第一節電氣設備選擇的一般條件第六章導體和電氣設備的原理與選擇一、按正常工作條件選擇電氣設備電氣設備所在電網的運行電壓因調壓或負荷的變化，有時會高于電網的額定電壓，故所選電氣設備允許的最高工作電壓不得低于所接電網的最高運行電壓。通常，規定一般電氣設備允許的最高工作電壓為設備額定電壓的1.1～1.15倍，而電網運行電壓的波動范圍，一般不超過電網額定電壓的1.15倍。1.額定電壓因此，在選擇電氣設備時，一般可按照電氣設備的額定電壓不低于裝置地點電網額定電壓的條件選擇，即（6-1）電器的額定電流IN是指在一定周圍環境溫度下，長時間內電器所能允許通過的電流。選擇電器時，應使所選電器額定電流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（6-2）2.額定電流電器工作的回路不同，其最大持續工作電流Imax不同。發電機、調相機和變壓器在電壓降低5%時，出力可保持不變，故其相應回路的應為發電機、調相機或變壓器的額定電流的1.05倍；變壓器有過負荷運行可能時，應按過負荷確定（1.3～2倍變壓器額定電流）；母聯斷路器回路一般可取母線上最大一臺發電機或變壓器的；母線分段電抗器的應為母線上最大一臺發電機跳閘時，保證該段母線負荷所需的電流，或最大一臺發電機額定電流的50%～80%；出線回路的除考慮正常負荷電流外，還應考慮事故時由其它回路轉移過來的負荷。海拔高度：通常非高原型的電氣設備使用環境的海拔高度不超過1000m，當地區海拔超過制造廠家的規定值時，由于大氣壓力、空氣密度和濕度相應減少，使空氣間隙和外絕緣的放電特性下降。一般當海拔在1000～3500m范圍內，若海拔比廠家規定值每升高100m，則電氣設備允許最高工作電壓要下降1%。當最高工作電壓不能滿足要求時，應采用高原型電氣設備，或采用外絕緣高一電壓等級的產品。對于110kV及以下電氣設備，由于外絕緣裕度較大，可在海拔2000m以下使用。3.環境條件對設備選擇的影響

溫度：我國生產的電氣設備一般使用的額定環境溫度=+40℃，如周圍環境溫度高于+40℃（但≤+60℃）時，其允許電流一般可按每增高1℃，額定電流減少1.8行修正；當環境溫度低于+40℃時，環境溫度每降低1℃，額定電流可增加0.5%但其最大電流不得超過額定電流的20%。在工程設計時，正確選擇環境最高溫度，對電氣設備運行的安全性和經濟性至關重要。選擇導體及電氣設備的環境最高溫度宜采用表6-1所列數據。表6-1選擇導體和電氣設備的環境最高溫度裸導體屋外安裝最熱月平均最高溫度（最熱月每日最高溫度的月平均值；取多年平均值）屋內安裝該處通風設計溫度。當無資料時，取最熱月平均最高溫度加5℃電氣設備屋外安裝年最高溫度（一年中所測量的最高溫度的多年平均值）屋內電抗器該處通風設計最高排風溫度屋內其他該處通風設計溫度。當無資料時，取最熱月平均最高溫度加5℃二、按短路狀態校驗短路電流通過電氣設備時，電氣設備各部件溫度（或發熱效應）應不超過允許值。滿足熱穩定的條件為（6-3）

Qk為短路電流產生的熱效應；

It、t分別為電氣設備允許通過的熱穩定電流和時間。1.短路熱穩定校驗電動力穩定是電氣設備承受短路電流機械效應的能力，亦稱動穩定。滿足動穩定的條件為

或

（6-4）

ish

、Ish分別為短路沖擊電流幅值及其有效值；ies

、Ies

分別為電氣設備允許通過的動穩定電流的幅值及其有效值。2.電動力穩定校驗同時，應按電氣設備在特定的工程安裝使用條件，對電氣設備的機械負荷能力進行校驗，即電氣設備的端子允許荷載應大于設備引線在短路時的最大電動力。下列幾種情況可不校驗熱穩定或動穩定：（1）用熔斷器保護的電氣設備，其熱穩定由熔斷時間保證，故可不驗算熱穩定。（2）采用有限流電阻的熔斷器保護的設備，可不校驗動穩定。（3）裝設在電壓互感器回路中的裸導體和電氣設備可不驗算動、熱穩定。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，作驗算用的短路電流應按下列條件確定：按工程設計最終容量計算，并考慮電力系統遠景發展規劃（一般為工程建成后5～10年）；其接線應采用可能發生最大短路電流的正常接線方式，但不考慮在切換過程中可能短時并列的接線方式（如切換廠用變壓器時的并列）。

3.短路電流計算條件（1）容量和接線。（2）短路種類。

一般按三相短路驗算，若其它種類短路較三相短路嚴重時，則應按最嚴重的情況驗算。（3）計算短路點。

在計算電路圖中，同電位的各短路點的短路電流值均相等，但通過各支路的短路電流將隨著短路點的不同位置而不同。在校驗電氣設備和載流導體時，必須確定出電氣設備和載流導體處于最嚴重情況的短路點，使通過的短路電流校驗值為最大。例如：1）兩側均有電源的斷路器，如發電廠與系統相聯系的出線斷路器和發電機、變壓器回路的斷路器，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。2）母聯斷路器應考慮當采用母聯斷路器向備用母線充電時，備用母線故障，流過該備用母線的全部短路電流。

3）帶電抗器的出線回路由于干式電抗器工作可靠性較高，且斷路器與電抗器間的連線很短，故障幾率小，一般可選電抗器后為計算短路點，這樣出線可選用輕型斷路器，以節約投資。（1）熱穩定短路計算時間tk。

