第6章 电气设备的选择

发电厂电气部分复习课后习题仅供参考第三章常用计算的基本理论和方法3-1 研究导体和电气设备的发热有何意义？长期发热和短时发热各有何特点？答：电气设备有有电流通过时将产生损耗，这些损耗都将转变成热量使电器设备的温度升高。

发热对电气设备的影响：使绝缘材料性能降低；使金属材料的机械强度下降；使导体接触电阻增加。

导体短路时，虽然持续时间不长，但短路电流很大，发热量仍然很多。

这些热量在适时间内不容易散出，于是导体的温度迅速升高。

同时，导体还受到电动力超过允许值，将使导体变形或损坏。

由此可见，发热和电动力是电气设备运行中必须注意的问题。

长期发热是由正常工作电流产生的；短时发热是由故障时的短路电流产生的。

3-2 为什么要规定导体和电气设备的发热允许温度？短时发热允许温度和长期发热允许温度是否相同，为什么？答：导体连接部分和导体本身都存在电阻(产生功率损耗)；周围金属部分产生磁场,形成涡流和磁滞损耗；绝缘材料在电场作用下产生损耗，如tan?值的测量载流导体的发热：长期发热：指正常工作电流引起的发热短时发热：指短路电流引起的发热一发热对绝缘的影响：绝缘材料在温度和电场的作用下逐渐变化，变化的速度于使用的温度有关；二发热对导体接触部分的影响：温度过高→表面氧化→电阻增大↑→ I R ↑→恶性循环；三发热对机械强度的影响：温度达到某一值→退火→机械强度↓→设备变形如：Cu长期发热70 C短期发热300 C， Al长期发热 70 C 短期发热 200。

3-6 电动力对导体和电气设备的运行有何影响？答：电气设备在正常状态下，由于流过导体的工作电流相对较小，相应的电动力较小，因而不易为人们所察觉。

而在短路时，特别是短路冲击电流流过时，电动力可达到很大的数值，当载流导体和电气设备的机械强度不够时，将会产生变形或损坏。

为了防止这种现象发生，必须研究短路冲击电流产生的电动力的大小和特征，以便选用适当强度的导体和电气设备，保证足够的动稳定性。

《发电厂电气部分》复习第一章能源和发电 1、火、水、核等发电厂的分类火电厂的分类：（1）按燃料分：燃煤发电厂，燃油发电厂，燃气发电厂，余热发电厂，利用垃圾和工业废料作为燃料的发电厂。

（2）按蒸汽压力和温度分：中低压发电厂，高压发电厂，超高压发电厂，亚临界压力发电厂，超临界压力发电厂。

（3）按原动机分：凝汽式汽轮发电厂，燃气轮机发电厂，内燃机发电厂，蒸汽--燃气轮轮机发电厂。

（4）按输出能源分：凝汽式发电厂，热电厂（5）按发电厂总装机容量的多少分：小容量发电厂，中容量发电厂，大中容量发电厂，大容量发电厂。

水力发电厂的分类：（1）按集中落差的方式分类：堤坝式水电厂（坝后式，河床式），引水式水电厂，混合式水电厂。

（2）按径流调节的程度分类：无调节水电厂，有调节水电厂（根据水库对径流的调节程度：日调节水电厂，年调节水电厂，多年调节水电厂）。

核电厂的分类：压水堆核电厂，沸水堆核电厂。

2、抽水蓄能电厂的作用调峰，填谷，备用，调频，调相。

3、发展联合电力的效益（1）各系统间电负荷的错峰效益。

（2）提高供电可靠性、减少系统备用容量。

（3）有利于安装单机容量较大的机组。

（4）进行电力系统的经济调度。

（5）调峰能力互相支援。

4、火电厂的电能生产过程及其能量转换过程 P14火电厂的电能生产过程概括的说是把煤中含有的化学能转变为电能的过程。

整个过程可以分为三个系统：1、燃料的化学能在锅炉燃烧中转变为热能，加热锅炉中的水使之变为蒸汽，称为燃烧系统；2、锅炉中产生的蒸汽进入汽轮机，冲动汽轮机转子旋转，将热能转变为机械能，称为汽水系统；3、由汽轮机转子旋转的机械能带动发电机旋转，把机械能变为电能，称为电气系统。

