毕业设计范例

华 北 电 力 大 学

授 毕 业 设

年级、专业 99电力 层 次 本 科 姓 名 石 磊 学 号 99101036

2005年 3 月 30 日

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函 计

教 研 室 华 北 电 力 大 学

教研室主任 批准日期 毕 业 设 计（论文）任 务 书

电力工程 系 电力系统及其自动化 专业 电气 班 学生 石磊 一、毕业设计（论文）课题 110kV变电站电气一次部分初步设计 二、毕业设计（论文）工作自2004年12月1日起至2005年3月30日 三、毕业设计（论文）进行地点： 华北电力大学 四、毕业设计（论文）的内容要求、原始资料数据和参考资料 （一）.毕业设计的内容要求

1. 分析原始资料，选择电气主接线；（2-3个方案比较） 2. 短路电流计算； 3. 主要电气设备的选择及校验； 4. 变压器台数及容量选择； 5. 屋、内外配电装置的确定； 6. 防雷保护设计。 （二）.参考资料

1. 发电厂电气部分课程设计参考资料，天津大学； 2. 发电厂电气部分，四川联合大学； 3. 电力工程设计手册，西北、东北电力设计院

负责指导教师 指 导 教 师 接受设计论文任务开始执行日期 学生签名

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目 录

上篇：设计说明书……………………………………………………………………5 第一章 总体部分要求…………………………………………………………………5

第一节 毕业设计课题及原始资料………………………………………………5 第二节 建设的必要性……………………………………………………………5 第二章 变电站电气主接线方案的设想与论证………………………………………5

第一节 基本要求和设计原则……………………………………………………5 第二节 变电站主要变压器的选择………………………………………………5 第三节 选择主接线方案…………………………………………………………6 第四节 方案的技术性和经济性比较……………………………………………7 第五节 主接线方案的最后确定…………………………………………………9 第三章 短路电流的计算说明…………………………………………………………9

第一节 短路电流计算的目的和规定……………………………………………9 第二节 系统最大运行方式和短路点的确定……………………………………9 第三节 电路元件参数的计算说明………………………………………………10 第四章 电气设备的选择及校验………………………………………………………11

第一节 主要电气设备选择校验表………………………………………………11 第二节 站用变的设置……………………………………………………………14 第五章 配电装置的设计………………………………………………………………14

第一节 概述………………………………………………………………………14 第二节 配电装置的设计…………………………………………………………15 第六章 防雷保护和接地保护装置的设计……………………………………………15

第一节 防雷保护…………………………………………………………………15 第二节 接地装置…………………………………………………………………17 第七章 无功补偿………………………………………………………………………17 第八章 结束语…………………………………………………………………………17 下篇：设计说明书……………………………………………………………………18 第一章 短路电流计算…………………………………………………………………18

第一节 原始资料和主接线图……………………………………………………18

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第二节 主接线的等值电路图及各元件参数的计算……………………………19 第三节 短路点的短路电流计算…………………………………………………20 第二章 电气设备的选择及校验………………………………………………………22

第一节 电气设备选择的原则及校验要求………………………………………22 第二节 断路器及隔离开关的选择及校验………………………………………22 第三节 母线及电缆的选择与校验………………………………………………26 第四节 绝缘子和穿墙套管的选择………………………………………………29 第五节 高压熔断器的选择………………………………………………………30 第六节 电压互感器的选择………………………………………………………31 第七节 电流互感器的选择………………………………………………………32 第三章 防雷保护与接地装置…………………………………………………………32

第一节 直击雷过电压的保护……………………………………………………34 第二节 避雷针的选择与校验……………………………………………………34 第三节 避雷器的选择……………………………………………………………35 第四节 接地装置的计算…………………………………………………………36 第四章 综合造价和运行费用……………………………………………………… 37

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设 计 说 明 书

第一章 总体部分要求 第一节 毕业设计课题及原始资料

课题:110kv变电站设计 原始资料:

1、110kv进线两回，Ⅰ回线长24km，Ⅱ回线长20km，系统容量10000MVA，

系统短路电抗Xs=0.15Ω

2、二台主变,二次出线为35kv及10kv,最高负荷35750kvA 3、35kv出线6回,10kv出线16回,无一级负荷。

4、 地理环境条件:变电站所属地区地势平均,海拔120m,交通方便,有公路经过本

站附近,最高气温达到+45℃，最低气温-20℃，年平均气温25℃，最大风速25m/s,覆冰厚度10mm,地壤电阻率为砂质粘土100n/m,雷电 30d,Ⅰ类污秽区,冻土厚度0.8m,主导风向夏季南风,冬季西北风。

第二节 建站的必要性

一、供电电压低，严重影响用电设备运行：该地区是工农业比较集中的地区，绝大

部分处在各个变电所的末端，供电距离较远，末端电压低劣，电压质量不合格，电能损耗也很大，严重影响设备的使用寿命。

二、电力不足制约着当地经济的发展：随着国家改革开放的腾飞，本地工农业有了

长足的发展，由于负荷增长较快，对电力的需求已迫在眉睫。

第二章 变电所电气主接线方案的设想与论证

第一节 基本要求和设计原则

一、对电气主接线的基本要求

1、保证必要的供电可靠性和电能质量 2、具有一定的灵活性和方便性 3、具有经济性

4、具有发展和扩建的可能性 5、接线简单、清晰、操作方便 二、 电气主接线的设计原则：

1、主接线在设计在设计时，应考虑变电所在电力系统中的地位和作用。 2、考虑近期和远期的发展规模

3、考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线影响 4、考虑主变台数对主接线的影响

5、考虑备用容量的有无和其大小对主接线的影响

第二节 变电所电站主变压器的选择

一、为保证供电的可靠性，变电所一般根据1-10年规划，一般装设两台变压器，以满足供电可靠性及降低设备造价

二、主变压器容量的选择：当停用一台变压器时，另一台应保证全部负荷的60%，

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型号 Y5w?100260额定电压（kv） 100 55 灭弧电压（kv） / / 工频放电电压（kv） 合格 合格 安装地点 110kv母线 主变110kv绕组中性点 Y1w?55151 FZ?35 35 10 10 41 12.7 1.27 35kv绕组中性84＜U＜104 点，主变母线，35kv母线 26＜U＜31 26＜U＜31 10kv母线 主变10kv进线上 FZ?10FZ3?10 第四节 接地装置计算

根据设计规程和任务书要求，本站的接地网采用棒形和接地体联合组成的环形接地装置。

取土壤电阻率ρ=100Ω·m

垂直接地体材料选∠50×5角钢，L=205 m 水平接地体材料选—60×6扁钢 垂直接地体的间距D=6 m

所以环形排列的接地棒利用系数DL=62.5=2.4 由公式得单跟垂直电阻计算： 当L＞＞D时 Rc=

?2?l·Ln4L0.846=

502?3.14?2.5·Ln4?2.50.846=17.4Ω

利用简化公式：n≥0.9

Rcr?nc ，其中nc：接地体利用系数。

假设n=80根，查手册得nc=0.6 n＞

0.9?17.40.5?0.6=52根

0.9?17.470?0.6假如n取70根，验算接地电阻：R==0.37Ω

围绕配电装置接地回路总长约为500米，则a=500/7=7.14 则aL=7.142.5=2.8＞2.4

由手册查得nc=0.62＞0.6，故选70根即可满足要求。

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第四章 综合造价和运行费用

电气设备价格表如下。 设备名称 110kv断路器 110kv隔离开关 35kv主进断路器 35kv进线断路器 35kv隔离开关 10kv主进断路器 10kv出线断路器 10kv隔离开关 主变 110kvPT 35kvPT 10kvPT 110kvCT 35kvCT 10kvCT 电容器 避雷器 站变 型号 LW11?110GW4单价（万元） 23 1.1 9 9 0.6 6 6 / 110数量 3 10 2 7 4 2 17 / 2 2 2 2 3 9 19 2 14 3 合价（万元） 69 11 18 63 2.4 12 102 / 800 6 0.4 0.5 1.2 3.6 7.6 25 9 1.5 1600?110GDW620ZN?351250630 600ZN?35GW5?35GDWZN?10ZN?102500630 / SFSZ7?31500JCC3(3) 400 3 0.2 0.25 ?110W26 JDJJJDZJLCWB3?35 ?10 ?110W0.4 0.4 0.4 LCZ?35LDJ?10 TBB10?360012.5 / / SL7?50SG3?5035，0.5 10 总投资费用：1132.2万元，其中不包括电力设备附属件、安装费用等。

