第六章 導(dǎo)體和電氣設(shè)備的原理和選擇

第六章導(dǎo)體和電氣設(shè)備的原理與選擇(Chap6ThePrincipleandSelectionofConductorandElectricalEquipment)一、按正常工作條件選擇電氣設(shè)備1.額定電壓UN：電氣設(shè)備額定電壓UNs：電氣設(shè)備安裝地點(diǎn)額定電壓選擇方法：UN≥

UNs2.額定電流IN：電氣設(shè)備額定電流Imax：電氣設(shè)備所在回路最大持續(xù)工作電流選擇方法：IN≥

Imax電氣設(shè)備選擇的一般原則：按正常工作條件進(jìn)行選擇，然后按短路狀態(tài)來(lái)校驗(yàn)其熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定。第一節(jié)電氣設(shè)備選擇的一般條件(6.1TheGeneralConditionsfortheSelectionofElectricalEquipment)Imax=1.05IN發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)、變壓器回路IN(母線上最大一臺(tái)發(fā)電機(jī)、變壓器額定電流)

母聯(lián)回路0.5-0.8IN（母線上最大一臺(tái)發(fā)電機(jī)額定電流）

分?jǐn)嗷芈佛伨€回路電動(dòng)機(jī)回路3.環(huán)境條件的影響對(duì)額定電壓選擇的影響（非高原型、高原型）對(duì)電流選擇的影響二、按短路狀態(tài)校驗(yàn)1.熱穩(wěn)定校驗(yàn)Qk:短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)（3.2節(jié)）It、t:電氣設(shè)備允許通過(guò)的熱穩(wěn)定電流和時(shí)間2.動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)

或ish、Ish:短路沖擊電流的幅值及有效值ies、Ies:電氣設(shè)備允許通過(guò)的動(dòng)穩(wěn)定電流幅值和有效值下列幾種情況可不校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定或熱穩(wěn)定1)用熔斷器保護(hù)的電氣設(shè)備，可不校驗(yàn)熱穩(wěn)定2)用有限流作用熔斷器保護(hù)的電氣設(shè)備，可不校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定，電纜不校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定3)電壓互感器回路的電氣設(shè)備，可不校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定3.短路電流計(jì)算條件（1）容量和接線容量—

按工程設(shè)計(jì)最終容量計(jì)算（考慮5-10遠(yuǎn)景規(guī)劃）；接線–

最大運(yùn)行方式（能產(chǎn)生最大短路電流的正常接線方式）。（2）短路類型一般按三相短路計(jì)算，當(dāng)其它類型短路較三相短路嚴(yán)重時(shí)，則按最嚴(yán)重的情況計(jì)算（3）短路計(jì)算點(diǎn)原則：選擇通過(guò)電氣設(shè)備短路電流最大的點(diǎn)實(shí)際：一個(gè)電壓等級(jí)選擇一個(gè)（同電位各點(diǎn)的短路電流值相等），但需計(jì)算各分支提供的短路電流，以供設(shè)備選擇之用（4）短路計(jì)算時(shí)間熱穩(wěn)定：tk=tpr+tbrtbr=tin+ta

動(dòng)穩(wěn)定：tk’=tpr1+tin

tpr:后備保護(hù)時(shí)間

tpr1:主保護(hù)時(shí)間第二節(jié)高壓斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的原理和選擇

