第二章导电、绝缘与电气设备选择原理ppt课件

1、第2章 导体与绝缘体 发电厂及变电站电气部分三峡大学电气与新能源学院College of Electrical Engineering &New Energy.第一节 绝缘及绝缘子 绝缘是电气设备构造中的重要组成部分。绝缘和按照一定要求组成的绝缘系统(绝缘构造)是支撑高电压设备的根底。1. 绝缘 绝缘是运用不导电的物质将带电体隔离或包裹起来，使之与其它不等电位的物体之间不发生接触、不相关连，从而坚持不同的电位。 良好的绝缘可以有效地防止短路和危及人身平安，是保证电气设备与线路的平安运转和防止人身触电事故发生的最根本、最可靠的手段。电气设备绝缘需满足两个根本条件： 设备本身绝缘良好，没有部分放电

2、、过热和化学等老化或劣化的要素存在； 任务电压必需和设备的额定电压相顺应，不能超越允许的范围，也不能接受雷电等外部及内部的瞬变过电压。 .第一节 绝缘及绝缘子 绝缘按物质分类：气体绝缘、液体绝缘和固体绝缘 绝缘按恢复才干分类：自恢复绝缘指空气间隙和与空气接触的外绝缘 、非自恢复绝缘固体介质、液体介质构成的设备内绝缘 外绝缘：不同设备外外表之间或设备与大地之间的绝缘， 受风、雨、雪、雾、雷电及温度变化等自然条件、外表污秽和外力影响。普通由电力设计部门设计。 绝缘介质：不导电的气体、不导电的液体和不导电的固体。 内绝缘：设备内部的绝缘，普通不与空气接触，不受空气湿度与外界污秽程度等的影响，相对比较

3、稳定；普通是由制造厂家设计 。1. 绝缘. 电力设备的外绝缘包括：空气间隙和绝缘子(包括套管)。 空气间隙在工频交流电场中的平均放电梯度近似为 400kV/m。 电极外形，不同外形电极间的场强越均匀，绝缘程度也越高。 电压波形的影响，包括正弦波、操作冲击波、雷电冲击涉及直流叠加操作波等四种典型电压波形。 气候情况，包括气压、气温暖湿度 。 影响空气的绝缘程度的要素：第一节 绝缘及绝缘子 1. 绝缘. 绝缘子：安装在不同电位的导体之间或导体与地电位构件之间，可以耐受任务电压和机械应力的器件。图 绝缘子的构造表示图 绝缘子必需具有足够的机械强度和绝缘强度，并能在恶劣环境(高温、潮湿、多尘埃、污秽等

4、)下平安运转。第一节 绝缘及绝缘子2. 绝缘子2.1 绝缘子的作用. 按构造：支柱式绝缘子、悬式绝缘子、防污型绝缘子和套管绝缘子。 按资料：陶瓷绝缘子，玻璃钢绝缘子，合成绝缘子，半导体绝缘子。 按装设地点：户内无伞裙、无防污型和户外有较大伞裙、有防污型多用在多尘埃、盐雾和化蚀气体的污秽环境中 按运用场所：电站绝缘子、电器绝缘子和线路绝缘子，其中用于电站、电器的可击穿型绝缘子有针式支柱、空心支柱和套管，不可击穿型有棒形支柱和容器瓷套。用于线路的可击穿型绝缘子有针式、蝶形、盘形悬式，不可击穿型有横担和棒形悬式 第一节 绝缘及绝缘子2. 绝缘子2.2 绝缘子的分类.支柱绝缘子和穿墙套管外胶装支柱绝缘

5、子内胶装支柱绝缘子.610kV棒式绝缘子 .高压110220kV户外棒式绝缘子 .穿墙套管.第二节 常用导体 发电厂和变电站中常用的导体通常包括：硬导体和软导线。 硬导体：矩形导体、槽型导体、管形导体 软导线：钢芯铝绞线、组合导线、分裂导线和扩径导线 按导体构造，导体可以分为导线、母线和电力电缆 母线：聚集、分配和传送电能； 导线和电力电缆：传送电能；导线包括：裸导线、绝缘导线 1.导线 1)单股导线 包括：铝包钢线、钢包钢线、镀锌低碳钢线、硬铜圆单股线(特殊环境运用)。线径细、强度高、载流容量小，常用于小容量配电线路或通讯明设架空线，硬铜圆单线因价钱昂贵仅用于特殊环境中。.第二节 常用导体1

6、.导线 2) 普通绞线 包括：铝绞线、铝合金绞线、铝包钢丝绞线、镀锌钢绞线、硬铜丝绞线 。 铝绞线用于小跨距的配电线路。铝合金绞线常用于普通输配电线路。铝包钢丝绞线主要用于重冰区或大跨距导线，通讯或避雷线等。 3)组合绞线 由两种单股线(即导电金属单股线和高强度金属单股线)绞制而成，如钢芯铝绞线、钢芯铝合金绞线、钢芯铝包钢绞线等。 此类导线是电网中运用最为广泛的导体，具有抗拉强度高、价钱低等优点。 4)特种导线 系指防电晕的扩径型钢芯铝绞线、高强度大跨距导线及自阻尼导线等，具有截面大，抗拉强度高，适用于重冰区超高压架空线路。.第二节 常用导体2.母线 狭义母线指主接线中的主母线，广义母线包括：

7、电气主接线的主母线和设备之间的衔接线；厂用电部分的厂用母线；电气二次系统中直流系统的直流母线；二次部分的小母线等。 按运用资料分类： 1)铜母线 导电率高、机械强度高、耐腐蚀，但产量少，价钱贵，故主要用在易腐蚀的地域(如化工厂附近或沿海地域等)。 2)铝母线 导电率仅次于铜，且质轻、价廉、产量高，在屋内和屋外配电安装中广泛采用。 3)铝合金母线 包括：铝锰合金和铝镁合金两种，铝锰合金母线载流量大，但强度较差；铝镁合金母线机械强度大，但载流量小，焊接困难，运用范围较小。 4)钢母线 机械强度大，导电性差，仅用在高压小容量电路(如电压互感器回路以及小容量厂用、站用变压器的高压侧)、任务电流不大于2

