短路電流熱效應(yīng)和電動力效應(yīng)的實用計算889

教學(xué)目標：掌握短路電流熱效應(yīng)和電動力效應(yīng)的實用計算。重點：短路電流的效應(yīng)實用計算方法。難點：短路電流的效應(yīng)計算公式。一、短路電流電動力效應(yīng)1.電動力：載流導(dǎo)體在相鄰載流導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場中所受的電磁力。當電力系統(tǒng)中發(fā)生三相短路后，導(dǎo)體流過沖擊短路電流時必然會在導(dǎo)體之間產(chǎn)生最大的電動力。2．電動力的危害：引起載流導(dǎo)體變形、絕緣子損壞，甚至于會造成新的短路故障。3．兩平行導(dǎo)體間最大的電動力載流導(dǎo)體之間電動力的大小，取決于通過導(dǎo)體電流的數(shù)值、導(dǎo)體的幾何尺寸、形狀以及各相安裝的相對位置等多種因素。（N）ii式中：、—通過兩根平行導(dǎo)體的電流瞬時最大值，A；12L—平行導(dǎo)體長度，（m）；ɑ—導(dǎo)體軸線間距離，（m）；K—形狀系數(shù)。fK形狀系數(shù)：表明實際通過導(dǎo)體的電流并非全部集中在導(dǎo)體的軸線位置時，電流分布f對電動力的影響。實際工程中，三相母線采用圓截面導(dǎo)體時，當兩相導(dǎo)體之間的距離足夠大，形狀系數(shù)KfK取為1；對于矩形導(dǎo)體而言，當兩導(dǎo)體之間的凈距大于矩形母線的周長時，形狀系數(shù)可取f為1。電動力的方向：兩個載流導(dǎo)體中的電流方向相同時，其電動力為相互吸引；兩個載流導(dǎo)體中的電流方向相反時，其電動力為相互排斥。4．兩相短路時平行導(dǎo)體間的最大電動力

F發(fā)生兩相短路時，平行導(dǎo)體之間的最大電動力（2）（N）：（N）式中：—兩相短路沖擊電流，（A）。5．三相短路時平行導(dǎo)體之間的最大電動力發(fā)生三相短路時，每相導(dǎo)體所承受的電動力等于該相導(dǎo)體及其它兩相之間電動力的矢量和。三相導(dǎo)體水平布置時，由于各相導(dǎo)體所通過的電流不同，所以邊緣相及中間相所承受的電動力也不相同。邊緣相U相及中間相V相導(dǎo)體所承受的最大電動力、分別為：（N）（N）式中：—三相沖擊短路電流，（A）。發(fā)生三相短路后，母線為三相水平布置時中間相導(dǎo)體所承受的電動力最大。計算三相短路時的最大電動力時，應(yīng)按中間相導(dǎo)體所承受的電動力計算。6．短路電流電動力效驗當系統(tǒng)中同一處發(fā)生三相或兩相短路時，短路處三相沖擊短路電流及兩相沖擊短路電流之比為。，即電力系統(tǒng)中同一地點發(fā)生不同種類的短路時，導(dǎo)體所承受三相短路時的最大電動力比兩相短路時的最大電動力大15％。因此，在校驗導(dǎo)體的最大電動力時，按三相短路的最嚴重情況考慮。二、短路電流的熱效應(yīng)1．電氣設(shè)備的功率損耗包括：導(dǎo)體及導(dǎo)體之間接觸電阻上產(chǎn)生的損耗，導(dǎo)體自身電阻上產(chǎn)生的損耗；絕緣材料在電場作用下產(chǎn)生的介質(zhì)損耗等等。電氣設(shè)備在工作過程中，由于自身功率損耗會引起電氣設(shè)備的發(fā)熱。2．導(dǎo)體發(fā)熱分為長期發(fā)熱和短路時發(fā)熱：長期發(fā)熱：是指正常工作電流在較長時間內(nèi)所引起的發(fā)熱。短路時發(fā)熱：是指短路電流在極短的時間內(nèi)所引起的發(fā)熱。3．電氣設(shè)備溫度升高的影響：影響電氣設(shè)備的絕緣：絕緣材料在高溫和電場的作用下會逐漸老化，溫度愈高絕緣的老化速度愈快。溫度超過規(guī)定的允許溫度時，會使電氣設(shè)備的使用年限縮短。影響接觸電阻值：當導(dǎo)體溫度過高時，導(dǎo)體表面的氧化速度加快，造成接觸電阻增大，引起自身功率損耗加大，進一步導(dǎo)致導(dǎo)體溫度再升高，又引起接觸電阻再增大，如此惡性循環(huán)下去，會使接頭熔化，造成嚴重事故。降低機械強度：金屬材料在使用溫度超過一定數(shù)值之后，其機械強度會顯著降低。如果電氣設(shè)備的使用溫度過高，可能會使電氣元件的機械強度降低，影響電器的安全運行。4．載流導(dǎo)體和電器發(fā)熱的允許溫度：為了限制電氣設(shè)備因發(fā)熱而產(chǎn)生不利影響，保證電氣設(shè)備的正確使用，國家規(guī)定了載流導(dǎo)體和電器長期發(fā)熱和短路時發(fā)熱的允許溫度：長期工作發(fā)熱短路時發(fā)熱導(dǎo)體種類和材料允許溫允許溫允許溫度允許溫升度（℃）升（℃）（℃）（℃）銅7045300230鋁7045200130鋼（不和電器直接裸母線連接時）7045400330鋼（和電器直接連7045300230接時）銅芯10V及以下鋁芯10V及以下銅芯20～30kV60～8060～8050250190～170200140～120175125油浸紙絕緣電纜充油紙絕緣60～330kV70～7516090～85橡皮絕緣電纜50聚乙烯絕緣電纜6015010013070絕緣電纜交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜銅芯8080230150鋁芯200120錫焊接頭120有中間接頭的電纜壓接接頭1505．