《发电厂电气部分》课后题部分答案

《发电厂电气部分》课后题部分答案第一章电力系统概述

1．何谓电力系统、动力系统及电力网?

答：

电力系统是指由发电机、输配电线路、变配电所以及各种用户用电设备连接起来所构成的有机整体。

动力系统由电力系统再加上发电厂的动力部分（火电厂的锅炉、汽轮机、热力管网等；水电厂的水库、水轮机、压力管道等）构成。

电力网指在电力系统中，由各种不同电压等级的电力线路和变配电所构成的网络，简称电网。

2．联合成电力系统并不断扩大有什么优越性?

答：

联合成电力系统并不断扩大的优越性有：

（1）提高供电的牢靠性；

（2）削减系统中总备用容量的比重；

（3）削减总用电负荷的峰值；

（4）可以安装高效率的大容量机组；

（5）可以水火互济节省能源改善电网调整性能；

（6）可以提高电能质量。

3．何谓电力系统额定电压?我国电网和用电设备的额定电压有哪些等级?

答：

额定电压指某一受电器（电动机、电灯等）、发电机和变压器等在正常运行时具有最大经济效益的电压。

我国电网和用电设备的额定电压等级有220V、380V、3kV、6kV、10kV、35kV、60kV、110kV、154kV、220kV、330kV、500kV、750kV、1000kV。

4．电能的质量指标有哪几项?简要说明其内容。

答：

电能的质量指标主要是频率、电压和波形三项。

（1）频率：对大型电力系统，频率的允许范围为50Hz±0.2Hz，对中小电力系统，频率的允许范围是50Hz±0.5Hz。

（2）我国规定用户处的电压容许变化范围是：

1）由35kV及以上电压供电的用户：±5％；

2）由10kV及以下电压供电的高压用户和低压电力用户：±7％；

3）低压照明用户：-10％～+5％。

（3）波形：电力系统供电电压或电流的标准波形是正弦波。

5．电力系统中性点有哪几种运行方式?各有什么优缺点?我国大体上用怎样的电压等级范

围?

答：

（1）电力系统中性点运行方式

电力系统中性点运行方式有中性点不接地、直接接地、经电阻接地和经消弧线圈接地运行方式。其中经电阻接地又分经高电阻接地、经中电阻接地和经低电阻接地三种。中性点直接接地、经中电阻接地和经低电阻接地称为大接地电流系统；中性点不接地、经消弧线圈接地和经高电阻接地称为小接地电流系统。

（2）各运行方式的优缺点

小接地电流系统的优点：单相接地时，三相间线电压仍保持对称和大小不变，对电力用户的连续供电并无影响。缺点：两个非故障相的对地电压上升至√3倍，所以在中性点不接地的电力网中，各种设备的对地绝缘应按线电压设计，才能承受在一相接地时，非故障相对地电压的上升影响。在中性点不接地的电力网中，一相接地时接地点的接地电流等于正常时相对地电容电流的三倍，经消弧线圈接地的电力网中，可以大大减小一相接地时接地点的接地电流，但欠补偿时简单发生振荡，引起内过电压。

大接地电流系统的优点：单相接地时，非故障相对地电压保持不变，各种设备的对地绝缘按相电压设计即可。缺点：牢靠性较低，发生单相接地故障时，故障的送电线路被切断，因而使用户的供电中断。

经电阻接地运行方式的优点：使接地电容电流向阻性进展，避开系统振荡引起过电压。

缺点：高电阻接地不适用于故障电容电流大于4～5A的网络，应用范围较小。低电阻接地接地时则接地电流较大。

（3）目前我国所用的电压等级范围

1）对于6～l0kV系统，主要由电缆线路组成的电网，在电容电流超过7A时，采纳电阻接地。在电容电流低于7A，或由架空线组成的电网，则采纳不接地的运行方式；

2）6~20kV发电机或调相机回路，中性点可采纳不接地、经消弧线圈接地或高电阻接地方式（即经过二次侧接电阻的接地变压器接地）；

3）35kV系统，一般均采纳中性点经消弧线圈接地的方式；

4）110kV及以上系统，一般均采纳中性点直接接地的方式。在一些多雷山区，为了提高供电的牢靠性，有的110kV系统中性点也采纳经消弧线圈接地的方式；

5）1kV以下系统，中性点采纳不接地的方式运行。380/220V三相四线制电网的中性点，是为了适应受电器取得相电压的需要而直接接地。

6．如何计算系统单相接地时的电容电流?如何选择消弧线圈容量?

