电气设备和载流导体的选择知识点解析

一、电气设备选择的一般条件

【引导问题】

◆电气设备按正常工作条件选择的项目有哪些？

◆电气设备按短路条件校验的项目有哪些？

不同类别的电气设备承担的任务和工作条件不同，因此它们的具体选择方法也不同。但是，为了保证工作的可靠性和安全性，在选择它们时的基本要求是相同的，即按正常工作条件选择，按短路条件校验其动稳定和热稳定。

（一）按正常工作条件选择设备

1.按使用环境选择设备

（1）温度和湿度。

一般高压电气设备可在环境温度为-30～+40℃的范围内长期正常运行。当使用环境温度低于-30℃时，应选用适合高寒地区的产品；若使用环境温度超过+40℃时，应选用型号后带“TA”字样的干热带型产品。

一般高压电气设备可在温度为+20℃，相对湿度为90%的环境下长期正常运行。当环境的相对湿度超过标准时，应选用型号后带“TH”字样的湿热带型产品。

（2）污染情况。

安装在污染严重，有腐蚀性物质、烟气、粉尘等恶劣环境中的电气设备，应选用防污型产品或将设备布置在室内。

（3）海拔高度。

一般电气设备的使用条件为不超过1000m。当用在高原地区时，由于气压较低，设备的外绝缘水平将相应下降。因此，设备应选用高原型产品或用外绝缘提高一级的产品。现行电压等级为110k V及以下的设备，其外绝缘都有一定的裕度，实际上均可使用在海拔不超过2000m的地区。

（4）安装地点。

配电装置为室内布置时，设备应选用户内式；配电装置为室外布置时，设备则选户外式。此外，还应考虑地形、地质条件以及地震影响等。

2.按正常工作电压选择电气设备额定电压

所选电气设备的最高允许电压必须高于或等于所在电网的最高运行电压。

设备允许长期承受的最高工作电压，厂家一般规定为相应电网额定电压的1.1～1.15倍，而电网实际运行的最高工作电压也在此范围内，故选择时只要满足下式即可：

式中 U Ns——设备所在电网的额定电压，k V；

U N——设备的额定电压，k V。

3.按工作电流选择设备额定电流

所选设备的额定电流应大于或等于所在回路的最大长期工作电流：

（1）最大长期工作电流I g·max的计算方法。

1）发电机和变压器回路。

由于发电机和变压器在电压降低5%时，出力可保持不变，故该回路的最大长期工作电流应不小于相应额定电流的1.05倍。若变压器有过负荷运行的可能时，还应计入其实际的过负荷电流。

发电机：

变压器：

式中 K g——考虑变压器持续过负荷的系数，没有资料时推荐取1.3～1.5。

2）出线回路。

式中 P max——设计最大输出功率和线路损耗之和，必要时还需考虑系统事故时可能转移过来的负荷。

3）母线分段断路器及母联断路器回路。

母线分段断路器及分段电抗器的最大长期工作电流，一般可取母线分段上一台最大发电机额定电流的50%～80%；母联断路器的最大工作电流则应取母线上最大一台发电机或变压器的最大长期工作电流。

4）汇流母线。

汇流母线的最大长期工作电流应根据电源支路与负荷支路在母线上的实际排列顺序确定。往往并不等于接于母线上的全部负荷电流的总和。

（2）额定电流的修正。

有关手册中给出的各种电器的额定电流，均是按标准环境条件确定的。当设备实际使用环境条件不同时，应对其额定电流进行修正。

对于载流导体，当实际使用环境温度θ0不等于其额定环境温度θ0N（我国目前生产的电气设备的额定环境温度为40℃，裸导体的额定环境温度为25℃）时，其长期允许电流I y可修正为

式中 θN——载流导体允许最高发热温度；

Kθ——温度修正系数，也可按表4-1查得；

I N——载流导体在允许温度θN和额定环境温度θ0N下的允许载流量。

表4-1　裸导体载流量在不同海拔高度和环境温度下的综合修正系数

对于断路器、隔离开关、电抗器等的额定电流可按制造厂的建议修正：以+40℃为基准，当这些设备使用环境温度高于+40℃，但不高于+60℃时，环境温度每增加1℃，需减少额定电流1.8%；环境温度每下降1℃，需增加额定电流0.5%，但其最大负荷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作设备容量的裕度。

