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电气设备高压断路器的原理及选择

时间:2013-6-16 10:47:46点击:

  介:电气设备高压断路器的原理及选择 1.高压断路器是发电厂与变电站中主系统的重要开关器。高压断路器的主要功能是:正常运行时倒换运行方式,把设备或线路接入电路或推出运行,起到控制作用;当设备或线路发生最大故...
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电气设备高压断路器的原理及选择
1.高压断路器是发电厂与变电站中主系统的重要开关器。高压断路器的主要功能是:正常运行时倒换运行方式,把设备或线路接入电路或推出运行,起到控制作用;当设备或线路发生最大故障时,能快速切除故障回路、保证无故障部分正常运行,起到保护作用。高压断路器的最大特点是能断开电气设备中负荷电流和短路电流。
2. 电气设备断路器种类和型式的选择
按照断路器采用的灭弧介质可分为油断路器、压缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器等。 (1)油断路器:由于油断路器的开关性能差,且110kv电压以上产品为积木式、多端口的结构,很难实现端口电压均衡,因而其在500kv及以上电压等级禁止使用。 (2)压缩空气断路器:采用压缩空气做为灭弧介质,具有大容量下开断能力强及开断时间短的特点,但结构复杂、尚需配置压缩空气装置,价格娇贵,而且合闸时排气噪音大,所以主要用于220kv及以上电压的屋外配电装置。 (3)SF6断路器:采用不可燃和有优良绝缘与灭弧性能的SF6气体作为灭弧介质,具有优良的开断性能。此种断路器运行可靠性高,维护工作量小,故适用于各种电压等级,特别在220kv及以上配电装置中得到最广泛的应用。但是,SF6断路器在35kv及以下屋内配电装置中使用较少,这是因为SF6本身无毒,但分解物有毒性,而且SF6比重较空气大5.1倍,所以将SF6断路器布置在屋内,需要良好的通风、排风和可靠的检漏与检测设备,以防人员中毒及窒息。 (4)真空断路器:利用真空的高介质强度灭弧,具有灭弧时间短、低噪声、高寿命及可频繁操作等优点,已经在35kv及以下的配电装置中获得最广泛的应用。 选择断路器型式时,应根据各类断路器的特点及使用环境、条件而定。
3. 电气设备断路器额定电压和电流选择 高压断路器的额定电压和额定电流选择需满足 UN≥USN,IN≥Imax 式中:UN、USN分别为断路器和电网的额定电压(kv)IN、Imax分别为断路器的额定电流和电网的最大负荷电流。
4. 电气设备断路器开断电流选择 高压断路器的额定电流开关INbr是指在额定电压下能保证正常开断时的最大短路电流,它是表征高压断路器开断能力的重要参数。高压断路器在低于额定电压下,开断电流可以提高,但犹豫灭弧装置机械强度的限制,故开断电流仍有一极限值,该极限值称为极限开断电流,即高压断路器开断电流不能超过极限开断电流。 在中大型发电厂和枢纽变电站使用快速保护和高速断路器,其开断时间小于0.1秒,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%,需要用短路计算时间tk′对应的短路电流Ik′ 进行校验,即 INbr≥Ik′ Ik′= Ipt 2+( 2I′′ e−ψtk′ Ta )2 式中:Ipt为开断瞬间短路电流周期分量有效值,当开断时间小于0.1秒时,Ipt≈I′′(A); 当非周期分量所占实际比值大于20%时,超过了断路器型式试验的条件,因此还应向制造部门要求补充试验数据。
5. 电气设备断路器短路开合电流的选择 在断路器合闸之前,若线路上已经存在短路故障,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(预击穿),更容易发生触头熔焊和遭受电动力的损坏;且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,断路器的额定短路关合电流iNcl不应小于短路电流最大冲击值ish,即 iNcl≥ish 三、 裸导体的选择 1.导体选型 导体是由铜、铝、铝合金制成。载流导体一般使用铝或铝合金材料。纯铝的成型导体一般为矩形、槽型和管型;铝合金导体有铝锰合金和铝镁合金两种,形状均为管型,铝锰合金载流量大,但强度太差;铜导体只用在持续工作电流大,且出线位置特别狭窄或污秽,对铝有严重腐蚀的场所。 2.导体截面选择 导体截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择。 对年负荷利用小时数大(Tmax>500ℎ)传输容量大,长度在20m以上的导体,如发电机、变压器的连接导体其截面一般按经济电流密度选择。而配电装置的汇流母线通常在正常运行方式下,传输容量不大,故可按长期允许电流来选择。
⑴按导体长期发热允许电流选择 按导体长期发热允许电流选择,则计算式为 Imax≤KIal 式中:Imax为导体所在回路中最大持续工作电流(A); Ial为在额定环境温度为25度时导体允许电流(A);K为与实际环境温度和海拔有关的综合修正系数,见附表3. 综合修正系数K还可以计算为 K= Θal−θ Θal−θ0 式中:θ、θ0分别为导体安装处的实际环境温度和导体额定载流量的基准温度;Θal为导体长期发热允许最高温度。 ⑵按经济电流密度选择 按经济电流密度选择导体截面可使用年计算费用最低。不同种类的导体和不同的最大负荷利用小时数Tmax将有一个年计算费用最低的电流密度,成为经济电流密度J。各种铝导体的经济电流密度如图所示。导体的经济截面SJ为 SJ=Imax J (mm2) 应尽量选择接近上式计算的标准截面,为节约投资允许选择小于经济截面电导体。按经济电流密度选择的导体截面的允许电流还必须满足式的要求。

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