電氣一次部分設(shè)計指導書

1、電氣一次部分設(shè)計指導書李文才編河北工程技術(shù)高等?？茖W校電氣工程系2004 年 6 月一、短路電流計算（一）短路電流計算條件為使所選電氣設(shè)備具有足夠的可靠性、 經(jīng)濟性和合理性， 并在一定時期內(nèi)適應(yīng)電 力系統(tǒng)發(fā)展的需要，作校驗用的短路電流應(yīng)按下列條件確定。（ 1）容量和接線按本工程設(shè)計最終容量計算， 并考慮電力系統(tǒng)遠景發(fā)展規(guī)劃 （ 般為本工程建成后 510年）：其接線應(yīng)采用可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式， 但不考慮在切換過程中可能短時并列的接線方式。 （如切換廠用變壓器時的并列） 。（ 2）短路種類一般按三相短路驗算，若其他種類短路較三相短路嚴重時，即應(yīng) 按最嚴重的情況驗算。（3）計算短路點選

2、擇通過電器的短路電流為最大的那些點為短路計算點。（二）短路電流計算方法短路電流計算方法參見電力系統(tǒng)故障一書，在本設(shè)計中，電力系統(tǒng)可看作是 無窮大系統(tǒng)。（三）短路計算時間當短路持續(xù)時間大于Is時，校驗熱穩(wěn)定的等值計算時間tk為繼電保護動作時間t pr和相應(yīng)斷路器的全開斷時間t ab之和，即t dz =t pr +t ab而 tab=t in +t a式中tab斷路器全開斷時間；tpr 后備保護動作時間；tin 斷路器固有分閘時間，可查附表15：ta斷路器開斷時電弧持續(xù)時間，對少泊斷路器為0.040.06s，對SF6和壓縮空氣斷路器約為 0.020.04s。當短路持續(xù)時間小于 Is時，校驗熱穩(wěn)定的

3、等值計算時間還要計及短路電流非周 期分量的影響，參見教材第六章。開斷電器應(yīng)能在最嚴重的情況下開斷短路電流，考 慮到主保護拒動等原因，按最不利情況，取后備保護的動作時間。一般建議tdz不小于下列數(shù)據(jù)：330kV, 2s： 220kV, 3s : 6110kV, 4s。二、高壓電氣設(shè)備選擇的一般條件電氣設(shè)備選擇是發(fā)電廠和變電所設(shè)計的主要內(nèi)容之一，在選擇時應(yīng)根據(jù)實際工作特點，按照按照有關(guān)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定，在保證供配電安全可靠的前提下，力爭做到技術(shù) 先進，經(jīng)濟合理。為了保障高壓電氣設(shè)備的可靠運行，高壓電氣設(shè)備選擇與校驗的一 般條件有，按正常工作條件包括：電壓、電流、頻率、開斷電流等選擇；按短路條件 包括

4、動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定校驗；按環(huán)境工作條件如溫度、濕度、海拔等選擇。由于各種高壓電氣設(shè)備具有不同的性能特點，選擇與校驗條件不盡相同，高壓電氣設(shè)備的選擇與校驗項目見表1。表1高壓電氣設(shè)備的選擇與校驗項目電氣設(shè)備名稱額定電壓額定電流開斷能力短路電流校驗環(huán)境條件其它動穩(wěn)定熱穩(wěn)定斷路器VVVOOO操作性能負荷開關(guān)VVVOOO操作性能隔離開關(guān)VVOOO操作性能熔斷器VVVO上、下級間配合電流互感器VVOOO電壓互感器VO二次負荷、準確等級支柱絕緣字VOO二次負荷、準確等級穿墻套管VVOOO母線VOOO電 纜VVOO注：表中"V"為選擇項目，” O"為校驗項目。(一) 按正常工作條件

5、選擇高壓電氣設(shè)備1. 額定電壓和最高工作電壓高壓電氣設(shè)備所在電網(wǎng)的運行電壓因調(diào)壓或負荷的變化，常高于電網(wǎng)的額定電壓，故所選電氣設(shè)備允許最高工作電壓Ualm不得低于所接電網(wǎng)的最高運行電壓。一般電氣設(shè)備允許的最高工作電壓可達1.11.15Un,而實際電網(wǎng)的最高運行電壓Usm 般不超過I.IUns因此在選擇電氣設(shè)備時，一般可按照電氣設(shè)備的額定電壓的額定電壓 Un不低于裝置地點電網(wǎng)額定電壓UNs的條件選擇，即Un > Uns2. 額定電流電氣設(shè)備的額定電流In是指在額定環(huán)境溫度下，電氣設(shè)備的長期允許通過電流。I N應(yīng)不小于該回路在各種合理運行方式下的最大持續(xù)工作電流I w.max，即I N A