（二）按短路条件校验设备

1.设备的短路动稳定校验

制造厂一般直接给出定型设备允许的动稳定峰值电流i kw，动稳定条件为

式中 i im——所在回路的冲击短路电流，k A；

i kw——设备允许的动稳定电流（峰值），k A。

2.设备的短路热稳定校验

通常制造厂直接给出设备的热稳定电流（有效值）I t及允许持续时间t。热稳定条件为

式中 ——设备允许承受的热效应；

Q k——所在回路的短路电流热效应。

式中 I″——次暂态短路电流；

——时刻短路电流周期分量有效值；

I zt——t时刻短路电流周期分量有效值；

t——短路电流持续时间；

T——非周期分量等效时间，可由表4- 2查得。

表4-2　非周期分量等效时间T

如果短路持续时间大于1s，导体的发热量由周期分量热效应决定，可以不计非周期分量热效应的影响。

下列几种情况可不校验热稳定或动稳定：

（1）用熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故可不校验热稳定。

（2）采用限流熔断器保护的设备，可不校验动稳定。

（3）电缆可不校验动稳定。

（4）装设在电压互感器回路中的裸导体和电气设备可不校验动、热稳定。

二、高压断路器的选择

【引导问题】

◆高压断路器有哪些选择及校验项目？

高压断路器是电力系统中最重要的开关设备，它既可以在正常情况下接通或断开电路，又可以在系统故障情况下迅速地断开电路。

断路器的选择内容包括：①选择型式；②选择额定电压；③选择额定电流；④选择开断关合能力；⑤校验动稳定；⑥校验热稳定。

1.选择型式

高压断路器应根据断路器安装地点（选择户内式或户外式）、环境和使用技术条件等要求，并考虑其安装调试和运行维护，经技术经济比较后选择其种类和型式。遵循“无油化、小型化、免维护”的原则，10k V电压等级一般以真空断路器为主，特殊地方使用六氟化硫（SF6）断路器；110k V及以上电压等级基本上采用SF6断路器；35k V电压等级使用SF6断路器或户外真空断路器。

2.选择额定电压

所选断路器的额定电压应大于或等于安装处电网的额定电压。

3.选择额定电流

所选断路器的额定电流应大于或等于所在回路的最大工作电流。

若实际使用地点的环境温度不同于给定标准值（+40℃）时，应注意对断路器额定电流进行修正。修正方法见式（4-7）。

4.选择额定开断能力

为使断路器安全可靠地切断短路电流，应满足下列条件：

式中 I br——断路器的额定开断电流，k A；

I kt——刚分电流（断路器触头刚分瞬间的短路全电流有效值），k A。

当t＞0.1s时，非周期电流的相对值实际上已衰减到20%以下，对I kt的影响可以忽略不计，此时可采用刚分瞬间的周期电流对断路器进行校核。考虑到断路器的安全，周期电流的数值通常取其短路初瞬的有效值I″，这样校核条件即变为

5.选择关合电流

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，触头间在未接触时即有巨大的短路电流通过，容易发生触头损坏。且断路器在短路电流下，不可避免地在接通后又自动跳闸，此时要求能切断短路电流。因此要求断路器的额定关合电流不应小于短路电流最大冲击值。即

6.校验动稳定

动稳定校验是指校验在冲击电流作用下，断路器的载流部分所产生的电动力是否会导致断路器的损坏。按式（4-16）校验断路器动稳定。

7.校验热稳定

热稳定校验是指校验短路电流的热效应是否会导致断路器的损坏。应满足的条件是短路热效应Q k应不大于断路器在t秒时间内的允许热效应。按式（4-17）校验断路器热稳定。t可由设备参数查得，Q k计算方法见式（4-10）。

