电气设备原理与选择.
发电厂电气部分 复习 第六章
2009-2010《发电厂电气部分》要点 第六章第六章导体和电气设备的原理与选择（重点！） 1. 了解电气设备选择的一般条件1、正常工作条件：额定电流、额定电压额定电压：额定电压>电网额定电压（Ns N U U ≥）额定电流：额定电流>回路最大持续工作电流（max I I N ≥）2、短路条件：热稳定、动稳定 热稳定校验：设备在最严重的短路电流热效应下，发热最高温度不超过最高允许的温度（k t Q t I ≥2，t I 、t 为电气设备允许的热稳定电流和时间，kQ 短路产生的热效应）短路计算时间：继电器工作时间pr t +断路器全断开时间br t （P172） 断路器全断开时间br t ：固有分闸时间in t +电弧持续时间a t动稳定校验：设备最高允许动稳定电流大于短路电流（sh es I I ≥）2. 了解电弧的形成与熄灭过程；掌握高压断路器和隔离开关的功能；掌握高压断路器 和隔离开关的选择方法和步骤。
看懂例题6－1。
P183 1、电弧：电弧的形成（绝缘介质中中性质点转换为带点质点）：阴极表面发射电子（热电子发射、强电场电子发射）——碰撞游离——热游离电弧的熄灭：复合+扩散>游离 交流电弧的熄灭条件：电弧电流过零时，弧隙介质强度恢复速度>弧隙电压上升速度2、高压断路器的功能：1、 正常运行：设备过线路投入和切出（断开负荷电流）2、 设备或线路故障时：切出故障回路（断开短路电流）高压隔离开关：不产生电弧的切换动作（不能用于切换负荷电流和短路电流）3、高压断路器的选择（1）额定电压、额定电流额定电压：额定电压>电网额定电压（Ns N U U ≥）额定电流：额定电流>回路最大持续工作电流（max I I N ≥）（2）开断电流选择 P181 pt Nbr I I ≥（Nbr I 为额定开断电流，pt I 开断瞬间短路电流周期分量）开断时间较长时s t 1.0≥:''I I Nbr ≥（起始次暂态电流）开断时间较短s t 1.0≤：’k Nbr I I ≥（3）关合电流（断路器在闭合短路电流时安全）：关合电流大于短路电流最大冲击值sh Ncl i i ≥（4）热稳定校验和动稳定校验 k t Q t I ≥2sh es I I ≥4、隔离开关的选择（隔离电源、倒闸操作、分合小电流）：不能开断和关合电流，所以不必进行开断电流和关合电流校验（1）额定电压、额定电流额定电压：额定电压>电网额定电压（Ns N U U ≥）额定电流：额定电流>回路最大持续工作电流（max I I N ≥）（2）热稳定校验和动稳定校验 k t Q t I ≥2sh es I I ≥3. 了解互感器作用；了解误差及影响误差的因素；掌握互感器的选择方法和步骤；掌 握电流互感器准确级和额定容量的选择；注意计算长度的概念；掌握连接导线截面 的选择方法；掌握电压互感器的容量和准确级的选择，注意互感器和负荷接线方式 不一致时的折算。
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。
发电厂电气部分第六章习题解答
第6章导体和电气设备的原理与选择6-1什么是验算热稳定的短路计算时间t k以及电气设备的开断计算时间t br？答：演算热稳定的短路计算时间t k为继电保护动作时间t pr和相应断路器的全开断时间t br之和，而t br是指断路器分断脉冲传送到断路器操作机构的跳闸线圈时起，到各种触头分离后的电弧完全熄灭位置的时间段。
6-2开关电器中电弧产生与熄灭过程与那些因素有关？答：电弧是导电的，电弧之所以能形成导电通道，是因为电弧柱中出现了大量的自由电子的缘故。
电弧形成过程：⑴电极发射大量自由电子：热电子+强电场发射；⑵弧柱区的气体游离，产生大量的电子和离子：碰撞游离+热游离。
电弧的熄灭关键是去游离的作用，去游离方式有２种：复合：正负离子相互吸引，彼此中和；扩散：弧柱中的带电质点由于热运行逸出弧柱外。
开关电器中电弧产生与熄灭过程与以下因素有关：⑴电弧温度；⑵电场强度；⑶气体介质的压力；⑷介质特性；⑸电极材料。
6-3开关电器中常用的灭弧方法有那些？答：有以下几种灭弧方式：1）利用灭弧介质，如采用SF6气体；2）采用特殊金属材料作灭弧触头；3）利用气体或油吹动电弧，吹弧使带电离子扩散和强烈地冷却面复合；4）采用多段口熄弧；5）提高断路器触头的分离速度，迅速拉长电弧，可使弧隙的电场强度骤降，同时使电弧的表面突然增大，有利于电弧的冷却和带电质点向周围介质中扩散和离子复合。
