第六章

電氣設備選擇第一節

電氣設備選擇的一般條件

第二節導體與電纜的選擇

第三節支柱絕緣子與穿墻套管的選擇

第四節高壓斷路器與隔離開關的選擇

第五節高壓熔斷器的選擇

第六節限流電抗器的選擇

第七節互感器的選擇

本章計劃學時：10~12學時第一節電氣設備選擇的一般條件

一般條件：多數電氣設備共有的選擇校驗項目。一、按正常工作條件選擇額定電壓和額定電流

1.額定電壓選擇特殊條件：個別電氣設備具有的選擇校驗項目。｛選擇條件有

正常電壓要求是：電氣設備所在回路的最高運行電壓不得高于電氣設備的允許最高工作電壓。

由于電氣設備的允許最高工作電壓為其額定電壓的UN的1.1~1.15倍，而電網電壓正常波動引起的最高運行電壓不超過電網額定電壓UNs的1.1倍。

一般可以按電氣設備的額定電壓UN不得低于其所在電網的額定電壓UNs的條件來選擇電氣設備，即

UN≥UNs

注意：

海拔影響電氣設備的絕緣性能，隨裝設地點海拔的增加，空氣密度和濕度相應減小，使得電氣設備外部空氣間隙和固體絕緣外表面的放電特性降低，電氣設備允許的最高工作電壓減小。對海拔超過1000m的地區，一般應選用高原型產品或外絕緣提高一級的產品。對于現有110kV及以下大多數電器的外絕緣有一定裕度，可在海拔2000m以下地區使用。

在空氣污穢(腐蝕減低絕緣強度)或有冰雪的地區，某些電氣設備應選用絕緣加強型或高一級電壓的產品。

2.額定電流選擇

電氣設備的額定電流IN（或載流量Ial）：在額定環境溫度θ0下，長期允許通過的電流。

為了滿足長期發熱條件，應按額定電流IN（或載流量Ial）不得小于所在回路最大持續工作電流Imax的條件進行選擇，即

IN（或Ial）≥Imax

當實際環境溫度θ不同于導體的額定環境溫度θ0時，其長期允許電流應該用下式進行修正。

不計日照時，裸導體和電纜的綜合修正系數K為

θal——導體的長期發熱允許最高溫度，裸導體一般為70℃；

θ0——導體的額定環境溫度，裸導體一般為25℃。

我國生產的電氣設備的額定環境溫度θ0=40℃。在40~60℃范圍內，當實際環境溫度高于+40℃時，環境溫度每增高1℃，按減少額定電流1.8%進行修正；當實際環境溫度低于+40℃時，環境溫度每降低1℃，按增加額定電流0.5%進行修正，但其最大過負荷不得超過額定電流的20%，實際選擇時一般不修正。

Ialθ=KIal

≥Imax

回路最大持續工作電流Imax

的計算:回路名稱最大持續工作電流

說明發電機、調相機回路1.05倍發電機、調相機額定電流發電機和變壓器在電壓降低到0.95額定電壓運行時，出力可以保持不變，故電流可以增大5%變壓器回路1.05倍變壓器額定電流1.3~2.0倍變壓器額定電流若要求承擔另一臺變壓器事故或檢修時轉移的負荷出線回路1.05倍線路最大負荷電流考慮5%的線損，還應考慮事故時轉移過來的負荷母聯回路母線上最大一臺發電機或變壓器的最大持續工作電流分段回路母線上最大一臺發電機額定電流的50%~80%變電所應滿足用戶的一級負荷和大部分二級負荷

匯流母線按實際潮流分布確定電容器回路1.35倍電容器組額定電流考慮過電壓和諧波的共同作用二、按短路條件校驗熱穩定和動穩定1.短路熱穩定校驗熱穩定：指電氣設備承受短路電流熱效應而不損壞的能力。

熱穩定校驗的實質：使電氣設備承受短路電流熱效應時的短時發熱最高溫度不超過短時最高允許溫度。導體通常按最小截面法校驗熱穩定。電器的熱穩定是由熱穩定電流及其通過時間來決定的，滿足熱穩定的條件為

Qk——短路電流熱效應；

It——所選用電器t（單位為s）時間內允許通過的熱穩定電流。

2.短路動穩定校驗動穩定：指電氣設備承受短路電流產生的電動力效應而不損壞的能力。

部分電氣設備動穩定按應力和電動力校驗。電器滿足動穩定的條件為

ies≥ishish——短路沖擊電流的幅值，ish為：I”為0s短路電流周期分量有效值；Ksh為沖擊系數，發電機機端取1.9，發電廠高壓母線及發電機電壓電抗器后取1.85，遠離發電機時取1.8。ies——電器允許通過的動穩定電流幅值，生產廠家用此電流表示電器的動穩定特性，在此電流作用下電器能繼續正常工作而不發生機械損壞。

