發電廠電氣部分,(第四版),6.1電氣設備選擇的一般條件6.2高壓斷路器和隔離開關的原理與選擇6.3互感器的原理與選擇6.4限流電抗器的選擇6.5高壓熔斷器的選擇6.6裸導體的選擇6.7電纜、絕緣子和套管的選擇,第六章導體和電氣設備的原理與選擇,6.1電氣設備選擇的一般條件,作者：版權所有,電氣設備選擇的一般條件,電力系統中的各種電氣設備，它們的工作條件并不完全一致，它們的具體選擇方法也不完全相同，但對它們的基本要求卻是相同的。即：,電氣設備要能可靠地工作，必須按正常工作條件進行選擇，并且按短路情況進行各種校驗（如熱穩定校驗和動穩定校驗）。,作者：版權所有,一、按正常工作條件選擇電氣設備,電氣設備的額定電壓UN就是銘牌上標出的線電壓。另外，電氣設備還有一個最高工作電壓Ualm，即電氣設備長期運行所允許的最大電壓。,1額定電壓,選擇電氣設備時，應使所選電氣設備最高工作電壓Ualm不低于電氣設備裝置點的電網最高運行電壓Usm，即UalmUsm。,作者：版權所有,一、按正常工作條件選擇電氣設備,1額定電壓,通常，電氣設備最高工作電壓Ualm(110%115%)UN而電網最高運行電壓Usm(110%)UNS,所以，一般按照電氣設備的額定電壓UN不低于裝置地點電網額定電壓UNS的條件選擇即可。,作者：版權所有,一、按正常工作條件選擇電氣設備,電氣設備的額定電流IN是指在一定周圍環境溫度下，長時間內電氣設備所能允許通過的電流。,2額定電流,選擇電氣設備時，應使所選電氣設備額定電流IN不低于所工作回路在各種可能運行方式下的最大持續工作電流Imax。即,電氣設備工作的回路不同，其最大持續工作電流Imax不同。,作者：版權所有,一、按正常工作條件選擇電氣設備,2額定電流,一般可取為等于該段母線上最大一臺發電機或變壓器的Imax,一般可取為等于該段母線上最大一臺發電機額定電流的50%-80%,A.海拔修正電氣設備的最高工作電壓是按一定的海拔高度設計的。如果電氣設備布置在規定的海拔高度以上，電氣設備的最大工作電壓就要降低。,作者：版權所有,一、按正常工作條件選擇電氣設備,在選擇電氣設備時，還應考慮電氣設備安裝地點的環境條件，如溫度、海拔高度等。當環境條件超過電氣設備的正常使用條件時，應采取相應措施。,3按當地環境進行修正,海拔高度每增加100m，最大工作電壓應降低1。高于1000米可選高原型產品或外絕緣高一級的產品,B.溫度修正電器設備的額定環境溫度為0+40。如果周圍環境溫度高于+40，則設備額定電流要減小。如果周圍環境溫度低于+40，則設備額定電流可增大（實際選擇時一般不修正）。,作者：版權所有,一、按正常工作條件選擇電器,3按當地環境進行修正,K溫度修正系數,即：,作者：版權所有,二、按短路條件校驗電氣設備,短路電流通過電氣設備時，電氣設備各部分溫度(或發熱效應)應不超過允許值。,1短路熱穩定校驗,電氣設備滿足短路熱穩定的條件是：,式中：Qk短路電流產生的熱效應It電氣設備允許通過的熱穩定電流t電氣設備允許通過的熱穩定電流的持續時間,作者：版權所有,二、按短路條件校驗電氣設備,電動力穩定是指電氣設備承受短路電流機械效應的能力，也稱動穩定。,2短路電動力穩定校驗,電氣設備滿足短路動穩定的條件是：,式中：ish、Ish短路沖擊電流的幅值及有效值ies、Ies電氣設備允許通過的動穩定電流的幅值和有效值,或,作者：版權所有,二、按短路條件校驗電氣設備,為使所選電氣設備具有足夠的可靠性、經濟性和合理性，并在一定時期內適應電力系統發展的需要，作校驗用的短路電流應按下列條件計算。,3短路電流計算條件,(1)容量和接線,按最終設計容量計算，并考慮遠景發展規劃接線應采用可能發生最大短路電流的正常接線方式,(2)短路種類,一般按三相短路計算若其它種類短路比三相短路嚴重，則按該情況計算,作者：版權所有,二、按短路條件校驗電氣設備,3短路電流計算條件,(3)短路計算點的選擇,選擇通過電氣設備的短路電流為最大的點為短路計算點,發電機變壓器回路：應比較斷路器前后短路時通過斷路器的電流值，擇其大者為短路計算點。,作者：版權所有,二、按短路條件校驗電氣設備,3短路電流計算條件,(3)短路計算點的選擇,母聯斷路器回路：應考慮當由母聯斷路器向備用母線充電時，備用母線k4點短路，則全部短路電流流過母聯斷路器的情況。,作者：版權所有,二、按短路條件校驗電氣設備,3短路電流計算條件,(3)短路計算點的選擇,出線電抗器回路：一般選電抗器后k8點為短路計算點。,作者：版權所有,二、按短路條件校驗電氣設備,3短路電流計算條件,(4)短路計算時間,校驗熱穩定,短路計算時間tk為繼電保護動作時間tpr和相應斷路器的全開斷時間tab之和。,而,即：,式中：tab斷路器全開斷時間tpr后備繼電保護動作時間tin斷路器固有分閘時間(查產品參數表)ta斷路器燃弧時間(少油斷路器0.04-0.06s，SF6斷路器0.02-0.04s),作者：版權所有,二、按短路條件校驗電氣設備,3短路電流計算條件,(4)短路計算時間,校驗電氣設備開斷能力,開斷電氣設備應能在最嚴重的情況下開斷短路電流，因此短路計算時間tk為主保護動作時間tpr1和斷路器固有分閘時間tin之和。,即：,式中：tpr1主繼電保護動作時間tin斷路器固有分閘時間(查產品參數表),作者：版權所有,二、按短路條件校驗電氣設備,3短路電流計算條件,(4)短路計算時間,6.2高壓斷路器和隔離開關的原理與選擇,作者：版權所有,高壓斷路器,開關電器是電力系統的重要設備之一，其中，又以斷路器的地位最重要，結構也最復雜。