能量的转换过程是：燃料的化学能－热能－机械能－电能。

5、水力发电厂的基本生产过程答：基本生产过程是：从河流较高处或水库内引水，利用水的压力或流速冲动水轮机旋转，将水能转变成机械能，然后由水轮机带动发电机旋转，将机械能转换成电能。

发电厂电气部分习题集发电厂电气部分习题集目录第一章能源和发电 (1)第二章发电、变电和输电的电气部分 (2)第三章导体的发热与电动力 (3)第四章电气主接线 (4)第五章厂用电 (5)第六章导体和电气设备的原理与选择 (6)第七章配电装置 (7)第八章发电厂和变电站的控制与信号 (8)第一章能源和发电1-1 人类所认识的能量形式有哪些？并说明其特点。

1-2 能源分类方法有哪些？电能的特点及其在国民经济中的地位和作用？1-3 火力发电厂的分类，其电能生产过程及其特点？1-4 水力发电厂的分类，其电能生产过程及其特点？1-5 抽水蓄能电厂在电力系统中的作用及其功能？1-6 核能发电厂的电能生产过程及其特点？第二章发电、变电和输电的电气部分2-1 哪些设备属于一次设备？哪些设备属于二次设备？其功能是什么？2-2 简述300MW发电机组电气接线的特点及主要设备功能。

2-3 简述600MW发电机组电气接线的特点及主要设备功能。

2-4 影响输电电压等级发展因素有哪些？2-5 简述交流500kV变电站主接线形式及其特点。

2-6 并联高压电抗器有哪些作用？抽能并联高压电抗器与并联高压电抗器有何异同？2-7 简述6kV抽能系统的功能及其组成。

2-8 简述串联电容器补偿的功能及其电气接线。

2-9 简述高压直流输电的基本原理。

2-10 简述换流站的电气接线及主要设备的功能。

2-11 简述高压直流输电的优点和缺点各有哪些？2-12 简述高压直流输电系统的主接线及其运行方式。

第三章导体的发热和电动力3-1 研究导体和电气设备的发热有何意义？长期发热和短时发热各有何特点？3-2 为什么要规定导体和电气设备的发热允许温度？短时发热允许温度和长期发热允许温度是否相同，为什么？3-3 导体长期发热允许电流是根据什么确定的？提高允许电流应采取哪些措施？3-4 为什么要计算导体短时发热最高温度？如何计算？3-5 等值时间的意义是什么等值时间法适用于什么情况？3-6 用实用计算法和等值时间法计算短路电流周期分量热效应，各有何特点？3-7 电动力对导体和电气设备的运行有何影响？3-8 三相平行导体发生三相短路时最大电动力出现在哪一相上，试加以解释。

第6章导体和电气设备的原理与选择6-1什么是验算热稳定的短路计算时间t k以及电气设备的开断计算时间t br？答：演算热稳定的短路计算时间t k为继电保护动作时间t pr和相应断路器的全开断时间t br之和，而t br是指断路器分断脉冲传送到断路器操作机构的跳闸线圈时起，到各种触头分离后的电弧完全熄灭位置的时间段。

6-2开关电器中电弧产生与熄灭过程与那些因素有关？答：电弧是导电的，电弧之所以能形成导电通道，是因为电弧柱中出现了大量的自由电子的缘故。

电弧形成过程：⑴电极发射大量自由电子：热电子+强电场发射；⑵弧柱区的气体游离，产生大量的电子和离子：碰撞游离+热游离。

电弧的熄灭关键是去游离的作用，去游离方式有２种：复合：正负离子相互吸引，彼此中和；扩散：弧柱中的带电质点由于热运行逸出弧柱外。

开关电器中电弧产生与熄灭过程与以下因素有关：⑴电弧温度；⑵电场强度；⑶气体介质的压力；⑷介质特性；⑸电极材料。

6-3开关电器中常用的灭弧方法有那些？答：有以下几种灭弧方式：1）利用灭弧介质，如采用SF6气体；2）采用特殊金属材料作灭弧触头；3）利用气体或油吹动电弧，吹弧使带电离子扩散和强烈地冷却面复合；4）采用多段口熄弧；5）提高断路器触头的分离速度，迅速拉长电弧，可使弧隙的电场强度骤降，同时使电弧的表面突然增大，有利于电弧的冷却和带电质点向周围介质中扩散和离子复合。