該時間用于檢驗電氣設備在短路狀態下的熱穩定，其值為繼電保護動作時間tpr和相應斷路器的全開斷時間tbr之和，即（6-5）4.短路計算時間繼電保護動作時間tpr，按我國電氣設計有關規定，驗算電氣設備時宜采用后備保護動作時間；驗算裸導體宜采用主保護動作時間，如主保護有死區時，則采用能對該死區起作用的后備保護動作時間，并采用相應處的短路電流值；驗算電纜時，對電動機等直饋線應取主保護動作時間，其余宜按后備保護動作時間。斷路器全開斷時間tbr是指給斷路器的分閘脈沖傳送到斷路器操動機構的跳閘線圈時起，到各相觸頭分離后電弧完全熄滅為止的時間段。顯然，tbr包括兩個部分，即

（6-6）

tin為斷路器固有分閘時間，它是由斷路器接到分閘命令（分閘電路接通）起，到滅弧觸頭剛分離的一段時間，此值可在相應手冊中查出；

ta為斷路器開斷時電弧持續時間，它是指由第一個滅弧觸頭分離瞬間起，到最后一極電弧熄滅為止的一段時間。

對少油斷路器為0.04～0.06s，SF6和壓縮空氣斷路器約為0.02～0.04s，真空斷路器約為0.015s。通常，用全開斷時間tbr來衡量高壓斷路器分閘速度的快慢，分為高、中、低速三類，在采用無延時保護時，短路計算時間tk可取表6-2所示的數據。表中tk已經計入了繼保裝置啟動及執行機構動作時間。若繼電保護裝置有延時整定時，則按表中數據加上相應的繼電保護整定時間。表6-2無延時保護時校驗熱穩定的短路計算時間斷路器開斷速度斷路器全開斷時間tbr/s短路計算時間tk/s高速斷路器＜0.080.08~0.12＞0.120.10.150.2中速斷路器低速斷路器（2）短路開斷計算時間

。

斷路器不僅在電路中作為操作開關，而且在短路時要作為保護電器，能迅速可靠地切斷短路電流。為此，斷路器應能在動靜觸頭剛分離時刻，可靠開斷短路電流，該短路開斷計算時間

應為主保護時間tpr1和斷路器固有分閘時間tin之和，即

（6-7）對于無延時保護，tpr1為保護啟動和執行機構時間之和，傳統的電磁式保護裝置一般為0.05～0.06s，微機保護裝置一般為0.016～0.03s。

高壓斷路器和隔離開關是發電廠與變電站中主系統的重要開關電器。高壓斷路器主要功能是：正常運行時倒換運行方式，把設備或線路接入電路或退出運行，起著控制作用；當設備或線路發生故障時，能快速切除故障回路、保證無故障部分正常運行，能起保護作用。高壓斷路器最大特點：能斷開電氣設備中負荷電流和短路電流。

高壓隔離開關的主要功能：保證高壓電氣設備及裝置在檢修工作時的安全，不能用于切斷、投入負荷電流或開斷短路電流，僅可允許用于不產生強大電弧的某些切換操作。第二節高壓斷路器和隔離開關的選擇一、高壓斷路器選擇(一）斷路器種類和型式的選擇（1）

SF6斷路器。采用SF6氣體作滅弧介質，具有優良的開斷性能。

SF6斷路器運行可靠性高，維護工作量少，故適用于各電壓等級，特別在220kV及以上配電裝置中得到最廣泛的運用。但是，SF6

斷路器在35kV及以下屋內配電裝置中使用較少，這是因為

氣體雖無毒，但分解物有毒性，而且

比重較空氣大5.1倍，所以將

斷路器布置在屋內，需良好的通風、排風和可靠的檢漏與檢測設備，以防人員（特別是電纜溝內工作人員）中毒及窒息。（2）真空斷路器。

利用真空的高介質強度滅弧，具有滅弧時間快、低噪聲、高壽命及可頻繁操作的優點，已在35kV及以下配電裝置中獲得最廣泛的采用。真空斷路器切斷短路電流及分合電動機負荷時，會產生截流過電壓，需采用氧化鋅避雷器等過電壓保護措施。

UN、USN分別為斷路器和電網的額定電壓（kV）；IN、Imax分別為斷路器的額定電流和電網的最大負荷電流（A）。2.額定電壓和電流選擇3.開斷電流選擇高壓斷路器的額定開斷電流INbr是指在額定電壓下能保證正常開斷的最大短路電流，它是表征高壓斷路器開斷能力的重要參數。高壓斷路器在低于額定電壓下，開斷電流可以提高，但由于滅弧裝置機械強度的限制，故開斷電流仍有一極限值，該極限值稱為極限開斷電流，即高壓斷路器開斷電流不能超過極限開斷電流。額定開斷電流應包括短路電流周期分量和非周期分量，而高壓斷路器的INbr是以周期分量有效值表示，并計入了20%的非周期分量。一般中小型發電廠和變電站采用中、慢速斷路器，開斷時間較長（≥0.1s），短路電流非周期分量衰減較多，可不計非周期分量影響，采用起始次暫態電流

校驗，即(6-8)在中大型發電廠（125MW及以上機組）和樞紐變電站使用快速保護和高速斷路器，其開斷時間小于0.1s，當在電源附近短路時，短路電流的非周期分量可能超過周期分量的20%，需要用短路開斷計算時間