6-4什么叫介质强度恢复过程？什么叫电压恢复过程？它与那些因素有关？答：弧隙介质强度恢复过程是指电弧电流过零时电弧熄灭，而弧隙的绝缘能力要经过一定的时间恢复到绝缘的正常状态的过程为弧隙介质强度的恢复过程。
弧隙介质强度主要由断路器灭弧装置的结构和灭弧介质的性质所决定，随断路器形式而异。
弧隙电压恢复过程是指电弧电流自然过零后，电源施加于弧隙的电压，将从不大的电弧熄灭电压逐渐增长，一直恢复到电源电压的过程，这一过程中的弧隙电压称为恢复电压。
电压恢复过程主要取决于系统电路的参数，即线路参数、负荷性质等，可能是周期性的或非周期性的变化过程。
第二章电气设备的原理和选择
东南大学电气工程学院
主要电气一次设备原理
3.1 电弧的基本理论 3.2 高压开关电器 3.3 互感器 3.4 限流电器 3.5 其它高压电器 3.6 电气设备选择
3.1 电弧的基本理论
电弧是电力系统及电能利用工程中常见的物理现象。 随处可见的电弧焊接机是利用电弧产生的高热能进行焊接的 电力设备，电弧炼钢炉也是利用电弧的大型用电设备。 但是，对于电力系统中的开关电器，当开断有电流通过的电 路时，在断开的触头间也会产生电弧。显然，开关电器中的 电弧是不希望产生的，要求尽快地熄灭。在高电压大电流 下，快速熄灭电弧有一定困难，因此电弧的产生对电力装置 的正常操作与安全运行带来不利影响。 学习中，要着重理解其物理概念。电流从金属导体(触头)通 过空间气体、导电体,从而产生弧光放电现象，电弧的电特 性与金属导体的电特性有很大差异。随着电弧的产生与熄 灭，触头间的空间气体将由绝缘体向导电的等离子体转化， 继而由等离子体向绝缘体转化、转化中电能——热能的转换 起着重要的作用。
去游离——由于复合和扩散使带电质子减少的过程。
去游离方式有2种： 复合：正负离子相互吸引，彼此中和。 扩散：弧柱中的带电质点由于热运动逸出弧柱外
浓度扩散、温度扩散。
介质的游离作用→电弧产生 介质的去游离作用→电弧熄灭 当 游离>去游离——电弧电流↑ 当 游离=去游离——电弧电流不变（稳定燃烧） 当 游离<去游离——电弧电流↓→（熄灭）
在弧隙上。
3 交流电弧的熄灭条件：
Ur Ud
4 交流电弧的ห้องสมุดไป่ตู้弧方法
（1）提高触头的分闸进度 ——迅速拉长电弧，E↓，冷却与扩散↑ （2）采用多断口灭弧 ——拉长迅速↑，行程↓， 灭弧时间↓提高了灭弧能力。
断路器和隔离开关的原理与选择
1) 利用灭弧介质
不同灭弧介质具有不同的传热能力、介电能力、热游离温度和 热容量。
这些参数数值越大，去游离作用就越强，电弧就越容易熄灭。
2) 采用特殊金属材料作灭弧触头
采用熔点高、导热系数和热容量大的耐高温金属作触头材料。 如采用铜、钨合金和银、钨合金等。
3) 利用气体或油吹动电弧
吹弧利于冷却而使复合加强、带电离子的扩散。
1) 弧隙介质强度恢复过程
含义：弧隙中介质强度恢复 到绝缘的正常状态的过程。 以能耐受的电压ud(t)表示。
影响因素：主要是断路器灭 弧装置的结构和灭弧介质的 性质。
ud
真空 SF6
油 空气
真空断路器和 SF6 断路器灭弧性 0 能较好。
整理课件
真空 空气
t SF6 油
8
2. 交流电弧的熄灭
(1) 交流电弧的熄灭条件
⑤ 额定短时耐受电流It(kA)。在规定条件和时间下断路 器在合闸位置时所能经受电流的峰值。它反映设备
经受短路电流引起的热效应能力。
⑥ 额定短时关合电流iNcl(kA)。在规定条件下断路器保
证正常关合的最大预期峰值电流。
整理课件
19
三、高压断路器的选择
(一) 高压断路器型号和技术参数
3．技术参数
⑦ 开断时间(ms)。从断路器分闸线圈通电起至三相电 弧完全熄灭为止的时间。开断时间由分闸时间和电 弧燃烧时间或燃弧时间组成。
设计序号
使用环境：N—户内式；W—户外式。
产品名称：D—多油断路器；S—少油断路器；
例如：SN10-10/3000-750型
K—空气断路器；L— SF6 断路器；
Z—真空断路器；Q—产气断路器；
整理C课—件磁吹断路器等。
发电厂电气部分第六章(3)
式中：Imax － 导体所在回路的最大持续工作电流 Ial
裸导体的选择
