电力系统设计第四讲——电气设备的选择(导线、电缆)

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第4章电器设备的选择

• 功能
– 通断正常负荷电流
QF
– 接通和承受一定的短路电流
– 在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。
– 同时承担着控制和保护双重任务
• 类型（按灭弧原理分）
– 油断路器：多油断路器、少油断路器 – 空气断路器
– 六氟化硫断路器
– 真空断路器
13
• 多油断路器：
–开关触头在绝缘油中闭合和断开。 –油兼有灭弧和绝缘功能，油量多，可频繁通
• 高压电气设备 • 低压电气设备
3
–按在电路中的位置分
• 一次回路
–也称主接线、一次电路、主电路。 –担负输送和分配电能任务的电路（变配电所中） –一次电路中的电气设备称一次设备。
• 二次回路
–凡用来控制、指示、测量一次设备运行的电路称二次回路（电路、接线)。
–二次回路通常接在互感器的二次侧， –二次回路中的电气设备称二次设备或二次元件。
17
LW8-40.5型户外交流高压六氟化硫断路器
18
19
• 真空断路器
–开关触头在真空容器内闭合和断开。 –稀薄空气灭弧能力强。 –开断速度高，开断能力强，属高速断路器。 –结构简单，重量轻，体积小。寿命长，易
维修。可频繁操作。无易燃易爆危险。 –由于开断速度高, 易产生截流过电压,对变
压器等感性负载易造成危害,应配置过电压吸收装置。 –在额定电压为３～10kV广泛应用
4
3、电力系统短路
• 短路定义
–电力系统中，相与相之间或相与地之间(对中性点直接接地系统）通过金属导体、电弧或其较小阻抗连结而形成的非正常状态
• 短路类型（右图）
5
• 短路的危害
–巨大的短路电流的热效应会使导体或电气设备发热，可能熔化导体，破坏绝缘。

第4章电线电缆及电器设备的选择课件

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建筑电气
第4章电线、电缆及电器设备的选择
聚氯乙烯绝缘线（通称塑料绝缘线）优缺点
优点：
这类电线绝缘性能良好，制造工艺简便，价格较低，不用棉纱和橡胶，室内明敷或穿管都可取代橡皮绝缘线，生产量大，应用广泛。
缺点：
是对气温适应性能较差，低温时易变硬发脆，高温或日光下绝缘老化较快，不宜室外敷设。
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第4章电线、电缆及电器设备的选择
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第4章电线、电缆及电器设备的选择
除此以外，在民用建筑中还常用一种塑料绝缘线，叫做聚氯乙烯绝缘和护套电线，它是在聚氯乙烯绝缘外层外再加上一层聚氯乙烯护套构成的，线芯分为单芯、双芯和三芯。电线的型号为BVV(铜芯)和BLVV(铝芯)。这种电线可以直接安装在建筑物表面，它具有防潮性能和一定的机械强度。广泛用于交流500V及以下的电气设备和照明线路的明敷设或暗敷设。
环境特征
线路敷设方法
绝缘线瓷珠、瓷夹板或铝皮卡子明敷
正常干燥环境绝缘线、裸线瓷瓶明配绝缘线穿管明敷或暗敷
2）居住建筑、幼儿园、福利院、医院等用电设备的配电线路。
3）有爆炸、火灾危险、潮湿、腐蚀、连接移动设备及八度抗震及以上设防的场所重要的公共建筑。
4）监测及控制回路。 5）应急系统包括消防系统的线路。 6）室外配电线路。

导线和电缆截面的选择课件

Q2 q2
0
r1+jx1 p2 p1
1
r2+jx2 p2
2
p1+jq1
p2+jq2
分段计算线路上总的电压损失为
图5.3.2
接有分散负载线路的电压损失
P1 P2 Q1 Q2 U % U 1 % U 2 % r r x1 x2 2 1 2 2 2 2 10U N 10U N 10U N 10U N
由此类推:若干线上有n个负载（n段）,则总的电压损失为：
几种特殊线路的电压损失
1. 若线路所接负载均为有功负荷，因其不存在无功功率，其电压损失为△U%=△UR%。 2. 线路的电抗很小可略去不计，如 50mm2 以下的电缆，此时△UX也为零，即△U=△UR。 3. 线路上接有均匀分布的负载，可以将分散的负载等效成一个接在这段线路中点上的集中负载，该负载功率为分散负载功率之和。
校验，直到所选截面满足允许电压损失的要求为止。
5.4 按经济电流密度选择导线和电缆截面
经济电流密度Jec与年最大负荷利用小时数有关，年最大负荷利用小时数越大，负荷越平稳，损耗越大，经济截面因而也就越大，经济电流密度就会变小。
按经济电流密度计算经济截面的公式为:
S ec I ca J ec
——线路的允许电压损失。
（3）由
导线的电导率）代入，可计算出导线或电缆的截面为：
S
r U R % 0 2 10U N
pi Li
i 1
n
，将 r0
1 （式中为 S
pL
i 1 i 2
n
i
10U N U R %
并根据此值选出相应的标准截面。（4）根据所选的标准截面及敷设方式，查出r0和x0，计算线路实际的电压损失，与允许电压损失比较。如不大于允许电压损失则满足要求，否则加大导线或电缆截面，重新