，對應的短路全電流

進行校驗，即（6-9）

Ipt為開斷瞬間短路電流周期分量有效值，當開斷時間小于0.1s時，Ipt≈I″（A）；

Ta為非周期分量衰減時間常數，Ta=x∑/r∑（rad），其中的x∑，r∑分別為電源至短路點的等效總電抗和總電阻。4.短路關合電流的選擇在斷路器合閘之前，若線路上已存在短路故障，則在斷路器合閘過程中，動、靜觸頭間在未接觸時即有巨大的短路電流通過（預擊穿），更容易發生觸頭熔焊和遭受電動力的損壞；且斷路器在關合短路電流時，不可避免地在接通后又自動跳閘，此時還要求能夠切斷短路電流，因此，額定關合電流是斷路器的重要參數之一。為了保證斷路器在關合短路時的安全，斷路器的額定短路關合電流iNcl不應小于短路電流最大沖擊值ish，即5.短路熱穩定和動穩定校驗校驗式為6.發電機斷路器的特殊要求（1）額定值方面的要求。發電機斷路器要求承載的額定電流特別高，而且開斷的短路電流特別大，這都遠超出相同電壓等級的輸配電斷路器。（2）開斷性能方面的要求。發電機斷路器應具有開斷非對稱短路電流的能力，其直流分量衰減時間可達133ms，還應具有關合額定短路電流的能力，該電流峰值為額定短路開斷電流有效值的2.74倍，以及要具有開斷失步電流等能力等。（3）固有恢復電壓方面的要求。因為發電機的瞬態恢復電壓是由發電機和升壓變壓器參數決定的，而不是由系統決定的，所以其瞬態恢復電壓上升率取決于發電機和變壓器的容量等級，等級越高，瞬態恢復電壓上升得越快。隔離開關一般配有電動及手動操作機構，單相或三相操作，它需與斷路器配套使用。但隔離開關無滅弧裝置，不能用來接通和切斷負荷電流和短路電流。二、隔離開關的選擇隔離開關與斷路器相比，在額定電壓、電流的選擇及短路動、熱穩定校驗的項目相同。但由于隔離開關不用來接通和切除短路電流，故無需進行開斷電流和短路關合電流的校驗。隔離開關的型式較多，按安裝地點不同，可分為屋內式和屋外式，按絕緣支柱數目又可分為單柱式、雙柱式和三柱式，此外還有V形隔離開關。隔離開關的工作特點是在有電壓、無負荷電流情況下，分、合線路。其主要功能為：（1）隔離電壓。在檢修電氣設備時，用隔離開關將被檢修的設備與電源電壓隔離，以確保檢修的安全。（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，協同操作完成。（3）分、合小電流。因隔離開關具有一定的分、合小電感電流和電容電流的能力，故一般可用來進行以下操作：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；關合電容電流不超過5A的空載線路。互感器是電力系統中測量儀表、繼電保護等二次設備獲取電氣一次回路信息的傳感器。互感器將高電壓、大電流按比例變成低電壓（100、

V）和小電流（5、1A），其一次側接在一次系統，二次側接測量儀表與繼電保護裝置等。

為了確保工作人員在接觸測量儀表和繼電保護裝置時的安全，互感器的每一個二次繞組必須有一可靠的接地，以防繞組間絕緣損壞而使二次部分長期存在高電壓。一、電磁式電流互感器

電磁式電流互感器工作原理與變壓器相似。其特點有：（1）一次繞組串聯在電路中，并且匝數很少，故一次繞組中的電流完全取決于被測電路的負荷電流，而與二次電流大小無關；第三節

互感器的原理及選擇（2）電流互感器二次繞組所接儀表的電流線圈阻抗很小，所以正常情況下，電流互感器在近于短路狀態下運行。電流互感器的額定電流比Ki為

（6-10）I1N、I2N分別為一、二次繞組的額定電流；

N1、N2分別為一、二次繞組的匝數。

1.電流互感器的誤差電流互感器的等值電路及相量圖如圖6-1所示。圖中二次繞組阻抗Z2（x2′，r2′）、負荷阻抗Z2L（x2L′、r2L′）和二次側電動勢

、電壓

、電流

的數值均是歸算到一次側的值。圖6-1電流互感器（a）等值電路；（b）相量圖（a）等值電路；（b）相量圖鐵心中合成磁動勢

，可得（6-11）

可見，由于互感器存在勵磁損耗，使一次電流

與二次電流在數值上和相位上均有差異。這種誤差通常用電流誤差fi和相位差

表示。電流誤差

fi的定義為（6-12）從相量圖可知，

，而相位差

通常很小，則可得（6-13）可見，電流互感器的誤差可用勵磁磁動勢

I0N1來表示。當相量圖中的

N1用

N1/I1N1表示時，則

N1/I1N1在橫軸上的投影就是電流誤差，在縱軸上的投影就是相位差。

需要強調的是電流互感器在運行時，二次繞組嚴禁開路。二次繞組開路時，電流互感器由正常短路工作狀態變為開路工作狀態，

，勵磁磁動勢由正常為數甚小的

驟增為I1N1

，鐵心中的磁通波形呈現嚴重飽和的平頂波，因此二次繞組將在磁通過零時，感應產生很高的尖頂波電動勢，其值可達數千甚至上萬伏（與Ki及I1大小有關），危及工作人員的安全和儀表、繼電器的絕緣。由于磁感應強度驟增，會引起鐵心和繞組過熱。此外，在鐵心中還會產生剩磁，使互感器準確級下降。根據電磁感應定律、磁動勢方程和二次側回路方程，代入式（6-13）可得(6-14)

由式（6-14）可見，電流互感器的電流誤差及相位差決定于互感器鐵心及二次繞組的結構，同時又與互感器的運行狀態（二次負荷Z2L及運行中鐵心的值）有關。由于磁化曲線的非線性，為了減小誤差，通常電流互感器按制造廠家設計的額定參數運行時，鐵心的磁感應強度不大，即在額定二次負荷下，一次電流為額定值時，接近最大值。（1）測量用電流互感器的準確級。

測量用電流互感器有一般用途和特殊用途（S類）兩類。對于工作電流變化范圍較大的線路及高壓、超高壓電網中，推薦采用帶有S類測量級二次繞組的電流互感器。表6-4所示為測量用電流互感器在規定的二次負荷變化范圍為（0.25~1）S2N時的準確級和誤差限值。2.電流互感器的準確級表6-4測量用電流互感器準確級和誤差（a）等值電路；（b）相量圖準確級電流誤差（±%）在下列一次額定電流（%）時相位差（±’）在下列一次額定電流（%）時1520100R1201520100R1200.2S0.5S0.751.50.350.750.20.50.20.530901545103010300.10.20.510.40.751.53.00.20.350.751.50.10.20.51.0153090180815459051030603在(50-120)%額定電流時，電流誤差為±3%，相位差不作規定5在（50-120%）額定電流時，電流誤差為±5%，相位差不作規定1）P類電流互感器。

