第 9 章电气设备选择

第9章电气设备选择

第9章电气设备选择 教学目的：掌握电器和载流导体发热及电动力效应的计算；掌握电气设备选择的一般选择条件和具体设备选择校验的主要内容；掌握主要设备的选择条件、方法和技巧。重点：掌握电器和载流导体发热及电动力效应的计算；掌握电气设备选择的一般选择条件和具体设备选择校验的主要内容。难点：掌握电器和载流导体发热及电动力效应的计算；掌握电气设备选择的一般选择条件和具体设备选择校验的主要内容

目录 §9-1 电器和载流导体的发热 §9-2 电器和载流导体的电动力效应 §9-3 电气设备选择的一般原则 §9-4 高压开关电器的选择 §9-5 母线、电缆和绝缘子的选择 §9-6 互感器的选择

§9-1 电器和载流导体的发热 9.1.1 电气设备在工作过程中的损耗 1.铜损：电流在导体电阻中的损耗 2.铁损：电流的交变磁场在铁磁物质中引起的涡流和磁滞损耗 3.介损：绝缘材料在电场作用下产生的损耗所有这些损耗转化为热能，使电器和载流导体的温度升高，这就是电流的热效应。

9.1.2 发热对电气设备的影响 1.机械强度下降：金属材料温度升高时，会使材料退火软化，机械强度下降。 2.接触电阻增加：温度过高，接触连接表面会强烈氧化，使得接触电阻增加，温度便随着增加，因而可能导致接触处松动或烧熔。 3.绝缘性能降低：有机绝缘材料长期受到高温作用，将逐渐变脆和老化，以致绝缘材料失去弹性和绝缘性能下降，使用寿命大为缩短。

9.1.3 发热的分类 1.正常工作电流引起的长期发热：≤ =70℃ 2.短路电流引起的短时发热：铜≤ =300℃ 铅≤ =200℃

9.1.4 正常工作情况下长期发热的计算 1.已知工作电流Ig→求导体工作温度式中: ——通过导体的电流(A)； R ——已考虑了集肤系数的导体交流电阻； K ——散热系数； A ——导体散热表面积 m2 ； ——导体温度； ——周围介质温度； m ——导体质量(kg)； c ——导体比热容；

9.1.4 正常工作情况下长期发热的计算 2.求正常运行情况下长期发热允许最大工作电流（载流量）式中： ——长期发热允许最大工作电流（载流量） ——导体额定电流 ——导体额定温度 ——周围介质温度（屋外取年最高平均温度；屋内取最热月平均温度+5度） ——额定介质温度 ——温度修正系数

9.1.5 故障情况下短时发热的计算 1.根据短路电流 →求短时发热温度铜: ≤300℃ 铅: ≤200℃ 2.计算短路电流热效应：式中： ——周期分量热效应值：用1-10-1法计算 t——故障切除时间=继电保护动作时间+QF分闸时间对无限大容量电力系统： ——非周期分量热效应值: 当t≥1s时，忽略不计

9.1.5 故障情况下短时发热的计算 表9-1 不同短路点等效时间常数Tfi的推荐值

§9-2 电器和载流导体的电动力效应 9.2.1 电动力对电气设备的影响 1.电器和载流部分可能因为电动力而振动或变形，甚至使绝缘部件或载流部件损坏； 2.电气设备的电磁绕组可能变形或损坏。

9.2.2 两根平行导体之间的电动力 • 单根导体： • 多根导体：式中：、 ——通过两平行导体的电流（A） ——该段导体的长度（m） a——两根导体轴线间的距离(m) K——截面形状系数

9.2.3 三相系统中导体间的电动力（三相短路时） 2.母线上的最大弯距：式中： ——相邻两个支柱绝缘子间的跨距（m） 1.中间相：式中： ——冲击短路电流（A） ——母线系统的振荡系数 3.最大弯曲应力计算：式中：W——母线截面系数（）查手册母线最大计算应力不大于母线材料的允许应力，即，动稳定满足

