發(fā)電廠及變電站電氣設(shè)備課件八

第9電氣設(shè)備選擇教學(xué)目的：掌握電器和載流導(dǎo)體發(fā)熱及電動力效應(yīng)的計算；掌握電氣設(shè)備選擇的一般選擇條件和具體設(shè)備選擇校驗的主要內(nèi)容；掌握主要設(shè)備的選擇條件、方法和技巧。復(fù)習(xí)舊課：⒈保護接地、保護接零的工作原理；⒉影響接地電阻的因素及降低方法。重點：掌握電器和載流導(dǎo)體發(fā)熱及電動力效應(yīng)的計算；掌握電氣設(shè)備選擇的一般選擇條件和具體設(shè)備選擇校驗的主要內(nèi)容難點：掌握電器和載流導(dǎo)體發(fā)熱及電動力效應(yīng)的計算；掌握設(shè)備選擇的一般選擇條件和具體設(shè)備選擇校驗的主要內(nèi)容引入新課：9.1電器和載流的導(dǎo)體發(fā)熱

9.2電器和載流的電動力效應(yīng)

9.3電氣設(shè)備選擇的一般條件

9.4高壓開關(guān)電器的選擇

9.5母線、電纜和絕緣子的選擇9.1電器和載流的導(dǎo)體發(fā)熱當(dāng)電器和載流導(dǎo)體通過電流時，有部分電能以不同的損耗形式轉(zhuǎn)化為熱能，使電器和載流導(dǎo)體的溫度升高，這就是電流的熱效應(yīng)。Q=I2Rt(J)

R=KfRdc式中I——通過的電流(A)；t——電流作用的時間(s)；R——電阻，如為直流電路，即為直流歐姆電阻Rdc；Kf——集膚系數(shù)，其大小與電流的頻率、導(dǎo)體的形狀和尺寸有關(guān)，在大截面母線中，其影響往往不可忽略，而對于絞線和空心導(dǎo)線，通常都可以認(rèn)為Kf=1。電器和載流導(dǎo)體過度發(fā)熱的影響主要有：⑴機械強度下降。⑵接觸電阻增加。⑶絕緣性能降低。正常工作情況下持續(xù)發(fā)熱的計算

電器或載流導(dǎo)體在未通過電流時，其溫度和周圍介質(zhì)溫度相同。當(dāng)通過電流時，由于發(fā)熱，使溫度升高，并因此與周圍介質(zhì)產(chǎn)生溫差，熱量將逐步有部分電能以不同的損耗形式轉(zhuǎn)化為熱能，使電器和載流導(dǎo)體的溫度升高，這就是電流的熱效應(yīng)。對于均勻?qū)w，其持續(xù)發(fā)熱的熱平衡方程式是：式中I——通過導(dǎo)體的電流(A)；R——已考慮了集膚系數(shù)的導(dǎo)體交流電阻；K——散熱系數(shù)；A——導(dǎo)體散熱表面積m2； ——導(dǎo)體溫度；——周圍介質(zhì)溫度；m——導(dǎo)體質(zhì)量(kg)；c——導(dǎo)體比熱容；⑴溫升起始階段上升很快，隨時間的延長，其上升速度逐漸減小。⑵對于某一導(dǎo)體，當(dāng)通過不同的電流時，由于發(fā)熱量不同，穩(wěn)定溫升也就不同。⑶達到穩(wěn)定溫升的時間，從理論上講應(yīng)該是無窮大，實際上，當(dāng)t>(3~4)T時，其溫升值即可按穩(wěn)定溫升計算。根據(jù)導(dǎo)體持續(xù)發(fā)熱的條件，當(dāng)導(dǎo)體的穩(wěn)定溫升小于或等于導(dǎo)體持續(xù)發(fā)熱時的允許溫升時，可認(rèn)為是熱穩(wěn)定。可以求出該導(dǎo)體正常運行情況下最大允許電流，即：

銅、鋁及鋼裸母線持續(xù)發(fā)熱允許溫度規(guī)定為國為70℃。

故障情況下短時發(fā)熱的計算

故障情況下的短時發(fā)熱，主要是在系統(tǒng)發(fā)生短路故障時。這時通過電器或載流導(dǎo)體的短路電流，其數(shù)值比正常工作電流大很多倍。由于短路發(fā)熱過程很短，可近似認(rèn)為是一個絕熱過程。對于均勻?qū)w，短時發(fā)熱的熱平衡方程式是：式中——短路電流的瞬時值。短路時，由于導(dǎo)體溫度的變化范圍很大，這時，其電阻和比熱容都不是常數(shù)。其隨溫度而變化的關(guān)系式是：式中——溫度為0時導(dǎo)體電阻率；——溫度為0時導(dǎo)體比熱容；——導(dǎo)體電阻溫度系數(shù)；——導(dǎo)體比熱容溫度系數(shù)；l——導(dǎo)體長度(m)；S——導(dǎo)體截面(m2)。

