第四章 导体和电气设备的原理与选择
华北电力大学《发电厂电气部分》习题总结答案
《发电厂电气部分》复习第一章能源和发电1、火、水、核等发电厂的分类火电厂的分类：（1)按燃料分:燃煤发电厂，燃油发电厂，燃气发电厂，余热发电厂，利用垃圾和工业废料作为燃料的发电厂。
（2）按蒸汽压力和温度分：中低压发电厂,高压发电厂，超高压发电厂，亚临界压力发电厂，超临界压力发电厂.（3）按原动机分：凝汽式汽轮发电厂,燃气轮机发电厂，内燃机发电厂，蒸汽—-燃气轮轮机发电厂。
（4）按输出能源分：凝汽式发电厂，热电厂（5）按发电厂总装机容量的多少分：小容量发电厂，中容量发电厂,大中容量发电厂,大容量发电厂。
水力发电厂的分类：（1）按集中落差的方式分类：堤坝式水电厂（坝后式，河床式），引水式水电厂,混合式水电厂.(2）按径流调节的程度分类：无调节水电厂，有调节水电厂（根据水库对径流的调节程度：日调节水电厂，年调节水电厂，多年调节水电厂）。
核电厂的分类：压水堆核电厂,沸水堆核电厂。
2、抽水蓄能电厂的作用调峰,填谷，备用，调频,调相.3、发展联合电力的效益（1）各系统间电负荷的错峰效益。
(2）提高供电可靠性、减少系统备用容量。
（3)有利于安装单机容量较大的机组.（4）进行电力系统的经济调度.（5）调峰能力互相支援。
4、火电厂的电能生产过程及其能量转换过程P14火电厂的电能生产过程概括的说是把煤中含有的化学能转变为电能的过程.整个过程可以分为三个系统:1、燃料的化学能在锅炉燃烧中转变为热能，加热锅炉中的水使之变为蒸汽，称为燃烧系统；2、锅炉中产生的蒸汽进入汽轮机,冲动汽轮机转子旋转，将热能转变为机械能,称为汽水系统；3、由汽轮机转子旋转的机械能带动发电机旋转,把机械能变为电能,称为电气系统。
能量的转换过程是：燃料的化学能－热能－机械能－电能。
5、水力发电厂的基本生产过程答：基本生产过程是：从河流较高处或水库内引水，利用水的压力或流速冲动水轮机旋转,将水能转变成机械能，然后由水轮机带动发电机旋转，将机械能转换成电能.6、轻水堆核电厂的分类(缺生产过程及区别）答:轻水堆核电站可以分为压水堆核电站和沸水堆核电站。
《发电厂电气部分》课后习题答案
《发电厂电气部分》课后习题答案第一章能源和发电1-2 电能的特点：便于大规模生产和远距离输送；方便转换易于控制；损耗小；效率高；无气体和噪声污染。
随着科学技术的发展，电能的应用不仅影响到社会物质生产的各个侧面，也越来越广泛的渗透到人类生活的每个层面。
电气化在某种程度上成为现代化的同义词。
电气化程度也成为衡量社会文明发展水平的重要标志。
1-3 火力发电厂的分类，其电能生产过程及其特点？答：按燃料分：燃煤发电厂；燃油发电厂；燃气发电厂；余热发电厂。
按蒸气压力和温度分：中低压发电厂；高压发电厂；超高压发电厂；亚临界压力发电厂；超临界压力发电厂。
按原动机分：凝所式气轮机发电厂；燃气轮机发电厂；内燃机发电厂和蒸汽—燃气轮机发电厂。
按输出能源分：凝气式发电厂；热电厂。
按发电厂总装机容量分：小容量发电厂；中容量发电厂；大中容量发电厂；大容量发电厂。
火电厂的生产过程概括起来说是把煤中含有的化学能转变为电能的过程。
整个生产过程分三个系统：燃料的化学能在锅炉燃烧变为热能，加热锅炉中的水使之变为蒸汽，称为燃烧系统；锅炉产生的蒸汽进入气轮机，冲动气轮机的转子旋转，将热能转变为机械能，称不汽水系统；由气轮机转子的机械能带动发电机旋转，把机械能变为电能，称为电气系统。
1-4 水力发电厂的分类，其电能生产过程及其特点？答：按集中落差的方式分为：堤坝式水电厂；坝后式水电厂；河床式水电厂；引水式水电厂；混合式水电厂。
按径流调节的程度分为：无调节水电厂；有调节水电厂；日调节水电厂；年调节水电厂；多年调节水电厂。
水电厂具有以下特点：可综合利用水能资源；发电成本低，效率高；运行灵活；水能可储蓄和调节；水力发电不污染环境；水电厂建设投资较大工期长；水电厂建设和生产都受到河流的地形，水量及季节气象条件限制，因此发电量也受到水文气象条件的制约，有丰水期和枯水期之分，因而发电量不均衡；由于水库的兴建，淹没土地，移民搬迁，农业生产带来一些不利，还可能在一定和程度破坏自然的生态平衡。
导体和电气设备的原理与选择
§6~5 裸导体和电缆的选择
硬导体的动稳定性校验
硬导体的动稳定校验条件
每相为多条矩形导体母线的应力计算与校验 单位长度条间最大电动力fb 的计算
双条平放矩形导体侧视图
§6~5 裸导体和电缆的选择
硬导体的动稳定性校验
硬导体的动稳定校验条件
每相为多条矩形导体母线的应力计算与校验
根据两平行导体电动力计算公式，考虑每相为两 条且各通过50%的电流时，单位长度条间最大电 动力fb 为
fb
2K12 (0.4ish )(0.2ish )
1 2b
107
2K13 (0.4ish )2
1 4b
107
8( K12
K13 )is2h
1 b
109
§6~5 裸导体和电缆的选择
硬导体的动稳定性校验
硬导体的动稳定校验条件
每相为多条矩形导体母线的应力计算与校验
条间计算应力σb的计算
边条导体所受的最大弯矩Mb为
每相为单条矩形导体母线的应力计算与校验
W—导体的截面系数（m3），即导体对垂直于电动力 作用方向轴的抗弯矩，与导体尺寸和布置方式有关。
平放 W bh2 / 6
竖放 W b2h / 6
§6~5 裸导体和电缆的选择
硬导体的动稳定性校验
硬导体的动稳定校验条件
每相为单条矩形导体母线的应力计算与校验
由于相间距离较大，无论什么形状的导体和组合，计
算相间电动力fph时，可不考虑形状的影响，均按下式 计算
f ph
