7第六章导体和电气设备的原理与选择

母联QF5：考虑母联断路器QF5向备用母线充电时，备用母线故 障，即K4点短路时，流过母联断路器的短路电流最大。
带电抗器的6～10KV出线回路：由于干式电抗器可靠性高，且断 路器QF4与电抗器间的连线很短，故障几率小，导体和电器设备的 短路计算点，一般不选K7，而应选K8。
主变低压侧QF3：可能出现的短路点和运行方式很多，当变压器 高压侧QF6断开而K3点短路时最严重。类似的，选择QF6，应为 QF3断开，K5点短路。
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一、导体和电器选择的一般原则
按正常工作条件进行选择 按短路状态校验热稳定和动稳定
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1、按正常工作条件选择电器设备
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2、电弧的危害
电弧的温度高达5000～7000度以上，常超过 金属的汽化点，可能烧坏开关电器的金属触头 或绝缘。
若电弧长时间不熄灭，不仅烧坏开关电器， 而且造成系统事故，威胁电力系统安全运行。
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土中直埋：最热月平 均地温
电抗器室：该处通风 设计最高排风温度
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海拔高度的影响
海拔增加，空气密度和湿度降低，空气间隙和外绝缘的放电特 性下降，设备外绝缘强度将随海拔的升高而降低，导致设备允 许的最高工作电压Ualm下降。
注意：同过电气设备的短路电流和流入短路点的短路 的短路电流不一定相同
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发电机出口断路器：比较K1和K2点短路时，哪种情况通过QF1的 短路电流大。
当海拔在1000~4000m时，按照海拔每增加100m， Ualm下降 1%来修正；
如果Ualm不能满足要求，需选择高原型产品或外绝缘提高一级 的产品。
现有110kV及以下的设备，外绝缘裕度大，可在海拔2000m以 下使用。
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3、交流电弧的特点
过零自然熄灭 动态伏安特性
燃弧电压
熄弧电压
电弧的热惯性 ----交流电弧温度的变化滞后于电流的变化。
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4、交流电弧的熄灭条件及灭弧方法
Ud
Ur1
Ur2
弧隙介质强度Ud(t) ---电弧电流过零电弧熄灭时，弧隙绝缘能 力的恢复过程，用耐受电压表示。
短路热稳定校验
I
2 t
t
≥
Qk
或 S ≥Smin
Qk----短路电流产生的热效应；
It 、t-----电器允许通过的热稳定电流和时间
S---按正常工作条件确定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 电动力稳定校验
ies ≥ ish 或 Ies ≥ Ish
ish 、Ish -----短路冲击电流幅值和有效值；
▪在故障时用于切断故障部分，使电力系统恢 复正常运行。
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正常工作情况下断开 或闭合正常工作电流
断开故障情况下过负 荷电流或短路电流
断开或闭合正常工作电流、 过负荷电流、短路电流
高压负荷开关 低压闸刀开关
变电所为用户一类负荷和大部分二类负荷 旁路回路 ---需旁路的回路最大额定电流
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2、按短路情况校验
3、电弧的形成
电弧----气体游离放电现象。 加强去游离的方法 游离----中性质点转化为带电质点。
强电场发射 热电子发射
碰撞游离 热游离
游离
去游离
复合 扩散
拉长电弧 冷却 增大气体介质压力
浓度扩散 温度扩散 冷气吹弧
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额定电压
UN ≥ UNS UN-------电器设备额定电压； UNS -------电网额定电压 额定电流
K IN ≥ Imax IN -------电器设备在额定环境温度下的长期允许电流 Imax -------电器所在回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电 流
K -------综合修正系数
当地环境条件校验
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选择导体和电器时的实际环境温度
屋外
裸导体 最热月平均 最高温度
电缆
电缆沟：最 热月平均最 高温度
电器 年最高温度
屋内 屋内通风设计温 度，无资料时取 最热月平均最高 温度加5度 同上
同上
电缆隧道：该处通风 设计温度；
近
阴
极
效
应
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U 2U0 U0
ia
Ua
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弧隙电压恢复过程 Ur(t)
恢复电压由两部分组成：瞬态恢复电压Utr和 工频恢复电压Usr
受线路参数的影响，电压恢复过程可能是周 期性的变化过程或非周期性变化过程。
控制通断元件，接到合闸或分 闸命令后，经中间传动机构驱 动动触头实现断路器的开合。
基座
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录像---高压断路器
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短路时电网的总阻抗减小，短路电流增大，使导体大量发热， 对机械强度和绝缘产生很大的影响，同时还将产生很大的电动力 作用于导体，使导体变形或损坏。因此电气装置中的各种电器设 备应有足够的电动力稳定性和热稳定性，在流过最大可能的短路 电流时间内不致损坏。
