电气设备选择

第六章电气设备选择6－1电气设备选择的一般条件要保证电气设备可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路情况进行校验。一、按正常工作条件选择1．按额定电压选择电气设备的允许最高工作电压不得低于所在电网的最高运行电压，即≥（6－1）对电缆和一般电器，＝(1.1～1.15)；对于电网，≤1.1。所以，一般可按下式选择≥（6－2）裸导体承受电压的能力由绝缘子长度（或高度）及安全净距（见第七章）保证，无额定电压选择问题。当海拔在1000～4000m时，一般按海拔每增100m，下降1％予以修正。不能满足要求时，应选用高原型产品或外绝缘提高一级的产品。对现有110kV及以下的设备，由于其外绝缘有较大裕度，可在海拔2000m以下使用。2．按额定电流选择电气设备的额定电流是指在额定环境条件（环境温度、日照、海拔高度、安装条件等）下，电气设备的长期允许电流。我国规定电气设备的一般额定环境条件为：1）额定环境温度：裸导体和电缆为25℃，电器为40℃；2）无日照；3）海拔高度不超过1000m。当实际环境条件不同于额定环境条件时，电气设备的长期允许电流应作修正，即均需按实际环境温度修正。另外，计及日照的屋外管形导体、软导线的尚需按海拔修正；电力电缆的尚需按有关敷设条件修正。经综合修正后的不得低于所在回路在各种可能运行方式下的最大持续工作电流·，即＝≥·（A）（6－3）式中：——综合修正系数，为有关修正系数的乘积；·按表6-1的原则计算,即获取各个回路中可能出现的最大负荷电流。当仅计及环境温度修正时，值的计算如下：对于裸导体和电缆（－）对于电器40℃＜≤60℃时，＝1-(-40)×0.0180℃≤≤40℃时，＝1+(40-)×0.005（6-5）＜0℃时，＝1.2表6-2选择导体和电器时的实际环境温度类别安装场所最高环境温度℃裸导体屋外最热月平均最高温度屋内该处通风设计温度。当无资料时，可取最热月平均最高温度加5℃电缆屋外电缆沟最热月平均最高温度屋内电缆沟该处通风设计温度。当无资料时，可取最热月平均最高温度加5℃电缆隧道该处通风设计温度。当无资料时，可取最热月平均最高温度加5℃土壤直埋最热月平均地温电器屋外年最高温度屋内电抗器该处通风设计最高排风温度屋内其它该处通风设计温度。当无资料时，可取最热月平均最高温度加5℃注1：年最高温度为一年中所测得的最高温度的多年平均值。注2：最热月平均最高温度为最热月每日最高温度的月平均值，取多年平均值。3．选择设备的种类和型式（1）应按电器的装置地点、使用条件、检修和运行等要求，对设备进行种类（如屋内或屋外型电器）和型式的选择。（2）除上述考虑海拔、实际环境温度的影响外，尚需考虑其他环境条件影响。二、按短路情况校验1．短路电流的计算条件——总的原则：考虑被选择设备上可能流过的最大短路电流。（1）容量和接线计算容量：应按本工程设计的最终容量，并考虑系统的发展（一般为本工程建成后的5～10年）。计算接线：应采用可能发生最大短路电流的正常接线方式。（2）短路种类一般按三相短路校验。但应当考虑一些特殊情况下，短路电流可能大于三相短路电流。（3）短路计算点应选择通过被校验对象的短路电流为最大的那些点。——可以简化为：（1）对双侧电源的设备：在被校验对象两侧各取一个短路计算点，然后取用流过短路电流最大的那个点作为该设备选择时的短路计算点。（2）对单侧电源的设备：在被校验对象的负荷侧取一个短路计算点。现以图6-1为例说明选择方法，见下图。1）发电机回路的QF1（QF2类似），应选K1和K4两个短路点中短路电流最大的。其中K1为系统和发电机G2共同提供短路电流，K4为发电机G1提供短路电流。2）母联QF3，选K3。同样，在校验发电机电压母线的动、热稳定时也应选K3。其中K3为系统和两台发电机共同提供短路电流。3）分段QF4，选K4，并假设G1和G2相同且T1推出运行。此时，由系统和发电机G2共同提供短路电流。如G1、G2容量或阻抗不同，则应在QF4右侧再设置一个K点。