8、00A的低压电路、直流电路以及接地安装回路中。.220kV管形母线、支柱绝缘子.第二节 常用导体2.母线 用外壳将导体连同绝缘等封锁起来的母线，用于单机容量在200MW以上的大型发电机组、发电机与变压器之间的衔接线以及厂用电源和电压互感器等分支线。 2.2.1 封锁母线的根本构造 1)载流导体 普通用铝制成，采用空心构造以减小集肤效应。截面有矩形、槽形和管形，电流很大时可采用水内冷圆管母线。 2)支柱绝缘子 采用多棱边式构造以加长漏电间隔，每个支撑点可采用一至四个绝缘子支撑，普通采用三个绝缘子支撑。2.2封锁母线 3)维护外壳 由58mm的铝板制成矩形或圆管形，在外壳上设置检修与察看孔。 4)

9、伸缩补偿安装 在一定长度范围内设置焊接的伸缩补偿安装；在与设备衔接处适当部位设置螺接伸缩补偿安装。. 5密封隔断安装 封锁母线接近发电机端及主变压器接线端和厂用高压变压器接线端，采用大口径绝缘板作为密封隔断安装，并用橡胶圈密封，以保证区内的密封维持微正压运转的需求。 2.2.2 封锁母线的类型 (1)按外壳资料可分为：塑料外壳母线和金属外壳母线 (2)按外壳与母线间的构造方式可分为1)共箱封锁母线2)隔相封锁母线 3)离相封锁式母线 第二节 常用导体2.母线2.2封锁母线 2.2.1 封锁母线的根本构造.第二节 常用导体2.母线 2.2封锁母线 2.2.2 封锁母线的类型c 离相封锁母线a 共

10、箱封锁母线b 隔相封锁母线图 母线的构造母线绝缘子外壳隔板隔板母线外壳1)共箱封锁母线2)隔相封锁母线 3)离相封锁式母线 .第二节 常用导体2.母线 2.2封锁母线 2.2.3封锁母线的特点 1)运转平安、可靠性高 2)母线附近钢构中的损耗和发热显著减小 3)短路时母线之间的电动力大为减小 4)母线和外壳可兼作强迫冷却的管道，母线的载流量可大幅提高。缺陷 优点 1)有色金属耗费约添加一倍。 2)外壳产生损耗，母线功率损耗约添加一倍。 3)一样截面母线载流量减小。.第二节 常用导体 2.母线 2.3绝缘母线 在原敞露母线外表加上绝缘，取消支柱绝缘子，直接架在钢架构造上，在电流小于2500A的线

11、路中运用，优点如下： 1)绝缘母线全绝缘 相间距不受电压等级的限制，只取决于安装尺寸，相间距大大减小，且运转可靠。 2)单根绝缘母线 可根据经过的电流的大小设计，可满足任何电流的要求，防止了电流较大时运用多根电缆并用所带来的电流不平衡问题。 3)绝缘母线绝缘层的无模具浇注使得母线的外形尺寸可根据需求做随意调整，满足各种需求。 4)绝缘母线衔接安装的运用使得绝缘母线的安装非常灵敏，可根据不同的空间位置、安装尺寸做随意分段组合，同时还可弥补由于某种缘由呵斥的安装尺寸上的一些偏向。.第二节 常用导体 3.电力电缆 3.1 电力电缆的种类 1)按电压等级分：低压电缆(1kV及以下)；中压电缆(3、6、

12、10、35kV)；高压电缆(60kV及以上)。 2)按电缆导电线芯截面分：2.5，4，6，10，16，25，35，50，70，95，120，150，185，240，300，400，500，625，800mm2。 3)按电缆芯数分：单芯、双芯、三芯、四芯。 4)按传输电能的方式分：直流电缆和交流电缆。 5)按特殊需求分：保送大容量电能的电缆、阻燃电缆和光纤复合电缆等 6)按电缆绝缘资料和构造分：油浸纸绝缘电缆、聚氯乙烯绝缘电缆(简称塑力电缆)、交联聚乙烯绝缘电缆(简称交联电缆)、橡皮绝缘电缆、高压充油电缆和SF6气体绝缘电缆。. 1)电缆线芯：2)绝缘层：运用的资料：橡胶、聚乙烯、聚氯乙烯、交联

13、聚乙烯、聚丁烯、棉、麻、丝、绸、纸、矿物油、植物油、气体等。3)维护层：分内维护层和外维护层。内维护层由铝、铅或塑料制成，外维护层由内衬层和外被层组成。第二节 常用导体 3.电力电缆 3.2 电力电缆的构造图 25 电力电缆的构造1导体；2相绝缘；3纸绝缘；4铅包皮；5麻衬；6钢带铠甲；7麻被；8钢丝铠甲；9填充物.第三节 电流流过导体时的热效应1. 概述 导体和电器在实践任务中将产生损耗，并转化为热能，使导体和电器的温度升高热效应。当温度过高，会导致资料的物理性能和化学性能变坏 损耗： 1电阻损耗 2介质损耗 3涡流和磁滞损耗 危害： 1机械强度下降 2接触电阻添加 3绝缘性能降低 .1.

