工厂供电第5章电气设备及其选择.ppt

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1、1,工厂供电,主讲人：游国栋,天津科技大学,2,第五章 电气设备及其选择,教学基本内容：电气设备选择的原则，开关电器、互感器、穿墙套管和绝缘子的选择，低压电气设备的选择。 重点：高压和低压电气设备的选择。 难点：高压和低压电气设备选择的原则。 本章主要教学要求：熟悉穿墙套、管、绝缘子和低压电器的选择，掌握开关电器和互感器的选择。,3,第一节 电弧的基本知识,第二节 导体和电器设备选择的一般规定,第三节 高压开关电器,第四节 互感器,第五节 母线、架空线和电缆,第六节 高压绝缘子及穿墙套管,第七节 低压开关电器,4,电气设备的选择是供配电系统设计的重要内容，其选择的恰当与否将影响到整个系统能否安

2、全可靠的运行，故必须遵循一定的选择原则。本章对常用的高、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）等分别介绍了其选择方法，为合理、正确使用电气设备提供了依据。,5,一、绪(电弧的形成),开关电器是变电所中的重要电器设备。运行中，任一电路的投入和切除都要使用开关电器。而在开关投入，特别是切除有电流通过的电路时，只要电源电压大于10V20V，电流大于 80mA100mA，在开关电器的动、静触头分离瞬间，触头间就会出现电弧。因电弧的存在，使电流可继续通过电弧流动，不仅达不到切断电路的目的，而且可能造成严重故障。因而研究电弧的产生与熄灭过程，

3、无论对制造和运行部门都是非常重要的。,第一节 电弧的基本知识,6,二、熄灭电弧的基本方法,有三种熄灭电弧的方法： 吹弧；采用多断口；利用有机固体介质的狭缝灭弧，,7,导体和电器设备的选择是变电所设计的主要内容之一。 供配电系统中的电气设备总是在一定的电压、电流、频率和工作环境条件下工作的，电气设备的选择除了满足正常工作条件下安全可靠运行，还应满足在短路故障条件下不损坏，开关电器还必须具有足够的断流能力，并适应所处的位置（户内或户外）、环境温度、海拔高度以及防尘、防火、防腐、防爆等环境条件。,第二节 导体和电器设备选择的一般规定,8,电气设备的选择应根据以下原则： （1）按工作电压选择电气设备的

4、额定电压 电气设备的额定电压UN应不低于其所在线路(安装点)的额定电压UWN，即： UN UWN （5-1） 例如在10kV线路中，应选择额定电压为10kV的电气设备，380V系统中应选择额定电压为380V（0.4kV）或500V的电气设备。 （2）按最大负荷电流选择电气设备的额定电流 电气设备的额定电流IN应不小于实际通过它的最大负荷电流Imax（或计算电流IC），即： IN Imax 或 IN Ic （5-2）,1按正常工作电压和电流条件选择,9,为了保证电气设备在短路故障时不致损坏，就必须按最大可能的短路电流校验电气设备的动稳定和热稳定。动稳定是指电气设备在冲击短路电流所产生的电动力作用

5、下，电气设备不致损坏。热稳定是指电气设备载流导体在最大稳态短路电流作用下，其发热温度不超过载流导体短时的允许发热温度。,2按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定,3开关电器断流能力校验,断路器和熔断器等电气设备担负着切断短路电流的任务，通过最大短路电流时必须可靠切断，因此开关电器还必须校验断流能力。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。,10,4按工作环境,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。,11,第三节 高压开关电器,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。高压电

6、气设备的选择和校验项目如表5-1所示。,12,高压断路器、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 按式（5-1）和（5-2）分别选择额定电压和额定电流 。,13,3动稳定校验 （5-3） 式中，imax 和Imax分别为电气设备的极限通过电流峰值和有效值； ish和Ish 分别为冲击电流瞬时值和有效值。 4热稳定校验 （5-4） 式中，It为电气设备的热稳定电流；t为热稳定时间。 5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。开关电气设备的断流容量不小于安装地点最大三相短路容量，即： （

7、5-5） 式中，Ioc 、Soc为制造厂提供的最大开断电流和开断容量。,14,表5-1 高压电气设备选择和校验项目,注：表中“”表示必须校验，“”表示不要校验。,15,高压断路器是供电系统中最重要的设备之一。由于成套配电装置应用普遍，断路器大多选择户内型的，如果是户外式变电所，则应选择户外型断路器。高压断路器一般选用少油断路器、真空断路器和SF6断路器。具体选择方法如前述。,一、高压断路器,1、用途 主要作用： 正常运行时，接通和切断负荷电流； 发生短路故障或严重过负荷时，借助继电保护装置，用来自动、迅速切断故障电流，以防止扩大事故范围。,16,3、分类 组成：导电回路、灭弧室、外壳、绝缘支体

