现代供电技术第四章-电气设备选择课件

电气设备选择是发电厂和变电所设计的主要内容之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。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：按正常工作条件下选择额定电流、择与校验的一般条件有：按正常工作条件下选择额定电流、额定电压及型号等，按短路情况下校验开关的开断能力、额定电压及型号等，按短路情况下校验开关的开断能力、短路热稳定和动稳定。短路热稳定和动稳定。第四章第四章 高压电气设备的选择综述高压电气设备的选择综述现代供电技术第四章-电气设备选择一、一、按正常工作条件选择电气设备按正常工作条件选择电气设备1 1选择电气设备时还应考虑设备的安装地点、环境选择电气设备时还应考虑设备的安装地点、环境 及工作条件，合理地选择设备的类型，如户内户及工作条件，合理地选择设备的类型，如户内户 外、海拔高度、环境温度及防尘、防腐、防爆等。外、海拔高度、环境温度及防尘、防腐、防爆等。2 2电气设备的额定电压不得低于所接电网的额定电电气设备的额定电压不得低于所接电网的额定电 压。压。3.3.电气设备的额定电流不小于该回路的最大持续工电气设备的额定电流不小于该回路的最大持续工 作电流或计算电流。作电流或计算电流。现代供电技术第四章-电气设备选择我国的电气设备我国的电气设备,铭牌上的额定电流是以环境温度为铭牌上的额定电流是以环境温度为4040。的条件下，经过试验和理论计算而确定的，当周围环境温度的条件下，经过试验和理论计算而确定的，当周围环境温度在一定范围内偏离在一定范围内偏离40 40 时，所选电气设备的实际额定电流时，所选电气设备的实际额定电流必有一定变化，实际值可按下式修正必有一定变化，实际值可按下式修正式中式中 al设备允许最高工作温度，设备允许最高工作温度，；0实际环境年最高空气温度，实际环境年最高空气温度，；0额定环境空气温度，电器设备为额定环境空气温度，电器设备为40；导体为；导体为25；K 环境温度修正系数环境温度修正系数 IN 实际环境温度下电气设备允许通过的额定电流。实际环境温度下电气设备允许通过的额定电流。现代供电技术第四章-电气设备选择二、二、按短路条件校验按短路条件校验1 1、短路热稳定校验短路热稳定校验短路热稳定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短路电流通过电气设备时，电气设备各部件温度(或发或发热效应热效应)应不超过允许值。满足热稳定的条件为应不超过允许值。满足热稳定的条件为 式中式中 ts 电气设备的热稳定电流。电气设备的热稳定电流。短路稳态电流值。短路稳态电流值。tts设备的热稳定时间设备的热稳定时间设备的热稳定时间设备的热稳定时间 ti假想时间假想时间现代供电技术第四章-电气设备选择2、电动力稳定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的能力，也称动稳定。满足动稳定的条件为 或或式中式中 i ish、sh短路冲击电流幅值及其有效值；短路冲击电流幅值及其有效值；i ies、es电气设备允许通过的动稳定电流电气设备允许通过的动稳定电流 的幅值及其有效值。的幅值及其有效值。现代供电技术第四章-电气设备选择3开关设备断流能力校验 对要求能开断短路电流的开关设备，如断路器、熔断器，其断流容量不小于安装处的最大三相短路容量，即：或 式中：，三相最大短路电流与最大短路容量；，断路器的开断电流与开断容量。现代供电技术第四章-电气设备选择三、校验的选用三、校验的选用1.凡有自动断电功能者，必须校验断流容量（或凡有自动断电功能者，必须校验断流容量（或开断电流）如高压断路器、熔断器和高压开关开断电流）如高压断路器、熔断器和高压开关柜等。柜等。2.凡可能通过短路电流者，必须校验动、热稳定凡可能通过短路电流者，必须校验动、热稳定 电压互感器？开关、电流互感器、母线等电压互感器？开关、电流互感器、母线等3.