电力系统设计第四讲——电气设备的选择(导线、电缆)解析

FA FAB FAC 2 10
7
L (i A i B i B iC ) a
7
L (i A i B 0.5i A iC ) a

比较三相短路故障、两相短路故障情况下各相导体遭受短路电动力：
三相短路A相的最大电动力三相短路B相的最大电动力 FA max 1.616 10
2 kt
(W/m)
I R dt mc d
1 2 I dt A f Ai 2 kt S 0
2 QK I Kf dt 0 tk
tk
-------短路电流的热效应
c0 w A [ 2 ln(1 ) ]
0

1 QK Ai A f 2 S
S = Imax / J

注意：尽量选择接近的截面，若无合适规格的导体，
选小于经济截面的导体。按经济电流密度选择的导体截面，其允许电流必须大于导体的最大持续工作电流。
3）电晕电压校验对 110KV 以上的裸导体，按晴天不发生全面电晕条件校验： Ucr ≥ Umax

Ucr -----裸导体的临界电压

额定电压 UN ≥ UN S 额定电流 IN ≥ Imax
UN-------电器设备额定电压； UNS -------电网额定电压

IN -------电器设备在额定环境温度回路在各种合理运行方式下的最大持续
工作电流

当地环境条件校验
典型回路最大持续工作电流Imax的计算方法

5）硬导体的动稳定校验 σ≥σal
σ-----导体应力（Pa）
al
σ
-----导体材料允许应力（Pa）
单条矩形导体应力的计算

建筑电气第4章——电气设备及电线电缆选择

S M
PL 10 300 13.13mm2
C ΔU% C ΔU% 45.7 5%
查表4-3，采用铝线明敷，取C＝45.7，所以查附录常用绝缘导线允许载流量表，选用型号为 BLX的导线截面为16mm2，其载流流量为80A。
用发热条件来校验所选导线截面
IC
I' r

Ir
K

Ir

r r 40
Ir、I’r — 设备的额定电流及经温度修正后的允
许电流值 (A); θ— 实际环境温度,取最热月平均最高气温(℃); θr— 电器设备的额定温度,或载流导体的最高允许温度(℃);
Kθ —温度修正系数。当θ≤θr时,每降低1℃允许电流增加0.5％Ir，但总数不得超过20%;当 θ<θr≤60℃时,每增高1℃允许电流应减少 1.8%Ir。
开关触头在真空的容器内闭合和断开。灭弧能力强燃弧时间短，属高速断路器。开断能力强。结构简单，重量轻，体积小。寿命长，易维修。可频繁操作。无易燃易爆危险。
由于开断速度高, 易产生截流过电压,对变压器等感性负载易造成危害,应配置过电压吸收装置。
真空断路器的发展状况
目前国际上，真空断路器的设计、制造领域里逐步形成了以德国西门子公司为代表的空气绝缘产品和以ABB公司为代表的复合绝缘产品的两大派别。西门子公司的产品有3AF、3AG 及3AH等系列产品。ABB公司的代表产品有 VD4。
相应的电压损失计算公式为：
n
pC i Li
U% B i1 CS
例4-2 ：有一条从变电所引出的100m的供电干线，供电方式为树干式，干线上接有电压为 380V的三相异步电动机共24台，其中10kW 电动机20台，4.5kW电动机4台，干线敷设

电气设备的选择

应按过负荷确定（倍变压器额定电流）；母联断路器回路一般可取母线上最大一台
发电机或变压器的；母线分段电抗器的应为母线上最大一台发电机跳闸时，
保证该段母线负荷所需的电流，或最大一台发电机额定电流的 50%～80%；出线回路
的除考虑正常负荷电流外，还应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷。
按短路情况校验
1.主变断路器的选择与校验流过断路器的最大持续工作电流：
具体选择及校验过程如下：
（1）额定电压选择：
（2）额定电流选择：
A
选择 SW6-220/1200 型户外少油式断路器，技术数据如下表所示：
表技术数据表
型号
额定电压(kV)
额定电流（A）
极限
额定
热稳
通过
开断
定电
电流
电流
流
峰值
（kA）
（kA）
隔离开关的配置
（1)容量为 100MW 及以上大机组于双绕组变压器为单元连接时，发电机出口不装设隔离开关，但应有可拆连接点；
（2)接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组避雷器开关；（3)断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时隔离电源；（4)中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；
√
消弧线圈
√
√
×
×
×
母线
×
√
×
√
√
电缆、绝缘导线
√
√
×
×
√
续表
设备名称
电压/kV
电流/A
断流容量 /
短路电流效应检验
动稳定
热稳定
支持绝缘子
√
×
×
√
×