,高壓斷路器是用來在正常情況下接通和斷開電路、且在故障情況下能自動迅速開斷故障電流的開關設備。對斷路器的基本要求是：在各種情況下應具有足夠的開斷能力，盡可能短的動作時間和高度的工作可靠性。斷路器最重要的任務就是熄滅電弧，所以，各種斷路器都有不同結構的滅弧裝置。,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,電弧是一種氣體游離放電現象。,能量集中，溫度很高，亮度很強,三部分組成：陰極區、陽極區和弧柱區,電弧的氣體放電是自持放電，維持電弧穩定燃燒的電壓很低,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(一)電弧的產生、維持及物理過程,觸頭的周圍原本是空氣或其它絕緣介質。為什么在動靜觸頭分離瞬間會變成導電的電弧呢？,原因就在于在絕緣介質中出現了大量的自由電子。,大量自由電子由陰極向陽極的定向運動就形成了電弧。,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(一)電弧的產生、維持及物理過程,1.弧柱中自由電子的來源,A.電極發射大量自由電子，對電弧的產生起決定作用,熱電子發射：動靜觸頭分離時，觸頭間接觸電阻增大，接觸處大量發熱，使陰極表面溫度升高而發射電子。其數量取決于觸頭材料和表面溫度。,冷電子發射(強電場發射)：動靜觸頭分離時，觸頭間的間隙很小，觸頭間會形成很高的電場強度，將陰極觸頭金屬表面中的自由電子從中拉出來。其數量取決于電場強度的大小。,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(一)電弧的產生、維持及物理過程,1.弧柱中自由電子的來源,B.弧柱區的氣體游離，產生大量的自由電子和離子，對電弧的形成和維持起決定作用,游離是指中性質點變成自由電子和正離子的過程。,電場游離(碰撞游離)：在電場作用下，電子加速向陽極運動，途中與介質中的中性質點發生碰撞。若自由電子具有足夠動能，就能與中性質點產生碰撞游離，使其游離為正離子和自由電子。這樣的過程連續進行導致雪崩式碰撞，使觸頭間充滿了自由電子。在外加電壓作用下形成電子流，介質被擊穿而形成電弧。,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(一)電弧的產生、維持及物理過程,1.弧柱中自由電子的來源,熱游離：電弧形成后，觸頭間電壓立刻降低，但弧柱的溫度很高。處于高溫下的介質分子和原子產生劇烈運動，不斷發生碰撞，也會游離出自由電子和離子(這就是熱游離過程)，可以維持電弧的燃燒。,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(一)電弧的產生、維持及物理過程,2.電弧的形成過程,由以上分析可以看出，陰極在強電場作用下發射電子。發射的電子在觸頭電壓作用下產生碰撞游離，就形成了電弧。在高溫作用下，陰極產生熱發射，并在介質中發生熱游離，使電弧維持和發展。這就是電弧形成的過程。,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(一)電弧的產生、維持及物理過程,3.去游離過程,在電弧中，發生游離過程的同時還進行著使帶電質點減少的去游離過程。,游離過程去游離過程：電弧電流增大，熾熱燃燒游離過程去游離過程：電弧電流不變，穩定燃燒游離過程去游離過程：電弧電流減小，最終熄滅,因此，要想使電弧熄滅，就必須設法加強去游離過程，使其大于游離過程。,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(一)電弧的產生、維持及物理過程,3.去游離過程,A.復合去游離：帶電質點的電荷彼此中和的現象電子碰撞中性質點速度慢的負離子與正離子中和,復合去游離進行的快慢與弧隙電場強度的大小、電弧的溫度及電弧的表面積有關。,B.擴散去游離：弧柱中的自由電子和正離子由于熱運動而從弧柱內部逸出進入周圍冷介質的現象,濃度擴散；溫度擴散,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(一)電弧的產生、維持及物理過程,3.去游離過程,由上可知，利用各種方法，人工地強迫冷卻電弧的內部和表面，不僅可增強復合去游離的速度，同時也能增強擴散去游離的強度，使電弧很快熄滅。,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(二)交流電弧的特性,1.交流電弧的特性,電弧電壓、電流波形圖,隨著正弦交流電流的周期性變化，交流電弧電流也將隨之每半周過零一次。,在電弧電流自然過零時，電弧向弧隙輸送能量減少，電弧溫度和熱游離下降，電弧將自動熄滅。,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(二)交流電弧的特性,1.交流電弧的特性,電弧電壓、電流波形圖,如果在電流過零電弧自然熄滅時，采取有效措施加強弧隙的冷卻，使弧隙介質的絕緣能力達到不會被弧隙外加電壓擊穿的程度，則在下半周電弧就不會重燃而最終熄滅。,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(三)交流電弧的熄滅,決定交流電弧熄滅的基本因素是“弧隙介質強度的恢復過程”和“弧隙電壓的恢復過程”。,弧隙介質強度的恢復過程,電弧電流過零時，輸入弧隙的能量減少，弧隙溫度劇降，因而弧隙游離程度也下降。當弧隙溫度降低到熱游離基本停止時，弧隙重新轉變為介質狀態。