第4章 电气设备的选择

1河海大学电气工程学院第四章电气设备选择2河海大学电气工程学院4.1电气设备选择一般条件4.1.1按正常工作条件选择1）额定电压在选择设备时一般按照导体和电器的额定电压Ue不低于安装地点电网额定电压Uew的条件选择，即Ue≥Uew2）额定电流在规定的周围环境温度下，导体和电器的额定电流Ie应不小于流过设备的最大持续工作电流Igmax，即Ie≥Igmax3河海大学电气工程学院回路名称最大持续工作电流的计算原则发电机或调相机回路变压器回路同时考虑变压器的正常的过负荷倍数母线分段或母联断路器回路一般为该母线上最大一台发电机或变压器的持续工作电流主母线按潮流分布计算馈线带出线电抗器按电抗器的额定电流计算，因其过载能力很小单回线路包括原有负荷,线路损耗及事故时转移过来的负荷三方面之和双回线路取(1.2~2)倍一回路的正常的最大负荷NII05.1maxNII05.1max4河海大学电气工程学院3）自然环境条件选择导体和电器时，应按当地环境条件校核它们的基本使用条件。当温度和湿度、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。确定是选户内型还是户外型；选用普通型还是防污型；选用装配式还是成套式；选用适合有人值班的还是满足无人值班要求等。5河海大学电气工程学院一般非高原型的电气设备使用环境海波高度不超过1000m。当海拔在1000~3500m范围内，如制造厂家规定值每升高100m，则电气设备允许最高工作电压要下降1%。对于110kV及以下电气设备，由于外绝缘裕度大，可在海拔2000m以下使用。按《交流高压电器的长期工作时的发热》的规定，断路器、隔离开关、电抗器等电器设备在环境最高温度为+40时，允许按额定电流持续工作。当安装地点环境的温度膏腴+40而低于+60时，每增高1，建议额定电流减少1.8%；当低于+40时，每降低1，建议额定电流增加0.5%，但总的增加值不得超过额定电流的20%。6河海大学电气工程学院4.1.2按短路条件校验1）热稳定校验It2t≥Qk2）动稳定校验imax≥ish7河海大学电气工程学院设备名称选择项目校验项目额定电压(kV)额定电流(A)装置类型(户内/户外)准确度级短路电流开断能力(kA)二次容量热稳定动稳定高压断路器√√√√√√高压负荷开关√√√√√√高压隔离开关√√√√√高压熔断器√√√√电流互感器√√√√√√√电压互感器√√√√母线√√√√电缆√√√支柱绝缘子√√√穿墙套管√√√√√8河海大学电气工程学院4.2电气设备的选择(1)型式和种类；(2)额定电压；(3)额定电流；(4)开断电流；(5)动稳定；(6)热稳定。1）按种类和型式选择电压6～600千伏的电网可选用真空断路器和六氟化硫断路器；110～500千伏电网一般采用六氟化硫断路器。采用封闭母线的大容量机组，当需要装设断路器时，应选用发电机专用断路器。4.2.1断路器的选择与校验9河海大学电气工程学院2）按额定电压选择高压断路器的额定电压Ue应大于或等于所在电网的额定电压Uew，即Ue≥Uew3）按额定电流选择高压断路器的额定电流Ie应大于或等于流过它的最大持续工作电流Igmax，即Ie≥Igmax10河海大学电气工程学院4）校核开断电流高压断路器的额定电压Ue应大于或等于所在电网的额定电压Uew，即Ibr≥It=开断时刻Ibr——断路器的额定开断电流；Ift=开断时刻——开断时刻的短路全电流，一般用I”代替。11河海大学电气工程学院5）动稳定校验高压断路器的额定峰值耐受电流idw应不小于三相短路时通过断路器的短路冲击电流幅值ishm，即idw≥ishm6）热稳定校验高压断路器的额定短时耐受热量Ir2tr应不小于短路期内短路电流热效应Qk，即Ir2tr≥Qk12河海大学电气工程学院4.2.2隔离开关的选择与校验(1)型式和种类；(2)额定电压；(3)额定电流；(4)动稳定；(5)热稳定。隔离开关的型式和种类的选择应根据配电装置的布置特点和使用条件等因素，进行综合技术经济比较后确定。