导线、电缆的选择原则和应用

第一节导线、电缆的选择
（三）按允许电压损失选择导线、电缆的截面导线上的电压损失应低于最大允许值，以保证供电质量。 2.对于感性负载（如电动机等）
AB P JS L B M C U % C U %
式中 B——校正系数，参见表4-4（73页）（四）、按机械强度校验导线、电缆的截面
正常工作状态下，导线应有足够的机械强度，以防断线，能够保证系统安全可靠地运行，见表4-5（73页）。
30米
2.5KW
2.5KW 2.5KW 2.5KW
BLX、BBLX和BLV型铝心绝缘线穿塑料管时的允许载流量（安）（导线正常最高允许温度为65℃）
导线、电缆的选择原则和应用
电压损失计算常数C
线路额定电压（伏）
380/220 380/220 220 110 36 36 24 12
线路系统及电流种类
带中性线的三相线路带中性线的二相线路交流单相或直流电路交流单相或直流电路三相三线线路交流或直流二线线路交流或直流二线线路交流或直流二线线路
导线、电缆的选择原则和应用
系数C值
铜线
铝线
75
45.7
33.3
20.3
12.56
7.66
3.14
1.92
0.74
0.44
0.34
0.21
0.15
0.091
第一节导线、电缆的选择
二、按允许温升选择导线截面
在最大允许连续负荷电流下，导线发热不超过线芯所允许的温度，不会因过热而引起导线绝缘损坏或加速老化。 1.导线和电缆必须满足的发热条件
按发热条件选择导线截面时，应使其允许载流量(允许持续
负荷电流)Ixu大于线路的计算电流Ij，

电气设备、电力线路及其选择教学(ppt 75页)

FU
4.3 高压一次设备
高压熔断器型号：
第4章电气设备
XR 限熔流断式器
N WT
户户变内外压
器
P设
互计
感序器号
额补定充电型压号
额定电流
断其流它容标量志
M.VA
用用
kV
A
第4章电气设备
4.3 高压一次设备
高压熔断器
高压熔断器的结构及工作原理
◆ RN1、RN2型户内高压管式熔断器
无灭弧装置
符号： QS
注意事项：不能带负荷操作
4.3 高压一次设备
高压隔离开关
第4章电气设备
◆G
型
N W设
号
户户计序
内外号
结
极其它标志：
额定
构额标定
限
G– 高原型
电
志电电
压
流
流
KV
A
KA
T— 统一设计 G– 改进型 C– 穿墙型
D– 带接地刀 W– 防污型
4.3 高压一次设备
4.3 高压一次设备
气体绝缘全封闭组合电器
SF6全封闭组合电器
第4章电气设备
运行在中国天生桥水电站的550kV GIS 运行在中国福建水口电站的550kV HGIS
4.3 高压一次设备
第4章电气设备
气体绝缘全封闭组合电器
柜式气体绝缘金属封闭开关设备(充气柜 C-GIS )
用于10～35kV或更高电压输配电系统以接受或分配电能并对系统实行控制、保护、测量、监视、通讯等功能的新型开关设备.
产生电弧的游离方式
产生电弧的根本原因：触头本身及触头周围的介质中含有大量可被

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FA FAB FAC 2 10
7
L (i A i B i B iC ) a
7
L (i A i B 0.5i A iC ) a

比较三相短路故障、两相短路故障情况下各相导体遭受短路电动力：
三相短路A相的最大电动力三相短路B相的最大电动力 FA max 1.616 10
导体短路开始（t=0s)温度θ
i
---短路故障切除（t=tk)温度θ
f
f
θ i---- Ai ---- Ai+ Qk/s2 ---- Af ----θ
根据θ
f
判断导体的热稳定性
短路电流热效应
QK = Qp + Qnp
Qp ---周期分量的热效应
t K “2 2 2 QP （I 10I t K I t K ） 12 2

目的 -----确定导体可能出现的最高温度，进而研究导体的热稳定性。

短时发热的特点

由于发热时间短，可认为电阻损耗产生的热量QR来不及散失，全部用于使导体温度升高所需的热量QW，即认为导体短时发热基本上是一个绝热的过程，且导体温度变化很大，电阻和比热容随温度而变化。
QR ＝ QW

