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1、第六章第六章 导体和电气设备的原理导体和电气设备的原理与选择与选择2021/9/1516.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件 2021/9/152引言引言n尽管电力系统中各种设备的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。n电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。2021/9/153一、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n设计时：UNUNs。n电网的最高运行电压：n220kV及以下为1.15 UN；n330kV及以上为1.1 UN。n电气设备的最高允许电压为设备额定电压的1.
2、11.15倍。1.额定电压额定电压2021/9/154一、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n设计时：INImax。nIN是指在额定环境温度下，电气设备的长期允许电流。nImax 为电气设备所在回路的最大持续工作电流。不同回路的计算方法不同，如：n发电机、调相机和变压器回路，Imax=1.05IGN；n母联断路器回路的 Imax 一般可取母线上最大一台发电机或变压器的Imax；n母线分段电抗器的 Imax 应为母线上最大一台发电机跳闸时，保证该段母线负荷所需的电流，或最大一台发电机额定电流的50%80%。2.额定电流额定电流2021/9/155一、按正常工作条件选择电气设
3、备一、按正常工作条件选择电气设备n当电气设备安装地点的环境条件如温度、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等超过一般电气设备规定的使用条件时，应采取措施。3.环境条件对设备选择的影响环境条件对设备选择的影响2021/9/156一、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n一般非高原型的电气设备使用环境的海拔高度不超过1000 m。n当地区海拔超过制造厂家的规定值时，由于大气压力、空气密度和湿度相应减少，使空气间隙和外绝缘的放电特性下降，则电气设备的最高允许工作电压应修正。n当最高允许工作电压不能满足要求时，应采用高原型电气设备，或采用外绝缘提高一级的产品。3.环境条件对
4、设备选择的影响环境条件对设备选择的影响(1)海拔高度的影响海拔高度的影响2021/9/157一、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n电气设备的额定电流是指在基准环境温度下，能允许长期通过的最大工作电流。此时电气设备的长期发热温升不超过其允许温度。n在实际运行中，周围环境温度直接影响电气设备的发热温度，所以当环境温度不等于电气设备的基准环境温度时，其额定电流必须进行修正。n我国生产的电气设备一般使用的额定环境温度为+40。3.环境条件对设备选择的影响环境条件对设备选择的影响(2)环境温度的影响环境温度的影响2021/9/158一、按正常工作条件选择电气设备一、按正常工作条件
5、选择电气设备n根据电气设备的装置地点、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。4.其它选择其它选择2021/9/159二、按短路状态校验二、按短路状态校验1.短路热稳定校验短路热稳定校验n含义：短路电流通过时，电气设备各部件温度（或发热效应）应不超过允许值。n条件：短路电流产生的热效应It、t 电气设备允许通过的热稳定电流和时间2021/9/1510二、按短路状态校验二、按短路状态校验n含义：电气设备承受短路电流机械效应的能力。n条件：iesish 或 IesIshn式中nish、Ish短路冲击电流幅值及其有效值；nies、Ies电气设
6、备允许通过的动稳定电流幅值及其有效值。2.电动力稳定校验电动力稳定校验动稳定校验动稳定校验2021/9/1511二、按短路状态校验二、按短路状态校验容量和接线：n容量容量：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。n接线接线：采用可能发生最大短路电流的正常接线方式。短路种类：n一般按三相短路验算，若其他种类短路较三相短路严重时，则应按最严重的情况验算。3.短路电流计算条件短路电流计算条件2021/9/1512二、按短路状态校验二、按短路状态校验n同一电压等级各短路点的短路电流值均相等，但通过各支路的短路电流将随着短路点的位置不同而不同。n在校验电气设备和载流导体时，必须确定电气设备
7、和载流导体处于最严重的短路点，使通过的短路电流校验值为最大。计算短路点：3.短路电流计算条件短路电流计算条件2021/9/1513二、按短路状态校验二、按短路状态校验短路电流热效应计算时间：4.短路计算时间短路计算时间开断电流计算时间：燃弧时间继电保护动作时间（后备保护）断路器全开断时间断路器固有分闸时间继电保护动作时间（主保护）断路器固有分闸时间2021/9/15146.2 高压断路器和隔离开关的原理与高压断路器和隔离开关的原理与选择选择2021/9/1515引言引言仅用来在正常情况下，断开或闭合正常工作电流的开关电器，如高压负荷开关、低压闸刀开关、接触器、磁力启动器等。仅用来断开故障情况下
