2.5　电气设备选择的一般条件

电气设备选择要在保证安全、可靠和方便的前提下注意节约投资与运行费用，并顾及与整个工程标准的协调一致，积极稳妥地采用新技术、新设备，做到技术先进、经济合理、运行方便和留有余地。

电气设备的具体选择是根据电气主接线方案及短路电流计算结果、当地环境条件以及制造厂产品目录等方面材料，按照一定原则和条件，对电气设备的型号、技术参数和使用条件作出选择。各种导体和电气设备，由于它们的用途和工作条件不同，所以每种电气设备和载流导体选择时都有具体的选择条件与校验项目，其中一部分是共同的，另一部分是特有的。共同遵循的选择条件和校验项目称为电气设备选择的一般条件；不同的选择条件和校验项目称为特殊条件。

电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。

2.5.1　按正常工作条件选择电气设备

2.5.1.1　额定电压

电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，有时会高于电网的额定电压，故所选电气设备允许的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压。通常，规定一般电气设备允许的最高工作电压为设备额定电压的1.1～1.15倍，而电网运行电压的波动范围，一般不超过电网额定电压的1.15倍。因此，在选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压USN的条件选择，即

2.5.1.2　额定电流

电气设备的额定电流IN是指在额定环境温度θ0下，电气设备的长期允许电流。IN应不小于该回路在各种运行方式下的最大持续工作电流Imax，即

由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，输出功率可保持不变，故其相应回路的Imax应为发电机、调相机或变压器的额定电流的1.05倍；若变压器有过负荷运行可能时，Imax应按过负荷确定（1.3～2倍变压器额定电流）；母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的Imax；母线分段电抗器的Imax应为母线上最大一台发电机跳闸时，保证该段母线负荷所需的电流，或最大一台发电机额定电流的50%～80%；出线回路的Imax除考虑正常负荷电流外，还应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷。

2.5.1.3　环境条件对设备选择的影响

当电气设备安装地点的环境（尤其注意小环境）条件如温度、风速、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气设备使用条件时，应采取措施。

通常非高原型的电气设备使用环境的海拔高度不超过1000m，当地区海拔超过制造厂家的规定值时，由于大气压力、空气密度和湿度相应减少，使空气间隙和外绝缘的放电特性下降。一般当海拔在1000～3500m范围内，若海拔比厂家规定值升高100m，则电气设备允许最高工作电压要下降1%。当最高工作电压不能满足要求时，应采用高原型电气设备，或采用外绝缘高一电压等级的产品。对于110kV及以下的电气设备，由于外绝缘裕度较大，可在海拔2000m以下使用。

电气设备的额定电流是指在基准环境温度下，能允许长期通过的最大工作电流。此时电气设备的长期发热温升不超过其允许温度。而在实际运行中，周围环境温度直接影响电气设备的发热温度，所以电气设备的额定电流必须经过温度修正。我国生产的电气设备一般使用的额定环境温度θ0=40℃，如周围环境温度高于40℃但不大于60℃时，其允许电流一般可按每增高1℃，额定电流减少1.8%进行修正；当环境温度低于40℃时，环境温度每降低1℃，额定电流可增加0.5%，但其最大电流不得超过额定电流的20%。一般使用环境温度低于40℃时，不作修正，而是将环境温度降低所增加的额定电流充做设备容量的裕度。

在工程设计时正确选择环境最高温度，对电气设备运行的安全性和经济性至关重要。选择导体及电气设备的环境最高温度宜采用表2.1所列数据。

此外，还应按电气设备的装置地点、使用条件、检修、运行和环境保护（电磁干扰、噪声）等要求，对电气设备进行种类（屋内或屋外）和型式（防污、防爆、湿热等）的选择。

2.5.2　按短路状态校验

2.5.2.1　短路热稳定校验

短路电流通过电气设备时，电气设备各部件温度（或发热效应）应不超过允许值。满足热稳定条件为

式中：Qk为短路电流产生的热效应；It、t分别为电气设备允许通过的热稳定电流和时间。

2.5.2.2　电动力稳定校验

电动力稳定是电气设备承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定的条件为

式中：ish、Ish分别为短路冲击电流幅值及其有效值；ies、Ies分别为电气设备允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值。