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3、短路电流计算条件
容量和接线 按本工程的最终容量计算，并考虑本工 程建成后5～10年的电力系统远景发展规划，按可能发 生最大短路电流的正常接线方式进行短路计算。 短路种类 一般按三相短路进行验算。 选择短路计算点 在短路计算接线中，选择通过电器 的短路电流为最大的点为短路计算点。
应电势，造成对通信线路和信号系统的干扰
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电力系统对电气设备的基本要求
绝缘安全可靠，能够承受工频最高工作电压 的长期作用、内外过电压的短时作用； 有一定的过载能力； 正常发热不超过正常发热的允许温度； 有足够的热稳定性和动稳定性； 工作性能可靠，结构简单，成本低。
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典型回路最大持续工作电流Imax的计算方法
发电机、调相机回路---1.05倍发电机、调相机额定电流 变压器回路 ---1.05倍变压器额定电流
---1.3~2.0倍变压器额定电流 电动机回路 ---电动机额定电流 单回路出线---线路最大负荷电流 双回路出线---1.2~2.0倍一回线的正常最大负荷电流 带电抗器出线 ---电抗器额定电流 角形与一台半断路器接线回路出线---两个相邻回路正常负荷电流 桥型接线出线--最大元件负荷电流，桥回路还需考虑系统穿越功率 主母线、母联回路 ---母线上最大一台发电机或变压器的计算电流 母线分段回路 --- 发电厂相邻两段母线上最大一台发电机额定电流的50-80％
第六章 导体和电气设备的原理与选择 （1）
基本要求： 1、设备选择的一般原则 2、高压断路器的电弧理论 3、高压断路器、隔离开关的选择
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问题
发生短路的原因？短路的危害？为选择电气设备而 进行的短路计算的条件是什么？ 导体和电气设备选择的一般原则？ 如何选择断路器、隔离开关、互感器、限流电抗器、 高压熔断器、裸导体、电缆、绝缘子、套管？
接触器 磁力启动器
高、低ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ熔断器
高压断路器 低压空气开关
检修时隔离电压
隔离开关
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高压断路器的基本结构
电路通断元件
接线端子、导电杆、触头、 灭弧室
绝缘支撑元件
固定通断元件并使其带电部 分与地绝缘
操动机构
ies 、Ies -----电器允许通过的动稳定电流的幅值和有效值。
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不需要校验热稳定或动稳定的情况
a. 用熔断器保护的电器可不验算热稳定。 b. 采用有限流电阻的熔断器保护的设备可不 校验动稳定。 c. 装设在电压互感器回路中的裸导体和电器 可不验算热稳定和动稳定。
tb r = t p r1 + tin
t p r1-------主保护动作时间
tin -------断路器固有分闸时间
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二、开关电器的作用和种类
▪正常情况下，当电气设备检修或系统运行方 式改变时，用于接入或退出发电机、变压器、 线路等设备。
-----由灭弧装置的结构和灭弧介质的性质决定
弧隙电源电压Ur(t) ---电弧电流自然过零后，电源施加于弧隙 的电压的恢复过程，用恢复电压表示。
-----与线路参数、负荷性质等有关
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介质强度的恢复Ud(t)
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我国规定电气设备的一般额定环境条件
额定环境温度（计算温度或基准温度） 1）裸导体和电缆：25℃ 2）断路器、隔离开关、穿墙套管、电流互感 器、电抗器等：40 ℃ 3）无日照
海拔高度 不超过1000m
分段断路器QF7：当主变T1退出运行而相应母线段K1点发生短路 时最严重。
母线至母线隔离开关前的引线和套管：应选择母线段K7点。
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短路计算时间 验算热稳定的计算时间 tk = tpr + tab ta b = tin + ta tp r-------后备保护动作时间； ta b--------断路器全开断时间； ti n--------断路器固有分闸时间； t0a.0--6-s---，--断SF路6和器压开缩断空时气，断电路弧器持约续为时0间.0，2～对0少.0油4s断。路器0.04～ 开关电器的开断时间
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三、开关电器电弧的形成与熄灭
1、电弧放电的特征
能量集中，温度很高，亮度很强
电弧由三部分组成：阴极区、阳极区、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
电弧是一束游离气体，质量极轻，容易变形。
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短路时往往有电弧产生，不仅可能烧坏元件本身，还可能烧坏 周围的设备
短路电流基本上是感性电流，将产生去磁性电枢反应，使发电 机端电压下降，同时短路电流流过线路、电抗器等回路时电压损 失增大，因而电网电压降低
短路时由于系统中功率分布突然变化和网络电压降低，可能导 致并列运行的同步发电机组之间失去同步
不对称的短路故障会产生零序电流，会在邻近的线路内产生感