1.73 107
1 a
is2h
ish为三相短路冲击电流（A）；a为相间距离（m）；β 为动态应力系数。
§6~5 裸导体和电缆的选择
硬导体的动稳定性校验
发电厂电气部分导体和电气设备的原理与选择课件
电气设备型号的选择
总结词
电气设备型号的选择应根据其使用环境、性能要求、操作条件及维护需求等因素进行。
详细描述
在选择电气设备时，应考虑其使用环境，如温度、湿度、压力、腐蚀等，以及性能要求 ，如电压、电流、功率、效率等。同时，还需考虑设备的操作条件，如控制方式、操作 频率等，以及维护需求，如维修方便性、备件供应等。此外，电气设备型号的选择应符
变压器
变压器的作用
变压器是发电厂电气系统中用于变换电压的设备，它能够将一种电压等级的电能转换为另一种电压等级的电能。变压 器在输电、配电和发电等环节中都发挥着重要的作用。
变压器的原理
变压器利用电磁感应原理，通过一次绕组和二次绕组的相互作用，实现电压的变换。当交流电压施加在一次绕组时， 会在铁芯中产生交变磁场，从而在二次绕组中产生感应电动势，实现电压的变换。
要点二
互感器的原理
互感器利用电磁感应原理，将一次绕 组接入高电压和大电流的电路中，通 过电磁感应将二次绕组中的感应电动 势转换为低电压和小电流。二次绕组 通常与测量或保护装置连接，实现测 量或保护功能。
要点三
互感器的选择
选择互感器时，需要考虑其额定电流 、额定电压、准确级和安装环境等因 素。根据实际需求，选择合适的互感 器，以确保电路的正常运行和安全保 护。
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03
CATALOGUE
原理
导体电阻
01
导体电阻：导体在导电 过程中所遇到的阻力， 由导体的几何尺寸和材 料性质决定。
02
电阻的单位是欧姆，符 号为Ω。
03
电阻与导体的长度成正 比，与截面积成反比。
04
电阻率是描述材料导电 能力的物理量，电阻率 越大，导电能力越差。
导体和电气设备的原理与选择ppt
导体和电气设备的分类与特点
02
导体和电气设备的原理
1
导体和电气设备的物理原理
2
3
导体内的电流通过电子的流动产生，电阻则是导体对电流的阻碍。
电流与电阻
电流在导体中会产生磁场，当磁场发生变化时，会在邻近的导体中引起感应电流。
磁场与电磁感应
电流通过导体时会产生热量，这是焦耳定律的基本内容。
导体分类及特点
电气设备可分为发电设备、变电设备、输电设备、配电设备和用电设备等。发电设备如水力发电厂、火力发电厂等可将其他形式的能量转化为电能；变电设备如变压器可改变电压等级；输电设备如输电线路可将电能远距离传输；配电设备和用电设备则负责电能分配和使用。各种电气设备在电能的生产、传输和使用过程中发挥着不同的作用，并具有各自的特点和应用场景。
导体
电气设备是指用于电能的产生、传输、分配和使用的设备，如发电机、变压器、电动机、开关等。电气设备的核心是利用电磁原理实现电能与机械能、热能等其他形式的能量转换。
电气设备
导体和电气设备的定义
保障电力系统的安全与稳定
导体和电气设备在电力系统中扮演着至关重要的角色，它们是电能传输和分配的核心组成部分，保障了电力系统的安全与稳定运行。
适用性原则
根据使用场所、环境条件、设备性能要求等因素，选择适合的导体和电气设备，确保其能够正常工作并发挥最佳性能。
了解需求
01
在选择导体和电气设备之前，需要明确具体的使用需求，包括电流大小、电压等级、防护等级、使用频率等因素。
导体和电气设备的选用方法
查阅资料
02
通过查阅相关资料，了解各种导体和电气设备的性能特点、价格、适用范围等信息，以便进行合理选择。
发电厂电气部分(第五版)
5～71 72～126 127～215 216～357 358～470 471～576 577～627
第八章 发电厂和变电站的控制与信号 第九章 同步发电机的运行 第十章 电力变压器的运行
628～674 675～710 711～791
第一章 概述
第一节 电力工业发展概况
一、我国电力工业发展简况
1882年7月26日，上海电气公司在上海成立，安装了一台以蒸汽机带动的直流发电 机，并正式发电，从电厂到外滩沿街架线，供给照明用电，这是我国的第一座火电厂 。这与世界上第一座火电厂——于1875年建成的法国巴黎火车站电厂相距仅7年，与美 国的第一座火电厂——旧金山实验电厂相距3年，与英国的第一座火电厂——伦敦霍尔 蓬电厂同年建成，说明当年我国电力建设和世界强国差距并不大。
图1-6坝后式水电厂示意图
图1-7河床式水电厂示意图
（2）引水式水电厂。 由引水渠道造成水头，用于河床坡度较大的高水头中小型水电厂。
图1-8 引水式水电厂示意图
（3）混合式水电厂。在适宜开发的河段拦河筑坝，坝上游河段的落差由坝集中
，坝下游河段的落差由有压力引水道集中，而水电厂的水头则由这两部分落差共同形 成，这种集中落差的方式称为混合开发模式，由此而修建的水电厂称为混合式水电厂 ，它兼有堤坝式和引水式两种水电厂的特点。
（3）电气系统：超由汽轮机转子旋转的机械能带动发电机旋转，把机械 能变为电能，称为电气系统；
图1-1凝汽式发电厂生产过程示意图
“十一五”国家级规划教材
1. 燃烧系统
燃烧系统由运煤、磨煤、燃烧、风烟、灰渣等环节组成，其流程如图1-2所示。 图1-2 火电厂燃烧系统流程示意图
燃烧系统包括如下子系统：
从1882年7月上海第一台发电机组发电开始到1949年新中国成立，在60多年中经历 了辛亥革命、土地革命、抗日战争和解放战争，这时期电力工业发展迟缓，全国发电 设备的总装机容量184.86万kW（当时占世界第21位），年发电量仅43.1亿kW·h（当时 占世界第25位），人均年占有发电量不足10kW·h。