额定电压 UN ≥ UN S 额定电流 IN ≥ Imax
UN-------电器设备额定电压； UNS -------电网额定电压
3、导体的长期发热
导体长期发热
-----导体长期通过工作电流时的发热过程。
目的
-----计算导体长期允许电流，研究提高导体长期允许电流的措施
热平衡方程：
QR = QW + QC＋Qr （W/m）

导体通过电流I后，导体的温度将由初始温度开始上升。导体由于电阻损耗产生的热量QR，一部分用于本身温度升高所需的热量QW，一部分以对流和辐射的形式散失到周围的介质中热量（QC＋Qr）。
2 kt
(W/m)
I R dt mc d
1 2 I dt A f Ai 2 kt S 0
2 QK I Kf dt 0 tk
tk
-------短路电流的热效应
c0 w A [ 2 ln(1 ) ]
0

1 QK Ai A f 2 S
I Rdt mcd F ( w o )dt
2
导体的温升变化曲线
（） ie s 1 e
τ-----导体的温升 τ=θ- θ0
t Tt t Tt
τ
τ
i
-----导体的初始温升
τ i =θ i -θ
0
-----导体的稳定温升 I 2R s F Tt-----导体的发热时间常数 mc Tt F
第四讲电气设备的选择
一、导体发热和短路电动力

1、导体发热及短路电动力的危害
电阻损耗、介质损耗、磁滞和涡流损耗----发热
短路电动力超过允许值----导体变形或损坏

2、导体最高允许发热温度

正常最高允许工作温度主要决定于系统接触电阻的大小。一般裸导体＋70℃计及太阳辐射影响时的钢芯铝绞线、管形导体按照80℃；导体接触面镀锡85℃。短时最高允许温度主要决定于短时发热过程中导体机械强度的大小、介质绝缘强度的大小。硬铝及铝锰合金＋200℃，硬铜300℃。钢构的最高允许温度人可触及的钢构为70℃，人不可触及的钢构为100℃，混凝土中的钢筋为80℃
F -----两平行载流导体间的电动力（N）；
Kf -----导体截面形状系数，对圆形导体，形状系数Kf ＝1，矩形或槽形导体的形状系数可查曲线或查表获得； L ----- 导体的长度（m）； i1 、i2-----分别通过两导体的电流（A）
三相导体短路的电动力
FB FBA FBC 2 10
s
导体的长期发热的特点

1）导体通过电流I后，温度开始升高，经过（3～4）倍Tt(时间常数)，导体达到稳定发热状态；

2）导体升温过程的快慢取决于导体的发热时间常数，即与导体的吸热能力成正比，与导体的散热能力成反比，而与通过的电流大小无关；
3）导体达到稳定发热状态后，由电阻损耗产生的热量全部以对流和辐射的形式散失掉，导体的温升趋于稳定，且稳定温升与导体的初始温度无关。
7
L 2 ish a
FB max 1.73 10

7பைடு நூலகம்
L 2 i sh a
两相短路最大电动力
F
( 2) max
1.5 10
7
L 2 i sh a
最大短路电动力

三相导体最大短路电动力出现在三相短路故障后的0.01s，作用在中间B相
Fmax 1.73 10

7
L 2 i sh a
Qnp---非周期分量的热效应
T-----非周期分量等效时间（s）
Qnp TI
” 2
tK-----短路电流切除时间（s）
当短路电流切除时间超过1秒时，发热主要由周期分量决定，可忽略非周期分量的影响。
5、导体短路的电动力

平行载流导体间的电动力
L F 2 10 K f i1i2 a
7
提高导体载流量的措施

1）减小交流电阻：采用电阻率小的材料如铜、铝；增大导体的截面；接触表面镀锡、镀银等以减小接触电阻，提高导体长期发热最高允许温度； 2）增大复合散热系数：改变导体的布置方式，导体表面涂漆等； 3）增大散热面积。

4、导体的短时发热
导体的短时发热 -----短路开始到短路切除为止很短一段时间内导体的发热过程。

导体的载流量
I

F（ S 0）
R
当导体温度为导体正常工作最高允许温度70℃、环境温度为额定环境温度25℃ 时，可计算出各种标准截面导体的长期允许载流量。如LGJ-120型导线的长期允许载流量为 380A，100×10mm2矩形导体单条平放时的长期允许载流量为1663A，竖放时为 1807A。
（N）
导体振动的动态应力导体发生振动时，内部产生动态应力
Fmax 1.73 10
7
L 2 i sh a
β ----动态应力系数，
与导体的固有振动频率有关
二、导体和电器选择的一般原则

各类电器设备选择遵循的共同原则是：按正常工作条件进行选择；
按短路状态校验热稳定和动稳定。
1、按正常工作条件选择电器设备