高压电气设备选择.ppt

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1、第六章 电气设备选择,第一节 高压电气设备选择的一般条件和原则,第二节 高压断路器、隔离开关、重合器和分段器的选择,第三节 互感器的选择,第四节 高压熔断器的选择,第五节支柱绝缘子和穿墙套管的选择,第六节母线和电缆的选择,本章计划学时：10 12学时,本章教学要求,掌握高压电气设备选择的一般条件,掌握高压断路器、隔离开关、熔断器的选择方法,掌握互感器、绝缘子的方法选择,掌握母线和电缆的选择,本章难点：硬母线的共振校验,本章学习重点,本章学习难点,导体的选择校验,掌握高压断路器、隔离开关、熔断器的选择方法,掌握互感器的选择方法,掌握母线和电缆的选择,第一节 高压电气设备选择的一般条件和原则,一般

2、条件：多数电气设备共有的选择校验项目。,一、按正常工作条件选择额定电压和额定电流,1.额定电压选择,特殊条件：个别电气设备具有的选择校验项目。,选择条件有,1)正常电压要求是：电气设备所在回路的最高运行电压不得高于电气设备的允许最高工作电压。2)由于电气设备的允许最高工作电压为其额定电压的UN的1.11.15倍，而电网电压正常波动引起的最高运行电压不超过电网额定电压UNs的1.1倍。3)一般可以按电气设备的额定电压UN不得低于其所在电网的额定电压UNs的条件来选择电气设备，即,UN UNs,注意：1)海拔影响电气设备的绝缘性能，随装设地点海拔的增加，空气密度和湿度相应减小，使得电气设备外部空气

3、间隙和固体绝缘外表面的放电特性降低，电气设备允许的最高工作电压减小。对海拔超过1000m的地区，一般应选用高原型产品或外绝缘提高一级的产品。对于现有110kV及以下大多数电器的外绝缘有一定裕度，可在海拔2000m以下地区使用。2)在空气污秽(腐蚀减低绝缘强度)或有冰雪的地区，某些电气设备应选用绝缘加强型或高一级电压的产品。,2.额定电流选择,1)电气设备的额定电流IN（或载流量Ial）：在额定环境温度0下，长期允许通过的电流。2)为了满足长期发热条件，应按额定电流IN（或载流量Ial）不得小于所在回路最大持续工作电流Imax的条件进行选择，即,IN（或Ial）Imax,3)当实际环境温度不同于

4、导体的额定环境温度0时，其长期允许电流应该用下式进行修正。,不计日照时，裸导体和电缆的综合修正系数K为,al导体的长期发热允许最高温度，裸导体一般为70；,0导体的额定环境温度，裸导体一般为25。,我国生产的电气设备的额定环境温度0=40。在4060范围内，当实际环境温度高于+40时，环境温度每增高1，按减少额定电流1.8%进行修正；当实际环境温度低于+40时，环境温度每降低1，按增加额定电流0.5%进行修正，但其最大过负荷不得超过额定电流的20%，实际选择时一般不修正。,Ial=KIal Imax,4)回路最大持续工作电流Imax 的计算:,二、按短路条件校验热稳定和动稳定,1.短路热稳定校

5、验,热稳定：指电气设备承受短路电流热效应而不损坏的能力。,热稳定校验的实质：使电气设备承受短路电流热效应时的短时发热最高温度不超过短时最高允许温度。,导体通常按最小截面法校验热稳定。电器的热稳定是由热稳定电流及其通过时间来决定的，满足热稳定的条件为,Qk短路电流热效应；,It所选用电器t（单位为s）内允许通过的热稳定电流。,2.短路动稳定校验,动稳定：指电气设备承受短路电流产生的电动力效应而不损坏的能力。,部分电气设备动稳定按应力和电动力校验。电器满足动稳定的条件为,iesish,ish短路冲击电流的幅值，ish为：,I”为0s钟短路电流周期分量有效值；Kes为冲击系数，发电机机端取1.9，发

6、电厂高压母线及发电机电压电抗器后取1.85，远离发电机时取1.8。,ies电器允许通过的动稳定电流幅值，生产厂家用此电流表示电器的动稳定特性，在此电流作用下电器能继续正常工作而不发生机械损坏。,3短路计算时间,计算短路电流热效应时所用的短路切除时间tk等于继电保护动作时间tpr与相应断路器的全开断时间tab之和，即,断路器的全开断时间tab等于断路器的固有分闸时间tin与燃弧时间ta之和，即,验算裸导体的短路热稳定时，tpr宜采用主保护动作时间，如主保护有死区时，则采用能对该死区起保护作用的后备保护动作时间；验算电器的短路热稳定时，tpr宜采用后备保护动作时间。SF6断路器的燃弧时间ta为0.