此時，雖然不會出現熱擊穿而重燃，但是弧隙的絕緣能力或稱介質強度（以弧隙能耐受的電壓表示）要恢復到正確狀態仍需要一定時間，此稱為“弧隙介質強度的恢復過程”。（圖62）,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(三)交流電弧的熄滅,弧隙電壓的恢復過程,電弧電流過零后，弧隙電壓將由熄弧電壓經過一個由電路參數所決定的振蕩過程，逐漸恢復到電源電壓，此稱為“弧隙電壓的恢復過程”。,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(三)交流電弧的熄滅,弧隙介質強度的恢復過程：以耐受電壓Ud(t)表示,因此，在電弧電流過零后，存在著兩個相互聯系的對立過程。在恢復過程中，如果恢復電壓高于介質強度，弧隙被電擊穿，電弧重燃；如果恢復電壓低于介質強度，電弧就會真正熄滅。,弧隙電壓的恢復過程：以耐受電壓Ur(t)表示,交流電弧熄滅的條件是：,Ud(t)Ur(t),(a)在t1時刻發生擊穿，電弧重燃,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(三)交流電弧的熄滅,介質強度和弧隙電壓的恢復過程,(b)電弧熄滅,(c)電弧熄滅,介質強度的恢復過程與下列因素有關：電弧電流的大小弧隙的冷卻條件（滅弧裝置的結構）滅弧介質的特性觸頭分離的速度,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(三)交流電弧的熄滅,1.弧隙介質強度的恢復過程,起始介質強度（近陰極效應）在電流過零后的011us的短暫時間內，陰極附近出現150250伏的起始介質強度。,正離子層空間,弧隙電壓的恢復過程與線路參數和負荷性質有關。,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(三)交流電弧的熄滅,2.弧隙電壓的恢復過程,周期性振蕩過程,非周期性過程,電弧熄滅后，弧隙電壓不可能立刻由熄弧電壓上升到電源電壓，而有一個過渡過程，可能是周期性或非周期性的。,恢復電壓由兩部分組成：,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(三)交流電弧的熄滅,2.弧隙電壓的恢復過程,瞬態恢復電壓：首先出現在弧隙兩端，時間很短，具有過渡過程特性的電壓Utr,瞬態恢復電壓Utr是從熄弧電壓Ur0過渡到穩態值之間的暫態分量。,恢復電壓由兩部分組成：,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(三)交流電弧的熄滅,2.弧隙電壓的恢復過程,工頻恢復電壓：瞬態恢復電壓Utr消失后，在弧隙兩端出現的由工頻電源決定的電壓Usr,工頻恢復電壓Usr是電弧熄滅以后加在弧隙上的恢復電壓穩態值。,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(三)交流電弧的熄滅,2.弧隙電壓的恢復過程,如果能采取措施，防止弧隙恢復電壓振蕩，將周期性恢復電壓轉變為非周期性恢復過程，電弧就更容易熄滅。,假設斷路器在電弧燃燒時弧隙電阻為零，而電弧熄滅后弧隙電阻為無窮大，則等值電路如圖所示。,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(四)斷路器開斷短路電流時的物理過程,分析如圖所示的中性點接地的電路中，在電源出口處短路，斷路器開斷時的電壓恢復過程。,由于發生短路時，電容C與斷路器QF并聯，所以，斷路器觸頭間的電壓恢復過程就是交流電壓u通過R、L對C充電的過程。,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(四)斷路器開斷短路電流時的物理過程,由于電壓恢復過程在很短時間內完成，電源電壓變化很小，因此在分析電壓恢復過程時，可近似地把交流電源u簡化為電壓為U0的直流電源。,于是，電壓恢復過程就相當于在電壓為U0的直流電源突然合閘時，在電容C兩端的電壓變化過程。如圖：,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(四)斷路器開斷短路電流時的物理過程,U0是當電弧電流過零時，電源電壓的瞬時值，稱為“開斷瞬間工頻恢復電壓”。它與不同的短路形式有關。,1.弧隙電壓恢復過程的分析,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(四)斷路器開斷短路電流時的物理過程,當開關K閉合后，有方程,整理后，得：,1.弧隙電壓恢復過程的分析,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(四)斷路器開斷短路電流時的物理過程,通解：與上式相對應的齊次線性方程的通解,特解：K閉合瞬間t=0時，電容C上的穩態電壓,式的通解為：,1.弧隙電壓恢復過程的分析,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(四)斷路器開斷短路電流時的物理過程,式中：C1、C2積分常數，其值由初始條件決定1、2特征方程的根,1.弧隙電壓恢復過程的分析,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(四)斷路器開斷短路電流時的物理過程,0時：1、2為不相等實根，UC為非周期過程,0時：1、2為虛根，UC為周期性振蕩過程,0時：1、2為相等實根，UC亦為非周期性過程,1.