6、I max計算時有以下幾個應(yīng)注意的問題：(1) 由于發(fā)電機、調(diào)相機和變壓器在電壓降低5%時，出力保持不變，故其相應(yīng)回路的Iw.max為發(fā)電機、調(diào)相機或變壓器的額定電流的1.5倍；(2) 若變壓器有過負荷運行可能時，Imax應(yīng)按過負荷確定(1.32倍變壓器額 定電流)；(3) 母聯(lián)斷路器回路一般可取母線上最大一臺發(fā)電機或變壓器的Imax；(4) 出線回路的Iw.max除考慮正常負荷電流(包括線路損耗)外，還應(yīng)考慮事故 時由其它回路轉(zhuǎn)移過來的負荷。此外，還應(yīng)按電氣設(shè)備的裝置地點、使用條件、檢修和運行等要求，對電氣設(shè)備進行種類（屋內(nèi)或屋外）和型式的選擇。（二）按環(huán)境工作條件校驗在選擇電氣設(shè)備時，還應(yīng)

7、考慮電氣設(shè)備安裝地點的環(huán)境（尤須注意小環(huán)境）條件,當氣溫、風速、溫度、污穢等級、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等環(huán)境條件超過一般電氣設(shè)備使用條件時，應(yīng)采取措施。例如：當?shù)貐^(qū)海拔超過制造部門的規(guī)定值時，由于大氣壓力、空氣密度和濕度相應(yīng)減少，使空氣間隙和外絕緣的放電特性下降，一 般當海拔在10003500m范圍內(nèi)，若海拔比廠家規(guī)定值每升高100m，則電氣設(shè)備允許最高工作電壓要下降 1%。當最高工作電壓不能滿足要求時，應(yīng)采用高原型電氣設(shè)備，或采用外絕緣提高一級的產(chǎn)品。對于110kV及以下電氣設(shè)備，由于外絕緣裕度較大，可在海拔2000m以下使用。當污穢等級超過使用規(guī)定時，可選用有利于防污的電瓷產(chǎn)品，當經(jīng)

8、濟上合理時可采用屋內(nèi)配電裝置。當周圍環(huán)境溫度00和電氣設(shè)備額定環(huán)境溫度不等時，其長期允許工作電流應(yīng)乘以修正系數(shù)K，即lai = KI N(1)我國目前生產(chǎn)的電氣設(shè)備使用的額定環(huán)境溫度&=40 C。如周圍環(huán)境溫度 ®高于40C （但低于60C ）時，其允許電流一般可按每增高 1 C,額定電流減少1.8%進行修正， 當環(huán)境溫度低于 40C時，環(huán)境溫度每降低 1C,額定電流可增加 0.5%，但其最大電 流不得超過額定電流的 20%。應(yīng)該指出，式（1）也適用于求導體的在實際環(huán)境溫度下的長期允許工作電流， 此時公式中的0N 一般為25 C。（三）按短路條件校驗1. 短路熱穩(wěn)定校驗短路電

9、流通過電氣設(shè)備時，電氣設(shè)備各部件溫度（或發(fā)熱效應(yīng)）應(yīng)不超過允許值。滿足熱穩(wěn)定的條件為|t2t > I 2tdz18短路穩(wěn)態(tài)電流值。t與It相對應(yīng)的時間。tdz短路電流熱效應(yīng)等值計算時間。2. 電動力穩(wěn)定校驗電動力穩(wěn)定是電氣設(shè)備承受短路電流機械效應(yīng)的能力， 也稱動穩(wěn)定。 滿足動穩(wěn)定 的條件為iesich或lesIch式中ich、Ich短路沖擊電流幅值及其有效值；ies、les-電氣設(shè)備允許通過的動穩(wěn)定電流的幅值及其有效值。下列幾種情況可不校驗熱穩(wěn)定或動穩(wěn)定：（1）用熔斷器保護的電器，其熱穩(wěn)定由熔斷時間保證，故可不校驗熱穩(wěn)定。（2）采用限流熔斷器保護的設(shè)備，可不校驗動穩(wěn)定。（3）裝設(shè)在電壓互

10、感器回路中的裸導體和電氣設(shè)備可不校驗動、熱穩(wěn)定。 （三）高壓斷路器、隔離開關(guān)、重合器和分段器的選擇（一）高壓斷路器的選擇 高壓斷路器選擇及校驗條件除額定電壓、額定電流、熱穩(wěn)定、動穩(wěn)定校驗外，還 應(yīng)注意以下幾點：1 斷路器種類和型式的選擇 高壓斷路器應(yīng)根據(jù)斷路器安裝地點、環(huán)境和使用條件等要求選擇其種類和型式。由于少油斷路器制造簡單、價格便宜、維護工作量較少，故在3220kV 系統(tǒng)中應(yīng)用較廣，但近年來，真空斷路器在 35kV 及以下電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，有取代油 斷路器的趨勢。SF6斷路器也已在向中壓 1035kV發(fā)展，并在城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)和改造中 獲得了應(yīng)用。高壓斷路器的操動機構(gòu)， 大多數(shù)是由制