发电厂电气部分课后思考题答案
第一章能源和发电1-1 人类所认识的能量形式有哪些？并说明其特点。
答：第一、机械能。
它包括固体一流体的动能，势能，弹性能及表面张力能等。
其中动能和势能是大类最早认识的能量，称为宏观机械能。
第二、热能。
它是有构成物体的微观原子及分子振动与运行的动能，其宏观表现为温度的高低，反映了物体原子及分子运行的强度。
第三、化学能。
它是物质结构能的一种，即原子核外进行化学瓜是放出的能量，利用最普遍的化学能是燃烧碳和氢，而这两种元素是煤、石油、天然气等燃料中最主要的可燃元素。
第四、辐射能。
它是物质以电磁波形式发射的能量。
如地球表面所接受的太阳能就是辐射能的一种。
第五、核能。
这是蕴藏在原子核内的粒子间相互作用面释放的能。
释放巨大核能的核反应有两种，邓核裂变应和核聚变反应。
第六、电能。
它是与电子流动和积累有关的一种能量，通常是电池中的化学能而来的。
或是通过发电机将机械能转换得到的；反之，电能也可以通过电灯转换为光能，通过电动机转换为机械能，从而显示出电做功的本领。
1-2 能源分类方法有哪些？电能的特点及其在国民经济中的地位和作用？答：一、按获得方法分为一次能源和二次能源；二、按被利用程度分为常规能源和新能源；三、按能否再生分为可再生能源和非再生能源；四、按能源本身的性质分为含能体能源和过程性能源。
电能的特点：便于大规模生产和远距离输送；方便转换易于控制；损耗小；效率高；无气体和噪声污染。
随着科学技术的发展，电能的应用不仅影响到社会物质生产的各个侧面，也越来越广泛的渗透到人类生活的每个层面。
电气化在某种程度上成为现代化的同义词。
电气化程度也成为衡量社会文明发展水平的重要标志。
1-3 火力发电厂的分类，其电能生产过程及其特点？答：按燃料分：燃煤发电厂；燃油发电厂；燃气发电厂；余热发电厂。
按蒸气压力和温度分：中低压发电厂；高压发电厂；超高压发电厂；亚临界压力发电厂；超临界压力发电厂。
按原动机分：凝所式气轮机发电厂；燃气轮机发电厂；内燃机发电厂和蒸汽—燃气轮机发电厂。
电气设备的原理与选择
I 0 N1 fi bc sin( ) 100% I1 N1 I 0 N1 i sin i cos( ) 3440(') I1 N1
相位差:
电流互感器的准确级和额定容量
CT的准确级
CT根据测量时误差的大小而划分为不同的准确级。准确级是 指在规定的二次负荷范围内，一次电流为额定值时的最大电 流误差。
五、限流电抗器的选择
厂、站装设限流电抗器的主要目的是限制短路电流，以便选择 轻型断路器及较小截面的电缆，有的还用来在短路故障时维持母线 的残压水平，以提高厂用电动机及其它用户的工作可靠性。但电抗 器在运行中有少量的功率损失及显著的电压损失，从而使另一侧的 电压水平有所降低，故应加以校验。
10kV出线2
•一次回路电压的选择 0.8UN1<UNs<1.2UN1
•二次回路电压的选择
•种类和型式选择
PT的种类和型式应根据装设地点和使用条件进行选择。 在6～35KV屋内配电装臵中，一般采用油浸式或浇注式；110～ 220KV，常采用串级式电磁PT；110-500KV 的配电装臵，当容量 和准确级满足要求时，可采用电容式电压互感器。
变比:
额定电流比 ，一次、二次额定电流之比
Ki I N1 / I N 2 N2 / N1
电流互感器的误差：
I1 N1 I 2 N 2 I 0 N1
N2 I1 I 2 I0 I2 I0 N1 '
I1
I2 I0
z0 z2l
由于CT本身存在励磁损耗和磁饱和等影响，一次电流和二次 电流测量值得数值和相位都有差异，即测量结果有误差。 电流误差:
发电厂复习题
发电厂变电所电气部分第一章绪论习题1.电能有哪些优点?2.发电厂和变电所的作用是什么?各有哪些类型?3.什么是一次设备?什么是二次设备?举例说明。
4.什么是电气主接线?什么是配电装置?5.本课程的主要目的和任务是什么?习题2. 1填空题1.电弧有阴极区、和阳极区3部分组成。
2.交流电弧的电压波形成形变化。
3.多油断路器中的油起和作用。
4.高压断路器主要由导流部分、绝缘部分、部分和 4部分组成。
5.分裂电抗器在正常时电抗值，当其任何一条支路发生短路时，电抗值，因而能有效地限制短路电流。
6.断路器分闸时间为和之和。
7.装设隔离开关后，可以在设备检修时造成，使检修设备与带电设备8.隔离开关的型号GW5-110D/600中字母G表示，W表示，600表示9.电压互感器的二次侧不得，其外壳及二次侧必须10.常用的母材料有，铝和铝合金。
2.2选择题1.少油断路器的对地绝缘主要靠( )。
A绝缘油 B.瓷介质 C.空气 D.环氧树脂2.装设分段电抗器的作用是( )。
A.限制母线回路中的短路电流B.吸收多余的无功功率C.改善母线的电压质量D.改进用户的功率因数3.槽型母线与多条矩形母线相比，其冷却条件好，集肤效应( )。
A.小B.大C.相同D.相近4.隔离开关用于隔离电压或切换电路( )。
A.不得断开但可以接通负荷电路B.不得接通但可断开负荷电路C.不得断开或接通负荷电路D.不得转移电流或接通电路5.在交流电路中，弧电流过零值之后，当弧隙的恢复电压( )弧隙击穿电压时，将会使电弧熄灭。
A.大于B.等于C.小于D.正比于6.高压断路器多采用液压操动机构，其传递能量的媒介是( )。
A.氮气B.液压油C.压缩空气D. SF67.高压断路器的型号LW6-220中，L表示( )。