弧隙電壓恢復過程的分析,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(四)斷路器開斷短路電流時的物理過程,求得,可見，斷路器觸頭間并聯電阻r越小，恢復電壓上升速度越低。,恢復電壓上升速度為,1.弧隙電壓恢復過程的分析,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(四)斷路器開斷短路電流時的物理過程,求得,并聯電阻r對恢復起阻尼作用，使恢復電壓幅值和速度都降低。,半周期內電壓恢復平均速度為,1.弧隙電壓恢復過程的分析,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(四)斷路器開斷短路電流時的物理過程,恢復電壓也是非周期過程，最大值不超過U0。,此時是電壓恢復過程的臨界情況，即：,略去電阻R，則在臨界條件下的并聯電阻r臨界值為：,1.弧隙電壓恢復過程的分析,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(四)斷路器開斷短路電流時的物理過程,當并聯電阻rrcr時，電壓恢復為非周期性過程；當并聯電阻rrcr時，電壓恢復為周期性振蕩過程；,并聯電阻r臨界值為：,即是說，可以通過適當減小并聯電阻r，使之小于臨界值rcr，則電壓恢復過程將從周期性振蕩過程轉變為非周期性過程，從而大大降低恢復電壓的幅值和恢復速度，相應地可增加斷路器的開斷能力。,1.弧隙電壓恢復過程的分析,作者：版權所有,一、電弧的基本理論,(四)斷路器開斷短路電流時的物理過程,具有并聯電阻的斷路器的接線原理如圖所示：,斷路器開斷電路時，主觸頭Q1先開斷，由于有并聯電阻r接入，使主觸頭間產生的電弧容易熄滅。,當主觸頭間的電弧熄滅后，輔助觸頭Q2接著開斷，切斷并聯電阻中的電流，最終使電路完全開斷。,滅弧室,電弧中的去游離強度，很大程度上取決于電弧周圍介質的特性，如介質的傳熱能力、介電強度、熱游離溫度和熱容量等。這些參數的數值越大，則去游離作用越強，電弧就越容易熄滅。,作者：版權所有,二、高壓斷路器熄滅電弧的基本方法,1.利用滅弧介質,常用的滅弧介質有：空氣，油(變壓器油或斷路器油)，SF6，真空。,電弧中的去游離強度，很大程度上取決于觸頭材料。若采用熔點高、導熱系數和熱容量大的耐高溫金屬作觸頭材料，可以減少熱電子發射和電弧中的金屬蒸氣，抑制游離作用。同時，觸頭材料還要求有較高的抗電弧、抗熔焊能力。,作者：版權所有,二、高壓斷路器熄滅電弧的基本方法,2.采用特殊金屬材料作滅弧觸頭,常用的觸頭材料有：銅鎢合金，銀鎢合金。,電弧在氣流或油流中被強烈地冷卻而使復合加強，吹弧也有利于帶電離子的擴散。,作者：版權所有,二、高壓斷路器熄滅電弧的基本方法,3.利用氣體或油吹動電弧,在高壓斷路器中利用各種結構形式的滅弧室，使氣體或油產生巨大的壓力并有力地吹向電弧，使電弧熄滅。,吹動的方式有：縱吹和橫吹。縱吹：吹動方向與弧柱軸線平行。主要使電弧冷卻變細，最后熄滅。橫吹：吹動方向與弧柱軸線垂直。主要把電弧拉長，表面積增大并加強冷卻。,高壓斷路器常制成每相有兩個或更多個串聯的斷口。如圖為雙斷口的滅弧方式。,作者：版權所有,二、高壓斷路器熄滅電弧的基本方法,4.利用多斷口滅弧,采用多斷口是把電弧分割成很多小電弧段，在相等的觸頭行程下，多斷口比單斷口的電弧拉長了，從而增大了弧隙電阻，而且電弧被拉長的速度(即觸頭分離速度)也增加，加速了弧隙電阻的增大，同時，也增大了介質強度的恢復速度。由于加在每個斷口的電壓更低，使弧隙的恢復電壓降低，因此滅弧性能更好。,采用多斷口的結構后，每一個斷口在開斷位置的電壓分配和開斷過程中的恢復電壓分配出現了不均勻現象。,作者：版權所有,二、高壓斷路器熄滅電弧的基本方法,4.利用多斷口滅弧,如圖為單相斷路器在開斷接地故障后的電路圖。,U：電源電壓,U1、U2：兩個斷口的電壓,Cd：斷口的等效電容,C0：底座對地等效電容,則斷口電壓分布的計算可按下圖進行：,作者：版權所有,二、高壓斷路器熄滅電弧的基本方法,4.利用多斷口滅弧,可見，U1U2兩個斷口上的電壓相差很大，第一個斷口的工作條件比第二個斷口要嚴重。,為了充分發揮每個滅弧室的作用，應該使兩個斷口的工作條件接近相等。通常在每個斷口并聯一個比Cd和C0都大得多的電容C，稱為“均壓電容”。,作者：版權所有,二、高壓斷路器熄滅電弧的基本方法,4.利用多斷口滅弧,可見，U1U2，電壓平均分布在兩個斷口上，每個斷口工作條件基本上一致。,作者：版權所有,三、高壓斷路器的種類和基本參數,迅速拉長電弧，可使弧隙的電場強度驟降，同時，使弧隙的表面積突然增大，有利于電弧的冷卻和帶電質點向周圍介質擴散，使熱游離作用減弱，加強了離子的復合速度，從而加速電弧的熄滅。,作者：版權所有,二、高壓斷路器熄滅電弧的基本方法,5.拉長電弧并增大斷路器觸頭的分離速度,為此，在高壓斷路器中都裝有強有力的斷路彈簧，以加快觸頭的分離速度。,作者：版權所有,二、高壓斷路器熄滅電弧的基本方法,5.拉長電弧并增大斷路器觸頭的分離速度,斷路器分閘速度的快慢，通常由斷路器全開斷時間來衡量，它包括斷路器固有動作時間和燃弧時間兩部分。,0.12s，稱為低速斷路器0.08s，稱為快速斷路器0.08s0.12s，稱為中速斷路器,當全開斷時間,作者：版權所有,三、高壓斷路器的種類和基本參數,(一)高壓斷路器的種類,1.油斷路器,利用電弧本身的能量，將油加熱，形成油蒸汽和大量氣體所組成的高壓力氣泡實現吹弧。