高压电气设备的选择

高压电气设备的选择 一、高压电气设备选择一般条件和原则 二、高压开关电器的选择 三、互感器的选择 四、高压熔断器的选择一、高压电气设备选择一般条件和原则（一）、高压电气设备选择与校验的一般条件（二）、高压电气设备的选择与校验项目（三）、按正常工作条件选择高压电气设备 额定电压和最高工作电压 额定电流 按环境工作条件校验（四）、短路条件校验 短路热稳定校验 电动力稳定校验 短路电流计算条件 短路计算时间高压电气设备选择与校验的一般条件电气设备选择是发电厂和变电所设计的主要内容之一，在选择时应根据实际工作特点，按照有关设计规范的规定，在保证供配电安全可靠的前提下，力争做到技术先进，经济合理。 为了保障高压电气设备的可靠运行，高压电气设备选择与校验的一般条件有： （1）按正常工作条件包括电压、电流、频率、开断电流等选择； （2）按短路条件包括动稳定、热稳定校验； （3）按环境工作条件如温度、湿度、海拔等选择。高压电气设备的选择与校验项目高压电气设备的选择与校验项目见表7-1。额定电压和最高工作电压高压电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，常高于电网的额定电压，故所选电气设备允许最高工作电压Ualm不得低于所接电网的最高运行电压。 一般电气设备允许的最高工作电压可达1.11.15UN ，而实际电网的最高运行电压Usm一般不超过1.1UNs，因此在选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNs的条件选择，即 UN UNs 额定电流电气设备的额定电流N是指在额定环境温度下，电气设备的长期允许通过电流。 N应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流max，即N max 。（）由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的max为发电机、调相机或变压器的额定电流的1.5倍；（）若变压器有过负荷运行可能时， max应按过负荷确定（1.32倍变压器额定电流）；（）母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的max ；（）出线回路的max除考虑正常负荷电流（包括线路损耗）外，还应考虑事故时由其它回路转移过来的负荷。按环境工作条件校验在选择电气设备时，还应考虑电气设备安装地点的环境条件，当气温、温度、海拔高度和覆冰厚度等环境条件超过一般电气设备使用条件时，应采取措施。 当周围环境温度0和电气设备额定环境温度不等时，其长期允许工作电流应乘以修正系数K，即我国的电气设备使用的额定环境温度N=40。如周围环境温度0高于40小于60时，其允许电流一般可按每增高1，额定电流减少1.8%进行修正，当环境温度低于40时，环境温度每降低1，额定电流可增加0.5%，但其max不得超过的20%。该式对求导体的在实际环境温度下的长期允许工作电流，此时公式中的N一般为25。短路条件校验短路热稳定校验短路电流通过电气设备时，电气设备各部件温度(或发热效应)应不超过允许值。满足热稳定的条件为 式中 t 厂家给的电气设备在时间t秒内的热稳定电流。 短路稳态电流值。 t与t相对应的时间。 tdz短路电流热效应等值计算时间。短路条件校验电动力稳定校验电动力稳定是电气设备承受短路电流机械效应的能力，也称动稳定。满足动稳定的条件为 或式中 ich、ch短路冲击电流幅值及其有效值； ies 、es电气设备允许通过的动稳定电流的幅值及 其有效值。 下列几种情况可不校验热稳定或动稳定： （1）用熔断器保护的电器，热稳定由熔断时间保证。 （2）采用限流熔断器保护的设备，可不校验动稳定。 （3）装设在电压互感器回路中的裸导体和电气设备可 不校验动、热稳定。短路条件校验短路电流计算条件为使所选电气设备具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定时期内适应电力系统发展的需要，作校验用的短路电流应按下列条件确定。 （1）容量和接线按本工程设计最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划；其接线应采用可能发生最大短路电流的正常接线方式，但不考虑在切换过程中可能短时并列的接线方式(如切换厂用变压器时的并列)。 （2）短路种类一般按三相短路验算，若其它种类短路较三相短路严重时，则应按最严重的情况验算。 （3）计算短路点选择通过电器的短路电流为最大的那些点为短路计算点。