电力工程基础课件.
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35
一、母线选择
（四）硬母线的动稳定校验
方法：校验导体受到电动力时，电动力产 生的计算应力与导体材料允许应力的比较， 当计算应力小于材料允许应力时，动稳定 满足。
(5-39)
36
一、母线选择
（四）硬母线的动稳定校验
1、每相为单条矩形母线的应力计算
(5-37)
4
发热
发热对电气设备的影响： （1）使绝缘材料的绝缘性能降低
（2）使金属材料的机械强度下降 （3）使导体接触部分的接触电阻增加
5
导体在正常和短路时的最高允许温度及热稳定系数
6
电动力
载流导体通过电流时，相互之间的作 用力，称为电动力。
短路时冲击电流所产生的交流电动力 达到很大的数值，可能导致设备变形 或损坏。为保证电器和导体不致破坏， 电器和导体因短路冲击电流产生的电 动力作用下的应力不应超过材料的允 许应力。
4、短路计算时间： tk=tpr＋tab
25
表5-3 主要电气设备的选择和校验项目
26
第三节
母线、电缆和绝缘子的选择
27
一、母线选择
母线选择和校验项目：
➢确定母线的材料、截面形状、布置方式 ➢选择母线的截面积 ➢校验母线的热稳定和动稳定 ➢对重要的和大电流的母线，要共振校验 ➢对110及以上的母线进行电晕校验
ln1 K
K
AL
mC0 0
2
ln1 L
L
由此得出：AK
AL
1 S
Qk
（5-9）
11
短路发热计算
图5-2 导体的θ=f(A)曲线
12
短路电流热效应值Qk的计算
Qk常用的计算方法为近似数值积分法。 短路全电流中包含周期分量Ip和非周期分 量Inp，其热效应Qk也由两部分构成：
3、按当地环境条件校核
要考虑气温、风速、温度、污秽等级、海 拔高度、地震烈度和覆冰厚度等环境条件 对电气设备的影响
23
电气设备选择的一般条件
二、按短路情况校验
1、短路热稳定校验，校验导体短时发热 （5-28）
2、电动力稳定校验，校验导体的最大受力 （5-29）
24
短路电流计算条件
1、容量和接线：最大运行方式 2、短路种类 ：一般为三相短路 3、计算短路点： 可能通过被选设 备的最大短路电 流
28
一、母线选择
（一）母线的材料、截面形状、布置方式
1.母线的材料： 常用的母线材料有铜、铝和铝合金三种 2.母线的结构： 硬裸母线的截面形状有矩形、槽形和管形。 矩形母线散热条件好,易于安装与连接,但集 肤效应系数大。 槽形母线通常是双槽形一起用,载流量大,集 肤效应小,用于电压等级不超过35kV,电流不 超过8000A的回路中。 管形母线的集肤效应最小,机械强度最大,还 可以采用管内通水或通风的冷却措施
)d
（5-2）
整理得：
1 S2
I
2 kt
dt
mC0 0
(1 ) (1 )
d
（5-3）
积分得：
1
S2
t1 t0
I
2 kt
dt
mC0 0
k l
(1 ) d (1 )
（5-4）
10
短路发热计算
1 S2
Qk
AK
源自文库
AL
（5-5）
式中： QK
t1 t0
I k2t dt
AK
mC0 0
2
13
Qk的计算—周期分量Qp计算
任意函数y=f(x)的定积分采用辛普生公式计算 :
取n＝4
14
Qk的计算—周期分量Qp计算
进一步简化计算，近似认为y2=1/2(y1+y3), 称为1-10-1法
15
Qk的计算—非周期分量Qnp计算
当tk>0.1s时,
式中Ta为非周期分量时间常数值
16
Qk的计算—非周期分量Qnp计算
电力工程基础课件
制作：福州大学 等
第五章 电气设备的选择
本章内容重点
电气设备的发热和电动力 电气设备选择的一般条件 母线、电缆和绝缘子的选择 高低压电器的选择 发电厂和变电所主变压器的选择
2
第一节 电气设备的发热和电动 力
3
发热
发热的原因: 电阻损耗 磁滞和涡流损耗 介质损耗 分类: 长期发热，由正常工作电流产生的； 短时发热，故障时由短路电流产生的。
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。
21
第二节 电气设备选择的一般条 件
22
电气设备选择的一般条件
一、按正常工作条件选择
1、额定电压选择
UN ≥ UNS
（5－25）
2、额定电流选择
ΙN ≥ Ιmax
（5－26）
为经济截面Se,J为经济密度,与年最大
负荷利用小时数有关 。
（5-34）
选出的导体还要按按最大长期工作电流校验
（5-32）
34
一、母线选择
（三）母线的热稳定校验 方法： 计算满足短时发热要求的最小截面积,只 要选择的导体截面积大于此面积,就满足热 稳定要求.