A.真空B.少油C.压缩空气D. SF68.高压熔断器的熔体往往采用铜、银等材料，这些材料有( )特点。
A.熔点高、电阻率小B.熔点低、电阻率小C.熔点高、电阻率大D.熔点低、电阻率大9.电压互感器0. 5级准确度级以在规定条件下的( )来标称。
《发电厂电气部分》课后习题答案
第一章能源和发电1-2 电能的特点：便于大规模生产和远距离输送；方便转换易于控制；损耗小；效率高；无气体和噪声污染。
随着科学技术的发展，电能的应用不仅影响到社会物质生产的各个侧面，也越来越广泛的渗透到人类生活的每个层面。
电气化在某种程度上成为现代化的同义词。
电气化程度也成为衡量社会文明发展水平的重要标志。
1-3 火力发电厂的分类，其电能生产过程及其特点？答：按燃料分：燃煤发电厂；燃油发电厂；燃气发电厂；余热发电厂。
按蒸气压力和温度分：中低压发电厂；高压发电厂；超高压发电厂；亚临界压力发电厂；超临界压力发电厂。
按原动机分：凝所式气轮机发电厂；燃气轮机发电厂；内燃机发电厂和蒸汽—燃气轮机发电厂。
按输出能源分：凝气式发电厂；热电厂。
按发电厂总装机容量分：小容量发电厂；中容量发电厂；大中容量发电厂；大容量发电厂。
火电厂的生产过程概括起来说是把煤中含有的化学能转变为电能的过程。
整个生产过程分三个系统：燃料的化学能在锅炉燃烧变为热能，加热锅炉中的水使之变为蒸汽，称为燃烧系统；锅炉产生的蒸汽进入气轮机，冲动气轮机的转子旋转，将热能转变为机械能，称不汽水系统；由气轮机转子的机械能带动发电机旋转，把机械能变为电能，称为电气系统。
1-4 水力发电厂的分类，其电能生产过程及其特点？答：按集中落差的方式分为：堤坝式水电厂；坝后式水电厂；河床式水电厂；引水式水电厂；混合式水电厂。
按径流调节的程度分为：无调节水电厂；有调节水电厂；日调节水电厂；年调节水电厂；多年调节水电厂。
水电厂具有以下特点：可综合利用水能资源；发电成本低，效率高；运行灵活；水能可储蓄和调节；水力发电不污染环境；水电厂建设投资较大工期长；水电厂建设和生产都受到河流的地形，水量及季节气象条件限制，因此发电量也受到水文气象条件的制约，有丰水期和枯水期之分，因而发电量不均衡；由于水库的兴建，淹没土地，移民搬迁，农业生产带来一些不利，还可能在一定和程度破坏自然的生态平衡。
导体和电气设备的原理与选择ppt
06
安全与维护
导体的安全距离与保护措施
导体安全距离
为了保证安全，不同类型和规格的导体之间应保持一定的距离，如高低压线路的 安全距离、带电作业的安全距离等。
保护措施
在导体的铺设和安装过程中，应采取适当的保护措施，如穿管铺设、采用封闭式 母线等，防止导体裸露、老化等问题。
连接方式
导体的连接方式主要有焊接、压接、螺丝连接等。不同的连接方式有各自的 优缺点和应用范围。
固定方法
导体的固定方法主要有螺丝固定、卡扣固定、支架固定等。根据不同的使用 环境和需求，选择合适的固定方法可保证导体的稳定性和安全性。
05
电气设备的选择与配置
电路元件的选择与计算
1
根据电路参数选择适当的导体类型和规格，如 电缆、铜线等。
2
根据电流和电压要求选择合适的断路器和接触 器等元件。
3
根据电路布局和安装环境选择适宜的元件尺寸 和类型。
电源设备的选型与配置
根据负荷性质和设备功率选择合适的电源设备， 如稳压电源、不间断电源等。
根据设备电压和电流要求配置合适的电源线径和 插座规格。
根据电源设备的特性和使用环境进行正确的安装 和接线。
开关设备的选型与配置
根据负荷性质和功率选择适 宜的开关设备，如断路器、
隔离开关等。
根据开关设备的特性和使用 环境进行正确的安装和接线
。
根据开关设备的操作方式和 操作机构选配适合的开关规
格。
保护设备的选型与配置
根据设备和线路的要求选择适当的保护设备，如 熔断器、继电器等。
根据保护设备的特性和使用环境进行正确的安装 和接线。
导体的热稳定性与电压降
发电厂电气部分(第四版)课件..
“十一五”国家级规划教材
发电厂电气部分
第二节 火力发电厂
一、火电厂的分类 按原动机分 （1）凝汽式汽轮机发电厂
（3）内燃机发电厂
（2）燃气轮机发电厂
（4）蒸汽-燃气轮机发电厂等。
按燃料分 （1）燃煤发电厂 （3）燃气发电厂 （2）燃油发电厂
（4）余热发电厂
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发电厂电气部分
按蒸汽压力和温度分 （1）中低压发电厂，其蒸汽压力在3.92MPa、温度为450℃的发电厂，单机功率
主要由堆芯的含汽量来控制。
图1-11 沸水堆核电厂的示意图
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发电厂电气部分
二、核电厂的系统 （一）核岛的核蒸汽供应系统
核蒸汽供应系统包括以下子系统：
（1）一回路主系统，包括压水堆、冷却剂主泵、蒸汽发生器和稳压器等。
（2）化学和容积控制系统。 （3）余热排出系统，又称停堆冷却系统。 （4）安全注射系统，又称紧急堆芯冷却系统。 （5）控制、保护和检测系统。
（二）按径流调节的程度分 （1）无调节水电厂。
（2）有调节水电厂。 根据水库对径流的调节程度，又可将水电厂分为：日调节水电厂，年调节水电厂和 多年调节水电厂。
“十一五”国家级规划教材
发电厂电气部分
二、水电厂的特点 （1）可综合利用水能资源。
（2）发电成本低、效率高。 （3）运行灵活。
（4）水能可储蓄和调节。
如图1-6所示。河床式水电厂示意图如图1-7所示。
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发电厂电气部分