11、造廠配套供應(yīng)， 僅部分少油斷路器有電磁 式、彈簧式或液壓式等幾種型式的操動機構(gòu)可供選擇。 一般電磁式操動機構(gòu)需配專用 的直流合閘電源，但其結(jié)構(gòu)簡單可靠；彈簧式結(jié)構(gòu)比較復雜，調(diào)整要求較高；液壓操 動機構(gòu)加工精度要求較高。 操動機構(gòu)的型式， 可根據(jù)安裝調(diào)試方便和運行可靠性進行 選擇。2 額定開斷電流選擇在額定電壓下， 斷路器能保證正常開斷的最大短路電流稱為額定開斷電流。 高壓斷路器的額定開斷電流 iNbr，不應(yīng)小于實際開斷瞬間的短路電流周期分量Izt，即I NbrI當斷路器的INbr較系統(tǒng)短路電流大很多時，為了簡化計算，也可用次暫態(tài)電流I"進行選擇即I Nbr我國生產(chǎn)的高壓斷路器在做型式

12、試驗時，僅計入了20%的非周期分量。一般中、慢速斷路器，由于開斷時間較長 （0.1s），短路電流非周期分量衰減較多，能滿足國家 標準規(guī)定的非周期分量不超過周期分量幅值20%的要求。使用快速保護和高速斷路器時，其開斷時間小于 0.1s，當在電源附近短路時，短路電流的非周期分量可能超過周 期分量的 20%，因此需要進行驗算。 短路全電流的計算方法可參考有關(guān)手冊， 如計算 結(jié)果非周期分量超過 20%以上時，訂貨時應(yīng)向制造部門提出要求。裝有自動重合閘裝置的斷路器， 當操作循環(huán)符合廠家規(guī)定時， 其額定開斷電流不 變。3. 短路關(guān)合電流的選擇 在斷路器合閘之前，若線路上已存在短路故障，則在斷路器合閘過程中

13、，動、靜 觸頭間在未接觸時即有巨大的短路電流通過（預擊穿） ，更容易發(fā)生觸頭熔焊和遭受 電動力的損壞。且斷路器在關(guān)合短路電流時，不可避免地在接通后又自動跳閘，此時 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i Ncli（二）隔離開關(guān)的選擇 隔離開關(guān)選擇及校驗條件除額定電壓、額定電流、熱穩(wěn)定、動穩(wěn)定校驗外，還應(yīng) 注意其種類和形式的選擇， 尤其屋外式隔離開關(guān)的型式較多， 對配電裝置的布置和占 地面積影響很大，因此其型式應(yīng)根據(jù)配電裝置特點和要求以及技術(shù)經(jīng)濟條件來確定。

14、表 2 為隔離開關(guān)選型參考表。表 2 隔離開關(guān)選型參考表使用場合特 點參考型號屋內(nèi)配電裝置成套高壓開關(guān) 柜三級，10kV以下GN2，GN6，GN8，GN19屋單極，大電流 300013000AGN10三級，15kV，200600AGN11內(nèi)發(fā)電機回路，大電流回路三級，10kV，大電流 20003000AGN18，GN22，GN2單極，插入式結(jié)構(gòu)，帶封閉罩20 kV，大電流1000013000AGN14220kV及以下各型配電裝置雙柱式，220kV及以下GW4屋高型，硬母線布置V 型，35110kVGW5外硬母線布置單柱式，220500 kVGW620kV及以上中型配電裝置三柱式，220500

15、kVGW7(三) 重合器和分段器的選擇1重合器的選擇選用重合器時，要使其額定參數(shù)滿足安裝地點的系統(tǒng)條件，具體要求有：(1) 額定電壓重合器的額定電壓應(yīng)等于或大于安裝地點的系統(tǒng)最高運行電壓。(2) 額定電流重合器的額定電流應(yīng)大于安裝地點的預期長遠的最大負荷電流。除此，還應(yīng)注意重合器的額定電流是否滿足觸頭載流、溫升等因素而確定的參數(shù)。為滿足保護配合要求，還應(yīng)選擇好串聯(lián)線圈和電流互感器的額定電流。通常，選擇重合器額定電流時留 有較大的裕度。選擇串聯(lián)線圈時應(yīng)以實際預期負荷為準。(3) 確定安裝地點最大故障電流。重合器的額定短路開斷電流應(yīng)大于安裝地點的長遠規(guī)劃最大故障電流。(4) 確定保護區(qū)域未端最小故

