供配电系统-徐滤非-第4章.电气设备.教学B新课件.ppt

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1、功能：主要功能是将电力系统中的电能电压升高或降低，以利于电能的合理输送、分配和使用符号及型号：,第4章电气设备,4.5 电力变压器,概述,普通电力变压器（工厂变电所大多采用）,第4章电气设备,4.5 电力变压器,概述,电力变压器,第4章电气设备,4.5 电力变压器,电力变压器的容量和过负荷能力,电力变压器的额定容量和实际容量,电力变压器的额定容量,规定的环境温度条件下，室外安装时，在规定的使用年限(一般规定为20年)内所能连续输出的最大视在功率(单位为kVA),室外安装,规定的使用年限,连续输出的最大视在功率,规定的环境温度,GBl09496电力变压器规定：最高气温为+40，最高日平均气温为+

2、30，最高年平均气温为+20，油浸式变压器顶层油的温升，规定不得超过周围气温55。如按规定的最高气温+40计，则变压器顶层油温不得超过+95。,对室内安装变压器，由于散热条件较差，一般处在室中央的变压器环境温度比室外温度大约要高出8。,设计寿命20年。,第4章电气设备,4.5 电力变压器,电力变压器的容量和过负荷能力,电力变压器的额定容量和实际容量,额定容量与温度之间的关系,绕组最热点的温度,绝缘的老化速度,变压器的使用年限,变压器的负荷能力（容量）,变压器负 荷,环境温度,变压器的使用年限，主要取决于变压器绕组绝缘材料的寿命，与变压器运行时各部分的温度有直接的联系。,国产电力变压器大多数采用

3、A级绝缘，使用的绝缘材料为经过绝缘油浸渍处理过的有机材料如纸、木材、棉纱等。耐热温度105、稳定温升65。,电力变压器耐温最薄弱环节：绕组绝缘。,八度规则：温度每升高八度，变压器的使用寿命降低一半,第4章电气设备,4.5 电力变压器,电力变压器的容量和过负荷能力,电力变压器的额定容量和实际容量,电力变压器实际容量,如果超过GBl094-96电力变压器规定温度最大值中的一个，则变压器顶层油的温升限值应予降低，即变压器的实际容量较之其额定容量要相应地有所降低。,如果比规定的环境温度低，则从绕组绝缘老化程度减轻而又保证变压器使用年限不变来考虑，变压器的实际容量较之其额定容量可以适当提高，也就是说，某

4、些时候变压器可允许一定的过负荷。,变压器安装地点的环境温度与规定环境温度不一致，则变压器的实际容量较之其额定容量相应地有所改变。,1规则,一般规定，如果变压器安装地点的年平均气温,则年平均气温每升高1，变压器的容量应相应减小1。,对室外安装变压器，其实际容量为,对室内安装变压器，其实际容量为,第4章电气设备,4.5 电力变压器,电力变压器的容量和过负荷能力,电力变压器的正常过负荷能力,变压器的过负荷能力是指变压器在一个较短时间内输出的功率，可能大于额定容量。由于变压器并不是长期在额定负荷下运行，一般变压器的负荷每昼夜都有周期性变化，每年的四季也有季节性变化，在很多时间内，变压器的实际负荷小于其

5、额定容量，温升较低，绝缘老化的速度比正常规定的速度慢。因此，在不缩短变压器绝缘的正常使用期限的前提下，变压器具有一定的短期过负荷能力。,由于昼夜负荷变化而允许的正常过负荷,由于昼夜负荷变化而允许的正常过负荷。当日负荷系数1时，高峰时允许的过负荷倍数和持续时间可按右图所示变压器过负荷曲线确定。,如果在夏季（6、7、8三个月）的最大负荷低于变压器的额定容量时，每低1可在冬季（12、1、2三个月）过负荷1，以15为限。,由于夏季低负荷而允许的过负荷,以上两项累积，对室内油浸式变压器过负荷的总数不应超过20，对室外变压器过负荷的总数不应超过30。,干式变压器一般不考虑正常过负荷,第4章电气设备,4.5