2.选择导体的截面大小 (2)按经济电流密度选择截面
作者：李长松 版权所有
当负荷电流通过载流导体时，将产生电能损耗。电能 损耗的大小与负荷电流的大小、母线截面(或母线电 阻)有关。
同一熔断器内，通常可分别接入额定电流 大于熔断器额定电流的任何熔体
6
7
用来保护电路中的电气设备免受过载和电路电流的危害。
不能用来正常地切断和接通电路，必须与其它电器（隔离开关、 接触器、负荷开关等）配合 广泛用在1000V及以下的装置中，在3~110kV高压配电装置作为 小功率电力线路、配电变压器、电力电容器、电压互感器等设备 的保护。
三、高压熔断器的分类
2. 非限流型高压熔断器：自然灭弧
作者：李长松 版权所有
在熔体熔化后，短路电流不减小，一直达到最大值。 在第一次过零或经过几个半周期之后电弧才熄灭。
四、高压熔断器的选择和校验
1. 选择额定电压 非限流型： UN ≥ UNS
作者：李长松 版权所有
限流型：
原因：
UN ≡ UNS
I
IN1 Id
2－截面较大 1－截面较小
三、高压熔断器的分类
分类方式 性能 保护范围 熄弧方式 安装场所 保护对象 型式 结 构 极数 底座绝缘子 限流式、非限流式 一般、后备、全范围 角壮式(大气中熄弧)、石英砂填料、喷射式、真空等 分类名称
户外、户内
变压器、电动机、电压互感器、单台并联电容器、电容 器组、电容器组、供电回路等 插入式、母线式、跌落式、非跌落式、混合式等 单极、三级 单柱、双柱
t 1 电源 2(粗) 1(细) d 2
电气设备选择的一般条件
第一节 电气设备选择的一般条件
第一节 电气设备选择的一般条件
选择条件有
｛ 特殊条件：个别电气设备具有的选择校验项目。
一般条件：多数电气设备共有的选择校验项目。
一、按正常工作条件选择额定电压和额定电流 1. 额定电压选择 1)正常电压要求是：电气设备所在回路的最高运行电压不 得高于电气设备的允许最高工作电压。 2) 由于电气设备的允许最高工作电压为其额定电压的UN 的1.1~1.15倍，而电网电压正常波动引起的最高运行电压不超 过电网额定电压UNs的1.1倍。 3) 一般可以按电气设备的额定电压UN不得低于其所在电 网的额定电压UNs的条件来选择电气设备，即: UN ≥ UNs
t ab t in t a
验算裸导体的短路热稳定时，tpr宜采用主保护动作时间，如主 保护有死区时，则采用能对该死区起保护作用的后备保护动作 时间； 验算电器的短路热稳定时，tpr宜采用后备保护动作时间。 少油断路器的燃弧时间ta为0.04~0.06s，SF6断路器的燃弧时间ta 为0.02~0.04s。
IN（或Ial）≥Imax
第一节 电气设备选择的一般条件
一、按正常工作条件选择电气设备
《发电厂电气主系统》 第六章 导体和电气设备的原理与选择
3) 当实际环境温度θ不同于导体的额定环境温度θ0时，其长期允 许电流应该用下式进行修正。 Ialθ = KIal ≥Imax 不计日照时，裸导体和电缆的综合修正系数K为
第一节 电气设备选择的一般条件
一、按正常工作条件选择电气设备
《发电厂电气主系统》 第六章 导体和电气设备的原理与选择
注意： 1) 海拔影响电气设备的绝缘性能，随装设地点海拔的增 加，空气密度和湿度相应减小，使得电气设备外部空气间隙 和固体绝缘外表面的放电特性降低，电气设备允许的最高工 作电压减小。 对海拔超过1000m的地区，一般应选用高原型产品或外绝 缘提高一级的产品。 对于现有110kV及以下大多数电器的外绝缘有一定裕度， 可在海拔2000m以下地区使用。 2) 在空气污秽(腐蚀减低绝缘强度)或有冰雪的地区，某 些电气设备应选用绝缘加强型或高一级电压的产品。
电气设计的知识点汇总
电气设计的知识点汇总电气设计是工程领域中重要的一环，在建筑、制造和其他领域中发挥着关键性的作用。
本文将对电气设计中的一些重要知识点进行汇总，以帮助读者更好地理解和应用电气设计的原理和技术。
一、电气设计的基本原理1. 电路理论：了解电气设计中的基本电路原理，包括电流、电压、电阻、电感和电容的概念及其相互关系。
熟悉欧姆定律、基尔霍夫定律和麦克斯韦方程组等电路分析方法。
2. 电气设备选择：根据实际需求选择合适的电气设备，包括断路器、开关、插座、电线电缆等。
了解不同设备的规格参数、额定电流和额定电压等重要信息。