——短路電流周期分量在t內(nèi)的熱效應(yīng)；——短路電流非周期分量在t內(nèi)的熱效應(yīng)。短路電流周期分量在內(nèi)的熱效應(yīng)，可以用發(fā)熱等值時間法或近似數(shù)值積分的方法求得。發(fā)熱等值時間法，是令：故t>5s時發(fā)熱等值時間:

50MW以下的發(fā)電機短路電流周期分量平均運算曲線作出的，應(yīng)用于更大容量的發(fā)電機，勢必產(chǎn)生較大誤差。這時最好采用近似數(shù)值積分法。求近似數(shù)值積分的方法有分段矩形法、分梯形法和拋物線法。上式中的系數(shù)依此為1、10、1，故亦簡稱1—10—1公式。短路電流非周期分量在t(s)內(nèi)的熱效應(yīng)，可得：9.2電器和載流的電動力效應(yīng)

載流導(dǎo)體之間將產(chǎn)生電動力的相互作用，有這就是載流導(dǎo)體的電動力效應(yīng)。載流導(dǎo)體間的作用大小，可用比奧—沙瓦定律計算，即作用于長度為,通過電流為，并位于磁感應(yīng)強度為，與該磁場的磁力線方向成角的載流導(dǎo)體上的電動力：

其方向可以由左手定則確定短路電流所產(chǎn)生的巨大電動力，對于電器或配電裝置具有很大的危害性。如：⑴電器的載流部分可能因為電動力而振動，或者因電動力所產(chǎn)生的應(yīng)力大于其材料允許應(yīng)力而變形，甚至使絕緣部件或載流部件損壞。⑵電氣設(shè)備的電磁繞組，受到巨大的電動力作用，可能使繞組變形或損壞。兩根平行導(dǎo)體之間的電動力

當(dāng)兩根平行導(dǎo)體的電流方向相反時，兩根導(dǎo)體之間將產(chǎn)生斥力；當(dāng)兩根平行導(dǎo)體的電流方向相同時，兩根導(dǎo)體之間將產(chǎn)生吸力；式中

、——通過平行導(dǎo)體的電流(A)；l——該段導(dǎo)體的長度(m)；a——平行導(dǎo)體軸線間的距離(m)。有時兩根平行導(dǎo)體間的間距，并不比導(dǎo)體的幾何尺寸大得多，這按上式計算將產(chǎn)生很大的誤差。在工程設(shè)計中，可以用形狀系數(shù)K來修正。三相系統(tǒng)中導(dǎo)體間的電動力

在三相系統(tǒng)中，作用于每相導(dǎo)體上的電動力，由該導(dǎo)體中的電流和其他兩相導(dǎo)體中電流所產(chǎn)生的相互作用力來決定。經(jīng)計算，三相系統(tǒng)中中間相受力最大?？汕蟮萌嘞到y(tǒng)三相短路時電動力的最大瞬時值：

可以以此作為校驗?zāi)妇€電動力穩(wěn)定的依據(jù)。計入振動系數(shù)，水平放置在同一平面內(nèi)的三相交流系統(tǒng)的母線，其最大作用力是：式中

——母線系統(tǒng)的振動系數(shù)。

在進行母線機械強度計算時，可認(rèn)為母線一端固定、受均勻荷載的多跨距連距梁。在這種情況下，作用于母線上的最大彎矩

式中——相鄰兩個支柱絕緣子間的跨距(m)。

其最大計算應(yīng)力：式中

W——母線的截面系數(shù)(m3)，其值與母線的截面形狀及布置形式有關(guān)，可插有關(guān)手冊。若母線最大計算應(yīng)力則可以認(rèn)為短路時，母線在電動力作用下是穩(wěn)定。對于電器設(shè)備，制造廠提供了滿足電動力穩(wěn)定條件的電流峰值，要求保證：

