表三 10kV 电压等级以上常见设备的雷电冲击耐受电压（kV）
根据以上原则，设计实例如下：
对10kV、35kV 系统，由于中性点基本采用消弧线圈接地方式，发生单相接地时，允许运行2 小时，非故障相电压可能会比线电压还高； 10s 以内切除故障应该是对电阻接地以及相间故障而言。对于河南电力系统10kV 和35kV 系统而言， 我们在选取10kV 和35kV 避雷器额定电压值时， 应考虑10s 以外切除故障的情况。
（1）保护10kV 母线和出线单元的避雷器，故障后，10s 内不能切除， 其额定电压应为：kUm,k 为时间配合系数； 即（1.25～1.3）Um 即(1.25～1.3）×12＝（16.5～17.16）kV， 查GB11032－2000,额定电压可取17kV，标称放电电流取5kA；10kV 高压电器雷电冲击耐压值为75kV；配合系数取1.4，75/1.4=60kV；即雷电冲击电流残压不得超过60kV。母线上避雷器的残压选择时，保护水平按照逐级配合原则，选择较低值：YH5WZ-17/40.5；保护10kV 出线单元的避雷器应为：YH5WZ -17/46；10kV 配电线路可选：YH5WS-17/46 YH5WS-17/50。 （2）保护10kV 并联电容器避雷器，额定电压应选取较小的时间配合系数：1.25×12＝16.5kV；因其开关投切较为频繁，电容器避雷器的保护水平应主要考虑操作过电压下的绝缘配合，其残压值选择较低值，应选用YH5WR-16.5/40.5 的避雷器。
（3）保护35kV 母线和出线单元的避雷器，故障后，10s 内不能切除， 其额定电压应为： kUm， 即（1.25~1.3）×40.5＝（50.625~52.65）kV， 查GB11032－2000， 额定电压取52.7kV， 标称放电电流取5kA；35kV 高压电器雷电冲击耐压值为185kV；配合系数取1.4，185/1.4=132kV；即雷电冲击电流残压不得超过132kV， 所以保护35kV 母线的避雷器应为：YH5WZ-52.7/128；保护35kV 出线单元的避雷器应选：YH5WZ-52.7/132;35kV 线路避雷器应根据实际参数计算后，选取线路型的。
（4）保护110kV 设备的避雷器，故障后，10s 内能切除，其额定电压应为：1.4 Um/3 ，即 1.4×126/3 ＝101.84kV， 查 GB11032－2000, 额定电压取102kV，标称放电电流取10kA；110kV 高压电器雷电冲击耐压值为450kV； 配合系数取1.4，450/1.4=321kV； 即雷电冲击电流残压不得超过321kV，查GB11032－2000，取266kV。所以保护110kV 设备的避雷器应为：YH10WZ-102/266。
（5）保护220kV 设备的避雷器，故障后，10s 内能切除，其额定电压应为：1.4 Um/3 ，即 1.4×252/3 ＝203.69kV， 查 GB11032－2000, 额定电压取204kV，标称放电电流取10kA；220kV 高压电器雷电冲击耐压值为950kV。
43、结合设计实例，分析导体的选择方法。
从市场情况、性能、节能环保和技术经济性等方面对电线电缆常见导体材料进行一 些分析。[12] (1) 市场分析
我国累计查明铜矿资源储量8972万t，仅占全球的5.5%，铜矿石超过70%需要依赖进口，目前国际铜价在7 万元/ t 左右。我国累计探明铝土矿查明资源储量2 5 . 4 5 亿t ， 铝产量多年世界第一， 氧化铝﹑ 电解铝和铝加工市场供过于求， 铝价在1 . 7 万元/ t 左右。我国矿场资源是多铝少铜， 电气设备、电缆行业被国际铜价严重捆绑。同样是多铝少铜的法国， 其电力电缆中大量使用铝或铝合金导体， 并且得到电力部门的政策支持。如果在工业、民用供配电线路尤其是导体用量最大的低压供配电线路中， 优先采用合格的铝及铝合金导体， 能够给国家节约大量的铜资源， 减少进口依存度， 增强相关产业的战略安全，具有可观的社会效益。 (2)性能分析 1）导电性能
在各种导电金属中， 铜、铝是仅次于金、银的良好导体。软铜在2 0 ℃ 时的电阻率为0.0172×10- 6Ω·m，电导率为100%IACS。硬拉铜线电导率为97%IACS，铝（铝合金）的电导率约为61%IACS。单纯从电导率来看， 铜优于铝（ 铝合金） 。导体电阻与导体截面积成反比。可以通过增加铝缆6 0 % 的导体截面来达到与铜缆同样的导电性能。铝的密度（ 2 . 7g/cm3） 为铜密度（ 8 . 9 g / c m 3） 的约30%， 根据公式可以导出， 在同样载流量和供电距离的情况下使用的铝导体的重量比铜导体节省约50%， 在使用同样导体重量的情况下， 总的输电能力铝优于铜。 2）机械性能
