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第六章第六章 导体和电气设备的原理与选择导体和电气设备的原理与选择 （1 1）基本要求：基本要求：设备选择的一般原则设备选择的一般原则 第一节第一节 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件n短路时电网的总阻抗减小，短路电流增大，使导体大量发热，短路时电网的总阻抗减小，短路电流增大，使导体大量发热，对机械强度和绝缘产生很大的影响，同时还将产生很大的电动对机械强度和绝缘产生很大的影响，同时还将产生很大的电动力作用于导体，使导体变形或损坏。因此电气装置中的各种电力作用于导体，使导体变形或损坏。因此电气装置中的各种电器设备应有足够的电动力稳定性和热稳定性，在流过最大可能器设备应有足够的电动力稳定性和热稳定性，在流过最大可能的短路电流时间内不致损坏。的短路电流时间内不致损坏。n短路时往往有电弧产生，不仅可能烧坏元件本身，还可能烧坏短路时往往有电弧产生，不仅可能烧坏元件本身，还可能烧坏周围的设备周围的设备n短路电流基本上是感性电流，将产生去磁性电枢反应，使发电短路电流基本上是感性电流，将产生去磁性电枢反应，使发电机端电压下降，同时短路电流流过线路、电抗器等回路时电压机端电压下降，同时短路电流流过线路、电抗器等回路时电压损失增大，因而电网电压降低损失增大，因而电网电压降低n短路时由于系统中功率分布突然变化和网络电压降低，可能导短路时由于系统中功率分布突然变化和网络电压降低，可能导致并列运行的同步发电机组之间失去同步致并列运行的同步发电机组之间失去同步n不对称的短路故障会产生零序电流，会在邻近的线路内产生感不对称的短路故障会产生零序电流，会在邻近的线路内产生感应电势，造成对通信线路和信号系统的干扰应电势，造成对通信线路和信号系统的干扰 短路的危害短路的危害电力系统对电气设备的基本要求电力系统对电气设备的基本要求n绝缘安全可靠，能够承受工频最高工作电压绝缘安全可靠，能够承受工频最高工作电压的长期作用、内外过电压的短时作用；的长期作用、内外过电压的短时作用；n有一定的过载能力；有一定的过载能力；n正常发热不超过正常发热的允许温度；正常发热不超过正常发热的允许温度；n有足够的热稳定性和动稳定性；有足够的热稳定性和动稳定性；n工作性能可靠，结构简单，成本低。工作性能可靠，结构简单，成本低。一、导体和电器选择的一般原则一、导体和电器选择的一般原则n按正常工作条件进行选择按正常工作条件进行选择n按短路状态校验热稳定和动稳定按短路状态校验热稳定和动稳定运行环境运行环境导体：导体：1 1、按正常工作条件选择电器设备、按正常工作条件选择电器设备n额定电压额定电压 UN UNS UN-电器设备额定电压；电器设备额定电压；UNS-电网额定电压电网额定电压n额定电流额定电流 K IN Imax IN -电器设备在额定环境温度下的长期允许电流电器设备在额定环境温度下的长期允许电流 Imax-电器所在回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流电器所在回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流 K -综合修正系数，裸导体的综合修正系数见综合修正系数，裸导体的综合修正系数见p344附表附表3n当地环境条件校验当地环境条件校验 温度、海拔高度、风速、地震烈度 覆冰厚度、污秽等级等 我国规定电气设备的一般额定环境条件我国规定电气设备的一般额定环境条件n额定环境温度（计算温度或基准温度）额定环境温度（计算温度或基准温度）1）裸导体和电缆：）裸导体和电缆：25 2）断路器、隔离开关、穿墙套管、电流互）断路器、隔离开关、穿墙套管、电流互感器、电抗器等：感器、电抗器等：40 3）无日照）无日照n海拔高度海拔高度 