9.3電氣設(shè)備選擇的一般條件正確地選擇設(shè)備是使電氣主接線和配電裝置達到安全、經(jīng)濟運行的重要條件。電氣設(shè)備要能可靠地工作，必須按正常工作條件進行選擇，并按短路狀態(tài)來校驗其動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。按正常工作條件進行選擇導(dǎo)體和電器額定電壓和額定最高工作電壓導(dǎo)體和電器所在電網(wǎng)的運行電壓因調(diào)壓或負(fù)荷的變化，常高于電網(wǎng)的額定電壓，故所選電器和電纜允許最高工作電壓不得低于所接電網(wǎng)的最高運行電壓，即：

一般電纜和電器允許的最高工作電壓：當(dāng)額定電壓在220kV及以下時為；當(dāng)額定電壓為330~500kV時為。而實際電網(wǎng)運行的一般不超過，因此在選擇設(shè)備時，一般可按照電器和電纜的額定電壓，不低于裝置地點電網(wǎng)額定電壓的條件選擇，即：短路電流所產(chǎn)生的巨大電動力，對于電器或配電裝置具有很大的危害性。如：⑴電器的載流部分可能因為電動力而振動，或者因電動力所產(chǎn)生的應(yīng)力大于其材料允許應(yīng)力而變形，甚至使絕緣部件或載流部件損壞。⑵電氣設(shè)備的電磁繞組，受到巨大的電動力作用，可能使繞組變形或損壞。額定電流

導(dǎo)體和電器的額定電流是指在額定周圍環(huán)境溫度下，導(dǎo)體和電器的長期允許電流（或額定電流）應(yīng)不小于該回路的最大持續(xù)工作電流，即：

由于發(fā)電機、調(diào)相機和變壓器在電壓降低5%時,出力保持不變,故其相應(yīng)回路的(為電機的額定電流);母聯(lián)斷路器回路一般可取母線上最大一臺發(fā)電機或變壓器的;母線分段電抗器的應(yīng)為母線上最大一臺發(fā)電機跳閘時,保證該段母線負(fù)荷所需的電流;出線回路的除考慮線路正常負(fù)荷電流(包括線路損耗)外,還應(yīng)考慮事故時由其他回路轉(zhuǎn)移過來的負(fù)荷。按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校核

在選擇電器時,還應(yīng)考慮電器安裝地點的環(huán)境條件,當(dāng)氣溫、風(fēng)速、濕度、污穢等級、海拔高度、地震強度和覆厚度等環(huán)境條件超過一般電器使用條件時,應(yīng)向制造部門提出要求或采取相應(yīng)的措施。當(dāng)環(huán)境溫度和導(dǎo)體(或電器)額定環(huán)境溫度不等時,其長期允許電流可按下式修正：

式中K——修正系數(shù)；——導(dǎo)體或電氣設(shè)備正常發(fā)熱允許最高溫度,當(dāng)導(dǎo)體用螺連接時,。

按短路情況校驗短路熱穩(wěn)定校驗短路電流通過時,導(dǎo)體和電器各部件溫度(或發(fā)熱效應(yīng))應(yīng)不超過允許值,即滿足熱穩(wěn)定的條件為：或式中——短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)；——短路時導(dǎo)體和電氣設(shè)備允許的熱效應(yīng)；——時間內(nèi)允許通過的短時熱穩(wěn)定電流(或短時耐受電流)。電動力穩(wěn)定校驗電動力穩(wěn)定是導(dǎo)體和電器承受短路電流機械效應(yīng)的能力,亦稱動穩(wěn)定。滿足動穩(wěn)定的條件為：或式中、——短路沖擊電流幅值及其有效值；、——允許通過穩(wěn)定電流的幅值和有效值。下列幾種情況可不校驗熱穩(wěn)定或動穩(wěn)定：(1)用熔斷器保護的電器,其熱穩(wěn)定由熔斷時間保證,故可不驗算熱穩(wěn)定。(2)采用有限電阻的熔斷器保護的設(shè)備可不驗算動穩(wěn)定;電纜因足夠的強度,亦可不驗算動穩(wěn)定。(3)裝設(shè)在電壓互感器回路中的裸導(dǎo)體和電器可不驗算動、熱穩(wěn)定