6、 电力变压器,电力变压器的容量和过负荷能力,电力变压器的事故过负荷能力,当电力系统或工厂变电所发生事故时，为了保证重要用户和设备的连续供电，故允许变压器短时间(消除事故所必需的时间)较大幅度地过负荷运行，称为事故过负荷。,表4-10 油浸式变压器允许的事故过负荷时间及倍数,如果变压器的过负荷倍数和过负荷时间超过允许值，则应按规定减少变压器的负荷。,第4章电气设备,4.5 电力变压器,变电所主变压器的选择,变电所主变压器台数的选择,一般情况下应首先考虑选择一台变压器。,下列情况可考虑选择两台或两台以上变压器：,对供有大量一、二级负荷的变电所，宜采用两台变压器；,对只有二级而无一级负荷的变电所，也

7、可以只采用一台变压器，但必须在低压侧敷设与其他变电所相连的联络线作为备用电源。,对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，也可考虑采用两台变压器。,除上述情况外的一般用户变电所，如果负荷集中而容量又相当大时，虽为三级负荷，也可以采用两台或以上变压器。,在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的裕度。,第4章电气设备,4.5 电力变压器,变电所主变压器的选择,变电所主变压器容量的选择,变压器容量等级,R10容量系列，容量等级按 倍数递增的。R10系列的容量等级较密，便于合理选用（IEC推荐采用），我国新的变压器容量等级采用此系列，如容量：100kVA、125

8、kVA、160kVA、200kVA、250kVA、315kVA、400kVA、500kVA、630kVA、800kVA、l000kVA、l250kVA等。,只装设一台主变压器的变电所：,装设两台主变压器的变电所，,每台变压器的容量，应同时满足：,第4章电气设备,4.5 电力变压器,变电所主变压器的选择,变电所主变压器容量的选择,车间变电所主变单台容量一般不宜大于1000kVA（或1250 kVA）；,如车间负荷容量较大、负荷集中且运行合理时，也可以选用单台容量为12502000kVA的配电变压器。,对装设在二层以上的电力变压器，应考虑垂直与水平运输对通道及楼板荷载的影响。如采用干式变压器时，其

9、容量不宜大于630kVA。,对住宅区变电所内的油浸式变压器单台容量，不宜大于630kVA。,应适当考虑负荷的发展，一般应考虑今后510年电力负荷的增长，留有一定的余地，同时要考虑变压器的正常过负荷能力。,必须指出，变电所主变压器台数和容量的最后确定，应结合变电所主接线方案的选择，通过对几个较合理的方案进行技术经济比较后择优确定。,第4章电气设备,4.6 互感器,互感器是电力系统中一次电路和二次电路之间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况。从基本结构和工作原理来讲，互感器就是一种特殊变压器。,互感器有电流互感器（简称CT）和电压互感器（简称PT）。

10、,互感器的功能主要有：,使一次设备和二次设备实施电气隔离：,防止二次设备的故障影响到主电路，从而提高了一次系统和二次系统的安全性和可靠性。,使二次设备和工作人员与高电压隔离，保证二次设备和人身安全；,将一次回路的高电压和大电流变为二次回路的标准值，可使测量仪表和继电保护装置标准化、小型化，扩大了二次设备的应用范围：,通常PT额定二次电压为100V；,CT额定二次电流为5A（或lA）。,第4章电气设备,4.6 互感器,电流互感器,电流互感器的分类及型号,常用电流互感器的分类,第4章电气设备,4.6 互感器,电流互感器,电流互感器的分类及型号,第4章电气设备,4.6 互感器,电流互感器,电流互感器

11、的基本结构和工作原理,结构特点：一次绕组匝数很少（或无），导体粗；二次绕组匝数很多，导体较细。工作情况：一次绕组串接在一次电路中，二次绕组则与仪表、继电器等的电流线圈相串联，形成一个闭合回路（接近于短路状态）。,电流关系：,CT,第4章电气设备,4.6 互感器,电流互感器,电流互感器接线方案,一相式接线,通常用于负荷平衡的三相电路如低压动力线路中，供测量电流或接过负荷保护装置之用。,第4章电气设备,4.6 互感器,电流互感器,电流互感器接线方案,两相V形接线（两相不完全星形接线）,在中性点不接地的三相三线制电路中(如610kV高压电路中)，广泛用于测量三相电流、电能及作过电流继电保护之用；一般