3．短路計算時間計算短路電流熱效應時所用的短路切除時間tk等于繼電保護動作時間tpr與相應斷路器的全開斷時間tab之和，即

斷路器的全開斷時間tab等于斷路器的固有分閘時間tin與燃弧時間ta之和，即

驗算裸導體的短路熱穩定時，tpr宜采用主保護動作時間，如主保護有死區時，則采用能對該死區起保護作用的后備保護動作時間；

驗算電器的短路熱穩定時，tpr宜采用后備保護動作時間。少油斷路器的燃弧時間ta為0.04~0.06s，SF6斷路器的燃弧時間ta為0.02~0.04s。4．短路電流計算條件（1）短路計算容量和接線：

容量:

應按本工程的設計規劃容量計算，并考慮電力系統的遠景發展規劃（一般為本期工程建成后5~10年）。

接線:

可能發生最大短路電流的正常接線方式。（2）短路種類：

一般按三相短路驗算；

若發電機出口的兩相短路，或中性點直接接地系統、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，則應按嚴重情況驗算。

（3）短路計算點：在正常接線方式時，通過電氣設備的短路電流為最大的短路點，稱為短路計算點。1）對兩側均有電源的電氣設備，應選其前、后短路時，通過它的短路電流較大的地點作為短路計算點。例如，校驗圖6-1中的發電機出口斷路器QF1時，應比較k1和k2短路時流過QF1的電流，選較大的點作為短路計算點。

2）短路計算點選在并聯支路時，應斷開一條支路。因為斷開一條支路時的短路電流大于并聯短路時流過任一支路的短路電流。例如，校驗圖6-1中分段回路的斷路器QF5或主變低壓側斷路器QF2時，應選k2和k3點為短路計算點，并斷開變壓器T2。

3）在同一電壓等級中，匯流母線或無電源支路短路時，短路電流最大。校驗匯流母線、廠用電分支電器（無電源支路）和母聯回路的電器時，短路計算點應選在母線上。例如，校驗圖6-1中10kV母線時，選k2點。

4）帶限流電抗器的出線回路，由于干式電抗器工作可靠，故校驗回路中各電氣設備時的短路計算點一般選在電抗器后。例如，校驗圖6-1中出線回路的斷路器QF3時，短路計算點選在出線電抗器后的k5點。

5）110kV及以上電壓等級，因其電氣設備的裕度較大，短路計算點可以只選一個，選在母線上。例如，校驗圖6-1中110kV的電氣設備時，短路計算點可選在110kV母線上，即k6點。

（4）短路電流的實用計算方法：在進行電氣設備的熱穩定驗算時，需要用短路后不同時刻的短路電流，即計及暫態過程，通常采用短路電流實用計算方法，即運算曲線法。該內容應在電力系統分析課程中學習。第二節導體與電纜的選擇

一、導體的選擇

（一）導體材料、類型與布置方式選擇1．導體的材料

銅：電阻率低，機械強度高，耐腐蝕性比鋁強，但儲量少，價格高。

鋁：電阻率比銅高，機械強度低，耐腐蝕性較銅差，但儲量高，價格低。

一般優先采用鋁導體，在工作電流大，地方狹窄的場所和對鋁有嚴重腐蝕的地方可采用銅導體。

2．導體的選型(1)常用硬導體的截面形狀有矩形、槽形和管形。導體截面形狀影響硬導體的散熱、集膚效應系數和機械強度。

矩形導體廣泛用于35kV及以下，工作電流不超過4000A的屋內配電裝置中，例如，主母線，連接導體和變壓器及小容量發電機的引出線母線。當單條導體的載流量不能滿足要求時，每相可采用2~4條并列使用；

槽形導體適用于35kV及以下，工作電流為4000~8000A的配電裝置中，例如，100MW發電機的引出線母線；

管形導體適用于8000A以上的大電流母線，例如，容量為200MW及以上的發電機引出線。對110kV及以上屋內外配電裝置，采用硬母線時，應選用管形導體（防止電暈）。(2)常用的軟導線有鋼心鋁絞線、組合導線、空心導線、擴徑導線和分裂導線。

鋼心鋁絞線適用于35kV及以上的屋外軟母線；

組合導線用于中小容量發電機和變壓器的引出線；

空心導線、擴徑導線和分裂導線直徑大，可以減小線路電抗、減小電暈損耗和對通訊的干擾，用于超高壓母線和輸電線路。220kV輸電線路常采用兩分裂導線。

220kV管形母線110kV軟母線(LGJ)采用單條矩形導體的10kV母線橋3．導體的布置方式

導體的布置方式常采用三相水平布置和三相垂直布置。（二）導體截面的選擇1．按導體的長期發熱允許電流選擇截面。匯流母線及長度在20m以下的導體等，一般應按長期發熱允許電流選擇其截面，即Imax

≤KIal

圖6-2b中矩形導體平放，機械強度較高，但散熱條件較差；

圖6-2a中矩形導體豎放，散熱條件好，載流量大，但機械強度較差；

圖6-2c為矩形導體三相垂直布置，它綜合了圖6-2a、b的優點。2．按經濟電流密度選擇截面。

按經濟電流密度選擇導體截面可以使年計算費用最小。

除匯流母線、廠用電動機的電纜等外，年最大負荷利用時數較大，長度在20m以上的導體，如發電機和變壓器引出線，其截面一般按經濟電流密度選擇。Imax——正常運行方式下導體的最大持續工作電流，計算時不考慮過負荷和事故時轉移過來的負荷；