,這種靠電弧本身能量熄滅電弧的方法，稱為“自能式”滅弧室。,特點：滅弧時不需要外界供給很大能量，但滅弧能力與電弧電流有關。其燃弧時間隨著開斷電流減小而增大。,作者：版權所有,三、高壓斷路器的種類和基本參數,(一)高壓斷路器的種類,1.油斷路器,多油式斷路器,缺點：體積大，用油量多，有爆炸火災危險，檢修工作量大。,特點：內部帶有電流互感器。,斷路器中的油除了作滅弧介質外，還作為觸頭開斷后的弧隙絕緣以及帶電部分與接地外殼之間的絕緣介質。,作者：版權所有,三、高壓斷路器的種類和基本參數,(一)高壓斷路器的種類,1.油斷路器,少油式斷路器,優點：結構簡單，體積小，材料消耗少，用油量少，重量輕，性能穩定，運行方便。應用廣泛。,缺點：抗震性稍差,斷路器中的油只作滅弧介質和觸頭開斷后的弧隙絕緣介質，而帶電部分對地之間的絕緣采用瓷柱。,作者：版權所有,三、高壓斷路器的種類和基本參數,(一)高壓斷路器的種類,2.壓縮空氣斷路器(簡稱空氣斷路器),采用壓縮空氣作為滅弧介質。,壓縮空氣除了作滅弧介質外，還作為觸頭開斷后的弧隙絕緣介質。,優點：“外能式”滅弧室。滅弧能力強；滅弧時間短；無火災危險；尺寸小，重量輕。,缺點：結構復雜；有色金屬消耗量大，價格昂貴；需要裝設空氣壓縮機、復雜的壓縮空氣系統、貯氣筒和管道；噪聲大。,作者：版權所有,三、高壓斷路器的種類和基本參數,(一)高壓斷路器的種類,3.六氟化硫（SF6）斷路器,采用六氟化硫(SF6)氣體作為滅弧介質和絕緣介質。,SF6氣體是無色、無味、不燃、無毒的惰性氣體。,優點：允許斷路次數多，檢修周期長；斷路性能好；多用于SF6封閉式組合電器，大大減少占地面積。,它具有很高的電氣絕緣強度(是空氣的2.53倍)和良好的滅弧性能(滅弧能力比空氣高100倍)。,缺點：要求加工精度高，密封性能好。對氣體和水分的檢測控制要求更嚴。,作者：版權所有,三、高壓斷路器的種類和基本參數,作者：版權所有,三、高壓斷路器的種類和基本參數,(一)高壓斷路器的種類,4.真空斷路器,以真空作為滅弧介質和絕緣介質。,所謂“真空”是相對而言的，指的是絕對壓力低于1個大氣壓的氣體稀薄的空間。在這樣的空間里，其絕緣強度很高，電弧很容易熄滅。,優點：觸頭開距短(10kV級只需10mm，而油斷路器需125mm)；燃弧時間短，且與開斷電流無關，一般只有半個周期；觸頭壽命長，開斷次數多；體積小，重量輕；,缺點：對滅弧室工藝及觸頭材料要求高,作者：版權所有,三、高壓斷路器的種類和基本參數,(二)高壓斷路器的技術參數,1.額定電壓UN,產品銘牌上注明的電壓是指正常工作的線電壓。,我國采用的額定電壓等級有：3、6、10、35、60、110、220、330、500、750、1000、500、800kV。,考慮到輸電線始端和末端的電壓可能不同，以及電力系統調壓的要求，對電器又規定了與各級額定電壓相應的最高工作電壓。斷路器應能在其最高工作電壓下長期正常工作。,保證斷路器長期工作的電壓。,作者：版權所有,三、高壓斷路器的種類和基本參數,(二)高壓斷路器的技術參數,2.額定電流IN,電器長期通過額定電流時，其發熱溫度不會超過允許值。,3.額定開斷電流INbr,斷路器在額定電壓下能正常可靠開斷的最大短路電流。它標志斷路器的開斷能力。,斷路器可以長期通過的最大電流。,4.額定開斷容量SNbr,對三相電路有,作者：版權所有,三、高壓斷路器的種類和基本參數,(二)高壓斷路器的技術參數,5.額定動穩定電流ies(額定極限通過電流),6.額定熱穩定電流It,表示斷路器能承受短路電流熱效應的能力。通常It=INbr,表示斷路器對短路電流的電動穩定性。,7.熱穩定電流作用時間t,在此時間內，當熱穩定電流通過斷路器時，其發熱溫度不超過規定允許值。,作者：版權所有,三、高壓斷路器的種類和基本參數,(二)高壓斷路器的技術參數,8.合閘時間,9.分閘時間,斷路器跳閘線圈通電起到三相內電弧完全熄滅為止。,斷路器合閘線圈通電起到主觸頭剛接觸為止的時間。,固有分閘時間：跳閘線圈通電起到觸頭剛分離為止,燃弧時間：觸頭分離到各相電弧完全熄滅為止,分閘時間等于斷路器固有分閘時間和燃弧時間之和。,作者：版權所有,三、高壓斷路器的種類和基本參數,(三)高壓斷路器的型號含義,作者：版權所有,三、高壓斷路器的種類和基本參數,(三)高壓斷路器的型號含義,SN1010/600350,S少油D多油K壓縮空氣Z真空LSF6FSF6封閉式,N戶內W戶外,產品設計序號,額定電壓(kV),額定電流(A),額定開斷容量(kVA),作者：版權所有,四、高壓斷路器的選擇與校驗,(一)高壓斷路器的選擇,1.選擇斷路器的種類和形式,作者：版權所有,四、高壓斷路器的選擇與校驗,(一)高壓斷路器的選擇,1.選擇斷路器的種類和形式,作者：版權所有,四、高壓斷路器的選擇與校驗,(一)高壓斷路器的選擇,1.選擇斷路器的種類和形式,作者：版權所有,四、高壓斷路器的選擇與校驗,(一)高壓斷路器的選擇,2.選擇斷路器的額定電壓,UNUNS,3.選擇斷路器的額定電流,INImax,4.選擇斷路器的額定開斷電流,InbrIpt,或InbrI”,Ipt斷路器開斷瞬間的短路電流周期分量有效值,I”短路次暫態電流有效值,作者：版權所有,四、高壓斷路器的選擇與校驗,對快速斷路器,電源附近短路時,短路電流非周期分量可能超過周期分量的20%,按短路全電流校驗,InbrIk,5.短路關合電流選擇,iNclish,作者：版權所有,四、高壓斷路器的選擇與校驗,(二)高壓斷路器的校驗,1.校驗斷路器的熱穩定,It2tQk,2.校驗斷路器的動穩定,iesish(3),隔離開關的主要用途是保證裝置中檢修工作的安全。