供配电系统电气设备的选择.ppt

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1、第第4 4章章 供配电系统供配电系统电气设备的选择电气设备的选择 本章重点本章重点l介绍电弧产生的机理与灭弧方法；介绍电弧产生的机理与灭弧方法；l介绍断路器的基本原理及主要高低压电器的选择；介绍断路器的基本原理及主要高低压电器的选择；l各种断路器的优缺点；各种断路器的优缺点；l高低压开关设备中的断路器、负荷开关、隔离开高低压开关设备中的断路器、负荷开关、隔离开关、熔断器、限流电抗器、互感器、母线装置及成关、熔断器、限流电抗器、互感器、母线装置及成套设备的选择等。套设备的选择等。4.1 4.1 高压电气设备的选择高压电气设备的选择4.1.1 4.1.1 开关电弧产生的机理与熄灭方法开关电弧产生的

2、机理与熄灭方法1.1.电弧的产生电弧的产生 断路器在开断电路时，其动、静触头逐渐分开，形成断路器在开断电路时，其动、静触头逐渐分开，形成间隙；在电源电压作用下，触头间隙中的介质被击穿，形成间隙；在电源电压作用下，触头间隙中的介质被击穿，形成弧光放电，产生电弧。弧光放电，产生电弧。2 2.电弧的熄灭电弧的熄灭 在电弧中不但存在着中性质点的游离过程，同时还存在在电弧中不但存在着中性质点的游离过程，同时还存在着带电质点不断地复合与扩散的过程，即弧隙中带电质点减着带电质点不断地复合与扩散的过程，即弧隙中带电质点减少的少的去游离去游离过程。过程。要促使电弧熄灭，就必须削弱电弧的游离作用，加强其要促使电弧

3、熄灭，就必须削弱电弧的游离作用，加强其去游离去游离作用。作用。去游离去游离的主要形式是复合与扩散。的主要形式是复合与扩散。(1)(1)复合，就是异号带电质点彼此的中和。带电质点浓度越复合，就是异号带电质点彼此的中和。带电质点浓度越大，运动速度越慢，复合越有利。大，运动速度越慢，复合越有利。(2)(2)扩散，是指带电质点逸出弧道的现象。弧区与周围介质扩散，是指带电质点逸出弧道的现象。弧区与周围介质温差越大，与周围介质粒子的浓度相差越大，扩散越快。温差越大，与周围介质粒子的浓度相差越大，扩散越快。4.1.24.1.2灭弧的基本方法灭弧的基本方法1.1.利用气体吹动电弧利用气体吹动电弧2.2.利用油

4、流吹动电弧利用油流吹动电弧3 3电磁吹弧电磁吹弧4 4使电弧在固体介质的狭缝中运动使电弧在固体介质的狭缝中运动5 5将电弧分割成短弧将电弧分割成短弧6 6采用多断口灭弧采用多断口灭弧7 7弧隙并联电阻弧隙并联电阻4.1.3 4.1.3 高压电器选择的基本原则高压电器选择的基本原则 高压电器的选择是根据环境条件和供电要求确定其型式和高压电器的选择是根据环境条件和供电要求确定其型式和参数，保证设备正常运行时安全可靠，故障时不致损坏，参数，保证设备正常运行时安全可靠，故障时不致损坏，并在技术合理的情况下力求经济。并在技术合理的情况下力求经济。1.1.按正常工作条件选择时根据以下几个方面按正常工作条件

5、选择时根据以下几个方面（1 1）环境）环境（2 2）电压）电压 选择设备时应使设备的额定电压选择设备时应使设备的额定电压 大于或大于或等于装设地点的电网额定电压等于装设地点的电网额定电压U U，即即 （3 3）电流）电流 电气设备的额定电流电气设备的额定电流 是指周围环境温度为是指周围环境温度为 时，电时，电器长期允许通过的最大电流；器长期允许通过的最大电流；设备或载流导体长期通过的最大工作电流。设备或载流导体长期通过的最大工作电流。当当周围环境温度高于周围环境温度高于 时，长时允许电流按下式修正：时，长时允许电流按下式修正：选择设备时使修正后的长时允许电流大于或等于通过选择设备时使修正后的长

