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第六章 导体和电气设备的原理与选择概论

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第六章电气设备原理与选择

第六章电气设备原理与选择
所选电器的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压 电气设备的最高工作电压为额定电压的1.1－1.15倍
电网的电压波动一般不超过额定电压的1.15倍
UN>=Uns •额定电流
电器的额定电流指在一定环境温度下，长时间内电器所能 允许通过的电流。
IN>=Imax Imax－－最大持续工作电流
•Imax的计算方法：
✓电弧的危害
开关电器在开断有电流的电路时，电弧的产生是不可避免 的。电弧产生后，若不能在1～3个周波内尽快熄灭，将带 来很大的危害：
•电弧的温度很高，可达5000～7000度以上，常超过 金属的汽化点，可能烧坏开关电器的金属触头。
•烧坏开关电器的绝缘。如，烧坏瓷绝缘的表面，甚至 完全损坏，或者使有机绝缘材料炭化，以致失去绝缘性 能。
•额定电压选择
UN >= UNS
•额定电流选择 IN >= Imax
•热稳定校验
It2t Qk
•动稳定校验
ies ish
互感器的原理与选择
•额定电压选择
UN >= UNS
高压断路器的额定电压反映了相间、相对地及触头间隙 的绝缘水平，为保证受端电压水平，输电线路的始端电 压高于线路额定电压。因此国标中对高压电器，规定了 对应各级额定电压的最高电压。220KV及以下1.15Ue， 330KV及以上1.1Ue
•额定电流选择
IN >= Imax
✓发电机、变压器、调相机回路：Imax=1.05Ie
（由于电压下降5％时，出力不变）。若变压
器有过负荷运行的情况，按过负荷确定（1.3
～2倍的变压器额定电流）
DL5
练习：计算DL1、DL4、DL5 的最大持续工作电流

第六章 导体和电气设备选择

第六章 导体和电气设备选择
流电弧的伏安特性为动态特性。 ）交流电弧的伏安特性为动态特性。 1）动态特性 ） 由于交流电为周期函数，电弧的温度、 由于交流电为周期函数，电弧的温度、 电阻和电压都随位时间变化，故交流电弧的伏 电阻和电压都随位时间变化， 安特性为动态特性。 A燃弧电压 安特性为动态特性。 燃弧电压 2）电弧的热惯性 ） B熄弧电压 熄弧电压 因弧柱的升温和散 u 热要有一个过程，电弧 热要有一个过程， i 的温度总是滞后于周期 电流的变化， 电流的变化，这种现象 称为电弧的热惯性。 称为电弧的热惯性。
（3）弧隙介质强度的恢复过程 ） 电弧电流过零时， 电弧电流过零时，弧隙介质的绝缘能力 由起始介质强度逐渐增强的过程， 由起始介质强度逐渐增强的过程，称为弧隙 介质强度的恢复过程。 介质强度的恢复过程。 1）近阴极效应使弧隙出现起始介质强度 ） 电弧电流过零前后弧隙中的电荷分布 － ＋ － ＋
T=0-过零前 过零前
IN≥Imax
3）自然环境条件 • 选择导体和电器时，应按当地环境条件校 选择导体和电器时， 核它们的基本使用条件。 核它们的基本使用条件。 • 当气温、风速、湿度、污秽等级、海拔高 当气温、风速、湿度、污秽等级、 地震烈度、 度、地震烈度、覆冰厚度等环境条件超出 一般电器的规定使用条件时， 一般电器的规定使用条件时，应向制造部 门提出补充要求或采取相应的防护措施。 门提出补充要求或采取相应的防护措施。
(3)带电抗器的出线回 带电抗器的出线回 路在母线和母线隔离 开关隔板前的母线引 线及套管， 线及套管，应按电抗 器前如d7点短路选择 点短路选择。 器前如 点短路选择。 而对隔板后的导体和 电器一般可按电抗器 为短路计算点， 后d8为短路计算点， 为短路计算点 以便出线选用轻型断 路器，节约投资。 路器，节约投资。