,作者：版權所有,五、隔離開關的主要用途,1.隔離電壓,2.倒閘操作,投入備用母線或旁路母線以及改變運行方式時，常用隔離開關配合斷路器，進行電路的切換操作。,在需要檢修的部分和其它帶電部分之間，用隔離開關構成足夠大的明顯可見的空氣絕緣間隔。,隔離開關沒有滅弧裝置，不能開斷或閉合負荷電流和短路電流但具有一定的分、合小電感電流和電容電流的能力。,作者：版權所有,五、隔離開關的主要用途,3.分、合小電流,分、合避雷器、電壓互感器和空載母線分、合勵磁電流不超過2A的空載變壓器分、合電容電流不超過5A的空載線路,作者：版權所有,六、隔離開關的種類,1.按安裝地點分：戶內式、戶外式,2.按絕緣支柱數目分：單柱式、雙柱式、三柱式,3.按閘刀運動方向分：水平旋轉式、垂直旋轉式、擺動式、插入式,GW5110GD/1000,隔離開關,N戶內W戶外,產品設計序號,額定電壓(kV),改進型,額定電流(A),帶接地刀閘,隔離開關的型號含義：,作者：版權所有,六、隔離開關的種類,作者：版權所有,七、隔離開關的選擇和校驗,(一)隔離開關的選擇,1.選擇隔離開關的種類和形式,2.選擇隔離開關的額定電壓,UNUNS,3.選擇隔離開關的額定電流,INImax,作者：版權所有,七、隔離開關的選擇和校驗,(二)隔離開關的校驗,1.校驗隔離開關的熱穩定,It2tQk,2.校驗隔離開關的動穩定,iesish(3),6.3互感器的原理與選擇,將一次回路的高電壓和大電流變為二次回路標準的低電壓(100V)和小電流(5A或1A)，從而使測量儀表和保護裝置標準化、小型化，并使其結構輕巧、價格便宜和便于屏內安裝；并可采用小截面電纜進行遠距離測量。,互感器是一次系統和二次系統間的聯絡元件，用以分別向測量儀表、繼電器的電流線圈和電壓線圈供電，正確反映電氣設備的正常運行和故障情況。,互感器的作用是：,作者：版權所有,互感器的作用,將二次設備與高壓部分隔離，保護工作人員的安全；同時，互感器二次側均接地，這樣可防止當一、二次絕緣損壞時，在二次設備上發生高壓危險。,電流互感器的原理接線如圖：,作者：版權所有,一、電流互感器的工作原理,電力系統中廣泛采用的是電磁式電流互感器，它的工作原理和變壓器相似。,電流互感器的工作特點：,一次繞組串聯在所測量的一次回路中，并且匝數很少。因此，一次繞組中的電流I1完全取決于被測回路的負荷電流，而與二次繞組電流I2大小無關。,電流互感器的原理接線如圖：,作者：版權所有,一、電流互感器的工作原理,電力系統中廣泛采用的是電磁式電流互感器，它的工作原理和變壓器相似。,電流互感器的工作特點：,二次繞組匝數N2很多，是一次繞組匝數的若干倍。二次繞組中的電流I2完全取決于一次繞組電流I1。,即有：,作者：版權所有,二、電流互感器的工作狀態,電流互感器的二次回路中所串接的負載，是測量儀表和繼電器的電流線圈。它們的阻抗都很小，因此電流互感器在正常工作時，二次側接近于短路狀態，這是與普通電力變壓器的主要區別。,電流互感器在正常工作時，二次繞組絕對不允許開路,作者：版權所有,二、電流互感器的工作狀態,電流互感器在正常工作狀態時，二次負荷電流I2所產生的二次磁勢F2對一次磁勢F1有去磁作用，因此合成磁勢F0及鐵芯中的合成磁通數值都不大，在二次繞組內所感應的電勢E2數值不超過幾十伏。,為了減小電流互感器的尺寸、重量和造價，其鐵芯截面是按正常工作狀態（即合成磁勢F0及鐵芯中合成磁通數值都不大的狀態）設計的。,I1N1-I2N2=I0N1,作者：版權所有,二、電流互感器的工作狀態,因此，如果運行中的電流互感器二次繞組開路，則二次磁勢F2等于零，而一次磁勢F1不變，且全部用于激磁。此時合成磁勢F0等于F1，比正常狀態的合成磁勢增大了許多倍，使鐵芯中的磁通急劇增加而達到飽和狀態。,鐵芯飽和致使隨時間變化的磁通波形變為平頂波。在波形上升和下降處，因磁通急劇變化在開路的二次繞組內所感應的電勢E2可達幾千伏甚至更高，對設備和人員是極其危險的。,I1N1-I2N2=I0N1,作者：版權所有,三、電流互感器的誤差,Z2f,r1,x1,I1,r2,x2,r0,x0,I2,I0,E2,U2,1.誤差的來源,I1=I0+I2I1=I0+kiI2,I1N1=I0N1+I2N2,作者：版權所有,三、電流互感器的誤差,1.誤差的來源,(1)電流誤差fi：為二次電流的測量值乘以額定電流比所得的值與實際一次電流之差，占后者的百分數。,因為,所以,作者：版權所有,三、電流互感器的誤差,1.誤差的來源,(1)電流誤差fi：,當i很小時，,所以有：,作者：版權所有,三、電流互感器的誤差,1.誤差的來源,(2)相位誤差i：,當i很小時：,所以：,作者：版權所有,三、電流互感器的誤差,2.影響誤差的因素,可見，fi和i都與激磁磁勢F0(I0N1)及一次磁勢F1(I1N1)有關。F0F1fii；F0F1fii。,作者：版權所有,三、電流互感器的誤差,具體影響電流互感器的誤差的因素有：一、二次繞組的匝數；一次電流的大小；鐵芯材料質量、結構尺寸；二次回路的負載阻抗等,由電磁感應定律有二次回路電壓方程有,計及,得,作者：版權所有,三、電流互感器的誤差,A.運行時，應使一次實際電流接近一次額定電流。,當I1為額定值時,值最大誤差最小。,增大鐵芯的橫截面S，磁路不易飽和,作者：版權所有,三、電流互感器的誤差,B.為了減小磁勢F0，必須減小鐵芯的磁阻rm。,縮短磁路長度L(如采用圓形截面鐵芯),采用磁導率高的電工鋼,Z2L一般包括測量儀表阻抗、繼電器的電流線圈阻抗、連接電纜電阻和接頭電阻。,作者：版權所有,三、電流互感器的誤差,C.