第七章高低压电气设备的选择

第七章 高低压电气设备的选择高压断路器选择与校验条件高压断路器的选择高压隔离开关的选择重合器与分段器的选择电流互感器的选择

第七章 高低压电气设备的选择电压互感器的选择高压熔断器的选择绝缘子的基本知识支柱和穿墙套管的选择

第七章 高低压电气设备的选择母线的选择与校验电缆的选择与校验低压断路器的选择与校验

电气设备选择与校验条件 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：第一，第二，第三，按正常工作条件包括电压、电流、频率、开断电流等选择；按短路条件包括动稳定、热稳定校验；按环境工作条件如温度、湿度、海拔等选择。

电气设备选择与校验项目表

电气设备选择与校验项目 按正常条件选择高压电气设备额定电压： UN≥UNS 一般电气设备的最高工作电压可达到 1.1~1.15UN 。额定电流： IN≥Imax 按环境工作条件检验：一般温度每升高10C，额定电流减少1.8%；温度每降低10C，额定电流增加0.5%。

按断路条件校验 短路热稳定校验热稳定条件为： It —由生产厂给出的电气设备在时间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。电动力稳定校验动稳定条件为： 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。

短路电流计算条件 返上一级（1）容量接线按工程设计最终容量计算。（2）短路种类一般按三相短路验算。（3）计算短路点选择为最大短路电流点。短路计算时间 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。

高压断路器的选择 高压断路器选择及校验条件除额定电压、额定电流、热稳定、动稳定校验外，还应注意以下几点：第一，断路器的种类和型式的选择第二，断路器的开断电流第三，短路关合电流的选择。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。

高压隔离开关的选择 隔离开关的选择及校验条件除额定电压、电流、动热稳定校验外，还应注意隔离开关的种类和形式的选择。

附表：隔离开关选型参考表

例7-1： 如图7-1所示降压变电所中一台变压器，容量为7500KVA，系统中的短路电压百分比为Uk%=7.5，二次母线电压为10kV，变电所由无限大容量系统供电，二次母线上的短路电流为I’’=I∞=5.5kA。作用于高压断路器的定时限保护装置的动作时限为1s，瞬时动作保护装置的动作时间为0.05s，拟采用高速动作的高压断路器，其固有开断时间为0.05s，灭弧时间为0.05s，断路器全开断时间则为top=0.05+0.05=0.1s，是选择高压断路器与隔离开关。

解：因为户内型，故选择户内少油断路器。根据变压器二次侧额定电流选择断路器的额定电流。短路冲击电流值为短路电流热效应的等值计算时间为可忽略tk-，则 tke=tk=1.1s

根据上述计算数据结合具体情况和选择条件，选择户内SN10-10I-600型的高压断路器和GN7-10-600型的隔离开关，经短路稳定性校验，均合格。将计算数据和其额定数据列于表7-3中，并选取CD10与CS7-lT型操作机构。根据上述计算数据结合具体情况和选择条件，选择户内SN10-10I-600型的高压断路器和GN7-10-600型的隔离开关，经短路稳定性校验，均合格。将计算数据和其额定数据列于表7-3中，并选取CD10与CS7-lT型操作机构。返上一级

重合器与分段器的选择 重合器的选择第一，额定电压第二，额定电流第三，安装地点最大短路电流第四，确定保护区域末端最小故障电流第五，与线路其它保护设备配合

分段器的选择 返上一级分段器选择时要注意以下几个问题：第一，启动电流第二，记录次数第三，记忆时间第四，分段器的类型（过流脉冲型或电压—时间型）第五，分段器时限的整定值

电流互感器的选择 一次回路额定电压和电流选择 UN1≥UNs和 IN1≥Imax 二次额定电流选择电流互感器二次额定电流为5A和1A两种，一般5A用于强电，1A用于弱电。电流互感器种类和型式选择安装地点（如屋内、屋外等）安装方式（如穿墙式、支持式、装入式等）

电流互感器准确级选择 第一，为保证测量准确度，互感器准确级不得低于所供测量仪表的准确级。第二，当所供仪表要求不同准确级时，应按最高级别来确定电流互感器准确级。二次容量或负载的校验互感器二次侧所接实际负载Z2l或所消耗的实际容量荷S21应不大于该准确级所规定的额定负载ZN2或额定容量SN2（ZN2及SN2均可从产品样本查到）