通常220kV及以下系統，一般保護宜選用不考慮瞬態誤差而只保證穩態誤差的穩態保護用電流互感器（P類）。

它的誤差有兩條要求：一是額定一次電流和額定二次負荷下的電流誤差和相位差不超過規定值；二是在額定準確限值一次電流下的復合誤差不超過規定限值。

復合誤差ε定義為二次電流瞬時值

（已歸算到一次側）與一次電流瞬時值I1

之差的有效值，通常以一次電流有效值I1的百分數表示，即（2）保護用電流互感器的準確級。保護用電流互感器按用途可分為穩態保護用（P）和暫態保護用（TP）兩類。穩態用的P類常用的包括P、PR類型。其中PR類是一種限制剩磁系數的“低剩磁保護級”電流互感器，常用于220kV變壓器差動保護和100~200MW發電機變壓器組及大容量電動機差動保護用的電流互感器。

電流互感器的準確級常用的有5P、10P和5PR、10PR。標準規定：復合誤差等于準確級限值的一次短路電流稱為額定準確限值一次電流。而額定準確限值一次電流與額定一次電流的比值，稱為額定準確限值系數，該系數標準值為：5，10，15，20，30等，如某電流互感器的保護準確級表示為5P或10P，而在誤差限值之后可緊接著標出額定準確限值系數，如5P15與10P20中的15和20。

P類穩態保護電流互感器的誤差限值如表6-5所示。表6-5P類穩態保護電流互感器的誤差限值（a）等值電路；（b）相量圖準確級電流誤差（±%）相位差（±′）復合誤差（%）在額定準確限值一次電流下在額定一次電流下5P，5PR10P，10PR1.03.060—5.010.02）TP類電流互感器。

暫態保護用TP類電流互感器的準確級常用的有TPX、TPY、TPZ三個級別，且TP類電流互感器的鐵心比P類的鐵心截面大許多倍，才能保證在瞬態過程中有一定的準確度。

TPX級暫態保護型電流互感器在其環形鐵心中不帶氣隙，由于是閉合鐵心，靜態剩磁較大，在短路暫態過程中，特別是在重合閘后的重復勵磁下，鐵心容易飽和，致使二次電流畸變，暫態誤差顯著增大，故超高壓系統主保護一般不采用TPX級，但因價廉，可用于某些后備保護。

TPY級互感器的鐵心帶有小氣隙，氣隙長度約為磁路平均長度的0.05%，由于氣隙使鐵心不易飽和，有利于直流分量的快速衰減，與TPX級電流互感受器相比，穩態誤差略高，采用相應措施可達到同時滿足穩態與暫態誤差要求。因而，它在330~500kV線路保護、高壓側為330~500kV的降壓變壓器差動保護和300MW及以上發電機變壓器組差動保護等回路中得到了最廣泛的應用。

TPZ級互感器的鐵心有較大氣隙，氣隙長度約為磁路平均長度的0.1%，由于鐵心氣隙較大，一般不易飽和，可顯著改善互感器暫態特性，因此特別適合于有快速重合閘（無電流時間間隙不大于0.3S）的線路上使用。TPZ級互感器通常適用于僅反應交流分量的保護，由于不保證低頻分量誤差及勵磁阻抗低，一般不宜用于主設備保護和斷路器失靈保護。

TP類暫態保護電流互感器誤差限值如表6-6所示。準確級電流誤差（%）相位差（’）在準確限值條件下最大峰值瞬時誤差（%）在額定一次電流下TPXTPYTPZ±0.5±1±1±30±60180±18101010*表6-6TP類暫態保護電流互感器誤差限值（1）種類和型式的選擇。應根據安裝地點（如屋內、屋外）和安裝方式（如穿墻式、支持式、裝入式等）選擇其型式：

3~20kV屋內配電裝置的電流互感器，應采用瓷絕緣或樹脂澆注絕緣結構；

35kV及以上配電裝置宜采用油浸瓷箱式絕緣結構的獨立式電流互感器；

有條件安裝于斷路器或變壓器瓷套管內，且準確級滿足要求時，應采用價廉、動熱穩定性好的套管式電流互感器。3.電流互感器的選擇當一次電流較小（在400A及以下）時，宜優先采用一次繞組多匝式，以提高準確度；220kV及以上電壓等級或采用微機監控系統時，二次額定電流宜采用1A。而強電系統均采用5A。（2）一次回路額定電壓和電流的選擇。一次回路額定電壓UN和電流I1N應滿足測量用電流互感器的一次額定電流不應低于回路正常最大負荷電流，且應盡可能比電路中的正常工作電流大1/3左右，以保證測量儀表在正常運行時，指示在刻度標尺的3/4最佳位置，并且過負荷時能有適當指示。（3）準確級和額定容量的選擇。

為了保證測量儀表的準確度，互感器的準確級不得低于所供測量儀表的準確級。對測量精度要求較高的大容量發電機和變壓器、系統干線、發電企業上網電量、電網或供電企業之間的電量交換的關口計量點宜用0.2級；裝于重要回路（如中小型發電機和變壓器、調相機、廠用饋線、有收費電能計量的出線等）中的互感器的準確級采用0.2~0.5級；

對供運行監視、100MW及以下發電機組的廠用電、較小用電負荷以及供電企業內部考核經濟指標分析的電能表和控制盤上儀表的電流互感器應為0.5～1級。當所供儀表要求不同準確級時，應按相應最高級別來確定電流互感器的準確級。表6-7所示儀表與配套的電流互感器的準確等級。表6-7儀表與配套的電流互感器的準確等級指示儀表計量儀表儀表準確等級電流互感器準確等級儀表準確等級電流互感器準確等級有功功率表無功功率表0.51.01.52.50.50.51.01.00.20.51.02.01.02.02.03.00.10.2或0.2S0.5或0.5S0.5或0.5S電流互感器的額定容量S2N：是指電流互感器在額定二次電流I2N和額定二次阻抗Z2N下運行時，二次繞組輸出的容量，S2N=I22NZ2N。由于電流互感器的額定二次電流為標準值，為了便于計算，廠家常提供電流互感器的Z2N值。互感器按選定準確級所規定的額定容量S2N應大于或等于二次側所接負荷

