[工学]供配电系统第五章 短路电流计算及电气设备的选择与校验.ppt

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1、工学供配电系统第五章 短路电流计算及电气设备的选择与校验 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望本章教学要求本章教学要求1.了解三相交流电网短路的过渡过程。了解三相交流电网短路的过渡过程。2.掌握无限大电源供电系统三相短路电流掌握无限大电源供电系统三相短路电流计算。计算。3.了解短路电流的热效应和力效应产生的了解短路电流的热效应和力效应产生的原因，掌握电气设备的选择与校验。原因，掌握电气设备的选择与校验。重点：重点：1.短路电流计算；短路电流计算；2.电气

2、设备的选择与校验。电气设备的选择与校验。本章内容本章内容短路是指不同相之间，相对中线或地线之短路是指不同相之间，相对中线或地线之间的直接金属性连接或经小阻抗连接。本章讨间的直接金属性连接或经小阻抗连接。本章讨论和计算供配电系统在短路故障情况下的电流论和计算供配电系统在短路故障情况下的电流（简称短路电流），短路电流计算的目的主要（简称短路电流），短路电流计算的目的主要是供母线、电缆、设备的选择和继电保护整定是供母线、电缆、设备的选择和继电保护整定计算之用。计算之用。本章内容本章内容第一节第一节概述概述第二节第二节 无限大容量电源系统三相短路分析无限大容量电源系统三相短路分析第三节第三节无限大容量

3、电源条件下系统三相短路电无限大容量电源条件下系统三相短路电流计算流计算第四节第四节两相两相单相短路电流计算和电压短路电单相短路电流计算和电压短路电流流计算计算第六节第六节感应电动机对短路电流的影响感应电动机对短路电流的影响第七节第七节供电系统中电气设备的选择及校验供电系统中电气设备的选择及校验问题提出1。知道什么是短路吗？2。知道短路的危害吗？举例。3。生活中你遇到过短路吗？4。发生短路应如何处置？5。如何避免短路故障？第一节第一节概述概述一、短路的种类一、短路的种类三相交三相交流系统的短流系统的短路的种类主路的种类主要有三相短要有三相短路、两相短路、两相短路、单相短路、单相短路和两相接路和两

4、相接地短路。地短路。第一节第一节概述概述二、短路的原因二、短路的原因(1)电力系统中电器设备载流导体的绝缘损坏。造成绝缘损坏的原因主要有设备绝缘自然老化，操作过电压，大气过电压，绝缘受到机械损伤等。(2)运行人员不遵守操作规程，如带负荷拉、合隔离开关，检修后忘拆除地线合闸。(3)鸟兽跨越在裸露导体上。第一节第一节概述概述三、短路的危害三、短路的危害1.短路产生很大的热量，导体温度升高，将绝缘损坏。2.短路产生巨大的电动力，使电气设备受到机械损坏。3.短路使系统电压降低，电流升高，电器设备正常工作受到破坏。4.短路造成停电，给国民经济带来损失，给人民生活带来不便。5.严重的短路将电力系统运行的稳

5、定性，使同步发电机失步。6.单相短路产生的不平衡磁场，对通信线路和弱电设备产生严重的电磁干扰。第一节第一节概述概述四、防止短路对策四、防止短路对策预防性试验正确安装和维护防雷设备文明施工严格遵守操作规程问题问题1计算短路电流有意义吗？需不需要计算？应如何计算？短路电流点如何确定？在供电设计中哪些地方要用到短路电流（猜猜看）？第一节第一节概述概述五、短路电流计算的目的五、短路电流计算的目的1.正确地选择和校验各种电器设备正确地选择和校验各种电器设备2.计算和整定保护短路的继电保护装置计算和整定保护短路的继电保护装置3.选择限制短路电流的电器设备选择限制短路电流的电器设备第二节第二节 无限大容量系

6、统三相短路分析无限大容量系统三相短路分析一一、无限大容量系统、无限大容量系统所谓“无限大容量系统”指端电压保持恒定，没有内部阻抗以及容量无限大的系统。理论上，无限大容量系统：SS=，XS=0，US=常数；实际上，无限大容量系统：SS=某值，XS0，US=常数。第二节第二节 无限大容量系统三相短路分析无限大容量系统三相短路分析二、二、无限大容量系统三相短路暂态过程无限大容量系统三相短路暂态过程1、正常运行设电源相电压为正常运行电流为式中，电流幅值阻抗角第二节第二节 无限大容量系统三相短路分析无限大容量系统三相短路分析2.三相短路分析无限大容量系统三相短路图（a）系统图第二节第二节 无限大容量系统