8、的过负荷电流或短路电流的开关电器，如高、低压熔断器。既用来断开或闭合正常工作电流，也用来断开或闭合过负荷电流或短路电流的开关电器，如高压断路器、低压自动空气断路器等。不要求断开或闭合电流，只用来在检修时隔离电压的开关电器，如隔离开关等。1.开关电器的类型开关电器的类型2021/9/1516引言引言2.断路器的作用断路器的作用n在正常情况下，控制各种电力线路和设备的开断和关合。n在电力系统发生故障时，自动地切除电力系统的短路电流，以保证电力系统的正常运行。2021/9/1517一、电弧的形成与熄灭一、电弧的形成与熄灭n用开关电器切断通有电流的电路时，只要电源电压大于1020V，电流大于80100
9、mA，在开关电器的动、静触头分离瞬间，触头间就会出现电弧。n此时，触头虽已分开，但电路中的电流还在继续流通。只有电弧熄灭，电路才被真正断开。n电弧之所以能形成导电通道，是因为电弧柱中了出现大量自由电子的缘故。2021/9/15181.电弧的产生、维持与熄灭电弧的产生、维持与熄灭电弧的产生n阴极发射电子n热电子发射n强电场电子发射n碰撞游离电弧的维持n热游离n去游离电弧的熄灭n若游离过程大于去游离过程，则电弧继续燃烧；n若去游离过程大于游离过程，则电弧逐渐熄灭。d(-)动触头(+)静触头复合去游离扩散去游离2021/9/15192.交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭n电弧温度随时间变化n电弧电流数值随
10、时间变动，电弧的功率也随电弧电流变动。电弧功率增大时，电弧的温度增加；反过来，当电弧功率减小时，电弧的温度降低。n电弧有热惯性n电弧的温度跟不上电流的变化，存在一个滞后过程。n交流电弧每半周自动熄灭一次n随着交流电流的周期性变化，电弧电流也将每隔半周过零一次。在电弧电流自然过零前后，电源向弧隙输送的能量较少，电弧温度和热游离下降，而去游离作用继续进行，电弧将自然熄灭。(0)交流电弧的特性交流电弧的特性2021/9/15202.交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭n在交流电流过零时，电弧将自动熄灭，但不等于最终熄灭。n在交流电弧自动熄灭后，弧隙中存在着两个恢复过程：n弧隙介质强度恢复过程n弧隙电压恢复过
11、程(1)交流电弧的熄灭条件交流电弧的熄灭条件2021/9/15212.交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭1)弧隙介质强度恢复过程可见，真空断路器和 SF6 断路器灭弧性能较好。n含义：弧隙中介质强度恢复到绝缘的正常状态的过程。以能耐受的电压ud(t)表示。n影响因素：主要是断路器灭弧装置的结构和灭弧介质的性质。ud0t油空气SF6真空(1)交流电弧的熄灭条件交流电弧的熄灭条件2021/9/15222.交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭n近阴极效应1)弧隙介质强度恢复过程ud0t油空气SF6真空(1)交流电弧的熄灭条件交流电弧的熄灭条件(+)(-)+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-(-)(+)+-+-
12、+-+-2021/9/15232.交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭2)弧隙电压恢复过程n含义：弧隙电压由熄弧电压逐渐恢复到电源电压的过程。以ur(t)表示。n影响因素：线路参数、负荷性质等。ur0tusrutrutrusr瞬态恢复电压工频恢复电压对不同的线路参数，弧隙电压恢复过程可能是周期性的变化过程或非周期性的变化过程。(1)交流电弧的熄灭条件交流电弧的熄灭条件2021/9/15242.交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭n综上所述，在电弧自然熄灭后，弧隙中同时存在着两个恢复过程，即弧隙电压恢复过程 ur(t)和介质强度恢复过程 ud(t)。ur0tusrutr可见，断路器开断交流电路时，熄灭电弧的条件
13、应为n如果弧隙电压高于介质强度耐受电压，则弧隙就被击穿，电弧重燃。n如果弧隙电压低于介质强度耐受电压，则电弧不再重燃，即最终熄灭。(1)交流电弧的熄灭条件交流电弧的熄灭条件2021/9/15252.交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭1)利用灭弧介质n不同灭弧介质具有不同的传热能力、介电能力、热游离温度和热容量。这些参数的数值越大，则去游离作用越强，电弧就越容易熄灭。2)采用特殊金属材料作灭弧触头n采用熔点高、导热系数和热容量大的耐高温金属作触头材料。采用铜、钨合金和银、钨合金等。3)利用气体或油吹动电弧n吹弧利于冷却而使复合加强、带电离子的扩散。4)采用多断口熄弧n电弧被拉长，触头分离速度加快，断口
