第五节-高压断路器和隔离开关的选择

第五节 高压断路器和隔离开关的选择

一、高压断路器选择

1.种类和型式

高压断路器应根据断路器安装地点、环境和使用条件等要求选择其种类和型式。真空断路器在35kV 及以下电力系统中得到了广泛应用，有取代油断路器的趋势。SF 6断路器也已在10~35kV 的城乡电网建设和改造中得到应用。

高压断路器的操动机构，大多数是由制造厂配套供应，仅部分少油断路器有电磁式、弹簧式或液压式等几种型式的操动机构可供选择。一般电磁式操动机构需配专用的直流合闸电源，但其结构简单可靠；弹簧式结构比较复杂，调整要求较高；液压操动机构加工精度要求较高。操动机构的型式，可根据安装调试方便和运行可靠性进行选择。

2.额定开断电流

在额定电压下，断路器能保证正常开断的最大短路电流称为额定开断电流ⅠNbr 。在高压断路器中其值不应小于实际开断瞬间短路电流周期分量Ⅰk ~ ，即 我国生产的高压断路器在做型式试验时，仅计入了20%的非周期分量。一般中、慢速断路器，由于开断时间较长(>0.1s)，短路电流非周期分量衰减较多，能满足国家标准规定的非周期分量不超过周期分量幅值20%的要求。使用快速保护和高速断路器时，其开断时间小于0.1s ，当在电源附近短路时，短路电流的非周期分量可能超过周期分量的20%，因此需要进行验算。

3.短路关合电流

在断路器合闸之前，若线路上已存在短路故障，则在断路器合闸过程中，动、静触头间在未接触时即有巨大的短路电流通过（预击穿），更容易发生触头熔焊和遭受电动力的损坏。

断路器在关合短路电流时，不可避免地在接通后又自动跳闸，此时还要求能够切断短路电流，因此，额定关合电流是断路器的重要参数之一。为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器的额定关合电流i Ncl 不应小于短路电流最大冲 击值i ch ， 即

二、高压隔离开关的选择

～

k Nbr I I

隔离开关选择及校验条件除额定电压、电流、动热稳定校验外，还应看其种类和形式的选择，其型式应根据配电装置特点和要求及技术经济条件来确定。表7-2为隔离开关选型参考表。

[例7-1] 如图7-1所示降压变电所中一台变压器，容量为7500kVA，其短路电压百分值为U d%=7.5，二次母线电压为10kV，变电所由无限大容量系统供电，二次母线上短路电流为 I“=I∞=5.5kA。作用于高压断路器的定时限保护装置的动作时限为Ⅰs，瞬时动作的保护装置的动作时限为0.05s，拟采用高速动作的高压断路器，其固有开断时间为0.05s，灭弧时间为0.05s，断路器全开断时间则为t OP=0.05+0.05=0.1s，试选择高压断路器与隔离开关。

解：所选断路器工作电流为

短路电流冲击值为 i ch =2.55Ⅰ“=14（kA ）

短路电流热效应的等值计算时间为

t k =t=t pop +t op =1+0.1=1.1s>1s ，可忽略t k ～，则

t dz = t k =1.1s

根据上述计算选择户内SN10-10I-600型的高压断路器和GN7-10-600型的隔离开关，经短路稳定性校验，均合格。并选取CD10与CS7-lT 型操作机构。

第六节 高压负荷开关和高压熔断器的选择

一、高压负荷开关的选择

1.种类和型式的选择

根据用途、安装地点、安装方式、结构类型和价格因素等综合条件进行合理选择

2.额定电压选择:Un ≥Uns

3.额定电流选择:In ≥Imax

4.断路器的开断电流选择: INbr ≥Iap, I Nbr ≥

5.动稳定校验:I es ≥I k

6.热稳定校验: ＞Q K

二、高压熔断器选择

1. 额定电压选择

对于一般的高压熔断器，其额定电压Un 必须大于或等于电网的额定电压Uns 。但是对于充填石英砂有限流作用的熔断器，则不宜使用在低于熔断器额定电压的电网中，这是因为限流式熔断器灭弧能力很强，在短路电流达到最大值之前就将电流截断，致使熔体熔断时因截流而产生过电压，其过电压倍数与电路参数及熔体长度有关，一般在Uns=Un 的电网中，过电压倍数约2~2.5倍，不会超过电网中电气设备的绝缘水平，但如在Uns

2. 额定电流选择

熔断器的额定电流选择，包括熔管的额定电流和熔体的额定电流的选择。

（1）熔管额定电流的选择

)(43310

3750037500max A U I N =?==I '