三、高压隔离开关的选择

【引导问题】

◆高压隔离开关有哪些选择及校验项目？

◆高压隔离开关与高压断路器在选择及校验项目上有哪些不同？为什么？

隔离开关没有灭弧装置。它既不能断开正常负荷电流，更不能断开短路电流，否则即发生“带负荷拉刀闸”的严重事故。

隔离开关的选择内容包括：①选择型式；②选择额定电压；③选择额定电流；④校验动稳定；⑤校验热稳定。

型式选择时应根据安装地点选用户内式或户外式隔离开关，结合配电装置的特点选择其类型。

额定电流、额定电压的选择方法，动、热稳定的校验方法与断路器类似。

四、高压熔断器的选择

【引导问题】

◆限流与非限流熔断器在开断电流校验上有何不同？

◆保护电压互感器和保护一般回路的高压熔断器在额定电流的选择上有何不同？

熔断器是最简单的电气保护设备，它用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害。

熔断器的选择内容包括：①选择型式；②选择额定电压；③选择额定电流；④选择开断电流；⑤校验保护的选择性。

（一）保护电压互感器的高压熔断器

保护电压互感器的高压熔断器，一般选RN2型等（下标为偶数），其额定电压应高于或等于所在电网的额定电压（但限流式则只能等于电网电压），额定电流通常均为0.5A。

其开断电流I br应满足：

（二）保护一般回路的熔断器

1.选择型式

根据安装地点选用户内式或户外式。

2.选择额定电压

对于一般的高压熔断器，额定电压必须大于或等于电网的额定电压。对于填充石英砂、有限流作用的熔断器，则只能用在等于其额定电压的电网中。因为限流型熔断器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。过电压倍数与电路参数及熔体长度有关，一般在等于其额定电压的电网中，过电压倍数为2～2.5倍，但在低于其额定电压的电网中，因熔体较长，过电压值可达3.5～4倍相电压，可能损害电网中的电气设备。

3.选择额定电流

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。

熔管的额定电流应大于熔体的额定电流。

（2）熔体额定电流的选择。

1）保护电压等级低于35k V变压器的熔断器。

式中 I g·max——电力变压器回路最大工作电流；

K——当电动机不自启动时取1.1～1.3、电动机自启动时取1.5～2.0。

2）保护电容器的熔断器。

式中 I Nc——电力电容器回路的额定电流；

K——对于跌落式熔断器可取1.1～1.3，对于限流式熔断器保护一台电容器时K取1.5～2.0、保护一组电容器时K取1.3～1.8。

3）保护电力线路的熔断器。

式中 I NL——回路负荷电流；

K——取1.1～1.5。

4.校验开断电流

对于有限流作用的熔断器，因熔体在短路冲击电流出现之前已熔断，其开断电流I br应满足：

对于没有限流用作的跌落式高压熔断器，其断流容量应分别按上、下限值校验，而且开断电流应以冲击电流的有效值I im进行校验。

5.校验选择性

为了保证前后两级熔断器之间或熔断器与电源（或负荷）保护之间动作的选择性，应进行熔体选择性校验。各种型号熔断器的熔体熔断时间可由制造厂提供的安秒特性曲线上查出。

上、下级熔断器的安秒特性要互相配合，上级（靠近电源侧）的安秒特性必须高于下级的安秒特性，即当流过相同的短路电流时，下级先熔断。

五、互感器的选择

【引导问题】

◆电压互感器为什么不要做动、热稳定校验？

◆电流互感器、电压互感器如何选择准确级？

◆电流互感器、电压互感器为什么要校验二次容量？

（一）电压互感器的选择

电压互感器的选择内容包括：①选择型式；②选择额定电压；③准确级选择；④校验二次容量。

1.选择型式

根据配电装置类型，相应地电压互感器可选择户内式或户外式。35k V及以下可选用油浸式结构或浇注式结构；110k V及以上可选用串级式结构或电容分压式结构。

3～20k V当只需要测量线电压时，可采用两只单相电压互感器的V-V接线。35k V以下，当需要测量线电压，同时又需要测量相电压和监视电网绝缘时，可采用三相五柱式电压互感器或由3只单相三绕组电压互感器构成Y0/Y0/开口三角接线。110k V及以上的电网，则根据需要选择一台单相电压互感器或由3只单相三绕组电压互感器构成Y0/Y0/开口三角接线。

2.选择额定电压

（1）电压互感器一次侧额定电压选择。

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网电压应在（0.9～1.1）U N1范围内变动，即应满足下列条件：