导体和电气设备的原理与选择

导体和电气设备的原理与选择

-17-
（1）弧柱中自由电子的来源 a. 触头分离瞬间，阴极区发射电子，对电弧的产生起决定作用 冷电子发射(强电场发射)：动静触头分离时，触头间的间隙很小，触头 间会形成很高的电场强度，将阴极触头金属表面中的自由电子从中拉出来。 其数量取决于电场强度的大小。 热电子发射：动静触头分离时，触头间接触电阻增大，接触处大量发热， 阴极表面温度升高而发射电子。其数量取决于触头材料和表面温度。
压作用下形成电子流，介质被击穿而形成电弧。
热游离 电弧形成后，触头间电压立刻降低，但弧柱的温度很高。处于高温下的
介质分子和原子产生剧烈运动，不断发生碰撞，也会游离出自由电子和离子。 可以维持电弧的燃烧。
-19-
-20-
1、电弧的产生、维持及物理过程
（2）电弧的形成过程 阴极在强电场作用下发射电子。发射的电子在触头电压作用下产生碰撞 游离，就形成了电弧。 在高温作用下，阴极产生热发射，并在介质中发生热游离，使电弧维持 和发展。
开关电器是电力系统的重要设备之一。 正常情况下，当电气设备检修或系统运行方式改变时，用于接入或退出
发电机、变压器、线路等设备。 故障时，用于切断故障部分，使电力系统恢复正常运行。 包括：断路器、隔离开关、熔断器、负荷开关等。
-15-
6.2.1 高压断路器的原理与选择
高压断路器是开关电器中功能最为完善、结构最复杂的一种设备，是电 力系统最重要的控制和保护设备。
-23-
2、交流电弧的熄灭
(1)交流电弧的特性 随着正弦交流电流的周期性变化，交流电弧电流也将随之每半周过零 一次。 在电弧电流过零时，电弧向弧隙输送能量减少，电弧温度和热游离下 降，电弧将自动熄灭（交流电弧过零值自然熄灭）。 如果在电弧自然熄灭时，采取有效措施加强弧隙的冷却，使弧隙介质的 绝缘能力达到不会被弧隙外加电压击穿的程度，则在下半周电弧就不会 重燃而最终熄灭。

第六章 导体和电气设备的原理与选择

第六章 导体和电气设备的原理与选择

（2）真空断路器。 利用真空的高介质强度灭弧，具有灭弧时间快、低噪声、高寿命及可频繁操作的 优点，已在35kV及以下配电装置中获得最广泛的采用。真空断路器切断短路电流及 分合电动机负荷时，会产生截流过电压，需采用氧化锌避雷器等过电压保护措施。
2.额定电压和电流选择
U N USN , I N I max
断电流可以提高，但由于灭弧装置机械强度的限制，故开断电流仍有一极限值，该
极限值称为极限开断电流，即高压断路器开断电流不能超过极限开断电流。

额定开断电流应包括短路电流周期分量和非周期分量，而高压断路器的INbr是以
周期分量有效值表示，并计入了20%的非周期分量。 一般中小型发电厂和变电站采用中、慢速断路器，开断时间较长（≥0.1s），短
第二节

高压断路器和隔离开关的选择
高压断路器和隔离开关是发电厂与变电站中主系统的重要开关电器。

高压断路器主要功能是：正常运行时倒换运行方式，把设备或线路接入电路或
退出运行，起着控制作用；当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路、保证 无故障部分正常运行，能起保护作用。 高压断路器最大特点：能断开电气设备中负荷电流和短路电流。 高压隔离开关的主要功能：保证高压电气设备及装置在检修工作时的安全，不
I N I max
（6-2）
电器工作的回路不同，其最大持续工作电流Imax不同。
发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出力可保持不变，故其相应回路的
应为发电机、调相机或变压器的额定电流的1.05倍； 变压器有过负荷运行可能时，应按过负荷确定（1.3～2倍变压器额定电流）； 母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的；
3）带电抗器的出线回路由于干式电抗器工作可靠性较高，且断路器与电抗器间的 连线很短，故障几率小，一般可选电抗器后为计算短路点，这样出线可选用轻型断