14、概述 电气设备在实践运转中的两种典型任务形状 1正常任务形状正常运转 2短路任务形状发生短路 两种任务形状对应的发热规范最高允许温度。 1长期发热 正常，普通导体的正常最高任务温度不宜超越+70，在计及日照影响时，钢芯铝线及管形导体可按不超越+80思索 ，普通导体接触面处有镀搪锡的可靠覆盖层时，可提高到+85 2短时发热 短路，硬铝及铝锰合金可取200，硬铜可取300。第三节 电流流过导体时的热效应.2.长期发热和载流量 2.1 发热量计算发热包括导体电阻损耗热量的计算和太阳日照热量的计算。 在稳定形状下，根据能量守恒定律，导体发热过程中普通的热量平衡关系为： 发热量=导体升高温度所需热量+散

15、热量 ：单位长度导体电阻损耗的热量W/m) ：单位长度导体吸收太阳辐射的热量W/m)：单位长度的对流散热W/m)：单位长度导体辐射散热量W/m)第三节 电流流过导体时的热效应.2.1.1 电阻损耗产生的热量 单位长度的导体，经过有效值为Iw 的交流电流时，由电阻损耗产生的热量 ：导体的直流电阻 /m； ：为20时电阻的温度系数-1；：导体的集肤效应系数 ：导体20时直流电阻率 /m； ：导体的运转温度 ；：导体截面mm2。2.长期发热和载流量 2.1 发热量计算第三节 电流流过导体时的热效应.2.1.1 电阻损耗产生的热量 导体的集肤系数Ks与电流的频率、导体的外形和尺寸有关。 矩形截面导体的

16、集肤系数曲线2.长期发热和载流量 2.1 发热量计算第三节 电流流过导体时的热效应.2.1.1 电阻损耗产生的热量2.长期发热和载流量 2.1 发热量计算第三节 电流流过导体时的热效应圆管形截面导体的集肤系数曲线图中f 为电源频率， Rdc为1000m长导体的直流电阻.2.长期发热和载流量 2.1 发热量计算第三节 电流流过导体时的热效应 2.1.2 太阳日照辐射的热量 太阳照射辐射的热量也会呵斥导体温度升高，安装在屋外的导体，普通应思索日照的影响，圆管形导体吸收的太阳日照热量为太阳辐射功率密度，我国取 ； 太阳照射热量的吸收率 ，外表磨光的铝管 取 ；：单位导体长度受太阳的照射面积。D ：为

17、导体的直径m。.2.长期发热和载流量 2.2 散热量计算 2.2.1 对流换热量的计算 自然对流和强迫对流对流指由气体各部分发生相对位移将热量带走的过程对流换热量与导体对周围介质的温升及换热面积成正比: ：单位导体散热面积。：导体的运转温度 ；：介质温度 第三节 电流流过导体时的热效应：对流散热系数W/(. ).2.长期发热和载流量 2.2 散热量计算 2.2.1 对流换热量的计算 自然对流和强迫对流 1自然对流换热量的计算 屋内空气自然流动或屋外风速小于0.2m/s，属于自然对流换热。此种情况的对流换热系数取: 单位长度导体的对流换热面积 Fc 是指有效面积，它与导体外形、尺寸、布置方式和多

18、条导体的间距等要素有关。 第三节 电流流过导体时的热效应.2.长期发热和载流量 2.2 散热量计算 2.2.1 对流换热量的计算 自然对流和强迫对流 单条矩形导体竖放时的对流换热面积单位为m2/m为 第三节 电流流过导体时的热效应. 2.2 散热量计算 2.2.1 对流换热量的计算 自然对流和强迫对流第三节 电流流过导体时的热效应两条矩形导体竖放时如下图的对流换热面积三条矩形导体竖放时如下图的对流换热面积2.长期发热和载流量. 2.2 散热量计算 2.2.1 对流换热量的计算 自然对流和强迫对流第三节 电流流过导体时的热效应2.长期发热和载流量槽型导体的对流换热面积圆管形导体(直径为D)的对流

19、换热面积为：. 2.2.1 对流换热量的计算 自然对流和强迫对流 2强迫对流换热 屋外配电安装中的管形导体，常遭到风的吹拂，风速越大，空气分子与导体外表接触的数量增多，对流换热的条件就越好，因此构成强迫对流换热。 空气温度为20时，空气的导热系数为 空气温度为20时，空气的运动粘度系数为Nu为努谢尔特准那么数，是传热学中表示散热强度的一个数据。. 2.2 散热量计算 2.2.1 对流换热量的计算 自然对流和强迫对流第三节 电流流过导体时的热效应2.长期发热和载流量单位长度圆管形导体的对流换热面积：当24 90时，A =0.42，B =0.58，n =0.9。 V为风速m/s为计算时根据风向与导

20、体的夹角 计入的修正系数当0 24时，A=0.42，B =0.68 ，n =1.08；.2.长期发热和载流量 2.2 散热量计算 2.2.2 辐射散热根据斯蒂芬玻尔兹曼定律，导体向周围空气辐射的热量为： W 、0导体温度和周围空气温度； 导体资料的辐射系数又称黑度系数，见表3-2，磨光的外表小，粗糙或涂漆的外表大；Ff 单位长度导体的辐射换热面积m2/m。 辐射指点体温度以热射线的方式从高温物体传给低温物体 第三节 电流流过导体时的热效应.2.长期发热和载流量 2.2 散热量计算 2.2.2 辐射散热材料辐射系数材料辐射系数表面磨光的铝表面不光滑的铝精密磨光的电解铜有光泽的黑漆无光泽的黑漆0.