7、020.04s。,4短路电流计算条件,（1）短路计算容量和接线：应按本工程的设计规划容量及可能发生最大短路电流的正常接线方式计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后510年）。,（2）短路种类：电气设备的热稳定和动稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统、自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况验算。,（3）短路计算点：在正常接线方式时，通过电气设备的短路电流为最大的短路点，称为短路计算点。,1）对两侧均有电源的电气设备，应比较电气设备前、后短路时的短路电流，选通过电气设备短路电流较大的地点作为短路计

8、算点。例如，校验图6-1中的发电机出口断路器QF1时，应比较k1和k2短路时流过QF1的电流，选较大的点作为短路计算点。,2）短路计算点选在并联支路时，应断开一条支路。因为断开一条支路时的短路电流大于并联短路时流过任一支路的短路电流。例如，校验图6-1中分段回路的断路器QF5或主变低压侧断路器QF2时，应选k2和k3点为短路计算点，并断开变压器T2。,3）在同一电压等级中，汇流母线或无电源支路短路时，短路电流最大。校验汇流母线、厂用电分支电器（无电源支路）和母联回路的电器时，短路计算点应选在母线上。例如，校验图6-1中10kV母线时，选k2点。,4）带限流电抗器的出线回路，由于干式电抗器工作可

9、靠，故校验回路中各电气设备时的短路计算点一般选在电抗器后。例如，校验图6-1中出线回路的断路器QF3时，短路计算点选在出线电抗器后的k5点。,5）110kV及以上电压等级，因其电气设备的裕度较大，短路计算点可以只选一个，选在母线上。例如，校验图6-1中110kV的电气设备时，短路计算点可选在110kV母线上，即k6点。,（4）短路电流的实用计算方法：在进行电气设备的热稳定验算时，需要用短路后不同时刻的短路电流，即计及暂态过程，通常采用短路电流实用计算方法，即运算曲线法。该内容可在今后的有关毕业设计中学习。,第二节 高压断路器、隔离开关、重合器和分段器的选择,一、高压断路器的选择,1种类和型式的

10、选择,种类：610kV电网一般选择真空和六氟化硫断路器。35kV电网一般选择真空和六氟化硫断路器，某些35kV屋外配电装置也可用多油断路器。110330kV电网一般选择六氟化硫断路器。500kV电网一般选择六氟化硫断路器。,2额定电压选择：UN UNs,安装地点：屋内和屋外。,3额定电流选择：IN Imax,4额定开断电流选择,断路器的额定开断电流INbr应不小于其触头刚刚分开时的短路电流有效值Ik，即,INbr Ik,开断计算时间tbr：从发生短路到断路器的触头刚刚分开所经历的时间。为保证断路器能开断最严重情况下的短路电流，开断计算时间等于主保护动作时间tpr1与断路器固有分闸时间tin之和

11、，即,tbr=tpr1+tin,1)对于非快速动作断路器（其tbr0.1s），可略去短路电流非周期分量的影响，简化用短路电流周期分量0s有效值I”校验断路器的开断能力，即,INbrI”,2)对于快速动作断路器（其tbr0.1s），开断短路电流中非周期分量可能超过周期分量的20%，需要用tbr时刻的短路全电流有效值校验断路器的开断能力，即,Ipt为触头刚刚分开tbr时的短路电流周期分量有效值，在此可取Ipt=I”；,为短路电流非周期分量衰减时间常数，其中，,X、R分别为电源至短路点的等效电抗和等效电阻。,5额定关合电流选择,如果在断路器关合前已存在短路故障，则断路器合闸时也会产生电弧，为了保证断

12、路器关合时不发生触头熔焊及合闸后能在继电保护控制下自动分闸切除故障，断路器额定关合电流iNcl不应小于短路电流最大冲击值，即,iNclish,6热稳定校验,Qk为短路电流热效应(kA)2s；,It为制造厂家给出的t秒内允许通过的热稳定电流（kA）。,7动稳定校验,iesish,二、隔离开关的选择,1.隔离开关的型号应根据其安装地点，配电装置的布置特点等选择。2.由于隔离开关没有灭弧装置，故没有开断电流和关合电流的校验，隔离开关的额定电压、额定电流选择和热稳定、动稳定校验项目与断路器相同。,【例6-4】选择例6-1中变压器低压侧的高压断路器和隔离开关。,解 根据安装地点在屋内和例6-1、例6-3

13、的有关计算结果，高压断路器和隔离开关的型号和参数及与计算数据的比较见表6-4。,表6-4 断路器和隔离开关选择比较结果选校项目 计算数据ZN10-10III/2000型 GN22-10/2000型额定电压/kV 10 1010额定电流/A 1818.6520002000额定开断电流/kA 25.340-额定关合电流/kA 64.5130-热稳定校验/(kA)2s 637.840244022动稳定校验/kA 64.5130100,由选择比较结果可知，所选高压断路器和隔离开关满足要求。,SF6断路器(单断口),LW15-363GCBP(双断口),三、重合器的选择,根据安装地点的系统条件进行选择。具