即（6-15）ra、rre分別為二次側回路中所接儀表和繼電器的電流線圈電阻（忽略電抗）；

rc為接觸電阻，一般可取0.1Ω；rL為連接導線電阻。代入，得到在滿足電流互感器準確級額定容量要求下的二次導線的允許最小截面為（6-16）

S、Lc分別為連接導線截面（mm2）和計算長度（m）；ρ為導線的電阻率，銅ρ=1.75×10-2Ω·mm2/m。

式（6-16）中Lc與儀表到互感器的實際距離L及電流互感器的接線方式有關。圖6-2為電流互感器常用接線方式。圖6-2（a）用于對稱三相負荷時，測量一相電流，Lc=2L；圖6-2（b）為星形接線，可不計中性線電流，Lc=L，由于導線計算長度小，測量誤差小，常用于110kV及以上線路和發電機、變壓器等重要回路；圖6-9F－C回路的啟動電流持續時間與熔斷器額定電流選擇配合曲線1、2、3－電動機的3種啟動電流-時間曲線；4、5－熔斷器的2種電流時間-特性曲線；6－接觸器的綜合保護反時限特性曲線

圖6-2（c）為不完全星形接線，常用于35kV及以下電壓等級的不重要出線，按回路的電壓降方程，可得

。圖6-2電流互感器與測量儀表接線圖（a）單相接線；（b）星形接線；（c）不完全星形接線工程上，二次連接導體均采用多芯電纜。按相關規定，芯線截面為1.5~2.5mm2者，每根電纜芯數不宜超過24芯，4.0~6.0mm2者，每根電纜芯數不宜超過10芯，即芯線截面越大，必增加電纜根數，給安裝運行帶來不便。當為減少電纜根數需要減少芯線截面而又不增加電流互感器的誤差時，可采用下述措施：

1）將同一電流互感器的兩個二次繞組同名端順向串聯。2）將電流互感器二次側接線方式由不完全星形改為完全星形，差電流接線改為不完全星形接線。3）采用額定二次負荷較大的電流互感器或低功耗的儀表與保護設備等。4）選用具有多個二次繞組的電流互感器，轉移部分二次負荷。（1）種類和型式的選擇。

1）只對本身帶有一次回路導體的電流互感器進行熱穩定校驗。電流互感器熱穩定能力常以1s允許通過的熱穩定電流It或一次額定電流I1N的倍數Kt來表示，熱穩定校驗式為（6-17）(4）熱穩定和動穩定校驗2）動穩定校驗包括由同一相的電流相互作用產生的內部電動力校驗，以及不同相的電流相互作用產生的外部電動力校驗。顯然，多匝式一次繞組主要經受內部電動力；單匝式一次繞組不存在內部電動力，則電動力穩定性為外部電動力決定。內部動穩定校驗式為（6-18）

ies、Kes分別為電流互感器的動穩定電流及動穩定電流倍數，由制造廠提供。

外部動穩定校驗式為（6-19）

Fal為作用于電流互感器瓷帽端部的允許力，由制造廠提供；L為電流互感器出線端至最近一個母線支柱絕緣子之間的跨距；a為相間距離；0.5為系數，表示互感器瓷套端部承受該跨上電動力的一半。此外，選用母線型電流互感器時，應注意校核窗口尺寸。電磁式電壓互感器的工作原理和變壓器相同，其特點是：（1）容量很小，類似一臺小容量變壓器，但結構上要求有較高的安全系數；（2）二次側儀表和繼電器的電壓線圈阻抗大，電壓互感器在近于空載狀態下運行。二、電壓互感器1.電磁式電壓互感器電壓誤差

定義為(6-20)其中，額定電壓比Ku=U1N/U2N。相位差

定義為

超前于

時取正值。通常

很小，

和

可用電壓降

分別在圖6-4中所示的坐標水平軸和垂直軸上的投影與

的比值表示，即圖6-4電壓互感器相量圖(6-21)

(6-22)表6-9電壓互感器的準確級和誤差限值用途準確級誤差限值適用運行條件電壓誤差（±%）相位差（±′）一次電壓變化范圍頻率變化范圍功率因數及二次負荷范圍測量0.10.20.5130.10.20.51.03.05102040不規定（0.8～1.2）U1N(0.99~1.01)fN

（0.25～1）

保護3P6P3.06.0120240（0.05～1）U1N(0.96~1.02)fN

剩余繞組6P6.0240電磁式電壓互感器分類：按安裝地點分為屋內和屋外式；按相數分為單相和三相式，只有20kV以下才有三相式；按絕緣分為澆注式、油浸式和SF6氣體絕緣式。澆注式用于3～35kV，油浸式主要用于110kV及以上。油浸式電壓互感器按其結構可分為普通式和串級式，3～35kV均制成普通式，需經隔離開關和熔斷器接入高壓電網。110kV及以上的制成串級結構，其特點是：繞組和鐵心采用分級絕緣，同時繞組和鐵心放在瓷套中，運行可靠性高，電壓互感器只經隔離開關接入高壓電網。

SF6氣體絕緣電壓互感器一般為110kV及以上與GIS配套使用。電磁式電壓互感器的勵磁特性為非線性特性，在35kV及以下的電力系統中性點偏移、瞬間電弧接地或進行倒閘操作的激發下，都可能與電力系統分布電容形成鐵磁諧振。為此，應采取必要的消諧措施，如在電壓互感器零序電壓線圈的端口接入電阻或專用電子消諧裝置等。2.電容式電壓互感器電容式電壓互感器的結構原理如圖6-5所示。電容式電壓互感器實質上是一個電容分壓器，在被測裝置的相和地之間接有電容器C1和C2，在電容器C2上的電壓為（6-23）圖6-5電容式電壓互感器（a）原理圖；（b）等效電路圖；（c）相量圖電容式電壓互感器的等效電路及相量圖如圖6-5(b)、(c)所示。為簡化分析，不計R1、R2’和