1、综合造价

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P=Z·（1＋

a100）=1132.2·（1＋

90100）=2151.18万元

2、年运行费用的计算：

①主变电能损失?A计算：

主要参数：型号：SFSZ7—31500/110，?po=38kw，?pk=175kw

?A =Tmax·?pmax

式中Tmax：最大负荷损耗小时数，由COS?=0.85得Tmax=3500h ?pmax：最大负荷功率损耗

计算三卷变压器三个绕组的最大负荷时的功率损耗时，近似认为中、低压侧的最大负荷同时出现

由pk=

SNU2N2·R1，?pmax=

SmaxU2N2SmaxU22N2·pk 得

?pmax=·pk=

35.7531.52×175=225.4kw

两台主变并列运行，每台主变承担总负荷的二分之一，而变电站变压器电能损耗为两台变压器电能损耗，所以：

?pmax=

Smax2U2N2·pk=

35.75222?31.5×175=112.7kw

?Ak=Tmax·?pmax=3500×112.7=394450kw·h ?Ao=T运行·?po=8000×38=304000 kw·h

?A=?Ao＋?Ak=304000＋394450=698450 kw·h ②年运行费用C的计算： C=??A＋C1＋C2

=7×10?6×698450＋2151.18×（0.032＋0.58） =4.89＋193.6 =198.5万元

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3、D3点发生三相短路：

X?*=X?I*＋（X2*＋X6*）/2=0.0329＋（0.34＋0.12）/2=0.308 Iz*= I?*=

10.308=3.25

1003?11 Iz= I?=3.25×=17.06kA

KinpI?=2×最大冲击电流： I?cj=2·1.8×17.06=43.42kA

短路容量：S=

SjX?I*=

1000.38=325MVA

4、D4点发生短路：

X?*=X?I*＋X2*＋X4*=0.0329＋0.34＋0=0.373 Iz*=I?*=

10.373=2.68

1003?38.5 Iz= I?=2.68×=4.02kA

KinpI?=2×最大冲击电流： I?cj=2·1.8×4.02=10.23kA

短路容量：S=

SjX?I*=

1000.373=268MVA

5、D5点发生短路：

X?*=X?I*＋X2*＋X6*=0.0329＋0.34＋0.21=0.583 Iz*=I?*=

10.583=1.715

1003?11 Iz= I?=1.715×=9kA

KinpI?=2×最大冲击电流： I?cj=2·1.8×9=22.9kA

短路容量：S=

SjX?I*=

1000.583=171.5MVA

6、计算结果列表：

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短路点D1D2D3标幺值30.3753.252.68有效值（kA）15.257.517.064.02最大冲击电流（kA）短路容量（MVA）38.8119.0943.4210.233037500325268

D4 第二章 电气设备的选择及效验 第一节 电气设备选择的原则及要求

电气设备是按正常工作电压和额定电流选择，按短路电流条件进行热稳定和动稳定效验。

短路电流发热时间，本设计不考虑保护的整定，经向有关人员和指导老师请取主保护动作时间为0.05s，t=t主＋tfd，系统容量无限大，三相短路电流周期分量假想时间等于实际短路延续时间，冲击系数β=