6-4什么叫介质强度恢复过程？什么叫电压恢复过程？它与那些因素有关？答：弧隙介质强度恢复过程是指电弧电流过零时电弧熄灭，而弧隙的绝缘能力要经过一定的时间恢复到绝缘的正常状态的过程为弧隙介质强度的恢复过程。

弧隙介质强度主要由断路器灭弧装置的结构和灭弧介质的性质所决定，随断路器形式而异。

弧隙电压恢复过程是指电弧电流自然过零后，电源施加于弧隙的电压，将从不大的电弧熄灭电压逐渐增长，一直恢复到电源电压的过程，这一过程中的弧隙电压称为恢复电压。

电压恢复过程主要取决于系统电路的参数，即线路参数、负荷性质等，可能是周期性的或非周期性的变化过程。

第一章概述电力网=变电所+送电线路+用户电力系统=发电厂+变电所+输电线路+用户动力系统=电力系统+动力装置1、一次电气设备定义: 通常把生产、变换、输送、分配和使用电能的设备，如发电机、变压器和断路器等称为一次设备。

(1)生产和转换电能的设备。

如发电机、电动机、变压器。

(2)接通或断开电路的开关电器。

如断路器、隔离开关、负荷开关，熔断器、接触器等，它们用于正常或事故时，将电路闭合或断开。

(3)限制故障电流和防御过电压的保护电器。

如限制短路电流的电抗器和防御过电压的避雷器等。

(4)载流导体。

如传输电能的裸导体、电缆等。

(5)接地装置。

无论是电力系统中性点的工作接地，还是保护人身安全的保护接地，均同埋入地中的接地装置相连。

2、二次设备定义:对一次设备和系统的运行状态进行测量、控制、监视和保护的设备,称为二次设备。

(1)仪用互感器，如电压互感器和电流互感器，可将电路中的高电压、大电流转换成低电压、小电流，供给测量仪表和保护装置使用。

(2)测量表计，如电压表、电流表、功率表和电能表等，用于测量电路中的电气参数。

(3)继电保护及自动装置，这些装置能迅速反应系统不正常情况并进行监控和调节或作用于断路器跳闸，将故障切除。

(4)直流电源设备，包括直流发电机组、蓄电池组和硅整流装置等，供给控制、保护用的直流电源和厂用直流负荷、事故照明用电等。

(5)操作电器、信号设备及控制电缆，如各种类型的操作把手、按钮等操作电器实现对电路的操作控制，信号设备给出信号或显示运行状态标志，控制电缆用于连接二次设备。

3、电气接线电气接线--各种电气设备依其电力生产中的作用、功能等要求连接成的电路。

用规定的图形、文字符号描述电气设备，按一次(二次)电路的实际连接而绘制出的电路图。

一般画成单线图形式(局部三线)电气主接线- --由一次设备，如发电机、变压器、断路器等，按预期生产流程所连成的电路(又称为一次主回路，一次主接线)二次接线--由二次设备所连成的电路(或称二次回路)4、配电装置配电装置一根据电气主接线的连接方式和要求，由开关电器、母线、保护和测量设备以及必要的辅助设备和建筑物组建而成的总体电气装置。

一、电气设备选择的基本原则1、按正常工作条件选择电气设备2、1、电气设备型式的选择选用电气设备必须考虑设备的装置地点和工作环境。

另外，根据施工安装的要求，或运行操作的要求，或维护检修的要求，电气设备又有各种不同的型式可供选择。

2、电气设备电压的选择选择电气设备时，应使所选择的电气设备的额定电压大于或等于正常时可能出现的最大的工作电压，即：3、UN ≥Uet4、3、电气设备额定电流的选择5、电气设备的额定电流应大于或等于正常工作时最大负荷电流，即6、IN ≥Iet7、我国目前所生产的电气设备，设计师取周围空气温度为40℃作为计算值，如装置地点周围空气温度低于40℃时，每低1℃，则电气设备（如断路器、负荷开关、隔离开关、电流互感器、及套管绝缘子等）的允许工作电流可以比额定值增大0.5%，但总共增大的值不能超过20%。