短路電流計算條件為使所選導(dǎo)體和電器具有足夠的可靠性、經(jīng)濟性和合理性,并在一定時期內(nèi)適應(yīng)系統(tǒng)發(fā)展需要,作驗算的短路電流應(yīng)按下列條件確定。(1)容量和接線。(2)短路種類。(3)計算短路點。以P185頁圖9-9為例，將短路計算點的選擇方法說明如下：(1)發(fā)電機、變壓器回路的斷路器。(2)母聯(lián)斷路器。(3)帶電抗器的出線回路。短路抬計算兩時間校驗誘短路你熱穩(wěn)朽定和已開斷道電流掌時，臘還必柴須合嶼理地年確定院短路瓦計算君時間估。驗逢算熱低穩(wěn)定懲的短爆路計中算時間間息為狠繼電出保護填動作偵時間督和相凱應(yīng)斷什路器籮的全茶開斷宏計時侵間肉之和乖，即月：式中——斷乓路器的鄭全開斷雀計時間俯，為固屠有分閘攏時間與央燃弧時勢間之和熄。開斷電鋤器應(yīng)能角在最嚴(yán)脾重的情挑況下開扒斷短路鵝電流，嗽故電器坑的開斷摧計算時椒間撓應(yīng)沸為主保輛護時間藏和斷套路器固決有分閘節(jié)時間搶之和快（固有快分閘時明間替為的接到分千閘信號象到觸頭喚剛分離伯這一段輕時間）訪，即：9.4高壓開踩關(guān)電器柱的選擇高壓何斷路裂器、淡隔離鮮開關(guān)獻及高渡壓熔送斷器緞可按惠照表止里9-4各項殊進行默選擇疊和校逐驗。高壓斷劫路器選律擇高壓斷蓄路器種借類和型每式的選階擇高壓腰斷路源器應(yīng)襖根據(jù)棋斷路賤器安拜裝地寄點、醒環(huán)境蕉和使株用技固術(shù)條拉件等臉要求只選擇越其種睛類和破型式振。目狗前，型廣泛史采用賭真空微斷路騾器和SF6斷路掙器。按開渴斷電炊流選碼擇高壓溪斷路欺器的匙額定迷開斷帝電流蘋應(yīng)滿虹足：式中——高熄壓斷路殼器觸頭蟲實際開殘斷瞬間乓的短路競電流周茄期分量窄有效值酸。當(dāng)斷亮路器萌的額惜定開筒斷電晝流較其系統(tǒng)狂的短奮路電捉流大印很多善時，儉為簡謹(jǐn)化計算，忽也可撿用次冷暫態(tài)躁電流務(wù)進行很選擇帖，即援。對于盜中、休慢速哈斷路亦器，構(gòu)由于染開斷灘時間治長，渡可用仍上述董公式久計算躬，對躲于使睜用快曲速保巨護和該高速近斷路杜器者耀，其備開斷威時間勢小于唯0.災(zāi)1s謠，當(dāng)汪在電故源附水近短視路時構(gòu)，短子路電樸流的乘非周嘆期分豪量可倍能超循過周各期分慢量的炸20棍%，若因此努其開葉斷短難路電斬流應(yīng)票計及秀非周莊期分里量的膀影響胞。短笑路全腰電流鑒應(yīng)按友下式師計算遭：式中喉——開狂斷瞬間殺的短路繭電流周糾期分量蛾有效值滑，當(dāng)開蟻斷時返間小餡于0捉.1籍s時鍛，究；——點開斷悔計算調(diào)時間活（s鞠）；——社非周舉期分胞量衰歲減時艘間常屆數(shù)（盛ra堂d）份；——蝕電源沈至短召路點沃等效情總電律抗（在令r平=0戰(zhàn)）替；——支電源抗至短水路點驗等效陵總電陽阻（鹽令x失=0妹）。短路應(yīng)關(guān)合昆電流傭的選炮擇為了保響證斷路狡器在關(guān)骨合短路回時的安果全，斷濕路器的府額定關(guān)罰合電流不應(yīng)小載于短路似電流最注大沖擊乏值穿，即必：一般桑斷路墳器額隔定電頌關(guān)合擇電流傳不會貪大于勇額定倉動穩(wěn)拔定電閃流c，因此腹，悟則怕。高壓正斷路京器的盛操動晌機構(gòu)顫，大牢多數(shù)蓮是由接制造盜廠配魔套供由應(yīng)，董僅部博分?jǐn)喾月菲鬟m有電煤磁式槳、彈洋簧識吩或液挎壓等命幾種步型式塑的操恥動機昂構(gòu)可階供選撕擇。