铜芯、铝芯和铝合金主要机械性能对比见下表。
表四 机械性能
导体成缆后， 规范要求的允许最小弯曲半径见下表
表五 最小弯曲半径
通过以上对比， 在导电性能、延伸率、抗拉强度等方面铜缆比传统纯铝缆有一定优势，而铝及铝合金导体由于密度小而输电经济性更高。新型铝合金电缆中增加了铜、铁、镁等元素， 抗蠕变性能、压紧性比传统纯铝缆大幅改善。新型铝合金电缆与铜缆相比回弹量小， 无记忆效应， 更加便于安装施工。所以， 在低压供配电系统中， 完全可以利用铝合金的优
势，代替铜， 尤其是对于安装方式比较固定的电缆线路。而对于配电支线， 由于安装过程中存在反复牵拉等操作， 可发挥铜导体延伸率高的优势，仍使用铜芯电线。 （3）节能环保分析
目前， 节能环保已经成为工程评价的重要内容。下面以轮胎厂典型的250 kW低压用电设备（功率因数0.8）供电回路为例，供电线路长150 m，梯架敷设，断路器整定值为630 A。满足载流量和稳定性校验后， 分别选用3 根YJV3×150+2×70铜缆和3根采用自锁型铝合金铠装结构的世德合金电缆ZA-AC90(- 4 0 ) 3 × 2 4 0 +2×120。下面从CO2排放、产品制造能耗、水资源用量等方面对两方案作以对比分析。
1） 温室气体排量分析（CO2）制备1 t 铝、铜产品的CO2释放量分别为5 . 7 t 、1 5 t 。此
例子中电缆的金属含量及相应的CO2释放量见下表。
表六 二氧化碳释放量
2）生产能源消耗（开采冶炼能耗）分析
根据冶金行业能耗标准， 铝、铜生产能耗分别为160 GJ/t、100 GJ/t，此例子中电缆的金属含量及相应生产能源消耗见下表。
表七 能源消耗
以上对比仅针对一条供电线路， 如果在一个工程项目上应用铝合金电缆代替铜缆， 其节能和环保效果将更加可观。由此可见， 使用铝合金电缆的环境效益、社会效益十分显著。 （4） 技术经济性分析
下面仍针对上述例子， 进行经济寿命周期成本的技术经济性分析。 1）建设投资（ 采购和安装费用） 见表八
表八 建设投资（ 采购和安装费用）
2）运行费用及经济寿命周期成本
由于在同样载流量情况下， 铝合金电缆和铜缆的阻抗十分接近， 不同截面各有优势， 所以总体来看运行费用基本相同。假设上述例子中设备为三班制运转，每年实际工作5 580 h，电价0.78元/（kW·h）电缆使用寿命为30年。运行费用对比见下表。
表九 运行费用
通过以上两方案的对比， 使用铝合金电缆的经济寿命周期成本现值比使用铜缆节约为48 477元。铝合金电缆建设投资比使用铜缆节约60 489元，约为铜缆投资的24.5%。并且， 由于铝合金电缆的重量是同载流量的铜缆的一半， 施工的便利性大大增加， 降低了劳动强度， 还可以缩短工期。目前， 橡胶、轮胎工厂大量低压电缆是采用桥架安装的， 如果采用铠装型的铝合金电力电缆直接敷设， 能够大幅节约电缆桥架和安装的用钢量， 还可以节省大量连带的建设投资。
44、请列出三个不同的变电站配电装置设计实例，分析其选择配电装置的基本方法。 (1)对配电装置的基本要求平[13] 1） 保证运行可靠；
2） 便于操作、巡视和检修； 3） 保证工作人员的安全； 4） 力求提高经济性； 5） 具有扩建的可能。 (2) 配电装置的类型
配电装置按电气设备装设的地点不同，可分为屋内配电装置和屋外配电装置；按其组装方式，又可分为装配式和成套式。在现场将电器组装而成的称为装配配电装置；在制造厂按要求预先将开关电器、互感器等组成各种电器成套后运至现场安装使用的称为成套配电装置。
(3)配电装置的应用
在发电厂和变电站中，35kV以下的配电装置多采用屋内配电装置，其中3- 10kV的大多采用成套配电装置；110kV 及以上的大多采用屋外配电装置；对于110- 220kV的配电装置有特殊要求时，如建于城市中心也可以采用屋内配电装置。目前我国采用一般的屋内配电装置，3- 35kV的各种配电装置，在发电厂和变电所已经广泛使用，110- 500kV的全封闭组合电器以已经得到广泛使用。 (4)配电装置的设计步骤
1) 选择配电装置的型式。选择时应考虑配电装置的电压等级、电气设备的型式、出线多少和方式有关的电抗器、地形、环境条件等因素； 2)配电装置的形式确定，接着拟定配电装置图；
3)按照所选电气设备的外形尺寸、运输方法、检修和巡视方便的安全等要求，遵照配电装