J——經濟電流密度，常用導體的J值，可根據最大負荷利用時數Tmax由圖6-3查得。

Imax——導體的最大持續工作電流，計算時一般需考慮過負荷和事故時轉移過來的負荷。

經濟截面的計算：

圖6-3經濟電流密度1—變電所所用、工礦和電纜線路的鋁紙絕緣鉛包、鋁包、塑料護套及各種鎧裝電纜2—鋁矩形、槽形及組合導線3—火電廠廠用的鋁紙絕緣鉛包、鋁包、塑料護套及各種鎧裝電纜4—35~220kV線路的LGJ、LGJQ型鋼心鋁絞線

按經濟電流密度選擇的導體截面應盡量接近計算的經濟截面，當無合適規格的導體時，允許選用小于但接近經濟截面的導體。

按經濟電流密度選擇的導體截面還需要進行長期發熱條件校驗，此時計算Imax需考慮過負荷和事故時轉移過來的負荷。

由于匯流母線各段的工作電流大小不相同，且差別較大，故匯流母線不按經濟電流密度選擇截面。

（三）電暈電壓校驗

導體的電暈放電會產生電能損耗、噪聲、無線電干擾和金屬腐蝕等不良影響。

為了防止發生全面電暈，要求110kV及以上裸導體的電暈臨界電壓Ucr應大于其最高工作電壓Umax，即

在海拔不超過1000m的地區：下列情況可不進行電暈電壓校驗。

1)110kV采用了不小于LGJ-70型鋼心鋁絞線和外徑不小于φ20型管形導體時；2)220kV采用了不小于LGJ-300型鋼心鋁絞線和外徑不小于φ30型的管形導體時。（四）熱穩定校驗對于特定網絡和短路切除時間，短路電流熱效應Qk

保持不變，利用上式，取短時最高允許溫度θal計算短路終了時的A值得Ah，取短路前導體的工作溫度θw計算短路開始時的A值得Aw，定義熱穩定系數為此時C達到上限值，若計及集膚效應系數KS影響，可得到滿足熱穩定的導體最小截面為

顯然，當所選導體截面S≥Smin時

，由于短路電流熱效應Qk保持不變，短路終了時的A值Af減小，Af<Ah，故導體短路時的溫度不會超過短時最高允許溫度。根據可以看出

最小截面法:

Qk的單位為

A2·s；熱穩定系數C的單位為C可以根據短路前導體的工作溫度由表6-2查出。

實際環境溫度下，短路前導體的工作溫度θw的計算：由長期發熱計算公式得兩式兩邊相除再平方得：θ、Ialθ——實際環境溫度和對應于實際環境溫度θ的允許電流。

例如：200℃的

Ah=

1.3×104

，

80℃的

Aw=

0.6×104

，則（五）硬導體的動穩定校驗

硬導體的動穩定校驗條件為最大計算應力σmax不大于導體的最大允許應力σal，即

σmax≤σal

硬導體的最大允許應力：硬鋁為70×106Pa，硬銅為140×106Pa，1Pa=1N/m2。

計算相間電動力fph（單位為N/m）時，由于相間距離較大，可不考慮形狀的影響，均按下式計算

ish為三相短路沖擊電流（A）；a為相間距離（m）；β為動態應力系數。

1．每相為單條矩形導體母線的應力計算與校驗矩形導體母線系統可以視為均勻荷載作用的多跨連續粱，導體所受到的最大彎矩M（N·m）為

導體最大相間計算應力σph（單位為Pa）為

W——導體的截面系數（m3），即導體對垂直于電動力作用方向軸的抗彎矩，與導體尺寸和布置方式有關，見表6-3。

滿足動穩定的條件為：σmax=

σph≤σal

單條平放，單條豎放不滿足動穩定時，可適當減小支柱絕緣子跨距L，重新計算。也可以用絕緣子間最大允許跨距Lmax校驗動穩定：

令σph=σal

，可得到：只要支柱絕緣子跨距L≤Lmax，即可滿足動穩定要求。

，

2．每相為多條矩形導體母線的應力計算與校驗每相為多條導體時，除受相間電動力的作用外，還受到同相中條與條之間的電動力作用，滿足動穩定的條件為

σmax=σph+σb≤σal

1)多條矩形導體的相間計算應力σph與單條矩形導體時的相同：但截面系數為多條矩形導體的截面系數，根據每相導體的條數和布置方式選用表6-3中公式計算。雙條平放雙條豎放三條平放三條豎放圖6-4雙條平放矩形導體側視圖2)單位長度條間最大電動力fb(單位為N/m)的計算

多條導體的結構：相鄰導體條間距離：一般為矩形導體短邊b的2倍。由于條間距離很小，故條間應力σb比相間應力大的多，為了減小條間計算應力，

一般在同相導體的條間每隔30~50cm左右裝設一金屬襯墊，如圖6-4所示。襯墊跨距Lb可通過動穩定校驗條件來確定。

上兩式中，K12和K13分別是第1、2條導體和第1、3條導體間的形狀系數。

每相多條矩形導體中，電流的方向相同，邊條受的電動力最大。根據兩平行導體電動力計算公式，并考慮導體形狀對電動力的影響，每相為兩條且各通過50%的電流時，單位長度條間最大電動力fb(單位為N/m)為