7、三相短路分析无限大容量系统三相短路分析无限大容量系统三相短路图（b）三相电路图（c）单相等效电路图第二节第二节 无限大容量系统三相短路分析无限大容量系统三相短路分析设在图图中k点发生三相短路。定性分析定性分析：三相短路，阻抗突变，发生暂态过渡过程，k点右侧，没有电源，电流衰减到零，k点左侧有电源，Z，I，I不突变，出现周期容量定量分析定量分析：短路电流应满足微分方程。第二节第二节 无限大容量系统三相短路分析无限大容量系统三相短路分析短路电流应满足微分方程：其解为：其中短路电流周期分量幅值：为短路回路阻抗角；为短路回路时间常数；为短路电流非周期分量初值。第二节第二节 无限大容量系统三相短路分析无

8、限大容量系统三相短路分析在短路瞬间t=0时，短路前工作电流与短路后短路电流相等，即：由上式求出inp0，并带入ik表达式中，则：第二节第二节 无限大容量系统三相短路分析无限大容量系统三相短路分析无限大容量系统三相短路时的短路电流波形图第二节第二节 无限大容量系统三相短路分析无限大容量系统三相短路分析三.最严重三相短路的短路电流产生最严重短路电流的条件：(1)短路瞬时电压过零a=0或180(2)短路前空载或cosj=1(3)短路回路纯电感jk=90将Im=0，a=0，jk=90代入上式，得第二节第二节 无限大容量系统三相短路分析无限大容量系统三相短路分析最严重三相短路时的电流波形图第二节第二节

9、无限大容量系统三相短路分析无限大容量系统三相短路分析四四、三相短路的有关物理量三相短路的有关物理量1.短路电流周期分量有效值IP式中，Uav=1.05UN(kV)，线路平均额定电压；()，为短路回路总阻抗。2.次暂态短路电流次暂态短路电流是短路电流周期分量在短路后第一个周期的有效值，用I表示。在无限大容量系统中，短路电流周期分量不衰减，即I=IP第二节第二节 无限大容量系统三相短路分析无限大容量系统三相短路分析3.短路全电流有效值由于短路电流含有非周期性分量，短路全电流不是正弦波，短路过程中短路全电流的有效值Ik(t)，是指以该时间t为中心的一个周期内短路全电流瞬时值的均方根值，即第二节第二节

10、 无限大容量系统三相短路分析无限大容量系统三相短路分析4.短路冲击电流和冲击电流有效值（1）短路冲击电流ish是短路全电流的最大瞬时值，出现在短路后半个周期，即t=0.01秒时，得为短路电流冲击系数。纯电阻性电路，ksh=1；纯电感性电路，ksh=2。因此1ksh2。第二节第二节 无限大容量系统三相短路分析无限大容量系统三相短路分析（2）短路冲击电流有效值Ish是短路后第一个周期的短路全电流有效值。在高压系统发生三相短路，可取ksh=1.8，因此Ish=1.52IP在低压系统发生三相短路，可取ksh=1.3，因此Ish=1.09IP第二节第二节 无限大容量系统三相短路分析无限大容量系统三相短路

11、分析5.稳态短路电流I稳态短路电流有效值是短路电流非周期分量衰减完后的短路电流有效值，用I表示。在无限大容量系统中，IIp。第二节第二节 无限大容量系统三相短路分析无限大容量系统三相短路分析6.短路容量Sk三相短路容量是选择断路器时，校验其断路能力的依据，它根据计算电压即平均额定电压进行计算，即式中，Sk为三相短路容量（MVA）；Uav为短路点所在级的线路平均额定电压（kV）；Ik为短路电流（kA）。第三节第三节无限大容量系统三相短路电流计算无限大容量系统三相短路电流计算 通常采用标幺值计算，以简化计算，便于比较分析。一、标幺制用相对值表示元件的物理量，称为标幺制。容量、电压、电流、阻抗的标幺

12、值分别为第三节第三节无限大容量系统三相短路电流计算无限大容量系统三相短路电流计算基准容量Sd、基准电压Ud、基准电流Id和基准阻抗Zd亦遵循功率方程和电压方程。四个基准值中只有二个基准值是独立的，通常选定基准容量和基准电压，按下式求出基准电流和基准阻抗。基准值的选取是任意的，但为简化计算，取Sd=100MVA,Ud=Uav第三节第三节无限大容量系统三相短路电流计算无限大容量系统三相短路电流计算注意：用基准容量和元件所在电压等级的基准电压计算的阻抗标幺值，和将元件的阻抗换算到短路点所在的电压等级，再用基准容量和短路点所在电压等级的基准电压计算的阻抗标幺值相同，即变压器的变比标幺值等于1，从而避免