14、体要求见下表：,四、分段器的选择,具体要求见下表：,第三节 互感器的选择,1种类和型式选择,一、电流互感器的选择,根据安装地点可选择：屋内或屋外式。根据安装方式可选择：支持式、装入式（装在变压器套管或多油断路器套管中）和穿墙式（兼作穿墙套管）。根据一次绕组匝数可选择：单匝LD（用于大电流）、多匝LF（用于小电流）和母线式LM（用于大电流）。,620kV屋内配电装置的电流互感器有：瓷绝缘（如LDC、LFC和LMC系列）结构；树脂浇注绝缘（小电流回路采用LA和LFZ系列，大电流回路采用LDZ、LMZ、LAJ和LBJ系列）结构。一般多采用浇注绝缘型。,35kV及以上配电装置的电流互感器采用油浸瓷箱式

15、绝缘结构的独立式电流互感器（如屋外的LCW系列）。,LDZJ10,LA10,LMZB6-10,LFZ1-10,LAJ10,10kV树脂浇注绝缘电流互感器,LRD235DW2(装入式),选用母线式电流互感器时，应校核其窗口允许通过的母线尺寸。,2额定电压选择：UN UNs,3额定电流的选择：IN1Imax,1)为保证电流互感器的准确级，回路的最大持续工作电流 Imax应尽可能接近一次额定电流 IN1。,2)电流互感器的二次额定电流 IN2，可根据二次回路的要求选用5A（强电系统）或1A（弱电系统）。,4准确级和额定容量的选择,1)电流互感器的准确级是指在规定的二次负荷变化范围内，一次电流为额定值

16、时的最大电流误差百分数。根据测量时电流互感器误差的大小和用途，发电厂和变电所中电流互感器的准确级分为0.2、0.5、1、3级及P和 TP级。,2)为保证测量仪表的准确度，电流互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。a)用于电能计量的电流互感器，准确级不应低于0.5级，500kV宜采用0.2级；b)供运行监视仪表用的电流互感器，准确级不应低于1级；c)供粗略测量仪表用的电流互感器，准确级可用3级；d)稳态保护用的电流互感器选用P级；暂态保护用的电流互感器选用TP级。,3)电流互感器的额定容量SN2是指在额定二次电流IN2和额定二次阻抗ZN2下运行时，二次绕组输出的容量，即,制造厂家一般提供电

17、流互感器的ZN2(单位为)值。,4)同一台电流互感器除最高准确级外，还有几个较低测量精度的准确级，对应于不同的准确级，具有不同的额定容量（或额定二次阻抗）。,5二次负荷的校验,为保证所选电流互感器的准确级，其最大相二次负荷S2应不大于所选准确级相应的额定容量，即,S2SN2,由,和,得,Z2LZN2,其中，二次负荷阻抗为 Z2L为,ra、rre测量仪表和继电器的电流线圈电阻()，可由其线圈消耗的功率求得。,rL仪表或继电器至电流互感器的连接导线电阻()；,rc接触电阻()，一般取0.1。,可将二次负荷校验条件转化为求连接导线的最小截面。,连接导线的电阻应满足,根据r=L/S，可得满足准确级要求

18、的连接导线最小截面S 为,连接导线的电阻率,Lc连接导线的计算长度(m)，与仪表和继电器至电流互感器安装地点的实际距离及电流互感器的接线方式有关。,a)当电流互感器采用单相接线时，如图6-9a所示，往返导线中的电流相等，电流互感器的二次电压为,考虑到rL=L/S，故可取Lc=2L。,b)当电流互感器采用星形接线时，如图6-9b所示，如果一次侧负荷对称，则中线（返回导线）电流很小可略去不计，电流互感器的二次电压为,故可取Lc=L。,c)当电流互感器采用不完全星形接线时，如图6-9c所示，中线（返回导线）电流等于,电流互感器的二次电压为,如果只计阻抗的模，忽略相角的旋转，二次负载电阻近似为,故近似

19、取,为保证连接导线具有一定的机械强度，铜导线截面不应小于1.5mm2，铝导线截面不应小于2.5mm2。,6热稳定校验,对带有一次绕组的电流互感器，热稳定校验条件为,It电流互感器1s允许通过的热稳定电流；,Kt电流互感器的1s热稳定倍数，Kt=It/IN1。,或,7动稳定校验,内部动稳定校验条件为,iesish,或,ies、Kes电流互感器的动稳定电流及动稳定电流倍数，,对采用硬导线连接的瓷绝缘电流互感器，相间电动力作用其瓷帽上。因此，需要进行外部动稳定校验，校验条件为,L电流互感器瓷帽端部到最近一个支柱绝缘子间的距离(m)，对母线型电流互感器为:电流互感器瓷帽端部到最近一个支柱绝缘子间的距离

