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1、发电厂电气部分,(第四版),6.1 电气设备选择的一般条件 6.2 高压断路器和隔离开关的原理与选择 6.3 互感器的原理与选择 6.4 限流电抗器的选择 6.5 高压熔断器的选择 6.6 裸导体的选择 6.7 电缆、绝缘子和套管的选择,第六章 导体和电气设备的原理与选择,6.1 电气设备选择的一般条件,作者： 版权所有,电气设备选择的一般条件,电力系统中的各种电气设备，它们的工作条件并不完全一致，它们的具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是相同的。即：,电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并且按短路情况进行各种校验（如热稳定校验和动稳定校验）。,作者： 版权所有,一
2、、按正常工作条件选择电气设备,电气设备的额定电压UN就是铭牌上标出的线电压。 另外，电气设备还有一个最高工作电压Ualm，即电气设备长期运行所允许的最大电压。,1额定电压,选择电气设备时，应使所选电气设备最高工作电压Ualm不低于电气设备装置点的电网最高运行电压Usm ，即UalmUsm 。,作者： 版权所有,一、按正常工作条件选择电气设备,1额定电压,通常，电气设备最高工作电压Ualm(110%115%)UN 而电网最高运行电压Usm(110%)UNS,所以，一般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的条件选择即可。,作者： 版权所有,一、按正常工作条件选择电气设备,电气
3、设备的额定电流IN是指在一定周围环境温度下，长时间内电气设备所能允许通过的电流。,2额定电流,选择电气设备时，应使所选电气设备额定电流IN不低于所工作回路在各种可能运行方式下的最大持续工作电流Imax。即,电气设备工作的回路不同，其最大持续工作电流Imax不同。,作者： 版权所有,一、按正常工作条件选择电气设备,2额定电流,一般可取为等于该段母线上最大 一台发电机或变压器的Imax,一般可取为等于该段母线上最大 一台发电机额定电流的50%-80%,A.海拔修正 电气设备的最高工作电压是按一定的海拔高度设计的。 如果电气设备布置在规定的海拔高度以上，电气设备的最大工作电压就要降低。,作者： 版权
4、所有,一、按正常工作条件选择电气设备,在选择电气设备时，还应考虑电气设备安装地点的环境条件，如温度、海拔高度等。当环境条件超过电气设备的正常使用条件时，应采取相应措施。,3按当地环境进行修正,海拔高度每增加100m，最大工作电压应降低1。高于1000米可选高原型产品或外绝缘高一级的产品,B.温度修正 电器设备的额定环境温度为0+40。 如果周围环境温度高于+40，则设备额定电流要减小。 如果周围环境温度低于+40，则设备额定电流可增大（实际选择时一般不修正）。,作者： 版权所有,一、按正常工作条件选择电器,3按当地环境进行修正,K温度修正系数,即：,作者： 版权所有,二、按短路条件校验电气设备
5、,短路电流通过电气设备时，电气设备各部分温度(或发热效应)应不超过允许值。,1短路热稳定校验,电气设备满足短路热稳定的条件是：,式中： Qk短路电流产生的热效应 It电气设备允许通过的热稳定电流 t电气设备允许通过的热稳定电流的持续时间,作者： 版权所有,二、按短路条件校验电气设备,电动力稳定是指电气设备承受短路电流机械效应的能力，也称动稳定。,2短路电动力稳定校验,电气设备满足短路动稳定的条件是：,式中： ish、Ish 短路冲击电流的幅值及有效值 ies、Ies 电气设备允许通过的动稳定电流的幅值和有 效值,或,作者： 版权所有,二、按短路条件校验电气设备,为使所选电气设备具有足够的可靠性
6、、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计算。,3短路电流计算条件,(1)容量和接线,按最终设计容量计算，并考虑远景发展规划 接线应采用可能发生最大短路电流的正常接线方式,(2)短路种类,一般按三相短路计算 若其它种类短路比三相短路严重，则按该情况计算,作者： 版权所有,二、按短路条件校验电气设备,3短路电流计算条件,(3)短路计算点的选择,选择通过电气设备的短路电流为最大的点为短路计算点,发电机变压器回路： 应比较断路器前后短 路时通过断路器的电 流值，择其大者为短 路计算点。,作者： 版权所有,二、按短路条件校验电气设备,3短路电流计算条件,(
