供配电系统电气设备的选择.ppt
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第第44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。
4.14.1高压电气设备的选择高压电气设备的选择4.1.14.1.1开关电弧产生的机理与熄灭方法开关电弧产生的机理与熄灭方法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。
22.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.利用油流吹动电弧利用油流吹动电弧33电磁吹弧电磁吹弧44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55将电弧分割成短弧将电弧分割成短弧66采用多断口灭弧采用多断口灭弧77弧隙并联电阻弧隙并联电阻4.1.34.1.3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选择时根据以下几个方面(11)环境)环境(22)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UU,即即(33)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4-14-1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(11)按工作环境选型)按工作环境选型(22)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(33)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4.1.44.1.4高压开关设备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。
(44)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、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。
4.1.54.1.5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。
4.1.64.1.6母线与绝缘子的选择母线与绝缘子的选择11、母线的选择、母线的选择(11)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。
(22)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:
(33)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
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