21、0390.0570.0550.0180.0230.8750.960.98白漆各种不同颜色的油漆，涂料有光泽的黑色虫漆无光泽的黑色虫漆0.800.950.920.960.8210.91导体资料的辐射系数 第三节 电流流过导体时的热效应.2.长期发热和载流量 2.2 散热量计算 2.2.2 辐射散热1单条矩形导体的辐射散热面积2双条矩形导体的辐射散热面积代表辐射到对面导体的部分，不能计入第三节 电流流过导体时的热效应.2.长期发热和载流量 2.2 散热量计算 2.2.2 辐射散热3三条矩形导体的辐射散热面积，按照一样的方法求得4槽形导体的辐射散热面积5圆管导体的辐射散热面积第三节 电流流过导体时的

22、热效应.2.长期发热和载流量 2.2 散热量计算 2.2.3 导热 导热是指分子运动将热量由高温传至低温区 导热系数W/(m. )。 导热面积()。 物体厚度(m)。 高温区和低温区的温度()。第三节 电流流过导体时的热效应.2.长期发热和载流量 2.3 长期发热的温升过程 工程上为了便于分析与计算，常把换热量表示为w/m 导体升温的过程中，导体产生的热量一部分使本身温度升高Qw，另一部分散失到周围介质中，导体的温度由最初温度开场上升，经过一段时间后到达稳定温度，过程可表示为其中c为比热容J/(kg. )、m为单位长度的质量第三节 电流流过导体时的热效应.2.长期发热和载流量 2.3 长期发热

23、的温升过程导体经过电流 I 时，经过时间t，温升为在时间dt 内，有得到当t=0t时，即得到第三节 电流流过导体时的热效应.2.长期发热和载流量 2.3 长期发热的温升过程可得当t ，可得稳定温升为图 导体的温升曲线设导体的热时间常数 可见：温升过程是按指数曲线变化，初始阶段温升上升很快，随时间延伸其上升速度逐渐减小，大约经过t=(3-4)Tr后便趋近稳定温升。第三节 电流流过导体时的热效应.2.长期发热和载流量 2.4 导体的载流量 在额定环境温度0下，使导体的稳定温度正好等于长期发热最高允许温度即W =al 的电流，称为该0下的载流量Ial 或长期允许电流 载流量实践上根据设备温度升高的限

24、制条件，将可以满足温度限制条件的电流，作为工程设计的根据。由前式 满足载流量条件的温升载流量室内导体第三节 电流流过导体时的热效应.2.长期发热和载流量 2.4 导体的载流量 由此可知：导体的稳定温升，与电流的平方、导体资料的电阻成正比，而与总换热系数和换热面积成反比。提高导体载流量的措施：减小导体电阻 ，用铜替代铝；增大导体的散热面积，在一样截面下，矩形、槽形比圆形导体的外表积大；提高放热系数。矩形导体竖放散热效果好，导体外表涂漆可以提高辐射散热量并用以识别相序；提高长期发热最高允许温度，在导体接触面镀搪锡；第三节 电流流过导体时的热效应.2.长期发热和载流量 2.4 导体的载流量 例：计算

25、屋内配电安装中125mm8mm矩形导体的载流量，长期发热最高允许温度为70，周围空气温度为25。 解：1计算单位长度的交流电阻。查得，铝导体温度为20时的直流电阻率 mm2/m，电阻温度系数 -1，1000m长导体的直流电阻为 根据 及 查得 交流电阻第三节 电流流过导体时的热效应.2.长期发热和载流量 2.4 导体的载流量 例：计算屋内配电安装中125mm8mm矩形导体的载流量，长期发热最高允许温度为70，周围空气温度为25。 2计算对流散热对流换热系数为 对流换热量为 对流换热面积为第三节 电流流过导体时的热效应.2.长期发热和载流量 2.4 导体的载流量 例：计算屋内配电安装中125mm

26、8mm矩形导体的载流量，长期发热最高允许温度为70，周围空气温度为25。 3计算辐射散热m2/m 辐射换热面积因导体外表涂漆，取 ，辐射换热量为 4导体的载流量竖放时为第三节 电流流过导体时的热效应.3.短时发热和热稳定 电气设备的短时发热指短路开场至短路被切除为止很短一段时间内导体发热的过程。此时，导体产生的热量比正常发热要大得多，导体温升更高。短时发热计算的目的，就是要确定导体短路时的最高温度，以校验导体和电器的热稳定能否满足要求。图 短时发热过程第三节 电流流过导体时的热效应.3.短时发热和热稳定 3.1 短时发热过程 短时短路开场到短路被切除发热特点: 1发热时间很短，电流比正常任务电

27、流大的多，导体产生的热量来不及散失到周围介质中去，全部用来使导体温度升高，散热量可以忽略不计。 导体短时发热过程中的热量平衡关系可以表述为 电阻损耗产生的热量=导体的吸热量，即第三节 电流流过导体时的热效应.3.短时发热和热稳定 3.1 短时发热过程短时发热过程中，导体的电阻和比热容与温度的函数关系为 2在短时间内，导体的温度快速升高，其电阻和比热容不再是常数而是温度的函数。其中：和分别为 和c的温度系数-1 0 和c0分别为导体在0时的电阻率m和导体在0时的比热容J/(kg)； 第三节 电流流过导体时的热效应.3.短时发热和热稳定 3.1 短时发热过程 由热量平衡微分方程，得 将导体的电阻和

28、比热容及 代入得S为导体的截面积m2w 为导体资料的密度，铝为2.7103kg/m3； 其中： Ikt 为t时辰短路全电流瞬时值A； 整理得 第三节 电流流过导体时的热效应.3.短时发热和热稳定 3.1 短时发热过程对上式两边积分，时间从0到 tk ，温度对应从w 到h令:表示：0到 tk 时间内，电阻为1的导体中所放出的热量定义短路电流热效QkAs第三节 电流流过导体时的热效应.3.短时发热和热稳定 3.1 短时发热过程上式可改写为 短路终了时: 根据A 与温度的关系，绘制关系曲线 =f(A) ，可查出短路终了时的对应的温度值。第三节 电流流过导体时的热效应.3.短时发热和热稳定 3.1 短

29、时发热过程可以根据 = f (A)曲线，计算短时发热最高温度 由短路开场温度w 短路前导体的任务温度，查出对应的值Aw ； 假设h 0.1s发电机出口及母线0.150.2发电机升高电压母线及出线发电机电压电抗器后0.080.1变电站各级电压母线及出线0.05 当tk 1s时，导体的发热主要由周期分量热效应来决议，非周期分量热效应可略去不计。 第三节 电流流过导体时的热效应.3.短时发热和热稳定 3.2 短路电流热效应的计算 【例】某变电所汇流母线，采用矩形铝导体，截面为63 mm8mm，集肤系数为1.03 ，导体的正常任务温度为50，短路切除时间为2.6s，短路电流试计算导体的短路电流热效应和