同时，应按电气设备在特定的工程安装使用条件，对电气设备的机械负荷能力进行校验，即电气设备的端子允许荷载应大于设备引线在短路时的最大电动力。

下列几种情况可不校验热稳定或动稳定。

（1）用熔断器保护的电气设备，其热稳定由熔断时间保证，故可不验算热稳定。

（2）采用有限流电阻的熔断器保护的设备可不校验动稳定。

（3）装设在电压互感器回路中的裸导体和电气设备可不验算动、热稳定。

2.5.2.3　短路电流计算条件

为使所选电气设备具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定时期内适应电力系统发展的需要，作验算用的短路电流应按下列条件确定。

（1）容量和接线。按工程设计最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划（一般为工程建成后5～10年）；其接线应采用可能发生最大短路电流正常接线方式，但不考虑在切换过程中可能短时并列的接线方式（如切换厂用变压器时的并列）。

（2）短路种类。一般按三相短路验算，若其他种类短路较三相短路严重时，则应按最严重的情况验算。

（3）计算短路点。在计算电路图中，同电位的各短路点的短路电流值均相等，但通过各支路的短路电流将随着短路点的不同位置而不同。在校验电气设备和载流导体时，必须确定出电气设备和载流导体处于最严重情况的短路点，使通过的短路电流校验值为最大。例如：

1）两侧均有电源的断路器，如发电厂与系统相联系的出线断路器和发电机、变压器回路的断路器，应比较断路器前后短路时通过断路器的电流值，择其大者为短路计算点。

2）母联断路器应考虑当采用母联断路器向备用母线充电时，备用母线故障，流过该备用母线的全部短路电流。

3）带电抗器的出线回路由于干式电抗器工作可靠性较高，且断路器与电抗器间的连线很短，故障概率小，一般可选电抗器后为计算短路点，这样出线可选用轻型断路器，以节约投资。

2.5.2.4　短路计算时间

（1）热稳定短路计算时间tk。该时间用于检验电气设备在短路状态下的热稳定，其值为继电保护动作时间tpr和相应断路器的全开断时间tbr之和，即

继电保护动作时间tpr按我国电气设计有关规定：验算电气设备时宜采用后备保护动作时间；验算裸导体宜采用主保护动作时间，如主保护有死区时，则采用能对该死区起作用的后备保护动作时间，并采用相应处的短路电流值；验算电缆时，对电动机等直馈线应取主保护动作时间，其余宜按后备保护动作时间。

断路器全开断时间tbr是指给断路器的分闸脉冲传送到断路器操动机构的跳闸线圈时起，到各相触头分离后电弧完全熄灭为止的时间段。显然，tbr包括两个部分，即

式中：tin为断路器固有分闸时间，它是由断路器接到分闸命令（分闸电路接通）起，到灭弧触头刚分离的一段时间，此值可在相应手册中查出；ta为断路器开断时电弧持续时间，它是指由第一个灭弧触头分离瞬间起，到最后一极电弧熄灭为止的一段时间，少油断路器为0.04～0.06s，SF6和压缩空气断路器约为0.02～0.04s，真空断路器约为0.015s。

通常，用全开断时间tbr来衡量高压断路器分闸速度的快慢，分为高、中、低速三类。在采用无延时保护时，短路计算时间tk可取表2.2所示的数据。表中tk已经计入了继电保护装置启动及执行机构动作时间。若继电保护装置有延时整定时，则按表中数据加上相应的继电保护整定时间。

（2）短路开断计算时间。断路器不仅在电路中作为操作开关，而且在短路时要作为保护电器，能迅速可靠地切断短路电流。为此，断路器应能在动静触头刚分离时刻，可靠开断短路电流，该短路开断计算时间应为主保护时间tpr1和断路器固有分闸时间tin之和，即

对于无延时保护，tpr1为保护启动和执行机构时间之和，传统的电磁式保护装置一般为0.05～0.06s，微机保护装置一般为0.016～0.03s。