答：

（1）线路一相接地电容电流可近似地用下列公式估量：

1）对于架空电网

IC=(2.7～3.3)Uφ-φ×10-3（A）

式中的系数，没有架空地线时取2.7，有架空地线时取3.3。对于同杆架设的双回路，电容电流为单回路的1.3～1.6倍。

2）对于电缆电网

IC=0.1Uφ-φ（A）

式中Uφ-φ——电网线电压（kV）；

l——有直接电连接的这一电压级电网送电线路的长度（km）。

（2）消弧线圈容量的选择

选择消弧线圈的容量，应考虑电网五年左右的进展规划，并按过补偿方式考虑，其容量按下式计算

S=1.5IC·Uφ（kVA）

式中IC——电网一相接地电容电流（A）；

Uφ——电网相电压（kV）。

7．电力系统失去稳定是一种什么状况?稳定问题分为哪几类?

答：

（1）电力系统失去稳定时，系统产生自发性振荡，或者各机组间产生猛烈的相对运动，以至于系统的频率和电压大幅度变化，不能保证对负荷的正常供电，造成大量用户停电。

（2）电力系统稳定问题是指当系统受到扰动后能否连续保持各发电机之间同步运行的问题。依据系统受到扰动的大小及运行参数变化特性的不同，通常将系统的稳定问题分为三大类，即静态稳定、暂态稳定和动态稳定。

静态稳定是指电力系统在运行中受到微小扰动(如短时的负荷波动)后，能够自动恢复到原有运行状态的力量。

暂态稳定是指系统在运行中受到大的扰动(如切除机组、线路或发生短路等)后，经受一个短暂的暂态过程，从原来的运行状态过渡到新的稳定运行状态的力量。

动态稳定是指系统在运行中受到大扰动后，保持各发电机在较长的动态过程中不失步，由衰减的同步振荡过程过渡到稳定运行状态的力量。

其次章短路电流的计算

1．何谓短路？引起短路的主要缘由是什么？发生短路后可能有什么后果？

答：

（1）电力系统短路指电力系统中相与相之间或相与地之间（中性点直接接地系统）通过电弧或其它较小阻抗而形成的一种非正常连接。

（2）发生短路的缘由

1）电气设备载流部分绝缘损坏。如大气过电压，操作过电压，绝缘老化，机械性损伤，设计、安装、运行维护不良；

2）意外大事引起的短路。如输电线路断线、倒杆、雷击等；

3）人为事故。如带负荷拉开或合上隔离开关、带地线合闸、将挂地线设备投入运行等；

4）异物跨接导体。如鸟兽跨接、树枝跨接等。

（3）电力系统短路后的后果

1）短路点电弧可能烧坏设备，甚至引起火灾；

2）短路电流产生大量的热量，引起温度上升，甚至会损坏绝缘；

3）短路电流在导体中产生的电动力，可能使导体发生变形，甚至损坏；

4）系统电压大幅下降影响用户的供电，严峻时甚至破坏电力系统的稳定；

5）短路电流产生的电磁感应会干扰通讯线路，甚至危及设备和人身平安。

2．何谓次暂态短路电流、冲击短路电流、短路全电流最大有效值及稳态短路电流？计算这些电流的用途是什么？

答：

（1）在第一个周期内周期重量的有限值称为次暂态短路电流，是校验断路器开断力量的依据；

（2）短路电流在短路后半个周期(t=0.01s)时，瞬时值达到最大，该最大值称为冲击短路电流，是校验电气设备动稳定力量的依据；

（3）消失在冲击短路电流ish处的周期重量有效值和非周期重量的均方根值称为短路全电流最大有效值，故障切断时间小于0.1s时，检验断路器的开断力量；

（4）短路后，非周期重量衰减完，暂态过程结束，就进入稳定状态，此时的短路电流称为稳态短路电流，是短路后计算残压的依据。

3．用标么值对元件电抗和短路电流计算有什么好处?如何将任意基准下元件电抗的标么值换算成选定基准下元件电抗的标么值?

