《发电厂电气主系统(第2版)》许珉第6章电气设备选择.pdf

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1、发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-1 1 1第六章第六章 电气设备选择电气设备选择第一节第一节 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件 第二节第二节 导体与电缆的选择导体与电缆的选择 第三节第三节 支柱绝缘子与穿墙套管的选择支柱绝缘子与穿墙套管的选择 第四节第四节 高压断路器与隔离开关的选择高压断路器与隔离开关的选择 第五节第五节高压熔断器的选择高压熔断器的选择 第六节第六节限流电抗器的选择限流电抗器的选择 第七节第七节互感器的选择互感器的选择 本章计划学时本章计划学时：10 12学时学时发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气

2、主系统6-6-6-2 2 2第一节第一节 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件 一般条件一般条件：多数电气设备共有的选择校验项目多数电气设备共有的选择校验项目。一一、按正常工作条件选择额定电压和额定电流按正常工作条件选择额定电压和额定电流 1.额定电压选择额定电压选择 特殊条件特殊条件：个别电气设备具有的选择校验项目个别电气设备具有的选择校验项目。选择条件有选择条件有 正常电压要求是正常电压要求是：电气设备所在回路的最高运行电压不得高电气设备所在回路的最高运行电压不得高于电气设备的允许最高工作电压于电气设备的允许最高工作电压。由于电气设备的允许最高工作电压为其额定电压的由于电气设备的允

3、许最高工作电压为其额定电压的UN的的1.11.15倍倍，而电网电压正常波动引起的最高运行电压不超过而电网电压正常波动引起的最高运行电压不超过电网额定电压电网额定电压UNs的的1.1倍倍。一般可以按电气设备的额定电压一般可以按电气设备的额定电压UN不得低于其所在电网的额不得低于其所在电网的额定电压定电压UNs的条件来选择电气设备的条件来选择电气设备，即即 UN UNs 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-3 3 3注意注意：海拔影响电气设备的绝缘性能海拔影响电气设备的绝缘性能，随装设地点海拔的增加随装设地点海拔的增加，空空气密度和湿度相应减小气密度和湿度相

4、应减小，使得电气设备外部空气间隙和固体绝使得电气设备外部空气间隙和固体绝缘外表面的放电特性降低缘外表面的放电特性降低，电气设备允许的最高工作电压减小电气设备允许的最高工作电压减小。对海拔超过对海拔超过1000m的地区的地区，一般应选用高原型产品或外绝一般应选用高原型产品或外绝缘提高一级的产品缘提高一级的产品。对于现有对于现有110kV及以下大多数电器的外绝缘有一定裕度及以下大多数电器的外绝缘有一定裕度，可在海拔可在海拔2000m以下地区使用以下地区使用。在空气污秽在空气污秽(腐蚀减低绝缘强度腐蚀减低绝缘强度)或有冰雪的地区或有冰雪的地区，某些电气某些电气设备应选用绝缘加强型或高一级电压的产品设

5、备应选用绝缘加强型或高一级电压的产品。2.额定电流选择额定电流选择 电气设备的额定电流电气设备的额定电流IN（或载流量或载流量Ial）：）：在额定环境温度在额定环境温度0下下，长期允许通过的电流长期允许通过的电流。为了满足长期发热条件为了满足长期发热条件，应按额定电流应按额定电流IN（或载流量或载流量Ial）不不得小于所在回路最大持续工作电流得小于所在回路最大持续工作电流Imax的条件进行选择的条件进行选择，即即 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-4 4 4 IN（或或Ial）Imax 当实际环境温度当实际环境温度不同于导体的额定环境温度不同于导体的额

6、定环境温度0时时，其长期允其长期允许电流应该用下式进行修正许电流应该用下式进行修正。不计日照时不计日照时，裸导体和电缆的综合修正系数裸导体和电缆的综合修正系数K为为 0alal Kal导体的长期发热允许最高温度导体的长期发热允许最高温度，裸导体一般为裸导体一般为70；0导体的额定环境温度导体的额定环境温度，裸导体一般为裸导体一般为25。我国生产的电气设备的额定环境温度我国生产的电气设备的额定环境温度0=40。在在4060范范围内围内，当实际环境温度高于当实际环境温度高于+40时时，环境温度每增高环境温度每增高1，按按减少额定电流减少额定电流1.8%进行修正进行修正；当实际环境温度低于当实际环境

