电力系统设计第五讲——电气设备的选择(互感器、断路器、隔离开关等)

6）热稳定校验
I t Qk
2 t

7）动稳定校验
ies ish

8）操作时间
二、隔离开关的选择


1、隔离开关的主要用途 隔离电压 倒闸操作 分合小电流 ： 分、合避雷器、电压互感器和空载母线 分、合励磁电流不超过2A的空载变压器 关、合电容电流不超过5A的空载线路


2、隔离开关的选择
1）种类和形式的选择 安装地点：屋内式和屋外式 绝缘支柱数目：单柱、双柱、三柱 2）额定电压选择


UN ≥ UNS

3）额定电流选择 IN ≥ Imax 4）热稳定校验

I t Qk
2 t

5）动稳定校验
ies ish
三、互感器的原理与选择




1、互感器的作用 互感器包括电流互感器（TA 或CT）和电压互感器 （TV或 PT）。 1)将一次回路的高电压和大电流变为二次回 路标准 的低电压（100V）和小电流（5A 1A），使测量仪 表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、 价格便宜和便于屏内安装。 2)使二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均 接地，从而保证了设备和人身安全。

由灭弧装置的结构和灭弧介质的性质决定 灭弧介质：油、空气、真空、SF6

Ur(t) ---弧隙电压恢复过程中的弧隙电源电压
Ur(t)与线路参数、负荷性质等有关
5、高压断路器熄灭交流电弧的基本方法


1、利用灭弧介质 2、采用特殊金属材料作灭弧触头 3、利用气体或油吹动电弧 4、采用多断口熄弧 5、拉长电弧并增大断路器触头的分离速度
5）短路关合电流的选择 断路器合闸前，线路有短路故障，断路器 在合闸过程中，动、静触头在未接触时，产 生电弧，有短路电流流过，容易使触头熔焊 和受到电动力破坏。且断路器在关合短路电 流时，接通后又跳闸，此时还要能够切除短 路电流。为保证断路器在关合短路时的安全， 其额定关合电流INcl 不应小于短路电流最大 冲击值ish ， INcl ≥ ish
3、交流电弧的特点

交流电弧具有热惯性。随着交流电流的瞬时值不 断变化，电弧的温度、直径、电弧电压也随时间 变化。交流电弧每半周过零一次，电弧自然熄灭。
电弧的热惯性：交流电弧的电流瞬时值随时间周 期变化，电弧的温度、直径及电弧电压也随时间 变化，但弧柱的受热升温或散热降温都有一定过 程，跟不上电流的变化，这种现象叫电弧的热惯 性。




2）电流互感器的配置
为满足测量和保护装置的要求，在发电机、变压器、出线、 母线分段、母联断路器、旁路断路器等回路，均设有电流互 感器。中性点直接接地系统，一般按三相配置；对中性点非 直接接地的系统，依具体情况，可按二相和三相配置。 对保护用电流互感器的安装地点，应尽量按消除主保护的死 区来设置。如有两组电流互感器时，在位置允许的情况下， 应设在断路器的两侧，是断路器处于交叉保护范围中。 为防止支柱式电流互感器套管闪络造成母线故障，电流互感 器通常布置在断路器的出线或变压器侧。 为减轻内部故障时发电机的损伤，用于励磁调节的电流互感 器应布置在发电机定子绕组的出线侧。为便于分析和在发电 机并入系统前发现内部故障，用于测量仪表的电流互感器宜 装载发电机的中性点侧。


交流电弧熄灭的基本条件：弧隙介质的绝缘 能力达到不被弧隙外施电压击穿的程度，才 能保证电弧不被重燃而最终熄灭。电弧过零 后，如果电源电压大于介质强度恢复电压， 弧隙被击穿，电弧重燃，反之，电弧便熄灭： Ud(t) ≥ Ur(t)
Ud(t) ---弧隙介质强度恢复过程中的耐受电压
4、交流电弧的熄灭条件

d、准确级和额定容量的选择 CT的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。
装于重要回路（如发电机、调速器、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。
2 Fal 0.5 1.73107 ish l/a

