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1、第五章 供配电系统设备及线缆的选择,了解：电器选择的一般条件。 掌握：低压电器设备的电器的功能、结构原理与技术参数、导线与电缆结构与敷设，类型的选择。 重点：低压电器设备选择与校验、导线与电缆截面的选择与校验。,第一节 短路电流的力效应和热效应,一、短路电流的力效应 配电装置中的电气设备和载流导体，当电流通过时相互之间存在作用力，称为电动力。,电流方向相同力的大小相等，方向相互吸引； 电流方向相反力的大小相等，方向相互排斥。,1两平行导体间的作用力,当导体的截面为圆形时，两导体之间的作用力的大小为,当导体的截面为矩形时，两导体之间的作用力的大小为,式中 形状系数,可根据 b为导体厚度，h为导体
2、高度，D为两导体轴线的距离。 导体a的电流（kA）； 导体b的电流（kA）； l导体的长度（m）； D两导体轴线的距离（m）。,2三相平行母线之间的电动力,一般三相系统中的母线等距离地布置在同一平面,短路后第一周期内全电流的最大冲 击值（kA）； 形状系数。 l导体的长度（m）； D两导体轴线的距离（m）。,三相导体中中间相的受力最大，其值的大小为,二、短路电流的热效应 1短路时热稳定的校验 对于一般电气设备，规定了设备在t秒时间内允许通过的热稳定电流It的数值，根据短路电流热等效方法：,制造厂家规定的电气设备在时间ts内的热稳定电流（kA）。 t与 对应的时间（s）；指定时间一般有1s、5s
3、、10s。,短路稳态电流（kA）； 假想时间（s），取距离短路点最近的继电保护装置的主保护动作时间与断路器固有动作时间之和。,2母线或电缆在短路时的热稳定 当导体通过短路电流 ，在假想时间 的情况下，与导体最高允许加热温度所对应的截面为最小允许截面。校验母线或电缆在短路时的热稳定的计算公式为,C热稳定系数，与导体材料、结构及最高允许温度、长期工作额定温度有关。,热稳定系数C,（电动力效应及热效应 ）,短路电流的电动力效应,（1）对一般电器：要求电器的极限通过电流（动稳定电流）峰值大于最大短路电流峰值,电器的极限通过电流（动稳定电流）峰值； 最大短路电流峰值。,（电动力效应及热效应 ）,（2）对
4、绝缘子：要求绝缘子的最大允许抗弯载荷大于最大计算载荷，即,绝缘子的最大允许载荷； 最大计算载荷。,短路电流的热效应,对成套电器设备，因导体材料及截面均已确定，故达到极限温度所需的热量只与电流及通过的时间有关。,产品样本提供的产品热稳定参数； 短路稳态电流； 短路电流作用假想时间。,短路电流的热效应,对导体和电缆，计算导体的热稳定最小截面Smin,稳态短路电流； 短路电流作用假想时间； 导体的热稳定系数。,如果导体和电缆的选择截面大于等于Smin ，即热稳定合格。,第二节 开关电器的灭弧原理,一、交流电弧的产生和熄灭 1. 电弧中带电质点的产生 当切断路瞬间，动静触头间出现弧光放电， 是由于其间
5、的介质迅速游离，存在着一定浓度的带电质点，即带正电荷的离子和带负电荷的电子。,触头间电弧燃烧的区域称为弧隙。弧隙中带电质点不断增多的游离过程可以由各种不同途径发生： （1）强电场发射； （2）碰撞游离； （3）热游离； （4）热电子发射。,强电场发射,在断路器触头分开的最初瞬间，触头电极的表面受到外加电压所形成的强电场的作用，金属电极表面的电子就会在电场力的作用下被拉出，即发生了所谓强电场发射。,碰撞游离,当有一定强动能的电子撞击到某种气体的中性质点时，可使其间电子被释放出来，游离成正离子和新的自由电子。被撞击的电子和原来的电子又会在电场作用下向阳极作加速运动，获得足够动能后，又将撞击其它中性