图1-6坝后式水电厂示意图
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发电厂电气部分
图1-7河床式水电厂示意图
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发电厂电气部分--第13讲
第十三讲
主 讲： 刘君 E-mail: liujunlishu@ Tel: 80798449
第六章
导体和电气设备的原理与选择 （4）
基本要求： 1、高压熔断器的选择 2、导体的选择 3、电缆的选择
第五节 高压熔断器的选择
原理：电路发生过负荷或短路时，随着电流增大，熔
一、导体选型
导体材料 铜：只用于持续工作电流大，且出线位置特别狭窄或污秽对铝 有严重腐蚀的场所。 纯铝：矩形、槽形和管形 敷设方式 A B C 铝合金：管形 铝锰合金：载流量大，机械强度差 A B C 铝镁合金：载流量小，机械强度大，焊接困难，使用受限 类型
特点 矩形 槽形 管形 应用 集肤效应系数大，便于安装 只用于35KV及以下，电流在4000A及 以下的配电装置 机械强度高，载流量大，集 只用于35KV及以下，电流在4000－ 8000A的配电装置 肤系数小 机械强度高，集肤系数小 可用于35KV及以上，电流在8000A以 上的配电装置
N 频率系数 f m导体单位长度的质量(kg/m)
第七节 电缆、绝缘子和套管的选择
一、电力电缆的选择
§ 电缆芯线材料及型
号的选择
§ 截面选择
一般按长期发热允许电流选择，当最大负 荷利用小时数超过5000小时、长度超 过20米时，应按经济电流密度选择。 修正系数与敷设方式和环境温度有关。 敷设时电缆应保持一定的弯曲半径。
2 13 sh
衬垫间允许的最大跨距(临界跨距)--防止同相各条导体相互接触
Lcr = lb h f b
4
l ：铜双条1774，三条1355
铝双条1003，三条1197
满足动稳定的最大允许衬垫跨距
导体及电气设备的原理与选择
按短路条件校验设备的动 ） ） ） ）k此 和 电 出 器 充 备 路短如两显可路Qk若k反点母厂Qk但器短的为一短6Q点324时系流现对电用的QQQQFF两点、F路图点然见计I之。联用断之，运使般路为FFFF76s，统都在备检母情1>可可k点为1657可Q计所。：应算，断断路间电行将计短I、 （ 和 的5所供通用用查线况G两能能F： 短路能1Ik算 示 选 。 路 路 器 的 抗 相 算有给过母母时上。QQQ选+7G35点轻的的计为 点路2kQII的FFF发的联线，发Qk点 ： 器 器 与 连 器 点当kQIk系的I器Q路+择GG1s1GF45284。F3算+点型选选22IFF点短 确计短点电短断进恰生、 ） 的点选1统短时LQQ的 电 线 本 。可1++G5I67+短。G的点3的II短短路短机路路行好短化择择FF路 定算进1和路小I的 选Q+短择GG确 抗 很 身靠+G限。54路3短3I时路IF路路2，为为所电。+，s计为点行选择G路为+定。>流3路2I电，时的有流I+I电s时k则算，短择G时kG方作I2电流，G流13发之1、选流，、3用，流法。过由电和为择为流k，比流Q于6机，2：-F：流过k电1过供即74的点过抗短给：k计时过电Q电Q为短路7FF点算，全流流45电的小为点也部，要流额得短。会短但比计定多路此流 路算。点k时 Q电 IGs2的F点1， 流16确短短流 为定路路过 ：
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发电厂电气部分课程设计报告
2×25MW+2×50MW 火电厂主接线设计本次设计是火电厂主接线设计。
该水电站的总装机容量为 2 ×25MW+2 ×50MW =150 MW。
高压侧为 110Kv，四回出线与系统相连，发电机电压级有10 条电缆出线，其最大输送功率为 150MW，该电厂的厂用电率为 10%。
根据所给出的原始资料拟定两种电气主接线方案，然后对这两种方案发展可靠性、经济性和灵便性比拟后，保存一种较合理的方案，最后通过定量的技术经济比拟确定最终的电气主接线方案。
在对系统各种可能发生的短路故障分析计算的根抵上，进展了电气设备和导体的选择校验设计。
在对发电厂一次系统分析的根抵上，对发电厂的配电装置布置、防雷保护做了初步简单的设计。
此次设计的过程是一次将理论与实际相结合的初步过程，起到学以致用，稳固和加深对本专业的理解，建立了工程设计的根本观念，提升了自身设计能力。
电气主接线，短路电流计算，设备选型，配电装置布置，防雷保护。
一、原始资料：某新建地方热电厂，发机电组 2 × 25MW+2 × 50MW ，cosΘ = 0.8 ，U=6.3KV，发电机电压级有10 条电缆出线，其最大综合负荷30MW，最小负荷 20MW，厂用电率 10%，高压侧为 110KV，有 4 条回路与电力系统相连，中压侧 35KV,最大综合负荷 20MW，最小负荷 15MW。
发电厂处于北方平原地带，防雷按当地平均雷暴日考虑，土壤为普通沙土。
系统容量 2000MW，电抗值 0.8 〔归算到 100KVA〕。
二、设计容：a) 设计发电厂的主接线〔两份选一〕，选择主变的型号；b) 选择短路点计算三相对称短路电流和不对称短路电流并汇总成表；c) 选择各电压等级的电气设备〔断路器、隔离开关、母线、支柱绝缘子、穿墙套管、电抗器、电流互感器、电压互感器〕并汇总成表；三、设计成果：设计说明计算书一份； 1 号图纸一。
导体及电气设备的原理与选择
导体及电气设备的原理与选择前言在现代社会中，导体及电气设备是我们生活中不可或缺的一部分。