(5-35)
只要S＞Smin就满足热稳定要求
表5-2
非周期分量时间常数Ta
17
导体短路时的电动力计算
两根细长平行导体间的电动力计算 （5-18）
三相导体水平放置受力最大的为中间相 导体短路的电动力
18
电动力最大值的计算
（5-22） 还应考虑母线共振影响对电动力 的影响，引入修正系数β
19
母线的一阶固有振动频率 ：
20
考虑共振电动力最大值的计算
硬导体材料的最大允许应力， 硬铜 140MPa、硬铝70MPa
7
导体短时发热计算
图5-1 短路时导体的发热过程
8
短路时导体发热的平衡方程式
I
2 kt
R
dt
mC
d
（5-1）
其中：
m＝m LS
R＝0
(1
)
L S
C＝C0 (1 )
代入式（5-1）得： （5-2）
9
I
2 kt
（0 1
）L
S
dt
mLSC0 (1
29
一、母线选择
3.母线的布置形式
30
槽形形母线的布置形式
31
一、母线选择
（二）母线截面积选择 方法： 1.按最大长期工作电流选择,用于发电厂的 主母线和引下线以及持续电流较小，年利 用小时数较低的其他回路的导线 。 2.按经济电流密度选择,用于年利用小时数 高而且长度较长负荷大回路的导线 。
32
1. 按最大长期工作电流选择 保证母线正常工作时的温度不超过允许温度
（5-32）
母线实际允许载流量与周围环境温度及 母线的布置方式有关，若实际周围环境 温度与规定的环境温度不同时，母线的 允许温度要修正，即引入温度修正系数
kθ。
33
2.按经济电流密度选择 导体通过电流时,会产生电能损耗。把 投资择算到每年费用,加上年损耗费为 年计算费用,使年计算费用最小的截面
一、母线选择
（四）硬母线的动稳定校验
方法：校验导体受到电动力时，电动力产 生的计算应力与导体材料允许应力的比较， 当计算应力小于材料允许应力时，动稳定 满足。
(5-39)
36
一、母线选择
（四）硬母线的动稳定校验
1、每相为单条矩形母线的应力计算
(5-37)
4
发热
发热对电气设备的影响： （1）使绝缘材料的绝缘性能降低
（2）使金属材料的机械强度下降 （3）使导体接触部分的接触电阻增加
5
导体在正常和短路时的最高允许温度及热稳定系数
6
电动力
载流导体通过电流时，相互之间的作 用力，称为电动力。
短路时冲击电流所产生的交流电动力 达到很大的数值，可能导致设备变形 或损坏。为保证电器和导体不致破坏， 电器和导体因短路冲击电流产生的电 动力作用下的应力不应超过材料的允 许应力。
4、短路计算时间： tk=tpr＋tab
25
表5-3 主要电气设备的选择和校验项目
26
第三节
母线、电缆和绝缘子的选择
27
一、母线选择
母线选择和校验项目：
➢确定母线的材料、截面形状、布置方式 ➢选择母线的截面积 ➢校验母线的热稳定和动稳定 ➢对重要的和大电流的母线，要共振校验 ➢对110及以上的母线进行电晕校验
ln1 K
K
AL
mC0 0
2
ln1 L
L
由此得出：AK
AL
1 S
Qk
（5-9）
11
短路发热计算
图5-2 导体的θ=f(A)曲线
12
短路电流热效应值Qk的计算
Qk常用的计算方法为近似数值积分法。 短路全电流中包含周期分量Ip和非周期分 量Inp，其热效应Qk也由两部分构成：
3、按当地环境条件校核
要考虑气温、风速、温度、污秽等级、海 拔高度、地震烈度和覆冰厚度等环境条件 对电气设备的影响
23
电气设备选择的一般条件
二、按短路情况校验
1、短路热稳定校验，校验导体短时发热 （5-28）
2、电动力稳定校验，校验导体的最大受力 （5-29）
24
短路电流计算条件
1、容量和接线：最大运行方式 2、短路种类 ：一般为三相短路 3、计算短路点： 可能通过被选设 备的最大短路电 流
28
一、母线选择
（一）母线的材料、截面形状、布置方式
