电气高压电器和开关柜的选择.ppt

1、 高压电器和开关柜的选择 王 强 目 录一、高压电器和开关柜的选择条件二、高压电器及开关柜的种类三、高压电器及开关柜的选择要求划划一、高压电器和开关柜的选择条件一、高压电器和开关柜的选择条件 为保证高压电器及开关柜的可靠运行，高压电器及开关柜应按下列条件选择：1、按主要额定特性参数包括电压、电流、频率、开断电流等选择；2、按短路条件进行动稳定、热稳定校验；3、按承受过电压能力及绝缘水平选择；4、按环境条件，如温度、湿度、海拔等选择；5、按各类高压电器及开关柜的不同特点进行选择。二、高压电器及开关柜的种类二、高压电器及开关柜的种类 高压电器及开关柜包括断路器、负荷开关、隔离开关、熔断器、限流电抗

2、器、电流互感器、电压互感器、消弧线圈、接地变压器、接地电阻器、支柱绝缘子、穿墙套管以及高压开关柜和环网负荷开关柜等。导体包括高压电力电缆、高压配电装置的载流母线等。划划三、高压电器及开关柜的选择要求三、高压电器及开关柜的选择要求1 1、按工作条件选择、按工作条件选择1)按工作电压选择 选用的高压电器及开关柜，其额定电压应符合所在回路的系统标称电压，其高压开关柜的最高电压Umax应不小于所在回路的系统最高电压Uy，即 UmaxUy kV2)按工作电流选择 高压电器及导体的额定电流Ir不应小于该回路的最大持续工作电流Imax，即 Ir Imax A 高压开断电器没有连续过载的能力，在选择其额定电流

3、时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求。3)按开断电流选择 用短路电流校验开断设备的开断能力时，应选择在系统中流经开断设备的短路电流最大的短路点进行校验。划划A、高压断路器 高压断路器的额定开断电流，包括开断短路电流的交流分量有效值和开断直流分量百分比两部分构成。当短路电流中直流分量不超过交流分量幅值的20%时，可按开断短路电流的交流分量有效值选择断路器,满足下式要求：IscIsct Isc断路器额定短路开断电流交流分量有效值Isct断路器触头开始分离瞬间的短路电流交流分量有效值当短路电流中直流分量超过交流分量幅值的20%时，应分别按额定短路开断电流的交流分量有效值和开断直流分量百

4、分比选择；直流分量采用对交流分量幅值的百分数，可按下式计算：%dc=100e -（Top+Tr）/Top直流分量百分数对应于时间间隔等于断路器首先分闸极的最短分闸时间 ms，Tr额定频率的一个半波时间 ms；划划时间常数，msX/314R ms X：系统元件的电抗；R：系统元件的电阻；B、高压负荷开关 高压负荷开关能带负荷操作，但不能开断短路电流，因此其开断能力应按切断最大可能的过负荷电流来校验，即Ix Iomax式中Ix负荷开关的开断电流额定值，kA,Iomax负荷开关所在回路的最大可能过负荷电流，kA。C、高压熔断器 高压熔断器按开断电流选择时，需满足下式IscIbasym或IIsc熔断器

5、额定最大开断电流，kAIbasym不对称短路开断电流（短路全电流最大有效值），kAI 超瞬态短路电流有效值，Ka 划划4）高压电器的绝缘配合在正常运行条件下，高压电器的绝缘应能长期耐受设备的最高电压。5）按接线端子静态拉力选择所选用的高压电器接线端子的允许静态拉力额定值应大于电器引线在正常运行和短路时的最大作用力。10kV及以下为250N；35KV为500N；划划2 2、按环境条件选择高压电器及开关柜、按环境条件选择高压电器及开关柜1）环境温度高压电器的正常使用环境条件为周围空气温度不高于40，当周围温度高于或低于40 时，其额定电流应相应减少或增加。参考：当环境温度高于40 但不高于60，环

6、境温度每增高1 ，电流就减少额定电流1.8%；当环境温度低于40 时，环境温度每降低1 ，可相应增加额定电流0.5%，但其最大负荷不得超过额定电流的20%。2）环境湿度选择高压电器和导体用的相对湿度，应采用当地湿度最高月份的平均相对湿度。当超过一般产品标准湿度时，应采取改善环境的措施，如适当通风或增设除湿设备。3）高海拔地区的高压电器和导体高压电器设备正常使用环境的海拔不超过1000m。划划高海拔对电器原影响主要是温升和外绝缘的问题。当海拔增加时，空气密度降低，散时条件变坏，高压电器温升增加。但温度则随海拔的增加 而相应递减，其值足以补偿由于海拔增加对高压电器温升的影响。高压电器原额定电流可以