7、温度低于+40时时，环境温度每降低环境温度每降低1，按增加额定电流按增加额定电流0.5%进行修正进行修正，但其最大但其最大过负荷不得超过额定电流的过负荷不得超过额定电流的20%，实际选择时一般不修正实际选择时一般不修正。Ial=KIal Imax 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-5 5 5 回路最大持续工作电流回路最大持续工作电流Imax 的计算的计算:回路名称回路名称最大持续工作电流最大持续工作电流 说明说明发电机发电机、调相机回路调相机回路1.051.05倍发电机倍发电机、调相机额定电流调相机额定电流发电机和变压器在电压降低到发电机和变压器在电压

8、降低到0.95额额定电压运行时定电压运行时，出力可以保持不变出力可以保持不变，故电流可以增大故电流可以增大5%变压器回路变压器回路1.051.05倍变压器额定电流倍变压器额定电流1.31.32.02.0倍变压器额定电流倍变压器额定电流若要求承担另一台变压器事故或检修若要求承担另一台变压器事故或检修时转移的负荷时转移的负荷出线回路出线回路1.051.05倍倍线路最大负荷电流线路最大负荷电流考虑考虑5%的线损的线损，还应考虑事故时转还应考虑事故时转移过来的负荷移过来的负荷母联回路母联回路母线上最大一台发电机或变母线上最大一台发电机或变压器的最大持续工作电流压器的最大持续工作电流分段回路分段回路母线

9、上最大一台发电机额定电流母线上最大一台发电机额定电流的的50%80%变电所应满足用户的一级负荷和变电所应满足用户的一级负荷和大部分二级负荷大部分二级负荷 汇流母线汇流母线按实际潮流分布确定按实际潮流分布确定电容器回路电容器回路1.351.35倍电容器组额定电流倍电容器组额定电流考虑过电压和谐波的共同作用考虑过电压和谐波的共同作用发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-6 6 6二二、按短路条件校验热稳定和动稳定按短路条件校验热稳定和动稳定 1.短路热稳定校验短路热稳定校验 热稳定热稳定：指电气设备承受短路电流热效应而不损坏的能力指电气设备承受短路电流热效应而

10、不损坏的能力。热稳定校验的实质热稳定校验的实质：使电气设备承受短路电流热效应时的短时使电气设备承受短路电流热效应时的短时发热最高温度不超过短时最高允许温度发热最高温度不超过短时最高允许温度。导体通常按最小截面法校验热稳定导体通常按最小截面法校验热稳定。电器的热稳定是由热稳定电流及其通过时间来决定的电器的热稳定是由热稳定电流及其通过时间来决定的，满足热满足热稳定的条件为稳定的条件为 kQtI 2tQk短路电流热效应短路电流热效应；It所选用电器所选用电器t（单位为单位为s）时间内允许通过的热稳定电流时间内允许通过的热稳定电流。2.短路动稳定校验短路动稳定校验 动稳定动稳定：指电气设备承受短路电流

11、产生的电动力效应而不损坏指电气设备承受短路电流产生的电动力效应而不损坏的能力的能力。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-7 7 7部分电气设备动稳定按应力和电动力校验部分电气设备动稳定按应力和电动力校验。电器满足动稳定的条件为电器满足动稳定的条件为 iesishish短路冲击电流的幅值短路冲击电流的幅值，ish为为：2shshIKi I”为为0s短路电流周期分量有效值短路电流周期分量有效值；Ksh为冲击系数为冲击系数，发电机机端发电机机端取取1.9，发电厂高压母线及发电机电压电抗器后取发电厂高压母线及发电机电压电抗器后取1.85，远离发远离发电机时取电机

12、时取1.8。ies电器允许通过的动稳定电流幅值电器允许通过的动稳定电流幅值，生产厂家用此电流表生产厂家用此电流表示电器的动稳定特性示电器的动稳定特性，在此电流作用下电器能继续正常工作而在此电流作用下电器能继续正常工作而不发生机械损坏不发生机械损坏。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-8 8 83短路计算时间短路计算时间 计算短路电流热效应时所用的短路切除时间计算短路电流热效应时所用的短路切除时间tk等于继电保护动等于继电保护动作时间作时间tpr与相应断路器的全开断时间与相应断路器的全开断时间tab之和之和，即即 abprkttt 断路器的全开断时间断路器