3. 安全电气设计：了解电气设计中的安全要求和规范，包括接地系统设计、过电压保护、过载保护和短路保护等。
确保电气设计符合相关安全标准，降低安全事故的风险。
二、电气负载计算1. 功率计算：根据设备的功率需求计算所需的电源容量。
根据设备的额定功率和同时使用的设备数量，计算总功率负荷，并选择合适的配电设备。
2. 线缆选择：根据电流负载和距离计算所需的电线电缆的截面积，并选择合适的电线电缆类型。
考虑线路的电压降和电线电缆的耐热性能，确保电路正常运行。
三、照明设计1. 照明需求计算：根据照明场所的功能和使用要求计算所需的照明功率。
考虑照明布局、光源类型和光照度等因素，确保照明效果满足实际需求。
2. 照明控制：设计照明控制系统，包括开关、亮度调节和时间控制等。
根据照明需求和节能要求选择合适的控制方式，提高照明系统的效能和可靠性。
四、动力电气设计1. 电动机选择：根据负载特性和工作环境选择合适的电动机类型及功率。
考虑负载启动和负载变化时的功率需求，确保电动机能够正常运行。
2. 变频器应用：了解变频器控制技术以及在电动机控制中的应用。
通过调节电动机的转速和负载特性来实现能耗优化和运行控制。
五、电气布线设计1. 布线方式：根据建筑结构和电气负载特点选择合适的电气布线方式，包括明敷、隐敷和空中敷设等。
确保布线符合相关标准和规范要求。
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:
第六章 导体和电气设备的原理与选择
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。
（3）计算短路点
②母联断路器 考虑当采用该母联断路器向备用路线充电时，备
用母线故障流过该备用母线的全部短路电流。 ③带电抗器的出线回路
由于干式电抗器工作可靠性较高，且断路器与电 抗器间的连线很短，故障几率小，一般可选电抗 器后为计算短路点，这样出线可选用轻型断路器， 以节约投资。
系统
k6
k5
It
(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 备可不校验动、热稳定。
3、短路电流计算条件：
做校验用的短路电流应按下列情况确定： （1）容量和接线
按本工程设计最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划 (一般为本工程建成后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，但不考虑在切换过程中可能短时并列 的接线方式(如切换厂用变压器时的并列)。
（二）交流电弧特性
1、交流电弧的波形 交流电弧具有过零值自然熄灭 及动态的伏安特性两大特点。
i Ua
图中A点是电弧产生时的电压，称为燃弧电压。 B点是电弧熄灭时的电压，称为熄弧电压。
显然，由于介质的热惯性，燃弧电压必然大于熄弧电压。
2、交流电弧的熄灭
在电流过零时，采取有效 措施加强弧隙的冷却，使 弧隙介质的绝缘能力达到 不会被弧隙外施电压击穿 的程度，则在下半周电弧 就不会重燃而最终熄灭。
电气设备的选择
θ 2、短路导体最高温升 k 的 计算
I Rθ dt = mCθ dθ
2 kt
ρmC0 θk (1+ βθ ) 1 t1 2 Ikt dt = 2 ∫t ∫θl (1+αθ ) dθ S 0 ρ0
t1 1 2 QK = ∫ I kt d Qk = AK − AL 2 t0 S ρ m C0 α − β β AK = α 2 ln (1 + αθ K ) + α θ K ρ0 ρ m C0 α − β β AL = α 2 ln (1 + αθ L ) + α θ L ρ0
ri ---母线弯曲时的惯性半径(cm); L ---母线跨距(cm); ε---材料系数，铜为1.14×104，铜为1.55×104 ，铜为 1.64×104 。
ri f1 = 112 × 2 ε L
L 2 Fmax = 1.73 × β × ish ×10−7 ( N ) a 电动力的振动频率为50Hz和100Hz。导体的固有振动 频率低于30Hz或高于160Hz时，β约等于1，既不考虑共 振影响。
(pa )
条间距离为2倍的b值时，无论每相两条矩形导 其他情况下的Wb ，可查母线截面系数计算表求取。