16、障電流重合器的最小分閘電流應(yīng)小于保護區(qū)段最小故障電流。對液壓控制重合器，這主要涉及選擇串聯(lián)線圈額定電流問題：電流裕度大時，可適應(yīng)負荷的增加并可避免對涌流過于敏感；而電流裕度小時，可對小故障電流反應(yīng)敏感。有時，可將重合器保護區(qū) 域的末端直接選在故障電流至少為重合器最小分閘電流的 1.5 倍處，以保證滿足該項 要求。（ 5）與線路其他保護設(shè)備配合這主要是比較重合器的電流 時間特性曲線， 操作順序和復歸時間等特性， 與線 路上其他重合器、分段器、熔斷器的保護配合，以保證在重合器后備保護動作或在其 他線路元件發(fā)生損壞之前，重合器能夠及時分斷。2. 分段器的選擇選用分段器時，應(yīng)注意以下問題 :（ 1）啟

17、動電流分段器的額定啟動電流應(yīng)為后備保護開關(guān)最小分閘電流的80% 。當液壓控制分段器與液壓控制重合器配合使用時，分段器與重合器選用相同額定電流的串聯(lián)線圈即 可。因為液壓分段器的啟動電流為其串聯(lián)線圈額定電流的 1.6 倍，而液壓重合器的最 小分閘電流為其串聯(lián)線圈額定電流的 2 倍。電子控制分段器的啟動電流可根據(jù)其額定電流直接整定，但必須滿足上述 "80%" 原則。電子重合器整定值為實際動作值，應(yīng)考慮配合要求。（ 2）記錄次數(shù)分段器的計數(shù)次數(shù)應(yīng)比后備保護開關(guān)的重合次數(shù)少一次。 當數(shù)臺分段器串聯(lián)使用 時，負荷側(cè)分段器應(yīng)依次比其電源側(cè)分段器的計數(shù)次數(shù)少一次。在這種情況下，液壓 分段器

18、通常不用降低其啟動電流值的方法來達到各串聯(lián)分段器之間的配合， 而是采用 不同的計數(shù)次數(shù)來實現(xiàn)，以免因網(wǎng)絡(luò)中涌流造成分段器誤動。（ 3）記憶時間必須保證分段器的記憶時間大于后備保護開關(guān)動作的總累積時間， 否則分段器可 能部分地 "忘記 "故障開斷的分閘次數(shù)，導致后備保護開關(guān)多次不必要的分閘或分段器 與前級保護都進入閉鎖狀態(tài)，使分段器起不到應(yīng)有的作用。液壓控制分段器的記憶時間不可調(diào)節(jié)， 它由分閘活塞的復位快慢所決定。 復位快 慢又與液壓機構(gòu)中油粘度有關(guān)。四、互感器的選擇（一）電流互感器的選擇1. 電流互感器一次回路額定電壓和電流選擇電流互感器一次回路額定電壓和電流選擇應(yīng)滿足：U

19、j1U NsI N1I .max式中 UN1、 I N1 電流互感器一次額定電壓和電流。為了確保所供儀表的準確度， 互感器的一次側(cè)額定電流應(yīng)盡可能與最大工作電流 接近。2. 二次額定電流的選擇電流互感器二次額定電流有5A和1A兩種，一般強電系統(tǒng)用5A,弱電系統(tǒng)用1A。3. 電流互感器種類和型式的選擇在選擇互感器時，應(yīng)根據(jù)安裝地點（如屋內(nèi)、屋外 ） 和安裝方式 （如穿墻式、支持式、裝入式等 ） 選擇相適應(yīng)的類別和型式。選用母線型電流互感器時，應(yīng)注意校核窗 口尺寸。4. 電流互感器準確級的選擇為保證測量儀表的準確度， 互感器的準確級不得低于所供測量儀表的準確級。 例 如: 裝于重要回路 （如發(fā)電機

20、、調(diào)相機、變壓器、廠用饋線、出線等）中的電能表和計費的電能表一般采用 0.51級表，相應(yīng)的互感器的準確級不應(yīng)低于0.5級；對測量精度要求較高的大容量發(fā)電機、變壓器、系統(tǒng)干線和500kV 級宜用 0.2 級。供運行監(jiān)視、估算電能的電能表和控制盤上儀表一般皆用11.5 級的，相應(yīng)的電流互感器應(yīng)為 0.51 級。供只需估計電參數(shù)儀表的互感器可用3級的。當所供儀表要求不同準確級時，應(yīng)按相應(yīng)最高級別來確定電流互感器的準確級。5 .二次容量或二次負載的校驗為了保證互感器的準確級，互感器二次側(cè)所接實際負載Z2l 或所消耗的實際容量荷S應(yīng)不大于該準確級所規(guī)定的額定負載ZN2或額定容量SN2 （ ZN2及SN2