8、、操作和传动机构等部分组成。 类型：油断路器、空气断路器、六氟化硫断路器、真空断路器。,4、主要技术数据 额定电压、额定电流、额定开断电流、额定断流容量、额定关合电流、热稳定电流、动稳定电流。,2、特点 具有完善的灭弧装置和足够强的灭弧能力。,17,例5-1 试选择某35kV变电所主变次总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，三相短路容量为60.9MVA，继电保护动作时间为1.1s。 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。 查附录表，选择SN10-10I/6

9、30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选择结果列于表5-2，从中可以看出断路器的参数均大于装设地点的电气条件，故所选断路器合格。,18,表5-2 例5-1高压断路器选择校验表,1624=1024,3.352(1.1+0.1)=13.5,19,高压断路器的型号表示和含义如下：,图5-1 高压断路器的型号含义,20,图5-2和图5-3分别为SN10-10型少油断路器外形图和内部结构剖面图。,图5-2 SN10-10型少油断路器外形结构 1铝帽 2上接线端子 3油标 4绝缘筒 5下接线端子 6基座 7主轴 8框架 9断路弹簧,图5-3 少油断路器内部剖面结构 1铝帽 2油气分离器

10、3上接线端子 4油标5插座式静触头 6灭弧室 7动触头 8中间滚动触头 9下接线端子 10转轴 11拐臂 12基座 13下支柱绝缘子 14上支柱绝缘子 15断路弹簧 16绝缘筒 17逆止阀 18绝缘油,21,二、高压隔离开关选择,由于隔离开关主要是用于电气隔离而不能分断正常负荷电流和短路电流，因此，只需要选择额定电压和额定电流，校验动稳定和热稳定。成套开关柜生产厂商一般都提供的开关柜方案号及柜内设备型号供用户选择，用户也可以自己指定设备型号。开关柜柜内高压隔离开关有的带接地刀,有的不带接地刀。 1、用途 没有灭弧装置和灭弧能力。 不能接通和切断负荷电流。 1）隔离高压电源； 2）倒闸操作； 3

11、）接通或者断开较小电流。,2、类型 组成：动触头、静触头、支柱绝缘子和传动机构等组成。 类型很多，有户外、户内，单柱式、双柱式和三柱式等。,22,高压隔离开关的型号表示和含义如下：,图5-4 GN8-10型高压隔离开关外形结构 1上接线端子 2静触头3闸刀 4套管绝缘子5下接线端子 6框架 7转轴 8拐臂 9升降绝缘子 10支柱绝缘子,23,三、高压负荷开关,1、用途 具有简单的灭弧装置，不能切断短路电流。 在高压配电装置中，负荷开关是专门用于接通和断开负荷电流的电器设备；在装有脱扣器时，在过负荷情况下，也能自动跳闸。 多数情况下，负荷开关和高压熔断器串联使用，借助熔断器切除短路电流。,2、类

12、型 类型很多，有户外、户内等。,24,图5-5 FN3-10RT户内压气式负荷开关外形结构 1主轴 2上绝缘子兼气缸 3连杆 4下绝缘子 5框架 6RN1型熔断器 7下触座 8闸刀 9弧动触头 10绝缘喷嘴（内有弧静触头） 11主静触头 12上触座 13断路弹簧 14绝缘拉杆 15热脱扣器,高压负荷开关型号的表示和含义如下,25,四、高压熔断器,1、用途 串联在电路中，当电路发生过负荷或者短路故障时，故障电流超过熔体的额定电流。熔体被迅速加热熔断，从而切断电流，防止故障扩大。,2、类型 组成：熔体、支持金属体的触头和保护外壳三部分组成。 类型很多，有户外、户内等。,26,高压熔断器型号表示含义

13、,图5-6 熔管内部结构剖面图 1管帽 2瓷管 3工作熔体 4指示熔体 5锡球 6石英砂填料 7熔断指示器（熔断后弹出状态）,图5-7 RN1及RN2型熔断器外形 1瓷熔管 2金属管帽 3弹性触座 4熔断指示器 5接线端子 6瓷绝缘子 7底坐,27,五、高压开关柜,1、用途 属于成套设备配电装置。它是由制造厂家按照一定接线方式将同一回路的开关电器、母线、测量仪表、保护电器和辅助设备等都装配在封闭的金属柜中并成套供应的。,2、类型 类型很多，常用的高压成套设备有手车式和固定式开关柜。,28,六、重合闸和分段器,1、重合闸 新型智能化开关电器，它在开断能力上与断路器相似，但是比普通断路器有多次重合