1.母线的材料： 常用的母线材料有铜、铝和铝合金三种 2.母线的结构： 硬裸母线的截面形状有矩形、槽形和管形。 矩形母线散热条件好,易于安装与连接,但集 肤效应系数大。 槽形母线通常是双槽形一起用,载流量大,集 肤效应小,用于电压等级不超过35kV,电流不 超过8000A的回路中。 管形母线的集肤效应最小,机械强度最大,还 可以采用管内通水或通风的冷却措施
)d
（5-2）
整理得：
1 S2
I
2 kt
dt
mC0 0
(1 ) (1 )
d
（5-3）
积分得：
1
S2
t1 t0
I
2 kt
dt
mC0 0
k l
(1 ) d (1 )
（5-4）
10
短路发热计算
1 S2
Qk
AK
源自文库
AL
（5-5）
式中： QK
t1 t0
I k2t dt
AK
mC0 0
2
13
Qk的计算—周期分量Qp计算
任意函数y=f(x)的定积分采用辛普生公式计算 :
取n＝4
14
Qk的计算—周期分量Qp计算
进一步简化计算，近似认为y2=1/2(y1+y3), 称为1-10-1法
15
Qk的计算—非周期分量Qnp计算
当tk>0.1s时,
式中Ta为非周期分量时间常数值
16
Qk的计算—非周期分量Qnp计算
电力工程基础课件
制作：福州大学 等
第五章 电气设备的选择
本章内容重点
电气设备的发热和电动力 电气设备选择的一般条件 母线、电缆和绝缘子的选择 高低压电器的选择 发电厂和变电所主变压器的选择
2
第一节 电气设备的发热和电动 力
3
发热
发热的原因: 电阻损耗 磁滞和涡流损耗 介质损耗 分类: 长期发热，由正常工作电流产生的； 短时发热，故障时由短路电流产生的。
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。
21
第二节 电气设备选择的一般条 件
22
电气设备选择的一般条件
一、按正常工作条件选择
1、额定电压选择
UN ≥ UNS
（5－25）
2、额定电流选择
ΙN ≥ Ιmax
（5－26）
为经济截面Se,J为经济密度,与年最大
负荷利用小时数有关 。
（5-34）
选出的导体还要按按最大长期工作电流校验
（5-32）
34
一、母线选择
（三）母线的热稳定校验 方法： 计算满足短时发热要求的最小截面积,只 要选择的导体截面积大于此面积,就满足热 稳定要求.
(5-35)
只要S＞Smin就满足热稳定要求
表5-2
非周期分量时间常数Ta
17
导体短路时的电动力计算
两根细长平行导体间的电动力计算 （5-18）
三相导体水平放置受力最大的为中间相 导体短路的电动力
18
电动力最大值的计算
（5-22） 还应考虑母线共振影响对电动力 的影响，引入修正系数β
19
母线的一阶固有振动频率 ：
20
考虑共振电动力最大值的计算
硬导体材料的最大允许应力， 硬铜 140MPa、硬铝70MPa
7
导体短时发热计算
图5-1 短路时导体的发热过程
8
短路时导体发热的平衡方程式
I
2 kt
R
dt
mC
d
（5-1）
其中：
m＝m LS
R＝0
(1
)
L S
C＝C0 (1 )
代入式（5-1）得： （5-2）
9
I
2 kt
（0 1
）L
S
dt
mLSC0 (1
29
一、母线选择
3.母线的布置形式
30
槽形形母线的布置形式
31
一、母线选择
（二）母线截面积选择 方法： 1.按最大长期工作电流选择,用于发电厂的 主母线和引下线以及持续电流较小，年利 用小时数较低的其他回路的导线 。 2.按经济电流密度选择,用于年利用小时数 高而且长度较长负荷大回路的导线 。
32
1. 按最大长期工作电流选择 保证母线正常工作时的温度不超过允许温度
（5-32）
母线实际允许载流量与周围环境温度及 母线的布置方式有关，若实际周围环境 温度与规定的环境温度不同时，母线的 允许温度要修正，即引入温度修正系数
kθ。
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2.按经济电流密度选择 导体通过电流时,会产生电能损耗。把 投资择算到每年费用,加上年损耗费为 年计算费用,使年计算费用最小的截面