導(dǎo)體溫度的變化特點均勻?qū)w（材料相同、截面相等）無電流通過時，其溫度及周圍環(huán)境溫度相同。當有工作電流通過時，導(dǎo)體所產(chǎn)生的熱量一部分用于導(dǎo)體溫度升高，另一部分則會散布到導(dǎo)體周圍的介質(zhì)中去。導(dǎo)體在不斷產(chǎn)生熱量的同時，也不斷地向周圍介質(zhì)散發(fā)熱量，當導(dǎo)體所產(chǎn)生的熱量及散發(fā)的熱量相等時，導(dǎo)體溫度將會穩(wěn)定到某一數(shù)值。工作電流所產(chǎn)生的熱量引起導(dǎo)體溫度的變化：如下圖中曲線AB段所示。圖中為導(dǎo)體周圍介質(zhì)溫度，為導(dǎo)體通過工作電流時的穩(wěn)定溫度。穩(wěn)定溫度及導(dǎo)體周圍介質(zhì)溫度的高低以及通過電流的大小有關(guān)。短路時導(dǎo)體溫度變化：如下圖中曲線BC段所示。為短路時的最高溫度。短路電流被切除之后，導(dǎo)體溫度會逐漸地降至周圍環(huán)境溫度，其溫度變化如下圖中曲線C點后的虛線所示。當短路電流通過導(dǎo)體時，由于短路電流值較正常工作電流大許多倍而且通過的時間很短，所以短路電流所產(chǎn)生的熱量幾乎全部用于導(dǎo)體溫度的升高。導(dǎo)體溫度變化曲線6.短路時最高發(fā)熱溫度計算在實用計算中，導(dǎo)體短路時的最高溫度可以根據(jù)關(guān)系曲線進行計算。圖中橫坐標為AA值，縱坐標為值。當導(dǎo)體材料的溫度值確定之后，從圖可直接查到所對應(yīng)的值。反之，A已知值時也可從曲線中找到對應(yīng)的之值。導(dǎo)體曲線圖計算導(dǎo)體短路時的最高溫度的步驟如下：（1）根據(jù)運行溫度從曲線中查出之值；（2）計算出；然后再根據(jù)，從圖14－3曲線中查出之值。（J/Ω.m4）（14-5）式中：S—導(dǎo)體截面積，（m2）；—短路時的熱狀態(tài)值，（J/Ω.m4）；—初始溫度為所對應(yīng)的熱狀態(tài)值，（J/Ω.m4）。稱為短路電流的熱效應(yīng)，它及短路電流產(chǎn)生的熱量成比，即：7.短路電流的熱效應(yīng)計算（A2.s）短路電流發(fā)熱的等值時間：假定穩(wěn)態(tài)短路電流通過導(dǎo)體在時間內(nèi)所產(chǎn)生的熱量及實際短路電流通過導(dǎo)體在時間內(nèi)所產(chǎn)生的熱量相等，則稱時間為短路電流發(fā)熱的等值時間。如果用圖形表示，在圖14－4中曲邊梯形ABCDOEA的面積應(yīng)及矩形EF－GO的面積相等。工程計算中采用等值時間法。I＝f（t）曲線KI等值時間法：根據(jù)短路電流隨時間變化規(guī)律繪制出關(guān)系曲線，如圖14kt－4所示。當短路電流持續(xù)時間為時，圖中曲邊梯形ABC－DOEA的面積則及所表示sIt熱量的大小成正比。適當選用坐標，上述曲邊梯形的面積則代表短路電流在時間0～內(nèi)所k產(chǎn)生的熱量。實際工程計算中，對于大容量的發(fā)電機供電系統(tǒng)，其短路電流的熱效應(yīng)通常采用近似數(shù)值積分法計算。短路電流周期分量的熱效應(yīng)可用下列公式進行計算：（kA2.s）式中：—次暫態(tài)短路電流周期分量的有效值，（kA）；—t時刻短路電流周期分量的有效值，（kA）；d/2—t時刻短路電流周期分量的有效值，（kA）；ds—短路熱效應(yīng)的計算時間（），=+，其中，是繼電保護動作時間，是斷路器分閘時間。短路電流非周期分量的熱效應(yīng)可用下列公式進行計算：（kA2.s）式中：T—非周期分量等效時間，及短路點及短路時間t有關(guān)。dT（s）短路點t≤0.1st＞0.1sdd0.150.20.1發(fā)電機出口及母線發(fā)電機升高電壓母線及出線發(fā)電機電壓電抗0.08器后0.05變電站各級電壓母線14.2電氣設(shè)備選擇的一般要求+--教學(xué)目標：熟悉電氣設(shè)備選擇的一般原則和技術(shù)條件。重點：設(shè)備選擇的技術(shù)條件。難點：短路穩(wěn)定條件校驗。一、一般原則（1）應(yīng)滿足正常運行、檢修、短路和過電壓情況下的要求并考慮遠景發(fā)展；（2）應(yīng)按當?shù)丨h(huán)境條件校核；（3）應(yīng)力求技術(shù)先進和經(jīng)濟合理；（4）及整個工程的建設(shè)標準應(yīng)協(xié)調(diào)一致；（5）同類設(shè)備應(yīng)盡量減少品種；（6）選用的新產(chǎn)品均應(yīng)具有可靠的試驗數(shù)據(jù)，并經(jīng)正式鑒定合格。在特殊情況下，選用未經(jīng)正式鑒定的新產(chǎn)品時，應(yīng)經(jīng)上級部門批準。二、技術(shù)條件選擇的高壓電氣設(shè)備，應(yīng)能在長期工作條件下和發(fā)生過電壓、過電流的情況下保持正常運行。