单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第十一章 电气设备选择及短路电流限制,第十一章 电气设备选择及短路电流限制,一、短路电流的电动力效应,1,电动力效应,载流导体之间产生电动力的相互作用,2,短路电流所产生的巨大电动力的危害性：,（,1,）电器的载流部分可能因为电动力而振动，或者因电动力所产生的应力大于其材料允许应力而变形，甚至使绝缘部件或载流部件损坏。,（,2,）电气设备的电磁绕组，受到巨大的电动力作用，可能使绕组变形或损坏。,3,两平行导体电动力的计算方法,（,1,）计算公式：,式中,i,1,、,i,2,两平行导体中电流的瞬时值，,A,；,l,平行导体的长度，,m,；,a,导体轴线间距离，,m,；,K,f,形状系数；,F,电动力，,N,。,一、短路电流的电动力效应1电动力效应 载流导体之间,（,2,）电动力的方向,同向相吸，异向相斥,（,3,）电动力的计算,形状系数与导体截面形状、尺寸及相互间距离有关。对于矩形截,面的导体，如截面宽度为,b,，厚度为,h,，则对于不同的宽度与厚度的比,值,m,b/h,，形状系数随 而不同，,变化曲线如图,。,当,m1,时，,K,f,1,；当增大时，即导体间的净距增大时，趋近于,1,；,当导体间的净距足够大，即当 ,2,时，,K,f,1,，这相当于电流集中,在导体的轴线上，导体的截面形状对电动力无影响。,对于圆形截面导体，形状系数,K,f,=1,。,下一页,（2）电动力的方向下一页,返 回,返 回,（,4,）两相短路和三相短路电动力大小的比较,两相短路时，故障两相导体中短路电流大小相等，方向相反，当导,体平行布置时，故障相两导体间的电动力为排斥力，则通过短路冲击电流电动力的最大值为：,三相短路时，如三相导体平行布置在同一平面，中间相所受的电动,力最大，其值为：,比较同一点发生两相短路或三相短路时的最大电动力，因为：,，代入上式得：,可见，,F,（,2,）,F,（,3,）,，因此，在选择电气设备和载流导体时，应采,用三相短路电流进行动稳定校验。,（4）两相短路和三相短路电动力大小的比较,二、短路电流的热效应,1.,发热产生的原因：,(1),电阻损耗,(2),介质损耗,(3),磁滞和涡流损耗,2.,发热对导体和电器产生的影响：,(1),机械强度下降,(2),接触电阻增加,(3),绝缘性能降低,3,两种发热状况：,（,1,）长期发热,正常工作情况下的持续发热,（,2,）短时发热,故障情况下的短时发热,二、短路电流的热效应1.发热产生的原因：,短时发热过程,1,导体短时发热特点,（,1,）短路电流大，持续时间短，,导体内产生的,热量全部被导体吸,收,用来升温；,（,2,）短路时，导体温升很高，,它的,电阻、比热容是温度的函数,。,2,导体中通过负荷电流和短路电流时,的温度变化情况（如右图）,(1),i,的计算,(2),f,的计算,t,1,t,2,f,i,0,0,t,短时发热过程t1t2fi00t,11.2,电气设备选择的一般条件,一、按正常工作条件选择,1,按额定电压选择,所选设备的最高允许电压不得低于所装设回路的最高运行电压。,即：,U,alm,U,sm,一般电气设备和电缆：,U,alm,（,1.1,1.15,）,U,NS,电网：,U,sm,1.1U,NS,故只要,U,N,不低于,U,NS,就能满足上式，故可按下式选择：,U,N,U,NS,注意事项：,（,1,）其中裸导体承受电压能力由绝缘子和安全净距保证，无额定电压选择问题。,（,2,）海拔的影响。,11.2 电气设备选择的一般条件一、按正常工作条件选择,2,按额定电流选择,额定环境条件：,（,1,）环境温度,（,2,）日照,（,3,）海拔,实际环境条件与额定环境条件不同时，电气设备的长期允许电流应修正。