30、短时发热最高温度。 解 1短路电流热效应 第三节 电流流过导体时的热效应.3.短时发热和热稳定 3.2 短路电流热效应的计算 【例】某变电所汇流母线，采用矩形铝导体，截面为63 mm8mm，集肤系数为1.03 ，导体的正常任务温度为50，短路切除时间为2.6s，短路电流试计算导体的短路电流热效应和短时发热最高温度。 第三节 电流流过导体时的热效应2短时发热最高温度 由导体的正常任务温度为50，查曲线可得Aw=0.41016J/m4。 查曲线可得h =80 2( h + b )时，Kf=1；对于圆管形和槽形导体，可取Kf=1。 1.两平行导体间的电动力1.1 两平行无限长导体的电动力.第四节 电

31、流流过导体时的电动力 2.导体短路时的电动力2.1 三相短路的电动力不计短路电流周期分量的衰减时，三相短路电流为 其中 A相短路电流的初相角； 非周期分量衰减时间常数s。 短路电流周期分量的最大值； .第四节 电流流过导体时的电动力 2.导体短路时的电动力2.1 三相短路的电动力1利用两平行导体的电动力计算公式与力的合成，便可计算布置在同一平面的三相导体的短路电动力。2布置在同一平面的导体三相短路时，外边相A相或C相受力情况一样，故只需分析中间相B相和外边相A相或C相两种情况。 图 三相导体的受力分析a 中间相受力分析 b 边相受力分析.第四节 电流流过导体时的电动力 2.导体短路时的电动力2

32、.1 三相短路的电动力 在假定电流正方向下，由两平行导体间的电动力计算公式可得作用在中间相B相的电动力为 作用在外边相A相的电动力为 .第四节 电流流过导体时的电动力 2.导体短路时的电动力2.1 三相短路的电动力图 三相短路时B相电动力分解 d B相电动力的合力 t/ms c 不衰减的两倍工频分量 t/ms b 衰减的工频分量 t/ms a 衰减的非周期分量 t/ms 将三相短路电流代入上式，经三角公式进展变换，得 FB由三个分量组成1) 按Ta /2衰减的非周期分量；2) 按Ta衰减的工频分量；3) 不衰减的两倍工频分量。.第四节 电流流过导体时的电动力 2.导体短路时的电动力2.1 三相

33、短路的电动力FA有四个分量组成。 电动力大小与短路发生瞬间的短路电流初相角有关，下一步，就是要确定电动力的最大值。.第四节 电流流过导体时的电动力 2.导体短路时的电动力2.2 三相短路的电动力最大值2.2.1 临界初相角 三相短路的电动力能否到达最大值，与短路发生瞬间的短路电流初相角有关，使电动力为最大的短路电流初相角称为临界初相角。 1) 在短路发生瞬间， FB中的非周期分量为最大时， FB才会出现最大值 。此时即 临界初相角 =75，165，255和345等.令 =75， 得 第四节 电流流过导体时的电动力 2.导体短路时的电动力2.3 三相短路的电动力2.2.1 临界初相角 2) 在短

34、路发生瞬间， FA中的固定分量与非周期分量之和为最大时， FA才会出现最大值 。此时即 临界初相角 =75和255等，可得 .2.2 三相导体短路时的电动力 在短路发生后最初半个周期，短路电流的幅值最大，此时t0.01s，冲击电流为Ish1.82Im。将t0.01和Imish/1.82代入式(351)和式(352)，便可分别求得:B相的最大电动力 比较此二式可知，FBmax FAmax。A相的最大电动力(N)(N).第四节 电流流过导体时的电动力 2.导体短路时的电动力2.3 两相短路的电动力最大值两相短路时的冲击电流为由两平行导体电动力计算公式可得 两相短路时次暂态电流 结论：最严重的电动力

35、的时辰是发生三相短路后冲击电流出现的瞬间。.第四节 电流流过导体时的电动力 2.导体短路时的电动力2.4 导体振动时的动态应力 1固有振动：硬导体、支持绝缘子及固定绝缘子的支架组成一个可以振动的弹性系统。当遭到一次外力时，就按一定的频率在平衡位置上下挪动，构成自在振动或固有振动。其频率称为自振频率或固有频率 。 该振动会由于摩擦和阻尼作用，逐渐减弱。 3机械共振：强迫振动的频率接近或等于导体系统的自振频率频率时，将发活力械共振，其振幅特别大，导致资料的应力添加，有能够使导体及支持绝缘子损坏。 2强迫振动：导体在周期性短路电动力的继续作用下而发生的振动。.第四节 电流流过导体时的电动力 2.导体

36、短路时的电动力2.4 导体振动时的动态应力 5对于重要回路，如发电机、主变压器回路及配电安装中的汇流母线等，设计时需求思索共振的影响。 4三相短路电动力中含有工频和二倍工频分量。假设导体的固有频率接近这两个频率之一时，就会出现共振景象，振幅会不断添加(由于摩擦和阻尼作用，不会无限添加)，导致资料的应力添加，当应力超越资料的允许范围时，会使导体及支柱绝缘子损坏。. 导体和绝缘子均参与的振动称为双频振动系统，当绝缘子的固有频率远大于导体的固有频率时，共振可按只需导体参与振动的单频振动系统计算。 导体的一阶固有频率为其固有频率是根据导线的构造和资料决议的 计算硬导体系统的一阶固有频率其中L为绝缘子跨