13、了多级电压系统中阻抗的换算。短路回路总电抗的标幺值可直接由各元件的电抗标幺值相加而得。第三节第三节无限大容量系统三相短路电流计算无限大容量系统三相短路电流计算问题：谁能总结一下，短路电流计算采用标幺制的好处？第三节第三节无限大容量系统三相短路电流计算无限大容量系统三相短路电流计算采用标幺制计算短路电流其优点：计算简单、清晰；变压器的变比标幺值等于1；相值、线值的标幺值相等。第三节第三节无限大容量系统三相短路电流计算无限大容量系统三相短路电流计算二、短路回路元件的标幺值阻抗1、线路的电抗标幺值式中，l为线路长度(km)，R0和X0为线路单位长度的电阻电抗(/km)，Sd为基准容(MVA)，Ud为

14、线路所在电压等级的基准电压(kV)。第三节第三节无限大容量系统三相短路电流计算无限大容量系统三相短路电流计算2、变压器的电抗标幺值式中，SN为额定容量(MVA)为Uk%阻抗电压。3电抗器的电抗标幺值式中，UL.N电抗器的额定电压、IL.N为电抗器的额定电流、电抗器的电抗百分数XL%第三节第三节无限大容量系统三相短路电流计算无限大容量系统三相短路电流计算4电力系统的电抗标幺值无限大容量系统XS=0已知系统电抗有名值XS已知系统的短路容量Sk已知系统出口断路器的短路容量Soc第三节第三节无限大容量系统三相短路电流计算无限大容量系统三相短路电流计算5短路回路总阻抗若Rk*1/3Xk*时，可略去电阻，

15、Zk*=Xk*。第三节第三节无限大容量系统三相短路电流计算无限大容量系统三相短路电流计算三、三相短路电流计算无限大容量系统发生三相短路时，短路电流的周期分量的幅值和有效值保持不变，短路电流的有关物理量I、Ish、ish、I和Sk都与短路电流周期分量有关。因此，只要算出短路电流周期分量的有效值，短路其它各量按前述公式很容易求得，采用的标幺值计算。第三节第三节无限大容量系统三相短路电流计算无限大容量系统三相短路电流计算1三相短路电流周期分量有效值短路电流周期分量有效值的标幺值等于短路回路总阻抗标幺值的倒数。即短路电流周期分量有效值为第三节第三节无限大容量系统三相短路电流计算无限大容量系统三相短路电

16、流计算2、冲击短路电流冲击短路电流和冲击短路电流有效值为高压ish=2.55IkIsh=1.52Ik低压ish=1.84IkIsh=1.09Ik第三节第三节无限大容量系统三相短路电流计算无限大容量系统三相短路电流计算3、三相短路容量或上式表示，三相短路容量数值上等于基准容量与三相短路电流标幺值或与三相短路容量标幺值的乘积，三相短路容量的标幺值等于三相短路电流的标幺值。第三节第三节无限大容量系统三相短路电流计算无限大容量系统三相短路电流计算4、短路电流的计算步骤、短路电流的计算步骤画出短路计算系统图，包含与短路计算所有元件的单线系统，标出元件的参数，短路点。画出短路计算系统图的等值电路图，一个元

17、件用一个电抗表示，电源用一个小圆表示，并标出短路点，同时标出元件的序号和阻抗值，一般分子标序号，分母标阻抗值。选基准容量和基准电压，计算元件的标幺值电抗。第三节第三节无限大容量系统三相短路电流计算无限大容量系统三相短路电流计算简化等值电路图，求出短路总阻抗标幺值。简化时电路的各种简化方法都可以使用，如串联、并联、-Y或Y-变换、等电位法等。计算短路电流标幺值，短路电流有名值和短路其它各量。即短路电流、冲击短路电流和三相短路容量。线路额定电压(kV)2201103510630.380.22线路平均额定电压(kV)2301153710.56.33.150.40.23第三节第三节无限大容量系统三相短

18、路电流计算无限大容量系统三相短路电流计算例例3-1试求图中图中供电系统总降变电所10kV母线上k1点和车间变电所380V母线上k2点发生三相短路时的短路电流和短路容量，以及k2点三相短路流经变压器3T一次绕组的短路电流。第三节第三节无限大容量系统三相短路电流计算无限大容量系统三相短路电流计算解：解：1由上面短路电流计算系统图画出短路电流计算等效电路图,如下图所示。由断路器断流容量估算系统电抗，用X1表示。第三节第三节无限大容量系统三相短路电流计算无限大容量系统三相短路电流计算2取基准容量Sd=100MVA，基准电压Ud=Uav，三个电压的基准电压分别为：第三节第三节无限大容量系统三相短路电流计

19、算无限大容量系统三相短路电流计算计算各元件电抗标幺值：系统S线路1WL变压器1T和2T线路2WL变压器3T第三节第三节无限大容量系统三相短路电流计算无限大容量系统三相短路电流计算3、计算k1点三相短路时的短路电流（1）计算短路回路总阻抗标幺值，短路回路总阻抗为（2）计算k1点所在电压级的基准电流（3）计算短路电流各值第三节第三节无限大容量系统三相短路电流计算无限大容量系统三相短路电流计算4计算k2点三相短路时的短路电流（1）计算短路回路总阻抗标幺值，总阻抗标幺值为（2）计算k2点所在电压级的基准电流（3）计算k2点三相短路时短路各量第三节第三节无限大容量系统三相短路电流计算无限大容量系统三相短