表9-2 各种材料最大允许应力

§9-3 电气设备选择的一般原则 • 按正常工作条件进行选择 • 按短路状态来校验其热稳定和动稳定

9.3.1 按正常工作条件选择 • 1.电气设备型式的选择： • 在具有基本相同功能的同类设备中选用合适的系列或结构型式的产品。 • 按使用环境选型：户内、户外、特殊地区环境 • 按布置或装配方式选型： • 按参数范围选型 • 新技术、新产品的推广使用和经济实惠 • 适当避免型式选用的多样化

9.3.1 按正常工作条件选择 2.额定电压的选择：设备额定电压不低于安装处电网额定电压 3.额定电流的选择：设备长期允许电流不小于该回路最大持续工作电流 • 式中：Igmax的计算 • 发电机回路：Igmax=1.05Ie.G • 三相变压器回路：Igmax=1.05Ie.TKg Kg——变压器持续过负荷系数，取1.3～1.5 • 出线回路：Igmax=

9.3.2 按短路情况校验 1.热稳定校验：Id→θd≤300℃（200℃）满足热稳定的条件：Qd≤Qr 式中：Qd——短路电流产生的热效应 Qr——短路时导体和电气设备允许的热效应 2.动稳定校验：满足动稳定的条件：Fmax≤Fxu或σmax≤σxu 3.开断能力的校验：能可靠断开的最大断路电流的能力 Id≤Iekd

9.3.3 短路电流计算条件 1.容量和接线:计算电路图应根据5～10年远景规划 2.短路种类:校验时应取流过设备的最大可能短路电流（包括合理确定短路点、最大运行方式、三相短路） 3.计算短路点

9.3.4 短路计算时间 式中:td——继电保护动作时间。一般取主保护动作时间包括装置起动机构、执行机构和延时机构的动作时间。0.05～0.06s tkd——断路器开断时间。为断路器固有分闸时间与燃弧时间之和，对油断路器一般取0.08～0.12s 故为简便计，上式可写为： tbz——主保护延时机构的整定时间

§9-4 高压开关电器的选择 9.4.1 高压断路器的选择 1.选型推荐：户内用真空断路器ZN系列；其次少油式SN系列户外用六氟化流断路器LW系列；其次少油式SW系列 2.额定电压的选择：断路器的额定电压不低于安装处电网额定电压: Ue≥Uew 3.额定电流的选择：断路器额定电流不小于该回路最大持续工作电流： Ie≥Igmax

9.4.1 高压断路器的选择 4.热稳定校验：Id→θd≤300℃（200℃）满足热稳定的条件：式中：Ir——断路器t秒钟时刻的热稳定电流。 5.动稳定校验：Fxu≥Fmax或σxu≥σmax 满足动稳定的条件： 6.开断能力的校验：能可靠断开的最大断路电流的能力： Iekd≥Id 7.关合电流的校验：

9.4.2 高压隔离开关的选择 2.额定电压的选择：隔离开关的额定电压不低于安装处电网额定电压: Ue≥Uew 3.额定电流的选择：隔离开关的额定电流不小于该回路最大持续工作电流： Ie≥Igmax 1.选型 4.热稳定校验：Id→θd≤300℃（200℃）满足热稳定的条件：式中：Ir—隔离开关t秒钟时刻的热稳定电流。 5.动稳定校验：Fxu≥Fmax或σxu≥σmax 满足动稳定的条件：

9.4.3 高压熔断器的选择 1.选型：户内型 RN1，RN3，RN5：用于线路和变压器的过载和短路保护； RN2，RN6：用于电压互感器专用保护（Ie=0.5A）。跌落式：用于线路和变压器的过载和短路保护；限流式：用于电压互感器专用保护（Ie=0.5A）。户外型 2.额定电压的选择：熔断器的额定电压不低于安装处电网额定电压: Ue≥Uew