答：

（1）用标么值对元件电抗和短路电流计算的好处有：

1）用标么值进行计算时，只要选定的基准容量相同，基准电压按规定的平均额定电压选取，按电抗所在电压级计算所求得的标么值，可适用于其他电压级；

2）相间电压的标么值与相电压的标么值相等；

3）三相功率的标么值与单相功率的标么值相等；

4）三相电路的欧姆定律公式I*=U*/X*，功率方程式S*=U*·I*与单相电路相同；

5）当电压标么值U*=1时，功率的标么值等于电流的标么值，等于电抗标么值的倒数，即

S*=I*=1/X*

（2）任意基准下元件电抗的标么值换算成选定基准下元件电抗标么值的方法：

设XN、UN、SN分别是额定参数下的标么值，换算成选定基准下元件电抗标么值可按公式

22**d

dNNNddUSSUXXX

X??==

计算，当UN与Ud相等时，可按公式：

N

d

NdSSXX?

=**计算。其它基准下元件电抗的标么值换算一样。

4．何谓无限大容量电源?无限大容量电源供电的短路暂态过程有什么特点?如何计算无限大容量电源供电的短路电流?

答：

（1）在实际电力系统中，某容量很小的支路（该支路中各元件的容量较系统容量小得多，其阻抗比系统阻抗大许多）发生短路时，引起系统母线电压的变化很小。

在分析及计算时，为了便利认为该电源是一内部阻抗ZG=0（xG=0，rG=0），系统母线电压为恒定的电源，称这种电源为无限大容量电源。

（2）无限大容量电源供电的短路暂态过程的特点是周期短路电流的幅值始终维持不变。（3）无限大容量电源供电的短路电流的计算方法：1）作出计算电路图；

2）作出对各短路点的等值电路图；

3）对等值电路图进行化简，求出短路回路总电抗X∑*；4）进行短路电流的计算。周期短路电流标么值的计算公式：

*

∑*=

XIP1周期短路电流有效值的出名值等于其标么值乘以电流基准值，公式为

Ip=Ip*·Id=Id/X*

对无限大容量电源，稳态短路电流等于周期短路电流。非周期短路电流inp按指数曲线衰减

a

Tt

npnpe

ii-

?=0

冲击短路电流的计算公式为：

ish=√2Ksh·Ip

其中Ksh为短路电流冲击系数，对无限大容量电源Ksh=1.8。

5．如何用运算曲线计算发电机供电的任意时刻三相短路电流周期重量的有效值?答：

用运算曲线计算发电机供电的任意时刻三相短路电流周期重量的有效值的方法：（1）求短路回路总电抗的计算电抗Xca；1）作出计算电路图；

2）依据计算电路图作出等值电路图；3）化简等值电路图；

4）确定短路回路总电抗X∑或X∑*；5）按下列公式求出计算电抗

2

avNcaUSXX∑∑*?

=或d

NcaSSXX∑

*∑*?=（2）查所需周期短路电流有效值的标么值Ipt*1）按电源性质及求得的计算电抗Xca*选择运算曲线；2）次暂态短路电流I"的标么值I*"，查t=0时曲线；3）稳态短路电流I∞的标么值I∞*，查t=4时曲线；

4）需要其它时刻短路电流Ipt*时，查t时的曲线。若所查时刻t，没有曲线可采纳插值法对于Xca*>3时，按无限大系统计算。

6．何谓对称重量法?何谓正序增广法则?如何求解不对称短路?答：略

7．二相短路与三相短路哪种状况严峻?单相短路与三相短路相比又如何?答：略

8．如图2-42所示电力系统，计算K点三相短路时，每回输电线路上的I"、ish、I0.2和I∞，并计算未故障母线I段上的残压。(提示：I段母线的残压即I段母线对短路点的电压

)

图2-42第8题计算用图

图2-8-1等值电路图

图2-8-2等值电路化简（一）

图2-8-3等值电路化简（二）

图2-8-4等值电路化简（三）

答：

230.145450.525

4

80.874

（1）网络化简

1）画等值电路图，各电抗按挨次编号，如图2-8-1。

2）电抗2、3并联电抗合并为7号电抗，电抗5、6串联电抗合并为8号电抗，如图2-8-2。3）电抗1、7串联电抗合并为9号电抗，电抗4、8并联电抗合并为10号电抗，如图2-8-3。4）电抗9、10串联电抗合并为11号电抗，如图2-8-4。