I??I?=1 ，tj=t＋0.05=t主＋tfd＋0.05，tfd在

110kv侧取0.04s，35kv侧0.08s，10kv侧取0.15s。

第二节 断路器及隔离开关的选择及效验

一、110kv断路器及隔离开关的选择 1、断路器

①按额定电流及额定电压选择，要求In≥Inmax，Un≥Uw 考虑当一条线路故障，将承担全部负荷，最大长期工作电流为：

Igmax=1.05Ig=1.05×

2?315003?110=1.05×331=347.6A

选用LW11—110/1600型断路器，参数如表3 ②动稳定效验：要求icj≤idw

D1点短路： icj=38.81kA＜80 kA， 满足要求。

2teq t≥I?·③热稳定效验：要求It2·

teq=t主＋tfd＋0.05=0.05＋0.04＋0.05=0.145

22teq=15.252×s＜2977kA·s，满足要求。 I?·0.14=32.6kA2·

④断流容量的效验：要求Sbrn＞S

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Sbrn：断路器额定断流容量，Sbrn=6000MVA S：短路容量， S=3237MVA Sbrn＞S ， 满足要求。 2、隔离开关：

①按额定电流及额定电压选择Iwmax=347.6A，选择隔离开关为： GW4—110GDW/620，参数见表4，In=620A＞347.6A，满足要求。 ②动稳定效验： 要求icj≤idw

idw=50kA，icj=38.81kA，icj＜idw，满足要求。

2teq ③热稳定效验：要求It2·t≥I?·

2222teq=32.6kA2·teq，满足要求。 It2·t=2500kA·t＞I?·s，I?·s，It·

二、35kv断路器及隔离开关的选择

1、主进断路器：

①按额定电流及额定电压选择：要求In≥Igmax Igmax=1.05×

Sjj3U=1.05×

315003?38.5=496A

选择型号为ZN—35/1250手车柜开关，参数见表3，In=1250A In＞Igmax，满足要求。 ②动稳定效验：要求icj≤idw

idw=40kA，icj=19.09kA，icj＜idw，满足要求。

2teq t≥I?·③热稳定效验：要求It2·

teq=t主＋tfd＋0.05=0.05＋0.08＋0.05=0.18s

22222teq=7.82×teq满足要求。 t=512kA·t＞I?·s，It·s，It· I?·0.18=10.95kA2·

④断流容量的效验：要求Sbrn＞S

Sbrn：断路器额定断流容量，Sbrn=970MVA S：短路容量， S=500MVA

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Sbrn＞S ， 满足要求。

2、出线断路器：

①按额定电流及额定电压选择： 按每母线最大负荷75A考虑

选择型号为ZN—35/630手车柜开关，参数见表3。 ②动稳定效验：要求icj≤idw

idw=20kA，icj=10.23kA，icj＜idw，满足要求。

2teq ③热稳定效验：要求It2·t≥I?·

22222teq=4.022×teq满足要求。 I?·0.18=2.9kA2·t=128kA·t＞I?·s，It·s，It·

④断流容量的效验：要求Sbrn＞S

Sbrn：断路器额定断流容量，Sbrn=485MVA S：短路容量， S=268MVA Sbrn＞S ， 满足要求。 3、隔离开关

①按额定电流及额定电压选择：Igmax=75A，选择隔离开关为： GW4—35GDW/600，参数见表4，In=600A，满足要求。 ②动稳定效验： 要求icj≤idw

