电气设备的原理和正确选择
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电气设备的原理和正确选择
第一节 发电厂电气设备概述
一 、电气设备分类
1、一次设备：通常把生产、转换和分配电能的设备，如 发电机、变压器和断路器等统称为一次设备。包括：
（1）生产和转换电能的设备。如：发电机、变压器、电 动机等；
（2）接通或断开电路的开关电器。如：断路器、隔离开 关、熔断器、接触器等。
二、交流电弧的特性
1、交流电弧的伏安特性
2、交流电弧的熄灭
电弧电流每经半个周期总要过零 一次，此时电弧暂时熄灭。从此， 弧隙中同时发生两个相互影响而 作用相反的过程：
（1）弧隙介质强度恢复过程：电 弧过零时电弧熄灭，而弧隙的绝 缘能力要恢复到绝缘的正常状态 尚需要一定的时间，此恢复过程 称为弧隙介质强度的恢复过程， 以弧隙的耐受电压Ud(t)表示；
注：电弧是导电的，只有电弧熄灭，电路才算断开。
2、电弧产生的物理过程：
（1）强电场发射：当触头刚分开，产生强电场，阴极电子被 电场拉出形成触头空间的自由电子。
（2）碰撞游离：触头间电场强度超过3×106V/m时，阴极触 头表面发射出自由电子，向阳极做加速运动，途中碰撞介质 中性质点，当电子的动能大于中性质点的游离能，中性质点 被游离为正离子和自由电子，新自由电子也向阳极加速运动， 产生新的碰撞游离；
b、短路种类。一般按三相短路 验算，若其它种类短路较三相短 路严重时，则应按最严重的情况 验算。
c、计算短路点。选择最严重情 况的短路点，即通过电器设备的 短路电流最大。
第二节 高压断路器的原理与选择
断路器的作用：
⑴正常运行时起控制作用：倒换运行方式、投入或退出设备；
⑵系统故障时起保护作用：切除故障部分。
（2）扩散：是指弧柱内的自由电子与正离子溢出弧柱外，到周 围介质中去的过程。
扩散的三种形式： a、浓度扩散；b、温度扩散；c、用高速冷 气吹弧，带走弧道中的带电质点。
3、电弧的熄灭的条件
（1）当游离过程强于去游离过程，电弧燃烧加剧；
（2）游离过程与去游离过程处于动态平衡时，电弧稳定燃烧； （3）当去游离过程强于游离过程时，电弧熄灭。
⑵采用有限流电阻的熔断器保护设备，可不 校验动稳定；
⑶装设在电压互感器回路的裸导体和设备， 可不校验热稳定和动稳定。
注意：短路按三相短路；短路点按通过电流 最大；短路时间按最严重开断短路电流时间。
（3）短路计算条件
a、容量与接线。容量：安工程 设计最终容量计算，并考虑电力 系统远景发展规划；接线：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。
（4）直流电源设备。包括直流发电机、蓄电池等，供给 保护和事故照明的直流用电。
（5）信号设备及控制电缆等。信号设备给出信号或显示 运行状态标志，控制电缆用于连续二次设备。
二、电气设备选择的一般条件
1、按正常工作条件选择设备
（1）额定电压和最高工作电压：所选电气设备的允许
最高工作电压Ualm不得低于所接电网的最高运行电压 Usm，即
2、电弧的熄灭
去游离：在电弧中，发生游离过程的同时，还存在去游离过程， 即自由电子和正离子相互吸引发生中和的过程；去游离的主要 方式是复合和扩散。
（1）复合：是指带异号电荷的质点彼此中和；
复合的主要方式：电子附在中性质点上产生的负离子和正离子 的中和；
加快复合的方法：a、拉长电弧；b、冷却电弧（用气体或液体 吹弧）；c、加大气体介质的压力，提高气体介质的浓度；
（3）限制故障电流和防御过电压的电器。例如：限制短 路电流的电抗器和防御过电压的避雷器等。
（4）接地装置。电力系统中性点的工作接地或保护人生 安全的保护接地，均与埋入地中的接地装置相连。
（5）载流导体。裸导体、电缆等。