电流互感器动热稳定校验 第一，热稳定校验只对本身带有一次回路导体的电流互感器进行。电流互感器热稳定能力常以1s允许通过的一次额定电流IN1的倍数Kh来表示，即 Kh，IN1 — 这两个参数由厂家提供。 I∞，tdz — 短路稳态电流值及热效应等值计算时间。

第二， 电流互感器内部动稳定能力，常以允许通过的一次额定电流最大值的倍数kmo一动稳定电流倍数表示，即 Kmo，IN1—这两个参数由厂家提高。 ich —故障时可能通过电流互感器最大三相短路电流冲击值。瓷套电流互感器应校验瓷套管的机械强度，一般按下列公式计算注意:

电压互感器的选择 一次回路额定电压选择二次额定电压选择电压互感器二次额定电压为100V电。电流互感器种类和型式选择安装地点（如屋内、屋外等）安装方式（如油浸式、浇注式、电磁式和电容式等）

电压互感器准确级选择 供功率测量、电能测量以及功率方向保护用的电压互感器应选择0.5级或1级的，只供估计被测值的仪表和一般电压继电器的选用3级电压互感器为宜。额定二次容量的选择电压互感器的额定二次容量（对应于所要求的准确级）SN2，应不小于电压互感器的二次负荷S2，即 SN2≥S2

电压互感器二次绕组负荷计算公式 返上一级

高压熔断器的选择 额定电压的选择 UN≥UNs 额定电流的选择熔断器的额定电路选择包括熔管额定电流和熔体额定电流的选择。熔管额定电流的选择 I Nft≥INfs 熔体额定电流的选择 INft=KImax（K为可靠系数）

熔断器开断电流校验 返上一级 INbr≥Ich(或I") INbr——熔断器的额定开断电流熔断器选择性校验熔断器必须与上级熔断器或保护装置配合选用。电压互感器用熔断器只需按额定电压及断流容量两项来选择。

绝缘子的基本知识 绝缘子知识简介绝缘子俗称绝缘瓷瓶，主要起支撑和绝缘的作用，因此必须具有足够的电气绝缘强度、机械强度、耐热性和防潮性。按安装地点：户内式和户外式。按结构用途：可分为支柱绝缘子和套管绝缘子。户内支柱绝缘子户内支柱绝缘子分为外胶装式、内胶装式和联合胶装式三种。

户内支柱绝缘子结构图

户内支柱绝缘子 户外支柱绝缘子结构图分为有针式和实心棒式两种。

套管式绝缘子 按安装地点分为户内式和户外式两种。户内套管式绝缘子根据其载流导体的特征可分三种形式：采用矩形截面的载流体、采用圆形截面的载流体和母线型。

返上一级

绝缘子的选择与校验 支柱绝缘子或套管式绝缘子的允许荷重Fal 应为破坏荷重Fdb的60%，即 Fal=0.6Fdb Fca为最严重短路情况下作用于支柱绝缘子或穿墙套管上的最大电动力，其公式为

布置在同一水平面内的三相母线（如图 7-10所示），在发生断路时，支持绝缘子所受的力Fmax为 a —母线间距（m） Lca —计算跨距（m）。对母线中间的支持绝缘子，Lca 取相邻跨距之和的一半。对母线端头的支持绝缘子，Lca 取相邻跨距的一半，对穿墙套管，则取套管长度与相邻跨距之和一半。

母线的选择与校验 母线的基本知识母线的常用导体材料有铜、铝和钢。母线的有软母线和硬母线两种。硬母线分为矩形、槽形和管形三种。母线布置方式影响其散热性能和机械性能。

母线截面的选择 按最大长期工作电流选择母线长期发热的允许电流Ial，应不小于所在回路的最大长期工作电流Imax，即 KIal≥Imax 其中，K—综合修正系数。按经济电流密度选择按经济电流密选择导线截面计算公式为其中，Imax ——通过导体的最大工作电流 Jec ——经济电流密度A/mm2

表7-7经济电流密度值 母线热稳定校验按热稳定要求的导线最小截面为

其中，I∞ — 短路电流稳态值（A） Ks— 集肤效应系数，对于矩形母线截面在100mm2以下，Ks=1。 tdz— 热稳定计算时间。 C— 热稳定系数母线热稳定校验三相水平排列母线中间受到的最大电动力为其中， Kf — 母线形状系数。 I— 母线跨距(m)； a — 母线相间距(m)。