其它四项技术条件与高压断路器相同。13河海大学电气工程学院试选择下图所示变压器10.5kV侧断路器QF和高压隔离开关QS。已知图中K点短路时I’’=I∞=4.8kA，继电保护动作时间tac=1s。拟采用快速开断的高压断路器，其固有分闸的时间ttr=0.1s。14河海大学电气工程学院互感器属于测量电器，测量一次系统的电压和电流，有电压互感器（TV）和电流互感器（TA）两种。使用互感器的理由：（1）将高电压、大电流变换为低电压、小电流进行测量。要点：变换必须是可逆的。（2）电气隔离一、二次系统，有利安全。（3）测量范围标准化。PT二次以100V为典型值，CT二次以5A为典型值。为安全计，互感器二次绕组必须接地！互感器15河海大学电气工程学院4.2.3电流互感器电流互感器用于测量一次系统电流，二次额定电流一般为5A，也有1A的额定电流。~~~UUWVNUU1IOZZZAWhI2铁芯WhA2II1铁芯母线式CT绕组式CT16河海大学电气工程学院（1）一次绕组串联接入一次系统，匝数少、阻抗小（比之于一次系统线路阻抗和负载阻抗），接入以后对一次电流的扰动可忽略（即一次系统电流保持原有值不变）。（2）二次绕组匝数多、阻抗很大。二次负载阻抗很小，串联接入二次绕组。（3）一、二次电流之比近似为绕组匝数比，此即测量依据。即I1＝KiI2因此，电流互感器相当于一台接近于短路运行的变流器。电流互感器二次绕组严禁开路！17河海大学电气工程学院测量误差1）误差的一般介绍。测量误差＝测量值－真实值（准确值）误差计算的逻辑悖论与解决办法（举例）2）电流互感器的测量误差定义。被测量对象：一次系统电流。真实值：I1。测量值：KiI2。相对误差定义：式中：18河海大学电气工程学院3）误差来源分析I21I理想特性实际特性Z'2二次阻抗二次阻抗2Z''|Z''|22|Z'|I22Z二次绕组负载阻抗1II1Ki两个误差来源：（1）一次电流大小；（2）二次负载大小。误差来源机理：二次绕组非理想的受控电流源，它有内阻抗分流，且分流阻抗非线性。实际上，分流内阻抗是励磁电流、漏磁通、铁损铜损等因素的综合体现，其非线性性是铁心非线性性的体现。CT传变特性CT等效电路19河海大学电气工程学院电流互感器的准确度等级根据误差的大小，将电流互感器按精确度要求分成若干等级，分别为：0.2级：精密测量0.5级：计量1级：变配电所测量仪表3级：指示仪表等供电B级：继电保护用除B级外，其他准确度等级数字与一次绕组通过额定电流时的允许测量误差相等。B级CT在任何情况下的允许测量误差不得超过10％。20河海大学电气工程学院B级电流互感器的10%误差曲线这是因果倒置定义的一个互感器特性。短路电流远大于负荷电流，因此保护用CT测量误差与一次电流和二次阻抗都关系很大。规定保护用CT的最大允许误差为10％，以此为依据倒推对两个误差来源（即一次电流大小与二次阻抗大小）的最大允许值。两个误差来源对测量误差的影响是相互关联的，因此定义B级CT的10％误差曲线如下：电流互感器测量误差正好等于10％时，其一次电流与二次负载取值组合所形成的曲线，叫做保护用电流互感器的10％误差曲线。21河海大学电气工程学院2IAI1SU~Z21ZiKAZ2n一次电流倍数二次负载阻抗误差10％解释实验做法。10％误差曲线的测量与结果见上图。一次电流倍数n定义为：22河海大学电气工程学院电流互感器的接线方式L2L1L3L2L1L3L3L1L2单台测量一相电流两台V型接线测量三相电流三台Y型接线测量三相电流23河海大学电气工程学院电流互感器二次绕组开路的后果twittuu=-ddt一次绕组磁势二次绕组磁势一、二次绕组磁势差二次开路时铁芯磁链正常时铁芯磁链正常时二次绕组电压二次开路时开口处电压（1）铁心剧烈发热，烧毁互感器；（2）二次绕组开口处产生很高的脉冲电压，危及安全。24河海大学电气工程学院.电流互感器的选择1）按设备种类和型式选择对于6～20千伏屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的电流互感器。