高压电气设备的选择

高压电气设备的选择✧一、高压电气设备选择一般条件和原则✧二、高压开关电器的选择✧三、互感器的选择✧四、高压熔断器的选择一、高压电气设备选择一般条件和原则（一）、高压电气设备选择与校验的一般条件（二）、高压电气设备的选择与校验项目（三）、按正常工作条件选择高压电气设备✧额定电压和最高工作电压✧额定电流✧按环境工作条件校验（四）、短路条件校验✧短路热稳定校验电动力稳定校验✧短路电流计算条件短路计算时间高压电气设备选择与校验的一般条件电气设备选择是发电厂和变电所设计的主要内容之一，在选择时应根据实际工作特点，按照有关设计规范的规定，在保证供配电安全可靠的前提下，力争做到技术先进，经济合理。

为了保障高压电气设备的可靠运行，高压电气设备选择与校验的一般条件有：（1）按正常工作条件包括电压、电流、频率、开断电流等选择；（2）按短路条件包括动稳定、热稳定校验；（3）按环境工作条件如温度、湿度、海拔等选择。

高压电气设备的选择与校验项目高压电气设备的选择与校验项目见表7-1。

额定电压和最高工作电压高压电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，常高于电网的额定电压，故所选电气设备允许最高工作电压Ualm 不得低于所接电网的最高运行电压。

一般电气设备允许的最高工作电压可达1.1～1.15UN ，而实际电网的最高运行电压Usm 一般不超过1.1UNs ，因此在选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压UN 不低于装置地点电网额定电压UNs 的条件选择，即 UN ≥UNs额定电流电气设备的额定电流ⅠN 是指在额定环境温度下，电气设备的长期允许通过电流。

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 。

（１）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Ⅰmax 为发电机、调相机或变压器的额定电流的1.5倍；（２）若变压器有过负荷运行可能时， Ⅰmax 应按过负荷确定（1.3~2倍变压器额定电流）；（３）母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的Ⅰmax ；（４）出线回路的Ⅰmax 除考虑正常负荷电流（包括线路损耗）外，还应考虑事故时由其它回路转移过来的负荷。

按环境工作条件校验在选择电气设备时，还应考虑电气设备安装地点的环境条件，当气温、温度、海拔高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。

当周围环境温度θ0和电气设备额定环境温度不等时，其长期允许工作电流应乘以修正系数K ，即我国的电气设备使用的额定环境温度θN=40℃。

如周围环境温度θ0高于40℃小于60℃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%，但其Ｉmax 不得超过ＩＮ的20%。

该式对求导体的在实际环境温度下的长期允许工作电流，此时公式中的θN 一般为25℃。

短路条件校验—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式中 Ⅰt —厂家给的电气设备在时间t 秒内的热稳定电流。

Ⅰ∞—短路稳态电流值。

t —与Ⅰt 相对应的时间。

tdz —短路电流热效应等值计算时间。

短路条件校验—电动力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，也称动稳定。

满足动稳定的条件为 或 N N N al I KI I θθθθθ--==max 0max kz t t I t I 22∞≥ch es ii ≥ch es I I ≥式中 ich 、Ⅰch —短路冲击电流幅值及其有效值；ies 、Ⅰes —电气设备允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值。

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，热稳定由熔断时间保证。

（2）采用限流熔断器保护的设备，可不校验动稳定。

（3）装设在电压互感器回路中的裸导体和电气设备可不校验动、热稳定。

短路条件校验—短路电流计算条件为使所选电气设备具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定时期内适应电力系统发展的需要，作校验用的短路电流应按下列条件确定。

（1）容量和接线按本工程设计最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划；其接线应采用可能发生最大短路电流的正常接线方式，但不考虑在切换过程中可能短时并列的接线方式(如切换厂用变压器时的并列)。

（2）短路种类一般按三相短路验算，若其它种类短路较三相短路严重时，则应按最严重的情况验算。

（3）计算短路点选择通过电器的短路电流为最大的那些点为短路计算点。

短路条件校验—短路计算时间校验热稳定的等值计算时间tdz 为周期分量等值时间tz 及非周期分量等值时间tfz 之和，对无穷大容量系统，显然tz 按和短路电流持续时间相等,按继电保护动作时间tpr 和相应断路器的全开断时间tab 之和，即式中 tkd —断路器全开断时间；td —保护动作时间；tgf —断路器固有分闸时间，可查附录1；th —断路器开断时电弧持续时间，对少油断路器为0.04~0.06s ，对SF6和压缩空气断路器约为0.02~0.04s 。

开断电器应能在最严重的情况下开断短路电流，考虑到主保护拒动等原因，按最不利情况，取后备保护的动作时间。

二、高压开关电器的选择（一）、高压断路器的选择● 高压断路器种类和型式的选择● 高压断路器额定开断电流和短路关合电流的选择（二）、高压隔离开关的选择✧ 高压隔离开关选择 高压隔离开关选择例题（三）、高压重合器的选择✧ 额定电压、额定电流、安装点最大故障电流✧ 保护区末端最小故障电流、与其他设备配合（四）、高压分段器的选择✧ 起动电流 记录次数 记录时间 kd d gf h t t t t=++高压断路器选择—种类和型式高压断路器应根据断路器安装地点、环境和使用条件等要求选择其种类和型式。