6、时允许电流大于或等于通过设备的长时最大工作电流，即设备的长时最大工作电流，即分别为设备长期工作时允许的最高温度和实际环境温度。分别为设备长期工作时允许的最高温度和实际环境温度。2.2.按故障情况进行校验按故障情况进行校验 按正常情况选择的电器能否经得住短路电流的电动按正常情况选择的电器能否经得住短路电流的电动力和热效应的考验，还必须进行动稳定和热稳定的校验。力和热效应的考验，还必须进行动稳定和热稳定的校验。常用高压电器的选择与校验项目如表常用高压电器的选择与校验项目如表4-14-1所示。所示。表表4-1 4-1 高压电器选择与校验项目高压电器选择与校验项目 校校 验验 项项 目目电电 压压电电

7、 流流断断 流流 容容 量量短短 路路 电电 流流 校校 验验动动 稳稳 定定热热 稳稳 定定断路器断路器负荷开关负荷开关隔离开关隔离开关熔断器熔断器电抗器电抗器母线母线支柱绝缘子支柱绝缘子套管绝缘子套管绝缘子电流互感器电流互感器电压互感器电压互感器电缆电缆+1.1.断路器的选择断路器的选择（1 1）按工作环境选型）按工作环境选型（2 2）按正常工作条件选择额定电压）按正常工作条件选择额定电压 及额定电流及额定电流 要求：要求：，或或 （3 3）按短路电流校验动、热稳定性）按短路电流校验动、热稳定性 动稳定性校验动稳定性校验 或或 热稳定性校验热稳定性校验 4.1.4 4.1.4 高压开关设备

8、的选择高压开关设备的选择分别为断路器的热稳定电流及该电流对应的热稳定时间；分别为断路器的热稳定电流及该电流对应的热稳定时间；分别为短路稳态电流及短路电流的持续时间。分别为短路稳态电流及短路电流的持续时间。（4 4）断流容量的校验）断流容量的校验 要求断路器的额定断流容量要求断路器的额定断流容量 应大于或等于它所控应大于或等于它所控制线路的最大短路容量制线路的最大短路容量 ，即，即 （或（或 ）如果断路器安装在较其额定电压低的线路中，其额定如果断路器安装在较其额定电压低的线路中，其额定断流容量也应按下式相应的减少：断流容量也应按下式相应的减少：2.2.隔离开关的选择隔离开关的选择 隔离开关在供电

9、系统中只用于接通和开断没有负荷电隔离开关在供电系统中只用于接通和开断没有负荷电流流过的电路。其主要作用是隔离电源，保证电气设备与流流过的电路。其主要作用是隔离电源，保证电气设备与线路在检修时与电源有明显的断口。隔离开关无灭弧装置，线路在检修时与电源有明显的断口。隔离开关无灭弧装置，其通、断应在断路器分断后进行，防止发生电弧损坏开关。其通、断应在断路器分断后进行，防止发生电弧损坏开关。隔离开关的选择按环境条件、电网电压、长时最大工隔离开关的选择按环境条件、电网电压、长时最大工作电流选型，按短路电流校验其动、热稳定性。作电流选型，按短路电流校验其动、热稳定性。3.3.负荷开关的选择负荷开关的选择

10、负荷开关有简单的灭弧装置，可用来分、合负荷电流。负荷开关有简单的灭弧装置，可用来分、合负荷电流。但不能切断短路电流，只有与熔断器配合使用。但不能切断短路电流，只有与熔断器配合使用。负荷开关应按工作条件选择额定电压及额定电流，按短负荷开关应按工作条件选择额定电压及额定电流，按短路条件校验其动、热稳定性。当负荷开关配有熔断器时，应路条件校验其动、热稳定性。当负荷开关配有熔断器时，应校验熔断器的断流容量，负荷开关的动、热稳定性可不校验。校验熔断器的断流容量，负荷开关的动、热稳定性可不校验。4.4.熔断器的选择熔断器的选择 高压熔断器除按工作环境条件、电网电压、负荷电流选择高压熔断器除按工作环境条件、