20、+电流互感器两端瓷帽间的距离；a 相间距离(m)；ish短路冲击电流幅值（A）；Fal电流互感器瓷帽上的允许力（N）。,【例6-6】选择例6-5中10kV出线上的电流互感器。电流互感器接线和测量仪表配置如图6-10所示，电流互感器至测量仪表的实际距离为L=25m。,解 根据电流互感器安装在屋内，电网的额定电压为10kV，回路的最大持续工作电流为350A和供给电能表电流，选用LFZ1-10型屋内复匝浇注绝缘式电流互感器，变比为400/5，准确级为0.5级，额定二次阻抗ZN2=0.4，热稳定倍数Kt=80，动稳定倍数Kes=140。,电流互感器的二次负荷统计见表6-5，最大相负荷电阻为,对采用不完

21、全星形接线互感器，计算长度,满足准确级要求的连接导线最小截面为,常用的连接导线标准截面为0.75、1、1.5、2.5、4、6和10 mm2，故选用4 mm2的铜导线。,热稳定校验为,热稳定满足要求。,内部动稳定满足要求。通过以上计算可以看出，所选电流互感器满足要求。,浇注绝缘的电流互感器，只校验内部动稳定，即,二、电压互感器的选择,电压互感器的二次负荷阻抗很大，一次电流很小，不存在额定电流选择问题。外部电网短路电流不通过电压互感器，故不进行短路稳定性校验。,1种类和型式选择,应根据安装地点及使用条件来选择电压互感器的种类和型式。,620kV屋内：一般采用油浸绝缘或树脂浇注绝缘的电磁式电压互感器

22、。35110kV：一般采用油浸绝缘的电磁式电压互感器。220kV及以上：当容量和准确度等级满足要求时，一般采用电容式电压互感器。,需要测量零序电压时，620kV可以采用三相五柱式三绕组电压互感器，或三台单相式三绕组电压互感器。35kV及以上只有单相式电压互感器。,JDZ6,10或JDZJ6,10(单相浇注绝缘),JDJ6,10(单相油浸绝缘),1)一次绕组接于线电压上时，一次绕组额定电压选UNs，一次绕组接于相电压上时，一次绕组额定电压选。,2额定电压的选择,电压互感器一次侧的额定电压应满足电网电压要求，二次侧的额定电压按测量表计和保护要求，已标准化为100V。电压互感器一次绕组及二次绕组额定

23、电压的具体数值与电压互感器的相数和接线方式有关。,二次绕组额定电压选100V或 V。,2)单相式电压互感器用于测量线电压或用两台接成不完全星形接线时，一次绕组额定电压选电网额定电压UNs，二次绕组额定电压选100V；,3)三台单相式电压互感器接成星形接线时，,一次绕组电压额定选,二次绕组额定电压选,4)用于中性点直接接地系统，辅助二次绕组额定电压选100V，用于中性点不接地系统，辅助二次绕组额定电压选100/3V。,5)三相式电压互感器接于电网的线电压上，三相绕组为一整体，一次绕组额定电压(线电压)选UNs，二次绕组额定电压(线电压)选100V。,3准确级的选择,1)电压互感器的准确级：指在规

24、定的二次负荷和一次电压变化范围内，二次负荷功率因数为额定值时，最大电压误差的百分数。2)发电厂和变电所中电压互感器的准确级分为0.2、0.5、1、3级及3P和 6P级（保护级）。3)为保证测量仪表的准确度，电压互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。,4二次负荷的校验,为保证所选电压互感器的准确级，其最大相二次负荷S2应不大于所选准确级相应的一相额定容量SN2，否则准确级将相应降低，校验条件为,S2SN2,1)根据负荷的接线方式和电压互感器的接线方式，尽量使各相负荷分配均匀。,2)计算每一仪表线圈消耗的有功功率和无功功率。,3)计算各相或相间二次负荷，即,若电压互感器与负荷的接线方式相同，

25、即可进行校验，即,式中 S0、分别为接在同一相或同一相间中的各仪表线圈消耗的视在功率和功率因数角。,S2SN2,4)若电压互感器与负荷的接线方式不同,a)互感器为星形、负荷为不完全星形接线，用表6-6中相应公式计算出电压互感器每相有功功率负荷和无功功率负荷，并与互感器接线方式相同的负荷相加，可得二次负荷为,b)互感器为不完全星形、负荷为星形接线用表6-6中相应公式计算出电压互感器相间有功功率负荷和无功功率负荷，并与互感器接线方式相同的负荷相加，可得二次负荷为,取最大相负荷进行比较。,取最大的相间负荷进行比较。,【例6-7】选择某变电站屋内10kV母线上的电压互感器。母线上接有5回出线和1台主变