几个特例几个特例（1）熔断器不作动、热稳定校验）熔断器不作动、热稳定校验（2）支柱绝缘子应作动稳定校验）支柱绝缘子应作动稳定校验（3）电缆只作热稳定校验）电缆只作热稳定校验现代供电技术第四章-电气设备选择四、高压断路器的选择四、高压断路器的选择 具有完善的灭弧能力具有完善的灭弧能力1.功能功能n通断正常负荷电流通断正常负荷电流n接通和承受一定的短路电流接通和承受一定的短路电流n在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。障。2.类型：油、真空、六氟化硫、空气类型：油、真空、六氟化硫、空气现代供电技术第四章-电气设备选择LW8-40.5LW8-40.5型户外交流高压六氟化硫断路器型户外交流高压六氟化硫断路器现代供电技术第四章-电气设备选择ZN63A-12(VS1)ZN63A-12(VS1)户内交流高压真空断路器户内交流高压真空断路器现代供电技术第四章-电气设备选择ZN28A-12ZN28A-12系列户内交流高压真空断路器系列户内交流高压真空断路器现代供电技术第四章-电气设备选择3.高压断路器选择高压断路器选择按工作环境选型按所在的电网电压选择按所在回路最大长时负荷电流选择额定电流校验断路器的热稳定校验断路器的动稳定校验高压断路器的开断能力校验断路器的额定关合电流（iNcl）现代供电技术第四章-电气设备选择 高压断路器选择高压断路器选择高压断路器选择高压断路器选择短路关合电流短路关合电流短路关合电流短路关合电流在断路器合闸之前，若线路上已存在短路故障，则在断在断路器合闸之前，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。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安全，断路器的额定关合电流iNcl不应小于短路电流最大冲不应小于短路电流最大冲击值击值ich，即即现代供电技术第四章-电气设备选择n负荷开关按额定电压、额定电流选择，按动、热稳定性进行校验。当配有熔断器时，应校验熔断器的断流容量，其动、热稳定性可不作校验。五、高压负荷开关的选择五、高压负荷开关的选择现代供电技术第四章-电气设备选择户内交流高压真空负荷开关熔断器组合电器现代供电技术第四章-电气设备选择类型：类型：1.户内型（户内型（GN 三相刀闸同一底座。三相刀闸同一底座。2.户外型（户外型（GW单柱式、双柱式、三柱式。单柱式、双柱式、三柱式。选择选择:隔离开关按电网电压、额定电流及环境条件隔离开关按电网电压、额定电流及环境条件选择，并按短路电流校验其动、热稳定性。不需选择，并按短路电流校验其动、热稳定性。不需要校验断流容量。要校验断流容量。六、高压隔离开关（六、高压隔离开关（QS）的选择）的选择现代供电技术第四章-电气设备选择GN19-12(C)系列高压隔离开关n典型结构典型结构支柱绝缘子静触头操作绝缘子转轴现代供电技术第四章-电气设备选择GW5A-35、66、110系列隔离开关户外型V形35千伏v型隔离开关视频演示现代供电技术第四章-电气设备选择隔离开关类型隔离开关类型-二柱型隔离开关二柱型隔离开关35KV二柱式隔离开关视频演示GW4系列隔离开关是双柱水平回转式结构，每极两个绝缘支柱带着导电闸刀反向回转90，形成一个水平断口。按接地方式可分为：不接地、单接地、双接地。隔离开关与接地开关之间设有机械联锁。现代供电技术第四章-电气设备选择隔离开关类型隔离开关类型-三柱型隔离开关三柱型隔离开关GW7系列户外交流高压隔离开关是三柱水平转动式三相交流50Hz户外高压电器，用于额定电压126-550KV的电力系统中，供有电压无负荷时分合电路之用。GW7系列隔离开关为单极三柱式结构。它由底座、支柱绝缘子、导电部分、操动机构等组成；每极由三个支柱绝缘子构成（550KV每极由四个支柱绝缘子构成）。两边的支柱是固定的，中间支柱是转动的；动闸刀装在中间支柱绝缘子上部，静触头分别装在两边支柱绝缘子上部，由操动机构带动中间支柱绝缘子转动进行分合闸操作。三柱型隔离开关分合闸动画演示现代供电技术第四章-电气设备选择隔离开关类型隔离开关类型-剪刀型隔离开关剪刀型隔离开关GW6系列户外隔离开关为剪刀式结构。静触头悬挂在母线上，产品分闸后形成垂直的绝缘断口。在变电站中作母线隔离开关，具有占地面积小的优点，而且断口清晰可见，便于运行监视。