电力工程基础- 电气设备的选择
电气设备的选择
电气设备的选择引言在现代社会中，电气设备的应用变得越来越广泛。
无论是工业生产、商业建筑还是家庭使用，都需要选择合适的电气设备来满足需求。
本文将就电气设备的选择进行探讨，包括选择原则、常见的电气设备和选购注意事项等方面。
选择原则在选择电气设备时，需要考虑以下几个原则：1.功能匹配：首先要明确设备所需的功能，确保所选设备能够满足需求。
2.安全和可靠性：电气设备应具有良好的安全和可靠性，确保日常使用的稳定性。
3.节能环保：选择具有节能环保特性的电气设备，既能减少能源消耗，又可降低对环境的影响。
4.维护便捷：可选择易于维护和维修的设备，以降低维护成本和时间。
常见的电气设备1. 电源设备电源设备是电气系统中最基本的设备之一。
常见的电源设备包括发电机、变压器和电池等。
选择电源设备时，需根据需求确定设备的功率和电压等参数，并结合实际情况进行选择。
例如，在家庭使用中，大多数家电设备使用220V交流电，因此选择220V变压器供电是较为常见的选择。
2. 开关和插座开关和插座在日常生活中无处不在。
选择开关和插座时，需要考虑其外观设计、材质、电流容量等因素。
同时，也需考虑开关和插座的使用环境，如防水性能、防尘性能等特点。
3. 照明设备照明设备是电气设备中常见且广泛应用的一类设备。
选择照明设备时，需考虑其照明效果、能耗、寿命等因素。
现在LED照明设备得到了广泛应用，其能效高、寿命长、环保等特点成为了趋势。
4. 变频器变频器用于调节电机的转速和输出功率。
选择变频器时，需考虑所需的额定功率、输入电压和输出电压等参数。
同时，还需考虑变频器的调速范围、控制方式和稳定性等因素。
5. 电力配电柜电力配电柜用于对电能进行分配和控制。
选择电力配电柜时，需根据需求确定柜体容量和配电能力等参数，并结合电路规划进行选择。
此外，还需注意配电柜的安全特性和可靠性，以保障电力系统的正常运行。
6. 电气保护设备电气保护设备用于保护电气系统免受过载、短路等电力故障的影响。
电气设备的选择及其安装
电气设备的选择及其安装1. 设备选择：在选择电气设备时，首先要确保设备符合所需规格和功率要求。
同时，要选择可靠性高、质量好的品牌和型号，以保证设备的稳定性和安全性。
2. 环境适应性：根据电气设备的使用环境，选择具有相应防水、防尘、防爆等功能的设备，以确保设备能够在各种环境下正常运行，并保证使用者的安全。
3. 安装位置：在选择安装位置时，要考虑设备的散热和通风情况，避免设备长时间运行过热影响其寿命。
同时，要确保设备的安装位置符合相关安全规定，避免设备对使用者造成安全风险。
4. 电缆敷设：在安装电气设备时，要注意电缆的敷设和连接质量，确保电缆的连接牢固可靠，避免因电缆故障导致设备损坏或安全事故。
5. 固定安装：对于需要固定安装的设备，如电力配电柜、控制柜等，要确保设备固定牢固，避免设备因振动和外力影响而移位或损坏。
总之，在选择和安装电气设备时，要充分考虑设备的性能，环境适应性以及安全性，确保设备能够正常运行并保证使用者的安全。
同时，在安装过程中要严格按照相关规定和标准进行操作，避免因错误安装而引发安全风险。
在电气设备的选择和安装过程中，还需要考虑到与设备有关的设备保护、接地和接地保护、过电压保护、过电流保护等。
这些都是保障电气设备正常运行和使用人安全的重要环节。
接下来，我们将深入探讨这些内容。
1. 设备保护：在选择和安装电气设备时，需要考虑设备保护的问题。
根据设备的特性和使用场合确定相应的保护措施，比如过载保护、短路保护和漏电保护等。
这些保护装置可以在设备出现异常情况时及时切断电路，以避免设备受损或者引发安全事故。
2. 接地和接地保护：对于很多电气设备来说，接地是非常重要的。
在电气设备的安装过程中，需要确保设备的接地系统能够正常工作。
不仅要保证接地电阻的合格性，还要确保接地线路的连接牢固。
此外，要根据设备的特性选择相应的接地保护装置，保障设备和使用者的安全。
3. 过电压保护：在电气设备的选择和安装中，需要考虑到来自电网或设备自身的过电压情况。
电气设备的选择原则