例题：5-1 二、电力电缆选择 电力电缆选择和校验项目： 电缆芯线材料及型号 额定电压 截面选择 允许电压降校验 热稳定校验。 1、电缆芯线材料及型号选择
导体在正常和短路时的最高允许温度及热稳定系数
第二节 电气设备选择的一般条件
电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进 行选择，并按短路状态来校验热稳定性和动稳定性。 一、按正常工作条件选择 1、额定电压选择 所选设备的额定电压UN应不低于装置地点电网额定 电压UNS。 UN ≥ UNS 2、额定电流选择 所选设备的额定电流IN应不小于该回路在各种合理 运行方式下的最大持续工作电流Imax，即 ΙN ≥ Ιmax 需要注意的情况见P154。
发电厂电气部分第六章习题解答
第6章导体与电气设备的原理与选择6-1什么就是验算热稳定的短路计算时间t k以及电气设备的开断计算时间t br？答:演算热稳定的短路计算时间t k为继电保护动作时间t pr与相应断路器的全开断时间t br 之与,而t br就是指断路器分断脉冲传送到断路器操作机构的跳闸线圈时起,到各种触头分离后的电弧完全熄灭位置的时间段。
6-2开关电器中电弧产生与熄灭过程与那些因素有关？答:电弧就是导电的,电弧之所以能形成导电通道,就是因为电弧柱中出现了大量的自由电子的缘故。
电弧形成过程:⑴电极发射大量自由电子:热电子+强电场发射;⑵弧柱区的气体游离,产生大量的电子与离子:碰撞游离+热游离。
电弧的熄灭关键就是去游离的作用,去游离方式有２种:复合:正负离子相互吸引,彼此中与;扩散:弧柱中的带电质点由于热运行逸出弧柱外。
开关电器中电弧产生与熄灭过程与以下因素有关:⑴电弧温度;⑵电场强度;⑶气体介质的压力;⑷介质特性;⑸电极材料。
6-3开关电器中常用的灭弧方法有那些？答:有以下几种灭弧方式:1)利用灭弧介质,如采用SF6气体;2)采用特殊金属材料作灭弧触头;3)利用气体或油吹动电弧,吹弧使带电离子扩散与强烈地冷却面复合;4)采用多段口熄弧;5)提高断路器触头的分离速度,迅速拉长电弧,可使弧隙的电场强度骤降,同时使电弧的表面突然增大,有利于电弧的冷却与带电质点向周围介质中扩散与离子复合。
6-4什么叫介质强度恢复过程？什么叫电压恢复过程？它与那些因素有关？答:弧隙介质强度恢复过程就是指电弧电流过零时电弧熄灭,而弧隙的绝缘能力要经过一定的时间恢复到绝缘的正常状态的过程为弧隙介质强度的恢复过程。
弧隙介质强度主要由断路器灭弧装置的结构与灭弧介质的性质所决定,随断路器形式而异。
弧隙电压恢复过程就是指电弧电流自然过零后,电源施加于弧隙的电压,将从不大的电弧熄灭电压逐渐增长,一直恢复到电源电压的过程,这一过程中的弧隙电压称为恢复电压。
电气设备 定义
电气设备的定义、类型及原理电气设备是指在电力系统中对发电机、变压器、电力线路、断路器等设备的统称。
电气设备是电能的生产、传输、分配、使用和电工装备制造等学科或工程领域的统称。
电气设备涵盖电能的转换、利用和研究三方面，包括基础理论、应用技术、设施设备等。
一、电气设备的类型根据电气设备的功能和作用，可以将其分为以下几类：1. 发电机、电动机、变压器这些设备是电能转换的主要装置，它们可以将机械能、化学能或其他形式的能量转换为电能，或者将电能转换为其他形式的能量。
发电机是将机械能转换为交流电能的装置，如水轮发电机、汽轮发电机等。
电动机是将交流或直流电能转换为机械能的装置，如感应电动机、直流电动机等。
变压器是将交流电压和电流进行升降变换的装置，如单相变压器、三相变压器等。
2. 开关电器：断路器、隔离开关、接触器、熔断器这些设备是对电路进行接通、分断或保护的装置，它们可以实现对电路或用电设备的控制、调节、切换、检测和保护等作用。
断路器是一种能够在规定条件下自动接通或分断负载或短路电流的开关装置，如空气断路器、真空断路器等。
隔离开关是一种在无负载情况下进行接通或分断高压线路的开关装置，如刀闸开关、柱上开关等。
接触器是一种通过控制线圈的通断来实现主触头的接通或分断的开关装置，如交流接触器、直流接触器等。
熔断器是一种利用熔丝熔断来切断过载或短路电流的保护装置，如高压熔断器、低压熔断器等。