7、3)短路计算点的选择,母联断路器回路： 应考虑当由母联断路 器向备用母线充电时， 备用母线k4点短路， 则全部短路电流流过 母联断路器的情况。,作者： 版权所有,二、按短路条件校验电气设备,3短路电流计算条件,(3)短路计算点的选择,出线电抗器回路： 一般选电抗器后k8点 为短路计算点。,作者： 版权所有,二、按短路条件校验电气设备,3短路电流计算条件,(4)短路计算时间,校验热稳定,短路计算时间tk为继电保护动作时间tpr和相应断路器 的全开断时间tab之和。,而,即：,式中： tab断路器全开断时间 tpr后备继电保护动作时间 tin断路器固有分闸时间(查产品参数表) ta断路器燃弧时间(
8、少油断路器0.04-0.06s，SF6断路器0.02-0.04s),作者： 版权所有,二、按短路条件校验电气设备,3短路电流计算条件,(4)短路计算时间,校验电气设备开断能力,开断电气设备应能在最严重的情况下开断短路电流，因此短路计算时间tk为主保护动作时间tpr1和断路器固有分闸时间tin之和。,即：,式中： tpr1主继电保护动作时间 tin断路器固有分闸时间(查产品参数表),作者： 版权所有,二、按短路条件校验电气设备,3短路电流计算条件,(4)短路计算时间,6.2 高压断路器和隔离开关的原理与选择,作者： 版权所有,高压断路器,开关电器是电力系统的重要设备之一，其中，又以断路器的地位最
9、重要，结构也最复杂。,高压断路器是用来在正常情况下接通和断开电路、且在故障情况下能自动迅速开断故障电流的开关设备。 对断路器的基本要求是：在各种情况下应具有足够的开断能力，尽可能短的动作时间和高度的工作可靠性。 断路器最重要的任务就是熄灭电弧，所以，各种断路器都有不同结构的灭弧装置。,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,电弧是一种气体游离放电现象。,能量集中，温度很高，亮度很强,三部分组成：阴极区、阳极区和弧柱区,电弧的气体放电是自持放 电，维持电弧稳定燃烧的电 压很低,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(一)电弧的产生、维持及物理过程,触头的周围原本是空气或其 它绝缘介质。 为什么在动
10、静触头分离瞬间会 变成导电的电弧呢？,原因就在于在绝缘介质中出 现了大量的自由电子。,大量自由电子由阴极向阳极的定向运动就形成了电弧。,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(一)电弧的产生、维持及物理过程,1.弧柱中自由电子的来源,A.电极发射大量自由电子，对电弧的产生起决定作用,热电子发射：动静触头分离时，触头间接触电阻增 大，接触处大量发热，使阴极表面温度升高而发射电 子。其数量取决于触头材料和表面温度。,冷电子发射(强电场发射)：动静触头分离时，触头 间的间隙很小，触头间会形成很高的电场强度，将阴 极触头金属表面中的自由电子从中拉出来。其数量取 决于电场强度的大小。,作者： 版权所有,
11、一、电弧的基本理论,(一)电弧的产生、维持及物理过程,1.弧柱中自由电子的来源,B.弧柱区的气体游离，产生大量的自由电子和离子， 对电弧的形成和维持起决定作用,游离是指中性质点变成自由电子和正离子的过程。,电场游离(碰撞游离)：在电场作用下，电子加速向 阳极运动，途中与介质中的中性质点发生碰撞。若自 由电子具有足够动能，就能与中性质点产生碰撞游离， 使其游离为正离子和自由电子。这样的过程连续进行 导致雪崩式碰撞，使触头间充满了自由电子。在外加 电压作用下形成电子流，介质被击穿而形成电弧。,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(一)电弧的产生、维持及物理过程,1.弧柱中自由电子的来源,热游离：