11、电网电压、负荷电流选择型号外，还必须校验熔断器的断流容量，即型号外，还必须校验熔断器的断流容量，即 熔断器选择的主要指标是选择熔管和熔件的额定电流，熔熔断器选择的主要指标是选择熔管和熔件的额定电流，熔断器额定电流按下式选取断器额定电流按下式选取 所选熔件应在长时最大工作电流及启动电流的作用下所选熔件应在长时最大工作电流及启动电流的作用下不熔断，在短路电流的作用下可靠熔断。不熔断，在短路电流的作用下可靠熔断。4.1.5 4.1.5 成套开关柜的接线方案与选择成套开关柜的接线方案与选择 成套高压配电柜是将控制设备、计量表计、保护装成套高压配电柜是将控制设备、计量表计、保护装置及操动机构等组装在一个

12、柜内，成为一套完整的配电置及操动机构等组装在一个柜内，成为一套完整的配电装置。装置。选择成套配电柜首先根据装设地点选型，并按系统选择成套配电柜首先根据装设地点选型，并按系统电压及一次接线来选一次编号。在选择二次接线编号时，电压及一次接线来选一次编号。在选择二次接线编号时，首先应确定是交流还是直流控制，然后再根据柜的用途首先应确定是交流还是直流控制，然后再根据柜的用途及计量、保护、自动装置和操动机构的要求，选择二次及计量、保护、自动装置和操动机构的要求，选择二次接线方案编号。成套柜中的一次设备，还应按高压设备接线方案编号。成套柜中的一次设备，还应按高压设备的要求来选择并校验。的要求来选择并校验。

13、4.1.6 4.1.6 母线与绝缘子的选择母线与绝缘子的选择1 1、母线的选择、母线的选择（1 1）材料和形状的选择）材料和形状的选择 目前变电所的母线除因大电流用铜以外，一般大都目前变电所的母线除因大电流用铜以外，一般大都采用铝母线，而电流不大的支干线或低压系统的中性线采用铝母线，而电流不大的支干线或低压系统的中性线则有时也用钢母线。则有时也用钢母线。母线的形状有圆形、矩形和楔形。母线的形状有圆形、矩形和楔形。（2 2）母线截面积的选择）母线截面积的选择 母线截面一般按长时最大工作电流选，应满足下式要求，母线截面一般按长时最大工作电流选，应满足下式要求，即即 为母线的长时最大允许电流；为母线

14、的长时最大允许电流；为通过母线的长时最大工作电流。为通过母线的长时最大工作电流。母线的长时最大允许电流母线的长时最大允许电流 是指环境最高温度为是指环境最高温度为2525，导，导体最高发热温度为体最高发热温度为7070时的长时允许电流。当最高环境温时的长时允许电流。当最高环境温度为度为 ，其长时允许电流应按下式修正：，其长时允许电流应按下式修正：（3 3）按短路条件进行校验）按短路条件进行校验热稳定性校验热稳定性校验 按最小热稳定截面进行校验，即按最小热稳定截面进行校验，即 动动稳定性校验稳定性校验 校验母线在短路冲击电流电动力作用下是否会产生永久变形校验母线在短路冲击电流电动力作用下是否会产

15、生永久变形或断裂，即是否超过母线材料应力的允许范围。或断裂，即是否超过母线材料应力的允许范围。当母线跨距数大于当母线跨距数大于2时，最大弯曲力矩为：时，最大弯曲力矩为：当母线跨距数小于或等于当母线跨距数小于或等于2时，则时，则 l母线跨距，母线跨距，三相短路时的作用三相短路时的作用力力 母线材料在弯曲时产生的计算应力为：母线材料在弯曲时产生的计算应力为：母线的截面系数，当矩形母线竖放时，母线的截面系数，当矩形母线竖放时，横放时横放时 ，对直径为，对直径为d的圆的圆形母线形母线当当材料的允许应力材料的允许应力 大于等于求得的计算应力大于等于求得的计算应力 时，其动稳定性符合要求，即时，其动稳定性