即,:,2按额定电流选择 额定环境条件：,综合校正系数,K,（,1,）对于裸导体和电缆：,（,2,）对于电器：,4060,时，,K,1,（,40,）,0.018,040,时，,K,1,（,40,）,0.005,U,max,（三）电晕电压校验1电晕产生的影响：,（四）热稳定校验,C,热稳定系数，,A,f,和,A,i,分别取与短路时母线最高允许发热温度及正常运行时母线最高工作温度相对应的值。,在不同的工作温度下，对于不同母线材料，,C,值可取下表所列数值。,工作温度（）,40,45,50,55,60,65,70,75,80,85,90,硬铝及铝锰合金,99,97,95,93,91,89,87,85,83,81,79,硬铜,186,183,181,176,176,174,171,169,166,164,161,（四）热稳定校验4045505560657075808590,（五）硬母线的动稳定校验,1,矩形母线应力的计算：,（,1,）单条导体（只受相间电动力的作用），当跨数大于,2,时，导体所受,的最大弯距为：（,Nm,）,（,N/m,）,导体最大相间计算应力为：,设计时，一般,L,为未知，为满足动稳定，常根据材料的允许应力来确定绝缘子间的最大允许跨距,L,max,，即令 ，则由上式可得,只要选择,LLmax,，必满足动稳定。,（五）硬母线的动稳定校验1矩形母线应力的计算：,二、电力电缆的选择,1,结构类型的选择,首先根据用途、敷设方式和使用条件选择。电缆作为载流导体，目前应用十分广泛，可以直接埋入地下以及敷设在电缆沟或电缆隧道当中，也可以敷设在水中或海底，还可以在空气中敷设。,其次根据结构类型选择。电缆芯线有铜芯和铝芯，其芯线一般由多股导线绞合而成，国内工程一般选择铝芯。,二、电力电缆的选择1结构类型的选择,（二）额定电压的选择,电缆的额定电压，,kV,电网的额定电压，,kV,（二）额定电压的选择,（三）截面的选择,（,1,）截面选择方法与裸导体基本相同，对长度不超越,20m,的电缆，按回路最大持续工作电流,I,max,选择，即,对于 ,5000h,，且长度超过,20m,的电缆，可按经济电流密度选择。,（三）截面的选择（1）截面选择方法与裸导体基本相同，对长度不,（,2,）确定电缆根数：当,S150mm,2,用（,S/150mm,2,）根。,（,3,）综合校正系数：,1,）空气中敷设：,K,K,t,K,1,；,2,）空气中穿管敷设：,K,K,t,K,2,；,3,）直接埋地敷设：,K,K,t,K,3,K,4,。,式中：,K,t,环境温度修正系数，由式子计算，缆芯正常允许最高工作温度与电压等级、绝缘材料和结构有关，可查附表；,K,1,空气中多根电缆并列敷设的修正系数，可查附表；,K,2,空气中穿管敷设的修正系数，在,U,N,10kV,的情况下，,S 95mm,2,时，,K,2,0.91,；,S,120mm,2,185mm,2,时，,K,2,0.85,；,K,3,直埋电缆因土壤热阻不同的修正系数，可查附表；,K,4,土壤中多根电缆并列敷设的修正系数，可查附表。,（2）确定电缆根数：当S15,（四）允许电压损失校验,U,5,式中,电缆线路最大持续工作电流，,A,；,L,线路长度，,km,；,r,、,x,电缆单位长度的电阻和电抗，,；,功率因数；,电缆线路额定线电压，,KV,。,（四）允许电压损失校验 U5,（五）热稳定校验,电缆的热稳定与裸母线相同，仍用裸母线的校验方法，但其中,Ks,1,，即：,热稳定系数,C,的计算：,（五）热稳定校验 电缆的热稳定与裸母线相同，仍用裸母线的,式中,计及电缆芯充填物热容随温度变化以及绝缘散热影响的校正系数。对于,3,6kV,厂用回路，取,0.93,，其他情况可取,1.0,；,Q,电缆芯单位体积的热容量，铝芯取,2.48,，铜芯取,3.4,，,J/cm2,；,J,热功当量系数，取,1.0,；,K20,时电缆芯交流电阻与直流电阻之比，,S100mm,2,的三芯电缆,K,1,，,S,120,240mm,2,的三芯电缆,K,1.005,1.035,；,电缆芯在,20,时的电阻系数，铝芯取,0.03110,4,，铜芯取,0.018410,4,，,cm2/cm;,电缆芯在,20,时的电阻温度系数，铝芯取,0.00403,，铜芯取,0.00393,，,1/,；,短路前电缆的工作温度，；,电缆短路时的最高允许温度，对,10kV,以下普通粘性浸渍绝缘及交联聚乙烯绝缘电缆，铝芯为,200,，铜芯为,250,。