（2）参数计算

1）各元件参数：

取Sd=S∑N=100MVA，Ud=Uav

发电机：X1=Xd"·Sd/SN=0.3·100/100=0.3

线路：X2=X3=Xl·L·SN/Uav2=0.4×48×100/1152=0.145

变压器：X4=X5=(Ud%/100)·Sd/SN=(10.5/100)×100/20=0.525

电抗器：X6=(Xdk%/100)·(UN/√3IN)·(Sd/Uav2)=(6/100)×(6/1.5√3)×(100/6.32)=0.349

2）电抗2、3并联电抗合并X7=(X2·X3)/(X2+X3)=0.145/2=0.0725

电抗5、6串联电抗合并X8=X5+X6=0.525+0.349=0.874

3）电抗1、7串联电抗合并X9=X1+X7=0.3+0.0725=0.3725

电抗4、8并联电抗合并X10=(X4·X8)/(X4+X8)=(0.525×0.874)/(0.525+0.874)=0.3284）电抗9、10串联电抗合并X11=X9+X10=0.3725+0.328=0.7

（3）计算短路电流

计算电抗Xca=X11=0.7

查曲线：

查t=0曲线，得I*"=1.5

查t=0.2曲线，得I*0.2=1.32

查t=4曲线，得I*4=1.72

输电线路上的I"、ish、I0.2、I∞

基准电流Id=Sd/(√3Ud)=100/(115×√3)=0.502kA

每回输电线路的I"=I*"·Id/2=1.5×0.502/2=0.377kA

每回输电线路的ish=1.8√2I"=1.8√2×0.377=0.958kA

每回输电线路的I0.2=I0.2"·Id/2=1.32×0.502/2=0.331kA

每回输电线路的I∞=I*4·Id/2=1.72×0.502/2=0.432kA

（4）计算未故障母线I段上的残压

未故障母线I段上的稳态电流标么值：II*=(X10/X8)I*4=(0.328/0.874)×1.72=0.645

未故障母线I段上的残压标么值：Ure*=II*·X6=0.645×0.349=0.225

未故障母线I段上的残压出名值：Ure=Ure*·Ud=0.225×6.3=1.418kV

9．如图2-43所示的电力系统，计算K点三相短路时短路处和每个电源供应短路点的I。

图2-43第9题计算用图图2-9-1等值电路图

图2-9-2等值电路化简（一）

图2-9-3等值电路化简（二）

图2-9-4等值电路化简（三）

图2-9-5等值电路化简（四）

答：

（1）网络化简

1）画等值电路图，各电抗按挨次编号，如图2-9-1。

2）电抗4、5并联电抗合并为X9，电抗2、3串联电抗合并为X10，如图2-9-2。3）电抗6、7、8三角形变换为星形电抗11、12、13，如图2-9-3。

10.1697

170.349

4）电抗1、9、11串联电抗合并为X14，电抗10、12串联电抗合并为X15，如图2-9-4。5）电抗13、14、15星形变换为三角形电抗16、17、18，如图2-9-5。（2）参数计算1）各元件参数：取Sd=100MVA，Ud=Uav

水电厂：X1=Xd"·Sd/SN=0.4×100/250=0.16火电厂：X2=Xd"·Sd/SN=0.125×100/45=0.278

变压器：X3=(Ud%/100)·Sd/SN=(10.5/100)×100/60=0.175

2×100km线路：X4=X5=Xl·L·SN/Uav2=0.4×100×100/1152=0.30230km线路：X6=Xl·L·SN/Uav2=0.4×30×100/1152=0.09140km线路：X7=Xl·L·SN/Uav2=0.4×40×100/1152=0.12125km线路：X8=Xl·L·SN/Uav2=0.4×25×100/1152=0.0762）电抗4、5并联电抗合并X9=(X4·X5)/(X4+X5)=0.302/2=0.151