2t I t

为了保证熔断器载流及接触部分不致过热和损坏，高压熔断器的熔管额定电流应满足下式的要求，即

式中 INft —熔管的额定电流

INfs —熔体的额定电流

（2）熔体额定电流选择

为了防止熔体在通过变压器励磁涌流和保护范围以外的短路及电动机自启动等冲击电流时误动作，保护35kV 及以下电力变压器的高压熔断器，其熔体的额定电流可按下式选择，即

式中 K —可靠系数（不计电动机自启动时K=1.1~1.3，考虑电动机自启动时K=1.5~2.0）；

I max —电力变压器回路最大工作电流。

用于保护电力电容器的高压熔断器的熔体，当系统电压升高或波形畸变引起回路电流增大或运行过程中产生涌流时不应误熔断，其熔体按下式选择，即 式中K —可靠系数(对限流式高压熔断器，当一台电力电容器时K=1.5~2.0，当一组电力电容器时K=1.3~1.8)；

ⅠNc —电力电容器回路的额定电流。

3. 熔断器开断电流校验

式中 ⅠNbr —熔断器的额定开断电流

对于没有限流作用的熔断器，选择时用冲击电流的有效值Ⅰch 进行校验；对于有限流作用的熔断器，在电流达最大值之前已截断，故可不计非周期分量影响，而采用I “进行校验。

4. 熔断器选择性校验

为使前后两级熔断器之间或熔断器与电源保护装置之间动作的选择性，应进行熔体选择性校验。如图7-4为两个不同熔体安秒特性曲线（ⅠNfs1 <ⅠNfs2）， 同一电流同时通过此二熔体时，熔体1先熔断。所以，为了保证动作的选择性，

Nfs

Nft I I ≥max

KI I Nfs =Nc

Nfs KI I =）

（或I I I ch Nbr ''≥

前一级熔体应采用熔体1，后一级熔体应采用熔体2。保护电压互感器用的高压熔断器，只需按额定电压及断流容量两项来选择。

第七节 互感器的选择

一、电流互感器的选择

1.电流互感器一次侧额定电压和电流选择

电流互感器一次回路额定电压和电流选择应满足：

式中 U 、ⅠN1——电流互感器一次额定电压和电流。

为了确保所供仪表的准确度，互感器的一次侧额定电流应尽可能与最大工作电流接近。

2. 二次额定电流的选择

电流互感器的二次额定电流有5A 和1A 两种。一般强电系统用5A ， 弱电系统用1A 。

3. 电流互感器种类和型式的选择

选择互感器，应根据安装地点和安装方式选择相适应的类别和型式。选用母线型电流互感器时，注意校核窗口尺寸。

4. 准确级的选择

为保证测量仪表的准确度，互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。如:装于重要回路(如发电机、调相机、变压器、厂用馈线、出线等)中的电能表和计费的电能表一般采用0.5~1级表，相应的互感器的准确级不应低于0.5级；对测量精度要求较高的大容量发电机、变压器、系统干线和500kV 级宜用

max

11I I U U N Ns N ≥≥与

0.2级。供运行监视、估算电能的电能表和控制盘上仪表一般皆用1~1.5级的，相应的电流互感器应为0.5~1级。供只需估计电参数仪表的互感器可用3级的。

5. 电流互感器二次容量或二次负载的校验

为了保证互感器的准确级，互感器二次侧所接实际负载Z 2l 或所消耗的实际容量荷S 2应不大于该准确级所规定的额定负载Z N2或额定容量S N2，即 S N2≥S 2= I N22 Z 2l

或 Z N2 ≥ Z 2l ≈R wi +R tou + R m + R r 式中 R m ， R r ——电流互感器二次回路中所接仪表内阻的总和与所接继电器内阻的总和，可由产品样本或附录9中查得。

R wi ——电流互感器二次联接导线的电阻。

R tou ——电流互感器二次连线的接触电阻，一般取为0.1Ω。

6. 热稳定和动稳定校验

（1）电流互感器的热稳定校验只对本身带有一次回路导体的电流互感器进行。电流互感器热稳定能力常以1s 允许通过的一次额定电流ⅠN1的倍数K h 来表示，故热稳定应按下式校验