8、按短路条件校验电气设备1、电气设备的热稳定性校验电气设备热稳定性校验是以电气设备的短路电流的数值作为依据的，在工程上常采用下式来做热稳定性校验，即I2t t ≥I2∞t j≤I t√t/t j或I∞式中I t ——制造成规定的在t秒内电气设备的热稳定电流，这个电流是在指定时间内不使电器各部分加热到超过所规定的最高允许温度的电流（kA）；t ――与I t相对应的时间，通常规定为1s、4s、5s或10s ；I∞――电路中短路电流周期分量的稳态值（kA）；t j ――家乡时间（s），参见第四章第六节。

2. 动稳定校验断路器、负荷开关、隔离开关及电抗器的动稳定应满足下式的要求I max ≥I shi max ≥i sh式中I max、i max ――制造厂规定的电器允许通过的最大电流的有效值和幅值（kA）；I sh、i sh ――按三项短路电流计算所得的短路全电流的有效值和冲击电流值（kA）。

3. 开关电器的断流能力的检验高压断路器、低压断路器和熔断器等设备，应当具备在最严重的短路状态下切断故障电流的能力。

第6章导体与电气设备的原理与选择6-1什么就是验算热稳定的短路计算时间t k以及电气设备的开断计算时间t br？答:演算热稳定的短路计算时间t k为继电保护动作时间t pr与相应断路器的全开断时间t br 之与,而t br就是指断路器分断脉冲传送到断路器操作机构的跳闸线圈时起,到各种触头分离后的电弧完全熄灭位置的时间段。

6-2开关电器中电弧产生与熄灭过程与那些因素有关？答:电弧就是导电的,电弧之所以能形成导电通道,就是因为电弧柱中出现了大量的自由电子的缘故。

电弧形成过程:⑴电极发射大量自由电子:热电子+强电场发射;⑵弧柱区的气体游离,产生大量的电子与离子:碰撞游离+热游离。

电弧的熄灭关键就是去游离的作用,去游离方式有２种:复合:正负离子相互吸引,彼此中与;扩散:弧柱中的带电质点由于热运行逸出弧柱外。

开关电器中电弧产生与熄灭过程与以下因素有关:⑴电弧温度;⑵电场强度;⑶气体介质的压力;⑷介质特性;⑸电极材料。

6-3开关电器中常用的灭弧方法有那些？答:有以下几种灭弧方式:1)利用灭弧介质,如采用SF6气体;2)采用特殊金属材料作灭弧触头;3)利用气体或油吹动电弧,吹弧使带电离子扩散与强烈地冷却面复合;4)采用多段口熄弧;5)提高断路器触头的分离速度,迅速拉长电弧,可使弧隙的电场强度骤降,同时使电弧的表面突然增大,有利于电弧的冷却与带电质点向周围介质中扩散与离子复合。

6-4什么叫介质强度恢复过程？什么叫电压恢复过程？它与那些因素有关？答:弧隙介质强度恢复过程就是指电弧电流过零时电弧熄灭,而弧隙的绝缘能力要经过一定的时间恢复到绝缘的正常状态的过程为弧隙介质强度的恢复过程。

弧隙介质强度主要由断路器灭弧装置的结构与灭弧介质的性质所决定,随断路器形式而异。

弧隙电压恢复过程就是指电弧电流自然过零后,电源施加于弧隙的电压,将从不大的电弧熄灭电压逐渐增长,一直恢复到电源电压的过程,这一过程中的弧隙电压称为恢复电压。

第六章 电气设备选择6－1 电气设备选择的一般条件要保证电气设备可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路情况进行校验。

一、按正常工作条件选择1．按额定电压选择电气设备的允许最高工作电压 不得低于所在电网的最高运行电压 ，即≥ （6－1） 对电缆和一般电器， ＝(1.1～1.15) ；对于电网， ≤1.1 。