电抗2、3串联电抗合并X10=X2+X3=0.278+0.175=0.4533）三角形→星形，038.0076

.0121.0091.0121

.0091.08766711=++?=++=

XXXXXX

024.0076.0121.0091.0076

.0091.08768612=++?=++=XXXXXX

032.0076

.0121.0091.0076

.0121.08768713=++?=++=

XXXXXX

4）电抗1、9、11串联电抗合并X14=X1+X9+X11=0.16+0.151+0.038=0.349

电抗10、12串联电抗合并X15=X10+X12=0.453+0.024=0.4775）星形→三角形，404.0477.0349

.0032.0349.0032.0151413141317=?++=+

+=XXXXXX553.0349

.0477

.0032.0477.0032.0141513151318=?++=+

+=XXXXXX（3）求计算电抗

水电厂对k点转移电抗为X17，火电厂对k点转移电抗为X18，则，水电厂对k点计算电抗为Xca=X17(SG/Sd)=0.404×(250/100)=1.01火电厂对k点计算电抗为Xca=X18(SG/Sd)=0.553×(45/100)=0.249（4）计算次暂态短路电流I"

1）水电厂对k点次暂态短路电流标么值I*"：依据Xca=1.01，查t=0时曲线，得I*"=1.06基准电流Id=250/(√3×115)=1.255kA；

水电厂对k点次暂态短路电流出名值I"=Id·I*"=1.06×1.255=1.33kA

2）火电厂对k点次暂态短路电流标么值I*"：依据Xca=0.249，查t=0时曲线，得I*"=1.88基准电流Id=45/(√3×115)=0.226kA；

火电厂对k点次暂态短路电流出名值I"=Id·I*"=1.88×0.266=0.425kA3）k点次暂态短路电流出名值I"：I"=1.33+0.425=1.755kA

10．如图2-44所示的电力系统，计算K点三相短路时短路点的I"、ish、I∞。

图2-44第10题计算用图

图2-10-1等值电路图

图2-10-2等值电路化简（一）

图2-10-3等值电路化简（二）

图2-10-4等值电路化简（三）

图2-10-5等值电路化简（四）

答：

（1）网络化简

1）画等值电路图，各电抗按挨次编号，如图

2-10-1。

2）电抗1、4串联电抗合并为X11，电抗2、5串联电抗合并为X12，电抗3、8串联电抗合并为X13，M、N属等电位点，直接相连。如图2-10-2。

3）电抗6、9并联电抗合并为X14，电抗12、13并联电抗合并为X15，电抗7、10并联电抗合并为X16。如图2-10-3。

4）电抗11、14串联电抗合并为X17，如图2-10-4。

5）电抗15、16、17星形→三角形变换成电抗18、19、20，如图2-10-5。（2）参数计算1）各元件参数：取Sd=100MVA，Ud=Uav

水电厂G1、G2、G3：X1=Xd"·Sd/SN=0.2×100/55=0.364=X2=X3双绕组变压器：X4=(Ud%/100)·Sd/SN=(10.5/100)×100/60=0.175

30.364

80.10490.179

180.621

190.231

三绕组变压器：Uk1%=(Uk1-2%+Uk1-3%-Uk2-3%)/2=(10.5+17-6)/2=10.75

Uk2%=(Uk1-2%+Uk2-3%-Uk1-3%)/2=(10.5+6-17)/2=-0.25（数据不合实际，这里

将错就错）

Uk3%=(Uk1-3%+Uk2-3%-Uk1-2%)/2=(17+6-10.5)/2=6.25

X5=(Uk3%/100)(Sd/SN)=(6.25/100)(100/60)=0.104=X8

X6=(Uk1%/100)(Sd/SN)=(10.75/100)(100/60)=0.179=X9X7=(Uk2%/100)(Sd/SN)=(-0.25/100)(100/60)=-0.004=X10

2）电抗1、4串联电抗合并X11=X1+X4=0.364+0.175=0.539电抗2、5串联电抗合并X12=X2+X3=0.364+0.104=0.468

电抗3、8串联电抗合并X13=X3+X8=0.364+0.104=0.4683）电抗6、9并联电抗合并X14=(X6·X9)/(X6+X9)=0.179/2=0.089