13、的全开断时间tab等于断路器的固有分闸时间等于断路器的固有分闸时间tin与燃弧时与燃弧时间间ta之和之和，即即 ainabttt 验算裸导体的短路热稳定时验算裸导体的短路热稳定时，tpr宜采用主保护动作时间宜采用主保护动作时间，如如主保护有死区时主保护有死区时，则采用能对该死区起保护作用的后备保护动则采用能对该死区起保护作用的后备保护动作时间作时间；验算电器的短路热稳定时验算电器的短路热稳定时，tpr宜采用后备保护动作时间宜采用后备保护动作时间。少油断路器的燃弧时间少油断路器的燃弧时间ta为为0.040.06s，SF6断路器的燃弧时间断路器的燃弧时间ta为为0.020.04s。发电厂电气主系统

14、发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-9 9 94短路电流计算条件短路电流计算条件（1）短路计算容量和接线短路计算容量和接线：容量容量:应按本工程的设计规划容量应按本工程的设计规划容量计算计算，并考虑电力系统的远并考虑电力系统的远景发展规划景发展规划（一般为本期工程建成后一般为本期工程建成后510年年）。）。接线接线:可能发生最大短路电流的正常接线方式可能发生最大短路电流的正常接线方式。（2）短路种类短路种类：一般按三相短路验算一般按三相短路验算；若发电机出口的两相短路若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统或中性点直接接地系统、自耦变自耦变压器等回路中的单相压器等回

15、路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时两相接地短路较三相短路严重时，则应则应按严重情况验算按严重情况验算。（3）短路计算点短路计算点：在正常接线方式时在正常接线方式时，通过电气设备的短路通过电气设备的短路电流为最大的短路点电流为最大的短路点，称为短路计算点称为短路计算点。1）对两侧均有电源的电气设备对两侧均有电源的电气设备，应选其前应选其前、后短路时后短路时，通过它通过它的短路电流较大的地点作为短路计算点的短路电流较大的地点作为短路计算点。例如例如，校验图校验图61中的中的发电机发电机出口断路器出口断路器Q F1 时时，应比较应比较k1和和k2短路时流过短路时流过Q F1 的电的电流流，选较

16、大的点作为短路计算点选较大的点作为短路计算点。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-1010102）短路计算点选在并联支路时短路计算点选在并联支路时，应断开一条支路应断开一条支路。因为断开一因为断开一条支路时的短路电流大于并联短路时流过任一支路的短路电流条支路时的短路电流大于并联短路时流过任一支路的短路电流。例如例如，校验图校验图61中分段回路的断路器中分段回路的断路器Q F5 或主变低压侧断路器或主变低压侧断路器Q F2 时时，应选应选k2和和k3点为短路计算点点为短路计算点，并断开变压器并断开变压器T2。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统

17、发电厂电气主系统6-6-6-1111113）在同一电压等级中在同一电压等级中，汇流母线或无电源支路短路时汇流母线或无电源支路短路时，短路电短路电流最大流最大。校验汇流母线校验汇流母线、厂用电分支电器厂用电分支电器（无电源支路无电源支路）和母和母联回路的电器时联回路的电器时，短路计算点应选在母线上短路计算点应选在母线上。例如例如，校验图校验图61中中10kV母线时母线时，选选k2点点。4）带限流电抗器的出线回路带限流电抗器的出线回路，由于干式电抗器工作可靠由于干式电抗器工作可靠，故故校验回路中各电气设备时的短路计算点一般选在电抗器后校验回路中各电气设备时的短路计算点一般选在电抗器后。例例如如，校

18、验图校验图61中出线回路的断路器中出线回路的断路器Q F3 时时，短路计算点选在出短路计算点选在出线电抗器后的线电抗器后的k5点点。5）110kV及以上电压等级及以上电压等级，因其电气因其电气设备的裕度较大设备的裕度较大，短路短路计算点可以只选一个计算点可以只选一个，选在母线上选在母线上。例如例如，校验图校验图61中中110kV的电气设备时的电气设备时，短路计算点可选在短路计算点可选在110kV母线上母线上，即即k6点点。（4）短路电流的实用计算方法短路电流的实用计算方法：在进行电气设备的热稳定验算在进行电气设备的热稳定验算时时，需要用短路后不同时刻的短路电流需要用短路后不同时刻的短路电流，即