一、电气设备选择的基本原则1、按正常工作条件选择电气设备2、1、电气设备型式的选择选用电气设备必须考虑设备的装置地点和工作环境;另外,根据施工安装的要求,或运行操作的要求,或维护检修的要求,电气设备又有各种不同的型式可供选择; 2、电气设备电压的选择选择电气设备时,应使所选择的电气设备的额定电压大于或等于正常时可能出现的最大的工作电压,即：3、 UN ≥ Uet4、3、电气设备额定电流的选择5、电气设备的额定电流应大于或等于正常工作时最大负荷电流,即6、 IN ≥ Iet7、我国目前所生产的电气设备,设计师取周围空气温度为40℃作为计算值,如装置地点周围空气温度低于40℃时,每低1℃,则电气设备如断路器、负荷开关、隔离开关、电流互感器、及套管绝缘子等的允许工作电流可以比额定值增大%,但总共增大的值不能超过20%;8、按短路条件校验电气设备1、电气设备的热稳定性校验电气设备热稳定性校验是以电气设备的短路电流的数值作为依据的,在工程上常采用下式来做热稳定性校验,即I2t t ≥ I2∞tj或 I∞≤ It√t/tj式中 It——制造成规定的在t秒内电气设备的热稳定电流,这个电流是在指定时间内不使电器各部分加热到超过所规定的最高允许温度的电流kA；t ――与It相对应的时间,通常规定为1s、4s、5s或10s ；I∞――电路中短路电流周期分量的稳态值 kA ；tj――家乡时间 s,参见第四章第六节;2. 动稳定校验断路器、负荷开关、隔离开关及电抗器的动稳定应满足下式的要求Imax ≥Ishi max ≥ ish式中 Imax 、imax――制造厂规定的电器允许通过的最大电流的有效值和幅值 kA ；Ish 、 ish――按三项短路电流计算所得的短路全电流的有效值和冲击电流值 kA;3. 开关电器的断流能力的检验高压断路器、低压断路器和熔断器等设备,应当具备在最严重的短路状态下切断故障电流的能力;制造厂一般在产品目录中提供其在额定电压下允许切断的短路电流Izk 和允许切断的短路容量Szk;Izk又称开端电流,Szk又称开断容量;为了能使开关电器安全可靠切断短路电流,必须使Izk 和Szk大于开关电器必须切断的最大短路电流和短路容量,即Izk ≥ IdtSzk ≥ Sdt式中Izk 、Szk――开关的耳钉开断电流kA和耳钉开断容量MVA；Idt 、Sdt――电力系统在t秒时电器断开的时间的三相短路电流kA和短路容量MVA;。
电气设备选择的一般原则
运行与维护
一、选择电气设备的一般原则
1 按使用环境选择电气设备的类型 2 按正常工作参数选择电气设备 3 按短路条件校验电气设备
（一）按使用环境选择电气设备的类型 类型
户内式、户外式； 普通型、防污型ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ湿热型、高原型； 矿用一般型、增安型、隔爆型、本质型安全等。
根据电气设备工作的环境条件选择出合适的型号。
2 ss
t
i
用最大运行方式下的三相短路电流校验。 短时出现的运行情况可不予考虑。
常用开关设备的选择校验项目
项目 设备名称 高压隔离开关
高压断路器 高压负荷开关
高压熔断器 低压隔离开关
低压断路器 低压熔断器
额定电压
√ √ √ √ √ √ √
额定电流
额定断流容量 极限分断电流
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
短路稳定性校验
1 开关电器断流能力的校验
S br S 或 S 0.2 I br I 或 I 0.2
• 开关电器用在低于额定电压的回路中时
U
S brU
UN
S br
（三）按短路条件校验电气设备
2 电气设备的短路稳定性校验
• 动稳定校验：
ies iim
I es
I im
• 热稳定校验：
I
2 ts
t
I
（二）按正常工作参数选择电气设备
1 根据额定电压选择 2 根据额定电流选择
U N U Nw
I N Ica
40℃＜θ≤60 ℃时
I pr Kso I N
Kso
p p 0
θ＜40℃时：高压电器，每降低1℃，允许电流比额定值可增加0.5％， 但增加的总数不得超过20％。
工学电气设备的选择
11
地点的环 境条件，当气温、风速、温度、污秽等级、海拔高 度、地震烈度和覆冰厚度等环境条件超过一般电器 使用条件时，应采取措施。
我国目前生产的电器使用的额定环境温度：
40 C 0
如周围环境温度高于+40℃，但不超过+60℃时，则因