每相為三條時，可以認為中間條通過20%電流，

兩邊條各通過40%電流，則單位長度條間最大電動力fb(單位為N/m)為

3)條間計算應力σb（單位為Pa）的計算邊條導體所受的最大彎矩Mb（單位為N·m）為

根據表6-3中的圖可以看出，不論導體是平放還是豎放，每相多條導體所受條間電動力的方向與每相單條豎放時所受相間電動力方向相同，故邊條導體的截面系數為W=b2h/6，因而條間計算應力σb（單位為Pa）為

按σmax=σph+σb≤σal校驗動穩定，如果不滿足動穩定要求時，可以適當減小襯墊跨距Lb，重新計算應力σb

。

4)動穩定校驗5)用最大允許襯墊跨距Lbmax校驗動穩定令σmax=σph+σb中σmax=σal

，得條間允許應力σbal=σal-σph，代入式（6-24）得最大允許襯墊跨距Lbmax（單位為m）為

為防止因Lb太大，同相各條導體在條間電動力作用下彎曲接觸，還應計算襯墊臨界跨距Lcr（單位為m），即

λ的取值，鋁：雙條為1003，三條為1197。

只要Lb=L/(n+1)≤min{Lbmax，Lcr}，就能滿足動穩定又避免同相各條導體在條間電動力作用下彎曲接觸，其中n即為滿足動穩定的襯墊個數。

類型布置方式截面系數單位長度相間電動力相間應力單位長度條間電動力條間應力校驗方法單條平放無無豎放雙條平放同上同上豎放三條平放同上同上同上豎放σmax=

σph≤σal

σmax=σph+σb≤σal

或矩形導體的動穩定校驗總結基本單位：長度為”m”，電流為”A”。(σbal=σal–σph)【例6-1】

某降壓變電所，兩臺31500kVA自然油循環冷卻主變壓器并列運行，電壓為110/10.5kV。已知：年最大負荷利用小時為4100h，環境溫度為32℃，主保護動作時間為0.1s，后備保護動作時間為2.5s，斷路器全開斷時間為0.1s，引出線導體三相水平布置，導體平放，相間距離a=0.7m，支持絕緣子跨距L=1.2m，短路電流I”=25.3kA，I0.1=23.8kA，I0.2=21.6kA。試選擇變壓器低壓側引出線導體。

解（1）按經濟電流密度選擇導體截面采用矩形鋁導體，根據年最大負荷利用小時4100h，由圖6-3可以查得J=0.9，經濟截面為

查矩形鋁導體長期允許載流量表，每相選用2條100mm×10mm雙條矩形鋁導體，平放時允許電流Ial=2613A，集膚系數Ks=1.42。環境溫度為32℃時的允許電流為

滿足長期發熱條件要求(不考慮過負荷運行)。（2）熱穩定校驗短路電流熱效應短路前導體的工作溫度為查表6-2，用插值法得所選截面S=2000mm2>Smin=153.388mm2，能滿足熱穩定要求。

（3）共振校驗取β=1，即不考慮共振影響。

（4）動穩定校驗相間電動力相間應力根據，可以查得形狀系數，條間電動力為最大允許襯墊跨距襯墊臨界跨距每跨選取2個襯墊時可以滿足動穩定要求。二、電力電纜的選擇1．電纜型號的選擇

基本結構：由導電線芯、絕緣層和保護層三部分組成。

常用的線芯數目：

單芯充油電纜（用于110kV及以上）

三芯電纜（用于35kV及以下三相系統）

雙芯電纜（用于單相系統）

四芯、五芯電纜（用于380/220V三相四線系統或有一線芯用于安全接地）。

線芯材料：銅芯和鋁芯兩種。110kV單芯充油電纜

線芯絕緣：有油浸紙絕緣，塑料絕緣和橡皮（膠）絕緣三類。

保護層：塑料電纜的保護層由聚乙烯做成。油浸紙絕緣電力電纜保護層由內保護層和外保護層構成。

內保護層目的是防潮和防漏油，有金屬鋁包和鉛包兩種；

外保護層防機械損傷和防腐蝕，有鋼帶鎧裝（抗壓）、鋼絲鎧裝（抗拉）等種類，鎧裝層外還有防腐蝕外被層。

選擇電纜時，應根據其用途、敷設方式和場所、工作條件及負荷大小，選擇線芯材料、線芯數目、線芯絕緣材料和保護層等，進而確定電纜的型號。2．額定電壓選擇：UN≥UNs

3．截面選擇1)長度在20m以下的電纜，一般按長期發熱允許電流選擇其截面，即

Imax≤KIal

綜合修正系數K的計算在空氣中敷設時

在空氣中穿管敷設時

土壤中直埋或穿管直埋時

以上三式中：Kt為溫度修正系數，按式（6-4）

計算；K1為電纜在空氣中多根并列敷設時的修正系數；K2為空氣中穿管敷設時的修正系數，當電壓在10kV及以下時，截面S≤95mm2時，K2=1，當截面S=120~185mm2時，K2=0.85；K3為直埋因土壤熱阻不同的修正系數；K4為土壤中多根并列敷設的修正系數。