19、计及暂态过程即计及暂态过程，通通常采用短路电流实用计算方法常采用短路电流实用计算方法，即运算曲线法即运算曲线法。该内容应在电该内容应在电力系统分析课程中学习力系统分析课程中学习。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-121212第二节第二节 导体与电缆的选择导体与电缆的选择 一一、导体的选择导体的选择（一一）导体材料导体材料、类型与布置方式选择类型与布置方式选择 1导体的材料导体的材料 铜铜：电阻率低电阻率低，机械强度高机械强度高，耐腐蚀性比铝强耐腐蚀性比铝强，但储量少但储量少，价格高价格高。铝铝：电阻率比铜高电阻率比铜高，机械强度低机械强度低，耐腐蚀性较

20、铜差耐腐蚀性较铜差，但储量但储量高高，价格低价格低。一般优先采用铝导体一般优先采用铝导体，在工作电流大在工作电流大，地方狭窄的场所和对地方狭窄的场所和对铝有严重腐蚀的地方可采用铜导体铝有严重腐蚀的地方可采用铜导体。2导体的选型导体的选型(1)常用硬导体的截面形状有矩形常用硬导体的截面形状有矩形、槽形和管形槽形和管形。导体截面形状导体截面形状影响硬导体的散热影响硬导体的散热、集肤效应系数和机械强度集肤效应系数和机械强度。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-131313 矩形导体广泛用于矩形导体广泛用于35kV及以下及以下，工作电流不超过工作电流不超过400

21、0A的屋的屋内配电装置中内配电装置中，例如例如，主母线主母线，连接导体和变压器及小容量发连接导体和变压器及小容量发电机的引出线母线电机的引出线母线。当单条导体的载流量不能满足要求时当单条导体的载流量不能满足要求时，每每相可采用相可采用24条并列使用条并列使用；槽形导体适用于槽形导体适用于35kV及以下及以下，工作电流为工作电流为40008000A的配的配电装置中电装置中，例如例如，100MW发电机的引出线母线发电机的引出线母线；管形导体适用于管形导体适用于8000A以上的大电流母线以上的大电流母线，例如例如，容量为容量为200MW及以上的发电机引出线及以上的发电机引出线。对对110kV及以上屋

22、内外配电装及以上屋内外配电装置置，采用硬母线时采用硬母线时，应选用管形导体应选用管形导体（防止电晕防止电晕）。）。(2)常用的软导线有钢心铝绞线常用的软导线有钢心铝绞线、组合导线组合导线、空心导线空心导线、扩径扩径导线和分裂导线导线和分裂导线。钢心铝绞线适用于钢心铝绞线适用于35kV及以上的屋外软母线及以上的屋外软母线；组合导线用于中小容量发电机和变压器的引出线组合导线用于中小容量发电机和变压器的引出线；空心导线空心导线、扩径导线和分裂导线直径大扩径导线和分裂导线直径大，可以减小线路电抗可以减小线路电抗、减小电晕损耗和对通讯的干扰减小电晕损耗和对通讯的干扰，用于超高压母线和输电线路用于超高压母

23、线和输电线路。220kV输电线路常采用两分裂导线输电线路常采用两分裂导线。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-141414220kV220kV管形母线管形母线发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-151515110kV110kV软母线软母线(LGJ)(LGJ)发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-161616采用单条矩形导体的采用单条矩形导体的10kV10kV母线桥母线桥发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-1717173导体的布置方式导体的

24、布置方式 导体的布置方式常采用三相水平导体的布置方式常采用三相水平布置和三相垂直布置布置和三相垂直布置。（二二）导体截面的选择导体截面的选择 1按导体的长期发热允许电流选择截面按导体的长期发热允许电流选择截面。汇流母线及长度在汇流母线及长度在20m以下的导体等以下的导体等，一般应按长期发热允许一般应按长期发热允许电流选择其截面电流选择其截面，即即 Imax KIal 图图62b中矩形导体平放中矩形导体平放，机械强机械强度较高度较高，但散热条件较差但散热条件较差；图图62a中中矩形矩形导体竖放导体竖放，散热条件散热条件好好，载流量大载流量大，但机械强度较差但机械强度较差；图图62c为矩形导体三相

25、垂直布置为矩形导体三相垂直布置，它综合了图它综合了图62a、b的优点的优点。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-1818180alal K2按经济电流密度选择截面按经济电流密度选择截面。按经济电流密度选择导体截面可以使年计算费用最小按经济电流密度选择导体截面可以使年计算费用最小。除汇流母线除汇流母线、厂用电动机的电缆等外厂用电动机的电缆等外，年最大负荷利用时数年最大负荷利用时数较大较大，长度在长度在20m以上的导体以上的导体，如发电机和变压器引出线如发电机和变压器引出线，其其截面一般按经济电流密度选择截面一般按经济电流密度选择。JISmax Imax正常