散热条件较差，最大连续工作电流应适当减少，设备的额
4
3、短路电流热效应值Qk的计算
短路全电流中包：含周期分量Iz和非周期分量If。
热效应Qk也由两部分构成：
Qk Qz Qf
Qz
t1 t0
I
2 zt
dt
Qf
t1 t0
I
2 ft
dt
Qz
t1 t0
I
2 zt
dt
t1 t0 12
I // 2
10I
2 0.5tk
I2 tk
(kA2*s)
稳态短路电流周期分量的有效值[起始值]
断路器QF5与电抗器间的连线很短，故障几率小。
选电抗器后K8点为计算点 。
15
4、短路电流计算时间tk
校验电气设备的热稳定时，所用的短路电流计算时间tk： tk=继电保护动作时间tpr+ 断路器全开断时间tab 固有分闸时间tin + 燃弧时间ta
1）校验导体和110kV以下电缆的热稳定时， 一般采用：主保护动作时间+断路器全分闸时间 若保护有死区：后备保护动作时间+断路器全分闸时间
2）110kV及以上的高压配电装置，一般采用软导线。
如：钢芯铝绞线、分裂导线、组合导线、扩径导线等
19
3、母线的布置形式
图5-6 矩形母线的布置方式
(a) 三相水平布置，母线竖放； (b)三相水平布置，母线平放； (c)三相垂直布置，母线竖放。
第6章--电气设备的选择
能力 热稳定 动稳定 (kA)
二次 容量
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√ √
6.1 电气设备选择的一般原则
设备名称
额定电 额定电
短路电流
开断能力
压(V) 流(A)
(kA)
热稳定 动稳定
低压断路器 √ 低压负荷开关 √ 低压刀开关 √
√ （√） （√） √ √ （√） （√） √ √ （√） （√） √
式中： ish ， Ish—— 短路电流的冲击值和冲击 有效值;
imax ，I max—— 设备允许的通过的极限 电流峰值和有效值。
6.1 电气设备选择的一般原则
3．开关设备断流能力校验
对要求能开断短路电流的开关设备，如断路器、熔
断器，其断流容量不小于安装处的最大三相短路容量，
即：
S S OFF
k·max 或
IOFF
I（3） k ·max
式中：
I ， S （3） k ·max
k ·max
最大短路容量；
IOFF ， SOFF
开断容量。
— 三相最大短路电流与 — 断路器的开断电流与
6.1 电气设备选择的一般原则
6.1.3 常用电气设备的选择及校验项目 供配电系统中的各种电气设备由于
工作原理和特性不同，选择及校验的项 目也有所不同，常用高低压设备选择校 验项目如下：
6.2 高压开关设备的选择
2．熔断器熔体额定电流选择：
熔断器额定电流应大于或等于所装熔体额 定电流，即
式中： IN·FU
I N ·FE
电气设备选型
2 硬母线的选择与校验
（4）母线共振的校验 当母线的自振频率与电动力交变频率一致或 接近时，将会产生共振现象，增加母线的应力。 因此，对于重要回路（如发电机、变压器及汇 流母线等）的母线应进行共振校验。 当自振频率无法限制在共振频率范围之外时， 母线受力必须乘以动态应力系数，值可由曲 线查得。
t的jx 情况下，与导体最高允许加热温度所对应的 截面为最小允许截面。
S m in
I C
t jx K f
（10）
式中 C ──热稳定系数，与导体材料、结构及最
高允许温度、长期工作额定温度有关。
2 硬母线的选择与校验
（3）动稳定校验
1）单条母线的应力按照母线在支持绝缘子上 固定的形式，通常假定母线为自由支承在绝缘子 上的多跨距、载荷均匀分布的梁，在电动力的作 用下，母线所受的最大弯矩。
断容量）
Id Ikt
（6）
Sd Skt
式中 、 I kt SkVA；
I d、Sd ——电器设备安装处的短路电流，kA；短路 容量，MVA。
铭牌断流容量值所规定的使用条件，一般的断路器如 用于高海拔地区、矿山井下，或电压较低的电网中，都 要降低断流容量值。当断路器采用手动操动机构或自动 重合闸装置时，其遮断容量应下降到原来的额定值的60 ％～70％。
2 硬母线的选择与校验
硬母线一般按下列各项进行选择和校验： （1）导体材料 （2）类型和敷设方式 （3）导体截面电晕 （4）热稳定 （5）动稳定 （6）共振频率
2 硬母线的选择与校验
1．母线的选型