不超过不超过1000m选择导体和电器时的实际环境温度选择导体和电器时的实际环境温度屋外屋外屋内屋内裸导体裸导体最热月平均最热月平均最高温度最高温度屋内通风设计温屋内通风设计温度，无资料时取度，无资料时取最热月平均最高最热月平均最高温度加温度加5度度电缆电缆电缆沟：最电缆沟：最热月平均最热月平均最高温度高温度同上同上电缆隧道：该处通风设电缆隧道：该处通风设计温度；计温度；土中直埋：最热月平均土中直埋：最热月平均地温地温电器电器年最高温度年最高温度同上同上电抗器室：该处通风设电抗器室：该处通风设计最高排风温度计最高排风温度环境温度高于环境温度高于+40，每增高每增高1，额定电流减少额定电流减少1.8%；环境温度高于环境温度高于+40，每降低每降低1，额定电流增加额定电流增加0.5%，但，但最大不超过额定电流的最大不超过额定电流的20%。海拔高度的影响海拔高度的影响n海拔增加，空气密度和湿度降低，空气间隙和外绝缘的放电海拔增加，空气密度和湿度降低，空气间隙和外绝缘的放电特性下降，设备外绝缘强度将随海拔的升高而降低，导致设特性下降，设备外绝缘强度将随海拔的升高而降低，导致设备允许的最高工作电压备允许的最高工作电压Ualm下降。下降。n当海拔在当海拔在10004000m时，按照海拔每增加时，按照海拔每增加100m，Ualm下降下降1%来修正；来修正；n如果如果Ualm不能满足要求，需选择高原型产品或外绝缘提高一不能满足要求，需选择高原型产品或外绝缘提高一级的产品。级的产品。n现有现有110kV及以下的设备，外绝缘裕度大，可在海拔及以下的设备，外绝缘裕度大，可在海拔2000m以下使用。以下使用。最大持续工作电流最大持续工作电流Imax-电器所在回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流电器所在回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流最大持续工作电流最大持续工作电流Imax-电器所在回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流电器所在回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流发电机回路发电机回路变压器回路变压器回路 电动机回路电动机回路单回路单回路出线出线双回路双回路出线出线带电抗器出线带电抗器出线角形接线角形接线一台半断路器接线一台半断路器接线出线出线桥型接线出线桥型接线出线主母线、母联回路主母线、母联回路母线分段回路母线分段回路旁路回路旁路回路典型回路最大持续工作电流典型回路最大持续工作电流Imax的计算方法的计算方法发电机、调相机回路发电机、调相机回路-1.05倍发电机、调相机额定电流倍发电机、调相机额定电流变压器回路变压器回路-1.05倍变压器额定电流倍变压器额定电流 -1.32.0倍变压器额定电流倍变压器额定电流 电动机回路电动机回路-电动机额定电流电动机额定电流 单回路单回路出线出线-线路最大负荷电流线路最大负荷电流 双回路双回路出线出线-1.22.0倍一回线的正常最大负荷电流倍一回线的正常最大负荷电流 带电抗器出线带电抗器出线-电抗器额定电流电抗器额定电流 角形、一台半断路器接线回路角形、一台半断路器接线回路出线出线-两个相邻回路正常负荷电流两个相邻回路正常负荷电流桥型接线出线桥型接线出线-最大元件负荷电流，桥回路还需考虑系统穿越功率最大元件负荷电流，桥回路还需考虑系统穿越功率主母线、母联回路主母线、母联回路-母线上最大一台发电机或变压器的计算电流母线上最大一台发电机或变压器的计算电流 母线分段回路母线分段回路-发电厂为相邻两段母线上最大一台发电机额定电流的发电厂为相邻两段母线上最大一台发电机额定电流的50508080 变电所为用户一类负荷和大部分二类负荷变电所为用户一类负荷和大部分二类负荷 旁路回路旁路回路-需旁路的回路最大额定电流需旁路的回路最大额定电流2、按短路情况校验按短路情况校验n短路热稳定校验短路热稳定校验 I t2 t Qk 或 S Smin Qk-短路电流产生的热效应；It、t-电器允许通过的热稳定电流和时间S-按正常工作条件确定的导体或电缆的截面积Smin-按热稳定确定的导体或电缆的最小截面积n电动力稳定校验电动力稳定校验 ies ish 或 Ies Ish ish、Ish -短路冲击电流幅值和有效值；ies、Ies-电器允许通过的动稳定电流的幅值和有效值。