第十一章 电气设备选择及短路电流限制

③分段断路器： 应在T1切除时，选K4为计算点。 ④变压器回路的QF5和QF6： 对QF5，应选K5（K6断开时）； 对QF6，应选K6（K5断开 时）。 ⑤出线回路QF7： 显然，K2短路时，比K7短路时流过QF7的电流大，但运行经 验表明，电抗器工作可靠性高，且断路器和电抗器之间的 连线很短，K2短路可能性小，故选择K7为QF7的计算点， 这样出线可选用轻型断路器。 ⑥厂用变回路断路器QF8，一般QF8至厂用变压器之间的连线 多为较长电缆，存在短路的可能性，因此，选K8为QF8的 短路计算点。
母线分段回路
考虑电源元件事故跳闸后仍能保证该段母 线负荷
旁路回路
出线
3．选择设备的种类和型式
（1）应根据电器装置地点、使用条件、检修 和运行要求，进行种类和型式的选择。 （2）其他特殊环境条件的影响。
二、按短路情况校验
1．短路电流的计算条件 （1）容量和接线：容量应该按本工程的最终容量 计算，考虑到系统的远景发展，一般为本工程建 成5～10年，其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：一般按三相短路校验，若发电机 出口两相短路或中性点直接接地系统及自耦变压 器等回路的单相、两相接地短路较三相严重时， 则热稳定按严重情况校验。
（4）两相短路和三相短路电动力大小的比较 两相短路时，故障两相导体中短路电流大小相等，方向相反，当导 体平行布置时，故障相两导体间的电动力为排斥力，则通过短路冲击 电流电动力的最大值为：
三相短路时，如三相导体平行布置在同一平面，中间相所受的电动 力最大，其值为： (3) ( 3) 2 l 7
l ( 2) F ( 2) 2 K f [ich ] 2 10 7 a
F 2 10
式中
i1、 i2——两平行导体中电流的瞬时值，A； l——平行导体的长度，m； a——导体轴线间距离，m； Kf——形状系数； F——电动力，N。
a
i1i2 K f
（2）电动力的方向 同向相吸，异向相斥 （3）电动力的计算
形状系数与导体截面形状、尺寸及相互间距离有关。对于矩形截
面的导体，如截面宽度为b，厚度为h，则对于不同的宽度与厚度的比
al
al
K 0.149 70
2．按经济电流密度选择
（1）选择条件：除配电装置的汇流母线和较短导体及厂用电动机的电缆 外，对长度在20m以上的母线（如发电机出口母线），一般按经济电 流密度选择。 （2）选择原因：导体的电能损耗与负荷电流和导体的截面有关，而负荷 电流一定时，导体截面越大，损耗越小；另一方面，导体截面增大， 导致综合投资增加，小修、维护费及折旧费增加。故导体取某一截面 时，两方面综合费用最小。这一截面即经济截面。
( 2)

二、短路电流的热效应

1.发热产生的原因：
(1)电阻损耗 (2)介质损耗 (3)磁滞和涡流损耗

2.发热对导体和电器产生的影响：
(1) 机械强度下降 (2) 接触电阻增加 (3) 绝缘性能降低

3． 两种发热状况：
（1）长期发热——正常工作情况下的持续发热 （2）短时发热——故障情况下的短时发热
Ucr>Umax
（四）热稳定校验
S min
Q
K
A
f
Ai