，則由于

，

，即

滯后

90o，而

超前

90o，則電壓

滯后

90o，即

，則圖6-5電容式電壓互感器（b）等效電路圖；（c）相量圖電容式電壓互感器的誤差除受U1、Z2L和

的影響外，還與電源頻率有關，當系統頻率變化超出50±0.5Hz范圍時，會產生附加誤差。此外，由于電容器對溫度變化較為敏感，溫度變化也將帶來電壓誤差。3.電壓互感器選擇（1）電壓互感器的種類和型式。

1）在6～35kV屋內配電裝置中，一般采用油浸式或澆注式電壓互感器；

110～220kV配電裝置當容量和準確級滿足要求時，宜采用電容式電壓互感器，也可采用油浸式；

500kV均為電容式。

2）三相式電壓互感器投資省，但僅20kV以下才有三相式產品。三相五柱式電壓互感器廣泛用于3～15kV系統，而三相三柱式電壓互感器，為避免電網單相接地時，因零序磁通的磁阻過大，致使過大的零序電流燒壞電壓互感器，則電壓互感器的一次側三相中性點不允許接地，不能測量相對地電壓，故很少采用。3）用于接入精度要求較高的計費電度表時，可采用三個單相電壓互感器組或兩個單相電壓互感器接成不完全三角形（也稱V—V接線），而不宜采用三相式電壓互感器。（2）一次額定電壓和二次額定電壓的選擇。

電壓互感器一次繞組額定電壓U1N，應根據互感器的高壓側接線方式來確定其相電壓或相間電壓。電壓互感器二次繞組電壓通常是供額定電壓為100V的儀表和繼電器的電壓繞組使用。顯然，單相式電壓互感器單獨使用或接成V—V接線時，二次繞組電壓為100V，而接線方式為三相式的電壓互感器，其二次繞組電壓為

V，并可獲得相間電壓100V；電壓互感器剩余電壓繞組的電壓，當用于35kV及以下中性點不接地系統時為100/3V，110kV及以上中性點接地系統時為100V。（3）接線方式選擇。

1）一臺單相電壓互感器。用于110kV及以上中性點接地系統時，測量相對地電壓；用于35kV及以下中性點不接地系統時，只能用于測量相間電壓，不能測量相對地電壓。

2）三相式電壓互感器（應用于3~15kV電壓等級）及三臺單相三繞組或四繞組電壓互感器構成YNynd11接線，或YNyd11接線（應用于各個電壓等級），其二次側星形繞組用于測量相間電壓或相對地電壓，需抽取同期并列電壓時b相或c相接地（y接線），否則為中性點接地（yn接線）；而剩余繞組d11三相首尾串聯接成開口三角形，在中性點不接地的電力系統中，供交流電網絕緣監視儀表與信號裝置使用，在中性點直接接地的電力系統中，供接地保護使用。

3）兩臺單相電壓互感器分別跨接于電網的UAB及UBC的線間電壓上，接成不完全三角形，廣泛應用在20kV以下中性點不接地的電網中，用來測量三個相間電壓，節省一臺電壓互感器（仍不能測量相對地電壓）。（4）容量和準確級選擇。

按照所接儀表的準確級和容量，選擇電壓互感器的準確級和額定容量。

電壓互感器的額定二次容量應大于電壓互感器的二次負荷，即S2N≥S2L，而二次負荷（6-25）電壓互感器三相負荷常不相等，為滿足準確級要求，通常以最大相負荷進行比較。計算電壓互感器各相的負荷時，必須注意電壓互感器和負荷的接線方式。

（1）母線。

除旁路母線外，一般工作及備用母線都裝有一組電壓互感器，用于同期、測量儀表和保護裝置。

旁路母線上裝設電壓互感器的必要性，要根據出線同期方式而定。當需用旁路斷路器代替出線斷路器實現同期操作時，則應在旁路母線裝設一臺單相電壓互感器供同期使用，否則，不必裝設。三、互感器在主接線中配置原則1.電壓互感器配置（2）線路。

35kV及以上輸電線路，當對端有電源時，為了監視線路有無電壓、進行同期和設置重合閘，裝有一臺單相電壓互感器。（3）發電機。一般裝2～3組電壓互感器。一組（三只單相、雙繞組）供自動調節勵磁裝置，另一組供測量儀表、同期和保護裝置使用。采用三相五柱式或三只單相接地專用互感器，其開口三角形供發電機在未并列之前檢查是否有接地故障之用。當電壓互感器負荷太大時，可增設一組不完全星形連接的電壓互感器，專供測量儀表使用。大、中型發電機中性點常接有單相電壓互感器，用于100%定子接地保護。（4）變壓器。變壓器低壓側有時為了滿足同期或繼電保護的要求，設有一組電壓互感器。（1）為了滿足測量和保護裝置的需要，在發電機、變壓器、出線、母線分段及母聯斷路器、旁路斷路器等回路中均設有電流互感器。對于中性點直接接地系統，一般按三相配置；對于中性點非直接接地系統，依據保護、測量與電能計量要求按二相或三相配置。2.電流互感器的配置（2）保護用電流互感器的裝設地點應按盡量消除主保護裝置的死區來設置。如有兩組電流互感器，應盡可能設在斷路器兩側，使斷路器處于交叉保護范圍之中。（3）為了防止電流互感器套管閃絡造成母線故障，電流互感器通常布置在斷路器的出線側或變壓器側，即盡可能不在緊靠母線側裝設電流互感器。（4）為了減輕內部故障對發電機的損傷，用于自動調節勵磁裝置的電流互感器應布置在發電機定子繞組的出線側。為了便于分析和在發電機并入系統前發現內部故障，用于測量儀表的電流互感器宜裝在發電機中性點側。新型互感器大致可分為兩類：一是電子式互感器；二是光電式互感器。電子式互感器的傳感原理與傳統互感器相同，即應用變壓器原理、分壓器原理，有的也用霍爾效應。與傳統互感器的區別只是它的傳感部分不傳送功率而只送信號，再由電子放大器放大后送到負荷，它依靠光導纖維傳遞光信號，并作為互感器高低壓側之間的絕緣。四、新型高壓互感器光電式電流互感器的原理是：利用材料的磁光效應或電光效應，將電流的變化轉換成激光或光波，經過光通道傳送到低壓側，再轉變成電信號經放大后供儀表和繼電器使用。當分裂電抗器用于發電廠的發電機或主變壓器回路時，Imax一般按發電機或主變壓器額定電流的70%選擇；而用于變電站主變壓器回路時，Imax取兩臂中負荷電流較大者，當無負荷資料時，一般也按主變壓器額定容量的70%選擇。一、額定電壓和額定電流的選擇