(6.2ThePrincipleandSelectionofBreakerandIsolatingSwitch)一、概述（斷路器）1.斷路器的作用：正常時(shí)起控制作用(接通和開(kāi)斷)、設(shè)備或線路故障時(shí)切除故障設(shè)備，起保護(hù)作用2.對(duì)斷路器的基本要求：足夠的開(kāi)斷能力、快速、可靠性高4.斷路器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：有完善的滅弧裝置，而隔離開(kāi)關(guān)無(wú)滅弧裝置3.斷路器的重要任務(wù)：熄滅切斷電流時(shí)產(chǎn)生的電弧二、電弧的形成與熄滅1.產(chǎn)生電弧的物理過(guò)程原因：觸頭本身及觸頭周圍介質(zhì)中含有大量可被游離的中性質(zhì)點(diǎn)，當(dāng)分?jǐn)嗟挠|頭間存在足夠大的外施電壓，且電路也達(dá)到最小生弧電流時(shí)，就會(huì)強(qiáng)烈游離而形成電弧游離方式高電場(chǎng)發(fā)射熱電發(fā)射碰撞游離熱游離過(guò)程：陰極在高電場(chǎng)作用下發(fā)射電子，發(fā)射的電子在觸頭電壓作用下產(chǎn)生碰撞游離，就形成了電弧。在電弧高溫作用下，陰極發(fā)生熱電發(fā)射，并在介質(zhì)中發(fā)生熱游離，使電弧維持和發(fā)展游離：中性質(zhì)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為帶電質(zhì)點(diǎn)去游離過(guò)程：帶電質(zhì)點(diǎn)不斷減少的現(xiàn)象去游離方式“復(fù)合”：帶電質(zhì)點(diǎn)重新結(jié)合成中性質(zhì)點(diǎn)“擴(kuò)散”：帶電質(zhì)點(diǎn)向周圍介質(zhì)擴(kuò)散出去游離過(guò)程大于

去游離過(guò)程則電弧越來(lái)越旺

游離過(guò)程等于

去游離過(guò)程則電弧維持不變

游離過(guò)程小于

去游離過(guò)程則電弧越來(lái)越小，最后熄滅

熄滅電弧的基本條件：

去游離過(guò)程大于游離過(guò)程2.交流電弧的特性特性:動(dòng)態(tài)特性特點(diǎn):交流電流每次過(guò)零時(shí),電弧都要暫時(shí)熄滅3.交流電弧的熄滅電弧的危害溫度高,燒壞開(kāi)關(guān)電器的金屬觸頭燒壞開(kāi)關(guān)電器的絕緣延長(zhǎng)事故時(shí)間,威脅電力系統(tǒng)安全運(yùn)行弧隙介質(zhì)強(qiáng)度Ud(t)恢復(fù)過(guò)程:

電弧電流過(guò)零、電弧暫時(shí)熄滅后，弧隙介質(zhì)強(qiáng)度逐漸恢復(fù)到正常絕緣能力的過(guò)程近陰極效應(yīng):電流過(guò)零瞬間,介質(zhì)強(qiáng)度突然升高現(xiàn)象弧隙電壓Ur(t)恢復(fù)過(guò)程:

弧隙電壓從熄弧電壓恢復(fù)到電源電壓的過(guò)程熄滅交流電弧的條件:三、短路器開(kāi)斷短路電流時(shí)的物理過(guò)程(弧隙電壓恢復(fù)過(guò)程分析)弧隙電壓恢復(fù)過(guò)程分析幅值系數(shù):電壓恢復(fù)速度:半個(gè)固有振蕩頻率內(nèi)電壓恢復(fù)的平均速度:并聯(lián)電阻r的作用:(1)當(dāng)r<rcr時(shí),可將周期性振蕩特性的恢復(fù)電壓過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)榉侵芷谛曰謴?fù)過(guò)程;(2)改變恢復(fù)電壓的特性,影響恢復(fù)電壓的幅值和恢復(fù)速度;(3)提高電路功率因數(shù),使電流電壓更加同步,降低E0.四、不同短路形式對(duì)斷路器開(kāi)斷能力的影響(1)開(kāi)斷單相短路電路(2)開(kāi)斷中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)的三相短路電路首先開(kāi)斷相:

電流先過(guò)零并熄滅電弧的相

結(jié)論:

斷口電弧的熄滅,關(guān)鍵在于首先開(kāi)斷相電弧的熄滅

(3)開(kāi)斷中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的三相短路電路(4)開(kāi)斷兩相短路電路

