第十一章电气设备选择及短路电流限制(1).doc

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第十一章 电气设备选择及短路电流限制 教学目 的及要求 1. 掌握短路电流电动力效应和短路电流的热效应 2. 掌握电气设备的一般选择条件 1. 了解成套配电装置特点。 本章重点 1． 配电装置的分类和要求； 2. 屋内外配电的特点、 类型和布置要求。 本章难点 1. 配电装置的分类和要求 2. 屋内外配电的特点、 类型和布置要求 教学内容 第一节 短路电流的效应 一、 短路电流电动力效应 1. 电动力: 载流导体在相邻载流导体产生的磁场中所受的电磁力。 2. 电动力的危害: 引起载流导体变形、 绝缘子损坏， 甚至于会造成新的短路故障。 3. 两平行导体间最大的电动力: 电动力的方向： 同吸； 反斥。 4. 两相短路时平行导体间的最大电动力 5. 三相短路时平行导体之间的最大电动力 边缘相 U 相与中间相 V 相导体所承受的最大电动力、 分别为： 发生三相短路后， 母线为三相水平布置时中间相导体所承受的电动力最大。 6. 短路电流电动力效验 电力系统中同一地点发生不同种类的短路时， 导体所承受三相短路时的最大电动721102=aLi ifKF( )2( )2k72102=aLiF( )3U( )3k721061. 1=aLiF( )3V( )3k721073. 1=aLiF15. 1/) 2 () 3 (=FF力比两相短路时的最大电动力大 15％。 因此， 在校验导体的最大电动力时， 按三相短路的最严重情况考虑。 二、 短路电流的热效应 1. 电气设备发热的原因 电气设备在工作中， 由于自身的有功功率损耗， 引起电气设备的发热。 包括电阻损耗、 介质损耗 2. 导体发热种类 长期发热： 正常工作电流在较长时间内所引起的发热。 短路时发热： 短路电流在极短的时间内所引起的发热。 3. 电气设备温度升高的影响 设备的绝缘： 温度愈高绝缘的老化速度愈快。 接触电阻值： 增大， 功率损耗加大， 温度再升高， 恶性循环。 机械强度： 显著降低， 影响电器的安全运行。 4. 载流导体和电器发热的允许温度 为了限制电气设备因发热而产生不利影响， 保证电气设备的正确使用， 国家规定了载流导体和电器长期发热和短路时发热的允许温度。 5. 导体温度的变化特点 k AB 段： 工作电流所产生的热量引起导体温度的变化； BC 段 ： ---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 3 / 15 短路时导体温度变化； C 点后的虚线 ： 短路电流被切除之后， 导体温度会逐渐地降至周围环境温度。 6. 短路时最高发热温度计算 CBAO01t1t2t3t计算导体短路时的最高温度的步骤： (1) 根据运行温度 从曲线中查出 之值； iiAQ(2) 将 与 之值代入公式， 计算出： k (3) 根据 ， 从曲线中查出 之值。 k A7. 短路电流的热效应计算 工程中短路电流的热效应通常采用近似数值积分法计算。 周期分量热效应： 非周期分量热效应： 第二节 电气设备的一般选择条件 电气设备选择是发电厂和变电所设计的主要内容之一， 在选择时应根据实际工作特点， 按照有关设计规范的规定， 在保证供配电安全可靠的前提下， 力争做到技术先进， 经济合理。 为了 保障高压电气设备的可靠运行， 高压电气设备选择与校验的一般条件有： （1） 按正常工作条件包括电压、 电流、 频率、 开断电流等选择； （2） 按短路条件包括动稳定、 热稳定校验； （3） 按环境工作条件如温度、 湿度、 海拔等选择。 一、 额定电压和最高工作电压 高压电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化， 常高于电网的额定电iA2kk0tQI dt=iKKAQSA+=21k ()2t2t2/21012dddpIIItQ++ =2ITQap =压， 故所选电气设备允许最高工作电压 Ualm 不得低于所接电网的最高运行电压。 一般电气设备允许的最高工作电压可达 1. 1～1. 15 UN ， 而实际电网的最高运行电压 Usm 一般不超过 1. 1 UNs ， 因此在选择电气设备时， 一般可按照电气设备的额定电压 UN 不低于装置地点电网额定电压 UNs 的条件选择， 即 UN UNs 二、 额定电流 电气设备的额定电流Ⅰ N 是指在额定环境温度下， 电气设备的长期允许通过电流。 Ⅰ N 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Ⅰ max， 即Ⅰ N Ⅰ max 。 （1） 由于发电机、 调相机和变压器在电压降低 5%时， 出力保持不变， 故其相应回路的Ⅰ max 为发电机、 调相机或变压器的额定电流的 1. 5 倍； （2） 若变压器有过负荷运行可能时， Ⅰ max 应按过负荷确定（1. 3~2 倍变压器额定电流）； （3） 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Ⅰ max ； （4） 出线回路的Ⅰ max 除考虑正常负荷电流（包括线路损耗） 外， 还应考虑事故时由其它回路转移过来的负荷。 短路条件校验短路热稳定校验短路电流通过电气设备时， 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 ---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 5 / 15 kzttItI式中 Ⅰ t 厂家给的电气设备在时间 t 秒内的热稳定电流。 Ⅰ 短路稳态电流值。 t与Ⅰ t 相对应的时间。 tdz短路电流热效应等值计算时间。 三、 短路条件校验 1. 电动力稳定校验 电动力稳定是电气设备承受短路电流机械效应的能力， 也称动稳定。 满足动稳定的条件为 或 esi 式中 ich、 Ⅰ ch短路冲击电流幅值及其有效值； 22chichesII ies 、 Ⅰ es电气设备允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值。 下列几种情况可不校验热稳定或动稳定： （1） 用熔断器保护的电器， 热稳定由熔断时间保证。 （2） 采用限流熔断器保护的设备， 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、 热稳定。 2. 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， 作校验用的短路电流应按下列条件确定。 （1）容量和接线按本工程设计最终容量计算， 并考虑电力系统远景发展规划；其接线应采用可能发生最大短路电流的正常接线方式， 但不考虑在切换过程中可能短时并列的接线方式(如切换厂用变压器时的并列) 。 （2） 短路种类一般按三相短路验算， 若其它种类短路较三相短路严重时， 则应按最严重的情况验算。 （3） 计算短路点选择通过电器的短路电流为最大的那些点为短路计算点。 第三节 硬母线和电力电缆的选择 一、 母线的选择与校验 母线选择的项目 一般包括： ① 母线材料、 类型和布置方式; ② 导体截面; ③ 热稳定; ④ 动稳定等项进行选择和校验； ⑤ 对于 110kV 以上母线要进行电晕的校验； ⑥ 对重要回路的母线还要进行共振频率的校验。 1. 母线的材料 配电装置的母线常用导体材料有铜、 铝和钢。 铜的电阻率低， 机械强度大，抗腐蚀性能好， 是首选的母线材料。 但是铜在工业和国防上的用途广泛， 还因储量不多， 价格较贵， 所以一般情况下， 尽可能以铝代铜， 只有在大电流装置及有腐蚀性气体的屋外配电装置中，才考虑用铜作为母线材料。 2. 常用硬母线类型 常用的硬母线截面有矩形、 槽形和管形。 矩形母线常用于 35kV 及以下、 电流在 4000A 及以下的配电装置中。 ---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 7 / 15 单条矩形截面积最大不超过 1250mm2。 当工作电流超过最大截面单条母线允许电流时， 可用小于 4 的几条矩形母线并列使用。 槽形 母线机械强度好， 载流量较大， 集肤效应系 数也较小， 一般用 于4000~8000A 的配电装置中。 管形母线集肤效应系数小， 机械强度高， 管内还可通风和通水冷却， 因此， 可用于 8000A 以上的大电流母线。 另外， 由于圆形表面光滑， 电晕放电电压高， 因此可用于 110kV 及以上配电装置。 3. 母线的布置方式 图 7-11 为矩形母线的布置方式示意图。 当三相母线水平布置时， 图 7-7(a) 与图7-7(b) 相比， 前者散热较好， 载流量大， 但机械强度较低， 而后者情况正好相反。 图 7-7(c) 的布置方式兼顾了前二者的优点， 但使配电装置的高度增加， 所以母线的布置应根据具体情况而定。 4. 母线截面选择 除配电装置的汇流母线及较短导体(20m 以下) 按最大长期工作电流选择截面外，其余导体的截面一般按经济密度选择。 (1) 按最大长期工作电流选择 母线长期发热的允许电流Ⅰ al ， 应不小于所在回路的最大长期工作电流Ⅰmax， 即 KⅠ alⅠ max （7-31） 式中Ⅰ al相