20、路电流计算5计算k2点三相短路流经变压器3T一次绕组的短路电流Ik2，有二种计算方法。（1）方法1由短路计算等效电路图中可看出：k2点短路时流经变压器3T一次绕组的三相短路电流标幺值与短路点k2的短路电流标幺值相同，用变压器3T一次绕组所在电压级的基准电流便可求出流经变压器3T一次绕组的短路电流。第三节第三节无限大容量系统三相短路电流计算无限大容量系统三相短路电流计算（2）方法2将k2点三相短路电流变换到变压器3T的一次侧，此时变压器变比应采用平均额定电压，即基准电压变比。第四节第四节两相和单相短路电流计算两相和单相短路电流计算目的：用于继电保护灵敏度的校验。目的：用于继电保护灵敏度的校验。一

21、、两相短路电流的计算无限大容量系统两相短路示意图第四节第四节两相和单相短路电流计算两相和单相短路电流计算1.无限大容量系统两相短路电流无限大容量系统两相短路电流时，其短路电流为：式中，Uav为短路点的平均额定电压，Zk为短路回路一相总阻抗。第四节第四节两相和单相短路电流计算两相和单相短路电流计算2.两相短路电流与三相短路电流的关系两相短路电流计算公式与三相短路电流计算公式相比，可得两相短路电流与三相短路电流的关系，并同样适用于冲击短路电流，即因此，无限大容量系统短路时，两相短路电流较三相短路电流小。第四节第四节两相和单相短路电流计算两相和单相短路电流计算二、单相短路电流的计算在工程计算中，大接

22、地电流系统或三相四线制系统发生单相短路时，单相短路电流：式中，av为短路点的平均额定电压；ZP-0为单相短路回路相线与大地或中线的阻抗，可按下式计算：RT、XT为变压器的相等效电阻和电抗；RP-0、XP-0为相线与大地或中线回路的电阻和电抗。因此，在无限大容量系统中或远离发电机处短路时，单相短路电流较三相短路电流小。第五节第五节 电动机对三相短路电流的影响电动机对三相短路电流的影响供配电系统发生三相短路时，接在短路点附近运行的电动机的反电势可能大于电动机所在处系统的残压，此时电动机将和发电机一样，向短路点馈送短路电流。同时电动机迅速受到制动，它所提供的短路电流很快衰减，一般只考虑电动机对冲击短

23、路电流的影响，如图所示。第五节第五节 电动机对三相短路电流的影响电动机对三相短路电流的影响电动机提供的冲击短路电流可按下式计算：式中，kshM为电动机的短路电流冲击系数，低压电动机取1.0，高压电机取1.41.6；为电动机的次暂态电势标幺值；为电动机的次暂态电抗标幺值；INM为电动机额定电流。第五节第五节 电动机对三相短路电流的影响电动机对三相短路电流的影响实际计算中，只有当高压电动机高压电动机单机或总容量大于1000kW，低压电动机低压电动机单机或总容量大于100kW，在靠近电动机引出端附近发生三相短路时，才考虑电动机对冲击短路电流的影响，考虑电动机的影响后，短路点的冲击短路电流考虑电动机的

24、影响后，短路点的冲击短路电流为为：ish.=ish+ish.M课后作业P633-13问题1。应该如何选设备？（设想一下）2。生活中遇到过选择电气（电器）设备的工作吗？第六节供电系统中电气设备的选择及校验第六节供电系统中电气设备的选择及校验 供配电系统发生短路时，短路电流非常大。短路电流通过导体或电器设备，会产生很大的电动力和产生很高的温度，称为短路的电动力效应和热效应。第六节供电系统中电气设备的选择及校验第六节供电系统中电气设备的选择及校验一、短路电流的电动力效应导体通过电流时相互间电磁作用产生的力，称为电动力。正常工作时电流不大，电动力很小。短路时，特别是短路冲击电流流过瞬间，产生的电动力最

25、大。第六节供电系统中电气设备的选择及校验第六节供电系统中电气设备的选择及校验1.两平行载流导体间的电动力两导体间由电磁作用产生的电动力的方向两导体间由电磁作用产生的电动力的方向由左手定则决定，大小相等，由下式决定由左手定则决定，大小相等，由下式决定:第六节供电系统中电气设备的选择及校验第六节供电系统中电气设备的选择及校验式中，l为导体的两相邻支持点间的距离(cm)；a为两导体轴线间距离(cm)；Kf为形状系数，圆形、管形导体Kf=1，矩形导体根据和查P63图3-12曲线。第六节供电系统中电气设备的选择及校验第六节供电系统中电气设备的选择及校验2.三相平行载流导体间的电动力三相平行载流导体间的电