发电厂电气部分第六章习题解答

发电厂电气部分第六章习题解答

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。

导体和电气设备的原理与选择

导体和电气设备的原理与选择

§6~5 裸导体和电缆的选择
硬导体的动稳定性校验
硬导体的动稳定校验条件
每相为多条矩形导体母线的应力计算与校验 单位长度条间最大电动力fb 的计算
双条平放矩形导体侧视图
§6~5 裸导体和电缆的选择
硬导体的动稳定性校验
硬导体的动稳定校验条件
每相为多条矩形导体母线的应力计算与校验
根据两平行导体电动力计算公式，考虑每相为两 条且各通过50%的电流时，单位长度条间最大电 动力fb 为
fb
2K12 (0.4ish )(0.2ish )
1 2b
107
2K13 (0.4ish )2
1 4b
107
8( K12
K13 )is2h
1 b
109
§6~5 裸导体和电缆的选择
硬导体的动稳定性校验
硬导体的动稳定校验条件
每相为多条矩形导体母线的应力计算与校验
条间计算应力σb的计算
边条导体所受的最大弯矩Mb为
每相为单条矩形导体母线的应力计算与校验
W—导体的截面系数（m3），即导体对垂直于电动力 作用方向轴的抗弯矩，与导体尺寸和布置方式有关。
平放 W bh2 / 6
竖放 W b2h / 6
§6~5 裸导体和电缆的选择
硬导体的动稳定性校验
硬导体的动稳定校验条件
每相为单条矩形导体母线的应力计算与校验
由于相间距离较大，无论什么形状的导体和组合，计
算相间电动力fph时，可不考虑形状的影响，均按下式 计算
f ph
1.73 107
1 a
is2h
ish为三相短路冲击电流（A）；a为相间距离（m）；β 为动态应力系数。
§6~5 裸导体和电缆的选择
硬导体的动稳定性校验

第6章导体和电气设备的原理与选择


（SF6断路器，压缩空气断路器0.02 ~ 0.04s)
19
(真空断路器0.015s）
二、按短路条件进行校验 4、短路计算时间t的确定：
① 热稳定计算时间tk
tk t pr tbr
tbr用来衡量高压断路器的分闸速度的快慢。
tbr 0.12s 低速断路器 tbr 0.08s 高速断路器 0.08<tbr 0.12中速断路器
4
一、按正常工作条件选择 2、额定电流
在周围环境温度下，电气设备的长期允许电流。
I N Imax
IN 电气设备的额定电流
Imax 各种合理的运行方式下，流过电气设备的最大工作电流
5
2、额定电流
I
的确定：
max
① 发电机、调相机、变压器回路： Imax 1.05IN
② 若变压器有过负荷的能力，Imax 按其过负荷能力确定：
13
二、按短路条件进行校验 3、短路电流的计算： ③ 短路计算点的确定
通过电器的短路电流为最大的那些点为短路计算点。
14
③ 短路计算点的确定 发电机回路的断路器QF1，应比较断路器前短路与断路器后
短路两种情况下的短路电流，选其大者。
It
K1
QF1
K2
Ig1
Ig2
15
③ 短路计算点的确定 变压器回路的断路器(QF3)，也应比较其前与其后短路 两种情况下的短路电流，选其大者为短路计算点。
2、动稳定
2
一、按正常工作条件选择
1、额定电压和最高工作电压 电网的运行电压，由于负荷变化和因调压而发生变化， 且电网的运行电压常常是高于电网的额定电压。
电气设备在电网上运行，因此，电气设备的最高工作 电压不低于电网的最高运行电压，即

导体和电气设备的原理与选择ppt

电气设备分类及特点
导体和电气设备的分类与特点
02
导体和电气设备的原理
1
导体和电气设备的物理原理
2
3
导体内的电流通过电子的流动产生，电阻则是导体对电流的阻碍。
电流与电阻
电流在导体中会产生磁场，当磁场发生变化时，会在邻近的导体中引起感应电流。
磁场与电磁感应
电流通过导体时会产生热量，这是焦耳定律的基本内容。
导体分类及特点
电气设备可分为发电设备、变电设备、输电设备、配电设备和用电设备等。发电设备如水力发电厂、火力发电厂等可将其他形式的能量转化为电能；变电设备如变压器可改变电压等级；输电设备如输电线路可将电能远距离传输；配电设备和用电设备则负责电能分配和使用。各种电气设备在电能的生产、传输和使用过程中发挥着不同的作用，并具有各自的特点和应用场景。
导体
电气设备是指用于电能的产生、传输、分配和使用的设备，如发电机、变压器、电动机、开关等。电气设备的核心是利用电磁原理实现电能与机械能、热能等其他形式的能量转换。
电气设备
导体和电气设备的定义
保障电力系统的安全与稳定
导体和电气设备在电力系统中扮演着至关重要的角色，它们是电能传输和分配的核心组成部分，保障了电力系统的安全与稳定运行。
适用性原则
根据使用场所、环境条件、设备性能要求等因素，选择适合的导体和电气设备，确保其能够正常工作并发挥最佳性能。
了解需求
01
在选择导体和电气设备之前，需要明确具体的使用需求，包括电流大小、电压等级、防护等级、使用频率等因素。
导体和电气设备的选用方法
查阅资料
02
通过查阅相关资料，了解各种导体和电气设备的性能特点、价格、适用范围等信息，以便进行合理选择。

