山东理工大学：《发电厂电气部分》课程教学资源（导学任务单）06 导体和电气设备的原理与选择.doc_大学文库

发电厂电气分 2 第六章导体和电气设备的原理与选择第六章导体和电气设备的原理与选择 6.1电气设备选择的一般条件电力系统中的各种电气设备由于用途和工作条件各异，它们的具体选择方法也就不尽相同，但从基本要求来说是相同的。电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，按短路条件校验其动、热稳定性。 1按正常工作条件选择 1、置的正工作条作指定电压定电流和自环条作个面不同额定电压的高压电气设备，其绝缘部分应能长期承受相应的最高工作电压。由于电网调压或负荷的变化，使电网的运行电压常高于电网的额定电压。因此，所选导体和电器的允许最高工作电压应不低于所连接电网的最高运行电压。当导体和电器的额定电压为U、时，导体和电器的最高工作电压一般为1.1~1.15，：而实际电网的最高运行电压一般不超过1.1U,。因此，在选择设备时，一般按照导体和电器的额定电压U、不低于安装地点电网额定电压U的条件选择，即 (六1) 2、额定电流电气设备的额定电流,是指在额定环境条件（环境温度、日照、海拔、安装条件等》下，电气设备的长期允许电流/。·，应不小于该回路的最大持续工作电流/，即 10)21a (六-2) 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，故其相应回路的最大持续工作电流1=1.05L,（L,为发电机的额定电流)：母联断路器和母线分段断路器回路的最大持续工作电流，一般取该母线上最大一台发电机或一组变压器的I:母线分段电抗器回路的最大持续工作电流，按母线上事故切除最大一台发电机时，这台发电机额定电流的 50%一80%计算：货线回路的最大持续工作电流，除考患线路正常负荷电流外，还应包括线路损耗和发生事故转移过来的负荷。 3、自然环境条件对设备选择的影响我国规定电气设备的一般额定环境条件为：额定环境温度8，裸导体和电缆的日、为 25℃，断路器、隔离开关、电流互感器、穿墙套管、电抗器等电器的8x为40C:无日照：海拔高度不超过1000m。因此选择导体和电器时，应按当地环境条件校核它们的额定使用

发电厂电气部分第六章导体和电气设备的原理与选择 2 第六章导体和电气设备的原理与选择 6.1 电气设备选择的一般条件电力系统中的各种电气设备由于用途和工作条件各异，它们的具体选择方法也就不尽相同，但从基本要求来说是相同的。电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，按短路条件校验其动、热稳定性。 1 按正常工作条件选择导体和电器的正常工作条件是指额定电压、额定电流和自然环境条件 3 个方面。 1、额定电压不同额定电压的高压电气设备，其绝缘部分应能长期承受相应的最高工作电压。由于电网调压或负荷的变化，使电网的运行电压常高于电网的额定电压。因此，所选导体和电器的允许最高工作电压应不低于所连接电网的最高运行电压。当导体和电器的额定电压为 UN 时，导体和电器的最高工作电压一般为 1.1～1.15 UN ；而实际电网的最高运行电压一般不超过 1.1UN 。因此，在选择设备时，一般按照导体和电器的额定电压 UN 不低于安装地点电网额定电压 UNs 的条件选择，即 U U N Ns  (六-1) 2、额定电流电气设备的额定电流 N I 是指在额定环境条件（环境温度、日照、海拔、安装条件等）下，电气设备的长期允许电流 al I 。 N I 应不小于该回路的最大持续工作电流 max I ，即 max ( ) N al I I I  (六-2) 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，故其相应回路的最大持续工作电流 max 1.05 N I I = （ N I 为发电机的额定电流）；母联断路器和母线分段断路器回路的最大持续工作电流，一般取该母线上最大一台发电机或一组变压器的 max I ；母线分段电抗器回路的最大持续工作电流，按母线上事故切除最大一台发电机时，这台发电机额定电流的 50%～80%计算；馈线回路的最大持续工作电流，除考虑线路正常负荷电流外，还应包括线路损耗和发生事故转移过来的负荷。 3、自然环境条件对设备选择的影响我国规定电气设备的一般额定环境条件为：额定环境温度 0N  ，裸导体和电缆的 0N  为 25 C ，断路器、隔离开关、电流互感器、穿墙套管、电抗器等电器的 0N  为 40 C ；无日照；海拔高度不超过 1000 m 。因此选择导体和电器时，应按当地环境条件校核它们的额定使用