工业上常用的硬母线截面为矩形，槽形和管形。
（1）矩形母线散热条件较好，有一定的机械 强度，便于固定和连接，但集肤效应较大。为避 免集肤效应系数过大，单条矩形母线的截面最大 不超过1250mm2。当工作电流超过最大截面单 条母线允许电流时，可用2～4条矩形母线并列使 用。但由于集肤效应的影响，多条母线并列的允 许载流量并不成比例增加，故一般避免采用4条 矩形母线。矩形导体一般只用于35kV及以下，电 流在4000A及以下的配电线路中。
4 电气设备的选择
P(22-1)=(20×10+2×9)-10=199kW
Sc(22 1) 0.35 199 99.5kVA 0.7
Ic(22 1) 99.5103 151.2 A 3 380
其中最大的一台电动机启动电流为
Ist(max) 7IN 7 19.4 135.8A INF K IF st(max) Ic(22 1)
瞬时脱扣器整定电流 Izd3
5．型号含义
附：断路器产品手册示例
DW15系列万能式断路器 适用范围 ：DW15系列万能式断路 器的额定电流为100A至4000A,限流 断路器至6 30A，额定电压交流50Hz， 400V至1140V。主要在配电网络中 用作分配电能和保护线路及电源设 备的过载、欠电压和短路。 D W15-200、400、630也能在交流 50Hz、400V电网中用来保护电动机 的过载、欠电压和短路。在正常条 件下，断路器可作为线路不频繁转 换及电动机不频繁起动之用。
0.45135.8 151.2 212.31A
查表，选择RM10-350型，熔体额定电流为225A
检查能否保护导线 所选导线截面为70mm2的铝芯塑料线， IN=192A，查电工手册，其允许的最大熔体电流 为235A，又INF<192×1.5，所以满足要求。
4．2．5 刀 开 关
1．作用
1）非频繁接通和切断低压供电线路
短路保护之用，并
可作为线路的不频
繁转换及电动机的 不频繁起动之用。
DZ15LE系列漏 电断路器是一种中性
对地的漏电保护装置。 适用于交流50Hz,额定电 压至400V，额定电流至 63A(100A)的电路中，作 漏电保护之用；也可用 来防止因设备绝缘损坏， 产生接地故障电流而引 起的火灾危险。并可用 来保护线路和电动机的 过载及短路。
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15.2.1 架空线路的选择
• 机械强度校验
跨越铁路、通航河流和运河、公路、通信线路和居民区的 线路，截面积不小于35mm2
通过其他地区的线路：35kV以上线路最小为25mm2
35kV及以下线路最小为16mm2
• 热稳定校验
S mi n
1 C
Qk (mm 2 )
热效应 Qk Qt Qf
周期分量热效应
ELECTRIC POWER ENGINEERING 电力工程
鞠平 主编
第十五章 电气设备的选择
第十五章 电气设备的选择
15.1 电气设备选择的一般条件 15.2 输电线路的选择 15.3 发电厂及变电所主变压器的选择 15.4 支柱绝缘子及穿墙套管的选择
第十五章 电气设备的选择
15.5 高压断路器、隔离开关和高压熔 断器的选择
15.2.1 架空线路的选择
（4）地线与导线间的距离 地线对边导线的保护角应满足防雷要求，与导线的水平 偏移应满足绝缘水平要求。 双地线线路，两个地线间距离不应超过地线与导线间垂 直距离的5倍。
15.6 电流和电压互感器的选择 15.8 硬母线的选择
15.1 电气设备选择的一般条件
15.1.1 按正常工作条件选择电气设备 15.1.2 按短路条件校验热稳定和动稳定
15.1.1 按正常工作条件选择电气设备
1、按工作电压选择
电气设备的额定电压应不低于所在电网的额定电压
U N USN
2、按工作电流选择
或运行经验证明雷电活动轻微的地区，可不架设地线， 但应在变电所或发电厂进线段架设1~2km地线； • 35kV线路一般不沿全线架设地线。
15.2.1 架空线路的选择
地线种类选择 一般地线、绝缘地线、屏蔽地线、复合光纤地线
地线截面积选择 地线截面积应与导线截面相配合（P341表15-8）
（3）导线在杆塔上的排列方式及线间距离 导线在杆头的排列方式：水平、垂直和三角形 导线的线间距：根据经验确定