12、电弧形成后，触头间电压立刻降低，但弧 柱的温度很高。处于高温下的介质分子和原子产生剧 烈运动，不断发生碰撞，也会游离出自由电子和离子 (这就是热游离过程)，可以维持电弧的燃烧。,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(一)电弧的产生、维持及物理过程,2.电弧的形成过程,由以上分析可以看出，阴极在强电场作用下发射电子。 发射的电子在触头电压作用下产生碰撞游离，就形成 了电弧。在高温作用下，阴极产生热发射，并在介质 中发生热游离，使电弧维持和发展。这就是电弧形成 的过程。,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(一)电弧的产生、维持及物理过程,3.去游离过程,在电弧中，发生游离过程的同时还进行着使
13、带电质点 减少的去游离过程。,游离过程去游离过程：电弧电流增大，炽热燃烧 游离过程去游离过程：电弧电流不变，稳定燃烧 游离过程去游离过程：电弧电流减小，最终熄灭,因此，要想使电弧熄灭，就必须设法加强去游离过程， 使其大于游离过程。,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(一)电弧的产生、维持及物理过程,3.去游离过程,A.复合去游离：带电质点的电荷彼此中和的现象 电子碰撞中性质点速度慢的负离子与正离子中和,复合去游离进行的快慢与弧隙电场强度的大小、电弧 的温度及电弧的表面积有关。,B.扩散去游离：弧柱中的自由电子和正离子由于热运 动而从弧柱内部逸出进入周围冷介质的现象,浓度扩散；温度扩散,作者
14、： 版权所有,一、电弧的基本理论,(一)电弧的产生、维持及物理过程,3.去游离过程,由上可知，利用各种方法，人工地强迫冷却电弧的内 部和表面，不仅可增强复合去游离的速度，同时也能 增强扩散去游离的强度，使电弧很快熄灭。,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(二)交流电弧的特性,1.交流电弧的特性,电弧电压、电流波形图,随着正弦交流电流的周期 性变化，交流电弧电流也 将随之每半周过零一次。,在电弧电流自然过零时， 电弧向弧隙输送能量减少， 电弧温度和热游离下降， 电弧将自动熄灭。,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(二)交流电弧的特性,1.交流电弧的特性,电弧电压、电流波形图,如果在电流过
15、零电弧自然熄灭时，采取有效措施加强弧隙的冷却，使弧隙介质的绝缘能力达到不会被弧隙外加电压击穿的程度，则在下半周电弧就不会重燃而最终熄灭。,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(三)交流电弧的熄灭,决定交流电弧熄灭的基本因素是“弧隙介质强度的恢复过程”和“弧隙电压的恢复过程”。,弧隙介质强度的恢复过程,电弧电流过零时，输入弧隙的能量减少，弧隙温度剧降，因而弧隙游离程度也下降。当弧隙温度降低到热游离基本停止时，弧隙重新转变为介质状态。此时，虽然不会出现热击穿而重燃，但是弧隙的绝缘能力或称介质强度（以弧隙能耐受的电压表示）要恢复到正确状态仍需要一定时间，此称为“弧隙介质强度的恢复过程”。（图62）
16、,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(三)交流电弧的熄灭,弧隙电压的恢复过程,电弧电流过零后，弧隙电压将由熄弧电压经过一个由电路参数所决定的振荡过程，逐渐恢复到电源电压，此称为“弧隙电压的恢复过程”。,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(三)交流电弧的熄灭,弧隙介质强度的恢复过程：以耐受电压Ud(t)表示,因此，在电弧电流过零后，存在着两个相互联系的对立过程。在恢复过程中，如果恢复电压高于介质强度，弧隙被电击穿，电弧重燃；如果恢复电压低于介质强度，电弧就会真正熄灭。,弧隙电压的恢复过程：以耐受电压Ur(t)表示,交流电弧熄灭的条件是：,Ud(t) Ur(t),(a)在t1时刻发生 击穿，电弧重燃,作者： 版权所有,一、电弧的基本理论,(三)交流电弧的熄灭,介质强度和弧隙电压的恢复过程,(b)电弧熄灭,(c)电弧熄灭,介质强度的恢复过程与下列因素有关： 电弧电