26、压器，共装有有功电能表6只，无功电能表6只，有功功率表1只，无功功率表1只，母线电压表1只及绝缘监察电压表3只。,解 根据电压互感器安装在屋内，电网的额定电压为10kV，供给电能表电压及用于绝缘监察，选用JSJW-10型三相五柱式电压互感器（也可选用3只单相JDZJ型浇注绝缘电压互感器），额定电压为10/0.1kV，辅助二次绕组为0.1/3kV，准确级为0.5级，三相额定容量SN2=120VA。电压互感器与测量仪表的接线方式如图6-11所示，与电压互感器接线方式不同（不完全星形部分）的各相间二次负荷分配在表6-7中示出。,表6-7 电压互感器各相间二次负荷分配,根据表6-7计算不完全星形部分负

27、荷的视在功率和功率因数，即,利用表6-6中的计算公式，并计及与电压互感器接线方式相同的绝缘监察电压表功率P，得A相负荷为,B相负荷为,由于Sab与Sbc接近，ab与bc接近，可知B相负荷最大，即,故选用JSJW-10型电压互感器满足要求。,第四节 高压熔断器的选择,一、种类和型式的选择,根据安装地点可选择：户内式RN2、RN6专用于PT保护；RN1、RN3、RN5专用于线路及变压器；户外式610kV：RW7、RW4、RW3（跌落开关）35kVRW5专用于线路及变压器 RW10专用于PT保护,1.额定电压选择 对于一般的高压熔断器，其额定电压必须大于或等于电网的额定电压。另外对于充有石英砂有限流

28、作用的熔断器，则只能用在等于其额定电压的电网中，因为这种类型的熔断器能在电流达到最大值之前就将电流截断，致使熔断器熔断时产生过电压。,二、高压熔断器的参数选择及校验,2额定电流的选择：,熔断器的额定电流，包括熔断器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。为了保证熔断器壳体不致损坏，高压熔断器的熔管的额定电流 INft,应大于或等于熔体的额定电流 INfs,即：INftINfs,(2)熔体额定电流的选择。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机自起动等冲击电流时误动作，保护35kV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：,INfs=K

29、 Imax,式中 K可靠系数，不计电动机自起动时，K=1.11.3，考虑电动机自起动时，K=1.52.0；Imax电力变压器回路最大工作电流。,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：INfs=K INc 式中 K可靠系数，对限流高压熔断器，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；INc电力电容器回路的额定电流。,3.熔断器开断电流INbr校验：INbrIch（或I）,a.对于没有限流作用的熔断器，选择时用冲击电流的有效 值Ich进行校验；b.对于有限流作用的熔断器，在

30、电流最大值之前已截断，故不计非周期分量影响，而采用I进行校验。,4.熔断器选择性校验,为了保证前后两级熔断器之间或熔断器与电源（或负荷）保护之间动作的选择性，应进行熔体选择性校验。对于保护电压互感器用的高压熔断器，只需按额定电压及断流容量两项来选择。,第五节 支柱绝缘子和穿墙套管的选择,支柱绝缘子与穿墙套管用作裸导体的对地绝缘和支撑固定。,一、支柱绝缘子的选择,支柱绝缘子只承受导体的电压、电动力和正常机械荷载，不载流，没有发热问题。,1种类和型式选择,屋内型支柱绝缘子：由瓷件及用水泥胶合剂胶装于瓷件两端的铁底座和铁帽组成。胶装方式：铁底座和铁帽胶装在瓷件外表面的称为外胶装（Z型），胶装入瓷件孔

31、内的称为内胶装（ZN型）。性能：外胶装机械强度高，内胶装增大了电气距离，电气性能好，但不能承受扭矩，对机械强度要求较高时，应采用外胶装或联合胶装绝缘子（ZL型，铁底座外胶装，铁帽内胶装）。,屋外型支柱绝缘子采用棒式绝缘子。,外胶装支柱绝缘子,内胶装支柱绝缘子,610kV棒式绝缘子,高压110220kV户外棒式绝缘子,2额定电压选择：,UN UNs,在屋外有空气污秽或冰雪的地区，应选用高一级电压的产品。,3动稳定校验,当三相导体水平布置时，如图6-6所示，支柱绝缘子所受电动力应为两侧相邻跨导体受力总和的一半，即,式中 L1、L2与绝缘子相邻的跨距（m）。,由于制造厂家给出的是绝缘子顶部的抗弯破坏

32、负荷Fde，因此必须将Fmax换算为绝缘子顶部所受的电动力Fc（单位为N）（如图6-7所示），根据力矩平衡关系得,式中 H绝缘子高度（mm）；,H1绝缘子底部到导体水平中心线的高度（mm），,h为导体放置高度；b为导体支持器下片厚度，一般竖放矩形导体为18 mm，平放矩形导体及槽形导体为12 mm。,动稳定校验条件为,Fc0.6Fde,式中 Fde抗弯破坏负荷（N），0.6为安全系数。,二、穿墙套管的选择,1种类和型式选择,根据装设地点：可选屋内型和屋外型。根据用途：可选择带导体的穿墙套管和不带导体的母线型穿墙套管。屋内配电装置一般选用铝导体穿墙套管。,1035kV穿墙套管,2额定电压选择：,