21、均可從產(chǎn)品樣本或有關(guān)手冊查到） ，即2SN2$= I N2 Z 2l或 Z N2 A Z 2l Rvi + Rou + Rm + R r式中 Rm ， Rr 電流互感器二次回路中所接儀表內(nèi)阻的總和與所接繼電器內(nèi) 阻的總和，可由產(chǎn)品樣本或有關(guān)手冊中查得。Rwi 電流互感器二次聯(lián)接導線的電阻。Rou 電流互感器二次連線的接觸電阻，一般取為0.1 Qo整理得：SN2I N 2 ( RtouRmRr )Rwi W2I 2N2因為A=所以 A >ca(2)(Z N 2 RtouRm Rr )式中A , lca一電流互感器二次回路連接導線截面積(mm2)及計算長度(mm)。按規(guī)程要求聯(lián)接導線應(yīng)采用不

22、得小于1.5 mm2的銅線，實際工作中常取2.5mm2的銅線。當截面選定之后，即可計算出聯(lián)接導線的電阻Rwi。有時也可先初選電流互感器，在已知其二次側(cè)連接的儀表及繼電器型號的情況下，利用式(11)確定連接導線的截面積。但須指出，只用一只電流互感器時電阻的計算長度應(yīng)取連接長度2倍，如用三只電流互感器接成完全星形接線時，由于中線電流近于零，則只取連接長度為電阻的計算長度。 若用兩只電流互感器接成不完全星形結(jié)線時，其二次公用線中的電流為兩相電流之向量和，其值與相電流相等，但相位差為60,故應(yīng)取連接長度的.3倍為電阻的計算長度。6.熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定校驗(1) 電流互感器的熱穩(wěn)定校驗只對本身帶有一次回路導

23、體的電流互感器進行。電流互感器熱穩(wěn)定能力常以1s允許通過的一次額定電流IN1的倍數(shù)Kh來表示，故熱穩(wěn)定應(yīng)按下式校驗(KhlN1)2I - 2tdz式中Kh, IN1 由生產(chǎn)廠給出的電流互感器的熱穩(wěn)定倍數(shù)及一次側(cè)額定電流。I- , tdz 短路穩(wěn)態(tài)電流值及熱效應(yīng)等值計算時間。(2) 電流互感器內(nèi)部動穩(wěn)定能力，常以允許通過的一次額定電流最大值的倍數(shù)kmo 一動穩(wěn)定電流倍數(shù)表示，故內(nèi)部動穩(wěn)定可用下式校驗.2 K moI N1ich式中Kmo, IN1 由生產(chǎn)廠給出的電流互感器的動穩(wěn)定倍數(shù)及一次側(cè)額定電流。i ch 故障時可能通過電流互感器的最大三相短路電流沖擊值。由于鄰相之間電流的相互作用，使電流互

24、感器絕緣瓷帽上受到外力的作用，因此，對于瓷絕緣型電流互感器應(yīng)校驗瓷套管的機械強度。瓷套上的作用力可由一般電動力公式計算，故外部動穩(wěn)定應(yīng)滿足Fai0.5 X 1.73 X 10-7i ch2 -（N）a式中Fai 作用于電流互感器瓷帽端部的允許力；I電流互感器出線端至最近一個母線支柱絕緣子之間的跨距。系數(shù)0.5表示互感器瓷套端部承受該跨上電動力的一半。（二）電壓互感器的選擇1. 電壓互感器一次回路額定電壓選擇為了確保電壓互感器安全和在規(guī)定的準確級下運行，電壓互感器一次繞組所接電力網(wǎng)電壓應(yīng)在（1.10.9） Uni范圍內(nèi)變動，即滿足下列條件1.1 U ni> U ns>0.9 U ni

25、式中 Un1 電壓互感器一次側(cè)額定電壓。選擇時，滿足 Un1 = U ns即可。2. 電壓互感器二次側(cè)額定電壓的選擇電壓互感器二次側(cè)額定線間電壓為100V，要和所接用的儀表或繼電器相適應(yīng)。3. 電壓互感器種類和型式的選擇電壓互感器的種類和型式應(yīng)根據(jù)裝設(shè)地點和使用條件進行選擇，例如：在635kV屋內(nèi)配電裝置中，一般采用油浸式或澆注式；110220kV配電裝置通常采用串級式電磁式電壓互感器；220kV及其以上配電裝置，當容量和準確級滿足要求時，也可采 用電容式電壓互感器。4. 準確級選擇和電流互感器一樣， 供功率測量、電能測量以及功率方向保護用的電壓互感器應(yīng) 選擇0.5級或1級的，只供估計被測值的

26、儀表和一般電壓繼電器的選用3級電壓互感器為宜。5. 按準確級和額定二次容量選擇首先根據(jù)儀表和繼電器接線要求選擇電壓互感器接線方式，并盡可能將負荷均勻分布在各相上，然后計算各相負荷大小，按照所接儀表的準確級和容量選擇互感器的準確級額定容量。有關(guān)電壓互感器準確級的選擇原則，可參照電流互感器準確級選擇。一般供功率測量、電能測量以及功率方向保護用的電壓互感器應(yīng)選擇0.5級或1級的,只供估計被測值的儀表和一般電壓繼電器的選用3級電壓互感器為宜。電壓互感器的額定二次容量(對應(yīng)于所要求的準確級)Sn2，應(yīng)不小于電壓互感器的二次負荷S2,即Sn2 > S2( 3)S2-(So cos )2 ( So s