37、距(m)； J为截面惯性矩；m为导体单位质量kg/m， 资料的弹性模量E，铝 铜 Nf为频率系数 ，根据导体延续跨数和支撑方式而异，当单跨、两端简支时， 取1.57；当单跨、一端固定，一端简支时，或两等跨、简支时， 取2.45；当单跨、两端固定，或多等跨简支时， 取3.56；当单跨、一端固定、一端活动时， 取0.56。第四节 电流流过导体时的电动力 2.导体短路时的电动力2.4 导体振动时的动态应力. 动态应力系数：导体的自振频率无法避开产生共振的频率范围时，最大电动力必需计入动态应力系数。图 动态应力系数曲线 固有频率在30160Hz以外时，不思索共振的影响。 固有频率在30160Hz以内时

38、，应思索共振的影响。第四节 电流流过导体时的电动力 2.导体短路时的电动力2.4 导体振动时的动态应力. 为防止导体产生共振，对于重要的导体，应使固有频率在下述范围以外：单条导体及一组中的各条导体：35Hz；多条导体及引下线的单条导体：35Hz；槽形和管形导体为：35160Hz。第四节 电流流过导体时的电动力 2.导体短路时的电动力2.4 导体振动时的动态应力.【例】某变电站变压器10kV引出线，每相单条铝导体尺寸为100mm10mm，三相程度布置平放，支柱绝缘子间隔为L=1.2m，相间间隔a=0.7m,，三相短路冲击电流ish=39kA，试求导体的固有频率、动态应力系数和最大电动力。解 导体

39、断面二次矩 对于多等跨简支，Nf =3.56 ，导体的固有频率为 固有频率在30160Hz以外，故 ，最大电动力为 第四节 电流流过导体时的电动力 2.导体短路时的电动力2.4 导体振动时的动态应力.第五节 电气设备选择原理普通条件：多数电气设备共有的选择校验工程。特殊条件：个别电气设备具有的选择校验工程。选择条件选择：按正常任务条件选择设备的型号。校验：按短路条件校验其动稳定性及热稳定性。选择原理 电气设备的选择是电气主系统设计的重要组成部分，正确地选择电气设备是电气主接线和配电安装平安、稳定运转的根底。.第五节 电气设备选择原理 1.正常任务条件选择电气设备1.1 额定电压 1)正常电压要

40、求是：电气设备的允许最高任务电压不得低于设备所在回路的最高运转电压。 2) 由于电气设备的允许最高任务电压为其额定电压的UN的1.11.15倍，而电网电压正常动摇引起的最高运转电压不超越电网额定电压UNs的1.1倍。 3) 普通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 1.2 额定电流 为了满足长期发热条件，应按额定电流IN或载流量Ial不得小于所在回路最大继续任务电流Imax的条件进展选择，即 IN或IalImax .第五节 电气设备选择原理 1.正常任务条件选择电气设备1.2 额定电流回路名称最大持续工作电流 说明发电机、调相机回

41、路1.05倍发电机、调相机额定电流发电机和变压器在电压降低到0.95额定电压运行时，出力可以保持不变， 故电流可以增大5%变压器回路1.05倍变压器额定电流1.32.0倍变压器额定电流若要求承担另一台变压器事故或检修时转移的负荷出线回路1.05倍线路最大负荷电流考虑5%的线损，还应考虑事故时转移过来的负荷母联回路母线上最大一台发电机或变压器的最大持续工作电流分段回路母线上最大一台发电机额定电流的50%80%变电所应满足用户的一级负荷和大部分二级负荷 汇流母线按实际潮流分布确定电容器回路1.35倍电容器组额定电流考虑过电压和谐波的共同作用.第五节 电气设备选择原理 1.正常任务条件选择电气设备1

42、.3自然环境条件 选择电气设备时，应留意安装地点的环境条件，当气温、风速、湿度、污秽等级、海拔高度、地震烈度、覆冰厚度等环境条件超出普通电气设备的规定运用条件时，应采取相应的防措施。 1) 海拔影响电气设备的绝缘性能，装设地点海拔越高，电气设备外部空气间隙和固体绝缘外外表的放电特性越低，电气设备允许的最高任务电压越小。 海拔高度在1000m-3500m的地域，海拔高度比厂家规定值每升高100m，最高允许任务电压要下降1%，当最高任务电压不能满足时，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，其外绝缘有一定裕度，可在海拔2000m以下地域运用。.第五节 电气设备

43、选择原理 1.正常任务条件选择电气设备1.3自然环境条件 2 对裸导体和电缆，当实践环境温度不同于导体的额定环境温度0时，其长期允许电流应该用下式进展修正。 Ial = KIal Imax 综合修正系数K为 al导体的长期发热允许最高温度，裸导体普通为70； 0导体的额定环境温度，裸导体普通为25。 .第五节 电气设备选择原理 1.正常任务条件选择电气设备1.3自然环境条件 3我国消费的电器额定环境温度0=40。在4060范围内，当实践环境温度高于+40时，环境温度每增高1，按减少额定电流1.8%进展修正；当实践环境温度低于+40时，环境温度每降低1，按添加额定电流0.5%进展修正，但其最大过

44、负荷不得超越额定电流的20%，实践选择时普通不修正。 2.短路条件校验2.1 短路热稳定校验 热稳定：指电气设备接受短路电流热效应而不损坏的才干。 热稳定校验的本质：使电气设备接受短路电流热效应时的短时发热最高温度不超越短时最高允许温度。 .第五节 电气设备选择原理2.1 热稳定校验 2.短路条件校验 导体通常按最小截面法校验热稳定。 电器的热稳定是由热稳定电流及其经过时间来决议的，满足热稳定的条件为 Qk短路电流热效应； It所选用电器t单位为s内允许经过的热稳定电流。 2.2 动稳定校验 动稳定：电气设备接受短路电流引起的最大电动力的才干。部分电气设备动稳定按应力和电动力校验。.第五节 电