33、UN UNs,当有冰雪时，应选用高一级电压的产品。,3.额定电流选择,带导体的穿墙套管，其额定电流：IN Imax,母线型穿墙套管本身不带导体，没有额定电流选择问题，但应校核窗口允许穿过的母线尺寸。,4热稳定校验,Qk为短路电流热效应(kA)2s；,It制造厂家给出的t秒内允许通过的热稳定电流（kA）。,母线型穿墙套管无热稳定校验。,5动稳定校验,穿墙套管端部所受电动力Fmax（单位为N）为,式中 L1套管端部至最近一个支柱绝缘子间的距离（m），如图6-6所示；,L2套管本身长度Lca（m）。,动稳定校验条件为,Fmax0.6Fde,式中 Fde抗弯破坏负荷（N），0.6为安全系数。,【例6-

34、3】选择例6-1中变压器低压侧引出线中的支柱绝缘子和穿墙套管。已知I1.3=19.7kA，I2.6=16.2kA。,解（1）支柱绝缘子的选择 根据装设地点及工作电压，位于屋内部分选择ZB-10Y型户内支柱绝缘子，其高度H=215mm，抗弯破坏负荷Fde=7350N。,可以满足动稳定要求。户外部分选高一级电压的ZS-20/8型支柱绝缘子。,（2）穿墙套管的选择 根据装设地点、工作电压及最大长期工作电流，选择CWLC2-10/2000型户外铝导体穿墙套管，其UN=10kV，IN=2000A，Fde=12250N，套管长度Lca=0.435m，5 s热稳定电流为40kA。,满足热稳定要求。,满足动稳

35、定要求。,第六节 母线和电缆的选择,一、导体的选择,（一）导体材料、类型与布置方式选择,1导体的材料,铜：电阻率低，机械强度高，耐腐蚀性比铝强，但储量少，价格高。铝：电阻率比铜高，机械强度低，耐腐蚀性较铜差，但储量高，价格低。一般优先采用铝导体，在工作电流大，地方狭窄的场所和对铝有严重腐蚀的地方可采用铜导体。,2导体的选型,(1)常用硬导体的截面形状有矩形、槽形和管形。导体截面形状影响硬导体的散热、集肤效应系数和机械强度。,1)矩形导体广泛用于35kV及以下，工作电流不超过4000A的屋内配电装置中，例如，主母线，连接导体和变压器及小容量发电机的引出线母线。当单条导体的载流量不能满足要求时，每

36、相可采用24条并列使用；2)槽形导体适用于35kV及以下，工作电流为40008000A的配电装置中，例如，100MW发电机的引出线母线；3)管形导体适用于8000A以上的大电流母线，例如，容量为200MW及以上的发电机引出线。对110kV及以上屋内外配电装置，采用硬母线时，应选用管形导体（防止电晕）。,(2)常用的软导线有钢心铝绞线、组合导线、空心导线、扩径导线和分裂导线。,1)钢心铝绞线适用于35kV及以上的屋外软母线；2)组合导线用于中小容量发电机和变压器的引出线；3)空心导线、扩径导线和分裂导线直径大，可以减小线路电抗、减小电晕损耗和对通讯的干扰，用于超高压母线和输电线路。220kV输电

37、线路常采用两分裂导线。,220kV管形母线、支柱绝缘子,3导体的布置方式,导体的布置方式常采用三相水平布置和三相垂直布置。对于矩形导体，图6-2a中导体竖放，散热条件好，载流量大，但机械强度较差；图6-2b中导体平放，机械强度较高，但散热条件较差；图6-2c为矩形导体三相垂直布置，它综合了图6-2a、b的优点。,（二）导体截面的选择,1按导体的长期发热允许电流选择,汇流母线及长度在20m以下的导体等，一般应按长期发热允许电流选择其截面，即,Imax KIal,2按经济电流密度选择,按经济电流密度选择导体截面可以使年计算费用最小。除汇流母线、厂用电动机的电缆等外，年最大负荷利用时数较大，长度在2

38、0m以上的导体，如发电机和变压器引出线，其截面一般按经济电流密度选择。经济截面用下式计算：,Imax正常运行方式下导体的最大持续工作电流，计算时不考虑过负荷和事故时转移过来的负荷；,J经济电流密度，常用导体的J值，可根据最大负荷利用时数Tmax由图6-3查得。,Imax导体的最大持续工作电流，计算时一般需考虑过负荷和事故时转移过来的负荷。,图6-3 经济电流密度1变电所所用、工矿和电缆线路的铝纸绝缘铅包、铝包、塑料护套及各种铠装电缆 2铝矩形、槽形及组合导线 3火电厂厂用的铝纸绝缘铅包、铝包、塑料护套及各种铠装电缆 435220kV线路的LGJ、LGJQ型钢心铝绞线,1)按经济电流密度选择的导