26、运行方式下导体的最大持续工作电流正常运行方式下导体的最大持续工作电流，计算时不计算时不考虑过负荷和事故时转移过来的负荷考虑过负荷和事故时转移过来的负荷；J经济电流密度经济电流密度，常用导体的常用导体的J值值，可根据最大负荷利用时可根据最大负荷利用时数数Tmax由图由图63查得查得。Imax导体的最大持续工作电流导体的最大持续工作电流，计算时一般需考虑过负荷计算时一般需考虑过负荷和事故时转移过来的负荷和事故时转移过来的负荷。经济截面的计算经济截面的计算：发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-191919 图图6-3 6-3 经济电流密度经济电流密度1 1变电

27、所所用变电所所用、工矿和电缆线路的铝纸绝缘铅包工矿和电缆线路的铝纸绝缘铅包、铝包铝包、塑料护套及各塑料护套及各种铠装电缆种铠装电缆 2 2铝矩形铝矩形、槽形及组合导线槽形及组合导线 3 3火电厂厂用的铝纸绝缘火电厂厂用的铝纸绝缘铅包铅包、铝包铝包、塑料护套及各种铠装电缆塑料护套及各种铠装电缆 4 43535220kV220kV线路的线路的LGJLGJ、LGJQLGJQ型钢心铝绞线型钢心铝绞线发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-202020 按经济电流密度选择的导体截面应尽量接近计算的经济截面按经济电流密度选择的导体截面应尽量接近计算的经济截面，当无合适规

28、格的导体时当无合适规格的导体时，允许选用小于但接近经济截面的导体允许选用小于但接近经济截面的导体。按经济电流密度选择的导体截面还需要进行长期发热条件校按经济电流密度选择的导体截面还需要进行长期发热条件校验验，此时计算此时计算Imax需考虑过负荷和事故时转移过来的负荷需考虑过负荷和事故时转移过来的负荷。由于汇流母线各段的工作电流大小不相同由于汇流母线各段的工作电流大小不相同，且差别较大且差别较大，故故汇流母线不按经济电流密度选择截面汇流母线不按经济电流密度选择截面。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-212121（三三）电晕电压校验电晕电压校验 导体的电晕

29、放电会产生电能损耗导体的电晕放电会产生电能损耗、噪声噪声、无线电干扰和金属无线电干扰和金属腐蚀等不良影响腐蚀等不良影响。为了防止发生全面电晕为了防止发生全面电晕，要求要求110kV及以上裸导体的电晕临及以上裸导体的电晕临界电压界电压Ucr应大于其最高工作电压应大于其最高工作电压Umax，即即 maxrcUU 在海拔不超过在海拔不超过1000m的地区的地区：下列情况可不进行电晕电压校验下列情况可不进行电晕电压校验。1)110kV采用了不小于采用了不小于LGJ70型型钢心铝绞线钢心铝绞线和外径不小于和外径不小于20型型管形导体时管形导体时；2)220kV采用了不小于采用了不小于LGJ300型钢心铝

30、绞线和外径不小于型钢心铝绞线和外径不小于30型的管形导体时型的管形导体时。（四四）热稳定校验热稳定校验 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-222222对于特定网络和短路切除时间对于特定网络和短路切除时间，短路电流热效应短路电流热效应Qk 保持不变保持不变，利用上式利用上式，取短时最高允许温度取短时最高允许温度al计算短路终了时的计算短路终了时的A值得值得Ah，取短路前导体的工作温度取短路前导体的工作温度w计算短路开始时的计算短路开始时的A值得值得Aw，定义定义热稳定系数为热稳定系数为whAAC 此时此时C达到上限值达到上限值，若计及集肤效应系数若计及集

31、肤效应系数KS影响影响，可得到满足热可得到满足热稳定的导体最小截面为稳定的导体最小截面为 ifk21AAQS skskwhmin11KQCKQAAS 显然显然，当所选导体截面当所选导体截面SSmin时时，由于短路电流热效应由于短路电流热效应Qk保持保持不变不变，短路终了时的短路终了时的A值值Af减小减小，Af Smin=153.388mm2，能满足热稳定要求能满足热稳定要求。（3）共振校验共振校验 mkg/7.2270001.01.0w bhm46433m10667.16/m1.001.06/bhI发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-353535Hz15