16、符合要求，即 母线材料的允许应力（母线材料的允许应力（）,铜为铜为 铝为铝为 ，钢为，钢为2.2.母线支柱绝缘子和套管绝缘子的选择母线支柱绝缘子和套管绝缘子的选择 支柱绝缘子对母线起着支持、固定与绝缘等作用。母线支柱绝缘子对母线起着支持、固定与绝缘等作用。母线穿过建筑物或其他物体时，用套管绝缘子绝缘。穿过建筑物或其他物体时，用套管绝缘子绝缘。(1)(1)支柱绝缘子的选择支柱绝缘子的选择 支柱绝缘子按使用地点和电网电压选择，并按短路条件支柱绝缘子按使用地点和电网电压选择，并按短路条件校验其动稳定性。校验其动稳定性。支柱绝缘子的动稳定性按最大允许力支柱绝缘子的动稳定性按最大允许力 进行校验，即进行

17、校验，即 为为绝缘子的最大允许抗弯力；绝缘子的最大允许抗弯力；F为短路冲击电流的作用力；为短路冲击电流的作用力；H为绝缘子抗弯力的力臂；为绝缘子抗弯力的力臂；为短路电流作用力的力臂；为短路电流作用力的力臂；为绝缘子的破坏力。为绝缘子的破坏力。(2)(2)套管绝缘子的选择套管绝缘子的选择 套管绝缘子按使用地点、电网电压及通过的最大负荷套管绝缘子按使用地点、电网电压及通过的最大负荷电流选择型号及额定参数，并按短路条件检验其动、热稳电流选择型号及额定参数，并按短路条件检验其动、热稳定性。定性。动稳定性校验：动稳定性校验：热稳定性校验：热稳定性校验：4.1.7 4.1.7 限流设备的选择限流设备的选择

18、1.1.短路电流的限制短路电流的限制 电网短路电流过大不但使设备选择困难，并且很不经电网短路电流过大不但使设备选择困难，并且很不经济。因此对过大的短路电流加以限制，使所选设备经济合济。因此对过大的短路电流加以限制，使所选设备经济合理是十分必要的。限制短路电流的措施是增加短路回路的理是十分必要的。限制短路电流的措施是增加短路回路的总阻抗，具体方法有以下几方面。总阻抗，具体方法有以下几方面。（1 1）改变电网的运行方式）改变电网的运行方式 如变并联运行为分裂运行，提高回路总阻抗达到限流如变并联运行为分裂运行，提高回路总阻抗达到限流目的。目的。（2 2）在回路中串入限流电抗器来增加短路回路总阻抗。）

19、在回路中串入限流电抗器来增加短路回路总阻抗。限流电抗器有普通型和分裂型两种。限流电抗器有普通型和分裂型两种。2 2、普通电抗器的选择、普通电抗器的选择4.1.8 4.1.8 仪用互感器仪用互感器1 1、电流互感器、电流互感器TATA电流互感器是将一次回路电流按比例降低到某一标准值电流互感器是将一次回路电流按比例降低到某一标准值，供给供给二次回路的测量仪表、继电保护和自动装置。二次回路的测量仪表、继电保护和自动装置。（1 1）电流互感器的作用）电流互感器的作用 可以隔离高压电，有利于运行人员的安全，同时还可以可以隔离高压电，有利于运行人员的安全，同时还可以使仪表及继电器等制造标准化。使仪表及继电