39、体截面应尽量接近计算的经济截面，当无合适规格的导体时，允许选用小于但接近经济截面的导体。2)按经济电流密度选择的导体截面还需要进行长期发热条件校验，此时计算Imax需考虑过负荷和事故时转移过来的负荷。3)由于汇流母线各段的工作电流大小不相同，且差别较大，故汇流母线不按经济电流密度选择截面。,（三）电晕电压校验,1.导体的电晕放电会产生电能损耗、噪声、无线电干扰和金属腐蚀等不良影响。2.为了防止发生全面电晕，要求110kV及以上裸导体的电晕临界电压Ucr应大于其最高工作电压Umax，即,在海拔不超过1000m的地区：下列情况可不进行电晕电压校验。1)110kV采用了不小于LGJ-70型钢心铝绞线

40、和外径不小于20型管形导体时；2)220kV采用了不小于LGJ-300型钢心铝绞线和外径不小于30型的管形导体时。,（四）热稳定校验,对于特定网络和短路切除时间，短路电流热效应Qk 保持不变，利用上式，取短时最高允许温度al计算短路终了时的A值得Ah，取短路前导体的工作温度w计算短路开始时的A值得Aw，定义热稳定系数为,C达到上限值，若计及集肤效应系数KS影响，可得到满足热稳定的导体最小截面为,显然，当所选导体截面SSmin时，由于短路电流热效应Qk保持不变，短路终了时的A值Af减小，Af Ah，故导体短路时的温升不会超过短时最高允许温度。,Qk的单位为 As；热稳定系数C的单位为,C可以根据

41、短路前导体的工作温度由表6-2查出。,实际环境温度下，短路前导体的工作温度w的计算：由长期发热计算公式得,两式两边相除再平方得：,、Ial实际环境温度和对应于实际环境温度的允许电流。,（五）硬导体的动稳定校验,硬导体的动稳定校验条件为最大计算应力max不大于导体的最大允许应力al，即,maxal,硬导体的最大允许应力：硬铝为70106 Pa，硬铜为140106Pa，1Pa=1N/m2。,由于相间距离较大，无论什么形状的导体和组合，计算相间电动力fph（单位为N/m）时，可不考虑形状的影响，均按下式计算,ish为三相短路冲击电流（A）；a为相间距离（m）；为动态应力系数。,1每相为单条矩形导体母

42、线的应力计算与校验,矩形导体母线系统可以视为均匀荷载作用的多跨连续粱，导体所受到的最大弯矩M（Nm）为,导体最大相间计算应力ph（单位为Pa）为,W导体的截面系数（m3），即导体对垂直于电动力作用方向轴的抗弯矩，与导体尺寸和布置方式有关，见表6-3。,满足动稳定的条件为：,max=phal,单条平放,，单条竖放,不满足动稳定时，可适当减小支柱绝缘子跨距L，重新计算。,也可以用绝缘子间最大允许跨距Lmax校验动稳定：,令ph=al，可得到：,只要支柱绝缘子跨距L Lmax，即可满足动稳定要求。,，,2每相为多条矩形导体母线的应力计算与校验,每相为多条导体时，除受相间电动力的作用外，还受到同相中条

43、与条之间的电动力作用，满足动稳定的条件为,max=ph+bal,1)多条矩形导体的相间计算应力ph与单条矩形导体时的相同：,但截面系数为多条矩形导体的截面系数，根据每相导体的条数和布置方式选用表6-3中公式计算。,双条平放,双条竖放,三条平放,三条竖放,图6-4 双条平放矩形导体侧视图,2)单位长度条间最大电动力fb(单位为N/m)的计算,多条导体的结构：相邻导体条间距离：一般为矩形导体短边b的2倍。由于条间距离很小，故条间应力b比相间应力大的多，为了减小条间计算应力，一般在同相导体的条间每隔3050 cm左右装设一金属衬垫，如图6-4 所示。衬垫跨距Lb可通过动稳定校验条件来确定。,上两式中

44、，K12和K13分别是第1、2条导体和第1、3条导体间的形状系数。,每相多条矩形导体中，电流的方向相同，边条受的电动力最大。根据两平行导体电动力计算公式，并考虑导体形状对电动力的影响，每相为两条且各通过50%的电流时，单位长度条间最大电动力fb(单位为N/m)为,每相为三条时，可以认为中间条通过20%电流，两边条各通过40%电流，则单位长度条间最大电动力fb(单位为N/m)为,3)条间计算应力b（单位为Pa）的计算,边条导体所受的最大弯矩Mb（单位为Nm）为,根据表6-3中的图可以看出，不论导体是平放还是竖放，每相多条导体所受条间电动力的方向与每相单条竖放时所受相间电动力方向相同，故边条导体的