45、气设备选择原理 2.短路条件校验2.2 动稳定校验电器满足动稳定的条件为 ish， Ish 短路冲击电流的幅值、有效值；I/为次暂态电流；Kes为冲击系数，发电机机端取1.9，发电厂高压母线及发电机电压电抗器后取1.85，远离发电机时取1.8。ies ，Ies电器允许经过的动稳定电流幅值，消费厂家用此电流表示电器的动稳定特性，在此电流作用下电器能继续正常任务而不发活力械损坏。 或. 第五节 电气设备选择原理 3.短路电流计算条件 1短路计算容量和接线：应按本工程的设计规划容量并思索电力系统的远景开展规划普通为本期工程建成后510年计算；思索能够发生最大短路电流的正常接线方式计算，不思索在切换过

46、程中的暂时并列。 2短路种类：电气设备的热稳定和动稳定以及电器的开断电流，普通按三相短路验算。假设发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统、自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时，那么应按严重情况验算。 3短路计算点：在正常接线方式时，经过电气设备的短路电流为最大的短路点，称为短路计算点。 . 第五节 电气设备选择原理 3.短路电流计算条件 图 短路计算点的选择1对两侧均有电源的电气设备，比较电气设备前、后短路时的短路电流，选经过电气设备短路电流较大的地点作为短路计算点2母联断路器思索向备用母线充电备用母线缺点时，流过该断路器的全部任务电流。3带电抗器回路选电抗器后为短路点，

47、可选择轻型断路器。 . 第五节 电气设备选择原理4短路计算时间 1热稳定计算时间 计算短路电流热效应时所用的短路切除时间tk等于继电维护动作时间tpr与相应断路器的全开断时间tbr之和，即 断路器的全开断时间tbr等于断路器的固有分闸时间tin与燃弧时间ta之和，即 验算裸导体的短路热稳定时，tpr宜采用主维护动作时间，如主维护有死区时，那么采用能对该死区起维护作用的后备维护动作时间；验算电器时，采用后备维护的动作时间。 少油断路器的燃弧时间ta为0.040.06s，SF6断路器的燃弧时间ta为0.020.04s。 . 第五节 电气设备选择原理4短路计算时间 2短路开断时间计算 无延时维护，t

48、pr1为启动和执行时间之和，传统的电磁式维护安装普通为0.05-0.06s，微机维护为0.016-0.03秒。 固有分闸时间tin。 断路器在校验开断电流时，短路开断时间.第六节 常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择1. 敞露(裸)导体的选择1.1 资料、类型和布置方式 可采用铝、铜、钢作为导体资料。常用的软导线有钢芯铝绞线、组合导线、分裂导线和扩径导线，后者多用于330 kV及以上的配电安装。导体的布置方式应根据载流量的大小、短路电流程度和配电安装的详细情况而定。1.2 导体截面的选择 1按导体的长期发热允许电流选择 汇流母线 汇流母线及长度在20m以下的导体等，普通应按长期发热允许电流选择其截

49、面，即 导体截面可按导体的长期发热允许电流或经济电流密度选择Imax K Ial ； Imax导体的最大继续任务电流，计算时普通需思索过负荷和事故时转移过来的负荷电流。. 2按经济电流密度选择 按经济电流密度选择导体截面可以使年计算费用最小。 除汇流母线、厂用电动机的电缆等外，年最大负荷利用时数5000小时，长度在20m以上的导体，如发电机和变压器引出线，其截面普通按经济电流密度选择。经济截面：Imax正常运转方式下导体的最大继续任务电流，计算时不思索过负荷和事故时转移过来的负荷； J经济电流密度，常用导体的J值，可根据最大负荷利用时数Tmax查得。 第六节 常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择1

50、. 敞露(裸)导体的选择1.2 导体截面的选择.第六节 常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择1. 敞露(裸)导体的选择1.2 导体截面的选择1变电所所用、工矿和电缆线路的铝纸绝缘铅包、铝包、塑料护套及各种铠装电缆 2铝矩形、槽形及组合导线 3火电厂厂用的铝纸绝缘铅包、铝包、塑料护套及各种铠装电缆 435220kV线路的LGJ、LGJQ型钢心铝绞线 2按经济电流密度选择 . 留意： 1按经济电流密度选择的导体截面应尽量接近计算的经济截面，当无适宜规格的导体时，允许选用小于但接近经济截面的导体。 2按经济电流密度选择的导体截面还需求进展长期发热条件校验，此时计算Imax需思索过负荷和事故时转移过来的负

51、荷。 3由于汇流母线各段的任务电流大小不一样，且差别较大，故汇流母线不按经济电流密度选择截面。 第六节 常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择1. 敞露(裸)导体的选择1.2 导体截面的选择 2按经济电流密度选择 .第六节 常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择1. 敞露(裸)导体的选择1.3 电晕电压校验 导体的电晕放电会产生电能损耗、噪声、无线电干扰和金属腐蚀等不良影响。为了防止发生全面电晕，要求110kV及以上裸导体的电晕临界电压Ucr应大于其最高任务电压Umax，即 在海拔不超越1000m的地域，以下情况可不进展电晕电压校验： 1) 110kV采用了不小于LGJ-70型钢心铝绞线和外径不小于20型

52、管形导体时； 2) 220kV采用了不小于LGJ-300型钢心铝绞线和外径不小于30型的管形导体时。.第六节 常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择1. 敞露(裸)导体的选择1.4 热稳定校验 计算最小截面 短时最高允许温度al对应Ah，取短路前导体的任务温度w对应Aw，定义热稳定系数C 计及集肤效应系数KS影响，可得到满足热稳定的导体最小截面 对于特定网络和短路切除时间，短路电流热效应Qk坚持不变。当所选导体截面SSmin时 ，短路终了时A减少，故导体短路时的温升不会超越短时最高允许温度。 由 热稳定系数C可在表2-7查出。. 实践环境温度下，短路前导体的任务温度w的计算方法，导体任务在最大继续任