式中 K h ，ⅠN1 — 由生产厂给出的电流互感器的热稳定倍数及一次侧额定电流。 Ⅰ∞ ，t dz —短路稳态电流值及热效应等值计算时间。

（2）电流互感器内部动稳定能力，常以允许通过的一次

额定电流最大值的倍数k mo 一动稳定电流倍数表示，故内部动稳定可用下式校验

式中 K mo ，I N1 —由生产厂给出的电流互感器的动稳定倍 数及一次侧额定电流。

i ch —故障时可能通过电流互感器的最大三相短路电流冲击值。 由于邻相之间电流的相互作用，使电流互感器绝缘瓷帽上受到外力的作用，因此，对于瓷绝缘型电流互感器应校验瓷套管的机械强度。瓷套上的作用力可由一般电动力公式计算，故外部动稳定应满足

ke N h t I I K 2

21∞≥）（ch

N mo i I K ≥12）（N a

l i F ch al 271073.15.0-??≥

式中 F al ——作用于电流互感器瓷帽端部的允许力；

l ——电流互感器出线端至最近一个母线支柱绝缘子之间的跨距。 系数0.5表示互感器瓷套端部承受该跨上电动力的一半。

二、电压互感器

1. 电压互感器一次回路额定电压选择

为了确保电压互感器安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电力网电压应在（1.1~0.9）U N1范围内变动，即满足下列条件

式中 U N1 —电压互感器一次侧额定电压。

选择时，满足U N1= U Ns 即可。

2. 电压互感器二次侧额定电压的选择

电压互感器二次侧额定线间电压为100V 。

3. 电压互感器种类和型式的选择

电压互感器的种类和型式应根据装设地点和使用条件进行选择，例如:在6~35kV 屋内配电装置中，一般采用油浸式或浇注式； 110~220kV 配电装置通常采用串级式电磁式电压互感器；220kV 及其以上配电装置，当容量和准确级满足 要求时，也可采用电容式电压互感器。

4. 准确级选择

首先根据仪表和继电器接线要求选择电压互感器接线方式，并尽可能将负荷均匀分布在各相上，然后计算各相负荷大小，按照所接仪表的准确级和容量选择互感器的准确级额定容量。有关电压互感器准确级的选择原则，可参照电流互感器准确级选择。一般供功率测量、电能测量以及功率方向保护用的电压互感器应选择0.5级或1级的，只供估计被测值的仪表和一般电压继电器的选用3级电压互感器为宜。

5. 按额定二次容量选择

电压互感器的额定二次容量（对应于所要求的准确级）S N2，应不小于电压互感器的二次负荷S 2，即

1

9.01.1N Ns N U U U >>2

2S S N ≥202020202sin cos ）

（）（）（）（Q P S S S ∑+∑=∑+∑=??

式中 S0、P0、Q0—各仪表的视在功率、有功功率和无功功率。

cosφ—各仪表的功率因数。

由于电压互感器三相负荷常不相等，为了满足准确级要求，通常以最大相负荷进行比较。计算电压互感器各相的负荷时，必须注意互感器和负荷的接线方式。表7-4列出电压互感器和负荷接线方式不一致时每相负荷的计算公式。

第八节短路电流的限制及电抗器的应用

一、电抗器的分类

（1）按相数分：单相三相

（2）按冷却装置种类分：干式油浸

（3）按结构特征分：空心式铁心式

（4）按安装地点分：户内型户外型

（5）按用途分

1）并联：无功补偿作用

2）限流：限制短路电流的数值

3）滤波：限制高次谐波

4）消弧：消除过电压

5）通信：阻挡载波信号，完成通信

6）电炉：限制变压器的短路电流

7）起动：限制电动机的起动电流

二、限流电抗器的作用

限制短路电流

（1）线路电抗器

串接在线路或电缆馈线上，使出线能选用轻型断路器以及减小馈线电缆的截面。（2）母线电抗器

串接在发电机电压母线的分段处或主变压器的低压侧，用来限制厂内、外短路时的短路电流，也称为母线分段电抗器。当线路上或一段母线上发生短路时，它能限制另一段母线提供的短路电流。

（3）变压器回路电抗器

安装在变压器回路中，用于限制短路电流，以便变压器回路能选用轻型断路器。

三、限流电抗器的结构类型

（1）混凝土柱式限流电抗器

构成：绕组、水泥支柱及支持绝缘子。

（2）分裂电抗器

分裂电抗器每相线圈有中间抽头，一般中间抽头接电源侧，两端头接负荷侧，现被广泛应用。

（3）干式空心限流电抗器

能承受户外恶劣的气象条件，可在户内、户外使用。

四、串联电抗器

串联电抗器与并联电容补偿装置或交流滤波装置（也属补偿装置）回路中的电容器串联，作用：

（1）降低涌流倍数和频率。

（2）吸收谐波，降低谐波电压值，减少畸变，提高质量。

（3）限制谐波电流流入电容器组，保护电容器组。

（4）内部短路时，减少短路电流；外部短路时，减少对短路电流的助增作用。（5）减少放电电流值。

（6）电容器组的断路器在分闸过程中，降低操作过电压。