12、接在A、C相；公共线上电流反应的是未接电流互感器那一相的相电流。,第4章电气设备,4.6 互感器,电流互感器,电流互感器接线方案,两相电流差接线(两相一继电器接线),适于中性点不接地的三相三线制电路中(如610kV高压电路中)供作过电流继电保护之用。,第4章电气设备,4.6 互感器,电流互感器,电流互感器接线方案,三相星形接线,用在负荷一般不平衡的三相四线制系统，也用在负荷可能不平衡的三相三线制系统中，作三相电流、电能测量及过电流继电保护之用。,第4章电气设备,4.6 互感器,电流互感器,电流互感器选择与校验,电压、电流及变流比的选择,电流互感器的额定电压应不低于装设地点电路的额定电压；,一次

13、侧额定电流应不小于电路的计算电流，而其额定二次电流一般为5A。,电流互感器的一次侧额定电流有20A、30A、40A、50A、75A、100A、150A、200A、300A、400A、600A、800A、1000A、1200A、1500A、2000A等多种规格。例如，某一次电路计算电流为165A，则电流互感器的变流比应选择为200/5。保护用电流互感器为保证其准确度要求，可以将变流比选择得大一些。,准确度等级的选择,计费计量：级；,测量和一般计量（估算电能）：13级；,保护用：10P等级。,注：CT准确度级与其二次负荷容量有关，为满足准确度级要求的条件，其二次负荷S2不得大于额定准确度级所要求的

14、额定二次负荷S2N。,第4章电气设备,4.6 互感器,电流互感器,电流互感器选择与校验,电流互感器短路稳定度的校验,动稳定校验条件：,热稳定校验条件：,第4章电气设备,4.6 互感器,电流互感器,电流互感器使用注意事项,电流互感器在工作时其二次侧不得开路,当电流互感器二次侧开路时，二次电流I2=0，其去磁作用立即消失，一次电流全部用来励磁，使磁路中的磁通突然增大且严重饱和。这样将产生如下严重后果：,铁心过热，有可能烧毁互感器，并且产生剩磁，大大降低准确度；,由于二次绕组匝数远比一次绕组匝数多，因此可在二次侧感应出危险的高电压，危及人身和设备的安全。,注：电流互感器安装时，其二次接线一定要牢靠和

15、接触良好，并且不允许串接熔断器和开关。,电流互感器的二次侧有一端必须接地,电流互感器在连接时，要注意其端子的极性,第4章电气设备,4.6 互感器,电压互感器,电压互感器的分类及型号,电压互感器的分类,第4章电气设备,4.6 互感器,电压互感器,电压互感器的分类及型号,第4章电气设备,4.6 互感器,电压互感器,电流互感器的基本结构和工作原理,结构特点：一次绕组匝数很多 二次绕组匝数很少（相当于降压变压器）,工作情况：一次绕组并联在一次电路中二次绕组并联仪表、继电器的电压线圈（阻抗很大，二次绕组接近于空载状态）,电压关系：,PT,第4章电气设备,4.6 互感器,电压互感器,电流互感器接线方案,一

16、个单相PT,测量一个线电压,两个单相PT接成V/V形,供仪表、继电器接于三相三线制电路的各个线电压，它广泛应用在工厂变配电所的610kV高压配电装置中,第4章电气设备,4.6 互感器,电压互感器,电流互感器接线方案,三个单相PT接成Yo/Yo形,供电给要求线电压的仪表、继电器，并供电给接相电压的绝缘监视电压表。绝缘监视电压表的量程不能按相电压选择，而应按线电压选择，否则在发生单相接地时，电压表可能被烧毁。,三个单相PT或一个三相五芯柱三绕组PT接成(开口三角)形 Yo/Yo/形,接成开口三角形的辅助二次绕组接电压继电器。一次电压正常时，由于三相电压对称，开口两端的电压接近于零。但一次电路有一相