不不需需校校验验热热稳稳定定或或动动稳定的情况稳定的情况a.用用熔熔断断器器保保护护的的电电器器可可不验算热稳定。不验算热稳定。b.采采用用有有限限流流电电阻阻的的熔熔断断器器保保护护的的设设备备可可不不校校验验动稳定。动稳定。c.装设在电压互感器回路装设在电压互感器回路中的裸导体和电器可不中的裸导体和电器可不验算热稳定和动稳定。验算热稳定和动稳定。3 3、短路电流计算条件、短路电流计算条件n容量和接线容量和接线 按本工程的最终容量计算，并考虑本工按本工程的最终容量计算，并考虑本工程建成后程建成后510年的电力系统远景发展规划，按可能年的电力系统远景发展规划，按可能发生最大短路电流的正常接线方式进行短路计算。发生最大短路电流的正常接线方式进行短路计算。n短路种类短路种类 一般按三相短路进行验算。一般按三相短路进行验算。n选择短路计算点选择短路计算点 在短路计算接线中，选择通过电在短路计算接线中，选择通过电器的短路电流为最大的点为短路计算点。器的短路电流为最大的点为短路计算点。n注意：通过电气设备的短路电流和流入短路点的短路注意：通过电气设备的短路电流和流入短路点的短路电流不一定相同电流不一定相同确定短路点确定短路点对比较复杂的接对比较复杂的接线，应考虑可能线，应考虑可能性较大的运行方性较大的运行方式，即某一元件式，即某一元件检修，再发生另检修，再发生另一元件故障情况一元件故障情况下，寻找通过所下，寻找通过所选设备短路电流选设备短路电流为最大的那一点为最大的那一点为短路计算点。为短路计算点。发电机出口断路器发电机出口断路器：比较：比较K1K1和和K2K2点短路时，哪种情况通过点短路时，哪种情况通过QF1QF1的短路电流大。的短路电流大。母联母联QF5QF5：考虑母联断路器考虑母联断路器QF5QF5向备用母线充电时，备向备用母线充电时，备用母线故障，即用母线故障，即K4K4点短路时，点短路时，流过母联断路器的短路电流流过母联断路器的短路电流最大。最大。带电抗器的带电抗器的6 61010KVKV出线回路出线回路：由于：由于干式电抗器可靠干式电抗器可靠性高，且断路器性高，且断路器QF4QF4与电抗器间的与电抗器间的连线很短故障连线很短，故障几率小，一般不几率小，一般不选选K7K7，而应选而应选K8K8。主变低压侧QF3：可能出现的短路点和运行方式很多，当变压器高压侧QF6断开而K3点短路时最严重。类似的，选择QF6，应为QF3断开，K5点短路。分段断路器分段断路器QF7QF7：当主当主变变T1T1退出运行而相应母退出运行而相应母线段线段K1K1点发生短路时最点发生短路时最严重。严重。母线至母线隔离开母线至母线隔离开关前的引线和套管关前的引线和套管：应选择母线段应选择母线段K7K7点。点。短路计算时间短路计算时间 n验算热稳定的计算时间验算热稳定的计算时间 tk =tpr+tab ta b=tin+tatp r后备保护动作时间；后备保护动作时间；ta b-断路器全开断时间；断路器全开断时间；ti n-断路器固有分闸时间；断路器固有分闸时间；ta-断断路路器器开开断断时时，电电弧弧持持续续时时间间，对对少少油油断断路路器器0.040.06s，SF6和压缩空气断路器约为和压缩空气断路器约为0.020.04s。n开关电器的开断时间开关电器的开断时间 tb r =t p r1+tin t p r1-主保护动作时间主保护动作时间tin-断路器固有分闸时间断路器固有分闸时间n为选择电气设备而进行的短路计算的条为选择电气设备而进行的短路计算的条件是什么？件是什么？