的发展，留有一定的余地注：变压器的额定容量是指在一定环境温度下所能持续的最大输出容量GB 1094.1-1996 规定，变压器正常使用的年平均温度是20˚C如果变压器安装地点的年平均气温每升高1 ˚C，变压器的容量就要减少1%，因此实际容量为：整理课件对于室内，由于散热条件差，一般室内环境温度比室外高大约8˚C，其容量计算公式为：例 5.2 某10/0.4 kV变电所，总计算负荷为1200 kV·A，其中一、二级负荷680 kV·A试初步选择该变电所主变压器的台数和容量解：根据变电所有一、二级负荷的情况，确定选两台主变压器。

每台容量为：SNT=(0.6~0.7)×1200=(720~840)kV·A，且SNT>=680kV·A，因此初步确定每台主变压器容量为800kV·A整理课件5.3.2 电流互感器的选择和校验电流互感器应该校验额定电压、一次电流、二次电流、准确度等级进行选择，并校验动稳定和热稳定1）电流互感器的选择1）额定电压电流互感器的额定电压不低于安装地点电网的额定电压2）额定电流电流互感器一次绕组的额定电流应不小于线路的计算电流，二次绕组的额定电流通常为5 A3）准确度等级的选择：准确等级所规定的额定二次负荷必须大于等于二次侧的实际负荷整理课件二次回路的负荷S2取决于二次回路阻抗Z2的值，即：式中，Si表示仪表和继电器电流线圈的额定负荷，Rtou为所有接头的接触电阻，取0.1Ω； RWL为连接导线的电阻，计算公式为（书上公式有误）：式中，γ为导线电导率，lc为连接导线的计算长度，与电流互感器的连接方式有关，如果电流互感器为一相式接线，则lc=2l；为三相完全星形接线时， lc=l；为两相不完全星形和两相电流差接线时， ，A为导线的截面积，mm2；连接导线一般采用铜芯绝缘导线，其截面不得小于1.5 mm2整理课件（2）电流互感器的校验1）动稳定校验式中，Kes为电流互感器产品的动稳定倍数2）热稳定校验（书上公式有误）式中，Kt=It/IN1保护用的电流互感器，还应按照10%误差曲线校验。

即，电流互感器的误差为10%时，一次电流倍数ni=I1/IN1与二次负荷阻抗最大允许值的关系曲线整理课件5.3.3 电压互感器的选择和校验电压互感器主要根据一次电压、二次电压、准确等级进行选择由于它的一、二次侧均有熔断器保护，因此不需要进行短路校验1）额定电压：一次绕组额定电压应与安装地点电网的额定电压相同，二次绕组的额定电压通常为100V2) 准确度等级的选择式中，Si, cosφi分别表示二次侧所接仪表并联线圈消耗的功率及其功率因素整理课件5.4 熔断器的选择与校验5.4.1 熔断器熔体额定电流的选择（1）保护电力线路的熔断器熔体额定电流的选择l保证路正常工作时熔体不致熔断：l 避开尖峰电流：式中，K为小于1的计算系数，应根据熔体的特性和电动机启动情况来定l为了可靠的保护导线和电缆：式中，Ia1是绝缘导线或电缆的允许载流量；KOL是其允许短时过负荷倍数如果熔断器只作为短路保护时，对于电缆和穿管绝缘导线，取2.5，对于明敷绝缘导线，取值1.5如果熔断器作为短路保护和过负荷保护用时，取值1整理课件5.4 熔断器的选择与校验（2）保护电路变压器的熔断器熔体额定电流的选择式中，INT是变压器的额定电流，熔断器装在哪侧，就用哪侧的额定电流。

3）保护电压互感器的熔断器熔体额定电流的选择由于电压互感器二次侧的负荷很小，因此保护高压电压互感器的RN2型熔断器的熔体额定电流一般为0.5A整理课件5.4.2 熔断器的选择和校验（1）熔断器的选择u额定电压不低于被保护线路的额定电压u额定电流不小于它所安装熔体的额定电流（2）熔断器的校验1）断流能力校验对限流式熔断器，由于其能在短路电流达到冲击值之前将电弧完全熄灭、切除短路，因此有：式中，Ioc表示熔断器的最大分断电流， 表示熔断器安装地点的三相次暂态短路电流有效值，在无限大容量系统中有整理课件5.4.2 熔断器的选择和校验对于非限流式熔断器，由于其不能在短路电流达到冲击值之前将电弧完全熄灭、切除短路，因此需要满足：2）熔断器保护的灵敏度校验式中，Ikmin表示熔断器保护线路末端的最小短路电流对于TN系统和TT系统来说，其值为单相短路电流；对于IT系统来说，是线路末端的两相短路电流例5.3 ，注意附表序号的错误整理课件5.4.3 前后熔断器之间的选择性配合所谓选择性配合，就是要求路发生短路故障时，靠近故障点的熔断器首先熔断，将故障切除，从而保证系统的其他部分仍能正常运行。