32、5Hz96.5137.210667.11072.156.361022f1 mEILNf取取=1=1，即不考虑共振影响即不考虑共振影响。（4）动稳定校验动稳定校验 kA5.64kA3.2555.2sh i相间电动力相间电动力 N/m17.1028)64500(7.011073.111073.1272sh7ph iaf3622m103.333/1.001.03/bhW相间应力相间应力 Pa104461.4103.33102.117.1028106622phph WLf 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-3636361.0 hb091.0101001020

33、bhba43.012 KN/m27.447201.010)64500(43.05.21015.28282sh12b biKfm54.027.447210)4461.470(1.0201.026bbalmaxb fhbL m69.027.4472/1.001.01003/44brc fhbL crmaxbbm4.0m122.11LLnLL 根据根据，可以查得形状系数可以查得形状系数，条间电动力为条间电动力为 最大允许衬垫跨距最大允许衬垫跨距 衬垫临界跨距衬垫临界跨距 每跨选取每跨选取2个衬垫时个衬垫时可以满足动稳定要求可以满足动稳定要求。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气

34、主系统6-6-6-373737二二、电力电缆的选择电力电缆的选择 1电缆型号的选择电缆型号的选择 基本结构基本结构：由导电线芯由导电线芯、绝缘层和保护层三部分组成绝缘层和保护层三部分组成。常用的线芯数目常用的线芯数目：单芯充油电缆单芯充油电缆（用于用于110kV及以上及以上）三芯电缆三芯电缆（用于用于35kV及以下三相系统及以下三相系统）双芯电缆双芯电缆（用于单相系统用于单相系统）四芯四芯、五芯电缆五芯电缆（用于用于380/220V三相四线系统或有一线芯用三相四线系统或有一线芯用于安全接地于安全接地）。）。线芯材料线芯材料：铜芯和铝芯两种铜芯和铝芯两种。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电

35、气主系统发电厂电气主系统6-6-6-383838110kV110kV单芯充油电缆单芯充油电缆发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-393939 线芯绝缘线芯绝缘：有油浸纸绝缘有油浸纸绝缘，塑料绝缘和橡皮塑料绝缘和橡皮（胶胶）绝缘绝缘三类三类。保护层保护层：塑料电缆的保护层塑料电缆的保护层由聚乙烯做成由聚乙烯做成。油浸纸绝缘电油浸纸绝缘电力电缆保护层由内保护层和外力电缆保护层由内保护层和外保护层构成保护层构成。内保护层目的是防潮和防漏油内保护层目的是防潮和防漏油，有金属铝包和铅包两种有金属铝包和铅包两种；外保护层防机械损伤和防腐蚀外保护层防机械损伤和防腐蚀，

36、有钢带铠装有钢带铠装（抗压抗压）、）、钢钢丝铠装丝铠装（抗拉抗拉）等种类等种类，铠装层外还有防腐蚀外被层铠装层外还有防腐蚀外被层。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-404040 选择电缆时选择电缆时，应根据其用途应根据其用途、敷设方式和场所敷设方式和场所、工作条件及工作条件及负荷大小负荷大小，选择线芯材料选择线芯材料、线芯数目线芯数目、线芯绝缘材料和保护层线芯绝缘材料和保护层等等，进而确定电缆的型号进而确定电缆的型号。2额定电压选择额定电压选择：UN UNs 3截面选择截面选择 1)长度在长度在20m以下的电缆以下的电缆，一般按长期发热允许电流选择其截

37、一般按长期发热允许电流选择其截面面，即即 Imax K Ial 综合修正系数综合修正系数K的计算的计算 在空气中敷设时在空气中敷设时 1tKKK 在空气中穿管敷设时在空气中穿管敷设时 2tKKK 土壤中直埋或穿管直埋时土壤中直埋或穿管直埋时 43tKKKK 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-414141以上三式中以上三式中：Kt为温度修正系数为温度修正系数，按式按式（64）计算计算；K1为电缆在空气中多根并列敷设时的修正系数为电缆在空气中多根并列敷设时的修正系数；K2为空气中穿管敷设时的修正系数为空气中穿管敷设时的修正系数，当电压在当电压在10kV及以