发电厂电气部分第六章(3)

Kθ θ al θ θ al θ 0
式中：Imax － 导体所在回路的最大持续工作电流 Ial
裸导体的选择
2.选择导体的截面大小 (2)按经济电流密度选择截面
作者：李长松 版权所有
当负荷电流通过载流导体时，将产生电能损耗。电能 损耗的大小与负荷电流的大小、母线截面(或母线电 阻)有关。
同一熔断器内，通常可分别接入额定电流 大于熔断器额定电流的任何熔体
6
7
用来保护电路中的电气设备免受过载和电路电流的危害。
不能用来正常地切断和接通电路，必须与其它电器（隔离开关、 接触器、负荷开关等）配合 广泛用在1000V及以下的装置中，在3~110kV高压配电装置作为 小功率电力线路、配电变压器、电力电容器、电压互感器等设备 的保护。
三、高压熔断器的分类
2. 非限流型高压熔断器：自然灭弧
作者：李长松 版权所有
在熔体熔化后，短路电流不减小，一直达到最大值。 在第一次过零或经过几个半周期之后电弧才熄灭。
四、高压熔断器的选择和校验
1. 选择额定电压 非限流型： UN ≥ UNS
作者：李长松 版权所有
限流型：
原因：
UN ≡ UNS
I
IN1 Id
2－截面较大 1－截面较小
三、高压熔断器的分类
分类方式 性能 保护范围 熄弧方式 安装场所 保护对象 型式 结 构 极数 底座绝缘子 限流式、非限流式 一般、后备、全范围 角壮式(大气中熄弧)、石英砂填料、喷射式、真空等 分类名称
户外、户内
变压器、电动机、电压互感器、单台并联电容器、电容 器组、电容器组、供电回路等 插入式、母线式、跌落式、非跌落式、混合式等 单极、三级 单柱、双柱
t 1 电源 2(粗) 1(细) d 2