3. 互感器：电流互感器、电压互感器这些设备是对高压或大电流进行测量和保护的装置，它们可以将高压或大电流转换为低压或小电流，以便于与仪表或继电器等配合使用。
电流互感器是将原边大电流转换为二边小比例的小电流的装置，如环形互感器、棒形互感器等。
电压互感器是将原边高压转换为二边低比例的低压的装置，如油浸式互感器、干式互感器等。
4. 电容器、电抗器、组合电器这些设备是对交流线路进行无功补偿或滤波的装置，它们可以改善线路的功率因数或消除谐波干扰。
发电厂电气-第6章习题
第6章电气设备的原理和选择主要内容：断路器和互感器的原理、主要电气设备（断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、电抗器、导体、支持绝缘子、穿墙套管、熔断器）的参数、选择原则和计算知识掌握要求：（1）断路器的原理➢功能、结构组成、种类、型号含义➢电弧原理➢交流电弧的特点和熄灭条件➢断路器的灭弧措施（2）互感器的原理➢功能、结构组成、种类➢电流互感器的等值电路和误差定义、影响误差的因素➢电流互感器的准确级和额定容量定义，会应用➢电压互感器中各种接线的适用范围和相应的二次绕组额定电压值➢互感器在主接线中的配置原则，会应用（3）电气设备的最大工作电流和短路电流计算根据电气设备所在的回路：➢确定流过该设备最大工作电流的原则，会计算；➢确定短路点的原则，会应用，会画计算短路电流的等值电路，会折算计算电抗，会查运算曲线（4）各种电气设备的选择内容和步骤：按哪些项目选择、选择的原则，哪些项目校验、校验原则，各项目中计算数据与电气设备的哪项参数对比。
重点掌握：断路器、电流互感器、电抗器、导体较复杂的计算：➢电抗器的百分电抗值的选择过程➢硬导体的动稳定校验一、断路器的原理1.高压断路器有哪些功能？由哪些部分组成？按灭弧介质有哪些种类？2.交流电弧电流有何特点？熄灭交流电弧的条件是什么？3.什么叫介质强度恢复过程？什么叫电压恢复过程？它们与哪些因素有关？4.高压断路器熄弧的主要措施。
采用两个及以上断口有何利弊，如何解决？5. LW6-500/3150， SW-110 ，LN-10 ， ZN5-10， GW6-220D ， GN2-10 这些型号分别是什么设备，说出每个字母和数字代表的含义。
6.隔离开关的功能。
二、互感器的原理1.互感器的作用。
CT的二次额定电流和PT的二次额定电压是多少？2.画出电流互感器的等效电路图，说明电流互感器误差的定义。
误差与哪些因素有关？在运行中，电流互感器的二次侧为何不允许开路？3.电流互感器准确级的定义。
电气设备基本知识与选择
目的：为了防止熔体在通过变压器励磁涌流和保 护范围以外的短路及电动机自启动等冲击电流 时误动作
保护电力电容器时 INfs = K INc
电力电容器回 路的额定电流
K－可靠系数（对限流式高压熔断器，当一台电力电容器 时K=1.5~2.0，当一组电力电容器时K=1.3~1.8）
目的：当系统电压升高或波形畸变引起回路电流 增大或运行中产生涌流时不应误熔断
X*L
X*
X *
( Id I
X
*
)
Ud Id
IN UN
100%
XL
U d I d ：基准电压、电流
２）按正常运行时电压损失校验
要求 U 5% ，考虑到 U 主要由Ｉ的无功分量 Imax sin
产生，电压损失
U (%)
X L (%)
I max IN
sin
３）母线残压校验
5%？
要求：
导体的经济截面：
SJΒιβλιοθήκη I max J需注意的两点：
尽量选择接近的截面，若无合适规格的导体，选小于 经济截面的导体。
按经济电流密度选择的导体截面，其允许电流必须大 于导体的最大持续工作电流
３）电晕电压校验
对110KV以上的裸导体，按晴天不发生全面 电晕条件校验：
裸导体的临界电压 Ucr ≥ Umax
与裸导体不同之处在于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。应尽量将三芯电缆的截面限 制在185mm2及以下
4）允许电压降校验
对供电距离远、容量大的电缆线路，应校验 其电压损失，一般应满足电压降不超过5%
U % 173Imax L(r cos x sin ) /U 5）热稳定校验
电气设备类型及原理
电气设备类型及原理电气设备是指利用电力能量进行操作、调节、控制和保护的各种设备。