无论是家庭用电还是工业生产，电气设备都扮演着重要的角色。
本文将介绍导体和电气设备的原理，以及如何选择合适的设备。
导体的原理导体是一种能够传导电流的材料。
在导体中，电流的传导是由电子的移动来实现的。
导体中的电子在受到外界电场的力作用下，会发生自由移动，从而形成电流。
导体的导电性取决于其原子或分子结构。
通常，具有松散结构的材料，例如金属，是良好的导体。
金属中的电子可以自由移动，因此可以很容易地形成电流。
而对于非金属材料，由于其原子或分子结构的限制，电子的移动受到阻碍，因此导电性较差。
导体的选择在选择导体时，需要考虑以下因素：1. 导电性能不同的导体具有不同的导电性能。
一般来说，金属材料具有更好的导电性能，因此常用于电路的导线和连接器中。
在选择导线和连接器时，应选择具有良好导电性能的金属材料，如铜或铝。
2. 机械强度导体在使用过程中需要承受一定的机械应力，因此导体材料的机械强度也是选择的重要考虑因素之一。
导体应能够抵抗拉伸、弯曲和挤压等力。
一些强度较高的导体材料，如钢铁或铜合金，常用于要求较高机械强度的场合。
3. 抗腐蚀性导体可能暴露在潮湿、酸性或碱性环境中，因此其抗腐蚀性也是选择导体的重要考虑因素之一。
一些具有良好抗腐蚀性的材料，如不锈钢或镀银的铜线，常被选用。
4. 成本因素导体的成本也是选择的重要因素。
不同材料的导体具有不同的价格。
在满足性能要求的前提下，应选择成本较低的导体材料。
电气设备的原理电气设备是指用于控制、转换和分配电能的设备。
电气设备的原理可以总结为以下几点：1. 电路原理电气设备的工作原理基于电路原理。
电路由电源、导线、开关、元件等组成。
电气设备的工作状态取决于电路中元件的连接和开关的状态。
通过控制开关的状态，可以实现电气设备的启动、停止、控制等功能。
2. 电能转换电气设备的一个重要功能是将电能转换成其他形式的能量。
6导体及电气设备的原理与选择
按短路条件校验设备的动稳定和热稳定 k7点为短路 • 短路计算点的确定方法 k 短路时，流过 QF 的为 4 7 点短路时，流过 k 点短路时，由于电抗 5 3 k 点短路时，流过 计算点。此 如图所示： 1 系统和所有发电机供给 k2点短路 器 L 的限流作用，流过 QF 短路电流为： 时，也会流 6 QF 短路电流为： 1 的短路电流之和，即： 1）QF1、QF 、 QF QF 的短路电流比 k4点短 时，流过 2 7 3的选择 过全部短路 I + I + I G 1 G 2 G 3 II + I + I IG1 + IG2+ G 2 G 3 s IG3。 s+ 路时小。 2 ） QF （ QF ）的选择 QF6 短路 电流，但 • QF16 可能的选择为 k1、k2 8 1 QF4的额定 电流为： k两点。 3 QF 和 QF 的选择 6点为短路计算点。 •） QF 可能的选择为 k 、 4 65 2 电流要比 I 此时，所有发电机 4 ） QF 的选择 G1 k3两点： 7 • 和系统供给的短路 母联断路器 QF5 QF5小得多。 s QF • 但断路器与电抗 QFQF 7可能的选择为 • 电流都通过 厂用断路器 5。 4 器之间的连线很 k4、k5两点。 出现在用母联断路 短，电抗器本身 器对备用母线进行 • 充电检查时，恰好 若 Is>IG1 IG2 IG3 的运行相当可靠。 显然： I+ I+ I，则 G2+ G3+ s>IG1 k • 为使 QF7轻型化， 2点为短路计算点， • 备用母线上发生短 可见应选 k1点进行短 路的情况。 一般将 k 点确定为 反之， 为短路计算 5 3 路计算。 短路计算点。 点。 6-1 短路电流计算点的确定
导体和电气设备的原理与选择
图6-2示出其介质强度恢复过程的典型曲线。
从图中可以看出：
在电流过零瞬间，介质强度突 然出现oa(oa’、oa”)升高的 现象，称为近阴极效应。
近阴极效应：
电弧过零之前，弧隙充满着电子和正离子。 当电流过零后，弧隙的电极极性发生改变，弧隙中的电子立即 向新阳极运动，
而比电子质量大一千多倍的正离子则基本 未动，从而在新阴极附近出现正离子层， 其电导很低，显示出一定的介质强度，约 在0.1～1µs的短暂时间内有150～250V起 始介质强度。
tpr——继电保护动作时间。备在保验护算动电作器时的间短。路热效应时，宜采用后
tbr——相应断路器的全开断时间
tbr =tin+ta
tin ——断路器固有分闸时间，可在手册上查出。 ta ——断路器开断时电弧持续时间。
第二节 高压断路器和隔离开关的原理与选择
回顾 : 高压断路器的主要功能 ①正常状况下，控制各电力线路的开断与闭合。 ②事故时在继电保护装置控制下能自动切除短路电流。
熄灭电弧的条件应为：Ud(路器熄灭交流电弧的方法
1、采用良好的灭弧介质
电弧中的去游离程度在很大程度上取决于电弧周围介质 的特性，如介质的传热能力、介电强度、热游温度和热容导。 常用灭弧介质：油、SF6、真空 。
2、采用特殊材料做灭弧触头
熔点高、导热系数和热容量大的耐高温金属作触头材料，可以 减少热电子发射和电弧中的金属蒸气，抑制游离作用。 常用的触头材料有： 铜、钨合金和银、钨合金等
IN ≥ Imax
IN指在额定周围环境温度下，电气设备 长期允许通过的最大电流。
3、环境条件对设备选择的影响
（1）海拔高度的影响 海拔：﹤1000m，选择普通非高原性设备。 海拔：1000m～3500m， 海拔比制造厂家规定值每升高100m，电气设备最高工作 电压下降1％。 当最高工作电压不能满足要求时： 应采用高原型电气设备或采用外绝缘提高一级的产品。 对于110kV及以下电气设备，由于外绝缘裕度较大，可在 海拔2000m以下使用。