26、动力三相短路产生的最大电动力为：第六节供电系统中电气设备的选择及校验第六节供电系统中电气设备的选择及校验两相短路产生的最大电动力为：由于两相短路冲击电流与三相短路冲击电流的关系为：两相短路和三相短路产生的最大电动力也具有下列关系：由此可见，三相短路时导体受到的电动力比两相短路时导体受到的电动力大。第六节供电系统中电气设备的选择及校验第六节供电系统中电气设备的选择及校验二、短路电流的热效应二、短路电流的热效应1.短路发热特点 导体通过电流，产生电能损耗，转换成热能，使导体温度上升。正常运行时，正常运行时，导体通过负荷电流，产生热能使导体温度升高，同时向导体周围介质散失。当导体内产生的热量等于向介

27、质散失的热量，导体的温度维持不变。第六节供电系统中电气设备的选择及校验第六节供电系统中电气设备的选择及校验短路时短路时由于继电保护装置动作切除故障，短路电流的持续时间很短，近似认为很大的短路电流在很短时间内产生的很大热量全部用来使导体温度升高，不向周围介质散热，即短路发热是绝热过程。由于导体温度上升很快，导体的电阻和比热不是常数，而是随温度变化。第六节供电系统中电气设备的选择及校验第六节供电系统中电气设备的选择及校验2.短路热平衡方程短路时导体温度的变化短路发热可近似为绝热过程，短路时导体内产生的能量等于导体温度升高吸收的能量，导体的电阻率和比热也随温度变化，其热平衡方程如下：第六节供电系统中

28、电气设备的选择及校验第六节供电系统中电气设备的选择及校验将代入上式得：整理得：式中，r0是导体0时的电阻率(mm2/km)；a为r0的温度系数；C0为导体0时的比热；为C0的温度系数；S为导体的截面积(mm2)；l为导体的长度(km)；IKt为短路全电流的有效值(A)；AK和AL为短路和正常的发热系数；对某导体材料，A值仅是温度的函数，即：A=f(q)第六节供电系统中电气设备的选择及校验第六节供电系统中电气设备的选择及校验3.短路产生的热量一般采用等效方法计算，用稳态短路电流计算实际短路电流产生的热量。由于稳态短路电流不同于短路全电流，需要假定一个时间，称为假想时间tima。在此时间内，稳态短

29、路电流所产生的热量等于短路全电流Ik(t)在实际短路持续时间内所产生的热量。短路发热假想时间 第六节供电系统中电气设备的选择及校验第六节供电系统中电气设备的选择及校验短路电流产生的热量可按右式计算：短路发热假想时间可按右式计算：式中，tk为短路持续时间，它等于继电保护动作时间top和断路器断路时间toc之和，即tk=top+toc在无限大容量系统中发生短路，tima=tk+0.05当tk1s,可认为tima=tk第六节供电系统中电气设备的选择及校验第六节供电系统中电气设备的选择及校验4.导体短路发热温度为使导体短路发热温度计算简便，工程上一般利用导体发热系数A与导体温度的关系曲线A=f(),确

30、定短路发热温度k。图1：A关系曲线图2：由L求K的步骤第六节供电系统中电气设备的选择及校验第六节供电系统中电气设备的选择及校验由L求K的步骤如下：由导体正常运行时的温度L从图2中查出导体正常发热系数AL计算导体短路发热系数AK由AK从A关系曲线查得短路发热温度K第六节供电系统中电气设备的选择及校验第六节供电系统中电气设备的选择及校验5.短路热稳定最小截面根据短路发热允许温度K.al，可由A=f(q)曲线计算导体短路热稳定的最小截面方法如下：由L和K.al，从A曲线分别查出AL和AK计算短路热稳定最小截面Smin第六节供电系统中电气设备的选择及校验第六节供电系统中电气设备的选择及校验小小结结本章

31、简述了供配电系统短路的种类、原因及危害。分析了无限大容量系统三相短路的暂态过程。重点讲述了标幺制、短路回路元件的标幺值阻抗和三相短路电流计算。简述了电动机对冲击短路电流的影响、两相短路和单相短两相短路和单相短路电流的计算。路电流的计算。讲述了短路电流的电动力效应和热效应。第六节供电系统中电气设备的选择及校验第六节供电系统中电气设备的选择及校验习习题题1.短路的种类有、。2.短路的原因有、。3.无限大容量系统的特征、。4.称为标幺值。5.最严重三相短路电流的条件是、。6.短路电流通过导体或电器设备，会产生很大电动力和和很高温度，称为短路电流的和。第六节供电系统中电气设备的选择及第六节供电系统中电