53、务电流，由长期发热得到 两式两边相除再平方得： 实践环境温度和对应的允许电流Ial 第六节 常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择1. 敞露(裸)导体的选择1.4 热稳定校验 计算最小截面.第六节 常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择1. 敞露(裸)导体的选择1.5 动稳定校验 应力校验 硬导体的动稳定校验条件为最大计算应力max不大于导体的最大允许应力al，即 maxal 硬导体的最大允许应力：硬铝为70106 Pa， 硬铜为140106Pa，1Pa=1N/m2。 由于相间间隔较大，无论什么外形的导体和组合，计算相间电动力fph单位为N/m时，可不思索外形的影响，均按下式计算 ish为三相短路冲击电流

54、A；a为相间间隔m；为动态应力系数。 .第六节 常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择1. 敞露(裸)导体的选择1.5 动稳定校验 应力校验 1每相为单条矩形导体母线的应力计算与校验 矩形导体母线系统可以视为均匀荷载作用的多跨延续粱，导体所遭到的最大弯矩MNm为 导体最大相间计算应力ph单位为Pa为 W导体的截面系数m3，即导体对垂直于电动力作用方向轴的抗弯矩，与导体尺寸和布置方式有关： 满足动稳定的条件为：max = phal 单条平放 ，单条竖放 . 1每相为单条矩形导体母线的应力计算与校验 不满足动稳定时，可适当减小支柱绝缘子跨距L，重新计算。 也可以用绝缘子间最大允许跨距Lmax校验动稳定：

55、 令ph=al ，可得到：只需支柱绝缘子跨距L Lmax ，即可满足动稳定要求。 第六节 常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择1. 敞露(裸)导体的选择1.5 动稳定校验 应力校验 满足动稳定的条件为：max = phal .第六节 常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择1. 敞露(裸)导体的选择 1.5 动稳定校验 应力校验 2每相为多条矩形导体母线的应力计算与校验 每相为多条导体时，除受相间电动力的作用外，还遭到同相中条与条之间的电动力作用，满足动稳定的条件为 max=ph+bal 1)多条矩形导体的相间计算应力ph与单条矩形导体时的一样： 截面系数为多条矩形导体的截面系数，根据每相导体的条数和布置

56、方式双条平放 双条竖放 三条平放 三条竖放 . 2单位长度条间最大电动力fb (单位为N/m)的计算 多条导体的构造：相邻导体条间间隔，普通为矩形导体短边b的2倍。由于条间间隔很小，故条间应力b比相间应力大的多，为了减小条间计算应力， 普通在同相导体的条间每隔3050 cm左右装设一金属衬垫。衬垫跨距Lb可经过动稳定校验条件来确定。 第六节 常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择1. 敞露(裸)导体的选择 1.5 动稳定校验 应力校验 2每相为多条矩形导体母线的应力计算与校验 . 每相多条矩形导体中，电流的方向一样，边条受的电动力最大且思索导体外形对电动力的影响。每相为两条且各经过50%的电流时，单

57、位长度条间最大电动力fb (单位为N/m)为 每相为三条时，可以以为中间条经过20%电流， 两边条各经过40%电流，那么单位长度条间最大电动力fb (单位为N/m)为 上两式中，K12和K13分别是第1、2条导体和第1、3条导体间的外形系数。 第六节 常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择1. 敞露(裸)导体的选择 1.5 动稳定校验 应力校验 2每相为多条矩形导体母线的应力计算与校验 .边条导体所受的最大弯矩Mb单位为Nm为 不论导体是平放还是竖放，每相多条导体所受条间电动力的方向与每相单条竖放时所受相间电动力方向一样。边条导体的截面系数为W=b2h/6 可按max=ph + bal校验动稳定，假

58、设不满足动稳定要求时，可以适当减小衬垫跨距Lb，重新计算应力b 。 第六节 常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择1. 敞露(裸)导体的选择 1.5 动稳定校验 应力校验 2每相为多条矩形导体母线的应力计算与校验 . 3用最大允许衬垫跨距Lbmax校验动稳定令max=ph + b，max=al ，条间允许应力bal=al - ph，最大允许衬垫跨距Lbmax单位为m为 为防止因Lb太大，同相各条导体在条间电动力作用下弯曲接触，计算衬垫临界跨距Lcr单位为m，即 的取值，铝：双条为1003，三条为1197。 只需Lb=L/(n+1)minLbmax，Lcr，就能满足动稳定又防止同相各条导体在条间电动力

59、作用下弯曲接触，其中n即为满足动稳定的衬垫个数。 第六节 常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择1. 敞露(裸)导体的选择 1.5 动稳定校验 应力校验. 3槽型导体计算 槽形导体应力的计算方法与矩形导体一样第六节 常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择1. 敞露(裸)导体的选择 1.5 动稳定校验 应力校验图 槽形导体的布置方式. 3槽型导体计算 槽形导体应力的计算方法与矩形导体一样 槽形导体竖直布置时，导体的截面系数W=2Wx；程度布置时，W=2Wy；Wx、Wy分别为单槽导体对X和Y轴的截面系数。当采用焊片将双槽导体焊成整体时W=2Wy0。 双槽导体条间间隔为2b=h时，K121，双槽导体间作用力双槽

60、导体应力双槽导体焊成整体时，可将上式的Lb改成Lb1，Lb1=Lb-Lb0。 第六节 常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择1. 敞露(裸)导体的选择 1.5 动稳定校验 应力校验.第六节 常用导体、电缆、绝缘子及间隙选择1. 敞露(裸)导体的选择1.6 硬导体共振校验 对于重要回路(如发电机、变压器及汇流母线等)的导体应进展共振校验。当知导体资料、外形、布置方式和应避开的自振频率(普通为30160Hz)时，导体不发生共振的最大绝缘子跨距Lmax为 其中Lmax为绝缘子跨距(m)； J为截面惯性矩；m为导体单位质量kg/m； E资料的弹性模量； Nf为频率系数； f1为导体的一阶固有频率。.第六节