2)年最大負荷利用時數≥

5000h，長度在20m以上的電纜，按經濟電流密度選擇電纜截面：

按經濟電流密度選擇的電纜還應滿足長期發熱要求：

Imax≤KIal

為了便于敷設，一般盡量選用線芯截面不大于185mm2的電纜。

4．熱穩定校驗電纜的熱穩定校驗仍采用最小截面法，即所選截面S（單位為mm2）應滿足

Qk——短路電流熱效應(A2·s)，Ks=1。熱穩定系數C用下式計算η——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，對于3~6kV廠用回路，取0.93；對于10kV及以上回路取1.0；

Q——電纜芯單位體積的熱容量，鋁心取0.59J/(cm3·℃)，銅心取0.81J/(cm3·℃)；

α——電纜芯在20℃時的電阻溫度系數,鋁心取0.00403/℃，銅心取0.00393/℃；

Ks——電纜芯在20℃時的集膚效應系數，S<150mm2的三芯電纜Ks=1，S=150~240mm2的三芯電纜Ks=1.01~1.035；

ρ20——電纜芯在20℃時的電阻溫度系數，鋁心取3.1×10-6Ω·cm2/cm，銅心取1.84×10-6Ω·cm2/cm；

θh——短路時電纜的最高允許溫度（℃）；

θw——短路前電纜的工作溫度（℃）。

5．允許電壓降校驗對供電距離較遠的電纜線路應校驗其電壓損失:UN、cosφ——分別為線路額定電壓（線電壓）和功率因數；

允許電壓降公式證明:L——電纜線路長度（km）；

r=ρ/S、x——單位長度電纜的電阻和電抗（Ω/km）。6~10kV三芯電纜電抗約為0.08Ω/km，35kV三芯電纜約為0.12Ω/km。

【例6-2】某變電所10kV電壓母線用雙回電纜線路向一重要用戶供電，用戶最大負荷5400kW，功率因數cosφ=0.9，最大負荷利用小時數為5200h/年，當一回電纜線路故障時，要求另一回仍能供給80%的最大負荷。線路直埋地下，長度為1200m，電纜凈距為200mm，土壤溫度10℃，熱阻系數80℃·cm/W，短路電流I”=8.7kA，I1=7.2kA，I2=6.6kA，短路切除時間為2s，試選擇該電纜。

解正常情況下每回路的最大持續工作電流為根據最大負荷利用小時數查圖6-3曲線1，得J=0.72直埋敷設一般選用鋼帶鎧裝電纜，每回路選用兩根三芯油浸紙絕緣鋁心鋁包鎧裝防腐電纜，每根S=120mm2，熱阻系數80℃·cm/W時的允許載流量為Ial=215A，最高允許溫度為60℃，額定環境溫度為25℃。

長期發熱按一回電纜線路故障時轉移過來的負荷校驗，即滿足長期發熱要求。短路熱效應短路前電纜的工作溫度熱穩定系數C為滿足熱穩定要求。電壓損失校驗根據以上計算可以看出，所選電纜滿足要求。第三節支柱絕緣子與穿墻套管的選擇支柱絕緣子與穿墻套管用作裸導體的對地絕緣和支撐固定。一、支柱絕緣子的選擇

支柱絕緣子只承受導體的電壓、電動力和正常機械荷載，不載流，沒有發熱問題。1．種類和型式選擇

屋內型支柱絕緣子：由瓷件及用水泥膠合劑膠裝于瓷件兩端的鐵底座和鐵帽組成。

膠裝方式：鐵底座和鐵帽膠裝在瓷件外表面的稱為外膠裝（Z型），膠裝入瓷件孔內的稱為內膠裝（ZN型）。

性能：外膠裝機械強度高，內膠裝增大了電氣距離，電氣性能好，但不能承受扭矩，對機械強度要求較高時，應采用外膠裝或聯合膠裝絕緣子（ZL型，鐵底座外膠裝，鐵帽內膠裝）。

屋外型支柱絕緣子采用棒式絕緣子。外膠裝支柱絕緣子2．額定電壓選擇：UN≥UNs

在屋外有空氣污穢或冰雪的地區，應選用高一級電壓的產品。3．動穩定校驗當三相導體水平布置時，如圖6-6所示，支柱絕緣子所受電動力應為兩側相鄰跨導體受力總和的一半，即式中

L1、L2——與絕緣子相鄰的跨距（m）。

由于制造廠家給出的是絕緣子頂部的抗彎破壞負荷Fde，因此必須將Fmax換算為絕緣子頂部所受的電動力Fc（單位為N）（如圖6-7所示），根據力矩平衡關系得

式中H——絕緣子高度（mm）；H1-——絕緣子底部到導體水平中心線的高度（mm），h為導體放置高度；b為導體支持器下片厚度，一般豎放矩形導體為18mm，平放矩形導體及槽形導體為12mm。