在现代工业生产和日常生活中，电气设备扮演着至关重要的角色。
本文将介绍几种常见的电气设备类型及其原理。
一、电动机电动机是将电能转化为机械能的设备。
它是工业生产中最广泛应用的电气设备之一。
电动机按照原理分为直流电动机和交流电动机两大类。
直流电动机原理：直流电动机利用直流电流在磁场中产生的力矩来实现运动。
它通常由定子、转子和碳刷等部件组成。
当通电时，定子通过产生磁场，作用于转子上的磁铁，使其转动。
直流电动机结构简单，容易控制，广泛应用于电动车辆、起重设备等领域。
交流电动机原理：交流电动机根据电动机转子上的磁场与外界交流电磁场的相互作用来实现转动。
常见的交流电动机有感应电动机和同步电动机。
感应电动机是通过感应电流产生旋转力矩，广泛应用于家用电器和工业机械设备。
同步电动机与交流电源的频率同步运行，具有高效率和精确控制的特点，适用于高精度运动场合。
二、变压器变压器是变换交流电压的电气设备。
它由铁芯和线圈组成，其中铁芯起到导磁作用，线圈则负责电磁感应。
变压器工作原理基于电磁感应定律，通过改变线圈的匝数来实现电压的升降。
变压器主要分为升压变压器和降压变压器两种类型。
升压变压器用于提高电压，降压变压器用于降低电压。
变压器广泛应用于电力系统中，用于输电线路的电压升降、电力传输和配电系统等。
三、断路器断路器是一种用于保护电路安全的开关设备。
它能够在电流过大或短路时迅速切断电路，防止设备损坏和火灾事故发生。
断路器根据其操作方式和用途可分为低压断路器和高压断路器。
低压断路器主要用于低压电路中，如家庭用电系统和工业电气设备中。
常见的低压断路器有空气断路器、熔断器和漏电保护器。
高压断路器用于电网中，能够切断高电流和高电压下的电路。
高压断路器通常是由真空、空气和油等介质组成，具有快速切断和很高的可靠性。
四、开关电源开关电源是一种将交流电转换为直流电的电子设备。
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断路器 全开断
主保护 动作时间
断路器 固有分闸时间
3、热稳定校验（电气设备能承受短路电流所产生的电热效应）
4、动稳定校验（电气设备能承受短路冲击电流所产生的电动力）
导体材料最 大允许应力
导体最大计 算应力
设备允许通 过的动稳定 电流
短路冲击电 流幅值
① ② ③ ④
了解：
电气设备选择的一般条件； 开关电器中电弧的产生与熄灭条件； 高压开关电器的结构； 断路器等设备（含负荷开关，重合器，分段器，智能电器）的作用、分类及其运用情 况
① ② ③ ④ ⑤
掌握：
断路器和隔离开关的原理和选择方法； 互感器工作原理与选择； 限流电抗器的选择； 熔断器的选择； 裸导体的选择； 电缆等的选择。
《发电厂电气部分》
电气工程学院
5.1 电气设备选择的一般条件 5.2 高压断路器和隔离开关的原理与选择 5.3 互感器的原理与选择 5.4 限流电抗器的选择 5.5 高压熔断器的选择 5.6 裸导体的选择 5.7 电缆、绝缘子和套管的选择 5.8 重合器 5.9 分段器 5.10智能电器
I t 2t Qk
ies ish
互感器分为电流互感器（TA）和电压互感器（TV），是一次系统和 二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器的电流线圈和 电压线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况。
作用：
（1）将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压 （100V）和小电流（5A或1A），使测量仪表和保护装置标准化、 小型化，并使其结构轻巧、价格便宜，并便于屏内安装。 （2）使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而 保证了设备和人身的安全。
⑥
应用：学会应用各种设备及导体的选择方法。
选择原则：按正常工作条件选择，按短路情况校验 一、按正常工作条件选择
1、额定电压
电气设备允许 最高工作电压
电网最高 运行电压
电气设备 的额定电压
电网的 额定电压
海拔在1000-4000米每增高100米，工作电压降低1%； 海拔超过1000米的地区，一般应选用高原型产品或绝缘提高一级的产品。