式中 U N1——电压互感器额定一次线电压。

选择时，满足电压互感器一次额定电压与电网额定电压相同即可，即

（2）电压互感器二次额定电压选择。

电压互感器二次额定线间电压为100V。开口三角绕组额定电压，对于大接地电流系统，应选择100V，对于小电流接地系统，应选择V，具体见表4- 3。

表4-3　不同绕组电压互感器额定电压

3.选择准确级

选择电压互感器准确级要根据二次负荷需要。如果二次负荷为电能计量，应采用0.5级电压互感器；发电厂中功率表和电压继电器可配用1.0级；一般测量表计可配用3.0级。如几种准确级要求不同的二次负荷同接一只电压互感器，则应按负荷要求的最高等级考虑。

4.电压互感器的二次容量校验

电压互感器的型号和准确级确定以后，与此准确级对应的额定容量即已确定，为了保证互感器的准确度，电压互感器二次侧所带负荷实际容量不能超过此额定容量。

式中 P、Q——各仪表的有功功率和无功功率。

计算互感器二次负荷容量时，必须注意互感器的接线方式和二次负荷的连接方法，可查阅有关手册。

实际中，电压互感器二次负荷一般都不大，能满足要求，可不进行具体计算。

（二）电流互感器的选择

电流互感器的选择内容包括：①选择型式；②选择额定电压；③选择额定电流；④准确级选择；⑤校验二次容量；⑥校验热稳定；⑦校验动稳定。

1.型式选择

根据配电装置的类型，相应的选择户内或户外式、独立式或装入式、支持式或穿墙式电流互感器。一般情况下，35k V以下为户内式，而35k V及以上为户外式或装入式。

2.额定电压的选择

电流互感器的额定电压，应满足下列条件：

式中 U Ns——设备所在电网的额定电压，k V；

U N——设备的额定电压，k V。

3.额定电流的选择

电流互感器的一次额定电流应不小于回路的最大工作电流。同时考虑其用途及接线：

（1）接测量仪表的电流互感器，宜取相近并略大于最大工作电流的额定电流档次，以保证测量仪表在最佳状态下工作；用于过电流保护的电流互感器，则可取较大的额定电流。

（2）电力变压器中性点电流互感器的一次额定电流，应大于变压器允许的不平衡电流，一般可按变压器额定电流的30%选择，安装在放电间隙回路中的电流互感器，一次额定电流可按100A选择。

（3）中性点非直接接地系统中的零序电流互感器选择和校验的条件为：由二次电流及保护灵敏度确定一次回路启动电流；按电缆根数及外径选择电缆式零序电流互感器窗口直径；按一次额定电流选择母线式电流互感器的母线截面。

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

4.准确级选择

电流互感器准确级的确定，取决于二次负荷的性质。0.2级用于实验室的精密测量、重要的发电机和变压器回路及500k V重要回路；二次负荷如果属一般电能计量，则电流互感器采用0.5级；功率表和电流表可配用1.0级的电流互感器；一般测量可用3.0级。如果几个性质不同的测量仪表需要共用一台电流互感器时，则互感器的准确级按“就高不就低”的原则确定。

一般用于继电保护装置的电流互感器，可选5P或10P级。此外还应按10%误差曲线进行校验，以保证在短路时误差也不会超过10%。

5.二次负荷校验

电流互感器准确级确定后，能够查出保证其准确级的二次负荷阻抗Z 2N或二次负荷容量S2N。为了保证准确级，互感器二次侧所接实际负载Z 2或实际消耗容量S 2不应大于准确级下所规定的额定负载和额定容量。

由于电流互感器的二次额定电流已标准化为5A或1A，由式S 2N=Z 2N，在查得二次负荷容量S 2N的情况下能计算得到二次负荷阻抗Z 2N。

式中 r z——二次负载的电阻，可由产品样本或有关手册中查得；

r w——电流互感器二次连接导线的电阻；

r j——电流互感器二次连线的接触电阻，一般取为0.1Ω。

式（4-30）中除r w外均可查得，于是可求出允许的r w值，即所选二次回路导线的电阻应小于或等于此值。

由于导线电阻与导线截面、长度及电阻率有关，即

式中 ρ——连接导线的电阻率，控制电缆一般采用铜导线，ρ=0.0175；

L——连接导线的计算长度，m，与电流互感器接线有关。若电流互感器至测量仪表的距离为L 1，当电流互感器采用单相接线时，L=2L 1；当电流互感器采用不完全星形接线时，则L=3L 1；当电流互感器采用完全星形接线时，L=L 1。

