第六章导体和电气设备原理和选择

2. 交流电弧的特性
特性:动态特性 特点:交流电流每次过零时,电弧都要暂时熄灭
第六章导体和电气设备原理和选择
3. 交流电弧的熄灭
温度高,烧坏开关电器的金属触头
电弧的危害
烧坏开关电器的绝缘
延长事故时间,威胁电力系统安全运行
弧隙介质强度Ud(t)恢复过程: 电弧电流过零、电弧暂时熄灭后，弧隙介质强 度逐渐恢复到正常绝缘能力的过程
去游离方式
“复合”：带电质点重新结合成中性质点 “扩散”：带电质点向周围介质扩散出去
游离过程 大于 去游离过程 则电弧越来越旺 游离过程 等于 去游离过程 则电弧维持不变 游离过程 小于 去游离过程 则电弧越来越小，最后熄灭
熄灭电弧的基本条件：
去游离过程 大于 游离过程
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（2）短路类型 一般按三相短路计算，当其它类型短路较三相短路严重时，则按最 严重的情况计算
（3）短路计算点 原则：选择通过电气设备短路电流最大的点 实际：一个电压等级选择一个（同电位各点的 短路电流值相等），但需计算各分支提供的 短路电流，以供设备选择之用
（4）短路计算时间
热稳定： tk=tpr+tbr tbr=tin+ta
电气设备选择的一般原则：按正常工作条件进行选择，然后按短
路状态来校验其热稳定和动稳定。
一、按正常工作条件选择电气设备
1.额定电压
UN：电气设备额定电压 UNs：电气设备安装地点额定电压
选择方法： UN ≥ UNs
2.额定电流
IN：电气设备额定电流 Imax：电气设备所在回路最大持续工作电流
选择方法： 第IN六≥章I导m体ax和电气设备原理和选择
下列几种情况可不校验动稳定或热稳定
1)用熔断器保护的电气设备，可不校验热稳定
2)用有限流作用熔断器保护的电气设备，可不校验动稳定，电缆不校验动稳定
3)电压互感器回路的电气设备，可不校验动稳定和热稳定
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3.短路电流计算条件
（1）容量和接线 容量— 按工程设计最终容量计算（考虑5-10远景规划）； 接线– 最大运行方式（能产生最大短路电流的正常接线方式）。
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三、短路器开断短路电流时的物理过程(弧隙电压恢复过程分析)
弧隙电压恢复过程分析
U0：电弧电流0过 时的 电源电压瞬时值
第六章导体和电气设备原理和选择
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幅值系数: 电压恢复速度:
半个固有振荡频率内电压恢复的平均速度:
Imax =
1.05IN 发电机、调相机、变压器回路
IN (母线上最大一台发电机、变压器额定电流) 母联回路
0.5-0.8IN （母线上最大一台发电机额定电流） 分断回路
PN
3U N cos
馈线回路
PN
3U Ncos
电动机回路
3.环境条件的影响 对额定电压选择的影响（非高原型、高原型） 对电流选择的影响
第六章 导体和电气设备的原理与选择
(Chap 6 The Principle and Selection of Conductor and Electrical Equipment)
第六章导体和电气设备原理和选择
• 第一节 电气设备选择的一般条件
(6.1 The General Conditions for the Selection of Electrical Equipment)
2.对断路器的基本要求：足够的开断能力、快速、可靠性高 3.断路器的重要任务：熄灭切断电流时产生的电弧 4.断路器的结构特点：有完善的灭弧装置，而隔离开关无灭弧装置
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二、电弧的形成与熄灭
1. 产生电弧的物理过程
原因：触头本身及触头周围介质中含有大量可被 游离的中性质点，当分断的触头间存在足Biblioteka Baidu大 的外施电压，且电路也达到最小生弧电流时， 就会强烈游离而形成电弧
游离：中性质点转化为带电质点
游离方式
高电场发射 碰撞游离 热电发射 热游离
过程：阴极在高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。在电弧高温作用下，阴极发
生热电发射，并在介质中发生热游离，使
电弧维持和发展
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去游离过程：带电质点不断减少的现象
近阴极效应:电流过零瞬间,介质强度突然 升高现象
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弧隙电压Ur(t)恢复过程: 弧隙电压从熄弧电压恢复到电源电压的过程
U r(t)U tr (t) U s( rt)
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熄灭交流电弧的条件:
Ud(t)Ur(t)
Ur1(t)：t1时刻电弧重燃 Ur2(t)：电弧熄灭
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并联电阻r的作用:
(1)当r < rcr时,可将周期性振荡特性的恢复电压过程转变为非周期性
恢复过程; (2)改变恢复电压的特性,影响恢复电压的幅值和恢复速度; (3)提高电路功率因数,使电流电压更加同步,降低E0.
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四、不同短路形式对断路器开断能力的影响
Ial IN
al a l 0
kIN
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二、按短路状态校验
1.热稳定校验
It 2t QK
Qk:短路电流产生的热效应（3.2节） It、t:电气设备允许通过的热稳定电流和时间 2.动稳定校验
ies ish 或 Ies Ish
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幅值和有效值
(1) 开断单相短路电路
(2) 开断中性点不直接接地系统的三相短路电路 首先开断相:
电流先过零并熄灭电弧的相
结论: 断口电弧的熄灭,关键在于首先
开断相电弧的熄灭
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(3) 开断中性点直接接地系统的三相短路电路
(4) 开断两相短路电路
动稳定： tk’=tpr1+tin
tpr:后备保护时间
tpr1:主保护时间
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第二节 高压断路器和隔离开关的原理和选择
(6.2 The Principle and Selection of Breaker and Isolating Switch)
一、概述（断路器）
1.断路器的作用：正常时起控制作用(接通和开断)、设备或线路故障 时切除故障设备，起保护作用