32、气设备的选择及校验校验(书上第章书上第章)电气设备的选择电气设备的选择 电气设备的选择是供配电系统设计的重要步骤，其选择的恰当与否将影响到整个系统能否安全可靠的运行，故必须遵循一定的选择原则。本节对常用的高、低压电器即高压断路器、高压隔离开关、仪用互感器、母线、绝缘子、高低压熔断器及成套配电装置（高压开关柜）等分别介绍其选择方法，为合理、正确使用电气设备提供了依据。1电气设备选择的一般原则2高压开关电器的选择3互感器的选择4 母线、支柱绝缘子和穿墙套管选择5高压开关柜的选择6 低压熔断器选择7 低压断路器选择第六节供电系统中电气设备的选择及校验第六节供电系统中电气设备的选择及校验一一.电气设备

33、选择的一般原则电气设备选择的一般原则1按工作环境及正常工作条件选择电气设备（1）根据电气装置所处的位置（户内或户外）、使用环境和工作条件，选择电气设备型号等。（2）按工作电压选择电气设备的额定电压 UNUWN（3）按最大负荷电流选择电气设备的额定电流INImax或INIc 2按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定(1)动稳定校验imax ish(3)或ImaxIsh(3)第六节供电系统中电气设备的选择及校验第六节供电系统中电气设备的选择及校验动稳定校验imaxish(3)或ImaxIsh(3)式中，imax为电气设备的极限通过电流峰值；Imax为电气设备的极限通过电流有效值。(2)热稳定校验I

34、t2tIt(3)2tima式中,It为电气设备的热稳定电流；t为热稳定时间。3开关电器断流能力校验对具有断流能力的高压开关设备需校验其断流能力，开关设备的断流容量不小于安装地点最大三相短路容量。即：IocIkmax(3)或SSk.max第六节供电系统中电气设备的选择及校验第六节供电系统中电气设备的选择及校验二.高压开关电器的选择高压开关电器的选择 高压开关电器主要指高压断路器、高压熔断器、高压隔离开关和高压负荷开关。具体选择如下：1根据使用环境和安装条件选择设备的型号2按正常条件选择设备的额定电压和额定电流3动稳定校验 imaxish(3)或 ImaxIsh(3)4热稳定校验 It2tI(3)

35、2tima第六节供电系统中电气设备的选择及校验第六节供电系统中电气设备的选择及校验5开关电器断流能力校验 Soc Skmax或 Ioc Ikmax(3)式中，Ioc、Soc为制造厂提供的最大开断电流和开断容量。1)1)高压断路器选择高压断路器选择 按断路器使用场合、环境条件来选择型号，然后再选择额定电压、额定电流值，最后校验动稳定、热稳定和断流容量。第六节供电系统中电气设备的选择及校验第六节供电系统中电气设备的选择及校验例例5-1试选择某35kV变电所主变二次侧高压开关柜的高压断路器，已知变压器35/10.5kV，5000kVA，三相最大短路电流为3.35kA，冲击短路电流为8.54kA，三相

36、短路容量为0.9MVA，三相短路电流稳态值为3.2kA，继电保护动作时间为1.1s。第六节供电系统中电气设备的选择及校验第六节供电系统中电气设备的选择及校验GG-1A(F)GG-1A(F)型固定式高型固定式高压压开关开关设备设备解：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。查查P337表表A-4，选择，选择SN10-10I/630型少油断路型少油断路器，其有关技术参数及安装地点电气条件和计算器，其有关技术参数及安装地点电气条件和计算选择结果列于下表，可见断路器的参数均大于装选择结果列于下表，可见断路器的参数均大于装设地点的电气条件，选断路器合格。设地点

37、的电气条件，选断路器合格。第六节供电系统中电气设备的选择及校验第六节供电系统中电气设备的选择及校验表表5-2高压断路器选择校验表序号SN10-10I/630选择要求装设地点电气条件结论项目数据项目数据1UN10kVUW.N10kV合格2IN630AIC275A合格3I.N16kAIK(3)3.35kA合格4imax40kAish(3)8.54kA合格5It2t1624=512kA2sI2tima(3.35)2(1.1+0.06)=13.0kA2s合格第六节供电系统中电气设备的选择及校验第六节供电系统中电气设备的选择及校验2)2)高压隔离开关选择高压隔离开关选择隔离开关只需要选择额定电压和额定电

38、流，校验动稳定度和热稳定度。例例5-2按例5-1所给的电气条件，选择柜内隔离开关。解：由于解：由于10kV出线控制采用成套开关柜，查出线控制采用成套开关柜，查P337表表A-5选择选择GN6-10T/600高压隔离开关。选择计算结果高压隔离开关。选择计算结果列于下表。列于下表。第六节供电系统中电气设备的选择及校验第六节供电系统中电气设备的选择及校验序号GN-10T/600选择 要求安装地点电气条件结论项目数据项目计算数据1UN10kVUW.N10kV合格2IN600AIC275A合格3imax52kAish(3)8.54kA合格4It2t2025=2000kA2SI2tima(3.35)2(1