4）变压器低压回路QF5，选K4和K5。其中K5为两台发电机共同提供短路电流，K4为系统提供短路电流。5）变压器高压回路QF6，选K6和K7。其中K7为两台发电机共同提供短路电流，K6为系统提供短路电流。6）带电抗器的出线回路QF7，选K8，一般不选K2。三个电源共同提供短路电流。7）厂用变压器回路QF8，选K9。三个电源共同提供短路电流。2．短路计算时间（1）校验热稳定的短路计算时间即计算短路电流热效应的时间式中：——后备继电保护动作时间；、——分别为断路器全开断时间、固有分闸时间；——断路器开断时电弧持续时间。（2）校验开断电器开断能力的短路计算时间式中：——主继电保护动作时间。3．热稳定和动稳定校验（1）热稳定校验——要求电气设备能承受短路电流所产生的热效应。1）导体和电缆满足热稳定的条件为≥（6－8）2）电器满足热稳定的条件为≥·（6－9）（2）动稳定校验——要求电气设备能承受短路冲击电流所产生的电动力效应。1）硬导体满足动稳定的条件为≥（6－10）2）电器满足动稳定的条件为≥（6－11）（3）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，其热稳定由熔断时间保证，可不校验热稳定；支柱绝缘子中不通过电流，也可不检验热稳定。2）用限流熔断器保护的设备，可不检验动稳定；电缆有足够的强度，也可不检验动稳定。3）电压互感器及装设在其回路中的裸导体和电器，可不检验动、热稳定。6－2敞露母线及电缆的选择一、敞露母线的选择（一）母线材料、截面形状和布置方式选择1．材料一般采用铝母线；特殊场所，采用铜母线。2．35k35k35k110母线。3．钢芯线常见有（1（2（二1．主母电流选择2．导体取某一截经济截面利用小时图6-3年对应导体外，满足式截面形状kV及以下kV及以下kV及以上0kV及以上布置方式芯铝绞线有三相水1）三相水2）三相垂二）母线按最大持母线及长择，即按按经济电体的年运截面时面。与时数年运行费与应于不同截面一为正常（6-3）的状下、≤下、＝上的屋外，上或35k式母线、管水平布置和水平布置垂直布置截面选择持续工作长度在20按式（6-3电流密度运行费与截，年运行对应的电的增加而与导体截类型导体一般按选运行时的的要求。≤4000A屋＝4000～，可采用V及以下管形母线一和三相垂直。多用于置。用于2择电流选择以下的）选择。选择截面的关行费最低，电流密度而减小。面的关系体和不同选择的最大持续屋内，一～8000A的用钢芯铝绞下、＞一般采用直布置。于中、小容20kV以下择的母线，一关系如图相应地，，称为经系图6-的续工作电一般采用矩的屋内，一绞线；＞8000A的用三相水平容量配电下、短路一般均按所6-3曲线，年计算经济电流-4载流导如图6-4⁄电流。按式矩形母线一般采用的屋内、平布置。电装置。路电流很大所在回路线3所示算费用也最流密度。导体的经济4所示。式（6-13线；用槽形母线外，可采矩形、双大的配电路的最大持示。可见，最低，此截随着年最济电流密度除主母线3）选择，线；采用管形双槽形母装置中。持续工作当导体截面称最大负荷度曲线线和较短还必须形母作体称荷短——注意事项：（1）实际选取导体截面时，按照考虑。（2）按照经济电流密度选择的导体截面，必须按照最大持续工作电流进行校验。即≥（3）母线截面选择的条件：1）配电装置中的主母线及长度在20m以下的母线，一般只按最大持续工作电流选择；2）母线桥上的母线，只按经济电流密度选择，不要求按照最大持续工作电流进行校验；3）其它情况，按照经济电流密度选择的导体截面，还必须按照最大持续工作电流进行校验。（三）电晕电压校验1．导体的电晕会产生多方不利的影响：1）使周围空气强烈游离，降低空气的绝缘强度，使绝缘子容易发生，过电压时易导致相间放电；2）在电晕的范围内进行着化学反应，形成以及氮化合物，对有机绝缘材料和金属有腐蚀作用；3）电晕引起电能损耗；4）电晕具有特殊的噪声和破裂声，使运行人员难以用听觉检查设备的工作情况；5）电晕会产生无线电干扰。