本产品触头钳夹范围大，适用于软母线和硬母线。剪刀型隔离开关合闸动画演示现代供电技术第四章-电气设备选择RN1RN1和和RN2RN2型户内高压管式熔断器（限流式）型户内高压管式熔断器（限流式）RN1RN1型：主要用于高压电路和设备的短路保护（额定电流可达型：主要用于高压电路和设备的短路保护（额定电流可达100A100A）RN2RN2型：高压电压互感器一次侧短路保护型：高压电压互感器一次侧短路保护 （额定电流一般为（额定电流一般为0.5A0.5A）RN1、RN2型高压熔断器安装图 l瓷熔管，2金属管帽 3弹性触座，4熔断指示器，5接线端子，6支柱瓷瓶，7底座 RN1、RN2型熔断器的熔管剖面示意图 1管帽，2瓷管，3工作熔体，4指示熔体，5锡球，6石英砂填料，7熔断指示器(虚线表示熔断指示器在熔体熔断时弹出)七、高压熔断器选择高压熔断器选择现代供电技术第四章-电气设备选择RN1、RN2和RN3型熔断器现代供电技术第四章-电气设备选择RW3RW31010户外高压跌落式熔断器户外高压跌落式熔断器现代供电技术第四章-电气设备选择对于一般的高压熔断器，其额定电压对于一般的高压熔断器，其额定电压UN必须必须大于或等于电网的额定电压大于或等于电网的额定电压UNs。但是对于充填。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之前就将电流截断，致使熔体熔断时因截流而产生过电压。产生过电压。3.3.额定电压选择额定电压选择现代供电技术第四章-电气设备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）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 4.4.额定电流选择额定电流选择现代供电技术第四章-电气设备选择 高压熔断器选择高压熔断器选择熔体额定电流选择熔体额定电流选择 （2）熔体额定电流选择）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通过熔体的最大长时工作电流。现代供电技术第四章-电气设备选择 高压熔断器选择高压熔断器选择熔断器开断电流校验熔断器开断电流校验 3.3.熔断器开断电流校验熔断器开断电流校验熔断器开断电流校验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，而采用熔熔断器安装处三相短路次暂态有效值I“进行校验。现代供电技术第四章-电气设备选择1.GIS的主要特点2.GIS的种类 六氟化硫组合电器：又称为气体绝缘全封闭组合电六氟化硫组合电器：又称为气体绝缘全封闭组合电器（器（GasInsulator Switchgear），简称），简称GIS。它将断。它将断路器、隔离开关、母线、接地开关、互感器、出线套管路器、隔离开关、母线、接地开关、互感器、出线套管或电缆终端头等分别装在各自密封间中，集中组成一个或电缆终端头等分别装在各自密封间中，集中组成一个整体外壳，充以（整体外壳，充以（3.0395.065）105Pa（35大气压）大气压）的六氟化硫气体作为绝缘介质。的六氟化硫气体作为绝缘介质。优点：可靠性高，安全性高，占地面积小，最小安全净距小，优点：可靠性高，安全性高，占地面积小，最小安全净距小，安装、维护方便。安装、维护方便。缺点：密封性能要求高，金属耗费量大，价格较昂贵，故障后缺点：密封性能要求高，金属耗费量大，价格较昂贵，故障后危害较大，检修时有毒气体（危害较大，检修时有毒气体（SF6气体与水发生化学反应后产生）气体与水发生化学反应后产生）会对检修人员造成伤害。会对检修人员造成伤害。按充气外壳结构形状分：圆筒形和柜形两大类。按充气外壳结构形状分：圆筒形和柜形两大类。现代供电技术第四章-电气设备选择ZF7A-126GIS组合电器现代供电技术第四章-电气设备选择ZF9-252GIS组合电器现代供电技术第四章-电气设备选择1 母线的材料和类型母线的材料和类型n配电装置的母线常用导体材料有铜、铝和钢。铜的电阻率低，机械强度大，抗腐蚀性能好，是首选的母线材料。n但是铜在工业和国防上的用途广泛，还因储量不多，价格较贵，所以一般情况下，尽可能以铝代铜。