主要电气设备选择

主要电气设备选择导体和电气设备的选择是电气设计的主要内容之一。尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不相同，但对它们的基本要求却是一致的。电气设备要能可靠的工作，必须按正常条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。一、正常工作条件选择电气设备1.额定电压通常规定一般电气设备允许的最高工作电压为设备额定电压的10.到1.15倍，而电网运行电压的波动范围，一般不超过电网额定电压的1.15倍。因此，在选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压不低于装置地点电网额定电压USN的条件选择，即UN≥USN2.额定电流电气设备的额定电流IN是指额定环境温度Θ0下，电气设备的长期允许电流。IN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Imax，即IN≥Imax出线回路的Imax除了要考虑正常符合电流外，还应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷。3.环境条件对设备选择的影响当电气设备安装地点的环境条件如温度、风速、污秽等级、海拔高度、地震强烈程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。在工程设计时正确选择环境最高温度，对电气设备运行的安全性和经济性至关重要。选择导体及电气设备的环境最高温度宜采用下表所列数据。表6-1选择导体和电气设备的环境最高温度裸导体屋外安装最热月平均温度（最热月每日最高温度的月平均值；取多年平均值）屋内安装该处通风设计温度。当年无资料时，取最热月平均最高温度加5度电气设备屋外安装年最高温度（一年中所测量的最高温度的多年平均值）屋内电抗器该处通风设计最高排风温度屋内其他该处通风设计温度。当无资料时，取最热平均最高温度加5度此外，还应按电气设备的安装地点、使用条件、检修、运行和环境保护等要求，对电气设备进行种类和型式的选择。二、高压断路器的原理及选择1.高压断路器是发电厂与变电站中主系统的重要开关器。高压断路器的主要功能是：正常运行时倒换运行方式，把设备或线路接入电路或推出运行，起到控制作用；当设备或线路发生最大故障时，能快速切除故障回路、保证无故障部分正常运行，起到保护作用。高压断路器的最大特点是能断开电气设备中负荷电流和短路电流。2.断路器种类和型式的选择按照断路器采用的灭弧介质可分为油断路器、压缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器等。（1）油断路器：由于油断路器的开关性能差，且110kv电压以上产品为积木式、多端口的结构，很难实现端口电压均衡，因而其在500kv及以上电压等级禁止使用。（2）压缩空气断路器：采用压缩空气做为灭弧介质，具有大容量下开断能力强及开断时间短的特点，但结构复杂、尚需配置压缩空气装置，价格娇贵，而且合闸时排气噪音大，所以主要用于220kv及以上电压的屋外配电装置。（3）SF6断路器：采用不可燃和有优良绝缘与灭弧性能的SF6气体作为灭弧介质，具有优良的开断性能。此种断路器运行可靠性高，维护工作量小，故适用于各种电压等级，特别在220kv及以上配电装置中得到最广泛的应用。但是，SF6断路器在35kv及以下屋内配电装置中使用较少，这是因为SF6本身无毒，但分解物有毒性，而且SF6比重较空气大5.1倍，所以将SF6断路器布置在屋内，需要良好的通风、排风和可靠的检漏与检测设备，以防人员中毒及窒息。（4）真空断路器：利用真空的高介质强度灭弧，具有灭弧时间短、低噪声、高寿命及可频繁操作等优点，已经在35kv及以下的配电装置中获得最广泛的应用。选择断路器型式时，应根据各类断路器的特点及使用环境、条件而定。3.额定电压和电流选择高压断路器的额定电压和额定电流选择需满足UN≥USN，IN≥Imax式中：UN、USN分别为断路器和电网的额定电压（kv）IN、Imax分别为断路器的额定电流和电网的最大负荷电流。4.开断电流选择高压断路器的额定电流开关INbr是指在额定电压下能保证正常开断时的最大短路电流，它是表征高压断路器开断能力的重要参数。高压断路器在低于额定电压下，开断电流可以提高，但犹豫灭弧装置机械强度的限制，故开断电流仍有一极限值，该极限值称为极限开断电流，即高压断路器开断电流不能超过极限开断电流。在中大型发电厂和枢纽变电站使用快速保护和高速断路器，其开断时间小于0.1秒，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%，需要用短路计算时间tk′对应的短路电流Ik′进行校验，即INbr≥Ik′Ik′=√Ipt2+(√2I′′e−ψtk′Ta)2式中：Ipt为开断瞬间短路电流周期分量有效值，当开断时间小于0.1秒时，Ipt≈I′′(A)；当非周期分量所占实际比值大于20%时，超过了断路器型式试验的条件，因此还应向制造部门要求补充试验数据。5.短路开合电流的选择在断路器合闸之前，若线路上已经存在短路故障，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（预击穿），更容易发生触头熔焊和遭受电动力的损坏；且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，断路器的额定短路关合电流iNcl不应小于短路电流最大冲击值ish，即iNcl≥ish三、裸导体的选择1.导体选型导体是由铜、铝、铝合金制成。载流导体一般使用铝或铝合金材料。纯铝的成型导体一般为矩形、槽型和管型；铝合金导体有铝锰合金和铝镁合金两种，形状均为管型，铝锰合金载流量大，但强度太差；铜导体只用在持续工作电流大，且出线位置特别狭窄或污秽，对铝有严重腐蚀的场所。2.导体截面选择导体截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择。对年负荷利用小时数大（Tmax500h）传输容量大，长度在20m以上的导体，如发电机、变压器的连接导体其截面一般按经济电流密度选择。而配电装置的汇流母线通常在正常运行方式下，传输容量不大，故可按长期允许电流来选择。⑴按导体长期发热允许电流选择按导体长期发热允许电流选择，则计算式为Imax≤KIal式中：Imax为导体所在回路中最大持续工作电流（A）;Ial为在额定环境温度为25度时导体允许电流（A）；K为与实际环境温度和海拔有关的综合修正系数，见附表3.综合修正系数K还可以计算为K=√Θal−θΘal−θ0式中：θ、θ0分别为导体安装处的实际环境温度和导体额定载流量的基准温度；Θal为导体长期发热允许最高温度。⑵按经济电流密度选择按经济电流密度选择导体截面可使用年计算费用最低。不同种类的导体和不同的最大负荷利用小时数Tmax将有一个年计算费用最低的电流密度，成为经济电流密度J。各种铝导体的经济电流密度如图所示。导体的经济截面SJ为SJ=ImaxJ(mm2)应尽量选择接近上式计算的标准截面，为节约投资允许选择小于经济截面电导体。按经济电流密度选择的导体截面的允许电流还必须满足式的要求。