2．电晕电压校验1）60kV及以下的系统，不必校验。2）110kV及以上系统的裸导体，应按当地晴天不发生全面电晕的条件校验，即（－）当所选导体型号及外径大于、等于下列数值时，可不进行电晕校验：钢芯铝绞线：110kVLGJ-70，220kVLGJ-300；管形导体外径：110kVφ20mm，220kV30mm。（四）热稳定校验按热稳定决定的母线最小截面为：（－）——热稳定系数，与母线材料及其正常运行最高工作温度有关，见表6-3。表6-3不同工作温度下裸导体的C值工作温度（℃）4045505560657075808590硬铝即铝锰合金9997959391898785838179硬铜186183181179176174171169166164162⁄℃（－）——母线通过时的温度（℃）；——母线对应于的允许电流（A）。当不是表6-3中的数字时，可用插值法求相应的。值用下式直接计算更方便（可适应任意）（－——铝149，铜248；——铝245℃，铜235℃；——铝200℃，铜300℃。当所选的导体截面≥时，满足热稳定的要求。（五）硬母线的共振校验目的是确定动稳定校验所需要的动态应力系数。有两种方法：（1）当已知绝缘子跨距时，按式（2-61）计算导体的。当在共振频率范围内时，由图2-21查出相应的值；当在共振频率范围外时，。（2）当未知绝缘子跨距时，令＝160HZ，按式（2-61）计算导体不发生共振所允许的，即（－当选择实际≤时，必有≥160HZ，即≈1，满足不共振的要求。（六）硬母线的动稳定校验如每相为单条导体，当短路冲击电流通过母线时，导体的横截面受到相间弯矩的作用。如果每相为两条及以上导体，当短路冲击电流通过母线时，导体的横截面同时受到相间弯矩和条间弯矩的作用，即同时存在相间应力和条间应力。设和方向相同，则最大应力为、分别为导体相间和条间抗弯截面系数（）。表6-4矩形导体截面系数（）每相条数123力作用在面⁄..力作用在面⁄⁄⁄表6-5导体最大允许应力导体材料最大允许应力（）硬铝硬铜LF21型铝锰合金管矩形导体的条间作用力永远在面上，所以不论每相条数多少，不论平放或竖放，总有⁄求出的应满足式（6-10），即≥（）1．每相单条矩形母线的应力计算导体只受相间电动力的作用。导体自由支承于支持绝缘子上，相当于一个多跨梁，承受均匀分布的电动力的作用。当跨数大于2时⁄·.⁄设计时，一般未知，为满足动稳定，常根据来确定，即令，则选择≤，必然满足动稳定的要求。2．每相多条矩形母线的应力计算导体同时受到相间、同相条间的作用力。（1）计算仍按式（2-24）计算，取相应条数和布置方式的截面系数。（2）计算同相的条间距离小，通常较大，故在同相各条导体间设衬垫。同相中，边条导体所受的条间作用力最大。其所受的最大弯矩为⁄·按式（2-42）计算，其中的取条间距离。并考虑电流在条间的分配及形状系数。当每相为二条时，,并认为相电流在两条间平均分配。即..⁄当每相为三条时，1、2条间距离为，1、3条间距离为，并认为两边条各通过相电流的40％，中间条通过20％。即.⁄于是，可求得当未知时，在计算的基础上，可计算满足动稳定的。代入式（6-29）得⁄设⁄，设其整数部分为，则即为每跨内满足动稳定所必须用的最少衬垫数。例如：＝2.8，取＝2，则每跨内应设置＝3个衬垫，才能满足动稳定要求。另外，当较大时也可能因造成导体弯曲而相互接触，要求必须小于另一个允许的最大跨距——临界跨距。⁄——每相二条导体时：铜1144，铝1003；每相三条导体时：铜1355，铝1197。3．槽形母线的应力计算槽形母线的布置如图示，其应力计算方法与矩形母线相同。（1）计算：仍按式（6-24）计算。导体按垂直布置时，。导体按水平布置时，如两槽未焊成一整体，则；如两槽焊成一整体，则。、、可查附表2-2。（2）计算：与双条矩形导体计算相同。当条间距离为（槽形导体高）时，，于是..⁄不论采用垂直或水平布置布置方式，均作用在轴方向，则各槽导体均绕轴弯曲，有，于是得当双槽焊成