39、.1+0.06)=13.0kA2S合格第六节供电系统中电气设备的选择及校验第六节供电系统中电气设备的选择及校验3)3)高压熔断器的选择高压熔断器的选择1.保护线路的熔断器的选择(1)熔断器的额定电压UNFU应等于线路的额定电压UNUNFU=UN(2)熔体额定电流INFE不小于线路计算电流Ic，即INFEIc(3)熔断器额定电流INFU不小于熔体的额定电流INFE。INFUINFE(4)熔断器断流能力校验第六节供电系统中电气设备的选择及校验第六节供电系统中电气设备的选择及校验对限流式熔断器（如RN1型）其断流能力Ioc应满足II(3)式中，I“(3)为熔断器安装地点的三相次暂态短路电流的有效值。

40、对非限流式熔断器(RW型),其断流能力应大于三相短路冲击电流有效值：IIsh(3)对断流能力有下限值的熔断器(RW型)还应满足:IminIK(2)式中，Imin为熔断器分断电流下限值；Ik(2)为线路末端两相短路电流。第六节供电系统中电气设备的选择及校验第六节供电系统中电气设备的选择及校验2.保护电力变压器（高压侧）的熔断器熔体额定电流的选择(1)熔断器熔断器型号的选择的选择 户内熔断器选择熔断器选择RN1型,户外熔断器选择熔断器选择RW型。（2）熔体额定电流INFE的选择的选择 熔断器熔体额定电流应满足：INFE=(1.52.0)I1NTINFE-熔断器熔体额定电流；I1NT-变压器一次绕组

41、额定电流。3.保护电压互感器的熔断器熔体额定电流的选择因为电压互感器二次侧电流很小，故选择RN2型专用熔断器作电压互感器短路保护，其熔体额定电流为0.5A。三.互感器的选择一一)电流互感器选择电流互感器选择高压电流互感器二次侧线圈一般有一至数个不等,其中一个二次线圈用于测量,其他二次线圈用于保护。1.电流互感器的主要性能(1)准确级电流互感器测量线圈的准确级设为0.1、0.2、0.5、1、3、5六个级别（数值越小越精确），保护用的互感器或线圈的准确级一般为级和10级两种,电流误差分别为和，其复合误差分别为5和10。(2)线圈铁芯特性 测量用的电流互感器的铁芯在一次电路短路时易于饱和,以限制二次

42、电流的增长倍数，保护仪表。保护用的电流互感器铁芯则在一次电流短路时不应饱和，二次电流与一次电流成比例增长，以保证灵敏度要求。(3)变流比与二次额定负荷 电流互感器的一次额定电流有多种规格可供用户选择,二次绕组回路所带负荷不应超过额定负荷值。2.电流互感器的选择 (1)电流互感器型号的选择 根据安装地点和工作要求选择电流互感器的型号。(2)电流互感器额定电压的选择电流互感器额定电压应不低于装设点线路额定电压。(3)电流互感器变比选择 根据一次负荷计算电流Ic选择电流互感器变比。电流互感器一次侧额定电流有20、30、40、50、75、100、150、200、300、400、600、800、1000

43、、1200、1500、2000（A）等多种规格，二次侧额定电流均为5A。（4)电流互感器准确度选择及校验准确度选择的原则：计量用的电流互感器的准确度选0.20.5级，测量用的电流互感器的准确度选1.03.0级。准确度校验公式为：S2S2NS2Si+（RWL+RXC）式中，Si、Zi为二次回路中的仪表、继电器线圈的额定负荷(VA)和阻抗()；xc为二次回路中所有接头、触点的接触电阻，一般取0.1；RWL 为二次回路导线电阻5.电流互感器动稳定和热稳定校验（1）动稳定度校验Kes动稳定倍数（2）热稳定度校验（KtI1N）2tI(3)2timaKt热稳定倍数例例5-3 5-3 按例5-1电气条件，选

44、择柜内电流互感器。已知电流互感器采用两相式接线，如图所示，其中0.5级二次绕组用于测量，接有三相有功电度表和三相无功电度表各一只，每一电流线圈消耗功率0.5VA，电流表一只，消耗功率3VA。电流互感器二次回路采用BV-500-12.5mm2的铜芯塑料线,互感器距仪表的单向长度为2m。解：解：根据变压器10kV额定电流275A，查P248附录表30，选变比为400/5 A的LQJ-10型电流互感器，Kes=160，Kt=75，0.5级二次绕组的Z2N=0.4。(1)准确度校验S2n =52 S2Si+（）=（0.5+0.5+3）+52 2/(532.5)+0.1=7.1510VA（2）动稳定校验