14、电压降低。5)拉长电弧并增大断路器触头的分离速度(2)高压断路器熄灭交流电弧的基本方法高压断路器熄灭交流电弧的基本方法2021/9/1526二、开断短路电流时的工作状况分析二、开断短路电流时的工作状况分析n作用：并联电阻起分流作用；改变恢复电压的恢复特性：n当并联电阻rrcr时，电压恢复过程为周期性。n问题：电弧熄灭后还有短路电流流通。n措施：加辅助触头。主触头辅助触头 断路器加装并联电阻断路器加装并联电阻2021/9/1527二、开断短路电流时的工作状况分析二、开断短路电流时的工作状况分析n问题：对多断口断路器，每一个断口在开断位置的电压分配和开断过程中的恢复电压分配将出现不均匀现象，影响到
15、断路器的灭弧能力。并联电容C后：断路器加装并联电容断路器加装并联电容2021/9/1528三、高压断路器的选择三、高压断路器的选择1种类种类n按灭弧介质和灭弧方式分n油断路器：包括多油断路器和少油断路器n(压缩)空气断路器nSF6断路器n真空断路器n按安装地点分n户内式n户外式(一一)高压断路器型号和技术参数高压断路器型号和技术参数2021/9/1529三、高压断路器的选择三、高压断路器的选择n由字母和数字两部分组成的：2型号型号123456额定电流，A派生代号：C手车式；G改进式等。额定电压，kV设计序号使用环境：N户内式；W户外式。产品名称：D多油断路器；S少油断路器；K空气断路器；L S
16、F6 断路器；Z真空断路器；Q产气断路器；C磁吹断路器等。例如：SN10-10/3000-750型额定开断能力，kA或MVA特殊环境代号78(一一)高压断路器型号和技术参数高压断路器型号和技术参数2021/9/1530三、高压断路器的选择三、高压断路器的选择额定电压UN(kV)。断路器正常工作时，系统的额定(线)电压。这是断路器的标称电压，断路器应能保证在这一电压的电力系统中使用。额定电流IN(A)。断路器可以长期通过的最大电流。当额定电流长期通过高压断路器时，其发热温度不应超过国家标准中规定的数值。额定开断电流INbr(kA)。在规定条件下能保证正常开断的电流。3技术参数技术参数(一一)高压
17、断路器型号和技术参数高压断路器型号和技术参数2021/9/1531三、高压断路器的选择三、高压断路器的选择额定峰值耐受电流ies(kA)。在规定条件下，断路器在合闸位置时所能经受电流的峰值。它反映设备经受短路电流引起的电动效应能力。3技术参数技术参数额定短时耐受电流It(kA)。在规定条件和时间下断路器在合闸位置时所能经受电流的峰值。它反映设备经受短路电流引起的热效应能力。额定短时关合电流iNcl(kA)。在规定条件下断路器保证正常关合的最大预期峰值电流。(一一)高压断路器型号和技术参数高压断路器型号和技术参数2021/9/1532三、高压断路器的选择三、高压断路器的选择开断时间(ms)。从断
18、路器分闸线圈通电起至三相电弧完全熄灭为止的时间。开断时间由分闸时间和电弧燃烧时间或燃弧时间组成。3技术参数技术参数合闸时间(ms)。从断路器开始接到合闸命令时起到三相均合闸为止的时间。分(合)闸不同期时间(ms)。指断路器各相间或同相各断口间分(合)时间的最大差异。(一一)高压断路器型号和技术参数高压断路器型号和技术参数2021/9/1533三、高压断路器的选择三、高压断路器的选择金属短接时间(ms)。指断路器在合分操作时从动、静触头刚接触到刚分离时的一段时间。3技术参数技术参数k无电流间隔时间(ms)。由断路器各相中的电弧完全熄灭起到任意相再次通过电流止的时间。(一一)高压断路器型号和技术参
19、数高压断路器型号和技术参数2021/9/1534三、高压断路器的选择三、高压断路器的选择1.断路器种类和型式的选择n依据各类断路器的特点及使用环境、条件决定。2.额定电压和电流的选择nUNUNs，INImax3.开断电流的选择nINbrIpt (简化计算中，INbrI)4.短路关合电流的选择niNclish(二二)高压断路器的选择高压断路器的选择2021/9/1535三、高压断路器的选择三、高压断路器的选择5.短路热稳定和动稳定校验n热稳定校验：It2tQkn动稳定校验：iesish(二二)高压断路器的选择高压断路器的选择2021/9/1536四、隔离开关的选择四、隔离开关的选择隔离电压n在检
20、修电气设备时，用隔离开关将被检修的设备与电源电压隔离，以确保检修的安全。倒闸操作n投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时，常用隔离开关配合断路器，协同操作来完成。分、合小电流n分、合避雷器、电压互感器和空载母线；n分、合励磁电流不超过2A的空载变压器；n关合电容电流不超过5A的空载线路。1隔离开关的作用隔离开关的作用2021/9/1537四、隔离开关的选择四、隔离开关的选择n按装置地点分户内式户外式n按每相绝缘支柱的数目分单柱式双柱式三柱式2隔离开关的类型隔离开关的类型2021/9/1538四、隔离开关的选择四、隔离开关的选择型式的选择额定电压的选择额定电流的选择短路热稳定校验短路动稳定校验3隔离开关的选择和校验项目隔离开关的选择和校验项目2021/9/1539