38、下时及以下时，截面截面S95mm2时时，K2=1，当截面当截面S=120185mm2时时，K2=0.85；K3为直埋因土壤热阻不同的修正系数为直埋因土壤热阻不同的修正系数；K4为土壤中多根并列敷设的修正系数为土壤中多根并列敷设的修正系数。2)年最大负荷利用时数年最大负荷利用时数 5000h，长度在长度在20m以上的电缆以上的电缆，按经按经济电流密度选择电缆截面济电流密度选择电缆截面：JISmax 按经济电流密度选择的电缆还应满足长期发热要求按经济电流密度选择的电缆还应满足长期发热要求：Imax K Ial 为了便于敷设为了便于敷设，一般尽量选用线芯截面不大于一般尽量选用线芯截面不大于185mm

39、2的电缆的电缆。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-4242424热稳定校验热稳定校验 电缆的热稳定校验仍采用最小截面法电缆的热稳定校验仍采用最小截面法，即所选截面即所选截面S（单位为单位为mm2）应满足应满足 kmin1QCSS Qk短路电流热效应短路电流热效应(A2s)，Ks=1。热稳定系数热稳定系数C用下式计算用下式计算 )mm/(4J2wh20s10)20(1)20(1ln2.41 KQC计及电缆芯线充填物热容量随温度变化以及绝缘散热影计及电缆芯线充填物热容量随温度变化以及绝缘散热影响的校正系数响的校正系数，对于对于36kV厂用回路厂用回路，取取

40、0.93；对于对于10kV及以及以上回路取上回路取1.0；Q电缆芯单位体积的热容量电缆芯单位体积的热容量，铝心取铝心取0.59 J/(cm3)，铜心铜心取取0.81 J/(cm3)；发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-434343电缆芯在电缆芯在20时的电阻温度系数时的电阻温度系数,铝心取铝心取0.00403/，铜铜心取心取0.00393/；Ks电缆芯在电缆芯在20时的集肤效应系数时的集肤效应系数，S150mm2的三芯电缆的三芯电缆Ks=1，S=150240mm2的三芯电缆的三芯电缆Ks=1.011.035；20电缆芯在电缆芯在20时的电阻温度系数时的电

41、阻温度系数，铝心取铝心取3.1106cm2/cm，铜心取铜心取1.84106cm2/cm；h短路时电缆的最高允许温度短路时电缆的最高允许温度（）；）；w短路前电缆的工作温度短路前电缆的工作温度（）。）。5允许电压降校验允许电压降校验 对供电距离较远的电缆线路应校验其电压损失对供电距离较远的电缆线路应校验其电压损失:%5100)sincos(3%maxN xrLIUUUN、cos分别为线路额定电压分别为线路额定电压（线电压线电压）和功率因数和功率因数；发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-44444422222221j)j(URQXPUXQRPIXRUU)s

42、incos(3sin3cos32222222222xrLIXUIURUIUUXQRPU%5100)sincos(3%maxN xrLIUU22jU允许电压降公式证明允许电压降公式证明:发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-454545L电缆线路长度电缆线路长度（km）；）；r=/S、x单位长度电缆的电阻和电抗单位长度电缆的电阻和电抗（/km）。）。610kV三芯电缆电抗约为三芯电缆电抗约为0.08/km，35kV三芯电缆约为三芯电缆约为0.12/km。【例例62】某变电所某变电所10kV电压母线用双回电缆线路向一重要用户电压母线用双回电缆线路向一重要用户供

43、电供电，用户最大负荷用户最大负荷5400kW，功率因数功率因数cos=0.9，最大负荷利最大负荷利用小时数为用小时数为5200h/年年，当一回电缆线路故障时当一回电缆线路故障时，要求另一回仍要求另一回仍能供给能供给80%的最大负荷的最大负荷。线路直埋地下线路直埋地下，长度为长度为1200m，电缆电缆净距为净距为200mm，土壤温度土壤温度10，热阻系数热阻系数80cm/W，短路电短路电流流I”=8.7kA，I1=7.2kA，I2=6.6kA，短路切除时间为短路切除时间为2s，试选择试选择该电缆该电缆。解解 正常情况下每回路的最大持续工作电流为正常情况下每回路的最大持续工作电流为 A86.181

44、A9.01032540005.1max I发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-464646根据最大负荷利用小时数查图根据最大负荷利用小时数查图63 曲线曲线1，得得 J=0.72 2maxmm6.25272.086.181 JIS直埋敷设一般选用钢带铠装电缆直埋敷设一般选用钢带铠装电缆，每回路选用两根三芯油浸纸每回路选用两根三芯油浸纸绝缘铝心铝包铠装防腐电缆绝缘铝心铝包铠装防腐电缆，每根每根S=120 mm2，热阻系数热阻系数80cm/W时的允许载流量为时的允许载流量为Ial=215A，最高允许温度为最高允许温度为60，额定环境温度为额定环境温度为25。