動穩定校驗條件為Fc≤0.6Fde

式中

Fde——抗彎破壞負荷（N），0.6為安全系數。

二、穿墻套管的選擇1．種類和型式選擇

根據裝設地點：可選屋內型和屋外型。

根據用途：可選擇帶導體的穿墻套管和不帶導體的母線型穿墻套管。屋內配電裝置一般選用鋁導體穿墻套管。2．額定電壓選擇：UN≥UNs

當有冰雪時，應選用高一級電壓的產品。3.額定電流選擇

帶導體的穿墻套管，其額定電流：IN≥Imax

母線型穿墻套管本身不帶導體，沒有額定電流選擇問題，但應校核窗口允許穿過的母線尺寸。

4．熱穩定校驗Qk為短路電流熱效應[(kA)2·s]；

It制造廠家給出的t秒內允許通過的熱穩定電流（kA）。

母線型穿墻套管無熱穩定校驗。5．動穩定校驗穿墻套管端部所受電動力Fmax（單位為N）為

式中

L1——套管端部至最近一個支柱絕緣子間的距離（m），如圖6-6所示；

L2——套管本身長度Lca（m）。

動穩定校驗條件為Fmax≤0.6Fde

式中

Fde——抗彎破壞負荷（N），0.6為安全系數。

【例6-3】

選擇例6-1中變壓器低壓側引出線中的支柱絕緣子和穿墻套管。已知I1.3=19.7kA，I2.6=16.2kA。

解（1）支柱絕緣子的選擇根據裝設地點及工作電壓，位于屋內部分選擇ZB-10Y型戶內支柱絕緣子，其高度H=215mm，抗彎破壞負荷Fde=7350N。

可以滿足動穩定要求。戶外部分選高一級電壓的ZS-20/8型支柱絕緣子。（2）穿墻套管的選擇

根據裝設地點、工作電壓及最大長期工作電流，選擇CWLC2-10/2000型戶外鋁導體穿墻套管，其UN=10kV，IN=2000A，Fde=12250N，套管長度Lca=0.435m，5s熱穩定電流為40kA。

滿足熱穩定要求。滿足動穩定要求。第四節高壓斷路器和隔離開關的選擇一、高壓斷路器的選擇1．種類和型式的選擇

種類：2．額定電壓選擇：UN≥UNs

安裝地點：屋內和屋外。3．額定電流選擇：IN≥Imax

4．額定開斷電流選擇(表征了斷路器的滅弧能力):斷路器的額定開斷電流INbr應不小于其觸頭剛剛分開時的短路電流有效值Ik，即

6~10kV電網一般選擇少油、真空和六氟化硫斷路器。

35kV電網一般選擇少油、真空和六氟化硫斷路器，某些35kV屋外配電裝置也可用多油斷路器。

110~330kV電網一般選擇少油和六氟化硫斷路器。

500kV電網一般選擇六氟化硫斷路器。INbr≥Ik開斷計算時間tbr：從發生短路到斷路器的觸頭剛剛分開所經歷的時間。為保證斷路器能開斷最嚴重情況下的短路電流，開斷計算時間等于主保護動作時間tpr1與斷路器固有分閘時間tin之和，即

tbr=tpr1+tin

1)對于非快速動作斷路器（其tbr≥0.1s），可略去短路電流非周期分量的影響，簡化用短路電流周期分量0s有效值I”校驗斷路器的開斷能力，即

INbr≥I”

2)對于快速動作斷路器（其tbr<0.1s），開斷短路電流中非周期分量可能超過周期分量的20%，需要用tbr時刻的短路全電流有效值校驗斷路器的開斷能力，即

Ipt為觸頭剛剛分開tbr時的短路電流周期分量有效值，在此可取Ipt=I”；

為短路電流非周期分量衰減時間常數，其中，XΣ、RΣ分別為電源至短路點的等效電抗和等效電阻。5．額定關合電流選擇如果在斷路器關合前已存在短路故障，則斷路器合閘時也會產生電弧，為了保證斷路器關合時不發生觸頭熔焊及合閘后能在繼電保護控制下自動分閘切除故障，斷路器額定關合電流iNcl不應小于短路電流最大沖擊值，即

iNcl≥ish

6．熱穩定校驗Qk為短路電流熱效應[(kA)2·s]；

It為制造廠家給出的t秒內允許通過的熱穩定電流（kA）。7．動穩定校驗ies≥ish

二、隔離開關的選擇1.隔離開關的型號應根據其安裝地點，配電裝置的布置特點等選擇。2.由于隔離開關沒有滅弧裝置，故沒有開斷電流和關合電流的校驗，隔離開關的額定電壓、額定電流選擇和熱穩定、動穩定校驗項目與斷路器相同。