2、二次设备：对一次设备进行测量、控制、监视和起保 护作用的设备。包括：
Ualm ≧ Usm或UN ≧ UNS
这是因为，一般电气设备的允许最高工作电压：
①220kV及以下， Ualm =1.15UN ； ②330kV及以上， Ualm =1.10UN 。
而实际电网最高允许电压： Usm =1.10UN
（（1）仪用互感器。如：电压互感器、电流互感器，可将 电流中的电压或电流降至较低值。供给仪表和保护装置使 用；
（2）测量表计。如：电压表、电流表、功率因数表等用 于测量电路中的参量值。
（3）继电保护及自动装置。这些装置能迅速反应不正常 情况并进行监控和调节，例如：作用于断路器跳闸，将故 障切除。
断路器的最大特点：能断开电器中负荷电流和短路电流。
一、电弧的产生与熄灭
1、电弧的产生
电弧产生的条件：电源电压大于10－20V
电流大于80－100mA；
电弧产生的危害：a、电弧温度高，可能烧坏触头；
b、使触头绝缘物遭受损坏；
c、引起电器烧毁，危害电力系统；
电弧产生和维持的原因：是中性质点被游离的结果。
（3）热电子发射：当电弧产生，使得弧隙温度很高，阴极表 面受热，自由电子运动加剧，当电子能量集聚一定量时，跑 出金属表面，在电场作用下，向阳极运动。
（4）热游离：在弧隙的高温作用下，介质分子和原子产生强 烈运动，互相碰撞，有可游离出电子和正离子。
概括电弧产生的过程：阴极触头在强电场的作用下发射电子， 所发射的电子又在触头电压作用下产生碰撞游离，形成电弧。 在高温作用下，在介质中发生热游离，使电弧维持和发展。
影响Ud(t)的因素：a、介质特性； b、弧隙的冷却条件； c、电弧电 流的大小； d、断路器分闸速度；
电流IN，应不小于各种正常运行方式下的最大持续工作 电流Imax，即
IN ≧ Imax
2、按短路情况校验 ⑴短路热稳定校验
条件： It2t ≧ Qk ⑵短路动稳定校验
条件：ies ≧ ish或Ies ≧ Ish 下列情况不校验热稳定或动稳定
⑴用熔断器保护的设备，可不校验热稳定；
第一节 发电厂电气设备概述
一 、电气设备分类
1、一次设备：通常把生产、转换和分配电能的设备，如 发电机、变压器和断路器等统称为一次设备。包括：
（1）生产和转换电能的设备。如：发电机、变压器、电 动机等；
（2）接通或断开电路的开关电器。如：断路器、隔离开 关、熔断器、接触器等。
二、交流电弧的特性
1、交流电弧的伏安特性
2、交流电弧的熄灭
电弧电流每经半个周期总要过零 一次，此时电弧暂时熄灭。从此， 弧隙中同时发生两个相互影响而 作用相反的过程：
（1）弧隙介质强度恢复过程：电 弧过零时电弧熄灭，而弧隙的绝 缘能力要恢复到绝缘的正常状态 尚需要一定的时间，此恢复过程 称为弧隙介质强度的恢复过程， 以弧隙的耐受电压Ud(t)表示；
注：电弧是导电的，只有电弧熄灭，电路才算断开。
2、电弧产生的物理过程：
（1）强电场发射：当触头刚分开，产生强电场，阴极电子被 电场拉出形成触头空间的自由电子。
（2）碰撞游离：触头间电场强度超过3×106V/m时，阴极触 头表面发射出自由电子，向阳极做加速运动，途中碰撞介质 中性质点，当电子的动能大于中性质点的游离能，中性质点 被游离为正离子和自由电子，新自由电子也向阳极加速运动， 产生新的碰撞游离；
b、短路种类。一般按三相短路 验算，若其它种类短路较三相短 路严重时，则应按最严重的情况 验算。
c、计算短路点。选择最严重情 况的短路点，即通过电器设备的 短路电流最大。
第二节 高压断路器的原理与选择
断路器的作用：
⑴正常运行时起控制作用：倒换运行方式、投入或退出设备；
⑵系统故障时起保护作用：切除故障部分。
（2）扩散：是指弧柱内的自由电子与正离子溢出弧柱外，到周 围介质中去的过程。
扩散的三种形式： a、浓度扩散；b、温度扩散；c、用高速冷 气吹弧，带走弧道中的带电质点。