20、器等制造标准化。（2 2）电流互感器的选择）电流互感器的选择 额定电压应大于或等于电网电压。额定电压应大于或等于电网电压。原边额定电流应大于或等于原边额定电流应大于或等于1.21.21.51.5倍长时最大工作电流，即倍长时最大工作电流，即 电流互感器的精确等级应与二次设备的要求相适应。电流互感器的精确等级应与二次设备的要求相适应。二次总容量二次总容量 应小于或等于精确等级所规定的额定容量应小于或等于精确等级所规定的额定容量 ，即，即 动稳定性按下式校验：动稳定性按下式校验：热稳定性按下式校验：热稳定性按下式校验：动稳定倍数动稳定倍数 因因此有：此有：热稳定倍数热稳定倍数 因因此有：此有：继电保

21、护用的电流互感器还应按继电保护用的电流互感器还应按10%10%误差曲线进行校验。误差曲线进行校验。（3 3）使用时注意事项）使用时注意事项电流互感器的二次线圈的一端及外壳均应接地，接地线电流互感器的二次线圈的一端及外壳均应接地，接地线不应松动、断开或发热，不应松动、断开或发热，目的是防止电流互感器一二次线目的是防止电流互感器一二次线圈绝缘击穿时，高压传到二次侧，损坏设备或危及人身的圈绝缘击穿时，高压传到二次侧，损坏设备或危及人身的安全；安全；电流互感器的二次线圈在运行时不允许开路或接熔断器电流互感器的二次线圈在运行时不允许开路或接熔断器。当副边开路时，一方面使互感器二次侧产生很高的感应电当副边

22、开路时，一方面使互感器二次侧产生很高的感应电势，对二次设备绝缘及人身安全造成威胁；另一方面铁心势，对二次设备绝缘及人身安全造成威胁；另一方面铁心严重发热，使精确等级降低，甚至绝缘损坏。严重发热，使精确等级降低，甚至绝缘损坏。2.2.电压互感器电压互感器TVTV（1 1）电压互感器的接线方式电压互感器的接线方式如图如图4-64-6所示。所示。（a a）两个单相电压互感器的两个单相电压互感器的V,vV,v接法，这种接线方式用接法，这种接线方式用于中性点不接地系统中，可于中性点不接地系统中，可以测量三相相间电压，也可以测量三相相间电压，也可以接电度表或功率表。以接电度表或功率表。（b b）三相三芯式

23、电压互感器，三相三芯式电压互感器，可以测量三相相间电压，也可以测量三相相间电压，也可以接电度表或功率表，但可以接电度表或功率表，但不能测量相对地电压。不能测量相对地电压。（c c）三相五芯式电压互感器三相五芯式电压互感器的的YN,YN,ynyn,d,d接法。二次侧接法。二次侧ynyn可用来测量线电压、相电压可用来测量线电压、相电压及接电度表和功率表，另一及接电度表和功率表，另一个二次辅助线圈接成开口三个二次辅助线圈接成开口三角形，用来测量电路对地绝角形，用来测量电路对地绝缘，即测量零序电压值。缘，即测量零序电压值。（2 2）电压互感器的选择）电压互感器的选择 一次额定电压的选择。互感器一次额定

24、电压一次额定电压的选择。互感器一次额定电压 应与互感应与互感器接入电网时一次绕组所受的电压器接入电网时一次绕组所受的电压 相适应，应满足下相适应，应满足下式的要求：式的要求：二次侧额定电压一般是二次侧额定电压一般是100100V V（或或 ）。）。按二次负荷校验精确等级。按二次负荷校验精确等级。精确等级所规定的额定容量；精确等级所规定的额定容量；二次总容量。二次总容量。（4）使用时注意事项）使用时注意事项电压互感器在运行时，二次侧不能短路，熔断器应电压互感器在运行时，二次侧不能短路，熔断器应完好（在正常运行时，其二次侧电流很小近于开路，完好（在正常运行时，其二次侧电流很小近于开路，所以二次线圈