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i es i sh
或 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
12
I es I sh
二、按短路条件校验电气设备 不需要校验热稳定或动稳定的情况
• 1)用熔断器保护的电气设备，其热稳定由熔断 时间保证，可不校验热稳定。 • 2)采用有限流电阻的熔断器保护的设备可不校 验动稳定。 • 3)装设在电压互感器回路中的裸导体和电气设 备可不校验热、动稳定。
I t Qk
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
2 t
11
二、按短路条件校验电气设备
2．短路电动力稳定校验
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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。 电气设备满足短路动稳定的条件是：
(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
14
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
作者：李长松 版权所有
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 QF5 短路时通过断路器的 电流值，择其大者为 短路计算点。
第四章
导体和电气设备的 原理与选择
4.1 电气设备选择的一般条件 4.2 高压断路器和隔离开关的原理与选择
4.3 互感器的原理与选择
4.4 限流电抗器的选择
4.5 高压熔断器的选择
4.6 裸导体的选择
4.7 电缆、绝缘子和套管的选择
2
4.1 电气设备选择的一般条件
3
电气设备选择的一般条件
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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。
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 。
5
一、按正常工作条件选择电气设备
1．额定电压
2．额定电流
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最大长期持续工作电流Imax的计算 回路名称 最大长期持续工作电流 发电机 变压器
I max 1.05 I GN I max 1.05 I T N 1.05 PGN 3 UN cos φ 1.05 S T N 3 UN
备注
母联断路器
母线分段电抗器 出线
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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
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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
＋
静触头 阳极区 弧柱区
电弧是一束游离的气体，质 阴极区 量极轻，容易变形。在气体 － 动触头 或液体的流动作用下，或在 电动力的作用下，电弧能 迅速移动、伸长或弯曲
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高压断路器
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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。
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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＜(115%)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。
U N U NS
6
一、按正常工作条件选择电气设备
2．额定电流
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QF5 k4
k6 k5 It k3 QF3 k1 k8 k7 QF4
QF1 k2
Ig1
QF2
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。
Ig2
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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
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选择通过电气设备的短 路电流为最大的点为短 路计算点 出线电抗器回路： 一般选电抗器后k8 QF5 点为短路计算点。
而 t ab t in t a