Q
K
C
(mm2 )
C——热稳定系数，Af和Ai分别取与短路时母线最高允许发热 温度及正常运行时母线最高工作温度相对应的值。
在不同的工作温度下，对于不同母线材料，C值可取下表所列数值。
40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
ab 值m＝b/h，形状系数随 b h 而不同，变化曲线如图。
当m<1时，Kf<1；当增大时，即导体间的净距增大时，趋近于1；
当导体间的净距足够大，即当
ab ≥2时，Kf≈1，这相当于电流集中 bh
在导体的轴线上，导体的截面形状对电动力无影响。
对于圆形截面导体，形状系数Kf=1。
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（三）电晕电压校验
1．电晕产生的影响： （1）降低空气的绝缘强度，相间容易被击穿； （2）在电晕范围内进行着化学反应，形成O3和氮的氧化物， 腐蚀金属和有机绝缘材料； （3）引起电能损失； （4）电晕有特殊的噪声和破裂声，影响工作人员听觉检查 设备工作情况； （5）产生无线电干扰。 2.选择条件： 63kV及以下系统，一般不会出现全面电晕，不必校验，对 110kV及以上系统的裸导体，应按当地晴天不发生全面电 晕的条件校验，使：
图中未给出铜母线及铜裸导线的经济电流密度，当需要选用时，可按下述取值： 为3000h以下，Jmax＝3.0A/mm2；为3000h～5000h时， Jmax ＝2.25A/mm2； 为5000h以上， Jmax ＝1.75A/mm2。 应选择最接近Sj的标准截面，可偏小一档选择，另外还必须满足Ial≥Imax的要求。
2．短路计算时间
（1）热稳定的短路电流持续时间tk，即计算短路电流热效应Qk的时间。 tk＝tpr2+ tab＝tpr+( tin + ta)
tpr2——继电保护后备保护动作时间； tab——断路器全开断（全分闸）时间； tin——断路器固有分闸时间； ta——断路器开断时电弧持续时间。
(2) 断路器触头实际开断能力的开断计算时间tk。开断电器应能在最严重的情况下开断 短路电流（校验断路器的断流能力时用到，求Izk ） tk＝tprl +tin tprl——继电保护主保护动作时间； tin——断路器固有分闸时间。
t
一、按正常工作条件选择
1．按额定电压选择
即： Ualm≥Usm
备的最高允许电压不得低于所装设回路的最高运行电压。
一般电气设备和电缆：Ualm＝（1.1～1.15）UNS
电网： Usm≤1.1UNS
故只要UN不低于UNS就能满足上式，故可按下式选择：
UN≥ UNS 注意事项：（1）其中裸导体承受电压能力由绝缘子和安全净距保证， 无额定电压选择问题。 （2）海拔的影响。
Imax的计算：
回路名称 发电机、调相机回路 变压器回路 母线联络回路、主母线 Imax 1.05倍发电机、调相机额定电流 1．1.05倍变压器额定电流 2．（1.3～2.0）倍变压器额定电流 母线上最大一台发电机或变压器的Imax 1．发电厂为最大一台发电机额定电流的50 ％～80％ 2．变压器应满足用户的一级负荷和大部分二 级负荷 需旁路的回路的最大额定电流 1．单回路：线路最大负荷电流 2．双回路：（1.2～2）倍一回线的正常最大负 荷电流 3．环形与一台半断路器接线：两个相邻回路 正常负荷电流 4．桥形接线：最大元件的负荷电流 电动机回路 电动机的额定电流 包括线损和事故时转移过来的负荷 包括线损和事故时转移过来的负荷 考虑断路器事故或检修时，一个回路加另 一最大回路负荷电流的可能 桥回路尚需考虑系统穿越功率 说明 当发电机冷却气体温度低于额定值时，允 许每低1℃电流增加0.5％ 变压器通常允许正常或事故过负荷，必要 时按（1.3～2.0）倍计算
f
f
2 ph L
10
（N•m）
1 2 i a sh
工作温度（℃）
硬铝及铝锰合金 硬铜
99 186
97 183
95 181
93 176
91 176
89 174
87 171
85 169
83 166
81 164
79 161
（五）硬母线的动稳定校验
1．矩形母线应力的计算：
ph
M W
ph ph
（1）单条导体（只受相间电动力的作用），当跨数大于2时，导体所受 的最大弯距为： M ph
2．按额定电流选择
额定环境条件： （1）环境温度 （2）日照 （3）海拔 实际环境条件与额定环境条件不同时，电气设 备的长期允许电流应修正。即:
I al KI N I max
综合校正系数K （1）对于裸导体和电缆：
K
25
al al
（2）对于电器：
40℃≤θ ≤60℃时，K＝1－（θ －40）×0.018 0℃≤θ ≤40℃时，K＝1＋（40－θ ）×0.005 θ < 0℃时, K＝1.2
3.热稳定和动稳定校验
（1）热稳定校验 ①导体和电缆：S≥Smin S—按正常工作条件选择的导体或电缆的截面积； Smin—按热稳定确定的导体或电缆的最小截面积。 2 ②电器： I t t Qk [(kA)2S] （2）动稳定校验 ①硬导体满足动稳定的条件为：σ al≥σ max σ al—导体材料最大允许应力； σ max—导体最大计算应力。 ②电器满足动稳定的条件为：ies≥ish
第十一章 电气设备选择及短路电流限制
一、 短路电流的电动力效应
1．电动力效应—— 载流导体之间产生电动力的相互作用 2．短路电流所产生的巨大电动力的危害性： （1）电器的载流部分可能因为电动力而振动，或者因电动力所产生的 应力大于其材料允许应力而变形，甚至使绝缘部件或载流部件损坏。 （2）电气设备的电磁绕组，受到巨大的电动力作用，可能使绕组变形 或损坏。 3．两平行导体电动力的计算方法 （1）计算公式 ： 7 L
（3）短路计算点
选择通过校验对象的短路电流为最大的那些点作为短路计算点，对两 侧都有电源的设备，将电器两侧的短路点进行比较，选出其中流过电 器的短路电流较大的一点。
①发电机回路的QF1（QF2）类似： 当K4短路时，通过QF1的电流为G1提供， 当K1短路时，流过QF1的电流为G2及系统 提供，如果G1和G2的容量相同，则后者 大于前者，故应选K1为QF1的短路计算点。 ②母联QF3： 当用QF3向备用母线充电时，如备用 母线故障，即K3短路，这时流过QF3的 电流为G1、G2及系统供给的全部电流， 情况最严重。故选K3为短路计算点。