25、导线截面小，当流过短路电流时，将烧所以二次线圈导线截面小，当流过短路电流时，将烧毁设备。）毁设备。）。电压互感器二次线圈的一端及外壳应接地，以防止电压互感器二次线圈的一端及外壳应接地，以防止一次侧高电压窜入二次侧时，危及人身和仪表等设备一次侧高电压窜入二次侧时，危及人身和仪表等设备的安全。的安全。4.2 4.2 低压自动空气断路器的选择低压自动空气断路器的选择低压电器设备主要包括自动空气断路器、熔断器等。这里只低压电器设备主要包括自动空气断路器、熔断器等。这里只重点讲解自动空气断路器的选择。重点讲解自动空气断路器的选择。4.2.14.2.1自动空气断路器自动空气断路器(QF)QF)的工作原理的

26、工作原理自动空气断路器自动空气断路器又称自动空气开关。又称自动空气开关。它既能在正常工作条它既能在正常工作条件下通断负荷电流，件下通断负荷电流，又能在短路、过载又能在短路、过载和欠失压下自动跳闸。和欠失压下自动跳闸。图图4-7 4-7 自动空气断路器原理图自动空气断路器原理图 搭钩搭钩锁键锁键触头触头短路保护短路保护过载保护过载保护欠欠失失压压保保护护杠杆杠杆分分励励脱脱扣扣器器4.24.2.2.2 自动空气断路器的型式及主要性能自动空气断路器的型式及主要性能 我国目前生产的自动空气断路器使用于交流我国目前生产的自动空气断路器使用于交流380380V V或直流或直流220220V V的电路中，

27、作不频繁的操作。的电路中，作不频繁的操作。1 1、型式、型式DW10DW10型框架式：型框架式：无外壳，额定电流最大可达无外壳，额定电流最大可达40004000A A，有合闸有合闸电磁铁，分断能力大，具有过载保护、过电流保护、失压保电磁铁，分断能力大，具有过载保护、过电流保护、失压保护等。一般用于变电所出线和车间的供电线路。护等。一般用于变电所出线和车间的供电线路。DZ10DZ10型装置式：型装置式：有塑料外壳，额定电流最大可达有塑料外壳，额定电流最大可达600600A,A,通常通常只能手动合闸。它具有过载保护、短路保护、失压保护等。只能手动合闸。它具有过载保护、短路保护、失压保护等。其分断能

28、力较小，一般用于变电所出线和用电设备配电线路其分断能力较小，一般用于变电所出线和用电设备配电线路中。中。DZ3DZ3、DZ4DZ4、DZ5DZ5小容量装置式：小容量装置式：适用于电流从适用于电流从0.150.152020A A的电的电路中，作为电动机及其他用电设备的过载及短路保护之用。路中，作为电动机及其他用电设备的过载及短路保护之用。2 2、主要性能、主要性能（1 1）过载保护）过载保护 当负荷电流超过断路器额定电流的当负荷电流超过断路器额定电流的1.11.11 1.45.45倍时，断路器倍时，断路器自动分闸。自动分闸。（2 2）短路保护）短路保护（3 3）欠电压保护）欠电压保护当当线路电压

29、线路电压 时，欠电压脱扣器使断时，欠电压脱扣器使断路器分闸。路器分闸。4.2.34.2.3 自动空气断路器的选择自动空气断路器的选择自动空气断路器的选择应满足以下条件。自动空气断路器的选择应满足以下条件。(1)(1)额定电压应不小于线路工作电压，即额定电压应不小于线路工作电压，即 (2)2)额定电流应不小于线路的长时最大工作电流，即额定电流应不小于线路的长时最大工作电流，即 (3)(3)分断能力的校验分断能力的校验 对于瞬时动作的断路器（如对于瞬时动作的断路器（如DZDZ型动作时间约为型动作时间约为0.020.02s s），），应按冲击电流来校验，故有应按冲击电流来校验，故有 对动作时间大于对动作时间大于0.020.02s s的自动空气断路器（如的自动空气断路器（如DWDW型），可型），可考虑冲击电流已经衰减，故有考虑冲击电流已经衰减，故有 （4 4）自动空气断路器的型号应满足设计和运行的要求。）自动空气断路器的型号应满足设计和运行的要求。