发电厂电气语分 3 第六章导体和电气设备的原理与选择条件。当气温、风速、湿度、污秽等级、海拔高度、地震烈度、覆冰厚度等环境条件超出般电器的规定使用条件时，应向制造部门提出补充要求或采取相应的防护措施。例如，当电气设备布置在制造部门规定的海拔高度以上地区时，由于环境条件变化的影响，引起电气设备所允许的最高工作电压下降，需要进行校正。一般当海拔在1000~3500m范围内，若海拔高度比厂家规定值升高100m,则最高工作电压要下降1%。在海拔高度超过1000 的地应选用高原型产品或选用外绝缘提高一级的产品。对于现有11OkV及以下大多数电器，因外绝缘具有一定裕度，故可在海拔2000m以下的地区使用。当周围环境温度日，与导体（或电器）额定环境温度日，不等时，其长期允许电流可按下式修正，即 =辰路 (六-3) 式中：K,一温度修正系数，K, 8-6 Vox-Oom 日、—导体或电气设备正常发热允许最高温度，一般可取8，=70℃ 我国生产的裸导体的额定环境温度为+25℃，当装置地点环境温度在-5-+50℃范围内变化时，导体允许通过的电流可按公式（六-3）修正。我国生产的电气设备的额定环境温度=40C,如环境温度+40℃≤8≤+60C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%，但增加幅度最多不得超过原额定电流的20%。此外，还应考虎到装置恤点、使用条件、检修、云行和环境保护（申磁干扰、碳声）等要求，对导体和电器进行种类（屋内或屋外）和型式（防污、防爆、湿热等）的选择。 2按短路条件校验 1、短路电流的计算条件为使所选导体和电器具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定的时期内适应电力系统的发展需对导体和电器进行校验用的短路电流应满足下列条件 (1)计算时应按本工程设计的规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般考虑本工程建成后5~10年)。所用的接线方式，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应仅按在切换过程中可能并列运行的接线方式。 (2)短路的种类可按三相短路考虑。若发电机出口的短路，或中性点直接接地系统白耦变压器等回路中的单相、两相接地路较三相短路严重时则应按严重情况验算 (3)短路计算点应选择在正常接线方式下，通过导体或电器的短路电流为最大的地点，但对于带电抗器的6一10kV出线及厂用分支线回路，在选择母线至母线隔离开关之间的引线、套管时，计算短路点应该取在电抗器前。选择其余的导体和电器时，计算短路点一般取在电抗器后