45、KesI1N=1601.4140.4=90.50ish=8.54kA 满足动稳定要求。（3）热稳定度校验（KtI1N）2t=（750.4）21=900I(3)2tima=3.3521.2=13.5kA2s满足热稳定要求。所以选择LQJ-10400/5A型电流互感器满足要求。故满足准确度要求。二二)电压互感器选择电压互感器选择1按装设点环境及工作要求选择电压互感器型号2电压互感器的额定电压应不低于装设点线路额定电压3按测量仪表对电压互感器准确度要求选择并校验准确度计量用电压互感器准确度选0.5级以上，测量用的准确度选1.03.0级，保护用的准确度为3P级和6P级。准确度校验：二次侧负荷S2应不大

46、于电压互感器二次侧额定容量，即S2S2N式中，和 分别为仪表、继电器电压线圈消耗的总有功功率和总无功功率。例5-4 例5-1总降变电所10kV母线上配置三只单相三绕组电压互感器，采用Y0/Y0/接法，作母线电压、各回路有功电能和无功电能测量及母线绝缘监视用。电压互感器和测量仪器的接线如图所示。若该母线共有四路出线，每路出线装设三相有功电度表和三相无功电度表及功率表各一只，每个电压线圈消耗的功率为1.5VA，四只电压表，其中三只分别接于各相，作相电压监视，另一只电压表用于测量各线电压，电压线圈的负荷均为4.5VA。电压互感器 侧电压继电器线圈消耗功率为2.0VA。试选择电压互感器，校验其二次负荷

47、是否满足准确度要求。解：解：根据要求查附录表31，选三只JDZJ-10型电压互感器电压比为10000/：100/V，0.5级二次绕组（单相）额定负荷为50VA。除三只电压表分别接于相电压外，其余设备的电压线圈均接于AB或BC线电压间，可将其折算成相负荷，B相的负荷最大，若不考虑电压线圈的功率因数，接于线电压的负荷折算成单相负荷为B相负荷为S2=4.5+SB=4.5+SAB=4.5+4.5+4(1.5+1.5+1.5)=27(VA)50(VA)故二次负荷满足准确度要求。四四.母线、支柱绝缘子和穿墙套管选择母线、支柱绝缘子和穿墙套管选择一一)母线选择母线选择母线都用支柱支柱绝缘子固定在开关柜上，因

48、而无电压要求，其选择条件如下：1.型号选择母线的种类有矩形母线和管形母线，母线的材料有铜、铝。目前变电所的母线除大电流采用铜母线以外，一般尽量采用铝母线。变配电所高压开关柜上的高压母线，通常选用硬铝矩形母线（LMY）。2.母线截面选择(1)对一般汇流母线按计算电流选择母线截面IalIc式中，Ial为汇流母线允许的载流量(A)；Ic为汇集到母线上的计算电流(A)(2)对年平均负荷、传输容量较大时，宜按经济电流密度选择母线截面Sec=Ic/jec式中，jec为经济电流密度，Sec为母线经济截面。3.硬母线动稳定校验 alc式中，al为母线最大允许应力(Pa)，硬铝母线（LMY）al=70Mpa，硬

49、铜母线（TMY）al=140Mpa；c为母线短路时冲击电流ish(3)产生的最大应力。4.母线热稳定校验式中，I(3)为三相短路稳态电流(A)，tima为假想时间(s)；C为导体的热稳定计算系数,见书上P66介绍和P123。母线应力计算母线应力计算5.母线母线形状分:圆形、矩形、楔形。截面按经济电流密度选:力稳定校验：其中al为母线允许应力(Cu:400105N/m2、Al:500-700105N/m2、Fe:1000105N/m2)；计算应力：=M/，为截面系数，见下图。M为最大弯曲力矩:三个支柱绝缘子(二跨)M=F(3)l/8；四个或四个以上支柱绝缘子(二跨以上)M=F(3)l/10。二二

50、)支柱绝缘子的选择支柱绝缘子的选择1、按使用场所（户内、户外）选择型号；2、选择额定电压；3、校验动稳定 FC(3)KFal 式中，Fal为支柱绝缘子最大允许机械破坏负荷；按弯曲破坏负荷计算时，K=0.6，按拉伸破坏负荷计算时，K=1；Fc（3）为短路时冲击电流作用在绝缘子上的计算力，母线在绝缘子上平放时，按Fc（3）=F（3）计算，母线竖放时，则Fc（3）=1.4F（3）。三三)穿墙套管的选择穿墙套管的选择1使用场所选择结构型式选择额定电压；2选择额定电流；3校验动稳定度和热稳定度。4动稳定校验 Fc0.6FalFc=K(l1+l2)ish(3)210-7N/a式中，式中，Fc为三相短路冲击