17、接地时，开口两端将出现近l00V的零序电压，使电压继电器动作，发出故障信号。,第4章电气设备,4.6 互感器,电压互感器,电压互感器的选择与校验,电压的选择,电压互感器的额定一次电压与装设地点电网的额定电压相同；,额定二次电压一般为100V。,准确度等级选择与校验,计费计量用选择为级以上；,一般测量用选择为13级；,保护用常采用3P和6P等级。,注：电压互感器的准确度等级与其二次负荷容量有关，满足的条件S2NS2。,电压互感器的一、二次侧均装有熔断器进行短路保护，所以不需要校验动稳定度和热稳定度。,第4章电气设备,4.6 互感器,电压互感器,电压互感器使用注意事项,电压互感器在工作时其二次侧不

18、得短路。,由于电压互感器一、二次绕组都是在并联状态下工作的，如二次侧短路，将产生很大的短路电流，有可能烧毁互感器，甚至影响一次电路的安全运行。因此电压互感器的一、二次侧都必须装设熔断器以进行短路保护。,电压互感器的二次侧有一端必须接地。,为了防止一、二次绕组间的绝缘击穿时，一次侧的高电压窜人二次侧，危及人身和设备的安全。,电压互感器在连接时也必须注意极性。,第4章电气设备,4.7 电力线路,电力线路用于电能的传输与分配。,按结构形式分为架空线路、电缆线路和低压配电线路。,架空线路成本低、投资少（较相同截面电缆线路节省5080）安装容易、维护和检修方便易于发现和排除故障需架设电杆、占地面、有碍观

19、瞻一般工厂中应用较广泛,电缆线路成本高，投资大维修不便运行可靠、不易受外界影响不需架设电杆、不占地面、不碍观瞻在现代化工厂中应用越来越广泛。,第4章电气设备,4.7 电力线路,架空线路的结构及敷设,架空线路的结构,架空线路的导线,功用：传导电流、输送电能 要求良好的导电性 一定的机械强度及柔软性耐腐蚀性，适应自然条件和一定的污染环境质轻而价廉 常用材料：铜、铝和钢,结构型式单股线 铜线（T）钢线（G）多股绞线铜绞线（TJ）铝绞线（LJ）钢芯铝绞线（LGJ）分裂导线扩径导线,第4章电气设备,4.7 电力线路,架空线路的结构及敷设,架空线路的结构,架空线路的导线,架空线一般采用多股绞线，禁用单股线

20、。,铜绞线多用于化学污染严重地区,钢芯铝绞线用于机械强度要求较高和35kV及以上的架空线路上,铜绞线,钢芯铝绞线,分裂导线,扩径导线,第4章电气设备,4.7 电力线路,架空线路的结构及敷设,架空线路的结构,电杆（和拉线）,功用：支柱 要求足够的机械强度 经久耐用，价廉，便于搬运和安装,类型按材料分：木杆、水泥杆和金属杆木杆现已不采用工厂水泥杆应用最为普遍：35kV以下用；110kV大部分采用；220kV部分采用金属杆（铁塔等）多用于220kV以上按功能和地位分：直线杆、分段杆、转角杆、终端杆、跨越杆和分支杆等,第4章电气设备,4.7 电力线路,架空线路的结构及敷设,架空线路的结构,横担,功用：

21、安装绝缘子以架设导线 要求足够的机械强度 经久耐用类型木横担：现已不采用铁横担瓷横担：兼有绝缘子和横担的双重功能，我国60年代自行设计电气绝缘性能好便于雨水冲洗，易于维护断线时能够转动，避免扩大事故 脆性材料复合横担,第4章电气设备,4.7 电力线路,架空线路的结构及敷设,架空线路的结构,线路绝缘子,功用：固定(悬挂)导线，并使导线与电杆绝缘 要求足够的机械强度 一定的电气绝缘强度,类型低压绝缘子 针式（低压立瓶）蝶式（低压轮瓶、低压茶台）高压绝缘子针式蝶式悬式 瓷横担、瓷拉棒合成轻型,高压针式,高压蝶式,悬式（瓷）,悬式（钢化玻璃）,合成轻型,第4章电气设备,4.7 电力线路,架空线路的结构