短路条件校验短路计算时间校验热稳定的等值计算时间tdz为周期分量等值时间tz及非周期分量等值时间tfz之和，对无穷大容量系统，显然tz按和短路电流持续时间相等,按继电保护动作时间tpr和相应断路器的全开断时间tab之和，即式中 tkd断路器全开断时间； td保护动作时间； tgf断路器固有分闸时间，可查附录1； th断路器开断时电弧持续时间，对少油断路器为 0.040.06s，对SF6和压缩空气断路器约为0.020.04s。开断电器应能在最严重的情况下开断短路电流，考虑到主保护拒动等原因，按最不利情况，取后备保护的动作时间。二、高压开关电器的选择（一）、高压断路器的选择l 高压断路器种类和型式的选择l 高压断路器额定开断电流和短路关合电流的选择（二）、高压隔离开关的选择 高压隔离开关选择 高压隔离开关选择例题（三）、高压重合器的选择 额定电压、额定电流、安装点最大故障电流 保护区末端最小故障电流、与其他设备配合（四）、高压分段器的选择 起动电流 记录次数 记录时间高压断路器选择种类和型式高压断路器应根据断路器安装地点、环境和使用条件等 要求选择其种类和型式。真空断路器在35kV及以下电力系统 中得到了广泛应用，有取代油断路器的趋势。SF6断路器也 已在1035kV的城乡电网建设和改造中得到应用。 高压断路器的操动机构，大多数是由制造厂配套供应， 仅部分少油断路器有电磁式、弹簧式或液压式等几种型式的 操动机构可供选择。一般电磁式操动机构需配专用的直流合 闸电源，但其结构简单可靠；弹簧式结构比较复杂，调整要 求较高；液压操动机构加工精度要求较高。操动机构的型 式，可根据安装调试方便和运行可靠性进行选择。 高压断路器选择额定开断电流在额定电压下，断路器能保证正常开断的最大短路电流称为额定开断电流Nbr。在高压断路器中其值不应小于实际开断瞬间短路电流周期分量 ，即 我国生产的高压断路器在做型式试验时，仅计入了20%的非周期分量。一般中、慢速断路器，由于开断时间较长(0.1s)，短路电流非周期分量衰减较多，能满足国家标准规定的非周期分量不超过周期分量幅值20%的要求。使用快速保护和高速断路器时，其开断时间小于0.1s，当在电源附近短路时，短路电流的非周期分量可能超过周期分量的20%，因此需要进行验算。高压断路器选择动稳定校验在断路器合闸之前，若线路上已存在短路故障，则在断路器合闸过程中，动、静触头间在未接触时即有巨大的短路电流通过（预击穿），更容易发生触头熔焊和遭受电动力的损坏。 断路器在关合短路电流时，不可避免地在接通后又自动跳闸，此时还要求能够切断短路电流，因此，额定关合电流是断路器的重要参数之一。为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器的额定关合电流iNcl不应小于短路电流最大冲击值ich ， 即高压断路器选择热稳定校验当线路发生短路时，短路电流将使导体温度迅速升高。但短路后线路的保护装置很快动作，切除短路故障，因此短路电流通过导体的时间很短，通常不会超过2-3s。所以在短路过程中，可不考虑导体周围介质的散热，也就是可近似地认为在短路时间内导体与周围介质是绝热的,短路电流在导体中产生的热量，完成全用来使导体温度升高。 由于短路电流是一个变动的电流,而且含有非周期分量，因此要计算其短路在导体内产生的热量Q1,和达到的最高温度是相当困难的。为此，引出一个“短路发热假象时间”tmax,假设在此时间内以恒定的短路稳定电流 通过导体产生的热量，恰好与实际短路电流IK在实际短路时间内通过导体所产生的热量相等。短路发热假想时间可用下式近似地计算： 在无限大容量系统中发生短路,由于 ,因此 tmax=tk+0.05s 短路时间tk为短路保护装置最长的时间top与断路器的断路时间toc之和,即 tk=top+toc 热稳定度效验条件为：高压隔离开关的选择隔离开关选择及校验条件除额定电压、电流、动热稳定校验外，还应看其种类和形式的选择，其型式应根据配电装置特点和要求及技术经济条件来确定。下表为隔离开关选型参考表三、互感器的选择（一）、电流互感器的选择 一次回路额定电压和一、二次额定电流选择 电流互感器种类和型式以及准确级的选择 二次容量或二次负载的校验 电流互感器热稳定和动稳定校验（二）、电压互感器的选择l 电压互感器一次回路额定电压选择l 二次侧额定电压、种类和型式l 按准确级选择和按额定二次容量选择电流互感器一次侧额定电压和额定电流选择1.电流互感器一次侧额定电压和电流选择 电流互感器一次回路额定电压和电流选择应满足：式中 UN1、N1电流互感器一次额定电压和电流。 为了确保所供仪表的准确度，互感器的一次侧额定电流应尽可能与最大工作电流接近。 2. 二次额定电流的选择 电流互感器的二次额定电流有5A和1A两种。一般强电系统用5A， 弱电系统用1A。电流互感器种类和型式及准确级的选择3. 