第六章 导体和电气设备的原理14


ies i sh ——短路冲击电流幅值 ( kA)
21
6.2.4 隔离开关的选择
一、隔离开关的主要功用： 1、 隔离电压。 2、倒闸操作。 3、分、合小电流。 二、隔离开关的选择校验： 1、 种类和型式的选择。 根据配电装置特点、使用要求及技 术经济条件选择其种类和型式。
22
2、按额定电压和额定电流选择
U N U Ns , I N I max
23
3、热稳定和动稳定校验
I t t Qk ies i sh
2
2
[( kA ) s ]
2
( kA )
I t t Qk ——短路电流产生的热效应； 2 2 2 —— 隔离开关允许通过的热稳定电流和时间 I t Q [( kA ) s ] t k I t t Qk 2 2 i i ( kA ) 隔离开关允许通过的动稳定电流幅值 I t t es Q—— [( kA ) s] sh k
U N , U Ns
——分别为电气设备和电网的额定电 压，kV
I N , I max
——分别为电气设备的额定电流和电 网的最大负荷电流，A
16
三、开断电流选择
I Nbr I pt
I Nbr I pt 高压断路器的额定开断电流； —— I pt ——实际开断瞬间的短路电流周期分量。
Nbr
I1 N N 2 CT的额定电 Ki 流比Ki为： I2 N N1
26
3、 电流互感器的电流误差fi及相位差δi决 定于互感器铁心及二次绕组的结构，同时又 与互感器的运行状态有关。
电流互感 器在运行时， 二次绕组严禁 开路。
27
二、电流互感器的准确级和额定容量
1、电流互感器的准确级 准确级：在规定的二次负荷变化范围内， 一次电流为额定值时的最大电流误差。 电流互感器根据测量时误差的大小可划分 为不同的准确级。如表6-3。 2、保护型准确级 保护用电流互感器按用途可分为： 稳态保护用（P） 暂态保护用（TP）
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3 ．短路电流计算条件
为使所选电气设备具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在 一定时期内适应电力系统发展的需要，作验算用的短路电流应按下 列条件确定：
二、按短路状态校验
2.Verifying according to short circuit condition
下列几种情况可不校验热稳定或动稳定： ( l ）用熔断器保护的电气设备，其热稳定由熔断时间保证，故
可不验算热稳定。 ( 2）采用有限流电阻的熔断器保护的设备，可不校验动稳定。 ( 3）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、
ie
、
s
I I
sh ― 短路冲击电流幅值及其有效值； ― 电气设备允许通过的动稳定电流幅值及其有效值。
es
第一节 电气设备选择的一般条件
Section 1 The general selection conditions of Conductor and electrical equipments
规定一般电气设备的最高工作电压为设备额定电压的1.1~1.5倍。 一般可按照电气设备的额定电压不低于装置地点电网额定电压 的条件选择。
U N U NS
第一节 电气设备选择的一般条件
Section 1 The general s selection conditions of Conductor and electrical equipments
第一节 电气设备选择的一般条件
Section 1 The general selection conditions of Conductor and electrical equipments
目的：
正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安 全、经济运行的重要条件。
方法：
在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安 全、可靠的前提下，积极而又稳妥地采用新技术，并注意 节约投资，选择合适的电气设备。
3：按当地环境条件校核
当电气设备安装地点的环境（尤其注意小环境）条件如温度、 风速、污秽等级、海拔高度、地震列度和覆冰厚度等超过一般电气 设备使用条件时，应采取一定相应措施。
此外，还应按电器的装置地点、使用条件、检修和运行等要求， 对电器进行种类（屋内或屋外）和型式（防污型、防爆型、湿热型 等）的选择。
1 ．短路热稳定校验 短路电流通过电器时，电气设备各部件温度（或发热效应）应
不超过允许值。满足热稳定的条件为: I t2t Qk
式中 Qk ―短路电流产生的热效应；
t ―电气设备允许通过的热稳定电流和时间。
、
第一节 电气设备选择的一般条件
Section 1 The general s selection conditions of Conductor and electrical equipments
IN Imax
第一节 电气设备选择的一般条件
Section 1 The general selection conditions of Conductor and electrical equipments
一、按正常工作条件选择电气设备
1.Selecting electrical equipments According to the normal conditions
热稳定、 。 （4）电缆可不校验动稳定，由厂家保证。
第一节 电气设备选择的一般条件
Section 1 The general selection conditions of Conductor and electrical equipments
二、按短路状态校验
2.Verifying according to short circuit condition
1.Selecting electrical equipments１：额定电压和最高工作电压
( Normal voltage and Highest operating voltage )
额定电压－－就是发电机、变压器和电气设备等在正常运行时 具有最大经济效益时的电压。
第一节 电气设备选择的一般条件
Section 1 The general selection conditions of Conductor and electrical equipments
二、按短路状态校验
2.Verifying according to short circuit condition
Chapter 6 第六章
导体和电气设备的原理与选择
Principles and Selection of Conductors and electrical equipments
发电厂电器等设备的选择方法可分为两大部分： 第一部分：电器所必须满足的基本条件 ( 共性部分，即选择的 一般条件 ) 。 第二部分：按短路状态来校验电器能否满足动、热稳定。 关键：合理地确定电器正常工作电压、电流 (包括按各种环境、 气象条件修正)、短路计算条件和短路计算时间。
二、按短路状态校验
2.Verifying according to short circuit condition
2．电动力稳定校验 电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，并在此条件
下，电器能够正常运行，亦称动稳定。 满足动稳定的条件为：
ies ish 或 I es I sh
式中
、
ish 、
具体选择方法：
➢ 按正常工作条件选择； ➢ 并按短路状态来校验其热稳定和动稳定。
第一节 电气设备选择的一般条件
Section 1 The general selection conditions of Conductor and electrical equipments
一、按正常工作条件选择电气设备
一、按正常工作条件选择电气设备
1.Selecting electrical equipments According to the normal conditions
2：额定电流 (Normal current)
额定电流－－是指在额定环境温度下，电气设备的长期允许电 流。
选择方法是：额定电流应不小于该回路在各种合理运行方式下 的最大持续工作电流。