隔離開失關(guān)的選易擇隔離咬開關(guān)丘的選果擇和漲校驗遇條件梁如表9-羽4所示。醬屋外隔拾離開關(guān)威的型式癢較多，測它對配搶電裝置紋的布置遍和占地厚面積等犯有很大供影響，州因此，誼其型式懂應(yīng)根據(jù)隙配電裝世置的布冶置特點慘和使用露要求等悶因素，鞭進行綜涼合技術(shù)個經(jīng)濟比錢較確定裹。以例9-乘1為例進艘行說明泛。高壓熔染斷器選里擇高壓興熔斷熱器的虜選擇緞、校翠驗條結(jié)件和慚計算購公式派如表吃表9-彈4所示勝。在跌選擇樹時應(yīng)脅注意墾以下希幾點肥：按額定透電壓選截?fù)駥τ谝话愕母呶▔喝蹟辔燮?，其含額定電艷壓必須范大于或冶等于電奇網(wǎng)的額眾定電壓性。另外書對于充可石英砂妄有限流商作用的濫熔斷器奔，則只攔能用在冰等于其荷額定電慮壓的電凳網(wǎng)中因歲為這種同類型的壁熔斷器農(nóng)能在電脂流達到芳最大值咱之前就譯將電流踩截斷，巧致使熔歲斷器熔國斷時產(chǎn)籠生過電湊壓。按額定坐電流選也擇熔斷器繁的額定蕩電流，饒包括熔兇斷器熔邁管的額嘉定電流喉和熔體邁的額定死電流的蝕選擇。(1)燙熔管珠額定電茶流的選仿?lián)?。為分了保證洋熔斷器巖殼體不圣致?lián)p壞暗，高壓慣熔斷器熊的熔管雷的額定巾電流續(xù)，應(yīng)大殿于或等付于熔體虜?shù)念~定的電流別：(2)熔體分額定無電流擱的選哄擇?？榱耸鄯乐乖垠w迎在通鴨過變橋壓器加勵磁法涌流戲和保讀護范晚圍以捷外的普短路劫及電識機自跡起動油等沖冶擊電縫流時邊誤動障作，謠保護思35記kV湖以下逆電力封變壓感器的倡高壓送熔斷細(xì)器，槍其熔響體的虧額定鏡電流權(quán)可按默下式戰(zhàn)選擇置：式中捏K縣——可奇靠系數(shù)根，不計收電動機溪自起動驕時，他，考洲慮電經(jīng)動機自肚起動時唐，燈；——電彼力變壓批器回路肌最大工勁作電流幻玉。用于鴨保護蠢電力淘電容努器的妹高壓芽熔斷初器的堅熔體淺，當(dāng)煮系統(tǒng)斗電壓尺升高省或波路形畸也變引昌起回羞路電晃流增慎大或升運行鋪過程堡中產(chǎn)手生涌四流時撕不應(yīng)議誤熔廳斷，枝其熔田體按封下式價選擇卻：式中盯K幣——期可靠槐系數(shù)便，對給限流終高壓愛熔斷歪器，當(dāng)一臺爭電力電圖容器時莖，臭，當(dāng)一潤組電沈力電憐容器騎時時夏，享；——電力星電容歪器回綱路的話額定迎電流弄。熔斷拍器開崖斷電由流校尊驗（或?qū)τ谝驔]有遠(yuǎn)限流身作用唇的熔供斷器蛙，選件擇時旅用沖渴擊電明流的啊有效仰值角進虛行校散驗；捕對于決有限煤流作紅用的嚇熔斷渡器，舊在電憑流最墻大值饒之前輛已截扶斷，高故不護計非橋周期廉分量郊影響綁，而炊采用病進著行校獄驗。熔斷器武選擇性拳校驗為了俗保證籠前后敗兩級幣熔斷袍器之晃間或級熔斷烘器與黑電源端（或去負(fù)荷口）保鏟護之繭間動抽作的雹選擇脖性，鳴應(yīng)進竹行熔倉體選月?lián)裥载?zé)校驗箱。對于禿保護我電壓甩互感煎器用藥的高別壓熔獵斷器堪，只矮需按植額定舉電壓嚴(yán)及斷參流容雙量兩啦項來錯選擇樓。9.5母線詠、電惹纜和林絕緣籮子的找選擇敞露母饑線及電言纜的選誓擇敞露母譯線一般串按下列襲各項進漁行選擇竭和校驗遼：①導(dǎo)鈔體材料熄、類型策和敷設(shè)患方式；膊②導(dǎo)體氣截面；水③電暈投；④熱駐穩(wěn)定；館⑤動穩(wěn)桐定；⑥迎共振頻校率。電泡纜則按室額定電仔壓和上昆述①、涂②、④惠項及允貞許電壓猶降選擇基和校驗映。敞露眾母線拉及電佳纜的秒選型導(dǎo)體材仙料有銅幸和鋁。夠工業(yè)上者常用的鑰硬母線粘截面為直矩形、幼槽形和黃管形。云矩形母