电抗12、13并联电抗合并X15=(X12·X13)/(X12+X13)=0.468/2=0.234电抗7、10并联电抗合并X16=(X7·X10)/(X7+X10)=-0.004/2=-0.0024）电抗11、14串联电抗合并X17=X11+X14=0.539+0.089=0.6285）星形→三角形，621.0234

.0628

.0002.0002.0628.0151716171618=?--=+

+=XXXXXX231.0628

.0234

.0002.0002.0234.0171615161519=?--=+

+=XXXXXX（3）求计算电抗

水电厂G1对k点转移电抗为X18，水电厂G2、G3对k点转移电抗为X19，则，水电厂G1对k点计算电抗为Xca=X18(SG/Sd)=0.621×(55/100)=0.342水电厂G2、G3对k点计算电抗为Xca=X19(SG/Sd)=0.231×(110/100)=0.254（4）求K点三相短路时短路点的I"、ish、I∞

1）水电厂G1对k点次暂态短路电流标么值I*"：依据Xca=0.342，查t=0时曲线，得I*"=3.26水电厂G1对k点稳态短路电流标么值I∞*：依据Xca=0.342，查t=4时曲线，得I∞*=2.82基准电流Id=55/(√3×115)=0.276kA；

水电厂G1对k点次暂态短路电流出名值I"=Id·I*"=0.276×3.26=0.900kA水电厂G1对k点稳态短路电流出名值I∞=Id·I∞*=0.276×2.82=0.778kA

2）水电厂G2、G3对k点次暂态短路电流标么值I*"：依据Xca=0.254，查t=0时曲线，得I*"=4.36

水电厂G2、G3对k点稳态短路电流标么值I∞*：依据Xca=0.254，查t=4时曲线，得I∞

*=3.16

基准电流Id=110/(√3×115)=0.552kA；

水电厂G2、G3对k点次暂态短路电流出名值I"=Id·I*"=0.552×4.36=2.407kA水电厂G2、G3对k点稳态短路电流出名值I"=Id·I∞*=0.552×3.16=1.744kA3）k点次暂态短路电流出名值I"=0.900+2.407=3.307kA

k点冲击短路电流ish=√2KshI"，变压器后短路时Ksh=1.85，则，

ish=√2×1.85×3.307=8.664kA

k点稳态短路电流出名值I∞=0.778+1.744=2.522kA

11．如图2-45所示电力系统，已知K1短路时短路点的I"＝2.51kA，求K2点三相短路时短路点的I"。

图2-45第11题计算用图

图2-11-1等值电路图图2-11-2等值电路化简

答：

（1）网络化简

1）画等值电路图，各电抗按挨次编号，如图2-11-1。2）电抗1、2串联电抗合并为X3，如图2-11-2。（2）参数计算1）各元件参数：取Sd=500MVA，Ud=Uav系统及双回路线电抗X1：

基准电流Id=Sd/(√3·Ud)=500/(√3×115)=2.51kA已知K1短路时短路点的I"＝2.51kA，则X1=Id/I"=1变压器：X2=(Ud%/100)·Sd/SN=(10.5/100)×500/30=1.752）电抗1、2串联电抗合并X3=X1+X2=1+1.75=2.75（3）K2点三相短路时短路点的I"K2点三相短路时短路点的I*"=1/2.75

基准电流Id=Sd/(√3·Ud)=500/(√3×10.5)=27.5kAK2点三相短路时短路点的I"=27.5/2.75=10kA

11

21.75

K1

K2

32.75

K2

第三章导体的发热、电动力效应

1．引起导体和电器发热的缘由是什么?

答：

引起导体和电器发热的缘由是：

（1）电阻损耗：由电阻引起，是损耗的主要形式；

（2）磁滞损耗：由交变磁场的作用引起，针对铁磁材料零配件；

（3）涡流损耗：由交变磁场的作用引起，磁性或非磁性导电材料零配件均有；

（4）介质损耗：由强电场的作用引起，针对绝缘材料。

2．导体和电器的发热有哪两种类型?各有什么特点?对导体和电器的工作可能造成什么影响?