第四節

限流電抗器的選擇

二、電抗百分值的選擇（1）按將短路電流限制到要求值來選擇。設要求將經電抗器后的短路電流限制到I″，則電源至電抗器后的短路點的總電抗標么值

（基準電流Id、基準電壓Ud）。設電源至電抗器前的系統電抗標么值是

，則所需電抗器的電抗標么值。以電抗器額定參數（UN

、IN

）下的百分值電抗表示，則應選擇電抗器的電抗百分值為（6-26）1.普通電抗器電抗百分值的選擇（2）電壓損失校驗。

正常運行時電抗器的電壓損失ΔU%不得大于額定電壓的5%，考慮到電抗器電阻很小，且ΔU％主要是由電流的無功分量Imaxsin產生，則（6-27）（3）短路時母線殘壓校驗。若出線電抗器回路未設置速斷保護，為減輕短路對其他用戶的影響，當線路電抗器后短路時，母線殘壓ΔUre%應不低于電網電壓額定值的60%～70%，即（6-28）（1）按將短路電流限制到要求值來選擇。采用分裂電抗器限制短路電流所需的電抗器電抗百分值xL%可按普通電抗器百分值公式計算，但因分裂電抗器產品系按單臂自感電抗xL1%標稱的電抗值，所以應按設計中可能的運行方式進行換算，以求出待選定電抗器的xL%值。xL1%與xL%的關系決定于電源連接方式和限制某一側短路電流有關，如圖6-7（a）所示。2.分裂電抗器電抗百分值的選擇圖6-7分裂電抗器僅當3側有電源，1（或2）側短路時，有（6-29）當1、2側均有電源，3側短路時，有（6-30）

f

為分裂電抗器的互感系數，如無廠家資料，取f=0.5。（2）電壓波動檢驗。

I、

II段母線電壓的百分值分別為：（6-33）（6-34）

正常運行時，要求兩臂母線的電壓波動不大于母線額定電壓的5%。（3）短路時殘壓及電壓偏移校驗。設I段母線故障，短路電流為Ik，則分裂電抗器電源側的殘壓百分值

及非故障母線II段上的電壓百分值

可用下式計算（6-35）同理，II段母線故障時的

及

與式（6-35）類似。要求殘壓不低于60%~70%，非故障母線殘電壓為繼電保護的過電壓整定值提供依據。普通電抗器和分裂電抗器的動、熱穩定校驗相同，即均應滿足：

分裂電抗器除分別按單臂流過短路電流校驗外，還應按兩臂同時流過反向短路電流進行動穩定校驗。三、熱穩定和動穩定校驗一、型式選擇按安裝條件及用途選擇不同類型高壓熔斷器，如屋外跌開式、屋內式。對用于F—C回路及保護電壓互感器的高壓熔斷器應選專用系列。二、額定電壓和額定電流選擇

對于一般的高壓熔斷器，其額定電壓UN必須大于或等于電網的額定電壓USN。但是對于充填石英砂有限流作用的熔斷器，則不宜使用在低于熔斷器額定電壓的電網中。1.額定電壓選擇第五節

高壓熔斷器的選擇（1）熔管額定電流的選擇。

為了保證熔斷器殼不致損壞，高壓熔斷器的熔管額定電流

應大于或等于熔體的額定電流

，即（6-36）2.額定電流的選擇（2）熔體額定電流選擇。為了防止熔體在通過變壓器勵磁涌流和保護范圍以外的短路及電動機自啟動等沖擊電流時誤動作，保護35kV及以下電力變壓器的高壓熔斷器，其熔體的額定電流應根據電力變壓器回路最大工作電流Imax按下式選擇

（6-37）K為可靠系數，不計電動機自啟動時K=1.1～1.3，考慮自啟動K=1.5～2.0。保護電力電容器的高壓熔斷器的熔體，當系統電壓升高或波形畸變引起回路電流涌流時不應熔斷，其熔體的額定電流應根據電容器的回路的額定電流

ICN按下式選擇

（6-38）

K為可靠系數，對限流式高壓熔斷器，當一臺電力電容器時K=1.5～2.0，當一組電力電容器時K=1.3～1.8。校驗式為（6-39）對于沒有限流作用的熔斷器，用沖擊電流的有效值Ish進行校驗，對于有限流作用的熔斷器，采用I″進行校驗。三、開斷電流和選擇性校驗1.開斷電流校驗為了保證前后兩級熔斷器之間或熔斷器與電源（或負荷）保護裝置之間動作的選擇性，應進行熔體選擇性校驗。各種型號熔斷器的熔體熔斷時間可由制造廠提供的安秒特性曲線上查出。保護電壓互感器用的高壓熔斷器，只需按額定電壓及斷流容量兩項來選擇。當短路容量較大時，可考慮在熔斷器前串聯限流電阻。2.選擇性校驗四、F—C回路中高壓熔斷器特性曲線的配合用于F—C回路專用的限流式高壓熔斷器，除應滿足上述熔斷器選擇與校驗的基本條件外，還必須依據F—C回路的大電流、極高的限流特性和快速切除的要求，通過對回路負荷的啟動電流曲線與熔斷器特性曲線的合理配合，選定高壓熔斷器。圖6-9是采用雙對數座標系繪制的F—C回路啟動電流持續時間與熔斷器額定電流選擇配合曲線。通常，熔斷器額定電流不得小于電動機額定電流的1.3倍。一、導體選型導體通常由銅、鋁、鋁合金制成。載流導體一般使用鋁或鋁合金材料。