27、in )2( P0)2 ( Qo)2式中So、Po、Qo各儀表的視在功率、有功功率和無功功率。cos 各儀表的功率因數(shù)。如果各儀表和繼電器的功率因數(shù)相近， 或為了簡化計算起見，也可以將各儀表和 繼電器的視在功率直接相加，得出大于 S2的近似值，它若不超過 SN2,則實際值更能 滿足式(3 )的要求。由于電壓互感器三相負荷常不相等，為了滿足準確級要求，通常以最大相負荷進行比較。計算電壓互感器各相的負荷時，必須注意互感器和負荷的接線方式。表3列出電壓互感器和負荷接線方式不一致時每相負荷的計算公式。0.Flih T_!"r 必 11HhAr 氐卜 %cl一|°sAPa =尸坤詛一

28、卑屮打打Q二f * 神盯丿岳AftPg = i/J Si <1S f ¥ 亠：節(jié)）Qmyrsmtf + ；印門iPn =B 十 JO ）十禹嚴卅；輒一30 l J /TQu =:毒啊lU*.30 ）-兀2職弔I.Jll1' i'HCP.-=丿飛耳匚-Ml Qu =S- in（-和 irJ*t 務(wù)（料-+ JiH ji J /JQi = 5» I表 3 電壓互感器二次繞組負荷計算公式五、高壓熔斷器的選擇 高壓熔斷器按額定電壓、額定電流、開斷電流和選擇性等項來選擇和校驗。1. 額定電壓選擇對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Lk

29、so但是對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，這是因為限流式熔斷器滅弧能力很強， 在短路電流達到最大值之前就將電流截斷， 致使熔體熔斷時因截流而產(chǎn)生過電壓， 其過電壓倍數(shù)與電路參數(shù)及熔體長度有關(guān)， 一 般在LNs=LN的電網(wǎng)中，過電壓倍數(shù)約22.5倍，不會超過電網(wǎng)中電氣設(shè)備的絕緣水平， 但如在Lks<LN的電網(wǎng)中，因熔體較長，過電壓值可達3.54倍相電壓，可能損害電網(wǎng) 中的電氣設(shè)備。2. 額定電流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熱和損壞， 高壓熔斷器的熔管

30、額定電流應(yīng) 滿足式（4）的要求，即I Nft A I Nfs（4）式中| Nft 熔管的額定電流I Nfs 熔體的額定電流3. 熔體額定電流選擇為了防止熔體在通過變壓器勵磁涌流和保護范圍以外的短路及電動機自啟動等沖擊電流時誤動作，保護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式（13）選擇，即I Nfs =KI max式中K可靠系數(shù)（不計電動機自啟動時 K=1.11.3，考慮電動機自啟動時K=1.5 2.0）;I max一電力變壓器回路最大工作電流。用于保護電力電容器的高壓熔斷器的熔體，當系統(tǒng)電壓升高或波形畸變引起回路電流增大或運行過程中產(chǎn)生涌流時不應(yīng)誤熔斷，其熔體按式（5）選

31、擇，即I Nfs =KI Nc（ 5 ）式中K一可靠系數(shù)（對限流式高壓熔斷器，當一臺電力電容器時K=1.52.0，當一組電力電容器時K=1.31.8）;I Nc 一電力電容器回路的額定電流。4. 熔斷器開斷電流校驗I Nbr> I ch（或 I"）（6）式中I Nbr熔斷器的額定開斷電流對于沒有限流作用的熔斷器，選擇時用沖擊電流的有效值Ich進行校驗；對于有限流作用的熔斷器，在電流達最大值之前已截斷，故可不計非周期分量影響，而采用 I"進行校驗。5. 熔斷器選擇性校驗為了保證前后兩級熔斷器之間或熔斷器與電源（或負荷）保護裝置之間動作的選擇性，應(yīng)進行熔體選擇性校驗。各種

32、型號熔斷器的熔體熔斷時間可由制造廠提供的安 秒特性曲線上查出。如所示，為兩個不同熔體的安秒特性曲線（I Nfs1 <I Nfs1 ）,同一電流同時通過此二熔體時，熔體1先熔斷。所以，為了保證動作的選擇性，前一級熔體應(yīng)采用熔體1，后一級熔體應(yīng)采用熔體2。Ik1“圖1 熔體的安秒(保護)特性曲線1 熔體1的特性曲線；2熔體2的特性曲線對于保護電壓互感器用的高壓熔斷器，只需按額定電壓及斷流容量兩項來選擇。六、支柱絕緣子和穿墻套管的選擇支柱絕緣子的作用是支撐母線，穿墻套管的作用是為了保證母線穿墻時絕緣。 支柱絕緣子和穿墻套管的選擇和校驗項目見表4。表4支持絕緣子與穿墻套管的選擇及其校驗項目項目額