各種高壓電器的一般技術(shù)條件：短路穩(wěn)定序號額定電額定電額定容機械荷額定開斷壓（kV）流（A）量（kVA）載（N）電流（kA）電器名稱熱穩(wěn)動穩(wěn)定定高壓斷路1√√√√√√√器2隔離開關(guān)√3負荷開關(guān)√√√√√√√√√√√4熔斷器電壓互感√√5√器電流互感器67√√√√√√限流電抗器√√√√8消弧線圈√√√√9避雷器√√√√10穿墻套管√√11絕緣子√√√√√①注：懸式絕緣子不校驗1.長期工作條件Umax電壓：選用的電器允許最高工作電壓不得低于該回路電網(wǎng)的最高運行電壓UUU，即：≥NSmaxmaxNSmax。三相交流3kV及以上電氣設(shè)備的最高電壓（kV）：設(shè)備額定電36103563110220330500壓設(shè)備最高電壓3.56.911.540.569126252363550I電流：選用的電器額定電流不得低于所在回路在各種可能運行方式下的最大持NIII續(xù)工作電流，即：≥maxmaxN機械荷載：所選電器端子的允許荷載，應(yīng)大于電器引線在正常運行和短路時的最大作用力。2.短路穩(wěn)定條件校驗的一般原則：電氣設(shè)備在選定后應(yīng)按可能通過的最大短路電流進行動、熱穩(wěn)定校驗。校驗的短路電流一般取三相短路時短路電流，若發(fā)電機出口的兩相短路，或中性點直接接地系統(tǒng)及自耦變壓器等回路中的單相、兩相接地短路較三相短路嚴重時，則應(yīng)按嚴重情況校驗。用熔斷器保護的電氣設(shè)備可不驗算熱穩(wěn)定。當熔斷器有限流作用時，可不驗算動穩(wěn)定。用熔斷器保護的電壓互感器回路，可不驗算動、熱穩(wěn)定。短路的熱穩(wěn)定條件：Qtd式中：－在計算時間秒內(nèi)，短路電流的熱效應(yīng)（kA2·s）；kIt－秒內(nèi)電氣設(shè)備允許通過的熱穩(wěn)定電流有效值（kA）；tts－電氣設(shè)備允許通過的熱穩(wěn)定電流時間（）。短路的動穩(wěn)定條件：i式中：—短路沖擊電流峰值（kA）；kIk—短路全電流有效值（kA）；i—電氣設(shè)備允許的極限通過電流峰值（kA）；—電氣設(shè)備允許的極限通過電流有效值（kA）。esIes3.環(huán)境條件溫度：普通高壓電氣設(shè)備一般可在環(huán)境最低溫度為－30℃時正常運行。在高寒地區(qū)，應(yīng)選擇能適應(yīng)環(huán)境最低溫度為－40℃的高寒電氣設(shè)備。在年最高溫度超過40℃，而長期處于低濕度的干熱地區(qū)，應(yīng)選用型號后帶“TA'’字樣的干熱帶型產(chǎn)品。日照：屋外高壓電氣設(shè)備在日照影響下將產(chǎn)生附加溫升?？砂措姎庠O(shè)備額定電流的80％選擇設(shè)備。在進行試驗或計算時，日照強度取0.1W／cm2。風速：一般高壓電氣設(shè)備可在風速不大于35m／s的環(huán)境下使用。選擇電氣設(shè)備時所用的最大風速，可取離地10m高、30年一遇的10min平均最大風速。最大設(shè)計風速超過35m／s的地區(qū)，可在屋外配電裝置的布置中采取措施，如降低安裝高度、加強基礎(chǔ)固定等。500kV電氣設(shè)備宜采用離地10m高，50年一遇10min平均最大風速。冰雪：在積雪和覆冰嚴重的地區(qū)，應(yīng)采取措施防止冰串引起瓷件絕緣對地閃絡(luò)。隔離開關(guān)的破冰厚度一般為10mm。在重冰區(qū)（如云貴高原，山東河南部分地區(qū)，湘中、粵北重冰地帶以及東北部分地區(qū)），所選隔離開關(guān)的破冰厚度，應(yīng)大于安裝場所的最大覆冰厚度。濕度：選擇電氣設(shè)備的濕度，應(yīng)采用當?shù)叵鄬穸茸罡咴路莸钠骄鄬穸?。對濕度較高的場所（如岸邊水泵房等），應(yīng)采用該處實際相對濕度。當無資料時，可取比當?shù)貪穸茸罡咴路萜骄蹈?％的相對濕度。一般高壓電氣設(shè)備可使用在+20℃，相對濕度為90％的環(huán)境中（電流互感器為85％）。在長江以南和沿海地區(qū)，當相對濕度超過一般產(chǎn)品使用標準時，應(yīng)選用濕熱帶型高壓電氣設(shè)備。這類產(chǎn)品的型號后面一般都標有“TH”字樣。污穢：發(fā)電廠、變電站污穢分三級。一級：大氣無明顯污染地區(qū)或大氣輕度污染地區(qū)；在污閃季節(jié)中干燥少霧（含毛毛雨）且雨量較多時；二級：大氣中度污染地區(qū)；沿海地帶及鹽場附近；在污閃季節(jié)中多霧（含毛毛雨）且雨量較少；三級：大氣嚴重污染地區(qū)；嚴重鹽霧地區(qū)。海拔：電氣設(shè)備的一般使用條件為海拔高度不超過1000m，海拔超過1000m的地區(qū)稱為高原地區(qū)。對安裝在海拔高度超過1000m地區(qū)的電氣設(shè)備外絕緣一般應(yīng)予加強，可選用高原型產(chǎn)品或選用外絕緣提高一級的產(chǎn)品。在海拔3000m以下地區(qū)，220kV及以下配電裝置也可選用性能優(yōu)良的避雷器來保護一般電氣設(shè)備的外絕緣。由于現(xiàn)有110kV及以下大多數(shù)電氣設(shè)備的外絕緣有一定裕度，故可使用在海拔2000m以下的地區(qū)。地震：選擇電氣設(shè)備時，應(yīng)根據(jù)當?shù)氐牡卣鹆叶冗x用能夠滿足地震要求的產(chǎn)品。一般設(shè)備產(chǎn)品可以耐受地震烈度為8度的地震力。根據(jù)有關(guān)規(guī)程的規(guī)定，地震基本烈度