45、截面系数为W=b2h/6因而条间计算应力b（单位为Pa）为,按max=ph+bal校验动稳定，如果不满足动稳定要求时，可以适当减小衬垫跨距Lb，重新计算应力b。,4)动稳定校验,5)用最大允许衬垫跨距Lbmax校验动稳定,令max=ph+b中max=al，得条间允许应力bal=al-ph，代入式（6-24）得最大允许衬垫跨距Lbmax（单位为m）为,为防止因Lb太大，同相各条导体在条间电动力作用下弯曲接触，还应计算衬垫临界跨距Lcr（单位为m），即,的取值，铝：双条为1003，三条为1197。,只要Lb=L/(n+1)minLbmax，Lcr，就能满足动稳定又避免同相各条导体在条间电动力作用下

46、弯曲接触，其中n即为满足动稳定的衬垫个数。,【例6-1】某降压变电所，两台31500kVA自然油循环冷却主变压器并列运行，电压为110/10.5kV。已知：最大负荷利用小时为4100h，环境温度为32，主保护动作时间为0.1s，后备保护动作时间为2.5s，断路器全开断时间为0.1s，引出线导体三相水平布置，导体平放，相间距离a=0.7m，支持绝缘子跨距L=1.2m，短路电流I”=25.3kA，I0.1=23.8kA，I0.2=21.6kA。试选择变压器低压侧引出线导体。,解（1）按经济电流密度选择导体截面,采用矩形铝导体，根据最大负荷利用小时4100h，由图6-3可以查得J=0.9，经济截面为

47、,查矩形铝导体长期允许载流量表，每相选用2条100 mm10 mm双条矩形铝导体，平放时允许电流Ial=2613A，集肤系数Ks=1.42。环境温度为32时的允许电流为,满足长期发热条件要求。,（2）热稳定校验,短路电流热效应,短路前导体的工作温度为,查表6-2，用插值法得,所选截面S=2000mm2Smin=153.388mm2，能满足热稳定要求。,（3）共振校验,取=1，即不考虑共振影响。,（4）动稳定校验,相间电动力,相间应力,根据,，,可以查得形状系数,，条间电动力为,最大允许衬垫跨距,衬垫临界跨距,每跨选取2个衬垫时,可以满足动稳定要求。,二、电力电缆的选择,1电缆型号的选择,基本结

48、构：由导电线芯、绝缘层和保护层三部分组成。线芯材料：铜芯和铝芯两种。常用的线芯数目：单芯充油电缆（用于110kV及以上）三芯电缆（用于35kV及以下三相系统）双芯电缆（用于单相系统）四芯、五芯电缆（用于380/220V三相四线系统或有一线芯用于安全接地）。线芯绝缘：有油浸纸绝缘，塑料绝缘和橡皮（胶）绝缘三类。保护层：塑料电缆的保护层由聚乙烯做成。油浸纸绝缘电力电缆保护层由内保护层和外保护层构成，内保护层目的是防潮和防漏油，有金属铝包和铅包两种；外保护层防机械损伤和防腐蚀，有钢带铠装（抗压）、钢丝铠装（抗拉）等种类，铠装层外还有防腐蚀外被层。,选择电缆时，应根据其用途、敷设方式和场所、工作条件及

49、负荷大小，选择线芯材料、线芯数目、线芯绝缘材料和保护层等，进而确定电缆的型号。,2额定电压选择：UN UNs,3截面选择,1)长度在20m以下的电缆，一般按长期发热允许电流选择其截面，即 Imax K Ial,综合修正系数K的计算,在空气中敷设时,在空气中穿管敷设时,土壤中直埋或穿管直埋时,以上三式中：Kt为温度修正系数，按式（6-4）计算；K1为电缆在空气中多根并列敷设和穿管敷设时的修正系数；K2为空气中穿管敷设时的修正系数，当电压在10kV及以下时，截面S95mm2时，K2=1，当截面S=120185mm2时，K2=0.85；K3为直埋因土壤热阻不同的修正系数；K4为土壤中多根并列敷设的修

50、正系数。,2)年最大负荷利用时数 5000h，长度在20m以上的电缆，按经济电流密度选择电缆截面：,按经济电流密度选择的电缆还应满足长期发热要求：Imax K Ial,为了便于敷设，一般尽量选用线芯截面不大于185mm2的电缆。,4热稳定校验,电缆的热稳定校验仍采用最小截面法，即所选截面S（单位为mm2）应满足,Qk短路电流热效应(A2s)。,热稳定系数C用下式计算,计及电缆芯线充填物热容量随温度变化以及绝缘散热影响的校正系数，对于36kV厂用回路，取0.93；对于10kV及以上回路取1.0；,Q电缆芯单位体积的热容量，铝心取0.59 J/(cm3)，铜心取0.81 J/(cm3)；,电缆芯在