33、定電壓額定電流熱穩(wěn)定動穩(wěn)定支持絕緣了Un A UnslNbr A lch（或 l"）穿墻套管In A I malt2t A 1 x 2tdz支柱絕緣子及穿墻套管的動穩(wěn)定性應(yīng)滿足式(6)的要求:Fal A Fea(7)式中Fal 支柱絕緣子或穿墻套管的允許荷重。Fea 加于支柱絕緣子或穿墻套管上的最大計算力。Fal可按生產(chǎn)廠家給出的破壞荷重Fdb的60%考慮，即Fai=0.6 Fdb (N)Fea即最嚴重短路情況下作用于支柱絕緣子或穿墻套管上的最大電動力，由于母 線電動力是作用在母線截面中心線上，而支持絕緣子的抗彎破壞荷重是按作用在絕緣子帽上給出的，如2所示，二者力臂不等，短路時作用于

34、絕緣子帽上的最大計算力為：HF ea=F max(N)H 1式中Fmax 最嚴重短路情況下作用于母線上的最大電動力。H1 支柱絕緣子高度(mm)。H 從絕緣子底部至母線水平中心線的高度( mm )。b 一母線支持片的厚度，一般豎放矩形母線b=18mm;平放矩形母線b=12mm。Fmax 的計算說明如下：布置在同一平面內(nèi)的三相母線（如圖3所示），在發(fā)生短路時，支持絕緣子所受的力為max2=1.73ishLcaa10式中a母線間距（m）Lca 一計算跨距（m ）。對母線中間的支持絕緣子，Lca取相鄰跨距之和的一半。對母線端頭的支持絕緣子，Lca取相鄰跨距的一半，對穿墻套管，則取套管長度與相鄰跨距之

35、和的一半。3純級千和穿墻會傘聽受的電動力七、母線和電纜的選擇（一）母線的選擇與校驗?zāi)妇€一般按母線材料、 類型和布置方式；導體截面；熱穩(wěn)定；動穩(wěn)定等項 進行選擇和校驗；對于110kV以上母線要進行電暈的校驗； 對重要回路的母線還 要進行共振頻率的校驗。本節(jié)僅對前四項加以介紹。1. 母線材料、類型和布置方式（1）配電裝置的母線常用導體材料有銅、鋁和鋼。銅的電阻率低，機械強度大， 抗腐蝕性能好，是首選的母線材料。但是銅在工業(yè)和國防上的用途廣泛，還因儲量不 多，價格較貴，所以一般情況下，盡可能以鋁代銅，只有在大電流裝置及有腐蝕性氣 體的屋外配電裝置中，才考慮用銅作為母線材料。（2） 常用的硬母線截面有

36、矩形、槽形和管形。矩形母線常用于35kV及以下、電流在4000A及以下的配電裝置中。為避免集膚效應(yīng)系數(shù)過大，單條矩形截面積最大不 超過1250mm。當工作電流超過最大截面單條母線允許電流時，可用幾條矩形母線并 列使用，但一般避免采用 4條及以上矩形母線并列。槽形母線機械強度好，載流量較大，集膚效應(yīng)系數(shù)也較小，一般用于40008000A的配電裝置中。管形母線集膚效應(yīng)系數(shù)小，機械強度高，管內(nèi)還可通風和通水冷卻， 因此，可用于8000A以上的大電流母線。另外，由于圓形表面光滑，電暈放電電壓高，因此可用于110kV及以上配電裝置。2. 母線截面的選擇除配電裝置的匯流母線及較短導體(20m以下)按最大長

37、期工作電流選擇截面外，其余導體的截面一般按經(jīng)濟密度選擇。(1) 按最大長期工作電流選擇母線長期發(fā)熱的允許電流 Ial ,應(yīng)不小于所在回路的最大長期工作電流Imax,即KI al A I max(8)式中| al 相對于母線允許溫度和標準環(huán)境條件下導體長期允許電流； K一綜合修正系數(shù)，與環(huán)境溫度和導體連接方式等有關(guān)。(2) 按經(jīng)濟電流密度選擇按經(jīng)濟電流密度選擇母線截面可使年綜合費用最低，年綜合費用包括電流通過導體所產(chǎn)生的年電能損耗費、導體投資和折舊費、禾U息等。從降低電能損耗角度看，母 線截面越大越好，而從降低投資、折舊費和利息的角度，則希望截面越小越好。綜合 這些因素，使年綜合費用最小時所對應(yīng)