35kV多油斷路器SF6斷路器與電流互感器(110kV)GW5-35kV隔離開關GW5-110kV隔離開關GW4-110kV雙柱隔離開關戶外單臂伸縮型隔離開關(斷開狀態)戶外單臂伸縮型隔離開關(閉合狀態)【例6-4】選擇例6-1中變壓器低壓側的高壓斷路器和隔離開關。解根據安裝地點在屋內和例6-1、例6-3的有關計算結果，高壓斷路器和隔離開關的型號和參數及與計算數據的比較見表6-5。表6-5斷路器和隔離開關選擇比較結果選校項目計算數據 SN10-10III/2000型GN22-10/2000型 額定電壓/kV 10 10 10 額定電流/A 1818.65 2000 2000 額定開斷電流/kA25.3 40 - - 額定關合電流/kA64.5 130 - - 熱穩定校驗/(kA)2·s637.8 402×4 402×2 動穩定校驗/kA 64.5 130 100由選擇比較結果可知，所選高壓斷路器和隔離開關滿足要求。第六節限流電抗器的選擇限流電抗器分

普通電抗器分裂電抗器｛一、普通電抗器的選擇1．額定電壓選擇：UN≥UNs

2．額定電流選擇：IN≥Imax

3．電抗百分值的選擇

電抗器的百分值：是以其本身額定電壓和額定電流為基準的

在所選基準電壓和基準電流下的電抗器的標幺值：

電抗器的百分值與標幺值的關系為選擇出線電抗器電抗百分值的條件是：經過電抗器限流后的次暫態短路電流I”不大于輕型斷路器的額定開斷電流INbr。

如果系統至電抗器前的等效電抗為x*Σ，線路電抗器的選擇條件為

電抗百分值的選擇電抗器電抗標幺值應滿足由電抗標幺值與百分值的關系可得出線電抗器電抗百分值一般選3%~6%，母線電抗器電抗百分值一般選8%~12%。

4．電壓損失校驗φ——負荷功率因數角，一般取sinφ=0.6。

電壓損失主要是由回路電流的無功分量在電抗上產生的。5．母線殘壓校驗6．熱穩定和動穩定校驗ies≥ish

熱穩定：動穩定：二、分裂電抗器的選擇(少學時為自學內容)【例6-5】試選擇某發電機10kV機壓母線上的出線電抗器，要求裝設出線電抗器后可以采用SN10-10I型斷路器，額定開斷電流為INbr=16kA。已知線路最大持續工作電流為350A，功率因數為0.8，系統火電廠總容量300MVA，歸算到電抗器前的系統總電抗為0.378，出線繼電保護動作時間為2s，斷路器全開斷時間為0.1s。

解基準選取：Sd=100MVA，Ud=10.5kV，Id=5.5kA。根據安裝地點電網電壓和持續工作電流初選NKL-10-400型電抗器。歸算到基準容量下電抗器前的系統總電抗為選擇電抗百分值曾選用電抗百分值為3%的電抗器，動穩定不能滿足要求，改選電抗百分值為4%的電抗器。

重新計算電抗器后短路電流求計算電抗查汽輪發電機運算曲線，求出短路電流為動穩定校驗熱穩定校驗電壓損失校驗殘壓校驗可以看出，選用NKL-10-400-4型電抗器滿足要求。

第七節互感器的選擇1．種類和型式選擇一、電流互感器的選擇

根據安裝地點可選擇：屋內或屋外式。

根據安裝方式可選擇：支持式、裝入式（裝在變壓器套管或多油斷路器套管中）和穿墻式（兼作穿墻套管）。

根據一次繞組匝數可選擇：單匝LD（用于大電流）、多匝LF（用于小電流）和母線式LM（用于大電流）。

6~20kV屋內配電裝置的電流互感器有：瓷絕緣（如LDC、LFC和LMC系列）結構；樹脂澆注絕緣（小電流回路采用LA和LFZ系列，大電流回路采用LDZ、LMZ、LAJ和LBJ系列）結構。一般多采用澆注絕緣型。

35kV及以上配電裝置的電流互感器采用油浸瓷箱式絕緣結構的獨立式電流互感器（如屋外的LCW系列）。

選用母線式電流互感器時，應校核其窗口允許通過的母線尺寸。2．額定電壓選擇：UN≥UNs

3．額定電流的選擇：IN1≥Imax

1)為保證電流互感器的準確級，回路的最大持續工作電流Imax應盡可能接近一次額定電流IN1。

2)電流互感器的二次額定電流IN2，可根據二次回路的要求選用5A（強電系統）或1A（弱電系統）。

4．準確級和額定容量的選擇

1)電流互感器的準確級是指在規定的二次負荷變化范圍內，一次電流為額定值時的最大電流誤差百分數。根據測量時電流互感器誤差的大小和用途，發電廠和變電所中電流互感器的準確級分為0.2、0.5、1、3級及P和