电流互感器种类和型式的选择 选择互感器，应根据安装地点和安装方式选择相适应的类别和型式。选用母线型电流互感器时，注意校核窗口尺寸。 4. 准确级的选择 为保证测量仪表的准确度，互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。如:装于重要回路(如发电机、调相机、变压器、厂用馈线、出线等)中的电能表和计费的电能表一般采用0.51级表，相应的互感器的准确级不应低于0.5级；对测量精度要求较高的大容量发电机、变压器、系统干线和500kV级宜用0.2级。供运行监视、估算电能的电能表和控制盘上仪表一般皆用11.5级的，相应的电流互感器应为0.51级。供只需估计电参数仪表的互感器可用3级的。电流互感器二次容量或负载的校验5. 电流互感器二次容量或二次负载的校验 为了保证互感器的准确级，互感器二次侧所接实际负载Z2l或所消耗的实际容量荷S2应不大于该准确级所规定的额定负载ZN2或额定容量SN2，即 SN2S2= IN22 Z2l 或 ZN2 Z2lRwi+Rtou + Rm + Rr 式中 Rm ， Rr 电流互感器二次回路中所接仪表内阻的总和与所接继电器内阻的总和，可由产品样本或附录9中查得。 Rwi 电流互感器二次联接导线的电阻。 Rtou 电流互感器二次连线的接触电阻，一般取为0.1。电流互感器热稳定和动稳定校验6. 热稳定和动稳定校验 （1）电流互感器的热稳定校验只对本身带有一次回路导体的电流互感器进行。电流互感器热稳定能力常以1s允许通过的一次额定电流N1的倍数Kh来表示，故热稳定应按下式校验：式中 Kh，N1 由生产厂给出的电流互感器的热稳定倍数 及一次侧额定电流。 ，tdz 短路稳态电流值及热效应等值计算时间。（2）电流互感器内部动稳定能力，常以允许通过的一次额定电流最大值的倍数kmo一动稳定电流倍数表示，故内部动稳定可用下式校验式中 Kmo，IN1 由生产厂给出的电流互感器的动稳定倍 数及一次侧额定电流。 ich 故障时可能通过电流互感器的最大三相 短路电流冲击值。 由于邻相之间电流的相互作用，使电流互感器绝缘瓷帽上受到外力的作用，因此，对于瓷绝缘型电流互感器应校验瓷套管的机械强度。瓷套上的作用力可由一般电动力公式计算，故外部动稳定应满足 式中 Fal作用于电流互感器瓷帽端部的允许力； l 电流互感器出线端至最近一个母线支柱绝缘子 之间的跨距。 系数0.5表示互感器瓷套端部承受该跨上电动力的一半。 电压互感器一次回路额定电压选择 为了确保电压互感器安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电力网电压应在（1.10.9）UN1范围内变动，即满足下列条件：式中 UN1 电压互感器一次侧额定电压。选择时，满足UN1= UNs 即可。高压熔断器选择额定电压选择1. 额定电压选择 对于一般的高压熔断器，其额定电压UN必须大于或等于电网的额定电压UNs。但是对于充填石英砂有限流作用的熔断器，则不宜使用在低于熔断器额定电压的电网中，这是因为限流式熔断器灭弧能力很强，在短路电流达到最大值之前就将电流截断，致使熔体熔断时因截流而产生过电压，其过电压倍数与电路参数及熔体长度有关，一般在UNs=UN的电网中，过电压倍数约22.5倍，不会超过电网中电气设备的绝缘水平，但如在UNsUN的电网中，因熔体较长，过电压值可达3.54倍相电压，可能损害电网中的电气设备。2. 额定电流选择 熔断器的额定电流选择，包括熔管的额定电流和熔体的额定电流的选择。 （1）熔管额定电流的选择 为了保证熔断器载流及接触部分不致过热和损坏，高压熔断器的熔管额定电流应满足下式的要求，即式中 INft熔管的额定电流 INfs熔体的额定电流（2）熔体额定电流选择 为了防止熔体在通过变压器励磁涌流和保护范围以外的短路及电动机自启动等冲击电流时误动作，保护35kV及以下电力变压器的高压熔断器，其熔体的额定电流可按下式选择，即式中 K可靠系数（不计电动机自启动时K=1.11.3， 考虑电动机自启动时K=1.52.0）； Imax电力变压器回路最大工作电流。高压熔断器选择熔体额定电流选择用于保护电力电容器的高压熔断器的熔体，当系统电压升高或波形畸变引起回路电流增大或运行过程中产生涌流时不应误熔断，其熔体按下式选择，即式中K可靠系数(对限流式高压熔断器，当一台电力电容器 时K=1.52.0，当一组电力电容器时K=1.31.8； Nc电力电容器回路的额定电流。高压熔断器选择熔断器开断电流校验3. 熔断器开断电流校验式中 Nbr熔断器的额定开断电流 对于没有限流作用的熔断器，选择时用冲击电流的有效值ch 进行校验；对于有限流作用的熔断器，在电流达最大值之前已截断，故可不计非周期分量影响，而采用I“进行校验。