由式（4-31）计算得出连接导线的最小截面。另外，为了保证连接导线的机械强度，要求导线的最小截面不应小于1.5mm2（铜）。

6.短路热稳定校验

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I N1的倍数K h来表示，故热稳定应按下式校验

(www.xing528.com)

式中 K h、I N1——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，可由手册查得；

Q k——短路电流在短路作用时间内的热效应，可由式（4-10）计算得到。

7.短路动稳定校验

电流互感器的短路动稳定校验包括两个方面的内容，即内部电动力稳定性校验和外部电动力稳定性校验。

（1）内部动稳定校验。

对于复匝式电流互感器，应满足：

式中 K d、I N1——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 im——故障时可能通过电流互感器的最大三相短路电流冲击值。

（2）外部动稳定校验。

1）相间相互作用的电动力有可能使瓷绝缘的电流互感器损坏，应满足：

式中 F al——作用于电流互感器瓷帽端部的允许电动力，N；

L——电流互感器瓷帽端部至最近一个母线支柱绝缘子之间的距离，m；

a——相间距离，m；

i im——短路冲击电流，k A。

系数0.5表示互感器瓷套端部承受该跨上电动力的一半。

2）若电流互感器为母线瓷套绝缘（如LMC型），其动稳定校验应满足：

式中 F al——作用于电流互感器瓷帽端部的允许电动力，N；

L——计算长度，m；

L 1——电流互感器瓷帽端部至最近一个母线支柱绝缘子之间的距离，m；

L 2——电流互感器自身两瓷套帽端的距离，m；

a——相间距离，m；

i im——短路冲击电流，k A。

六、母线的选择

【引导问题】

◆软母线和硬母线分别适用于哪些环境，在选择上有何不同？

◆母线截面选择的两种方法是什么？如何选择？

为了汇集、分配和传输电能，常常需要设置母线。

母线的选择内容包括：①型式选择；②选择母线的截面积；③校验母线的动稳定和热稳定；④对重要的和大电流的母线，校验其共振频率；⑤对于110k V及以上的母线，还应校验是否发生电晕。

（一）型式选择

1.母线的材料

常用的母线材料有铜、铝和铝合金三种。铜的电阻率低、耐腐蚀性好、机械强度高，是很好的母线导体材料。但铜的价格高、用途广，且我国铜的储量有限，因此，铜材料一般限于在母线持续电流大，布置尺寸特别受限制或母线周围污秽对铝腐蚀较大而对铜腐蚀较轻的场所使用。铝的电阻率虽为铜的1.7～2倍，但密度只有铜的30%，易于加工，安装连接方便，且价格便宜，我国铝储量也较丰富，因此，一般多用铝或铝合金作为母线材料。

2.母线的结构

母线的结构和截面形状决定于母线的工作特点。为了有利于散热和保证短路时母线的动稳定，发电机电压母线通常采用硬裸母线。常用的硬裸母线的截面形状有矩形、槽形和管形。①矩形母线的散热条件好，安装连接方便。但矩形母线的趋肤效应大，为了不浪费母线材料，单条矩形母线的最大截面一般不超过1250mm2，当母线回路的工作电流不超过2000A时，可采用每相单条矩形母线；当母线回路工作电流超过2000A时，可将多条矩形母线并列使用。但应注意，采用每相多条矩形母线的条数以不超过3条为宜。每相2或3条矩形母线适用于母线工作电流为2000～4000A的回路中。②槽形母线的载流量大，趋肤效应系数小，机械强度高，一般适用于母线工作电流为4000～8000A的回路中。③管形母线的趋肤效应系数最小，机械强度高，还可以采用管内通水或通风的冷却措施，因此，当母线工作电流超过8000A时，常采用管形母线。