為7度及以下地區(qū)的電氣設(shè)備可不采取防震措施。在7度以上地區(qū)，電氣設(shè)備應(yīng)能承受的地震力，采取抗震措施。4.環(huán)境保護選用電器時還應(yīng)注意電器對周圍環(huán)境的影響。μ電磁干擾：110kV及以上電器戶外晴天無線電干擾電壓不應(yīng)大于2500V。對于110kV以下的電器一般可不校驗無線電干擾電壓。噪音：要求在距電器2m處，連續(xù)性噪音不應(yīng)大于85dB；非連續(xù)性噪音，屋內(nèi)不應(yīng)大于90dB，屋外不應(yīng)大于110dB。電場強度：在電氣設(shè)備周圍，特別是架空導(dǎo)線下面，當距地面1.5米范圍內(nèi)，電場強度小于15kV/每米時，對人和動物是安全的。否則可能會造成一定的傷害。-----------+14.3高壓電器的選擇+-----------教學(xué)目標：掌握高壓斷路器的選擇、校驗方法；會選擇隔離開關(guān)、高壓熔斷器；掌握互感器的選擇；了解限流電抗器、中性點設(shè)備的選擇方法。重點：高壓斷路器的選擇、校驗；互感器的選擇。難點：熔斷器的選擇、校驗；電壓互感器的負荷計算。一、高壓開關(guān)電器的選擇1.種類和型式的選擇：根據(jù)用途、安裝地點、安裝方式、結(jié)構(gòu)類型和價格因素等綜合條件進行合理選擇。2.額定電壓選擇：開關(guān)電器的額定電壓應(yīng)等于或大于安裝地點電網(wǎng)的額定電壓，即：

U≥UNNs3.額定電流選擇:開關(guān)電器的額定電流應(yīng)等于或大于通過斷路器的長期最大負荷電流，即：I≥INmaxINbr4.斷路器的開斷電流選擇:斷路器的允許開斷電流應(yīng)大于或等于斷路器實際開斷時間的三相短路電流周期分量有效值I，即：I≥IapapNbrINbr當斷路器的較系統(tǒng)短路電流大得很多時，為了簡化，也可以用次暫態(tài)短路電流進I行選擇，即：≥Nbr5.動穩(wěn)定校驗:開關(guān)電器允許的動穩(wěn)定電流峰值應(yīng)大于或等于流過斷路器的三相短路沖ii擊電流，即：≥eskt6.熱穩(wěn)定校驗:開關(guān)電器秒鐘熱穩(wěn)定電流算出的允許熱效應(yīng)大于或等于通過斷路It器的短路電流熱效應(yīng)：＞Qk二、高壓熔斷器的選擇1.額定電壓選擇UUUU對于一般的高壓熔斷器，其額定電壓必須大于等于電網(wǎng)的額定電壓，即：≥NsNNsN對于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(wǎng)中。2.額定電流選擇INftIII熔管額定電流的選擇：熔管額定電流應(yīng)大于或等于熔體的額定電流，即：≥NfNftNfIKI保護35kV及以下電力變壓器的高壓熔斷器熔體額定電流為：=NftmaxI式中：—電力變壓器回路最大工作電流；maxKK—可靠系數(shù)（不計電動機自啟動時=1.1～1.3，考慮電動機自啟動時K=1.5～2.0）。保護電力電容器的高壓熔斷器熔體額定電流為：=IKINfsNI式中：—電力電容器回路的額定電流；NcKK—可靠系數(shù)（對限流式高壓熔斷器，當一臺電力電容器時=1.5～2.0，K一組電力電容器時=1.3～1.8）。3.熔斷器開斷電流校驗III對于沒有限流作用的熔斷器，選擇時用沖擊電流的有效值進行校驗：≥Nbrkk對于有限流作用的熔斷器，在電流達最大值之前已截斷，故可不計非周期分量影響，I而采用進行校驗：≥Nbr4.熔斷器選擇性校驗為了保證前后兩級熔斷器之間或熔斷器及電源（或負荷）保護裝置之間動作的選擇性，應(yīng)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處。三、電流互感器的選擇1.按一次回路額定電壓和電流選擇電流互感器的一次額定電壓和電流必須滿足：U≥UNNsI≥INmaxU式中：—電流互感器所在電力網(wǎng)的額定電壓（kV）；NsUI、—電流互感器的一次額定電壓和電流；NNImax—電流互感器一次回路最大工作電流（A）。2.電流互感器種類和型式選擇根據(jù)安裝地點（如屋內(nèi)、屋外）和安裝方式（如穿墻式、支持式、裝入式等）選擇。3.選擇電流感器的準確度等級和額定容量互感器的準確度等級不得低于所供測量儀表的準確度等級。當所供儀表要求不同準確度等級時，應(yīng)按最高級別來確定互感器的準確級。用于電度計量的電流互感器，準確度不應(yīng)低于0.5級，500kV宜用0.2級；用于電流電壓測量的，準確度不應(yīng)低于1級，非重要回路可使用3級；用于繼電保護的電流互感器，DB應(yīng)用“”（或“”）級，同時應(yīng)校驗額定10％倍數(shù)，以保證過電流時的誤差不超過規(guī)定值。當系統(tǒng)繼電保護要求裝設(shè)快速保護時，330kV及以上應(yīng)選用暫態(tài)特性好的電流互感器（如帶有小氣隙鐵芯的TPY級）。