7、保持不变。海拔增加，由于空气稀薄，气压降低，空气绝缘强度减弱，海拔每升高100m，其外绝缘强度约降低1%。在海拔超过1000m的地区，可以通过采取加强保护或加强绝缘等措施，保证高压电器安全运行。随着海拔的增加，对导体载流量也有影响。4）选择高压电器及开关柜时应根据当地的地震烈度选用能够满足地震要求的产品。地震烈度高于7度的地区，宜取消变压器的滚轮及其轨道，并应固定在基础上；对开关柜等应采取螺栓固定或焊接方式安装；当地震烈度为8度或9度时，可将几个柜在重心位置连成整体。划划3 3、高压电器和导体的短路稳定校验、高压电器和导体的短路稳定校验1）短路稳定校验的一般要求A、高压电器和导体应进行动稳定和

8、热稳定校验。B、校验高压电器和导体的动稳定和热稳定时应计算的短路电流：校验高压电器和导体的动稳定时，应计算短路电流峰值；校验高压电器和导体的热稳定时，应计算短路电流交流分量在0、t/2 s和t s的数值，t为短路电流持续时间。校验断路器的开断能力时，应分别计算分闸瞬间的短路电流交流分量和直流分量。校验断路器的关合能力时，应计算短路电流峰值。校验非限流熔断器的开断能力时，应计算不对称短路开断电流值；校验限流熔断器的开断能力时，应计算短路电流交流分量初始值；校验后备熔断器的开断能力时，还应计算最小短路电流。C、短路型式选取校验高压电器和导体的动、热稳定以及高压电器的开断电流时，一般按三相短路校验。

9、划划D、系统计算时的运行方式与短路点选择确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式计算。对于不带电抗器的回路，短路点应选择在正常接线方式下短路电流为最大的地点；对于固定式开关柜带电抗器的10KV出线，隔板前的引线和套管应按短路点在电抗器前计算；隔板后的引线和电器一般按短路点在电抗器后计算。E、短路电流持续时间校验导体的热稳定时，短路电流持续时间宜采用主保护动作时间加相应断路器的分闸时间之和，当主保护有死区时应采用对该死区起作用的后备保护动作时间。校验电器的动稳定时，短路电流持续时间宜采用后备保护动作时间与断路器分闸之和。2）短路电流的电磁效应及导体的动稳定校验A、短路电流通过平行导

10、体产生的电磁效应 划划当平行导体中分别有电流i1和i2通过时，导体间的相互作用力F为F=0.2 Kx i1 i2(l/D)Nl平行导体长度,mD导体中心距离，mKx矩形载面导体的形状系数。B、短路电流通过硬母线产生的应力短路电流通过硬母线所产生的应力为 cM/WM短路电流产生的力矩，当跨数大于2时，MFk3l/10、当跨数等于2时，MFk3l/8；W母线截面系数，母线水平放置0.167bh2,竖放时为0.167hb2；C、按机械强度允许的最大跨距母线动稳定的一般要求 cm ycm短路时母线中的最大应力，y母线最大允许应力，硬铝为120MPa，硬铜为170MPa。D、按机械共振条件校验 划划为了

11、避免短路电动力的工频和2倍工频周期分量与母线的自振频率相近而引起共振的危险，对重要母线应使母线的自振频率限制在下列共振频率范围之外：对单条的母线为35135Hz;对多条的母线组及带有引下线的单条母线为35155Hz。3）短路电流的热效应及电器导体的热稳定校验A、短路电流在导体和电器中引起的热效应Qt=Qz+QfQt短路电流在导体和电器中引起的热效应Qz短路电流交流分量引起的热效应Qf短路电流直流分量引起的热效应。B、短路电流持续时间短路电流持续时间：t=tb+tfdtb主保护装置动作时间tfd断路器开断时间。划划C、按短路电流校验高压电器的热稳定高压电器能耐受短路电流流过时间内的热效应而不致损

12、坏，则认为该电气设备对短路电流是热稳定的，校验时应满足：QtIth2tthIth高压电器在tth时间内允许通过的短时耐受电流有效值；tth高压电器热稳定允许通过的短时耐受电流的短时耐受时间。D、按短路电流校验母线、电缆的热稳定母线、电缆热稳定允许的最小截面如下：Smin=(Qt)/c*103Qt短路电流的热效应c热稳定系数。4 4、选择高压及电器的其它要求、选择高压及电器的其它要求1）高压断路器真空断路具有体积小、可靠性高、可连续多次操作、开断性好、灭弧迅速、灭弧室不需检修、运行维护简单、无爆炸危险及噪声低等技术性能，近年在35KV及以下变电所中被广泛使用。划划六氟化硫断路器具有体积小、可靠性