升高电压母线以前大都采用软母线。现在35～500k V均可采用管形硬母线。

3.母线的布置形式

矩形母线和槽形母线的散热及机械强度还与母线的布置方式有关。三相水平布置，母线竖放的散热条件较好，母线的载流量较大，但机械强度较低；而三相水平布置，母线平放则相反。三相垂直布置，母线竖放则兼顾了前述两种方式的优点，但母线布置的高度增加。母线采用何种布置方式，应根据母线工作电流大小、短路电流电动力的大小以及配电装置的具体情况而定。

（二）母线截面积选择

母线截面积选择有两种方法：①按最大长期工作电流选择；②按经济电流密度选择。配电装置的汇流母线及较短导体按最大长期工作电流选择，其余导体的截面一般按经济电流密度选择。

1.按最大长期工作电流选择

为保证母线正常工作时的温度不超过允许值，应满足：

式中 I y——对应于规定环境温度及放置方式下的母线允许载流量，A，见表4-4和表4- 5；

I g·max——通过母线的最大长期工作电流，A。

2.按经济电流密度选择

当导体通过电流时，会产生电能损耗。从降低损耗考虑，导体截面越大越好；但从降低投资、维修费用等方面考虑，导体截面越小越好。综合计及以上因素，年计算费用最小时所对应的导体截面应当是最合适的，称为经济截面。导体单位经济截面上通过的电流称为经济电流密度J。

表4-4　单片矩形铝母线的载流量（额定环境温度为30℃）与动稳定计算数据

表4-5　LGJ钢芯铝绞线持续载流量（A）

按经济电流密度选择母线截面的方法如下：

（1）根据确定的母线材料和最大负荷利用小时T max，由图4-2查出经济电流密度J。

（2）按下式计算母线的经济截面积S：

式中 S——经济截面，mm2；

I g·max——通过母线的最大长期工作电流，A；

J——经济电流密度，A/mm2。

图4-2　经济电流密度

1—变电站站用、工矿用及电缆线路的铝线纸绝缘铅包、铝包、塑料护套及各种铠装电缆；2—铝矩形、槽形母线及组合导线；3—火电厂厂用铝心纸绝缘铅包、铝包、塑料护套及各种铠装电缆；4—35～220k V线路的LGJ、LGJQ型钢芯铝绞线

根据S的计算结果，在母线规格表上选一个与S最接近的标准截面。当无合适规格的导体时，为节约投资，允许选择小于经济截面的导体。按经济电流密度选择的导体截面还必须满足式（4-37）。

（三）母线的热稳定校验

按正常电流选出导体截面后，还应按短路时热稳定进行校验。

式中 S——所选导体的截面面积，mm2；

Q k——短路电流热效应；

C——与导体材料及发热温度有关的热稳定系数，可查表4- 6；

K f——导体趋肤系数，导体截面面积小于240mm2时，取K f=1。

（四）硬母线的动稳定校验（软母线不需校验动稳定）

各种形状的硬母线通常都安装在支持绝缘子上，当冲击电流通过母线时，电动力将使母线产生弯曲应力。导体短路时产生的机械应力一般均按三相短路检验，当冲击电流通过母线时，母线中间一相受到最大电动力作用，所以应按多跨距的梁来校验中间一相母线上的最大应力，只要小于材料的允许应力，即满足动稳定。即