（1）短路计算时间 热稳定计算时间为继电保护动作时间和断路器的全开断 时间之和。
tk t pr tab t pr tin ta
（2）短路计算容量 按本工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景 发展规划。
（3）短路计算类型 一般采用三相短路，当其它形式短路电流大于三相时， 选取最严重的情况
15.1.2 按短路条件校验热稳定和动稳定
1、短路热稳定校验
电气设备能耐受短路电流流过时间内的热效应而不致损坏。
导体
按最小截面积法校验 Smin
Qk C
电器
按热稳定电流及其通过时间校验 It2t Qk
Qk ——短路电流热效应 C ——热稳定系数 It——所选电器t时间内允许通过的热稳定电流
Qt
tk 12
(I 2
10
I2 tk2 NhomakorabeaI2 tk
)
非周期分量热效应 Qf TI 2
15.2.1 架空线路的选择
（2）地线的选择
各级电压线路架设地线的要求：
• 500kV线路应沿全线架设双地线； • 年平均雷暴日数超过15的地区，220~330kV线路应沿全
线架设地线，山区宜架设双地线； • 110kV线路宜全线架设地线，年平均雷暴日数不超过15
15.1.2 按短路条件校验热稳定和动稳定
（4）短路计算点 正常接线方式时，通过电气设备的短路电流为最大的短
路点，称为短路计算点。 对两侧均有电源的电气设备，应比较电气设备前、后短 路时的短路电流，选通过电气设备短路电流较大的地点
短路计算点选在并联支路时， 应断开一条支路。
同一电压等级中，汇流母线 短路时，短路电流最大。
15.2.1 架空线路的选择
经济电流密度：综合考虑投资、年运行费和国家当时的技术 经济政策而确定的电流密度，可使选择的导体年计算费用最 小。
S I max J
Imax ——正常运行方式下导线的最大持续工作电流 J ——经济电流密度，可根据最大负荷利用小时数Tmax，
在经济电流密度曲线上查得（P339图5-2）
电气设备的额定电流应不低于各种可能运行方式下该回路 最大持续工作电流
I N (或KIal ) Imax
15.1.1 按正常工作条件选择电气设备
回路名称 发电机、调相机回路
变压器回路
出线回路 母联回路 汇流母线
分段回路
电容器回路
最大持续工作电流 额定电流的1.05倍 额定电流的1.05倍 有过负荷运行的可能，1.3～2倍额定电流 1.05倍线路最大负荷电流 母线上最大一台发电机或变压器的Imax 按实际潮流分布确定 母线上最大一台发电机额定电流的50%~80% 变电所应满足用户的一级负荷和大部分二级负荷 1.35倍电容器组额定电流
15.1.1 按正常工作条件选择电气设备
3、按当地环境条件校核
海拔 • 正常使用环境海拔不超过1000m • 高于1000m不超过4000m：海拔每升高100m，其外绝缘 强度下降1%，允许温升降低0.3%。
温度
Ial KIN
al al
0
I
N
θal为导体长期发热允许最高温度； θ0为导体的额定环境温度，一般取25
带限流电抗器的出线回路， 短路计算点一般选择电抗器 后。
15.2 输电线路的选择
15.2.1 架空线路的选择 15.2.2 电力电缆的选择
15.2.1 架空线路的选择
1、导线与地线的选择
（1）导线的选择 导线材料：铜、铝、铝合金、钢 导线种类：钢芯铝绞线（LGJ），铝合金绞线（LHAJ、 LHBJ），铝包钢绞线（GLJ）等 导线截面积选择 • 截面积选择 按长期发热允许电流 按经济电流密度
15.1.2 按短路条件校验热稳定和动稳定
2、动稳定校验
电气设备承受短路电流产生的电动力效应而不损坏。
ies iM 或 Ies IM
iM、IM——短路冲击电流的幅值和有效值 ies、Ies——电器允许通过的动稳定电流幅值和有效值
15.1.2 按短路条件校验热稳定和动稳定
3、短路电流计算条件
按经济电流密度选择的导线截面积需要进行长期发热条件 检验。
15.2.1 架空线路的选择
• 电压损失检验
正常运行时 U % 10% 一回线故障 U % 15%
校验不满足要求： 增加回路数 分裂导线
• 电晕电压校验 对于110KV及以上的各种规格导体，应按晴天不出现
电晕的条件校验。 U cr U max