idw=80kA，icj=19.09kA，icj＜idw，满足要求。

2teq t≥I?·③热稳定效验：要求It2·

It·t=900kA2222teq=19.092×s，I?·s， ·0.18=10.95kA2·

teq，满足要求。 It·t＞I?·

2三、10kv断路器及的选择

1、主进断路器：

①按额定电流及额定电压选择：每回线按最大负荷考虑 Igmax=1.05×

Sjj3U=1.05×

315003?11=1736A

选择型号为ZN—10/2500手车柜开关，参数见表3，In=2500A

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In＞Igmax，满足要求。 ②动稳定效验：

idw=100kA，icj=43.42kA，icj＜idw，满足要求。

2teq ③热稳定效验：要求It2·t≥I?·

teq=t主＋tfd＋0.05=0.05＋0.15＋0.05=0.25s

22222teq=17.062×teq满足要求。 I?·0.25=72.8kA2· t=6400kA·t＞I?·s，It·s，It·

④断流容量的效验：要求Sbrn＞S

Sbrn：断路器额定断流容量，Sbrn=692MVA S：短路容量， S=325MVA Sbrn＞S ， 满足要求。 2、出线断路器：

①按额定电流及额定电压选择： 按每母线最大负荷考虑，Igmax=200A

选择型号为ZN—10/630手车柜开关，参数见表3。 ②动稳定效验：要求icj≤idw

idw=40kA，icj=22.9kA，icj＜idw，满足要求。

2teq t≥I?·③热稳定效验：要求It2·

22222teq=92×teq满足要求。 t=1600kA·t＞I?·s，It·s，It· I?·0.25=20.25kA2·

④断流容量的效验：要求Sbrn＞S

Sbrn：断路器额定断流容量，Sbrn=277MVA S：短路容量， S=171.5MVA

Sbrn＞S ， 满足要求。

第三节 母线及电缆的选择及效验

一、110kv母线的选择及效验：

110kv侧最大工作电流按一条进线带全站60%负荷考虑，计算允许电流，进线都选择同一型号，按上述规定按经济电流密度选择，年最大负荷利用小时称为3000—5000，

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J=1.15Amm2， =0.6×

2?315003?110Igmax=198.4A S=

IgmaxJ=

198.41.15=172mm2

1、选用LJG—185导线，铜芯铝绞线，栽流量Ip=515A Ip＞Igmax，满足要求。

2、电晕电压效验：

根据规程规定：110kv使用大于LJG—70导线，可不进行电晕效验，本站选用LJG—185型导线满足电晕条件。

3、热稳定效验：要求Smin≥

I?Cteq?kf

其中：导线材料及发热温度系数C=97，集肤效应系数kf=1.04

I?Cteq?kf=

15250970.14?1.04=59.1mm2＜S=185mm2，满足要求。

二、35kv母线的选择及效验：

1、主变到35kv主导线侧导线的选择： ①持续工作电流选择：Igmax=

S3Ue=

315003?18.5=472A

②按经济电流密度选择：S=

IgmaxJ=

4721.5p=314mm2

选用LGJ—300型导线，允许载流量I=700A I＞Ipgmax，满足要求。

③电晕效验：规定Ulj≥Ug Ulj=84k·mr·δ·r·(1＋

0.301??r)·lgar

式中： k：排列系数，取0.96

mr：导线表面粗糙系数，取0.85 δ：空气相对密度，取1 a：相间距离，取120cm r:导线半径，取11.75mm

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Ulj=84×0.96×0.85×1×1.175×(1＋ Ulj＞Ug 满足要求。

0.3011?1.175)·lg1201.175=206kv

④热稳定效验：查得：C=97 kf=1.04 tj=0.18 Smin=

I?Cteq?kf=

7500970.18?1.04=33.5mm2＜S=300mm2，满足要求。

2、35kv主母线的选择及效验： ①Igmax=1.05×

IgmaxJ4721.15315003?38.5=496A 查得J=1.15

S===431.3mm2

选用单条LMY—8×10mm2矩型铝导线，允许载流量为25℃时1427A 满足对持续电流的要求。

②热稳定效验： Smin=

I?Cteq?kf=

7500970.14?1.04=29.5mm2＜S，满足要求。

③电晕电压效验：对于110kv以下的不进行电晕效验。 ④动稳定效验：相间距离a=0.5m,绝缘子间距1.82m m=b×h×r=0.01×0.08×2700=2.16kg/m

Wx=bh322?53=0.01×1/6=1.07×0.08×10m 6 Ix=bh12=0.01×0.083×1/12=4.27×10?7m3 母线自振频率：f1=

