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：按正常工作條件下選擇額定電流、額定電壓及型號等，按短路情況下校驗開關(guān)的開斷能力、短路熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定。一、 按正常工作條件選擇電氣設(shè)備1選擇電氣設(shè)備時還應(yīng)考慮設(shè)備的安裝地點、環(huán)境及工作條件，合理地選擇設(shè)備的類型，如戶內(nèi)戶外、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)工作電流或計算電流。我國的電氣設(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)過試驗和理論計算而確定的，當(dāng)周圍環(huán)境溫度在一定范圍內(nèi)偏離40 時，所選電氣設(shè)備的實際額定電流必有一定變化，實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實際環(huán)境溫度下電氣設(shè)備允許通過的額定電流二、 按短路條件校驗1、短路熱穩(wěn)定校驗 短路電流通過電氣設(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)定時間 ti假想時間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 或式中 ish、sh短路沖擊電流幅值及其有效值； ies 、es電氣設(shè)備允許通過的動穩(wěn)定電流的幅值及其有效值。3開關(guān)設(shè)備斷流能力校驗對要求能開斷短路電流的開關(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； ， 斷路器的開斷電流與開斷容量。三、校驗的選用1.凡有自動斷電功能者，必須校驗斷流容量（或開斷電流）如高壓斷路器、熔斷器和高壓開關(guān)柜等。2.凡可能通過短路電流者，必須校驗動、熱穩(wěn)定 電壓

4、互感器？開關(guān)、電流互感器、母線等3.幾個特例（1）熔斷器不作動、熱穩(wěn)定校驗（2）支柱絕緣子應(yīng)作動穩(wěn)定校驗（3）電纜只作熱穩(wěn)定校驗四、高壓斷路器的選擇 具有完善的滅弧能力1、功能:通斷正常負荷電流、接通和承受一定的短路電流、在保護裝置作用下自動跳閘，切除短路故障。 2. 類型：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）按所在回路最大長時負荷電流選擇額定電流（4）校驗斷路器的熱穩(wěn)定 （5）校驗斷路器的動穩(wěn)定（6）校驗高壓斷路器的開斷能力（7）校驗斷路器的額定關(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，若線路上已存在短路故

5、障，則在斷路器合閘過程中，動、靜觸頭間在未接觸時即有巨大的短路電流通過（預(yù)擊穿），更容易發(fā)生觸頭熔焊和遭受電動力的損壞。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 ， 即五、高壓負荷開關(guān)的選擇負荷開關(guān)按額定電壓、額定電流選擇，按動、熱穩(wěn)定性進行校驗。當(dāng)配有熔斷器時，應(yīng)校驗熔斷器的斷流容量，其動、熱穩(wěn)定性可不作校驗。六、高壓隔離開關(guān)（QS）的選擇類型：1.戶內(nèi)型（ GN 三相刀閘同一底座。2.戶外型（ GW單柱式、雙柱式、

6、三柱式。選擇: 隔離開關(guān)按電網(wǎng)電壓、額定電流及環(huán)境條件選擇，并按短路電流校驗其動、熱穩(wěn)定性。不需要校驗斷流容量。七、 高壓熔斷器選擇RN1和RN2型戶內(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（額定電流可達100A）RN2型：高壓電壓互感器一次側(cè)短路保護 （額定電流一般為0.5A） 3. 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UNs。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。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熱和損壞，高壓熔斷器的熔管額定電流應(yīng)滿足下式的要求，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下式選擇，即 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=1.52.0）； Imax通過熔體的最大長時工作電流。3. 熔斷器開斷電流校驗式中 Nbr熔斷器的額

8、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ch 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，而采用熔斷器安裝處三相短路次暫態(tài)有效值I“進行校驗。六氟化硫組合電器：又稱為氣體絕緣全封閉組合電器（GasInsulator Switchgear），簡稱GIS。它將斷路器、隔離開關(guān)、母線、接地開關(guān)、互感器、出線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的主要特點優(yōu)點：可靠性高，安全性高，占地面積小，最小安全凈距小，安裝、維護方便。缺點

9、：密封性能要求高，金屬耗費量大，價格較昂貴，故障后危害較大，檢修時有毒氣體（SF6氣體與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后產(chǎn)生）會對檢修人員造成傷害。2.GIS的種類 按充氣外殼結(jié)構(gòu)形狀分：圓筒形和柜形兩大類。 1 母線的材料和類型（1）配電裝置的母線常用導(dǎo)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。（2）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。（3）軟母線-多股絞線（4）硬母線-矩形、槽形和管形。2 母線的布置方式三相母線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，但機械強度較低；圖b相反；圖

10、c兼顧二者優(yōu)點3 母線截面選擇匯流母線的截面積，一般按長時最大負荷電流選擇，按短路條件校驗其動、熱穩(wěn)定性。當(dāng)母線較長或傳輸容量較大時，按經(jīng)濟電流密度選擇。（1）按最大長時負荷電流選擇母線截面積式中Ial額定環(huán)境溫度時的長時允許電流，A。 Kq環(huán)境溫度修正系數(shù)（2）按經(jīng)濟電流密度選擇母線截面 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(dǎo)體所產(chǎn)生的年電能損耗費、導(dǎo)體投資和折舊費、利息等。綜合這些因素，使年綜合費用最小時所對應(yīng)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。 按經(jīng)濟電流密度選擇母線截面應(yīng)滿足下式，即式中 Sec母線經(jīng)濟截面，mm2； Jec經(jīng)濟

11、電流密度，A/ mm2； 4、 母線熱穩(wěn)定性校驗 所選母線的截面S應(yīng)不小于最小熱穩(wěn)定截面Smin，即5母線動穩(wěn)定性校驗?zāi)妇€在短路沖擊電流電動力作用下應(yīng)保證不會產(chǎn)生永久性變形或斷裂，即母線材料允許應(yīng)力sal應(yīng)不小于短路電流作用母線上的電動應(yīng)力smax，即smax母線短路時沖擊電流ish(3)產(chǎn)生的最大計算應(yīng)力。 （一）絕緣子簡介 （1）絕緣子俗稱為絕緣瓷瓶,它廣泛地應(yīng)用在發(fā)電廠和變電所的配電裝置、變壓器、各種電器以及輸電線之中。用來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度、機械強度、耐熱性和防潮性等等。（2）絕緣子按安裝地點,可分為戶內(nèi)(屋內(nèi))式和戶外(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支柱絕緣子動穩(wěn)定性校驗按最大允許力Fal 進行校驗，即Fal = 0.6FdeKFmax Fde絕緣子允許的抗彎強度(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穩(wěn)定校驗 熱穩(wěn)定校驗式中熱穩(wěn)定電流時間tts，對銅導(dǎo)體取10s