K1 1.3 K1 1.5 K1 1.73
选择高压断路器的步骤： 1）选型 2）额定电压 3）额定电流
U N U NS
I N I max
4）开断电流
5）短路关合电流 6）热稳定校验 7）动稳定校验
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I t 2t Qk
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本质：加强弧隙的去游离或减小弧隙电压的恢复速度。
1、利用灭弧介质
2、采用特殊金属材料作灭弧触头
3、利用气体或油吹动电弧 4、采用多断口灭弧
5、拉长电弧并提高触头的分闸进度
主触头Q1与辅助触头Q2的连接方式 （a）辅助触头Q2 与主触头Q1 串联； （b）辅助触头Q2 与主触头Q1 并联
每相有两个断口的断路器 1-静触头；2-电弧；3-动触头
2、额定电流
额定环境条件下（温度、海拔、日照、安装条件等）， 电气设备的长期允许电流
电气设备 长期 允许电流 电气设备 所在回路 最大持续 工作电流
正常最高允 许温度
实际 环境温度
3、选择设备的种类和型式
装置地点、使用条件、检修和运行等要求 除考虑海拔、实际环境温度外，还需考虑日照、风速、覆 冰厚度、湿度、污秽等级、地震强度等环境条件的影响。
2）主要特征
①电弧的能量集中，温度很高，亮度很强 ②电弧由阴极区，阳极区和弧柱区组成 ③电弧的放电是自持放电，维持电弧燃烧的电压很低。 ④电弧是一束游离的气体，质量极轻，极易变形。
带电质点的来源
①电极发射大量自由电子：热电子发射+强电场发射 ②弧柱区的气体游离，产生大量的电子和离子： 碰撞游离 +热游离 +去游离（复合、扩散）
1、弧隙电压恢复过程
断路器开断单相短路电路 （a）短路电流；（b）等值电路
电压恢复过程等值电路
上述常系数线性微分方程的通解为：
C1、C2积分常数（初始条件确定）
a1、a2特征方程的根
临界情况 临界情况下弧隙并联电阻值
当 r rcr 时，弧隙恢复过程为非周期性； 当 r rcr 时，弧隙恢复过程为周期性
1、短路电流的计算条件
①
容量和接线（5-10年的发展；
可能发生最大短路电流的正常接 线）
②
短路种类（按严重情况校验） 短路计算点（通过电气设备的
短路电流为最大的点）
③
短路计算点选择示意图
2、短路计算时间 ① 校验热稳定的短路计算时间 tk
②
校验开断电气开断能力的短路计算时间tbr
继电保护 动作时间
1、 隔离开关的主要用途
1）隔离电压 2）倒闸操作 3）分、合小电流，包括 ◦ 分、合避雷器、电压互感器和空载母线； ◦ 分、合关合励磁电流不超过2A的空载变压器； ◦ 关合电容电流不超过5A的空载线路。
1）选型
2）额定电压
U N U NS
3）额定电流
4）热稳定校验 5）动稳定校验
I N I max
断路器开断短路故障时的工频恢复电压与系统中性点接地方式、短路故障类型、 三相开断顺序有关
首先开断相：电弧电流先过零的一相，电弧先熄灭 断路器首相开断时工频恢复电压最大值为
U prm1 K1
U sm 电网最高运行电压
K1 首相开断系数
• • •
2 U sm 0.816K1U sm 3
中性点直接接地系统 中性点不接地系统 中性点不接地系统异地两相短路
下列几种情况可不校验热稳定或动稳定：
用熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故可不验算热稳定；
采用有限流电阻的熔断器保护的设备可不校验动稳定；电缆因有足够的 强度，亦可不校动稳定；
装设在电压互感器回路中的裸导体和电器可不验算动、热稳定。
一、电弧的形成与熄灭 1、电弧的形成
1）电弧 电弧为介质被击穿的放电现象，表现为开关电器开断电路时，触头间 产生耀眼的白光。 电弧的存在说明电路中有电流，只有当电弧熄灭，触头间隙成为绝缘 介质时，电路才算断开。
碰撞游离过程示意图
电弧的形成
交流电弧的特点
熄灭的条件
介质强度的恢复过程 弧隙电压的恢复过程
交流电弧伏安特性和电弧电压波形 （a）交流电弧伏安特性；（b）电弧电压波形
介质强度与电压恢复过程曲线 （a）在t1时刻，恢复电压高于介质强度，电弧重燃； （b）总有介质强度高于恢复电压，电弧熄灭
灭弧的基本方法