补充1：三相实用短路计算三相短路电流周期分量任意时刻值的计算三相短路电流周期分量任意时刻值的计算计算各元件参数标幺值，作出等值电路；计算各元件参数标幺值，作出等值电路；进行网络简化，求出各电源点与短路点之间的进行网络简化，求出各电源点与短路点之间的转移转移电抗电抗；将转移电抗换算成各电源的计算电抗将转移电抗换算成各电源的计算电抗；查运算曲线，得到各电源在查运算曲线，得到各电源在某同一时刻某同一时刻供出的供出的短路短路电流标幺值电流标幺值；将各电流标幺值换算成有名值后相加，得到短路点将各电流标幺值换算成有名值后相加，得到短路点在某一时刻的三相短路电流周期分量。在某一时刻的三相短路电流周期分量。三相实用短路计算三相短路电流非周期分量的计算三相短路电流非周期分量的计算Ta-短路点等效时间常数短路点等效时间常数见电力系统课程设计及毕业设计参考资料表见电力系统课程设计及毕业设计参考资料表6-2基准值的选取与网络模型的建立n忽略负荷电流；忽略负荷电流；n不计各元件的电阻、线路电纳和变压器的导纳；不计各元件的电阻、线路电纳和变压器的导纳；n发电机用次暂态电抗表示，发电机电势模值为发电机用次暂态电抗表示，发电机电势模值为1，相，相角为角为0。l近似计算：各基准电压为平均电压近似计算：各基准电压为平均电压Uavl见电力系统课程设计及毕业设计参考资料表见电力系统课程设计及毕业设计参考资料表6-1补充2 桥形接线和角形接线内桥接线为避内桥接线为避免线路断路器免线路断路器检修系统开环，检修系统开环，可增设跨条。可增设跨条。外桥接线为避外桥接线为避免变压器侧断免变压器侧断路器检修变压路器检修变压器停运，可增器停运，可增设跨条。设跨条。QF4QF2QF4QF3T1T2WL1WL2QF1QF2QF3QF1若若QF1检修，检修，WL2故障，出故障，出现什么现象？现什么现象？WL1WL2选择选择QF1时，时，如何确定如何确定Imax和短路点？和短路点？分析桥形接线和角形接线的分析桥形接线和角形接线的Imax和短路计算点和短路计算点I1I2外桥接线无穿越功率外桥接线无穿越功率选择选择QF1时：时：ImaxK1短路点为短路点为k1K1XL1XL2选择选择QF2时：？时：？选择选择QF3时：？时：？选择选择QS1时：？时：？正常运行正常运行线路检修线路检修变压器检修变压器检修QF1QF2QF3SN1SN2QS1出线：最大元件负荷电流出线：最大元件负荷电流I1I2外桥接线有穿越功率外桥接线有穿越功率选择选择QF1时：时：K1短路点为短路点为k1K1XL1XL2选择选择QF2时：？时：？选择选择QF3时：？时：？选择选择QS1时：？时：？正常运行正常运行线路检修线路检修变压器检修变压器检修QF1QF2QF3SN1SN2QS1Imax出线：最大元件负荷电流，桥回路还需考虑系统穿越功率出线：最大元件负荷电流，桥回路还需考虑系统穿越功率QF1QF2QF3I1I2SN1SN2ImaxK1QS1选择选择QS1 时：时：短路点为短路点为k1K1XL1XL2选择选择QF1 时：？时：？选择选择QF3时：？时：？选择选择QF2时：？时：？正常运行正常运行线路检修线路检修变压器检修变压器检修内桥接线无穿越功率内桥接线无穿越功率K1XL1出线：最大元件负荷电流出线：最大元件负荷电流QF1QF2QF3I1I2SN1SN2ImaxK1QS1选择选择QS1 时：时：短路点为短路点为k1K1XL1XL2选择选择QF1 时：？时：？选择选择QF3时：？时：？选择选择QF2时：？时：？正常运行正常运行线路检修线路检修变压器检修变压器检修内桥接线有穿越功率内桥接线有穿越功率K2XL1K2出线：最大元件负荷电流，桥回路还需考虑系统穿越功率出线：最大元件负荷电流，桥回路还需考虑系统穿越功率QF4QF2QF4QF3T1T2WL1WL2QF1QF2QF3QF1WL1WL2QF3检修检修K1K1选择选择QF1时：时：T2检修检修I1I2IT1IT2WL2检修检修短路计算点：短路计算点：QF3检修，检修，K1点短路点短路I Imaxmax：两个相邻回路正常负荷电流两个相邻回路正常负荷电流T1T2I2I1小结小结n电器设备选择的一般原则电器设备选择的一般原则n最大持续工作电流的计算最大持续工作电流的计算n短路计算点的确定原则短路计算点的确定原则录像录像-高压断路器高压断路器