22、及敷设,架空线路的敷设,路径和杆位的选择,选择架空线路的路径和杆位应符合下列要求：路径短，跨越、转角少，施工、运行维护方便；宜沿道路平行架设，与建筑物保持一定的距离，避免影响人行与交通；避免低洼积水、重污染场所，严禁危险场所；应与工厂及城镇规划等协调配合。,导线的排列,水平排列,三角形排列,混合排列,第4章电气设备,4.7 电力线路,电缆线路的结构及敷设,电缆的类型,第4章电气设备,4.7 电力线路,电缆线路的结构及敷设,电缆的结构,电缆由线芯、绝缘层和保护层三部分组成.,油浸纸绝缘电缆,交联聚乙烯电缆,聚氯乙烯电缆,户外电缆头,第4章电气设备,4.7 电力线路,电缆线路的结构及敷设,电缆的型

23、号,第4章电气设备,4.7 电力线路,电缆线路的结构及敷设,电缆的敷设,电缆的敷设方式,施工与维护方便：电缆线路应尽量减少穿越各种管道、公路、铁路、桥梁的次数，城市电力电缆应尽可能敷设在非繁华区的隧道或沟道内，而且应考虑到电缆线路附近的发展规划，尽量避免因建设需要而迁移。,电缆敷设的基本要求,确保安全运行：尽量避开具有各种腐蚀、机械外力干扰和过热的区域；,节省投资：选择尽可能短的电缆线路；,直接埋地敷设,电缆沟敷设,沿桥架敷设,低压配电线路,第4章电气设备,4.7 电力线路,低压配电线路,室外配电线路,室内配电线路,建筑物内从变压器、低压开关柜或配电箱至用电设备的配电干线、支线及终端线路。,配

24、电干线一般采用硬母线，少数用电缆；终端线路大多采用绝缘导线。,沿建筑物外墙或屋檐敷设的低压配电线路，也包括建筑物之间用绝缘导线敷设的短距离低压架空线路。,采用绝缘导线。,低压配电线路,第4章电气设备,4.7 电力线路,绝缘导线,结构,导电芯线,绝缘层,铜芯,铝芯,现多采用铜芯导线,塑料绝缘,橡皮绝缘,BX铜芯橡皮绝缘导线,BLX铝芯橡皮绝缘导线,BV铜芯塑料绝缘导线,BLV铝芯塑料绝缘导线,敷设方式,明敷,暗敷,明敷：导线固定在夹持件上，或穿过硬塑料管、钢管、线槽等保护体内，敷设于墙壁、顶棚的表面或支架上。,明敷广泛用于潮湿的房间、地下室和过道内。,暗敷：导线穿在管子、线槽内，敷设在墙壁、顶棚

25、、地坪、楼板等的内部。,室内明敷和穿管敷设中多采用塑料绝缘导线，室外敷设多采用橡皮绝缘导线。,低压配电线路,第4章电气设备,4.7 电力线路,硬母线,截面形状有圆形、管形和矩形等。,材质有铜、铝和钢。,工厂车间内普遍采用LMY矩形硬铝母线和TMY矩形硬铜母线。,母线应涂漆相色以识别相序：A相为黄色，B相为绿色，C相为红色，PEN线为淡蓝色，PE为黄和绿双色。,硬母线一般采用明敷设，有裸母线及母线槽（封闭式母线）布线两种方式。其中母线槽在现代化生产车间内已日趋广泛应用。,导线和电缆截面的选择,第4章电气设备,4.7 电力线路,按发热条件选择导线和电缆的截面,发热条件：导线通过正常最大负荷电流（计