38、的母線截面稱為母線的經(jīng)濟截面，對應(yīng)的電流密度稱為經(jīng)濟電流密度。表5為我國目前仍然沿用的經(jīng)濟電流密度值。表5 經(jīng)濟電流密度值導體材料最大負荷利用小時數(shù)TmaX(h)3000以下300050005000以上裸銅導線和母線3.02.251.75裸鋁導線和母線(鋼芯)1.651.150.9鋼芯電纜鋁芯電纜1.921.731.54鋼線0.450.40.35按經(jīng)濟電流密度選擇母線截面按下式計算Sec=I m axJ ec式中I ma通過導體的最大工作電流Jec 經(jīng)濟電流密度在選擇母線截面時， 應(yīng)盡量接近按式（9）計算所得到的截面，當無合適規(guī)格的導 體時，為節(jié)約投資，允許選擇小于經(jīng)濟截面

39、的導體。并要求同時滿足式 （8）的要求。3. 母線熱穩(wěn)定校驗按正常電流及經(jīng)濟電流密度選出母線截面后，還應(yīng)按熱穩(wěn)定校驗。按熱穩(wěn)定要求的導體最小截面為式中 I 短路電流穩(wěn)態(tài)值（A）Ks集膚效應(yīng)系數(shù)，對于矩形母線截面在100mm以下，KS=1ot dz熱穩(wěn)定計算時間。C一熱穩(wěn)定系數(shù)熱穩(wěn)定系數(shù)C值與材料及發(fā)熱溫度有關(guān)。母線的 C值如表6所示。 表6 導體材料短時發(fā)熱最高允許溫度（ kal ）和熱穩(wěn)定系數(shù) C導體種類和材料kal (°C)C1.母線及導線：鋼320175鋁22095鋼（不和電器直接連接時）42070鋼（和電器直接連接時）320632.油浸紙絕緣電纜：銅芯，10kV及以下2501

40、65鋁芯，10kV及以下200952035kV1753. 充油紙絕緣電纜：60330kV4. 橡皮絕緣電纜5. 聚氯乙烯絕緣電纜6. 交聯(lián)聚氯乙烯絕緣電纜：銅芯鋁芯7. 有中間接頭的電纜（不包括第5項）1501501202302001504. 母線的動穩(wěn)定校驗各種形狀的母線通常都安裝在支持絕緣子上，當沖擊電流通過母線時，電動力將使母線產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，因此必須校驗?zāi)妇€的動穩(wěn)定性。安裝在同一平面內(nèi)的三相母線，其中間相受力最大，即Fma>=1.732 X 10-7Kfi；h 丄（N）a式中K f母線形狀系數(shù)，當母線相間距離遠大于母線截面周長時，Kf =1。其他情況可由有關(guān)手冊查得。l 母線跨距（

41、m）;a母線相間距（m）。因此當母線受電動力作用時，可以將母線看成一個多跨距載荷均勻分布的梁,當跨距段在兩段以上時， 其最大彎曲力母線通常每隔一定距離由絕緣瓷瓶自由支撐著。矩為max10若只有兩段跨距時，則max8式中Fmax 一個跨距長度母線所受的電動力（N）o母線材料在彎曲時最大相間計算應(yīng)力為m）其值與母4中。ca式中 W 一母線對垂直于作用力方向軸的截面系數(shù)，又稱抗彎矩（ 線截面形狀及布置方式有關(guān)，對常遇到的幾種情況的計算式列于圖1=11=1忖=cu陽心冷要想保證母線不致彎曲變形而遭到破壞，必須使母線的計算應(yīng)力不超過母線的允許應(yīng)力，即母線的動穩(wěn)定性校驗條件為caal式中 al 一母線材料

42、的允許應(yīng)力。對硬鋁母線民al =69MPa ;對硬銅母線al =137MPa。如果在校驗時，caal，則必須采取措施減小母線的計算應(yīng)力，具體措施有：將母線由豎放改為平放；放大母線截面，但會使投資增加；限制短路電流值能使大大減小，但須增設(shè)電抗器；增大相間距離a;減小母線跨距I的尺寸，此時可以根據(jù)母線材料最大允許應(yīng)力來確定絕緣瓷瓶之間最大允許跨距，即1 max10 alW式中Fi 單位長度母線上所受的電動力（N/m）當矩形母線水平放置時， 為避免導體因自重而過分彎曲， 所選取的跨距一般不超 過 1.52m ?？紤]到絕緣子支座及引下線安裝方便，常選取絕緣子跨距等于配電裝置 間隔的寬度。（二）電纜的選擇與校驗 電纜的基本結(jié)構(gòu)包括導電芯、絕緣層、鉛包（或鋁包）和保護層幾個部分。供配 電系統(tǒng)中常用的電力電纜， 按其纜芯材料分為銅芯和鋁芯兩大類。 按其采用的絕緣介 質(zhì)分油浸紙絕緣和塑