要盡量減小二次回路的負載Z2L。,Cos2降低，2增大，增大，fi增大，i減小,作者：版權所有,三、電流互感器的誤差,D.功率因數cos2,電流互感器的準確級以電流誤差fi來定義的。即：在規定的二次負荷變化范圍內，一次電流為額定值時的最大電流誤差。（準確級越大，誤差越大，精度越低）,作者：版權所有,四、電流互感器的準確級與額定容量,1.電流互感器的準確級,測量用：0.2級0.5級1級3級10級,保護用：P級TP級（相當于3級10級）,只有二次負載阻抗Z2f在一定范圍內（小于某個值），才能保證電流互感器達到一定的準確級。,同一臺電流互感器工作在不同準確級時，可以帶不同范圍（上限值）的二次負載阻抗。,電流互感器的額定容量SN2是指在二次額定電流IN2和額定二次阻抗ZN2下運行時，二次繞組輸出的容量。即：,作者：版權所有,四、電流互感器的準確級與額定容量,2.電流互感器的額定容量,可見，額定容量和額定阻抗只差一個系數，所以，額定容量常用二次額定阻抗來表示。,同一臺電流互感器工作在不同準確級時，會有不同的額定容量，即可以帶不同范圍的額定二次阻抗。,作者：版權所有,四、電流互感器的準確級與額定容量,2.電流互感器的額定容量,要想保證準確級，就要保證：Z2fZN2(或S2fSN2),儀表,繼電器,電纜,接頭,作者：版權所有,五、電流互感器的分類和結構,電流互感器的種類很多，型號中的字母符號代表了其類型，其表示方式如下：,作者：版權所有,五、電流互感器的分類和結構,如圖為電流互感器的結構原理圖。,作者：版權所有,五、電流互感器的分類和結構,單匝式電流互感器是由載流導體（作為一匝原繞組）穿過繞有副繞組的環形鐵芯構成。它結構簡單、體積小、價格低。但由于原繞組是單匝，當被測電流很小時，原邊磁勢小，測量精確度很低。當一次額定電流為400A及以下時，為提高其測量準確度，將一次繞組制成兩匝或兩匝以上，就構成了復匝式。,作者：版權所有,五、電流互感器的分類和結構,不同的二次負荷對電流互感器有不同的精度要求。為了節省空間和成本，往往幾個鐵芯（各自繞著相應的二次繞組）共享一個一次線圈，構成一臺電流互感器。一般335kV電流互感器均有兩個二次繞組；110kV電流互感器有34個二次繞組；而220kV則有45個二次繞組。,另外，為了適應不同一次負荷電流的要求，110kV及以上的電流互感器常常將一次繞組分成幾組，通過改變一次繞組的串并聯關系，即可方便地獲得23個額定電流比。,作者：版權所有,六、電流互感器的接線,單相式接線,單相式接線僅反映三相電流平衡系統的運行狀態，可作為一般測量和過負荷保護等。,作者：版權所有,六、電流互感器的接線,不完全星形接線,不完全星形接線常用于610kV中性點不直接接地三相三線制系統中，可供三相二元件功率表或電能表使用，僅取A相電流和C相電流即可。它們的公用回線中流過的電流即為B相電流，從而節省了一臺電流互感器。,作者：版權所有,六、電流互感器的接線,兩相電流差接線,兩相電流差接線可用于610kV的過電流保護。,作者：版權所有,六、電流互感器的接線,三相星形接線,三相星形接線廣泛應用于負荷不平衡的三相四線制系統，也可用于一般的三相三線制系統，可測量電路的三相電流，監視各相負荷不對稱情況。,作者：版權所有,七、電流互感器的選擇,選擇電流互感器時，首先要根據裝設地點、用途等具體條件確定互感器的結構類型、準確度等級、額定電流比Ki；其次要根據互感器的額定容量和二次負荷計算二次回路連接導線的截面積；最后校驗動穩定和熱穩定。,作者：版權所有,七、電流互感器的選擇,1.結構類型和準確度的確定,根據配電裝置的類型，相應選擇戶內或戶外式電流互感器。一般情況下，35kV以下為戶內式，而35kV及以上為戶外式或裝入式(裝入變壓器或斷路器內部)。,作者：版權所有,七、電流互感器的選擇,1.結構類型和準確度的確定,電流互感器準確級的確定，取決于二次負荷的性質。O.2級用于實驗室的精密測量、重要的發電機和變壓器回路及500kV重要回路；二次負荷如果屬一般電能計量，則電流互感器采用O.5級；功率表和電流表可配用1.O級的電流互感器；一般測量則可用3.0級。如果幾個性質不同的測量儀表需要共用一臺電流互感器時，則互感器的準確級按就高不就低的原則確定。,作者：版權所有,七、電流互感器的選擇,1.結構類型和準確度的確定,一般用于繼電保護裝置的電流互感器，可選5P或1OP級(在舊型號中，則為B、C、D級)。此外還應按10誤差曲線進行校驗，以保證在短路時誤差也不會超過1O。,在短路情況下，保護級的電流誤差fi不應大于10，當短路電流I1=nIN時，fi達10，稱n為10%額定一次電流倍數。,n的數值與二次負荷阻抗Z2L的大小有關，二者之間的關系曲線稱為電流互感器10誤差曲線,作者：版權所有,七、電流互感器的選擇,1.結構類型和準確度的確定,n,Z2L,使用時，由nI1/IN從曲線上查出相應的Z2L,只要實際的負載阻抗小于查出的Z2L,就能保證誤差在10范圍內。,作者：版權所有,七、電流互感器的選擇,2.額定電壓的選擇,電流互感器的額定電壓，應滿足下列條件：,UNUNS,3.額定電流的選擇及額定電流比的確定,電流互感器一次繞組的額定電流I1N已標準化，應選擇比一次回路最大長期電流Imax略大一點的標準值。當I1N確定后，電流互感器的額定電流比也隨之確定，即為KiI1N/5。,作者：版權所有,七、電流互感器的選擇,4.二次回路連接導線截面積的計算,電流互感器準確級確定以后，就能夠查出保證其準確級的二次負荷Z2N，應使,其中：rz二次負載(測量儀表或繼電器線圈)的電阻；rw連接導線的電阻；rj連接處的接觸電阻(一般取O.1)。