TP級。2)為保證測量儀表的準確度，電流互感器的準確級不得低于所供測量儀表的準確級。

用于電能計量的電流互感器，準確級不應低于0.5級，500kV宜采用0.2級；

供運行監視儀表用的電流互感器，準確級不應低于1級；

供粗略測量儀表用的電流互感器，準確級可用3級；

穩態保護用的電流互感器選用P級；暫態保護用的電流互感器選用TP級。

3)電流互感器的額定容量SN2是指在額定二次電流IN2和額定二次阻抗ZN2下運行時，二次繞組輸出的容量，即制造廠家一般提供電流互感器的ZN2(單位為Ω)值。

4)同一臺電流互感器除最高準確級外，還有幾個較低測量精度的準確級，對應于不同的準確級，具有不同的額定容量（或額定二次阻抗）。

5．二次負荷的校驗為保證所選電流互感器的準確級，其最大相二次負荷S2應不大于所選準確級相應的額定容量，即

S2≤SN2

由

和

得

Z2L≤ZN2

其中，二次負荷阻抗為Z2L為ra、rre——測量儀表和繼電器的電流線圈電阻(Ω)，可由其線圈消耗的功率求得。

rL——儀表或繼電器至電流互感器的連接導線電阻(Ω)；

rc——接觸電阻(Ω)，一般取0.1Ω。

可將二次負荷校驗條件轉化為求連接導線的最小截面。連接導線的電阻應滿足根據r=ρL/S，可得滿足準確級要求的連接導線最小截面S

為

ρ——連接導線的電阻率Lc——連接導線的計算長度(m)，與儀表和繼電器至電流互感器安裝地點的實際距離及電流互感器的接線方式有關。

當電流互感器采用單相接線時，如圖6-9a所示，往返導線中的電流相等，電流互感器的二次電壓為

考慮到rL=ρL/S，故可取Lc=2L。

當電流互感器采用星形接線時，如圖6-9b所示，如果一次側負荷對稱，則中線（返回導線）電流很小可略去不計，電流互感器的二次電壓為故可取Lc=L。

當電流互感器采用不完全星形接線時，如圖6-9c所示，中線（返回導線）電流等于

電流互感器的二次電壓為如果只計阻抗的模，忽略相角的旋轉，二次負載電阻近似為故近似取

為保證連接導線具有一定的機械強度，銅導線截面不應小于1.5mm2，鋁導線截面不應小于2.5mm2。

6．熱穩定校驗對帶有一次繞組的電流互感器，熱穩定校驗條件為It——電流互感器1s允許通過的熱穩定電流；

Kt——電流互感器的1s熱穩定倍數，Kt=It/IN1。

或7．動穩定校驗

內部動穩定校驗條件為ies≥ish

或ies、Kes——電流互感器的動穩定電流及動穩定電流倍數，

對采用硬導線連接的瓷絕緣電流互感器，相間電動力作用其瓷帽上。因此，需要進行外部動穩定校驗，校驗條件為

L——電流互感器瓷帽端部到最近一個支柱絕緣子間的距離(m)，對母線型電流互感器為:電流互感器瓷帽端部到最近一個支柱絕緣子間的距離+電流互感器兩端瓷帽間的距離；a——相間距離(m)；ish——短路沖擊電流幅值（A）；Fal——電流互感器瓷帽上的允許力（N）。

【例6-6】

選擇例6-5中10kV出線上的電流互感器。電流互感器接線和測量儀表配置如圖6-10所示，電流互感器至測量儀表的實際距離為L=25m。

解根據電流互感器安裝在屋內，電網的額定電壓為10kV，回路的最大持續工作電流為350A和供給電能表電流，選用LFZ1-10型屋內復匝澆注絕緣式電流互感器，變比為400/5，準確級為0.5級，額定二次阻抗ZN2=0.4Ω，熱穩定倍數Kt=80，動穩定倍數Kes=140。表6-6電流互感器二次負荷（單位：VA）圖6-10例6-6中的電流互感器接線圖儀表名稱及型號A相C相有功電能表(DS1)0.50.5無功電能表(DX1)0.50.5電流表(46L1-A)0.35總計1.351.0電流互感器的二次負荷統計見表6-6，最大相負荷電阻為對采用不完全星形接線互感器，計算長度滿足準確級要求的連接導線最小截面為常用的連接導線標準截面為0.75、1、1.5、2.5、4、6和10mm2，故選用4mm2的銅導線。

熱穩定校驗為熱穩定滿足要求。內部動穩定滿足要求。通過以上計算可以看出，所選電流互感器滿足要求。

澆注絕緣的電流互感器，只校驗內部動穩定，即二、電壓互感器的選擇

電壓互感器的二次負荷阻抗很大，一次電流很小，不存在額定電流選擇問題。外部電網短路電流不通過電壓互感器，故不進行短路穩定性校驗。

1．種類和型式選擇應根據安裝地點及使用條件來選擇電壓互感器的種類和型式。

6~20kV屋內：一般采用油浸絕緣或樹脂澆注絕緣的電磁式電壓互感器。

35~110kV：一般采用油浸絕緣的電磁式電壓互感器。

220kV及以上：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。

需要測量零序電壓時，6~20kV可以采用三相五柱式三繞組電壓互感器，或三臺單相式三繞組電壓互感器。

35kV及以上只有單相式電壓互感器。

220kV電壓互感器與避雷器

一次繞組接于線電壓上時，一次繞組額定電壓選UNs

，一次繞組接于相電壓上時，一次繞組額定電壓選。2．額定電壓的選擇電壓互感器一次側的額定電壓應滿足電網電壓要求，二次側的額定電壓按測量表計和保護要求