对于35千伏及以上配电装置，宜采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。25河海大学电气工程学院2）按额定电压、电流选择为了测量仪表的最佳工作状态，并且在过负荷时使仪表有适当的指示，当TC用于测量时，其一次额定电流应尽量选择得比回路中正常工作电流大1/3。3）按准确度级和额定容量选择为了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。26河海大学电气工程学院装于重要回路（如发电机、调相机、变压器、厂用馈线、出现中）不应低于0.5级对于测量精度要求较高的大容量发电机、变压器系统干线和500kV级宜用0.2级对供运行监控、估算电能的电能表和控制盘上仪表的电流互感器0.5~1级供只需测量计电参数仪表的电流互感器可用3级当所供仪表要求不同的准确级时，应按相应最高级别来确定电流互感器的准确级27河海大学电气工程学院4）热稳定和动稳定校验•热稳定校验•内部动稳定校验•外部动稳定校验28河海大学电气工程学院5）电流互感器的配置•凡装有断路器的回路均应装设电流互感器，其数量应满足测量仪表、保护和自动装置的要求。•在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器，如发电机和变压器的中性点、发电机和变压器的出口、桥形接线的跨条上等。•对直接接地系统，一般按三相配置。对非直接接地系统，依具体技术要求按两相或三相配置，为了监视三相电流的平衡和差动保护的需要，该处的电流互感器必须采用三相配置。29河海大学电气工程学院4.2.4电压互感器WhVZZZOU1UUNVWUU~~~2U（1）一次绕组并联在一次系统上，绕组匝数多、阻抗很大（比之于并联在系统上的负载阻抗），并入后对一次系统电压的扰动可略而不计。30河海大学电气工程学院（2）二次绕组匝数少、阻抗很小。二次负载阻抗很大，并联接入二次绕组。（3）一、二次电压之比近似为绕组匝数比，此即测量依据。即U1＝KuU2因此，电压互感器相当于一台接近于开路运行的变压器。为切断电压互感器二次绕组短路故障，其二次回路一般需要设置熔断器作为短路保护。测量误差31河海大学电气工程学院电压互感器的准确度等级测量和保护用电压互感器准确度等级定义与电流互感器相同。没有B级电压互感器，因为过电压保护不需要通过PT测量电压实现。电压互感器的接线方式L3L1L2L2L1L3L3L1L2单台两台V型接线三台Y型接线32河海大学电气工程学院接地绝缘监测专用Yn,yn,d开口电压互感器一次绕组二次绕组辅助绕组一般用三台这样的单相互感器构成三相测量系统，也有专门的三相接地绝缘监测互感器。该互感器除了做通常的电压测量以外，其辅助绕组接成的开口三角形，其开口电压可灵敏反映小接地系统单相接地故障。绝缘——小接地系统相对地绝缘3V100003V1003V10033河海大学电气工程学院2）测量原理。W相接地时，辅助绕组uvUUvwUwEUWEUVEUUUEEUU~~~UVUW系统电源UVWuvw一次绕组辅助绕组电压为开口电压为分析依据1KVL分析依据2辅助绕组电压大小唯一取决于一次绕组34河海大学电气工程学院于是，开口电压大小为：WUVUEVEvwuvuvvwwEvwuv=uvvw=035河海大学电气工程学院正常时，开口电压为0，分析见相量图。uvvwwEuvwEvwVEWEUEWVUuvvwwE36河海大学电气工程学院3）小接地系统单相接地保护的再认识。（1）Yn,yn,d开口电压互感器一般接在变配电所母线上，系统任意一处接地时均有反映，且可知道那一相发生了接地，但不能辨别是哪一个回路发生了接地。（2）零序电流互感器接在每一个回路上，可以发现本回路所发生的接地，但不能判别是哪一相发生了接地，对其他回路的接地无反应。因此，将电压互感器对地绝缘监测叫做无选择性的单相接地保护，将零序电流保护叫做选择性单相接地保护。37河海大学电气工