对于母线型CT，其端部作用力如下校验：
2 Fal 1.73107 ish Lc / a
3、电压互感器的原理与选择

1）分类：电磁式 PT 、电容分压式PT 电磁式PT 电磁式电压互感器的工作原理与特点：容量小，类 似一台小容量的变压器,但结构上要求有较高的安全 系数；正常运行时接近于空载状态 电容式电压PT 实质是一个电容分压器，为减少负荷电流的影响， 可在回路中加入补偿电抗，并将测量仪表经中间变 压器升压后与分压器相连
5）电流互感器的选择 a、一次回路的额定电压和电流的选择 UN1≥ UNS IN1≥ Imax b、二次额定电流的选择 CT的二次额定电流有5A和1A两种，一般弱 电系统用1A，强电系统用5A。当配电装置 距离控制室较远，为能使电流互感器能多带 二次负荷或减小电缆截面，提高准确级，应 尽量采用1A。

额定容量： CT的额定容量是指CT在额定二次电流（5A、 1A） IN2和额定二次阻抗ZN2下运行时，二次绕组输出容 量，也可用二次阻抗表示。
由于CT的误差和二次负荷有关。同一个CT在不同的二次负 荷下，准确级不同，额定容量也不同。如SN2=10VA(ZN2=0.4 欧)，当Z2l<0.4时，能保证准确级为0.5级，当Z2l>0.4时， 准确级降为1级，对应的额定容量为15VA（ZN2=0.6）


4）游离与去游离 游离和去游离是电弧燃烧的两个相反过程， 游离过程使弧道中带电离子增加，有助于 电弧燃烧；去游离过程使弧道中带电离子 减少，有利于电弧熄灭。 开关电器中，为加强灭弧能力，都采用各 种措施减弱游离过程。从等离子体观点看， 就是控制温度，使触头间的介质，由等离 子体态转化为其它物态。
6、高压断路器选择

1）断路器的种类和形式的选择
按灭弧介质和灭弧方式分为：多油、少油、压缩空气、 SF6、真空 操动机构：断路器进行合闸、分闸操作，并保持在合 闸状态，这些任务全靠操动机构完成。操动系统的动 作过程，实际上是使操动元件（如合闸元件或分闸元 件）获得动能，再通过拐臂和连杆机构，将动能传到 触头，去实现合闸或分闸，操动系统中独立于断路器 本体的那一部分，称为操动机构。其它作为传递动力 的部分，称传动机构。包括：手动机构、电磁机构、 气动机构、弹簧机构、液压机构

来自百度文库

2）电压互感器的选择 PT为与电网并联的电压变换设备，不须选择 额定电流，PT不会受到外部电网短路电流的 侵袭，不须进行短路动稳定、热稳定校验。 PT的内部故障，由专用的熔断器快速切除。 a、一次回路电压的选择 0.8UN1<UNs<1.2UN1 b、二次回路电压的选择 PT二次侧额定电压应满足保护和测量使用标 准仪表的要求。见表4-6
2、开关电器电弧形成的物理过程

1）电弧放电的特征及危害 2）电弧形成的过程：电弧的产生和维持是 触头间中性质点（分子和原子）被游离的 结果。游离就是中性质点转化为带电质点。 游离的过程有四种形式： 强电场发射 热电子发射 碰撞游离 热游离

3）去游离的形式 电弧中发生游离的同时，还进行着使带电 质点减少的去游离过程 ： a、复合去游离 拉长电弧；加快电弧的冷却；加大气体介 质的压力。 b、扩散去游离 浓度扩散 ；温度扩散 ；用高速冷气吹弧


2）额定电压选择 UN ≥ UNS

3）额定电流选择 IN ≥ Imax 4 ）开断电流选择 --- 断路器灭弧能力的参数， 指在额定电压下可能开断的最大电流，不应 小于实际开断瞬间的短路电流周期分量Ipt INbr ≥ Ipt 当INbr 比系统短路电流大很多时， INbr ≥ I”

第五讲 发电厂、变电站电气一次系统设计 (2)
一、高压断路器原理与选择

1、开关电器的作用和种类
在正常情况下电力系统中的发电机、变 压器、线路等由于检修或改变运行方式， 需要将它们接入或退出；在故障时，必 须迅速切断故障部分，使电力系统恢复 正常运行。



