第7章中压电气设备选择

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1、第7章 中高压系统主要配电设备及选择 1 本章所涉及的电器，主要有开关电器、保护电器、测量电器等，还包括由它们组合起来的组合电器，但不包括变压器和线缆。除发电机、变压器、电缆和用电设备以外的电气设备大多可归为配电设备。 本章配电设备以中压为主，兼顾110kV及以下高压设备。中压设备中，又以10kV设备为主要论述对象。27.1 短路电流的效应7.1.2 短路电流电动力效应 相邻载流导体在对方产生的磁场中受到的机械作用力，叫做电动力。 敷设在同一平面上的三相平行导体，中间相受力最大，其短路最大电动力为DliKF2psk3173. 0 式中：Ks为导体形状系数，通过（D-b）/（h+b）查得；l为平

2、行导体长度；D为导体中心距；b为导体厚度；h为导体高度；ip为短路电流峰值。3 三相导体不是布置在一个平面上，而是等腰或直角三角形布置等情况，计算方法可查阅相关的设计手册等资料，此处不再赘述。47.1.2短路电流热效应 短路电流在故障元件上产生的温升，叫做短路电流的热效应。高温是元件产生热损坏的最主要因素。 1、导体温升过程及短路热稳定热力学判断 讨论：导体未通电通电正常工作短路发生短路电流被切断，这几种情况下导体的发热与温升情况。短路温度=短路温升初始温度。 辩异：发热与温升。发热是温升的动力，但温升还受散热的影响。5 1）未通电时。maxNNN 且要求，为环境温度为导体温度，式中，00 2

3、）正常工作时。期允许工作温度）。最高工作温度（简称长为导体长期允许为导体正常工作温度，式中：maxNN6 3）短路发生后，导体温度急剧上升，至短路被切除时，导体温度达到最高值k，即：maxkkk ，且要求 式中，k为短路最高温度；kmax 为导体短路瞬时最高允许温度（简称短路允许温度）。7 辩异：Nmax与kmax。 都是“最高允许温度”，前者是“长期工作”，后者是“短路瞬时”，有何区别？ Nmax取决于设计寿命。对绝缘导体，取决于绝缘的长期温度承受能力；对裸导体，取决于接头氧化和（或）机械参数（如弧垂等）。 kmax取决于是否发生瞬间不可逆损坏。对绝缘导体，取决于绝缘的极限温度承受能力；对裸

4、导体，取决于接头极限温度承受能力和（或）是否因高温产生机械破坏。 常见导体的Nmax和kmax见表。8长期允许工作温度和短路最高允许温度举例9t +00t0Nktktk.maxN.maxN.maxk.maxtktkN0t00t +N.maxk.maxtktkN0t00t +t +00t0Nktktk.maxN.max工作正常短路热稳定请你判断请你判断请你判断t0：短路开始时刻tk：短路电流持续 时间10 2、导体短路最高温度k计算 1）计算条件与特点。k是导体受到的短路能量热冲击的表征参量，是一个热力学参数，按热力学方法计算。计算的一些假定和依据如下。 （1）绝热过程假设，短路电流发热全部用于

5、导体温升，这是一个偏于保守的假设。 绝热过程假设对短路持续时间较长的短路计算误差较大，但结果偏于保守，后果可能导致浪费，但不至于出现实际温度高于计算温度的情况。11 （3）导体为长度l的棒形，底面积S，密度m，质量m为：SlmmSlR)1 ()(0)1 ()(0 CC （2）导体电阻、比热均是温度的函数。以0电阻率0和比热C0为起点，计算公式为：12 2）热力学过程分析。d)(d)()(2kmCtRtI Ik(t)是短路全电流有效值，含周期与非周期分量。等式右边是导体温升吸收的热量；左边是电流发热量，全部供导体温升（绝热假设的结果）。 将各参量表达式代入，有：d)11(d)(10m02k2Ct

6、tIS13 对上式两边积分，有：kkN0 0m02k2d11(t)d1tCtIS 注意：未知量是k。上式左边是电气参量和导体几何参数，右边是材料参数，为变上限积分。 令等式右边积分的原函数为A()，有：)1ln()(200mCA14于是：)()(d )(1Nk02k2kAAttISt也即：)(d )(1)(N02k2kkAttISAt 正常工作温度N是已知的（若不知，可取为Nmax），理论上，短路电流平方积分是可求出的，因此可求出A(k)，继而求出k。 现就把热力学计算转化成了电气参量计算，即短路全电流有效值平方在短路持续时间内的积分。15 2、短路热脉冲与假想时间 1）短路热脉冲 热平衡方程