短时发热最高允许温度和热稳定系数 返上一级

电缆的选择与校验 电缆的基本知识电缆的基本结构：导电芯、绝缘层、铝包（铅包）和保护层等。电缆的分类：分为铜芯电缆和铝芯电缆两种。按绝缘介质分为油浸纸绝缘电缆、所料绝缘电缆和橡胶电缆三种。电缆的特点：制造成本高、投资大，运行可靠、不受外界影响、不需架设电杆和不占地面、不妨碍美观等。

电缆的选择与校验 按结构类型选择电缆根据电缆的用途、电缆敷设的方法和场所，选择电缆的芯数、芯线的材料、绝缘的种类、保护层的结构以及电缆的其它特征，最后确定电缆的型号。按额定电压选择电缆按照电缆的额定电压不低于敷设安装地点电网的额定电压，即 UN≥UNs

电缆截面选择 选择原则：一般按最大长期工作电流选择，但对有些回路，如发电机、变压器回路，其年最大负荷利用小时数超过5000h，且长度超过20m时，应按经济电流密度来选择。按最大长期工作电流选择母线长期发热的允许电流Ial，应不小于所在回路的最大长期工作电流Imax，即 KIal≥Imax 其中，K—综合修正系数。

按经济电流密度选择 按经济电流密选择导线截面计算公式为其中，Imax —通过导体的最大工作电流 Jec —经济电流密度A/mm2 注意：按经济电流密度选出的电缆，还必须按最大长期工作电流校验。同时还应决定经济合理的电缆根数，截面S≤150mm2时，经济根数为一根。截面大于150 mm2时，其经济根数可按S/150决定。

电缆热稳定校验 满足热稳定要求的最小截面按下式计算其中，C—与电缆材料及允许发热有关系数验算电缆热稳定的短路点按下列情况确定：第一，第二，第三，单根无中间接头电缆，选末端短路; 长度小于200m电缆，可选首端短路。有中间接头的电缆，短路点选择在第一个中间接头处。无中间接头的并列连接电缆，短路点选在并列点后。

电压损失校验 返上一级正常运行时，电缆的电压损失应不大于额定电压的5%，即其中，S—电缆截面，mm2； ρ—电缆导体的电阻率铝芯 ρ=0.035Ωmm2/m 铜芯 ρ=0.0205Ωmm2/m

低压断路器的选择 选择一般原则第一，第二，第三，低压断路器的类型及操作机构形式应符合工作环境、保护性能等方面的要求；低压断路器的额定电压应不低于装设地点线路的额定电压；低压断路器的（等级）额定电流应不小于它所能安装的最大脱扣器的额定电流；

第四， 低压断路器的短路断流能力应不小于线路中最大短路电流。第一类，对万能式（DW型）断路器，其分断时间在0.02S以上时第二类，对塑壳式（DZ型或其他型号）断路器，其分断时间在0.02S以下时， I∞ ≥ I"(3）

脱扣器的选择与整定 电流脱扣器额定电流的选择过电流脱扣器额定电流IN·OR应不小于线路的计算电流IC，即： IN·OR≥IC 过电流脱扣器动作电流的整定第一，瞬时过电流脱扣器动作电流的整定瞬时过电流脱扣器动作电流IOP(0)应躲过线路的尖峰电流IPk，即： Iop(0) ≥Krel·IPk

式中，Krel为可靠系数。 动作时间在0.02s以上的断路器，Krel=1.35，如DW型、ME型等。对动作时间在0.02s以下的断路器，Krel =2~2.5，如DZ型等。第二，短延时过流脱扣器动作电流和动作时间的整定短延时过流脱扣器动作电流Iop(s)也应躲过线路尖峰电流Ipk，即 Iop(s) ≥Krel·Ipk 式中，Krel为可靠系数，可取1.2。

第三，长延时过流脱扣器动作电流和动 作时间的整定长延时过流脱扣器动作电流Iop（l）只需躲过线路中最大负荷计算电流Ic，即 Iop(l) ≥Krel·Ic 式中，Krel取1.1。说明：长延时过流脱扣器用于过负荷保护，动作时间为反时限特性。一般动作时间在1~2h。

第四，过流脱扣器与配电线路的配合要求 防止被保护线路因过负荷或短路故障引起导线或电缆过热，其配合条件为： Iop≤KOL ·Ial 式中，Ial为绝缘导线或电缆许载流量，KOL为导线或电缆允许的短时过负荷系数。说明：（1）对瞬时和短延时的过流脱扣器 KOL=4.5；（2）对长延时过流脱扣器 KOL=1；（3）对有爆炸气体区域内的配电线路KOL=0.8。

第 七 章 高低压电气设备的选择