14、闸能力，在保护和控制方面智能化程度高。,2、分段器 广泛应用于配电线路的分支线路或区段线路上，用来隔离永久性故障。不能开断短路电流，必须与后备保护开关重合器（断路器）配合使用。,29,第四节 互感器,一、分类,电压互感器、电流互感器,二、作用,1）隔离高压电路；（互感器原边和副边没有电的联系只有磁的联系） 2）变换电压、变换电流； 3）简化结构降低成本，有利于大规模生产。,三、应用,电压互感器二次侧不准短路。 电流互感器二次回路不准开路。,30,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。 电流互感器的主要性能如下： (1) 准确级 准确级的含义

15、是：在额定频率下，二次负荷为额定负荷的25100之间，功率因数为0.8时，各准确级的电流误差和相位误差不超过规定的限值。 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。在上述条件下，0.1级，其电流误差为0.1，保护用电流互感器5、10级的电流误差分别为和，其复合误差分别为5和10。,四、电流互感器选择,31,(2) 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。电流互感器的每个二次绕组都规定了额定负荷，二次绕组回路所带负荷不应超过额定负荷值，否则会影响精确度。 (3) 线圈

16、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。,32,电流互感器的选择与校验主要有以下几方面： 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 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、1200、1500、2000（A）等多种规格，二次侧额定电流

17、均为5A。一般情况下，计量用的电流互感器变比的选择应使其一次额定电流I1N不小于线路中的计算电流Ic。保护用的电流互感器为保证其准确度要求，可以将变比选得大一些。 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。,33,五、电压互感器选择,电压互感器的二次绕组的准确级规定为0.1 、0.2、0.5、1、3五个级别，保护用的电压互感器规定为3P级和6P级，用于小电流接地系统电压互感器（如三相五芯柱式）的零序绕组准确级规定为6P级。 电压互感器的一二次侧均有熔断器保护，所以不需要校验短路动稳定和热稳定。 电压

18、互感器的选择如下： 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。,34,电流互感器型号的表示和含义如下：,35,图5-8 LMZ1-0.5型电流互感器外形结构 1铭牌 2一次母线穿孔 3铁芯，外绕二次绕组，树脂浇注 4安装板 5二次接线端子,图5-9 LQZ-10型电流互感器外形结构 1一次接线端子 2一次绕组（树脂浇注）3二次接 线端子 4铁芯 5二次绕组 6警告牌（上写有“二次侧不得开

19、路”等字样）,36,第五节 母线、支柱绝缘子和穿墙套管选择,一、用途和选型,1、硬母线 用来汇集和分配电流，又称汇流排，简称母线。 通常采用铜、铝和钢。 表面着色涂料可以增加热辐射能力，有利于散热和防腐。 交流母线：A-黄色，B-绿色，C-红色。 中性线：接地-紫色，不接地-蓝色。 直流母线：正极-红色，负极-蓝色。,37,2、架空导线（软母线） 在屋外配电装置中常用，称软母线。 通常有铜、铝和钢心绞线，一般都是裸导线。,3、电力电缆 结构：导体、绝缘层和保护层。,38,二、截面的选择,1、按导体长期发热允许电流选择； 2、按经济电流密度选择； 3、按机械强度选择； 4、按允许电压损失选择；

20、5、按热稳定校验； 6、按动稳定校验。,39,一、用途和类型,两者都是母线结构的重要组成部分，用来固定和支持母线，使带电导体间及导体与地之间有足够的距离和绝缘强度。,二、选择条件,第六节 高压绝缘子与穿墙套管,40,一、刀闸开关,串接在低压线路上的保护电器，当线路过负荷或短路故障时，利用熔片通过电流时产生的热量使熔片本身熔断，从而切断故障线路。,二、低压熔断器,只能用于手动接通或者断开低压电路较小的正常工作电流。,第七节 低压开关电器,41,三、低压空气开关,用来远距离接通或者开断负荷电流并适用于频繁启动及控制电机的低压开关。有交流和直流接触器。,四、接触器,既可切断负荷电流，又可切断短路电流，广泛用作低压配电变电所的总负荷开关、大负荷电力线路和大功率电动机的控制开关等。但没有灭弧装置。,42,小 结 本章重点讲述了变电所常用高压电气设备选择校验的一般原则及具体选择方法，对低压电气设备则主要讲述了低压熔断器和低压断路器的选择。除了掌握电气设备选择的一般原则和方法，还应掌握各设备选择的特殊性。,43,结束,