表4-6　不同工作温度下的C值

式中 σjs——导体的最大计算应力；

σy——导体材料的允许应力（硬铝为70×106Pa，硬铜为137×106Pa，钢为157×106Pa）。

其中母线材料的最大计算应力σjs与母线的截面形状、条数等有关，对于重要回路如主变压器、发电机回路及配电装置汇流母线等，硬导体的应力计算需考虑共振的影响。

（1）单条矩形母线。

式中 i im——短路冲击电流，A；

L——支持绝缘子之间的跨距，m；

W——截面系数，m2；

a——母线相间距离，m；

β——振动系数，当实际跨距小于母线避免共振的最大允许跨距时，β=1，各种规格的单片矩形母线避免共振的最大允许跨距见表4- 4。

截面系数W表征母线抵抗弯矩的能力，与母线的布置方式有关。

矩形母线立放水平布置（或平放竖直布置）时，正面受弯截面系数：矩形母线平放水平布置（或立放竖直布置）时，侧面受弯截面系数：

在设计中为方便计算，常根据材料最大允许应力来确定绝缘子之间最大允许跨距：

或

式中 K w=7.6σyW，称为母线动稳定系数，可查表4-4求得。

在实际中，应取L≤L max，一般取母线跨距不超过1.2～2m，等于配电装置间隔的宽度。

（2）多条矩形母线。

当母线由多条组成时，母线上的最大机械应力由相间作用应力σxj和同相各条间的作用力σtj合成，即

相间作用应力σxj的计算公式与单条母线相同，但其中的截面系数W应为多条母线的截面系数，即W=nW x，n为并列的条数。

同相各条间的作用应力σtj为

其中，每相有两条时

式中 L s——衬垫中心线间距离；

b——矩形母线厚度；

h——矩形母线宽度；

k 12——母线形状系数，可由手册查得。

每相有两条以上矩形母线的计算式这里不作介绍。当选择为非矩形母线的硬母线时的校验方法可查相关设计书。

（五）电晕电压校验

对于110k V及以上的裸母线，可按晴天不发生电晕条件校验，即母线的电晕临界电压U lj应大于其最高工作电压U g。

七、电力电缆的选择

【引导问题】

◆电力电缆选择与母线选择有何区别？

电力电缆的选择内容包括：①电缆的型式选择；②电缆的额定电压选择；③电缆的截面选择；④校验电缆的热稳定；⑤校验电缆正常运行时的电压损失。电缆的动稳定不必校验。

（一）电缆的型式选择

1.芯线材料和芯数的选择

35k V以上的高压电缆以及移动式设备、振动式设备、高温和防爆场所要求采用铜芯电缆。某些重要电缆如发电机的励磁回路、厂用总电源回路等电缆也宜酌情选用铜芯。其余可根据经济计算与货源情况选用铝芯或铜芯。

电缆形式按芯数主要划分为单芯、两芯、三芯和四芯电缆，一般选用情况如下所述。

（1）单芯电缆：用于直流线路和35k V以上电力电缆线路。

（2）两芯电缆：用于单相负荷线路。

（3）三芯电缆：用于35k V及以下电力电缆线路。

（4）四芯电缆：用于三相四线制低压线路。

2.电缆绝缘形式选择

电缆形式按绝缘材料主要可划分为油浸纸绝缘电缆、聚氯乙烯绝缘电缆（全塑电缆）、交联聚乙烯绝缘电缆和橡皮绝缘电缆。

交联聚乙烯绝缘电缆除了具有全塑电缆耐水、耐腐蚀、无油、电缆头制作简单、敷设不受高度限制等优点，还具有芯线绝缘允许温度高、载流量和热稳定电流大、绝缘性能优异等优点，一般6～110k V高压电缆均选用交联聚乙烯绝缘电缆（如YJLV、YJV）。

低压电力电缆一般选用聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆（如VLV）。

控制电缆一般选用铜芯聚氯乙烯或聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆（如KVV、KYV）。

消防水泵、重要支流回路和保安电源电缆宜选用阻燃电缆。高温场所宜选用耐热电缆。

3.电缆保护层的选择

应根据使用环境选择保护方式。

（1）明敷（含架空、隧道、沟道内等）的电缆，不应有黄麻外护层，不得采用无保护层的裸铅（铝）包，以免因机械损伤或地电流烧伤而破坏铅（铝）包的密封，一般选用裸钢带铠装或塑料外护层电缆。

（2）直埋电缆一般选用钢带铠装电缆。在潮湿或腐蚀性土壤的地区明敷或直埋敷设时，还应选用塑料外护层电缆。

（3）需要承受拉力的应选用钢丝铠装。

（4）垂直或高差较大处敷设电缆，应采用不滴油电缆。

（5）移动机械选用重型橡套电缆。

（6）环境温度超过40℃时不宜采用橡皮绝缘电缆。

（二）电缆额定电压选择

电缆的额定电压必须大于或等于电缆所在电网的额定电压。电缆的最高工作电压不得超过其额定电压的15%。

（三）电缆的截面选择

电缆截面可按最大长期工作电流选择。但对于发电机、变压器等重要负荷回路的电缆，当其负荷电流大，电缆长度超过20m时均应按经济电流密度选择电缆芯截面，选择方法与母线相同，然后按最大长期工作电流校验。