,作者：版權所有,七、電流互感器的選擇,4.二次回路連接導線截面積的計算,上式中除rw外均可查得，于是可求出允許的rw值。由于導線電阻與導線截面、長度和電阻率均有關，所以連接導線的最小截面應為,其中：連接導線的電阻率，mm2/m；控制電纜一般采用銅導線，0.0175；L連接導線的計算長度，m，與互感器接線有關；,作者：版權所有,七、電流互感器的選擇,4.二次回路連接導線截面積的計算,如果電流互感器至測量儀表的距離為L1，當電流互感器采用單相接線時，L2L1；當電流互感器采用不完全星形接線時，則LL1；當電流互感器采用星形接線時，中性線上的電流很小，故可取LL1。,L連接導線的計算長度，m，與互感器接線有關；,為了保證連接導線的機械強度，要求導線的最小截面積不應小于1.5mm2（銅）。,作者：版權所有,七、電流互感器的選擇,5.熱穩定校驗,電流互感器接線的熱穩定校驗，應滿足下列條件：,其中：Qk短路電流在短路作用時間內的熱效應，kA2s；Kt電流互感器熱穩定倍數，即電流互感器1s熱穩定電流與一次線圈額定電流的比值，可從本書附表八或手冊中查到。,電流互感器的動穩定校驗包括兩個方面的內容，即：內部電動力穩定性校驗和外部電動力穩定性校驗。,作者：版權所有,七、電流互感器的選擇,6.動穩定校驗,(1)內部電動力穩定性校驗,對于復匝式電流互感器，應滿足：,其中：Kd電流互感器動穩定倍數，可由本書附表八查得。,作者：版權所有,七、電流互感器的選擇,6.動穩定校驗,(2)外部電動力穩定性校驗,相間相互作用的電動力有可能使瓷絕緣的電流互感器損壞。外部動穩定應滿足：,Fp作用于電流互感器端部的允許電動力，由制造廠家提供，N；L電流互感器瓷帽端部至最近一個母線支持絕緣子之間的距離，m；a相間距離，m；ish短路沖擊電流，A。,按工作原理，電壓互感器可分為：,作者：版權所有,電壓互感器,電壓互感器的作用是把高電壓變為低電壓。,電磁式電壓互感器,電力變壓器型，原理和普通變壓器相似；適用于6kV110kV系統；價格貴，容量大，誤差小（相對于后者）,電容式電壓互感器,電容分壓型；適用于110kV500kV系統；價格低，容量小，誤差大（相對于前者）,1.電磁式電壓互感器的工作原理,作者：版權所有,一、電磁式電壓互感器的工作原理和工作狀態,電磁式電壓互感器的工作原理、構造和連接方法都和普通電力變壓器相同。,其主要區別在于電壓互感器的容量很小，通常只有幾十到幾百伏安。,2.電磁式電壓互感器的工作狀態,作者：版權所有,一、電磁式電壓互感器的工作原理和工作狀態,一次繞組并聯在所測量的一次回路中。一次繞組電壓等于電網電壓，不受二次回路負荷的影響；并且在大多數情況下，二次負荷是恒定的。,接在二次繞組的負荷是儀表和繼電器的電壓線圈，它們的阻抗很大，通過的電流很小，因此，電壓互感器正常工作時，二次繞組接近于空載狀態（即是說，運行中的電壓互感器，二次繞組決不能短路）。此時，二次電壓接近于二次電勢，并決定于一次電壓值。,即有：額定電壓比,1.電磁式電壓互感器的誤差來源,作者：版權所有,二、電磁式電壓互感器的誤差,1.電磁式電壓互感器的誤差來源,作者：版權所有,二、電磁式電壓互感器的誤差,(1)電壓誤差fu：二次電壓乘以額定電壓比與實際一次電壓之差占一次電壓的百分比。,1.電磁式電壓互感器的誤差來源,作者：版權所有,二、電磁式電壓互感器的誤差,(1)電壓誤差fu：二次電壓乘以額定電壓比與實際一次電壓之差占一次電壓的百分比。,1.電磁式電壓互感器的誤差來源,作者：版權所有,二、電磁式電壓互感器的誤差,(2)相位誤差u：規定U2超前U1時，u為正。,當u為很小時，有：,1.電磁式電壓互感器的誤差來源,作者：版權所有,二、電磁式電壓互感器的誤差,(2)相位誤差u：,1.電磁式電壓互感器的誤差來源,作者：版權所有,二、電磁式電壓互感器的誤差,可見，fu和u都由兩部分組成：,與I0有關的fu0和u0是空載誤差,1.電磁式電壓互感器的誤差來源,作者：版權所有,二、電磁式電壓互感器的誤差,與I2有關的ful和ul是負載誤差,2.影響誤差的因素,作者：版權所有,二、電磁式電壓互感器的誤差,影響誤差的因素有：,互感器本身的構造及材料,內阻抗r1、x1、r2、x2,空載電流I0,互感器的運行工況,二次負載電流I2的大小,二次負載的功率因數cos2,一次側電壓U1的大小,電壓互感器的準確級以電壓誤差fu來定義的。即：在規定的一次電壓和二次負荷變化范圍內，二次負荷功率因數為額定值時，電壓誤差的最大值。（準確級越大，誤差越大，精度越低）,作者：版權所有,三、電壓互感器的準確級與額定容量,1.電壓互感器的準確級,測量用：0.2級0.5級1級3級,保護用：3P,6P,只有二次負載阻抗Z2f在一定范圍內（大于某個值），才能保證電壓互感器達到一定的準確級。,同一臺電壓互感器工作在不同準確級時，可以帶不同范圍（下限值）的二次負載阻抗。,電壓互感器的額定容量SN2是指對應于最高準確級下的容量(VA)。即：電壓互感器在這種負荷容量下所引起的誤差，不會超過這一準確級規定的數值。,作者：版權所有,三、電壓互感器的準確級與額定容量,2.電壓互感器的額定容量,同一臺電壓互感器工作在不同準確級時，會有不同的額定容量，即可以帶不同范圍的額定二次阻抗。,另外，按照電壓互感器在最高工作電壓下長期工作允許發熱條件，還規定有最大（極限）容量。,作者：版權所有,三、電壓互感器的準確級與額定容量,2.電壓互感器的額定容量,例如：JSJW-10型電壓互感器,作者：版權所有,四、電壓互感器的分類和結構,1.電壓互感器的分類和結