NL2·EIm=

3.561.822·7?10?4.27?102.169?7=126Hz

对应动应力系数：β=1.2 母线相间应力：fx=1.73× =1.73×

1a1×10?7×β×icj

2×10?7×1.5×198902=164Nm

0.5母线截面系数：W=3Wx=3×1.07×10?5=3.21×10?5m3

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?xj=

f?l10w2=

164?1.822?510?3.21?10=1.69×106pa

查表铝导体最大允许应力?x=69×106pa，满足要求。 三、10kv母线的选择与效验： 1、10kv母线桥的选择：

绝缘子跨距L=1.4m，相间距离0.3m ①按经济电流密度选择 查得J=1.15

Igmax=1.05×

IgmaxJ315003?11=1736A

S==

17361.15=1509.6mm2

选用单条120×10矩型铝导线平放，允许载流量为25℃时1905A 满足对持续电流的要求。

②热稳定效验：kf=1.1 C=97 Smin=

I?Cteq?kf=

17060970.25?1.1=92.2mm2＜S，满足要求。

③动稳定效验：

查得Wx=24cm3 ri=3.468

i自振频率：fm=112·2??=112·r3.4681402l?1.55?102=307Hz＞135 Hz

母线相间应力：fx=1.73× =1.73× ?xj=

f?l10w21a1×10?7×icj

2×10?7×434202=1288Nm

0.32?5=

1088?1.410?24?10=8.88×106pa＜69×106pa，满足要求。

④电晕电压效验：对于110kv以下的不进行电晕效验。 2、10kv汇流母线的选择与效验： ①Igmax=1.05×

IgmaxJ17361.15315003?11=1736A

S===1509mm2

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选用单条100×10mm2矩型母线，允许载流量为25℃时1882A 满足对持续电流的要求。

②热稳定效验同上。 ③动稳定效验同上。

第四节 绝缘子和穿墙套管的选择

一、35kv穿墙套管的选择：

选择CWL—35/600型，户外铝导电板式穿墙套管 1、按额定电压选择：35kv

2、按额定电流选择：Ie=600A Igmax=496A Ie＞Igmax

2teq 3、热稳定效验：要求It2·t≥I?·

22222teq=7.52×teq满足要求。 I?·0.18=10.125kA2·t=720kA·t＞I?·s，It·s，It·

4、动稳定效验： fmax=1.73×

l1?l22a2×10?7×icj=1.73×

1.82?1.032?0.5×10?7×(19.09?103)2=194.2

0.6fy=0.6×400×103=2.4×104 0.6fy＞fmax，满足要求。

二、10kv穿墙套管的选择：

选择CWL—10/2000型户外铝导电板式穿墙套管 1、按额定电压选择：10kv

2、按工作电流选择：Ie=2000A Igmax=1736A Ie＞Igmax，满足要求。

2teq t≥I?·3、热稳定效验：要求It2·

22222teq=17.062×teq 满足t=40×t＞I?·s，It·s，It· I?·0.25=79.8kA2·5=8000kA2·

要求。

4、动稳定效验：

fmax=1.73×0.5×

(43.42?10)32l1?l2a2×10?7×icj=1.73×0.5

0.6?1.40.3×10?7×

=1197.8

0.6fy=0.6×800×103=4.8×105 0.6fy＞fmax，满足要求。

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三、10kv母线桥户外支持绝缘子的选择： 选择ZD—20F型户内外胶装支持绝缘子 1、按额定电压选择：20kv＞10kv 2、动稳定效验： H1 K=

H1H=H＋B＋

=

332315h2=315＋12＋

102=332mm

=1.05

l1?l2a1.4?1.42?0.3 fmax=1.73×K×

(43420)22×10?7×icj=1.73×1.05×

×10?7×

=17.6×103

0.6fy=0.6×20×103=1.2×104 0.6fy＞fmax，满足要求。

第五节 高压熔断器的选择

一、110kv以上电压互感器结构采用单相串级绝缘，裕度大，另外110kv引线采

用硬连接，相间距离较大，引起相间故障的可能性小，再加上110kv系统为中性点直接接地系统，每相电压互感器不可能长期承受线电压运行，因此110kv以上的电压互感器一次不装设保险。

二、35kv站用变熔断器选择： 选用RW10—35/2型 1、额定电压：35kv

2、额定电流：Igmax=1.05×

S3?U=1.05×

503?35=0.866A

熔体额定电流： Iert =KIgmax=1.6×0.866=1.38A 熔体额定电流： Ierg=2A＞Iert

3、开断电流效验：查得 Iekd=19.89kA ，icj=4.02 kA Iekd＞icj，满足要求。 三、35kvPT熔断器选择： 选用RN2—35/0.5型 1、额定电压：35kv

2、断流容量效验：Skd=1000MVA

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