其它系統(tǒng):中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng):五、斷路器開(kāi)斷短路電流時(shí)的波形分析六、降低恢復(fù)電壓上升速度和熄弧過(guò)電壓的措施(1)加裝并聯(lián)電阻(2)加裝并聯(lián)電容七.熄滅交流電弧的常用方法(1)利用滅弧介質(zhì)(2)采用特殊金屬材料做滅弧觸頭(3)利用油或者氣體吹弧(4)采用多斷口熄弧(5)增大斷路器觸頭的分離速度八、高壓斷路器的選擇1.種類和類型斷路器分類油斷路器多油斷路器少油斷路器空氣斷路器真空斷路器SF6斷路器2.額定電壓:3.額定電流:4.額定開(kāi)斷電流:正常情況INbr比短路電流大很多時(shí)高速斷路器5.額定關(guān)合電流:6.熱穩(wěn)定校驗(yàn)7.動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)8.發(fā)電機(jī)斷路器：盡量選用專用斷路器第三節(jié)互感器的原理和選擇

(6.3PrincipleandSelectionofTransformer)互感器在電力系統(tǒng)一、二次設(shè)備之間起橋梁作用互感器類型電流互感器(CurrentTransformer)電壓互感器(VoltageTransformer)互感器作用電氣儀表和繼電器標(biāo)準(zhǔn)化TA:5A、TV:100V量程擴(kuò)張隔離高壓：一、二次側(cè)絕緣，且二次側(cè)接地一、電磁式電流互感器(ElectromagneticCurrentTransformer)1.電磁式電流互感器的工作原理和特點(diǎn)工作原理：和變壓器相似結(jié)構(gòu)參數(shù)特點(diǎn)一、二次繞組的匝數(shù)非常少,一次繞組僅有幾匝，甚至一匝二次側(cè)儀表電流線圈的阻抗非常小，相當(dāng)于短路運(yùn)行2.電磁式電流互感器的誤差電流誤差相位誤差3.電磁式電流互感器的準(zhǔn)確級(jí)和額定容量電流互感器量測(cè)用（量測(cè)級(jí)）保護(hù)用（保護(hù)級(jí)）穩(wěn)態(tài)保護(hù)用（P）暫態(tài)保護(hù)用（TP）4.運(yùn)行參數(shù)對(duì)誤差的影響（1）一次電流I1的影響結(jié)論：一次電流I1應(yīng)盡可能接近I1N（2）Z2f和cosφ的影響結(jié)論：二次負(fù)荷增加，電流誤差和相位誤差增加（3）二次側(cè)開(kāi)路結(jié)論：二次側(cè)不許開(kāi)路5.減少誤差的方法（1）減少二次繞組的漏磁阻抗Z2，如二次繞組密饒（2）選用磁阻小的鐵心（3）同步增加一、二次繞組匝數(shù)，但不能增加太多（4）匝數(shù)補(bǔ)償：適當(dāng)減少二次繞組匝數(shù)，但只能補(bǔ)償電流誤差（5）短路匝補(bǔ)償：只補(bǔ)償相位誤差，且增加了電流誤差注：以上措施僅在量測(cè)級(jí)電流互感器中采用！6.電流互感器的選擇（1）一次回路額定電壓和額定電流的選擇（２）二次回路額定電流的選擇

強(qiáng)電系統(tǒng)：５Ａ、弱電系統(tǒng)：1A（3）型式的選擇安裝地點(diǎn)戶內(nèi)式戶外式安裝方式穿墻式支持式裝入式（4）準(zhǔn)確級(jí)和額定容量的選擇

準(zhǔn)確級(jí)：儀表準(zhǔn)確級(jí)

絕緣干式澆注式油侵式額定容量：（5）熱穩(wěn)定校驗(yàn)（6）動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)內(nèi)部：外部：7.使用時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題（1）二次測(cè)工作時(shí)不得開(kāi)路（2）二次測(cè)必須接地（3）連接時(shí)注意其一、二次線圈接線端子上的極性，和變壓器一樣，采用“減極性”標(biāo)號(hào)法。二、電磁式電壓互感器(Electromagneticvoltagetransformer)1.工作原理及特點(diǎn)工作原理：和變壓器相似結(jié)構(gòu)參數(shù)特點(diǎn)容量非常小的變壓器，并接于電網(wǎng)，一次電流與線路電流無(wú)關(guān)二次側(cè)儀表電壓線圈的阻抗非常大，相當(dāng)于開(kāi)路運(yùn)行2.誤差及其產(chǎn)生原因3.減小誤差的方法（1）減小r1、r2、x1和x2（2）減小I0（3）補(bǔ)償匝數(shù)：n2增加幾匝誤差電壓誤差相位誤差原因勵(lì)磁電流負(fù)荷電流4.電壓互感器結(jié)構(gòu)重量或價(jià)格：改進(jìn)絕緣結(jié)構(gòu)之一：一次繞組分成兩部分改進(jìn)絕緣結(jié)構(gòu)之二：串級(jí)結(jié)構(gòu)1–