仅用来在正常工作情况下，断开或闭合正常工作 电流。如：高压负荷开关、低压闸刀开关、接触 器、磁力启动器； 仅用来断开故障情况下的过负荷电流或短路电流。 如：高、低压熔断器； 既用来断开或闭合正常工作电流，也用来断开或 闭合过负荷电流或短路电流。如：高压断路器、 低压空气开关（能起控制和保护的作用）； 不要求断开或闭合电流，只用来在检修时隔离电 压。如：隔离开关。
4、互感器在主接线中的配置原则



1）电压互感器的配置
母线：除旁母外，一般的工作、备用母线都装有一组电压互感 器，用于同步、测量仪表和保护装置。 线路：35KV及以上输电线路，当对端有电源时，为监视线路 有无电压、进行同步和设置重合闸，需装有一台单相电压互感 器。 发电机：一般装有2-3组电压互感器，一组供自动调节励磁装 置（三只单相 双绕组）；一组供测量仪表、同步和保护装置 使用（三相五柱式或三只单相接地专用互感器，开口三角形供 发电机在未并列前检查是否接地用），当负荷太大时，可增设 一组不完全星形连接的互感器，专供测量仪表用。 5万KW及 以上的发电机中性点常接有单相电压互感器，用于100%定子 接地保护。 变压器：低压侧有时为满足同步或继电保护的要求，设一组电 压互感器。


c、种类和型式选择 在6～35KV屋内配电装置中，一般采用油浸式或浇 注式；110 ～220KV，常采用串级式电磁 PT；110500KV 的配电装置，当容量和准确级满足要求时， 可采用电容式电压互感器。 d、容量和准确级的选择： 先根据仪表和继电器接线要求选择电压互感器的接 线方式，尽量把负荷分布在各相上，然后计算各 相负荷的大小，按照所接仪表的准确级和容量选 择互感器的准确级和额定容量，即电压互感器的 准确级不得低于所供测量仪表的准确级；电压互 感器对应于要求准确级的额定二次容量不应小于 电压互感器二次最大相的负荷。


2、电磁式电流互感器 1）特点： a、一次绕组串联在电路中，匝数很少。故 一次绕组中的电流完全取决于被测电路的负 荷电流，而与二次电流大小无关。 b、二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小， 正常情况下，在接近于短路状态下运行。 额定电流比 ，一次、二次额定电流之比
Ki I N1 / I N 2 N2 / N1


CT二次侧所接负荷S2应不大于该准确级所规 定的额定容量SN2 电流互感器与仪表的接线形式： 单相接线 星形接线 不完全星形接线

e、热稳定和动稳定校验
I Qk
2
( K t I N1 ) 2 Qk
ies ish

2I N1 Kes ish
对瓷绝缘型CT，应校验瓷套管的机械强度：

c、种类和形式的选择 根据安装地点（屋内、屋外）和安装方式（如 穿墙式、支持式、装入式）选择其形式。



按安装地点分屋内和屋外式。20KV 及以下制 成屋内式，35KV及以上多制成屋外式。 2）按安装方式分为穿墙式、支持式、装入式。 3）按绝缘可分为干式、浇注式、油浸式等。 4）按一次绕组匝数分为单匝式和多匝式。

4）电流互感器的运行参数对误差的影响

a、一次电流I1的影响
一次电流I1在额定值IN时，磁导率μ接近最大，此时电流误差 和相角差 最小。当一次电流较小时，磁导率小，H小，铁 芯损耗角小，电流误差和相角差增大，但相角差增大得更 快。

b、二次负载阻抗及功率因数对误差的影响
二次负载阻抗 Z2l 与误差成正比，因此二次侧接入的仪表或 继电器及连接导线的总阻抗不能大于额定二次阻抗，以保 证其准确级。 当功率因数cosФ增大时，在二次线圈内感应的电势E2与二 次回路电流 I2 相位差增大，电流误差 fi 增大，相角差 δi 减小。

2）电流互感器的误差
K i I 2 I1 fi 100(%) I1
' 2
定义电流误差：

I 超前 I 1 定义相位差 ： I 与 I 1 之间的夹角， 时为正。
' 2


3）电流互感器的准确级和额定容量 CT的准确级：
CT根据测量时误差的大小而划分为不同的准确级。准确级 是指在规定的二次负荷范围内，一次电流为额定值时的最 大电流误差