真空断路器在35kV及以下电力系统中得到了广泛应用，有取代油断路器的趋势。

SF6断路器也已在10~35kV的城乡电网建设和改造中得到应用。

高压断路器的操动机构，大多数是由制造厂配套供应，仅部分少油断路器有电磁式、弹簧式或液压式等几种型式的操动机构可供选择。

一般电磁式操动机构需配专用的直流合闸电源，但其结构简单可靠；弹簧式结构比较复杂，调整要求较高；液压操动机构加工精度要求较高。

操动机构的型式，可根据安装调试方便和运行可靠性进行选择。

高压断路器选择—额定开断电流在额定电压下，断路器能保证正常开断的最大短路电流称为额定开断电流ⅠNbr。

在高压断路器中其值不应小于实际开断瞬间短路电流周期分量，即我国生产的高压断路器在做型式试验时，仅计入了20%的非周期分量。

一般中、慢速断路器，由于开断时间较长(>0.1s)，短路电流非周期分量衰减较多，能满足国家标准规定的非周期分量不超过周期分量幅值20%的要求。

使用快速保护和高速断路器时，其开断时间小于0.1s，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%，因此需要进行验算。

高压断路器选择—动稳定校验在断路器合闸之前，若线路上已存在短路故障，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通过（预击穿），更容易发生触头熔焊和遭受电动力的损坏。

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，断路器的额定关合电流iNcl不应小于短路电流最大冲击值ich ，即高压断路器选择—热稳定校验当线路发生短路时，短路电流将使导体温度迅速升高。

但短路后线路的保护装置很快动作，切除短路故障，因此短路电流通过导体的时间很短，通常不会超过2-3s。

所以在短路过程中，可不考虑导体周围介质的散热，也就是可近似地认为在短路时间内导体与周围介质是绝热的,短路电流在导体中产生的热量，完成全用来使导体温度升高。

由于短路电流是一个变动的电流,而且含有非周期分量，因此要计算其短路在导体内产生的热量Q1,和达到的最高温度是相当困难的。

为此，引出一个“短路发热假象时间”tmax,假设在此时间内以恒定的短路稳定电流通过导体产生的热量，恰好与实际短路电流IK在实际短路时间内通过导体所产生的热量相等。

短路发热假想时间可用下式近似地计算：在无限大容量系统中发生短路,由于,因此tmax=tk+0.05s短路时间tk为短路保护装置最长的时间top与断路器的断路时间toc之和,即tk=top+toc热稳定度效验条件为：高压隔离开关的选择隔离开关选择及校验条件除额定电压、电流、动热稳定校验外，还应看其种类和形式的选择，其型式应根据配电装置特点和要求及技术经济条件来确定。

下表为隔离开关选型参考表三、互感器的选择（一）、电流互感器的选择✧一次回路额定电压和一、二次额定电流选择✧电流互感器种类和型式以及准确级的选择✧二次容量或二次负载的校验✧电流互感器热稳定和动稳定校验（二）、电压互感器的选择●电压互感器一次回路额定电压选择●二次侧额定电压、种类和型式●按准确级选择和按额定二次容量选择电流互感器一次侧额定电压和额定电流选择1.电流互感器一次侧额定电压和电流选择电流互感器一次回路额定电压和电流选择应满足：式中 U N1、ⅠN1——电流互感器一次额定电压和电流。

为了确保所供仪表的准确度，互感器的一次侧额定电流应尽可能与最大工作电流接近。

2. 二次额定电流的选择电流互感器的二次额定电流有5A 和1A 两种。

一般强电系统用5A ， 弱电系统用1A 。

电流互感器种类和型式及准确级的选择3. 电流互感器种类和型式的选择选择互感器，应根据安装地点和安装方式选择相适应的类别和型式。

选用母线型电流互感器时，注意校核窗口尺寸。

4. 准确级的选择为保证测量仪表的准确度，互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。

如:装于重要回路(如发电机、调相机、变压器、厂用馈线、出线等)中的电能表和计费的电能表一般采用0.5~1级表，相应的互感器的准确级不应低于0.5级；对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。

供运行监视、估算电能的电能表和控制盘上仪表一般皆用1~1.5级的，相应的电流互感器应为0.5~1级。

供只需估计电参数仪表的互感器可用3级的。

电流互感器二次容量或负载的校验5. 电流互感器二次容量或二次负载的校验为了保证互感器的准确级，互感器二次侧所接实际负载Z 2l 或所消耗的实际容量荷S 2应不大于该准确级所规定的额定负载Z N2或额定容量S N2，即S N2≥S 2= I N22 Z 2l或 Z N2 ≥ Z 2l ≈R wi +R tou + R m + R r 式中 R m ， R r ——电流互感器二次回路中所接仪表内阻的总和与所接继电器内阻的总和，可由产品样本或附录9中查得。