前后熔断器之间的选择性配合，应按照其保护特性曲线来进行校验根据保护特性曲线得到的熔断时间可能有±50%的误差，考虑最坏的情况即：因此，t1>3t2整理课件5.5.1 电力线路按结构可分为架空线路和电缆线路两大类（1）架空线路的结构和敷设 组成：导线、杆塔、横担、绝缘子、金具等 架空线路的结构 1低压导线，2针式绝缘子，3横担，4低压电杆，5横担，6高压悬式绝缘子串，7线夹，8高压导线， 9高压电杆，10避雷线 1、架空线路的导线裸导线：单股、多股 如钢芯铝绞线 2、电杆、横担和拉线 3、线路绝缘和金具 4、架空线的敷设 敷设要求、路径选择 导线在电杆上的排列方式：水平排列、三角排列和垂直排列 架空线的档距、弧垂、及其它距离 5.5 导线截面的选择与校验整理课件高压线路绝缘子 a)针式 b)蝴蝶式 c)悬式 d)瓷横担 架空线路的档距和弧垂 a)平地上 b)坡地上 整理课件（2） 电缆线路的结构和敷设1、电缆的结构电缆结构一般包括导体、绝缘层和保护皮三部分2、电缆的敷设 路径的选择：考虑引力、过热、腐蚀、维护等条件 整理课件敷设方式： 直埋式 电缆沟 架桥 电缆排管及隧道 3、电缆敷设的一般要求 增加5-10%的余量、穿管保护、防火、防水等。

三相交流电涂色 U、V、W相 （A、B、C） 黄、绿、红、等整理课件5.5.2 导线截面选择和校验条件选择导线和电缆截面的条件： 发热条件电压损耗条件经济电流密度机械强度：表5.45.5.3 按发热条件选择导线和电缆截面 导线和电缆在通过正常最大负荷电流即计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度 1、三相系统相线截面的选择 其允许载流量不小于通过相线的计算电流，即： 如果环境温度偏差较大时，考虑温度校正系数： 导线允许载流量可查附表4、5、6、7、82、中性线（N线）截面的选择 三相四线制中性线： 两相三线及单相线路： 对于三次谐波电流相当突出的三相四线制中心线： 整理课件3、保护线(PE线)截面的选择 正常情况下，保护线不流过负荷电流，但当系统发生单相短路故障时，单相短路电流通过保护线，因此需要满足短路热稳定星要求,截面不同要求不同 当 时:当 时：当 时： 4、保护中性线(PEN线)截面的选择 保护中性线兼有保护线和中性线的双重功能，因此PEN线截面选择应同时满足上述PE线和N线的要求，取其中的最大截面。

举例说明：例5.4 整理课件5.5.4 按允许电压损失选择导线和电缆截面面积导线和电缆在通过正常最大负荷电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗一般线路允许损耗不超过5% 线路常用的基本接线方式有放射式、树干式和环式接线1）线路电压损失的计算电压降落：线路首末端电压的相量差，即：电压损失：线路首末端电压的代数差，即：1）放射式线路电压损失的计算：整理课件5.5.4 按允许电压损失选择导线和电缆截面面积放射式线路可以简化成终端有一个集中负荷的三相线路，如图：整理课件5.5.4 按允许电压损失选择导线和电缆截面面积2）树干式电压损失的计算先计算出各线路的电压损失，总的电压损失等于各段线路的电压损失之和根据前面的公式，可得到各干线的电压损失为：整理课件5.5.4 按允许电压损失选择导线和电缆截面面积由此可知，n段干线的总电压损失为： 或若用百分数表示，则可写成：（2）按允许电压损失选择导线截面假定各段干线采用相同的截面的导线或电缆举例说明，例5.5 整理课件5.5.5 按经济电流密度选择截面 导线或电缆的截面越大，线路的功率损耗和电能损耗越小，运行费用少，但是线路投资和有色金属消耗量都要增加。

反之，导线截面积越小，投资越少，但是线路的功率损耗和电能损耗却要增大综合以上两种情况，使年运行费用达到最小，初投资费用又不过大而确定的符合经济利益的导线截面，称为经济截面对应于经济截面的导线电流密度，称为经济电流密度 曲线1线路的年折旧维护费，曲线2线路的年电能损耗费，曲线3线路的年运行费用 整理课件经济截面 35kV及以上的高压线路及35kV以下的长距离、大电流线路，例如较长的电源进线和电弧炉的短网等线路，其截面宜按经济电流密度选择 例 5.6 年最大有功负荷利用小时线路类别导线材质3000h以下3000～5000h5000h以上 铜 3.00 2.25 1.75架空线路 铝 1.65 1.15 0.90 铜 2.50 2.25 2.00电缆线路 铝 1.92 1.73 1.54经济电流密度 可查下表： 整理课件Ø按机械强度选择截面按机械强度选择截面 导线和电缆截面不应小于其最小允许截面，如表5.4 根据设计经验：一般lOkV及以下的高压线路和低压动力线路，通常先按发热条件来选择导线和电缆截面，再校验其电压损耗和机械强度。

低压照明线路，因其对电压水平要求较高，通常先按允许电压损耗进行选择，再校验其发热条件和机械强度对长距离大电流线路和35kV及以上的高压线路，则可先按经济电流密度确定经济截面，再校验其他条件 整理课件5.6 母线的选择与校验5.6.1 母线的材料、类型和布置方式母线的材料有铜和铝，选择母线的材料时，应贯彻“以铝代铜”的方针矩形铝排母线散热较好，有一定的机械强度，便于固定和安装，在中小型变电所和发电厂中广泛应用5.6.2 母线的选择和校验（1）母线截面的选择u按发热条件选择：u按经济电流密度选择：（2）母线的校验u动稳定校验：当短路冲击电流通过母线时产生的最大应力应不大于母线的允许应力： ，硬铜母线的允许应力为137MPa，硬铝为69MPa整理课件5.6 母线的选择与校验短路电流通过母线时产生的最大应力为：2）热稳定校验根据热稳定条件计算导体的最小截面为：式中，C表示导体的热稳定系数，可查表5.6.I∞表示三相短路稳态电流，只要A>Amin, 热稳定性就满足要求 例5.7 整理课件。