发电厂电气部分第六章导体和电气设备的原理与选择 3 条件。当气温、风速、湿度、污秽等级、海拔高度、地震烈度、覆冰厚度等环境条件超出一般电器的规定使用条件时，应向制造部门提出补充要求或采取相应的防护措施。例如，当电气设备布置在制造部门规定的海拔高度以上地区时，由于环境条件变化的影响，引起电气设备所允许的最高工作电压下降，需要进行校正。一般当海拔在 1000～3500m 范围内，若海拔高度比厂家规定值升高 100m,则最高工作电压要下降 1%。在海拔高度超过 1000m 的地区，应选用高原型产品或选用外绝缘提高一级的产品。对于现有 110kV 及以下大多数电器，因外绝缘具有一定裕度，故可在海拔 2000m 以下的地区使用。当周围环境温度 0  与导体（或电器）额定环境温度 0N  不等时，其长期允许电流可按下式修正，即 N 0 N 0N al N N I I K I      − = = − (六-3) 式中： K——温度修正系数， N 0 N 0N K     − = − ； N  ——导体或电气设备正常发热允许最高温度，一般可取 N  =  70 C 。我国生产的裸导体的额定环境温度为 +  25 C ，当装置地点环境温度在 − + 5 50C 范围内变化时，导体允许通过的电流可按公式(六-3)修正。我国生产的电气设备的额定环境温度 0N  =  40 C ，如环境温度 0 N +    +  40 C 60 C  时，其允许电流一般可按每增高 1C ，额定电流减少 1.8% 进行修正；当环境温度低于 +  40 C 时，环境温度每降低 1C ，额定电流可增加 0.5% ，但增加幅度最多不得超过原额定电流的 20% 。此外，还应考虑到装置地点、使用条件、检修、运行和环境保护（电磁干扰、噪声）等要求，对导体和电器进行种类（屋内或屋外）和型式（防污、防爆、湿热等）的选择。 2 按短路条件校验 1、短路电流的计算条件为使所选导体和电器具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定的时期内适应电力系统的发展需要，对导体和电器进行校验用的短路电流应满足下列条件。（1）计算时应按本工程设计的规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般考虑本工程建成后 5～10 年）。所用的接线方式，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应仅按在切换过程中可能并列运行的接线方式。（2）短路的种类可按三相短路考虑。若发电机出口的短路，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）短路计算点应选择在正常接线方式下，通过导体或电器的短路电流为最大的地点。但对于带电抗器的 6～10kV 出线及厂用分支线回路，在选择母线至母线隔离开关之间的引线、套管时，计算短路点应该取在电抗器前。选择其余的导体和电器时，计算短路点一般取在电抗器后

发电厂电气语分 5 第六章导体和电气设备的原理与选择】断路器全开断时间人，是指给断路器的分闸脉冲传送到断路器操动机构的跳闸线圈时起，到各相触头分离后电弧完全熄灭为止的时间段。显然，1包括两个部分，即 =m+ (六-5) 式中：1。一一断路器固有分闸时间，它是由断路器接到分闸命令（分闸电路接通）起，到灭弧触头刚分离的一段时间，此值可在相应手册中查出：，一一断路器开断时电弧持续时间，它是指由第一个灭弧触头分离瞬间起，到最后一极电弧熄灭为止的一段时间。对少油断路器为0.04~0.06s,SF6和压缩空气断路器约为0.02 0.04s,真空断路器约为0.015s。 (2)短路开断计算时间。断路器不仅在电路中作为操作开关，而且在短路时要作为保护电器，能迅速可靠地切短路电流。为此，断路器应能在动静触头刚分离时刻，可靠开断短路电流，该短路开断计算时间（应为主保护时间1，和断路器固有分闸时间。之和，即 (六-6) 对于无延时保护，1：为保护启动和执行机构时间之和，传统的电磁式保护装置一般为 0.05~0.06s,微机保护装置一般为0.016~0.03s。 3、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 112Q 4、短路动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，亦称动稳定。满足动稳定的条件 2a或1.21 (六.7 同时，应按电气设备在特定的工程安装使用条件，对电气设备的机械负荷能力进行校验即电气设备的端子允荷载应大于设备引线在短路时的最大电动力： 5、儿神特殊情况说明由于回路特殊性，对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，其热稳定由熔体的熔断时间保证，故可不校验热稳定。 (2)采用限流熔断器保护的设备可不校验动稳定。 (3)在电压互感器回路中的裸导体和电器可不校验动、热稳定 (4)对于电缆其内部为软导线，外部机械强度很高，不必校验其动稳定。高压电气设备选择及校验的项目见下表，对于选择及校验的特殊要求，将在后续相关内容中介绍