3、电弧的熄灭的条件
（1）当游离过程强于去游离过程，电弧燃烧加剧；
（2）游离过程与去游离过程处于动态平衡时，电弧稳定燃烧； （3）当去游离过程强于游离过程时，电弧熄灭。
⑵采用有限流电阻的熔断器保护设备，可不 校验动稳定；
⑶装设在电压互感器回路的裸导体和设备， 可不校验热稳定和动稳定。
注意：短路按三相短路；短路点按通过电流 最大；短路时间按最严重开断短路电流时间。
（3）短路计算条件
a、容量与接线。容量：安工程 设计最终容量计算，并考虑电力 系统远景发展规划；接线：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。
（4）直流电源设备。包括直流发电机、蓄电池等，供给 保护和事故照明的直流用电。
（5）信号设备及控制电缆等。信号设备给出信号或显示 运行状态标志，控制电缆用于连续二次设备。
二、电气设备选择的一般条件
1、按正常工作条件选择设备
（1）额定电压和最高工作电压：所选电气设备的允许
最高工作电压Ualm不得低于所接电网的最高运行电压 Usm，即
2、电弧的熄灭
去游离：在电弧中，发生游离过程的同时，还存在去游离过程， 即自由电子和正离子相互吸引发生中和的过程；去游离的主要 方式是复合和扩散。
（1）复合：是指带异号电荷的质点彼此中和；
复合的主要方式：电子附在中性质点上产生的负离子和正离子 的中和；
加快复合的方法：a、拉长电弧；b、冷却电弧（用气体或液体 吹弧）；c、加大气体介质的压力，提高气体介质的浓度；
（3）限制故障电流和防御过电压的电器。例如：限制短 路电流的电抗器和防御过电压的避雷器等。
（4）接地装置。电力系统中性点的工作接地或保护人生 安全的保护接地，均与埋入地中的接地装置相连。
（5）载流导体。裸导体、电缆等。
2、二次设备：对一次设备进行测量、控制、监视和起保 护作用的设备。包括：
Ualm ≧ Usm或UN ≧ UNS
这是因为，一般电气设备的允许最高工作电压：
①220kV及以下， Ualm =1.15UN ； ②330kV及以上， Ualm =1.10UN 。
而实际电网最高允许电压： Usm =1.10UN
（（1）仪用互感器。如：电压互感器、电流互感器，可将 电流中的电压或电流降至较低值。供给仪表和保护装置使 用；
（2）测量表计。如：电压表、电流表、功率因数表等用 于测量电路中的参量值。
（3）继电保护及自动装置。这些装置能迅速反应不正常 情况并进行监控和调节，例如：作用于断路器跳闸，将故 障切除。
断路器的最大特点：能断开电器中负荷电流和短路电流。
一、电弧的产生与熄灭
1、电弧的产生
电弧产生的条件：电源电压大于10－20V
电流大于80－100mA；
电弧产生的危害：a、电弧温度高，可能烧坏触头；
b、使触头绝缘物遭受损坏；
c、引起电器烧毁，危害电力系统；
电弧产生和维持的原因：是中性质点被游离的结果。
（3）热电子发射：当电弧产生，使得弧隙温度很高，阴极表 面受热，自由电子运动加剧，当电子能量集聚一定量时，跑 出金属表面，在电场作用下，向阳极运动。
（4）热游离：在弧隙的高温作用下，介质分子和原子产生强 烈运动，互相碰撞，有可游离出电子和正离子。
概括电弧产生的过程：阴极触头在强电场的作用下发射电子， 所发射的电子又在触头电压作用下产生碰撞游离，形成电弧。 在高温作用下，在介质中发生热游离，使电弧维持和发展。
影响Ud(t)的因素：a、介质特性； b、弧隙的冷却条件； c、电弧电 流的大小； d、断路器分闸速度；
电流IN，应不小于各种正常运行方式下的最大持续工作 电流Imax，即
IN ≧ Imax
2、按短路情况校验 ⑴短路热稳定校验
条件： It2t ≧ Qk ⑵短路动稳定校验
条件：ies ≧ ish或Ies ≧ Ish 下列情况不校验热稳定或动稳定
⑴用熔断器保护的设备，可不校验热稳定；