答：

（1）导体和电器的发热类型有：

1）长期发热状态。正常时，导体长期流过工作电流引起的发热；

特点：工作电流和发热是持续的，温度上升到某一值时，发热与散热将达到平衡。

2）短时发热状态。短路时，导体短时间流过短路电流引起的发热。

特点：

①导体中流过短路电流数值大，但持续的时间很短，一般为零点几秒到几秒钟（断路器全开断时间）。

②导体的温度在短时间内上升很快，短路电流产生的热量几乎来不及向四周散热，可以看作绝热过程。

③导体温度变化很大，导体电阻值R、导体的比热容C不能看作常数，而是温度的函数。

（2）对导体和电器的工作可能造成的影响：

3．为什么要规定导体和电器的发热允许温度?长期发热允许温度和短时发热允许温度是如何详细规定的?

答：

（1）规定导体和电器的发热允许温度的缘由：导体和电器的温度超过发热允许温度将引起许多不良后果。

1）降低机械强度。导体的温度超过肯定允许值后，会导致导体材料退火，使机械强度显著下降。在短路电流产生的电动力作用下将引起导体变形，甚至使导体结构损坏。如铝和铜在温度分别超过100℃和150℃后，其抗拉强度急剧下降。

2）影响接触电阻。触头和连接部位由于温度过高，表面会剧烈氧化并产生一层电阻率很高的氧化层薄膜，从而使接触电阻增加，导致温度进一步上升，形成恶性循环，直至烧红、松动甚至熔化。

3）降低绝缘强度。温度超过允许值时，绝缘材料将加速老化，丢失原有的机械性能和绝缘

性能，甚至引起绝缘击穿、直至烧毁。

（2）长期发热允许温度和短时发热允许温度的详细规定。

1）长期发热允许温度的详细规定。采纳螺栓连接时，电器设备正常工作温度不应超过70℃。计及太阳辐射影响时，钢芯铝铰线及管形导体，按不超过80℃考虑。导体的接触面处采纳搪锡处理具有牢靠的过渡掩盖层时，可按不超过85℃考虑。

2）短时发热允许温度的详细规定。硬铝及铝锰合金不超过200℃，硬铜不超过300℃。4．导体和电器正常发热计算的目的是什么?满意怎样的条件可保证它们在正常运行时的发热温度不超过允许值?

答：

（1）导体和电器正常发热计算的目的：依据电器及导体的工作和发热状况，计算可能达到的最高工作温度，选择合适的额定电流。

（2）保证在正常运行时，发热温度不超过允许值的条件是：额定电流小于允许载流量。5．导体和电器短路时发热计算的目的是什么?满意怎样的条件可使它们在短路时保证是热稳定的?

答：

（1）导体和电器短路时发热计算的目的是校验短路时发热的稳定。

（2）在短路时，保证是热稳定的条件是：当短路过程结束时的温度θk不大于导体材料短时发热的最高允许温度θal，即

θk≤θal

则认为该导体在此短路条件下是热稳定的。或者，导体短时热稳定条件是：截面大于最小截面ktfQKC

S1

min=

，电器的短时热稳定条件是：tIQtkt2≤

6．如何计算短路电流周期重量和非周期重量的热效应?答：

短路电流周期重量的热效应的计算：]10)[(12

2

222

ptppptIIItQt++''=

短路电流非周期重量的热效应的计算：2)(panptITQ''=

7．导体的允许载流量是如何确定的?有哪些措施能提高导体的允许载流量?答：

导体的允许载流量：R

AR

AIalal

al)

(0θθατα-=

=

为了提高导体的载流力量，可实行以下措施：

（1）导体材料宜采纳电阻率小的材料，如铝、铝合金、铜等；

（2）提高导体的长期发热允许温度θal；如铝导体接头螺栓连接时θal为70℃，改为超声搪锡方法则可提高到85℃；

（3）提高导体的散热力量。导体的散热力量与导体的外形、布置方式及散热方式有关。1）导体外形：散热表面积大为好。在相同截面积的条件下，扁矩形截面的周长大，故导体截面外形宜采纳扁矩形或槽形，以获得较大的散热表面积。

2）布置方式：使散热效果最佳。矩形截面导体竖放比平放散热效果好；两半槽组成的槽形截面，立缝置于铅垂面比水平面的散热效果好。

3）散热方式：传导、对流和辐射。传导：置于液体介质中或由液体内冷的导体，主要是传导散热；对流：置于室外或采纳强制通风的导体，主要是对流散热；辐射：由温度高的物体向四周的自然散热过程。置于室内空气中的导体，辐射和对流是它的主要散热方式。由于油漆的辐射系数较大，所以室内硬母线都涂上油漆：A相-黄色、B相-绿色、C相-红色。这样除了加强散热，还便于相序的识别。