n软母线多股绞线n硬母线矩形、槽形和管形。八、八、母线的选择与校验母线的选择与校验现代供电技术第四章-电气设备选择2 母线的布置方式n图a散热较好，载流量大，但机械强度较低；n图b相反；n图c兼顾二者优点图图三相母线有水平布置和三相母线有水平布置和垂直布置两种布置方式，垂直布置两种布置方式，有立放和平放放置方式。有立放和平放放置方式。现代供电技术第四章-电气设备选择3 母线截面选择母线截面选择n汇流母线的截面积，一般按长时最大负荷汇流母线的截面积，一般按长时最大负荷电流选择，按短路条件校验其动、热稳定电流选择，按短路条件校验其动、热稳定性。当母线较长或传输容量较大时，按经性。当母线较长或传输容量较大时，按经济电流密度选择。济电流密度选择。按最大长时负荷电流选择母线截面积按最大长时负荷电流选择母线截面积式中式中Ial额定定环境温度境温度时的的长时允允许电流，流，A。K 环境温度修正系数境温度修正系数现代供电技术第四章-电气设备选择按经济电流密度选择母线截面按经济电流密度选择母线截面 按按经经济济电电流流密密度度选选择择母母线线截截面面可可使使年年综综合合费费用用最最低低，年年综综合合费费用用包包括括电电流流通通过过导导体体所所产产生生的的年年电电能能损损耗耗费费、导导体体投投资资和和折折旧旧费费、利利息息等等。综综合合这这些些因因素素，使使年年综综合合费费用用最最小小时时所所对对应应的的母母线线截截面面称称为为母母线线的的经经济济截截面面，对对应的电流密度称为经济电流密度。应的电流密度称为经济电流密度。按经济电流密度选择母线截面应满足下式，即按经济电流密度选择母线截面应满足下式，即式中Sec母线经济截面，mm2；Jec经济电流密度，A/mm2；现代供电技术第四章-电气设备选择4、母线热稳定性校验母线热稳定性校验 n所选母线的截面S应不小于最小热稳定截面Smin，即现代供电技术第四章-电气设备选择5母线动稳定性校验母线动稳定性校验n母线在短路冲击电流电动力作用下应保证不会产生永久性变形或断裂，即母线材料允许应力al应不小于短路电流作用母线上的电动应力max，即max母线短路时冲击电流ish(3)产生的最大计算应力。现代供电技术第四章-电气设备选择（一）绝缘子简介 n绝缘子俗称为绝缘瓷瓶,它广泛地应用在发电厂和变电所的配电装置、变压器、各种电器以及输电线之中。用来支持和固定裸载流导体，并使裸导体与地绝缘,或者用于使装置和电气设备中处在不同电位的载流导体间相互绝缘。因此,要求绝缘子必须具有足够的电气绝缘强度、机械强度、耐热性和防潮性等等。n绝缘子按安装地点,可分为户内(屋内)式和户外(屋外)式两种。按结构用途可分为支持绝缘子和套管绝缘子九、九、支柱绝缘子和穿墙套管的选择支柱绝缘子和穿墙套管的选择现代供电技术第四章-电气设备选择（二）支柱绝缘子的选择（二）支柱绝缘子的选择1额定电压选择额定电压选择支柱绝缘子额定电压不小于所在电网的电压，即2 2支柱绝缘子动稳定性校验支柱绝缘子动稳定性校验按最大允许力Fal 进行校验，即 Fal=0.6FdeKFmaxFde绝缘子允许的抗弯强度(N);Fmax短路冲击电流的作用力，N；K换算系数；现代供电技术第四章-电气设备选择（三）套管绝缘子的选择（三）套管绝缘子的选择n允许电流值修正公式n动稳定校验n热稳定校验式中热稳定电流时间tts，对铜导体取10s，铝导体为5s。现代供电技术第四章-电气设备选择十、互感器的选择十、互感器的选择(自学）自学）n互感器将一次电路的大电流、高电压变成小电互感器将一次电路的大电流、高电压变成小电流流(5A或或1A)和低电压，以便使二次侧测量仪表和低电压，以便使二次侧测量仪表和继电保护隔离高压电路以及小型化、标准化和继电保护隔离高压电路以及小型化、标准化等。等。n互感器主要是电磁式的。电磁式互感器实质上互感器主要是电磁式的。电磁式互感器实质上是一种特殊的变压器，其基本结构和工作原理是一种特殊的变压器，其基本结构和工作原理与变压器基本相同，其一次侧接在一次系统，与变压器基本相同，其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表和继电保护等。二次侧接测量仪表和继电保护等。现代供电技术第四章-电气设备选择