SSN2互感器二次側(cè)所接的最大負荷應(yīng)不大于該準確度等級所規(guī)定的額定容量：2式中：Z－互感器最大一相的二次負荷；2Lr－測量儀表電流線圈電阻；－繼電器電阻；arrerc－接觸電阻；r1－連接導(dǎo)線電阻。4.熱穩(wěn)定校驗K式中：-熱穩(wěn)定倍數(shù)（1s）；tI－一次額定電流；N1Ik－短路電流穩(wěn)態(tài)值；t－短路計算時間。k5.動穩(wěn)定校驗K式中：－動穩(wěn)定電流倍數(shù)。es四、電壓互感器的選擇1.按一次回路電壓選擇UUNI電壓互感器一次繞組所接電力網(wǎng)電壓應(yīng)在1.16～0.85范圍內(nèi)變動，即滿足下列NsUUU條件：0.85<<1.2NININs2.按二次回路電壓的選擇二次電壓（V）形式一次電壓（V）接于一次線電第三繞組電壓（V）UNs壓上（如V/V接法）100單相中性點非直接接地100/3、系統(tǒng)接于一次相電壓上中性點直接接地系100統(tǒng)UNs三相100100/3U注：為系統(tǒng)額定電壓。Ns3.種類和型式選擇在6～35kV屋內(nèi)配電裝置中一般采用油浸式或澆注式；110～220kV配電裝置，一般采用串級式電磁式電壓互感器；在200kV及其以上配電裝置，當容量和準確度等級滿足要求時，一般采用電容式電壓互感器。4.按容量和準確度等級選擇應(yīng)滿足所供測量儀表的最高準確度等級，應(yīng)根據(jù)儀表和繼電器接線要求選擇電壓互感器的接線方式，并盡可能將負荷均分布在各相上，然后計算各相負荷大小。S互感器的額定二次容量（對應(yīng)于所要求的準確度等級），應(yīng)不小于互感器的二次負N2S2，即：S≥S2N2SPQme式中：、、－各儀表的視在功率、有功功率、無功功率；meme－各儀表的功率因數(shù)。由于電壓互感器三相負荷經(jīng)常不相等，為滿足準確級要求，通常以最大相負荷進行比較。電壓互感器二次繞組負荷計算公式:接線及相量UVUVVWW五、限流電抗器的選擇1.額定電壓和額定電流的選擇：式中：U、I－電抗器的額定電壓和額定電流；NN－電網(wǎng)額定電壓和電抗器的最大持續(xù)工作電流。Imax分裂電抗器當用于發(fā)電廠的發(fā)電機或主變壓器回路時，一般按發(fā)電機或主變壓器額Imax定電流的70％選擇；而用于變電站主變壓器回路時，取兩臂中負荷電流較大者，當無負荷資料時，一般按主變壓器額定容量的70％選擇。2.普通電抗器電抗百分數(shù)選擇電抗器的電抗百分數(shù)：按將短路電流限制到一定數(shù)值的要求來選擇。設(shè)要求將短路電流限制到，則電源至短路點的總電抗標幺值：I式中：－基準電流。B所需電抗器的電抗標么值為：式中：－電源至電抗器前的系統(tǒng)電抗標幺值。電抗器在其額定參數(shù)下的百分電抗：U式中：－基準電壓。B電壓損失校驗：普通電抗器在運行時，電抗器的電壓損失應(yīng)不大于額定電壓的5％：式中：－負荷功率因數(shù)角，一般。母線殘壓校驗：若出線電抗器回路未設(shè)置無時限保護，為減輕短路對其他用戶的影響，當線路電抗器后短路時，母線殘壓應(yīng)不低于電網(wǎng)額定值的60～70％：３.熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定校驗式中：—電抗器后短路沖擊電流和穩(wěn)態(tài)短路電流；、—電抗器的動穩(wěn)定電流和短時熱電流（＝1s）。t六、中性點設(shè)備的選擇1.消弧線圈的選擇消弧線圈的容量：W式中：—補償容量，（kVA）；hU—電網(wǎng)或發(fā)電機回路的額定線電壓，（kV）；NIC—電網(wǎng)或發(fā)電機回路的接地電容電流，（A）。安裝在Y／△接線雙繞組變壓器或Y／Y／△接線三繞組變壓器中性點上的消弧線圈000的容量，不應(yīng)超過變壓器三相總?cè)萘康?0％，并不得大于三繞組變壓器任一繞組的容量。安裝在Y／Y接線的內(nèi)鐵芯或變壓器中性點上的消弧線圈容量，不應(yīng)超過變壓器三相總?cè)萘康?20％。消弧線圈的分接頭數(shù)量應(yīng)滿足調(diào)節(jié)脫諧度的要求，接于變壓器的一般不小于5個，接于發(fā)電機的最好不低于9個。I架空線路和電纜線路的單相接地電容電流實用計算：C1l式中：－架空線路的長度，（km）；1l－電纜線路的長度，（km）；2IC1－出線總電容電流，（A）。IKI變電設(shè)備的電流增值：＝C2C1K式中：為附加值系數(shù)。變電設(shè)備增加的接地電容電流值系數(shù)額定電壓（kV）610153563110附加值系數(shù)181615131210（％）III全網(wǎng)總電容電流：＝＋C2CC1中性點位移校驗：中性點位移電壓一般按下式計算：ρ式中：－電網(wǎng)的不對稱系數(shù)，一般取0.8；Uph－消弧線圈投入前，電網(wǎng)或發(fā)電機回路的相電壓；V－脫諧度，；dvvd－阻尼率，一般取3％～5％。通常情況下＝0.15左右，2是2的9倍d以上，近似計算時可忽略2的影響。