发电厂电气部分第六章导体和电气设备的原理与选择 5 断路器全开断时间 br t 是指给断路器的分闸脉冲传送到断路器操动机构的跳闸线圈时起，到各相触头分离后电弧完全熄灭为止的时间段。显然， br t 包括两个部分，即 br in a t t t = + (六-5) 式中： in t ——断路器固有分闸时间，它是由断路器接到分闸命令（分闸电路接通）起，到灭弧触头刚分离的一段时间，此值可在相应手册中查出； a t ——断路器开断时电弧持续时间，它是指由第一个灭弧触头分离瞬间起，到最后一极电弧熄灭为止的一段时间。对少油断路器为 0.04～0.06s，SF6 和压缩空气断路器约为 0.02～ 0.04s，真空断路器约为 0.015s。（2）短路开断计算时间 ' k t 。断路器不仅在电路中作为操作开关，而且在短路时要作为保护电器，能迅速可靠地切断短路电流。为此，断路器应能在动静触头刚分离时刻，可靠开断短路电流，该短路开断计算时间 ' k t 应为主保护时间 pr1 t 和断路器固有分闸时间 in t 之和，即 ' k pr1 in t t t = + (六-6) 对于无延时保护， pr1 t 为保护启动和执行机构时间之和，传统的电磁式保护装置一般为 0.05～0.06s，微机保护装置一般为 0.016～0.03s。 3、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 2 t k I t Q 4、短路动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，亦称动稳定。满足动稳定的条件为 es sh i i  或 es sh I I  (六-7) 同时，应按电气设备在特定的工程安装使用条件，对电气设备的机械负荷能力进行校验，即电气设备的端子允许荷载应大于设备引线在短路时的最大电动力。 5、几种特殊情况说明由于回路特殊性，对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，其热稳定由熔体的熔断时间保证，故可不校验热稳定。（2）采用限流熔断器保护的设备可不校验动稳定。（3）在电压互感器回路中的裸导体和电器可不校验动、热稳定。（4）对于电缆，因其内部为软导线，外部机械强度很高，不必校验其动稳定。高压电气设备选择及校验的项目见下表，对于选择及校验的特殊要求，将在后续相关内容中介绍

发电厂电气语分 9 第六章导体和电气设备的原理与选择 6.发电机断路器的特殊要求 ()额定值方面的要求。发电机断路器要求承载的额定电流待别高，而且开新的短路电流特别大，这都远超出相同电压等级的输配电断路器 (2)开断性能方面的求。发电机断路器应具有开断非对称短路电流的能力，其直流分量衰减时间可达133m5,还应具有关合额定短路电流的能力，该电流峰值为额定短路开断电流有效值的2.74倍，以及要具有开断失步电流等能力等。 (3)固有恢复电压方面的要求，因为发电机的辩态恢复电压是由发电机和升压变压器参效决定的，而不是由系统决定的，所以其瞬态恢复电压上升率取决于发电机和变压器的容量等级，等级越高，膜态恢复电压上升得越快二、隔离开关的选择 ◆隔高开关一般配有电动及手动操作机构，单相或三相操作，它与断路器配套佳用。但隔离开关无灭孤装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。 ◆隔离开关与断路器相比，在额定电压、电流的选择及短路动、热稳定校验的项目相同。但由于隔离开关不用来接通和切除短路电流，故无需进行开断电流和短路关合电流的校验 ◆隔离开关的型式较多，技安装地点不同，可分为屋内式和屋外式，技绝缘支柱数目又可分为单柱式、双柱式和三柱式，此外还有V形隔离开关 ◆隔离开关的工作特点是在有电压、无负荷电流情况下，分、合线路。其主要功能为： (1)隔离电压，在检修电气设备时，用隔离开关将被检修的设备与电源电压隔离，以确保检修的安全。 (2)倒操作。投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时，常用隔离开关配合断路器，协同操作完成。 (3)分、合小电流。因隔离开关具有一定的分、合小电感电流和电容电流的能力，故一般可用来进行以下操作：分、合避雷器、电压互感器和空戴母线：分、合励磁电流不超过2A的空较变压器：关合电容电流不超过5A的空戴线路