6、质点，产生更多的自由电子和正离子，使带电质点浓度迅速增加。这一游离过程即称为碰撞游离。,热游离,在高温下，气体分子和原子热运动加快，它们互相碰撞，在温度足够高时会撞击产生离子和自由电子，这种现象称为热游离。,热电子发射,在弧光放电过程中，电极表面少数点上有局部较集中的电流，同时因开关触头分离后，触头间接触压力及接触面积逐渐减小，接触电阻也随之增加，会使电极表面有相应高温，从而造成其中的电子获得很大的动能后逸出到周围空间。这种现象称为热电子发射，其强弱程度与阴极的材料及表面温度有关，是气体介质中带电质点产生的主要原因之一。,电弧间隙的去游离 在电弧放电发生后，介质中同时存在着游离与去游离这样二个
7、相反过程。去游离对应的是弧隙中带电粒子（正离子或自由电子）减少的过程，它进行的方式主要有两种：,复合 扩散,复合 再结合是指带异性电荷的质点相互接触，交换多余电荷而形成中性质点的现象，又称复合。,扩散 带电质点从弧燃区域逃逸至周围介质中去称作扩散。电弧中扩散主要因 （1）弧燃区域与周围介质中带电质点浓度不同； （2）两区域中温度的不同而引起。弧柱中带电质点不断扩散到介质中，并在介质中发生再结合，使得弧燃区域中导电质点数目减少，发生去游离。 扩散的速率决定于电弧表面上带电质点数目，故与电弧直径成反比。,电弧的熄灭,电弧中存在的游离与去游离这二个性质相反过程的强弱对比就决定了电弧最终发展趋势。,交
8、流电弧的特性及熄灭,1交流电弧的特性 交流电弧存在自然暂时熄弧点。 交流电弧有动态伏安特性,2交流电弧的熄灭 介质强度恢复过程 恢复电压的变化过程 交流电弧的熄灭,熄灭交流电弧的基本方法,1采用新型介质熄弧 2利用气体或油吹动电弧 3采用多断口灭弧 4. 采用特殊金属材料作为灭弧触头 5. 采用并联电阻 6. 其它措施 基于交流电弧熄灭的基本原理，还可以在开关电器灭弧过程中采用固体介质狭缝灭弧，把长弧分成串联短弧以及加快断路器触头分离速度等众多措施，结合具体的开断电路特点加以应用。,第三节 开关电器及其选择,一、中压断路器 中压断路器在正常运行时用它接通或切断负荷电流；在发生短路故障或严重过负
9、荷时，由继电保护装置控制其自动迅速地切断故障电流，以防止扩大事故范围。,按灭弧介质的不同，断路器可分为 （1）油断路器。 （2）压缩空气断路器。 （3）六氟化硫断路器。 （4）真空断路器。 （5）磁吹断路器。 （6）固体产气断路器（简称自产气断路器）。,按断路器安装地点，又可将其分为 （1）屋内式 （2）屋外式。,中压断路器的基本技术参数,（1）额定电压UN 我国断路器的额定电压有10，20，35，60，110，220，330，500kV。 按国家标准，额定电压在220KV及以下的电气设备，其最高工作电压为额定电压的1.15倍；对于330kV及以上电气设备，规定为 1.1倍。,（2）额定电流I
10、N 我国断路器额定电流等级为200，400，600，（1000），1250，1600，（1500），2000，3150，4000，5000，6300，8000，10000，12500，16000及20000A等,（3）额定开断电流Inbr 额定开断电流是指在额定电压下断路器能开断而不致妨碍其继续工作的最大短路电流，单位为kA。,（4）热稳定电流Ith 又称短时耐受电流。它指的是在某一规定的短时间t内断路器能耐受的短路电流热效应所对应的电流值，以kA为单位。,（5）动稳定电流Ies 又称峰值耐受电流，它是断路器在关合位置时能允许通过而不致影响其正常运行的短路电流最大瞬时值，以kA为单位。,（6）
11、额定短路关合电流INcl 额定短路关合电流是指断路器在额定电压下用相应操动机构所能闭合的最大短路电流，单位为kA。,（7）开断时间tbr 开断时间是指断路器的操动机构接到分闸指令起到三相电弧完全熄灭为止的一段时间，它包括断路器的分闸时间和燃弧时间两部分。,（8）合闸时间tcl： 处于分闸位置的断路器从接到合闸信号瞬间起到断路器三相触头全接通为止所经历的时间为合闸时间。,断路器的型号 1 2 3 4 5 / 6 7 8 1表示断路器的字母代号 S少油；D多油；Z真空；K空气；LSF6； 2安装场所代号，N表示屋内型；W表示屋外型； 3 设计序列号； 4额定电压，kV； 5其它标志，如G改进型，F