中性點經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)，中性點位移電壓不應(yīng)超過15％；中性點經(jīng)消弧線圈接地的發(fā)電機，中性點位移電壓不應(yīng)超過10％。2.接地電阻的選擇（1）經(jīng)高阻直接接地方式電阻的選擇電阻的額定電壓：電阻值：電阻功率：式中：—中性點接地電阻值（Ω）；—系統(tǒng)額定線電壓（kV）；—電阻額定電壓（kV）；—電阻電流（A）；—系統(tǒng)單相對地短路時電容電流（A）；—單相對地短路時電阻電流及電容電流的比值，一般取1.1。（2）經(jīng)單相配電變壓器接地方式電阻的選擇電阻的額定電壓：應(yīng)不小于變壓器二次側(cè)電壓，一般選用110V或220V。電阻值：電阻功率：式中：—降壓變壓器一、二次之間的變比；—二次電阻上流過的電流，（A）；—單相配電變壓器的二次電壓（V）；—間接接入電阻值（Ω）。（3）中性點經(jīng)低阻接地方式電阻的選擇電阻的額定電壓：電阻值：電阻功率：式中：－中性點接地電阻值（Ω）；－選定的單相接地電流（A）。3.接地變壓器的選擇(1)安裝在發(fā)電機或變壓器中性點的單相接地變壓器額定一次電壓：式中：U－發(fā)電機或變壓器額定一次線電壓(kV)。N接于系統(tǒng)母線的三相接地變壓器額定一次側(cè)電壓應(yīng)及系統(tǒng)額定電壓一致。接地變壓器二次側(cè)電壓可根據(jù)負載特性確定。(2)單相接地變壓器額定容量（kVA）：式中：－接地變壓器二次側(cè)電壓(kV)；－二次側(cè)電阻電流(A)；K－變壓器的過負荷系數(shù)（由變壓器制造廠提供）。(3)三相接地變壓器額定容量：額定容量應(yīng)及其中性點的消弧線圈或接地電阻容量相匹配。若帶有二次負載，還應(yīng)考慮二次負荷容量。對于Z型或YNd接線三相接地變壓器，若中性點接消弧線圈，接地變壓器容量為：式中：－消弧線圈額定容量；－接地電阻額定容量。對于Y/開口d接線的接地變壓器（三臺單相），若中性點接消弧線圈或電阻，接地變壓器容量為：-----------+14.4導(dǎo)體和絕緣子的選擇+-----------教學(xué)目標：會選擇母線、電纜和架空導(dǎo)線；了解絕緣子的選擇方法。重點：母線、電纜的選擇。難點：母線應(yīng)力計算。一、母線的選擇1.導(dǎo)體材料、類型和布置方式一般采用鋁或鋁合金材料作為導(dǎo)體材料。常用的軟導(dǎo)線有鋼芯鋁絞線、組合導(dǎo)線、分裂導(dǎo)線和擴徑導(dǎo)線，后者多用于330kV及以上的配電裝置。矩形導(dǎo)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(dǎo)體：一般用于4000～8000A的配電裝置中。管形導(dǎo)體：用于8000A以上的大電流母線，或用在110kV及以上的配電裝置中。導(dǎo)體的散熱和機械強度及導(dǎo)體布置方式有關(guān)。導(dǎo)體的布置方式應(yīng)根據(jù)載流量的大小、短路電流水平和配電裝置的具體情況而定。2.導(dǎo)體截面選擇（1）按導(dǎo)體長期發(fā)熱允許電流選擇：I式中：－導(dǎo)體所在回路中的最大持續(xù)工作電流；maxIθ－在額定環(huán)境溫度=25℃時導(dǎo)體允許電流；a10K－及實際溫度和海拔有關(guān)的綜合修正系數(shù)。（2）按經(jīng)濟電流密度選擇：I式中：－正常工作時的最大持續(xù)工作電流。maxJ—經(jīng)濟電流密度。3.電暈電壓校驗U110kV及以上裸導(dǎo)體可按晴天不發(fā)生全面暈條件校驗，即裸導(dǎo)的臨界電壓應(yīng)大于最crU高工作電壓：U>Umaxmaxcr當所選軟導(dǎo)線型號和管形導(dǎo)體外徑大于或等于下列數(shù)值時，可不進行電暈校驗：110kV，LGJ－70／φ20；220kY，LGJ－300／φ30。4.熱穩(wěn)定校驗K在校驗導(dǎo)體熱穩(wěn)定時，若計及集膚效應(yīng)系數(shù)的影響，由熱穩(wěn)定決定的導(dǎo)體最小截面s為：CCAA式中：－熱穩(wěn)定系數(shù)，＝－，C值及導(dǎo)體材料及工作溫度有關(guān)。ki5.硬導(dǎo)體的動穩(wěn)定校驗在電動力的作用下，導(dǎo)體所受的最大彎矩M為：f式中：－單位長度導(dǎo)體上所受相間電動力，N／m；Phl－支持導(dǎo)體的支柱絕緣子間的跨距，m。當跨距數(shù)等于2時，導(dǎo)體所受最大彎距為：導(dǎo)體最大相間計算應(yīng)力：（Pa）W式中：－導(dǎo)體對垂直于作用力方向軸的截面系數(shù)。P（）a求出的導(dǎo)體應(yīng)力不應(yīng)超過導(dǎo)體材料允許應(yīng)力：材料最大允許應(yīng)力：絕緣子間最大允許跨距：（m）當矩形導(dǎo)體平放時，為避免導(dǎo)體因自重而過分彎曲，所選跨距一般不超過1.5～2m。二、電纜的選擇電力電纜應(yīng)按下列條件選擇和校驗：①電纜芯線材料及型號；②額定電壓；③截面選擇；④允許電壓降校驗；⑤熱穩(wěn)定校驗。