3.高压熔断器额定电流的选择 （2）熔管额定电流选择（1）熔体额定电流选择 • 用于变压器保护的熔体额定电流： • 式中：K——可靠系数，不计电动机自起动时 K=1.1～1.3 • 考虑电动机自起动时 K=1.5～2.0 • Igmax——电力变压器回路最大工作电流。 • 用于电容器保护的熔体额定电流： • 式中：K——可靠系数，一台电容器时 K=1.1～1.3 • 一组电容器时 K=1.5～2.0 • IeC——电力电容器回路的额定电流。 4.开断能力的校验：Iekd≥Ich

§9-5 母线、电缆和绝缘子的选择 9.5.1 母线的选择 1.选型（1）材料：铜，用在持续工作电流大，且位置特别狭窄的发电机、变压器出线处或污秽大的场所。铝，采用广泛。户内（2）截面形状：矩形：散热条件好，有一定机械强度，便于固定和连接，但集肤效应大。单条Smax≤1250mm2 可用2～4条并列使用。一般只用于35KV及以下，电流在4000A及以下的配电装置中。

9.5.1 母线的选择 户内槽形：机械强度较好，载流量较大，集肤效应较小。一般用于4000A～8000A的配电装置中。管形：集肤效应小，机械强度高，管内可以通水和通风。用于8000A以上的大电流母线。户外 35KV～110KV多采用钢芯铝绞线；10KV及以下根据情况，采用钢芯铝绞线或绞线或铝排。（3）敷设方式：水平平放；水平立放；垂直平放；垂直立放

2.母线截面的选择 方法之二：按经济电流密度选择（用于导体长度20m以上）（1）由最大负荷利用小时数Tmax得经济电流密度J （2）计算经济截面：（3）选择标准截面：S标≈SJ 方法之一：按导体长期发热允许电流选择（用于配电装置汇流母线及较短导体） S标←Ixu≥Igmax 3.电晕电压校验（略）：临界电压Ulj应大于最高工作电压Ugmax：即Ulj＞Ugmax

4.母线热稳定校验 式中：Ie——导体额定电流 I——导体流过的电流 θe——导体额定温度 θ0——周围介质温度 θ0e——额定介质温度（1）计算热稳定截面：式中：K——集肤效应系数 C——热稳定系数，由工作温度θw查表9-7得（如θe=700C时，铝取87；铜取171）（2）满足热稳定条件： S标≥Smin 屋外—年最高平均温度屋内—最热月平均温度+5度

5.母线动稳定校验 方法二：由材料最大允许应力来确定绝缘子间最大允许跨距。式中：ich——冲击短路电流（A） a——两根导体轴线间的距离(m) W——母线截面系数（m3）查手册 σxu——母线材料的允许应力（Pa）查资料选择实际跨距：方法一：计算母线最大计算应力σmax不大于母线材料的允许应力σxu，即σmax≤σxu，动稳定满足（Pa）

9.5.2 电力电缆的选择 1.选型:包括线芯材料，电缆绝缘型式、密封层、保护层。 2.额定电压的选择：电缆的额定电压不低于安装处电网额定电压:Ue≥Uew 3.截面的选择：方法之二：按经济电流密度选择（用于导体长度20m以上）（1）由最大负荷利用小时数Tmax得经济电流密度J （2）计算经济截面：（3）选择标准截面：S标≈SJ 方法之一：按导体长期发热允许电流选择（用于配电装置汇流母线及较短导体） S标←Ixu≥Igmax

4.电缆热稳定校验 式中：Ie——导体额定电流 I——导体流过的电流 θe——导体额定温度 θ0——周围介质温度 θ0e——额定介质温度（1）计算热稳定截面：式中：K——集肤效应系数 C——热稳定系数，由工作温度θw查表9-7得（如θe=700C时，铝取87；铜取171）（2）满足热稳定条件：S标≥Smin