13、高、开断性能好、燃弧时间短、不重燃、可开断异相接地故障、可满足失步开断要求等特点、多使用35KV系统中。高压断路器的分级：根据机械寿命、电寿命和重击穿概率划分。C1级断路器：在规定的型式试验验证容性电流过程中具有低的重击穿概率的断路器。C2级断路器：在规定的型式试验验证容性电流过程中具有非常低的重击穿概率的断路器。E1级断路器：不属于E2级断路器范畴内的、具有基本的电寿命的断路器。E2级断路器：设计成在其预期的使用寿命期间，主回路中开断的零件不要维修。E2级断路器仅适用于1KV以上、52KV以下的配电断路器使用。M1级断路器：不属于M2级断路器范畴内的、具有基本的机械寿命（2000次操作的机械

14、型式试验）的断路器。M2级断路器：用于特殊使用要求的频繁操作的、设计要求非常有限的维护且通过特定的型式试验（10000次操作的机械型式试验）验证的断路器。划划B、高压负荷开关高压负荷开关主要包括隔离负荷开关、通用负荷开关、专用负荷开关和特殊用途负荷开关。通用负荷开关的分级：E1级通用负荷开关：适用于配电系统的正常连续馈电，且不需要进行频繁开关操作的通用负荷开关。E2级通用负荷开关：不需要对主回路的开断部件检修或维修，且在预期的使用寿命期间。E3级通用负荷开关：具有频繁开合较大电流和较高频率关合短路能力的通用负荷开关。M1级通用负荷开关：具有1000次机械寿命的通用负荷开关。M2级通用负荷开关：

15、具有5000次延长的机械寿命的特殊使用场合的通用负荷开关。划划C、高压熔断器目前常用的高压熔断器分为三种：一般熔断器、后备熔断器及全范围熔断器。选择高压熔断器熔体时，应保证前后两级熔断器之间，熔断器与电源侧继电保护之间，以及熔断器与负荷侧继电保护之间动作的选择性。高压熔断器应能在最短的时间内切断故障，以防止熔断时间过长而加剧被保护电器的损坏。D、高压隔离开关和接地开关对于隔离开关开合容性和感性小电流的要求，目前国家标准正在考虑中，因此在变压器高压侧使用的隔离开关仅仅作为检修时的明显断开点。隔离开关和联装的接地开关之间，应设置机械连锁。划划5 5、高压开关柜及环网负荷开关柜选择的基本要求、高压开

16、关柜及环网负荷开关柜选择的基本要求1）高压开关柜高压开关柜分为半封闭式高压开关柜、金属封闭式高压开关柜及绝缘封闭式高压开关柜。335KV高压配电装置目前以选用金属封闭式高压开关柜为多数，金属封闭式开关柜又分为铠装式、间隔式和箱式三种类型。金属封闭式开关柜仍以空气绝缘为主，其型式仍为固定式和移出式两种。固定式高压开关柜结构简单，易于制造，相对成本较低。移出式开关柜采用组装结构，产品尺寸精度高，外形美观，且手车小型化，主开关可移至柜外，手车可互换，检修维护方便。2）环网负荷开关柜环网负荷开关柜与金属封闭式开关柜比较，具有体积小结构相对简单，运行维护工作量少，成本较低等优点，适用于10KV环网供电、

17、双电源供电和终端供电系统，亦可用于箱式变电站，在我国城市电网改造及小型变配电站得到广泛使用。划划环网负荷开关柜中多采用限流熔断器保护变压器，当变压器发生短路时，限流熔断器能在10ms内切除故障，其切断时间远远小于断路器的全开断时间。3）选择高压开关柜和环网负荷开关柜的一般要求根据使用要求和环境决定选用户内型或户外型开关柜；根据开关柜数量的多少，断路器的安装方式和对可靠性的要求，确定使用固定式还是手车式开关柜。选用开关柜应符合一、二次系统方案，满足继电保护、测量仪表、控制等配置及二次回路要求。开关柜的选择应力求技术先进、安全可靠、经济适用、操作维护方便，设备选择要注意小型化、标准化、无油化、免维护或少维护。开关柜还应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求。选择开关的操作机构时，要结合变电所操作电源情况确定；就操作方式而言，有电磁操作机构、弹簧操作机构和手动操作机构。高压开关柜及环网负荷开关柜内主要元件应按要求选择并校验。划划金属封闭开关设备按使用条件分为三个设计等级（即0类、1类设计和2类设计），它与使用条件下严酷度的三个等级相对应。高压开关柜及环网负荷开关柜内的高压电器，应按柜内的周围环境温度进行校验，当柜内环境温度高于电器设备的正常使用环境温度时，应降容使用。高压开关柜应具备五防措施，对可移开或可抽出部件应具有连锁功能。