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
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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
作者：李长松 版权所有
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， 因此短路开断计算时间tbr为主保护动作时间tpr1和 断路器固有分闸时间tin之和。 即
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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
作者：李长松 版权所有
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。
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二、按短路条件校验电气设备
作者：李长松 版权所有
3．短路电流计算条件 为使所选电气设备具有足够的可靠性、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。 (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
k4
k6 k5 It k3 QF3 k1 k8 k7 QF4
QF1 k2
Ig1
QF2
Ig2
15
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
作者：李长松 版权所有
选择通过电气设备的短 路电流为最大的点为短 路计算点
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，
电气设备的额定电流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。 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
I N I max
电气设备工作的回路不同，其最大持续工作电流 Imax不同。
7
一、按正常工作条件选择电气设备
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一、电弧的基本理论
(一)电弧的产生、维持及物理过.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。
一、电弧的基本理论
(一)电弧的产生、维持及物理过程
作者：李长松 版权所有
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。 热游离：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。
t br t pr1 t in
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)
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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
短路开始 发出跳闸命令
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电弧熄灭
tab
动静触头分开
tin
ta
tpr1
tbr tk
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4.2 高压断路器和隔离开关的 原理与选择
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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
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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
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一、电弧的基本理论
(一)电弧的产生、维持及物理过程
作者：李长松 版权所有
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。 26
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%
I max
PL 3UN cos φ
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一、按正常工作条件选择电气设备
3．按当地环境进行修正
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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。
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一、电弧的基本理论