9.5.3 绝缘子的选择 1.支柱绝缘子的选择：（3）动稳定校验动稳定条件：0.6Fph≥Fjs 式中：Fph——绝缘子的弯曲破坏力（用A、B、C、D、E分别表示375、750、1250、2000、3000kg） Fjs——折算到绝缘子顶面计算作用力 Fjs=KFmax 式中：Fmax——每跨母线的三相最大冲击电动力； K——电动力折算系数。母线平放时取K=1；母线立放时取K=1.4 （1）选型户内：推荐用联合胶装绝缘子户外：推荐用棒式或悬式绝缘子（2）额定电压的选择绝缘子的额定电压不低于安装处电网额定电压： Ue≥Uew

2.套管绝缘子的选择 （3）额定电流的选择：绝缘子额定电流不小于该回路最大持续工作电流： Ie≥Igmax （1）选型推荐用矩形铝导体的。（4）热稳定校验： Id→θd≤300℃（200℃）满足热稳定的条件：式中：Ir——绝缘子t秒钟时刻的热稳定电流。（2）额定电压的选择绝缘子的额定电压不低于安装处电网额定电压： Ue≥Uew

（5）套管绝缘子的动稳定校验 动稳定条件：0.6Fph≥Fjs 式中：Fph——绝缘子的弯曲破坏力（用A、B、C、D、E分别表示375、750、1250、2000、3000kg） Fjs——折算到绝缘子顶面计算作用力 Fjs=KFmax 式中：Fmax——每跨母线的三相最大冲击电动力； K——电动力折算系数。母线平放时取K=1；母线立放时取K=1.4

§9-6 互感器的选择 9.6.1 电流互感器的选择 1.选型：根据配置地点、安装方式等选型。 6～10kV——（户内式）可采用LA、LQJ、LDZ、LFC 35kV——LR（装入QF）LCW-35（油浸式瓷绝缘） 2.额定电压的选择: 电流互感器的额定电压不低于安装处电网额定电压：Ue≥Uew • 3.额定电流的选择： • 电流互感器一次额定电流不小于该回路最大持续工作电流： Ie1≥Igmax • 电流互感器二次额定电流：Ie2=5A

9.6.1 电流互感器的选择 • 4.准确度等级的选择：不得低于所供测量仪表的准确度等级 • 0.2：用于试验室精密测量（校准级） • 0.5：用于计费测量 • 1：用于盘式仪表和技术上用的电能表（估量） • 3，10，B：用于继电保护 • 副边容量校验： • 式中：Se2——准确度等级所规定的额定容量 • S2——互感器二次侧所接负荷 • Z2f——二次负载额定阻抗。

9.6.1 电流互感器的选择 5.热稳定校验：由电流互感器1秒钟时刻的热稳定电流倍数和得满足热稳定的条件： 6.动稳定校验：由电流互感器动稳定电流倍数和得满足动稳定的条件：

9.6.2 电压互感器的选择 1.选型：根据用途安装地点等来选择。 6～10kV——（户内式）JDJ-6、JSJW-6、JDZJ-10、 35kV——（多用户外式）JDZJ-35、JDJ-35、 110kV——（户外）、串级式：JCCJ-110、一台单相TV及二台单相TV：用于同期、测量、保护。一台三相五柱式及三个单相TV：用于同期、测量、保护及绝缘监察及单相接地保护。 • 2.额定电压的选择: • 电压互感器一次额定电压等于安装处电网额定电压：Ue≥Uew • 电压互感器二次额定电压：基本二次U2e=100V（或100/ V）附加二次U2e：小接地系统为100/3V；大接地系统为100V：

9.6.2 电压互感器的选择 表9-3 电压互感器二次绕组额定电压选择：*J指中性点直接接地系统

9.6.2 电压互感器的选择 • 3.准确度等级的选择：不得低于所供测量仪表的准确度等级 • 0.2：用于试验室精密测量（校准级） • 0.5：用于计费测量 • 1：用于盘式仪表和技术上用的电能表（估量） • 3：用于继电保护 • 副边容量校验： • 式中：Se2——准确度等级所规定的额定容量 • S2——互感器二次侧所接负荷

电压互感器的型式和电压综合选择一览表

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