所以，一般可按下式选择≥ （6－2） 裸导体承受电压的能力由绝缘子长度（或高度）及安全净距（见第七章）保证，无额定电压选择问题。

当海拔在1000～4000m时，一般按海拔每增100m， 下降1％予以修正。

不能满足要求时，应选用高原型产品或外绝缘提高一级的产品。

对现有110kV及以下的设备，由于其外绝缘有较大裕度，可在海拔2000m 以下使用。

2．按额定电流选择电气设备的额定电流 是指在额定环境条件（环境温度、日照、海拔高度、安装条件等）下，电气设备的长期允许电流。

我国规定电气设备的一般额定环境条件为：1）额定环境温度 ：裸导体和电缆为25℃，电器为40℃；2）无日照；3）海拔高度不超过1000m。

当实际环境条件不同于额定环境条件时，电气设备的长期允许电流 应作修正，即均需按实际环境温度 修正。

另外，计及日照的屋外管形导体、软导线的 尚需按海拔修正；电力电缆的 尚需按有关敷设条件修正。

经综合修正后的 不得低于所在回路在各种可能运行方式下的最大持续工作电流 · ，即＝ ≥ · （A） （6－3） 式中： ——综合修正系数，为有关修正系数的乘积；· 按表6-1的原则计算,即获取各个回路中可能出现的最大负荷电流。

当仅计及环境温度修正时， 值的计算如下： 对于裸导体和电缆（ － ）对于电器40℃＜ ≤60℃时， ＝1-( -40)×0.0180℃≤ ≤40℃时， ＝1+(40- )×0.005 （6-5） ＜0℃时， ＝1.2表6-2 选择导体和电器时的实际环境温度类 别 安装场所 最 高 环 境 温 度 ℃裸导体 屋 外 最热月平均最高温度屋 内 该处通风设计温度。

电气设备的选择第5章电气设备的选择电气设备的选择是供配电系统设计的重要内容，其选择的恰当与否将影响到整个系统能否平安牢靠的运转，故必需遵照一定的选择原那么。

本章对常用的高、高压电器即高压断路器、高压隔分开关、仪用互感器、母线、绝缘子、上下压熔断器及成套配电装置〔高压开关柜〕等区分引见了其选择方法，为合理、正确运用电气设备提供了依据。

5.1 电气设备选择的普通原那么供配电系统中的电气设备总是在一定的电压、电流、频率和任务环境条件下任务的，电气设备的选择除了满足正常任务条件下平安牢靠运转，还应满足在短路缺点条件下不损坏，开关电器还必需具有足够的断流才干，并顺应所处的位置〔户内或户外〕、环境温度、海拔高度以及防尘、防火、防腐、防爆等环境条件。

电气设备的选择应依据以下原那么：1．按任务环境及正常任务条件选择电气设备〔1〕依据电气装置所处的位置〔户内或户外〕、运用环境和任务条件，选择电气设备型号。

〔2〕按任务电压选择电气设备的额外电压电气设备的额外电压U N应不低于其所在线路的额外电压U W•N，即：U N ≥U W·N〔5-1〕例如在10kV线路中，应选择额外电压为10kV的电气设备，380V系统中应选择额外电压为380V〔0.4kV〕或500V的电气设备。

〔3〕按最大负荷电流选择电气设备的额外电流电气设备的额外电流应不小于实践经过它的最大负荷电流I max〔或计算电流I C〕，即：I N ≥I max或 I N ≥I c 〔5-2〕2．按短路条件校验电气设备的动动摇和热动摇为了保证电气设备在短路缺点时不致损坏，就必需按最大能够的短路电流校验电气设备的动动摇和热动摇。

动动摇是指电气设备在冲击短路电流所发生的电动力作用下，电气设备不致损坏。

热动摇是指电气设备载流导体在最大稳态短路电流作用下，其发热温度不超越载流导体短时的允许发热温度。

3．开关电器断流才干校验断路器和熔断器等电气设备担负着切断短路电流的义务，经过最大短路电流时必需牢靠切断，因此开关电器还必需校验断流才干。