1.按最大长期工作电流选择

当敷设方式和使用场所的实际环境温度不同于给定值时，电缆的允许电流应按下式予以修正：

式中 K——修正系数；

I N——额定环境中的允许载流量，A，以产品技术数据为准。

K值可根据具体敷设条件求出：

应注意电缆的长期允许工作温度θal不再是70℃，有50℃、60℃、65℃、80℃等几种，随型号不同而异。θN则规定在空气中为25℃，在地下及水中为15℃。θ0为实际环境温度。Kθ、K 1、K 2、K 3、K 4及θal可直接从有关设计手册中查得。

2.按经济电流密度选择

式中 S——经济截面，mm2；

I g·max——通过母线的最大长期工作电流，A；

J——经济电流密度，A/mm2。

（四）电缆的热稳定校验

电缆的短路热稳定的校验方法与裸导体相同。区别在于电缆芯线为多股绞线结构，所以当电缆截面在400mm2以下时，趋肤效应系数K f≈1，此时，满足热稳定的电缆最小截面积便可简化为

用于校验电缆热稳定系数C可查表4- 7。

（五）电缆允许电压损失校验

对于供电容量较大、距离较远的电缆线路，应校验正常工作时电压损失。三相交流供电线路正常工作时的电压损失百分数可由下式求得

式中 I g·max——线路最大长期工作电流，A；

U N——线路的额定线电压，V；

L——线路长度，km；

r、x——线路单位长度的电阻和电抗，Ω/km；

cosφ——负荷的功率因数。

按有关规定，正常工作时电压损失百分数ΔU%应不超过5。

表4-7　电缆芯在额定负荷及短路时的最高允许温度及热稳定系数C值

八、支柱绝缘子和穿墙套管的选择

【引导问题】

◆支柱绝缘子的选择及校验项目有哪些？

◆穿墙套管的选择及校验项目有哪些？

支柱绝缘子用来支持母线，承受母线的绝缘和机械力作用，因此要选择其形式和电压，并做动稳定校验。穿墙套管除绝缘功能外，还需要安全通过持续工作电流和短路电流，因此穿墙套管还要选择额定电流和进行热稳定校验。

（一）支柱绝缘子的选择

1.型式选择

按安装环境选择屋内或屋外绝缘子。支柱绝缘子，屋内选用多棱联合胶装型，屋外选用棒式支柱型。

2.额定电压选择

要求所选绝缘子的额定电压要大于或等于所在电网的额定电压，在污秽、冰雪环境下可选高一级电压，其中3～6k V甚至可选高两级电压。

3.动稳定校验

支柱绝缘子主要校验顶部横向力的破坏作用。常用A、B、C、D、E等级表示375kg、750kg、1250kg、2000kg、3000kg的抗弯破坏荷重，计为F p，各级支柱绝缘子的动稳定条件为

式中 F js——计算作用力，N。

支柱绝缘子的抗弯破坏强度是按作用在绝缘子帽上给定的（图4-3），需要求出短路时作用在绝缘子帽上的计算作用力F js，则有

其中

式中 H 1——绝缘子底部到母线水平中心线的高度，mm；

b——母线支持器下片厚度，一般竖放矩形母线b=18mm，平放矩形母线及槽形母线b=12mm；

H——绝缘子的高度，mm；

l js——计算跨距；

l 1、l 2——支持绝缘子两侧的跨距，mm，见图4- 4。

图4-3　支柱绝缘子受力图

图4-4　绝缘子和穿墙套管所受电动力

（二）穿墙套管的选择

1.型式选择

穿墙套管也要根据安装地点选屋内式或屋外式。屋内配电装置一般宜选用铝导体穿墙套管。

2.额定电压

要求所选穿墙套管的额定电压要大于或等于所在电网的额定电压。

3.额定电流

按正常最大持续工作电流I g·max选择套管绝缘子的额定电流，满足要求

式中 I y——套管在允许温度和基准环境条件下的长期允许电流，可查资料得到；

K——综合修正系数。

4.热稳定校验

穿墙套管热稳定校验应满足的条件是

式中 I r——时间t（一般取5s）的热稳定电流，A。

5.动稳定校验

穿墙套管动稳定校验应满足的条件与支柱绝缘子相同，即

其中

式中 l p——套管的长度，mm，见图4- 4。