鐵芯；2–

一次繞組；3–

平衡繞組；

4–

連耦繞組；5-二次繞組。三、電容式電壓互感器1.工作原理：電容分壓原理2.誤差分析

3.減小誤差的方法（1）串聯(lián)電抗器，使其和

（C1+C2）產(chǎn)生串聯(lián)諧振（2）加裝中間變壓器四、電壓互感器接線五、電壓互感器選擇六、電壓互感器使用時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題（1）二次測(cè)工作時(shí)不得短路（2）二次測(cè)一端必須接地（3）連接時(shí)注意其一、二次線圈接線端子上的極性，和變壓器一樣，采用“減極性”標(biāo)號(hào)法。第四節(jié)限流電抗器的選擇

(6.4SelectionofCurrentLimitingReactor)一、額定電流和額定電壓的選擇普通電抗器：Imax為回路最大持續(xù)工作電流二、電抗器百分?jǐn)?shù)的選擇1.普通電抗器百分?jǐn)?shù)的選擇

2.分裂電抗器百分?jǐn)?shù)的選擇（2）兩臂電壓波動(dòng)校驗(yàn)三、熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)第五節(jié)高壓熔斷器的選擇(6.5SelectionofHighVoltageFuse)1.型式的選擇屋內(nèi)式屋外式2.額定電壓的選擇3.額定電流的選擇1)

熔管額定電流的選擇2)

熔體額定電流的選擇保護(hù)變壓器保護(hù)電容器4.開(kāi)斷電流校驗(yàn)5.選擇性校驗(yàn)第六節(jié)導(dǎo)體的選擇（6.6SelectionofConductors）一、

型式的選擇裸露式封閉式導(dǎo)體硬導(dǎo)體軟導(dǎo)體材料選擇鋁鋁合金銅

形狀選擇矩形槽形硬導(dǎo)體軟導(dǎo)體單片：多片：管形鋼芯鋁絞線組合導(dǎo)線分類導(dǎo)線擴(kuò)徑導(dǎo)線矩形布置方式水平豎放水平橫放垂直布置二、

截面積的選擇1.匯流母線、小于20米的短導(dǎo)線：按長(zhǎng)期發(fā)熱允許電流選擇2.利用小時(shí)數(shù)大、大于20米的長(zhǎng)導(dǎo)線：按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇注意：選最接近SJ的標(biāo)準(zhǔn)截面經(jīng)濟(jì)電流密度J：年計(jì)算費(fèi)

用最低的電流密度三、電暈電壓校驗(yàn)四、熱穩(wěn)定校驗(yàn)五、硬導(dǎo)體的動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)1.矩形導(dǎo)體應(yīng)力計(jì)算1）單條矩形導(dǎo)體應(yīng)力計(jì)算2）多條矩形導(dǎo)體應(yīng)力計(jì)算兩條時(shí)：三條時(shí)：所選襯墊跨距必須滿足：2.槽形導(dǎo)體應(yīng)力計(jì)算多條母線的動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)中，有L和Lb兩個(gè)參數(shù)需選擇，一般先假設(shè)一個(gè)，然后選另一個(gè)或者3.管形母線應(yīng)力計(jì)算a)

載荷組合條件載荷風(fēng)速自重引下線重覆冰重短路電動(dòng)力地震力狀態(tài)正常覆冰時(shí)風(fēng)速√√√最大風(fēng)速√√