45、长期发热按一回电缆线路故障时转移过来的负荷校验长期发热按一回电缆线路故障时转移过来的负荷校验，即即 A291A8.09.0103540005.1maxIA475A221592.012.1al43tC10al IKKKI满足长期发热要求满足长期发热要求。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-474747短路热效应短路热效应 sIIItQQ 22222t22/t2kpk(kA)3.106)6.62.7107.8(122)10(12kk短路前电缆的工作温度短路前电缆的工作温度 C77.28475291)1060(10)(222al2maxalw II 热稳定系数

46、热稳定系数C为为 65.10010)2077.28(00403.01)20200(00403.01ln00403.0101.359.02.410)20(1)20(1ln2.41262wh20s KQC )mm/(4J发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-48484826kminmm12024.10265.100103.1061 QCS满足热稳定要求满足热稳定要求。电压损失校验电压损失校验%5%82.0100)436.008.09.012010000315.0(2.12291100003100)sincos(3%maxN xrLIUU根据以上计算可以看出根据

47、以上计算可以看出，所选电缆满足要求所选电缆满足要求。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-494949第三节第三节 支柱绝缘子与穿墙套管的选择支柱绝缘子与穿墙套管的选择 支柱绝缘子与穿墙套管用作裸导体的对地绝缘和支撑固定支柱绝缘子与穿墙套管用作裸导体的对地绝缘和支撑固定。一一、支柱绝缘子的选择支柱绝缘子的选择 支柱绝缘子只承受导体的电压支柱绝缘子只承受导体的电压、电动力和正常机械荷载电动力和正常机械荷载，不载不载流流，没有发热问题没有发热问题。1 1种类和型式选择种类和型式选择 屋内型支柱绝缘子屋内型支柱绝缘子：由瓷件及用水泥胶合剂胶装于瓷件两端由瓷件及用

48、水泥胶合剂胶装于瓷件两端的铁底座和铁帽组成的铁底座和铁帽组成。胶装方式胶装方式：铁底座和铁帽胶装在瓷件外表面的称为外胶装铁底座和铁帽胶装在瓷件外表面的称为外胶装（Z型型），），胶装入瓷件孔内的称为内胶装胶装入瓷件孔内的称为内胶装（ZN型型）。）。性能性能：外胶装机械强度高外胶装机械强度高，内胶装增大了电气距离内胶装增大了电气距离，电气性电气性能好能好，但不能承受扭矩但不能承受扭矩，对机械强度要求较高时对机械强度要求较高时，应采用外胶应采用外胶装或联合胶装绝缘子装或联合胶装绝缘子（ZL型型，铁底座外胶装铁底座外胶装，铁帽内胶装铁帽内胶装）。）。屋外型支柱绝缘子采用棒式绝缘子屋外型支柱绝缘子采用棒

49、式绝缘子。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-505050外胶装支柱绝缘子外胶装支柱绝缘子发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-5151512额定电压选择额定电压选择：UN UNs 在屋外有空气污秽或冰雪的地区在屋外有空气污秽或冰雪的地区，应选用高一级电压的产品应选用高一级电压的产品。3动稳定校验动稳定校验 当三相导体水平布置时当三相导体水平布置时，如图如图66所示所示，支柱绝缘子所受电动力支柱绝缘子所受电动力应为两侧相邻跨导体受力总和的一半应为两侧相邻跨导体受力总和的一半，即即72sh2121max10273.12

50、 iaLLFFF式中式中 L1、L2与绝缘子相邻的跨距与绝缘子相邻的跨距（m）。）。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统6-6-6-525252由于制造厂家给出的是绝缘子顶部的抗弯破坏负荷由于制造厂家给出的是绝缘子顶部的抗弯破坏负荷Fde，因此必因此必须将须将Fmax换算为绝缘子顶部所受的电动力换算为绝缘子顶部所受的电动力Fc（单位为单位为N）（）（如如图图67所示所示），），根据力矩平衡关系得根据力矩平衡关系得 HHFF1maxc 式中式中 H绝缘子高度绝缘子高度（mm）；）；H1绝缘子底部到导体水平中心线的高度绝缘子底部到导体水平中心线的高度（mm），），21h