7、已经将求温度k的问题转化成了求短路电流积分的问题。定义这个积分为热脉冲Q，即：k02kd)(tttIQ 短路热脉冲的物理意义：热脉冲量值等于短路电流在短路持续时间内在1恒定电阻上产生的热量。 求短路热脉冲的工程方法有假想时间法、假想电流法、数值积分法等，根据工程现状，下面介绍假想时间法。16 2）假想时间。假设短路全电流有效值Ik(t)一直等于稳态短路电流，要产生与实际短路热脉冲相等的热脉冲所需要的时间，叫做假想时间，记作tim。即im2k02kkd)(tIttIQtSFDEO=Ik2tim=QSFDEO=Ik2tim=Q17 3）远端短路假想时间计算 远端短路电流由幅值恒定的周期分量和衰减的

8、非周期分量组成（近端短路还要加上一个衰减的周期分量），根据谐波理论，短路电流有效值为各次谐波的方均根，即)()()(2AC2DC2ktItitIkkk02AC02DC02kim2k)()(d)(ttttItittItI于是有ACim2k02ACDCim2k02DCkkd)(d)(tIttItIttitt，令 分别称timDC、timAC为短路电流非周期分量和周期分量的假想时间 ,则 ACimDCimimttt18 （1）timAC 计算。由于远端短路IAC(t)= Ik ，故k0ACim2kk2k2AC)0(d)(ttItIttIkACimtt即 （2）timDC 计算。 当tk1s时，导体发

9、热主要由周期分量决定，可不计入非周期分量的影响，此时 timDC =0 当tk 去游离电弧产生 游离 = 去游离电弧维持 游离 去游离电弧熄灭 去游离：弧柱中带电粒子不断减少的过程，主要有复合和扩散两种途径。 介质的燃弧与熄弧电压。前者总是大于后者。 近极效应：弧电流过零后的0.11s内，近阴极介质绝缘强度急剧上升到150250V。36 电弧在电流过零时熄灭，此时断口外加电压（称为恢复电压）不为零，电弧熄灭后还可能重燃。 熄弧后弧隙介质的绝缘强度有一个恢复过程，其恢复速率应大于恢复电压的上升速率，否则介质可能被击穿导致电弧重燃。这是电弧重燃的电击穿理论。 熄弧后弧隙或许并非绝缘介质，还有一定的

10、导电性，电弧虽熄灭但电流仍存在，继续向弧隙提供热量，如果该热量大于散失热量，则弧隙温度升高，热游离加大，电弧可能重燃。这是电弧重燃的电击穿理论。37 3、开关电器的灭弧方法电动力吹弧电动力吹弧磁力吹弧磁力吹弧 1-磁吹线圈；磁吹线圈；2-灭弧触头；灭弧触头；3-电弧电弧 1）吹弧灭弧 拉长、冷却电弧，增强去游离。吹弧方式（吹弧方式（1-电弧；电弧； 2-触头）触头） a)横吹横吹 b)纵吹纵吹 38 2）短弧及多断口灭弧 主要利用近极效应，每段短弧都有150250V恢复强度。 绝缘灭弧栅对电弧的作用绝缘灭弧栅对电弧的作用（1-绝缘灭弧片；绝缘灭弧片； 2-电弧电弧 ；3-触头）触头）金属灭弧栅

11、对电弧的作用金属灭弧栅对电弧的作用（1-钢栅片钢栅片 ；2-电弧；电弧； 3-触头）触头） 3）狭缝灭弧 拉长、冷却电弧；电弧分解栅片产生气体吹弧。 397.3.2 断路器简介 （1）功能。开关电器。能承载负荷电流和规定的短路电流；能开合负荷电流，开断短路电流。 （2）分类。 按开关的对象分：发电机用、输电用、配电用、控制用等。本节讨论335kV的配电断路器。 按灭弧介质分：油、真空、六氟化硫、压缩空气、磁吹断路器等。40 1-铝帽 2-油气分离器 3-上接线端子 4-油标 5-插座式静触头 6-灭弧室 7-动触头（导电杆） 8-中间滚动触头 9-下接线端子 10-转轴 11-拐臂（曲柄） 1