中压电气设备选择培训课件(共86张PPT)

第1节 短路电流效应
7.1.1短路电流热效应 短路电流在故障元件上产生的温升，叫做短 路电流的热效应。温度是元件产生热损坏的最主 要因素。 1、导体温升过程及短路热稳定热力学判断 讨论：导体未通电→通电正常工作→短路发 生→短路电流被切断，这几种情况下导体的发热 与温升情况。温度=温升＋初始温度。 辩异：发热与温升。发热是温升的动力，但 温升还受散热的影响。
第七章 中压电气设备选择
• 设计一个供配电系统时，在网络结构及设备配置 已经确定的条件下，选择设备的恰当型式与参数 ，谓之设备选择。 • 所选设备应具备完成其任务所需功能，应能承受 正常的负荷与故障能量冲击。 • 本章所涉及的电器，主要有开关电器、保护电器 、测量电器等，还包括由它们组合起来的组合电 器，但不包括变压器和线缆。 • 电器与线缆、变压器选择的不同在于设备加入后 对系统本身的影响。电器加入系统后主要改变系 统功能，但基本不改变系统性能，而变压器和线 缆加入系统后，会明显改变系统性能。
1）未通电时。 0 ， 为导体温度， 0为环境温度
2）正常工作时。 且要求 N ， N≤ N max
式中： 为导体正常工作温度， 为导体长 N N max
最高工作温度（简称长 期允许温度）。
3）短路发生后，导体温度急剧上升，至短路 被切除时，导体温度达到最高值θ k，即：
2 于是有 I t I ( t ) d t ＝ i ( t ) I ( t ) p 2 im 0 2 k 0 2 np 0 t k t k t k
2 2 令 i ( t ) d t ＝ I t ， I ( t ) d t ＝ I t im p p 0 2 np 2 im np 0
导体式电缆的长期允许最高温度和短路最高允许温度
kmax
Nmax
S
k.max k
t0：短路开始时刻 tk：短路电流持续 时间
k.max k
请你判断
N.max N 0
工作正常 短路热稳定
N N.max 0
t0 t0+ tk
k k.max
t
k k.max
t0 t0+ tk
t
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
请你判断
请你判断
N.max N 0
N N.max 0
t0 t0+ tk
t
t0 t0+ tk
t
2、导体短路最高温度θ k计算 这是导体受到的短路能量的极限热冲击，是 一个热力学参数，按热力学方法计算。计算的一 些假定和依据如下： # 绝热过程假设，短路电流发热全部用于导体 温升，这是一个偏于保守的假设。 # 导体电阻、比热均是温度的函数。以0℃电 阻率ρ0和比热C0为起点计算，计算公式为： l R ( ) ( 1 ) C ( ) C ( 1 ) 0 0 s # 导体为长度l的棒形，底面积s，密度ρm，质 量m为 m sl m
1）计算从热平衡方程开始。
2 I ( t ) R ( ) d t C ( ) m d k
上式左边是电流发热量，右边是导体温升吸收的热量。 将各参量表达式代入，有： C 12 0 m1 I( t ) d t ( ) d 2 k S 1 0 对上式两边积分，有： C 1 t 1 k 2 k 0 m I (t)d t d k 2 ∫ ∫ 0 N S 1 0 注意：未知量是θ k。上式右边是电气参量和导体几何 参数，左面是材料参数，为变上限积分。
θ N是已知的（若不知，可取为θN· max），理论上， 短路电流积分是可求出的，因此可求出A（θk），继 而求出θk。 但问题在于短路电流积分实际上很难求出。
2）求短路电流热脉冲 不管怎样，热平衡方程已经将求温度θk的问 题转化成了求短路电流积分的问题，即将热力学 参数计算转化成了电气参量计算。定义这个积分 为热脉冲Q，即：
k ，且要求 k≤ k max
式中：θ k为短路最高温度，θ k· max 为导体瞬时允许最 高短路温度（简称短路允许温度）。
• 辩异：θN· max与θk· max。 都是“最高允许温度”，前者是“长期工 作”，后者是“瞬时短路”，有何区别？ θN· max—取决于设计寿命。对绝缘导体，取 决于绝缘的长期温度承受能力；对裸导体，取决 于接头氧化和（或）机械参数（如弧垂等）。 θk· max—取决于是否发生瞬时不可逆损坏。对 绝缘导体，取决于绝缘的极限温度承受能力；对 裸导体，取决于接头极限温度承受能力和（或） 是否因高温产生机械破坏。 常见导体的θN· max和θk· max见表。
2 Q Ik (t)dt 0 tk
短路热脉冲的物理意义为：短路电流在短路 持续时间内在1Ω 恒定电阻上产生的热量。
求短路热脉冲的工程方法有假想时间 法、假想电流法、数值积分法等，根据工 程现状，下面介绍假想时间法。
（1）假想时间。假设短路全电流有效值Ik(t)一 直等于稳态短路电流，要产生与实际短路热脉冲 相等的热脉冲所需要的时间，叫做假想时间，记 作tim。即 tk 2 2 Q Ik ( t) d t I t im
令积分的原函数为A（θ），有： C 0 m A ( ) [ 2 ln( 1 ) ]
0

则： 也即：
1t k 2 I ( t ) d t A ( ) A ( ) k k N 2 S 0 1t k 2 A ( ) 2 I ( t ) d t A ( ) k k N 0 S
0
Ik2 (t)
A
SFDEO=I∞
2t
im=Q
Ik2 (t)
SFDEO=I∞2tim=Q
A
F
B
D
I
2 oo
F
C E tk tim
B C
D E
tim
Ioo
2
O
t
O
tk
t
（2）远端短路假想时间计算 远端短路电流由恒定的周期分量和衰减的非 周期分量组成（近端短路还要加上一个衰减的周 期分量），根据谐波理论，短路电流有效值为各 次谐波的方均根，即 2 2 2 I ( t ) i ( t ) I ( t ) k np p