26、算电流）时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。,选择条件：导线允许载流量不小于通过导线的计算电流，即,导线的允许载流量：规定的环境温度条件下，导线能够连续承受而不致使其稳定温度超过允许值的最大电流。,温度校正：导线敷设地点的环境温度与导线允许载流量所采用的环境温度不同时，则导线的允许载流量应校正。,导线和电缆截面的选择,第4章电气设备,4.7 电力线路,按电压损失条件选择导线和电缆的截面,按电压损失条件选择导线截面，是要保证所选导线截面在实际线路中通过负荷电流产生的电压损失不超过线路允许的电压损失，即,高压配电线路的电压损耗，一般不得超过线路额定电压的5；从变压器低压侧母线到用

27、电设备受电端的低压配电线路的电压损耗，一般不得超过用电设备额定电压的5；对视觉要求较高的照明线路，则为23。,如果线路的电压损失值超过了允许值，则应适当加大导线的截面，使之满足允许的电压损失的要求。,导线和电缆截面的选择,第4章电气设备,4.7 电力线路,按电压损失条件选择导线和电缆的截面,集中负荷的三相线路电压损失计算,若全线的导线型号规格一致，则,导线和电缆截面的选择,第4章电气设备,4.7 电力线路,按电压损失条件选择导线和电缆的截面,集中负荷的三相线路电压损失计算,处理方法：由于导线电抗随截面积变化的幅度不大，可先假定电抗值，然后再进行选择计算。计算方法如下：,从式可看出，按电压损失条

28、件选择导线截面时，由于截面未知，故有两个未知数，即导线单位长度的电阻和电抗。,选出导线标称截面,实际电阻和电抗值,若不符合要求，可重新试选和校验。,导线和电缆截面的选择,第4章电气设备,4.7 电力线路,按经济电流密度条件选择导线和电缆的截面,经济截面：既使线路的年运行费用接近最小而又适当考虑有色金属节约的导线截面。年费用C与导线截面A的关系：,计算出Aec后，应选择较小却最接近Aec的标准截面。,导线和电缆截面的选择,第4章电气设备,4.7 电力线路,按机械强度条件选择导线和电缆的截面,对架空线路来说，为了满足施工时机械强度的要求和在运行中经受风、雪、覆冰和温度变化的影响，架空导线（包括裸导

29、线和绝缘导线）必须有足够的机械强度以保证其安全运行，故导线的截面不得小于某一最小允许截面。,导线和电缆截面的选择,第4章电气设备,4.7 电力线路,中性线、保护线、保护中性线截面的选择,中性线（N线）截面的选择,一般TN及TT系统中:,三次谐波分量较大时:,保护线（PE线）截面的选择,PE线在系统正常运行时间非载流导体，但应能保证单相短路故障时的热稳定性。当PE线所用材质与相线相同时，PE线截面:,保护中性线（PEN线）截面的选择,PEN线兼有PE线和N线的双重功能，因此其截面选择应同时满足上述PE线和N线的要求，取其中的最大值。,导线和电缆截面的选择,第4章电气设备,4.7 电力线路,导线截

30、面选择注意事项,导线截面的选择必须同时满足发热条件、机械强度条件和电压损失条件以及经济性的要求，这就存在先按哪一个条件选择的问题。根据设计经验，按以下方法进行选择与校验，比较容易满足要求，可减少一些不必要的重复选择计算。,一般负荷电流相对较大的l0kV及以下高压线路及低压动力线路，通常先按发热条件来选择截面，再校验电压损失和机械强度。,低压照明线路因其对电压质量要求较高，因此通常先按电压损失条件进行选择，再校验发热条件和机械强度。,一般只用于长距离大电流及35kV以上的高压线路的线缆选择中。,其他：对于用户内部较短的高压线路，可不进行电压损失校验；电缆不必校验机械强度。,绝缘导线、电缆和硬母线应校验其热稳定性，架空线路因散热性好，可不进行热稳定校验；硬母线还应校验其动稳定性。,绝缘导线和电缆还必须满足工作电压的要求.,在线教务辅导网：,更多课程配套课件资源请访问在线教务辅导网,在线教务辅导网：,更多课程配套课件资源请访问在线教务辅导网,在线教务辅导网：,更多课程配套课件资源请访问在线教务辅导网,