電纜的動穩(wěn)定由廠家保證，可不必校驗。1.電纜芯線材料及型號選擇：應(yīng)根據(jù)其用途、敷設(shè)方式和使用條件進行選擇。一般采用三相鋁芯油浸紙絕緣電纜、橡皮絕緣電纜、聚氯乙稀絕緣電纜或交聯(lián)聚乙烯電纜，1l0kV及以上采用單相交聯(lián)聚乙烯電纜或單相高壓充油電纜；動力電纜通常采用三芯或四芯（三相四線）；高溫場所宜用耐熱電纜；重要直流回路或保安電源電纜宜選用阻燃型電纜；直埋地下一般選用鋼帶鎧裝電纜；潮濕或腐蝕地區(qū)應(yīng)選用塑料護套電纜；敷設(shè)在高落差大的地點，應(yīng)采用交聯(lián)聚乙烯電纜。UUUU2.電壓選擇：電纜的額定電壓應(yīng)大于等于所在電網(wǎng)的額定電壓，即：≥NsNNsN3.截面選擇：電力電纜截面一般按長期發(fā)熱允許電流選擇，當電纜的最大負荷利用小時>5000h，且長度超過20m時，則應(yīng)按經(jīng)濟電流密度選擇。電纜截面選擇方法及裸導(dǎo)體基本TmaxKKKKKKKKK相同，電纜選擇時，其修正系數(shù)及敷設(shè)方式和環(huán)境溫度有關(guān)，即：=或=tl2t34K式中：為溫度修正系數(shù)，但電纜芯線長期發(fā)熱最高允許溫度及電壓等級、絕緣材料tKK和結(jié)構(gòu)有關(guān)；、：為空氣中多根電纜并列和穿管敷設(shè)時的修正系數(shù)，當電壓在l0kV及以l2KKK3下、截面為95mm2及以下時取0.9，截面為120～185mm2時：取0.85；為直埋電纜因土22K壤熱阻不同的修正系數(shù)；為土壤中多根并列修正系數(shù)。4U4.允許電壓降校驗：對供電距離較遠、容量較大的電纜線路，應(yīng)校驗其電壓損失△％。U一般應(yīng)滿足△％<5％。對于三相交流，其計算公式為：UL－式中：、線路工作電壓（線電壓）和長度；－功率因數(shù)；r、x－單位長度的電阻和電抗。5.熱穩(wěn)定校驗：電纜熱穩(wěn)定的最小截面可以簡化寫成：C電纜熱穩(wěn)定系數(shù)計算式為：式中：－計及電纜芯線充填物熱容量隨溫度變化以及絕緣散熱影響的校正系數(shù)；對于3～6kV廠用回路取0.93，35kV及以上回路可取1.0；Q－電纜芯單位體積的熱容量，鋁芯取0.59，J/（cm3·℃）；a－電纜芯在20℃時的電阻溫度系數(shù)，鋁芯為0.00403，1／℃；KS－20℃導(dǎo)體交流電阻及直流電阻之比，<100mm2的三芯電纜KSK=1，=120～240mm2的三芯電纜=1.005～1.035；－電纜芯在20℃時的電阻系數(shù)，鋁芯取0.031×10－4，Ω·cm2cm；/θ－短路前電纜的工作溫度，℃；θk－電纜在短路時的最高允許溫度，對10kV及以下普通粘性浸漬紙絕緣及交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜為200℃，有中間接頭（錫焊）的電纜最高允許溫度為120℃。三、支柱絕緣子和穿墻套管的選擇支柱絕緣子應(yīng)按額定電壓和類型選擇，并進行短路時動穩(wěn)定校驗。穿墻套管應(yīng)按額定電壓、額定電流和類型選擇，按短路條件校驗動、熱穩(wěn)定。UUUU1.額定電壓的選擇：額定電壓應(yīng)大于等于所在電網(wǎng)的額定電壓，即>NsNNsNIIN2.額定電流的選擇：穿墻套管的額定電流大于等于回路中最大持續(xù)工作電流，即：>NKImaxK—式中：溫度修正系數(shù)。對母線型穿墻套管，不必校驗熱穩(wěn)定，只需保證套管的型式穿過母線的尺寸相配合。3.支柱絕緣子和套管的種類和型式選擇：根據(jù)裝置地點、環(huán)境選擇屋內(nèi)、屋外或防污式及滿足使用要求的產(chǎn)品型式。4.穿墻套管的熱穩(wěn)定校驗：套管耐受短路電流的熱效應(yīng)應(yīng)大于等于短路電流通過套管所QQ產(chǎn)生的熱效應(yīng)，即≥kk5.支柱絕緣子和套管的動穩(wěn)定校驗布置在同一平面內(nèi)的三相導(dǎo)體在發(fā)生短路時，支柱絕緣子（或套管）所受的力為該絕緣子相鄰跨導(dǎo)體上電動力的平均值。絕緣子1所受力為：lllll式中：－計算跨距，m；，、為及絕緣子相鄰的跨距。對于套管=（套管長2cac12度）。絕緣子和穿墻套管所受的電動力Fmax由于導(dǎo)體電動力是作用在導(dǎo)體截面中心線上的，而支柱絕緣子的抗彎破壞強度按作用在絕緣子高度H處給定的,為了便于比較，必須求出短路時作用在支柱絕緣子絕緣子帽上F的計算作用力，即：coHHHbh式中：－絕緣子底部到導(dǎo)體水平中心線的高度（mm），=++/2；11bb－導(dǎo)體支持器下片厚度，一般豎放矩形導(dǎo)體=18mm，平放矩形b導(dǎo)體及槽形導(dǎo)體=12mm。F支柱絕緣子絕緣子帽上的計算作用力及套管的最大受力應(yīng)不大于60%支柱絕緣子的coFF抗彎破壞負荷0.6。由所選絕緣子給定。phph對于35kV及以上水平安裝的支柱絕緣子，在進行機械計算時，應(yīng)考慮導(dǎo)體和絕緣子的自重以及短路電動力的復(fù)合作用。屋外支柱絕緣子應(yīng)計及風和冰雪的附加作用。