有中间接头的电缆短路时的最高允许温度，锡焊头为,120,，压接接头为,150,。,式中 计及电缆芯充填物热容随温度变化以及绝缘散热影响,11.5,高压断路器和隔离开关的选择,一、高压断路器的选择,1,种类和型式的选择,选择高压断路器的类型。根据环境条件、使用技术条件及各种断路器的不同特点进行选择。由于真空断路器、,SF6,断路器在技术性能和运行维护方面有明显优势，目前在系统中应用十分广泛，,10kV,及以下一般选用真空断路器，,35kV,及以上多选用,SF6,断路器。,2,根据安装地点选择：户内和户外；,3,额定电压选择：,11.5 高压断路器和隔离开关的选择一、高压断路器的选择,4,额定电流选择：,5,额定开断电流的选择：,时，,时，,4额定电流选择：,6,按关合电流选择,7,热稳定电流,8,动稳定电流,6按关合电流选择,二、隔离开关的选择,1,根据配电装置布置的特点，选择隔离开关的类型。,2,根据安装地点选择：（,1,）户内（,2,）户外,3,按额定电压选择：,4,按额定电流选择：,二、隔离开关的选择1根据配电装置布置的特点，选择隔离开关的,7,热稳定电流,8,动稳定电流,7热稳定电流,11.7,互感器的选择,一、电流互感器的选择,1,选型：根据配置地点、安装方式等选型。,2,一次回路额定电压、电流选择：,式中,电流互感器所在电网的额定电压；,电流互感器的一次额定电压和一次额定电流；,温度修正系数；,装设所选电流互感器的一次回路的最大持续工作电流。,11.7 互感器的选择 一、电流互感器的选择,3.,额定二次电流的选择,:,一般选用,5A,，在弱电系统中选用,1A,。,4,按准确度等级选择：,5,按二次负荷选择,:,供计费电度表用,0.5,级，保护用：,3,级；,D,级,作出电流互感器回路的接线图，列表统计其二次侧每相仪表和继电器负荷，确定最大相负荷。设最大相总负荷为,S2,，,S2,应不大于互感器在该准确度级所规定的额定容量,S,N2,，即,:,3.额定二次电流的选择:,即应满足：,式中,选定准确度级下的额定二次负荷，,；,电流互感器的二次负荷，,。,由于,式中,R,ar,二次侧负荷最大相的测量仪表和继电器电流线圈的串联总电阻；,R,l,仪表至互感器连接导线的电阻；,R,c,各接头的接触电阻总和，一般取为,0.1,。,即应满足：,经计算整理得：,式中,S,连接导线的截面，,mm,2,；,连接导线的电阻率，铜为,1.7510,2,，铝为,2.8310,2,，,mm2/m,；,l,c,连接导线的计算长度，,m,。,连接导线的计算长度 ，决定于从电流互感器到测量仪表（或继电器）之间的实际连接距离和电流互感器的接线方式。当采用单相接线时 ，；当采用星形接线时，由于中线内电流很小，则 ；当两只电流互感器接成不完全星形时，因为公共导线内的电流为 ，与,U,相电流的相位差为,60,0,，按电压方程可得 。,选择稍大于计算结果的标准截面，根据机械强度要求，求得的铜导线截面不应小于,1.5mm,2,；铝导线截面不应小于,2.5mm,2,。,经计算整理得：,6,热稳定校验：电流互感器的热稳定能力常以,1s,允许通过热稳定电流或热稳定电流对一次额定电流得倍数表示。,或,式中,ts,的热稳定倍数，,t,=1s,；,短路电流的热效应。,7,动稳校验：,或,6热稳定校验：电流互感器的热稳定能力常以1s允许通过热稳定,二、电压互感器的选择,1,按安装地点和使用条件等选择电压互感器的类型。,一般在,6,20kV,屋内配电装置中，选用户内油浸式或树脂浇注绝缘的电磁式电压互感器；,35kV,配电装置宜选用