12、表示分相操作； 6 额定电流，A； 7额定开断能力（kA或MVA）； 8特殊环境代号。,油断路器,真空断路器,结构,灭弧室,灭弧原理 在真空中由于气体分子的平均自由行程很大，气体不容易产生游离，真空的绝缘强度比大气的绝缘强度要高的多。当开关分闸时，触头间产生电弧。触头表面在高温下挥发出金属蒸气，由于触头设计为特殊形状，在电流通过时产生一磁场，电弧在此磁场力的作用下快速运动。在金属圆筒(即屏蔽罩)上凝结部分金属蒸气。电弧在自然过零时熄灭了，触头间的介质强度又迅速恢复起来。,六氟化硫断路器,高压断路器配有的操动机构可分为： 手动操动机构（CS2）用于就地操作合闸，不能远距离合闸操作。 电磁式操动机
13、构（CDl0）用于远距离控制操作断路器，使用直流电源。 弹簧储能操动机构（CT6）用于进行一次自动重合闸，使用交流或直流电源。 压缩空气操动机构（CY3）用于控制操作高压空气断路器。,电磁操作机构,弹簧操作机构,手动操作机构,例1 试选择某10KV 高压配电所进线侧的高压户内真空断路器的型号规格。已知该进线的计算电流为295A，配电所母线的三相短路电流周期分量有效值为3.2kA ，继电保护的动作时间为1.1s。 解：初步选VS1-12/630-16型进行校验，如表所示，所选正确,二、中压负荷开关 负荷开关是专门用于接通和断开负荷电流，具有简单的灭弧装置不能切断短路电流，在大多数情况下与高压熔断
14、器配合使用，由熔断器切断短路电流。负荷开关断开后，与隔离开关一样有一明显的电压断开间隙。,负荷开关的类型 （1） 产气式负荷开关 （2）压气式高压负荷开关 （3）真空负荷开关 （4）SF6负荷开关,新型户内环网柜负荷开关,真空负荷开关,三、中压隔离开关 隔离开关是一种没有灭弧装置的开关设备。它一般只用来关合和开断有电压无负荷的线路，而不能用以开断负荷电流和短路电流，它需要与断路器配合使用，由断路器来完成关合、开断任务。,隔离开关用途 （1）将停役的电气设备与带电电网隔离，以形成安全的电气设备检修断口，建立可靠的绝缘回路； （2）根据运行需要换接线路以及开断和关合一定长度线路的交流电流和一定容量
15、的空载变压器的励磁电流。,对隔离开关的特殊要求 （1）隔离开关在分闸状态时应有明显可见的断口，使运行人员能明确区分电器是否与电网断开，但在全封闭式配电装置中除外； （2）隔离开关断点之间应有足够的距离，可靠的绝缘，在任何状态下都不能被击穿而引起过电压危及工作人员的安全； （3）具有足够的短路稳定性，包括动稳定和热稳定。 （4）隔离开关应结构简单，动作可靠； （5）带有接地闸刀的隔离开关应有保证操作顺序的闭锁装置，以供安全检修和检修完成后恢复正常运行。,隔离开关的分类 （1）按安装地点的不同，隔离开关可划分为户内、户外两种; （2）按绝缘支柱的数目，隔离开关可分为单柱式、双柱式和三柱式三种； （
16、3）按刀闸的运行方式，隔离开关可分为水平旋转式、垂直旋转式、摆动式和插入式四种； （4）按有无接地闸刀，它又可分为带接地刀闸和不带接地刀闸两种。,隔离开关的典型结构 （1） 户内隔离开关：户内隔离开关有三极式和单极式两种，一般为刀闸隔离开关; （2）户外隔离开关:户外隔离开关有单柱式、双柱式和三柱式三种。,四、低压断路器 1. 分类 （1）按使用类别分类 类：在短路情况下，断路器无明确指出用作串联在负载侧的另一短路保护电器的选择性保护； 类：在短路情况下，断路器明确串联在负载侧的另一短路保护电器的选择性保护，即在短路时，选择性保护有人为短延时（可调节）。,（）按设计形式分，有万能式（开启式）、塑壳式； （）按分断介质分，有空气分断、真空分断、气体分断； （）按操作机构的控制方法分，有有关人力操作、无关人力操作、有关动力