絕緣子受力示意圖-----------+14.5主變壓器的選擇+-----------教學(xué)目標：掌握主變壓器的選擇方法。重點：主變壓器的選擇方法。難點：主變壓器容量的確定。一、容量及臺數(shù)的確定變電站的容量的確定：由供電地區(qū)供電負荷（綜合最大負荷）決定，如已知供電地區(qū)的計算負荷，則變電站容量為：式中：—變電站計算負荷，kW；—平均功率因數(shù)，一般取0.6～0.8。變電站主變壓器臺數(shù)可按如下原則確定：①對于只供電給二類、三類負荷的變電站，原則上只裝設(shè)一臺變壓器。②對于供電負荷較大的城市變電站或有一類負荷的重要變電站，應(yīng)選用兩臺相同容量的主變壓器。每臺變壓器的容量應(yīng)滿足一臺變壓器停運后，另一臺能供給全部一類負荷；在無法確定一類負荷所占比重時，每臺變壓器的容量可按計算負荷的60％～80％選擇。③對大城市郊區(qū)的一次變電站，如果中、低壓側(cè)已構(gòu)成環(huán)網(wǎng)的情況下，變電站以裝設(shè)兩臺為宜；對地區(qū)性孤立的一次變電站或大型工業(yè)專用變電站，在設(shè)計時應(yīng)考慮裝設(shè)三臺主變壓器的可能性；對于規(guī)劃只裝兩臺主變壓器的變電站，其變壓器的基礎(chǔ)宜按大于變壓器容量的1～2級設(shè)計。二、相數(shù)的確定在330kV及以下電力系統(tǒng)中，一般都應(yīng)選用三相變壓器。大型變壓器，除按容量、制造水平、運輸條件確定外，更重要的是考慮負荷和系統(tǒng)情況、保證供電可靠性，進行綜合分析，在滿足技術(shù)、經(jīng)濟的條件下來確定選用單相變壓器還是三相變壓器。三、繞組數(shù)的確定國內(nèi)電力系統(tǒng)中采用的變壓器按其繞組數(shù)分類有雙繞組普通式、三繞組式、自耦式以及低壓繞組分裂式等型式變壓器。如以兩種升高電壓級向用戶供電或及系統(tǒng)連接時，可以采用二臺雙繞組變壓器或三繞組變壓器，亦可選用自耦變壓器。在110kV及以上中性點直接接地系統(tǒng)中，凡需選用三繞組變壓器的場所，均可優(yōu)先選用自耦變壓器。四、繞組接線組別的確定對于三相雙繞組變壓器的高壓側(cè)，110kV及以上電壓等級，三相繞組都采用“YN”連接；35kV及以下采用“Y”連接；對于三相雙繞組變壓器的低壓側(cè)，三相繞組采用“△”連接，若低壓側(cè)電壓等級

為380/220V，則三相繞組采用“yn”連接。0在變電站中，為了限制三次諧波，主變壓器接線組別一般都選用YN，d11常規(guī)接線。五、調(diào)壓方式的確定無勵磁調(diào)壓：調(diào)整范圍通常在±2×2.5％以內(nèi)；有載調(diào)壓：調(diào)整范圍可達30％。六、冷卻方式的選擇電力變壓器的冷卻方式，有以下幾種類型：自然風冷卻（一般適于7500kVA以下小容量變壓器。）、強迫空氣冷卻（又簡稱風冷式。用于容量大于等于8000kVA的變壓器。）、強迫油循環(huán)水冷卻、強迫油循環(huán)風冷卻、強迫油循環(huán)導(dǎo)向冷卻（近年來大型變壓器都采用這種冷卻方式）、水內(nèi)冷變壓器。-----------+14.6低壓電器的選擇+-----------教學(xué)目標：會選擇低壓熔斷器、低壓斷路器；了解刀開關(guān)、接觸器、熱繼電器的選擇要求。重點：低壓斷路器、低壓熔斷器的選擇。難點：母線應(yīng)力計算。一、低壓熔斷器選擇1.熔斷器體電流的確定（1）按正常工作電流選擇：即（2）按起動尖峰電流選擇（A）單臺電動機回路：（A）配電線路：照明線路：（A）（A）I式中：－熔體的額定電流，A；NrI－線路的計算電流，A；cIst－電動機的起動電流，A；I－線路中起動電流最大一臺電動機的起動電流，A；－除起動電流最大一臺電動機以外的線路計算電流，A；st1Ic（n－1）K－熔體選擇計算系數(shù)，取決于電動機的起動狀況和熔斷器特性；Kr－配電線路熔體選擇計算系數(shù)，取決于最大一臺電動機的起動狀I(lǐng)Ist1況，線路計算電流及尖峰電流之比和熔斷器特性。當很小時取1，當較大時取0.5～0.6，st1當Ic（n－1）K很小時可按考慮；Km－照明線路熔體選擇計算系數(shù)，取決于電光源的起動狀況和熔斷器特性。（3）按短路電流校驗動作靈敏性：式中：－被保護線段最小短路電流，即最小運行方式下的兩相短路電流，A；－熔斷器動作系數(shù)，一般為4。2.熔斷管電流的確定（1）額定電流的確定：按照熔體的額定電流及產(chǎn)品樣本所列數(shù)據(jù)，即可確定熔斷器熔管的額定電流。（2）按短路電流校驗熔斷器的分斷能力：熔斷器的最大開路電流應(yīng)大于被保護線路最大三相短路沖擊電流有效值：熔斷器的極限分斷能力為交流電流周期分量有效值，為了簡化校驗，也可用被保護線路最大三相短路電流周期分量有效值來校驗：3.熔斷器熔體動作選擇性的配合在低壓系統(tǒng)中，當電源側(cè)及負荷側(cè)均設(shè)有短路保護時應(yīng)盡量使保護裝置的動作有選擇性。如果都采用熔斷器保護，同型號同熔體材料的上下級熔斷器之間熔體電流等級相差2～4級，一般就能滿足選擇性要求。二、低壓斷路器的選擇1.低壓斷路器額定電流的確定：（A）式中：－低