純鋁的成型導體一般為矩形、槽形和管形；

鋁合金導體有鋁錳合金和鋁鎂合金兩種，形狀均為管形，鋁錳合金載流量大，但強度較差，而鋁鎂合金載流量小，但機械強度大，其缺點是焊接困難，因此使用受到限制；

銅導體只用在持續工作電流大，且出線位置特別狹窄或污穢對鋁有嚴重腐蝕的場所。（1）材料第六節

裸導體的選擇硬導體截面常用的有矩形、槽形和管形。矩形單條截面最大不超過1250mm2，以減小集膚效應，大電流使用時，可將2～4條矩形導體并列使用，矩形導體一般只用于35kV及以下、電流在4000A及以下的配電裝置中；槽形導體機械強度好，載流量大，集膚效應系數較小。一般用于4000～8000A的配電裝置中；管形導體集膚效應系數小、機械強度高、用于8000A以上的大電流母線或要求電暈放電電壓高的110kV及以上的配電裝置中。(2）導體截面形狀矩形導體的散熱和機械強度與導體布置方式有關。

三相系統平行布置時，若矩形導體的長邊垂直布置(豎放)方式，散熱較好，載流量大，但機械強度較低，若矩形導體的長邊呈水平布置(平放)，與前者則相反。因此，導體的布置方式應根據載流量的大小、短路電流水平和配電裝置的具體情況而定。(3）導體布置方式軟導線常用的有鋼芯鋁絞線、組合導線、分裂導線和擴徑導線，后者多用于330kV及以上配電裝置。(4）軟導體二、導體截面選擇導體截面可按長期發熱允許電流或經濟電流密度選擇。對年負荷利用小時數大（通常指Tmax＞5000h），傳輸容量大，長度在20m以上的導體，如發電機、變壓器的連接導體其截面一般按經濟電流密度選擇。

對配電裝置的匯流母線通常在正常運行方式下，傳輸容量不大，故可按長期允許電流來選擇。1.按導體長期發熱允許電流選擇計算式為(6-40)

Imax為導體所在回路中最大持續工作電流（A）；Ia1為在額定環境溫度θ0=+25℃時導體允許電流（A）；

K為與實際環境溫度和海拔有關的綜合修正系數，見附表3，或用下式計算(6-41)2.按經濟電流密度選擇按經濟電流密度選擇導體截面可使年計算費用最低。不同種類的導體和不同的最大負荷利用小時數Tmax，將有一個年計算費用最低的電流密度，稱為經濟電流密度J。導體的經濟截面SJ為（6-42）各種鋁導體的經濟電流密度如圖6-10所示。

應盡量選擇接近上式計算的標準截面，為節約投資，允許選擇小于經濟截面的導體。按經濟電流密度選擇的導體截面還必須按式（6-40）進行檢驗。圖6-10經濟電流密度三、電暈電壓校驗110kV及以上裸導體，需要按晴天不發生全面電暈條件校驗，即裸導體的臨界電壓Ucr應大于最高工作電壓Umax。可不進行電暈校驗的最小導體型號及外徑，可從相關資料中獲得。在校驗導體熱穩定時，若計及集膚效應系數Kf的影響，由短路時發熱的計算公式可得到短路熱穩定決定的導體最小截面Smin

為（6-43）四、熱穩定校驗C為熱穩定系數，其值見表6-12；QK為短路熱效應（A2·s）。表6-12 不同工作溫度下裸導體的C值工作溫度(℃)4045505560657075808590硬鋁及鋁錳合金9997959391898785838281硬銅186183181179176174171169166164161五、硬導體的動穩定校驗各種形狀的硬導體通常都安裝在支柱絕緣子上，短路沖擊電流產生的電動力將使導體發生彎曲，因此，導體應按彎曲情況進行應力計算。而軟導體不必進行動穩定校驗。（1）單條矩形導體構成母線的應力計算。

導體最大相間計算應力

為（6-44）

fph為單位長度導體上所受相間電動力（N/m）；1.矩形導體應力計算

L為導體支柱絕緣子間的跨距（m）；

M為導體所受的最大彎矩（N·m），通常為多跨距、勻載荷梁，取M=fphL2/10，當跨距數等于2時，M=fphL2/8；

W為導體對垂直于作用力方向軸的截面系數（m3），在三相系統平行布置時，對于長邊為h、短邊為b的矩形導體，當長邊呈水平布置，每相為單條時，W取值為bh2/6（兩條時為bh2/3，三條時為bh2/2）；當長邊呈垂直布置，每相為單條時，W為b2h/6（兩條時為1.44b2h，三條時為3.3b2h）。導體最大相間應力

應小于導體材料允許應力

（硬鋁70×106Pa、硬銅140×106Pa），即（6-45）根據材料最大允許應力確定的滿足動穩定要求的絕緣子間最大允許跨距Lmax

為（6-46）為避免導體因自重而過分彎曲，所選跨距一般不超過1.5～2m。（2）多條矩形導體構成的母線應力計算。同相母線由多條矩形導體組成時，則母線滿足動穩定的條件為（6-47）相間應力

計算與單條導體的計算式相同，僅相間作用力的母線截面系數應采用多條組合導體的截面系數，而條間應力

為（6-48）

Mb為邊條導體所受彎矩；

為導體對垂直于條間作用力的截面系數，與導體放置方式無關；

Lb為條間襯墊跨距（m），參見圖6-11；

圖6-11雙條矩形導體（豎放）俯視圖

fb為單位長度導體上所受條間作用力（N/m），可分別按下式計算：同相由雙條導體組成時，認為相電流在兩條中平均分配，條間作用力為