8．电动力对导体和电器的运行有哪些危害?答：

正常工作时，电流不是很大，电动力也不大，短路时电动力很大，产生的危害也很大：（1）由于电动力作用，电器产生振动；

（2）载流导体变形，损坏载流部件或损坏绝缘部件（3）电磁绕组变形，损坏电器设备，如变压器绕组。

9．三相同平面布置的平行导体短路时，哪一相受到的电动力最大?其数值应如何计算?答：

当三相母线安装于同一平面时，中间相母线所受的电动力最大（约比边相母线受力大7％）。在三相短路冲击电流作用下，中间相母线所受的最大电动力为

a

L

KiFsh

2

173.0=（N）式中：ish——三相短路冲击电流，kA；

L——两支持绝缘子之间的一段母线长度，称为跨距，m；a——相邻两相导体的中心距离，m。

10．硬母线的动稳定条件是什么?若校验时动稳定条件不能被满意，可实行哪些措施加以解决?

答：

硬母线满意动稳定的条件是：

δ?≤δal

式中：δal——母线材料的允许应力，Pa。

δ?——母线受到的最大相间应力。

若计算结果是δ?>δal，则必需设法减小δ?。方法是减小绝缘子跨距，令δ?＝δal，得

)m(6

.71173.010102

maxWaiia

WfWLalshsh

alalδδδ?===

式中：ish——冲击短路电流，kA；a——母线相间距离，m；W——母线截面外形系数，m3。

为避开水平放置的矩形母线因本身重量而过分弯曲，要求绝缘子跨距不得超过1.5～2.0m。绝缘子跨距一般等于配电装置间隔的宽度。

11．大电流母线为什么常用全连式分相封闭母线?

由于大电流母线常用的全连式分相封闭母线具有下列优点：

（1）运行牢靠性高。母线被封装在里面，避开了外界自然环境对母线及其绝缘子的粉尘污染，消退了母线相间短路的可能性。

（2）可有效地减小母线及其四周短路时母线间的电动力。外壳与母线形成相当于1：1的空心变压器。由于外壳涡流和环流磁场对母线电流磁场的剧烈去磁作用，使壳内磁场大为减弱，有效地减小了短路时母线的电动力。

（3）可显著地减小母线四周钢构的发热。（4）外壳多点接地，可保证人体触准时的平安。（5）维护工作量较小。

（6）母线和外壳之间可兼作强迫冷却介质的通道，可大大提高母线的载流量。12．何为母线共振?有何危害?有什么措施保证母线系统不发生共振?答：

（1）母线系统在外力的作用下要发生变形。当撤去外力后，母线系统要经受一个往复振动过程，才回到原来的平衡位置。这种振动称为自由振动，其频率称为母线系统的固有频率。若给母线系统一周期性的持续外力（如三相短路时的电动力），母线系统将发生强迫振动，假如周期性外力的频率等于母线系统的固有频率，母线系统将发生共振现象。

（2）母线系统发生共振时，振动的幅值特殊大，可能超过母线系统的弹性限度，使母线的结构遭到破坏。

（3）为了避开母线系统可能发生的共振现象，可以直接求解不发生共振的绝缘子最大允许跨距：

εεii

rrL84.0160

112

max==只要实际选用的绝缘子跨距L小于最大允许跨距Lmax，母线系统就不会发生共振。13．实行何种措施可减小大电流母线四周的钢构件发热?答：

削减钢构损耗和发热的措施有以下几项：

（1）加大与载流导体的距离。当然这会受到很多限制。

（2）装屏蔽环。在钢构发热最严峻处(即磁场强度最大处)套上短路环（铝或铜环），利用短路环中的感应电流起去磁作用。

（3）断开钢构的闭合回路，使其内不产生环流。（4）采纳非磁性材料代替钢构。（5）采纳分相封闭母线。

14．配电装置中的汇流母线为什么不按经济电流密度选择截面?答：

针对配电装置母线和引下线，以及持续电流较小、年利用小时数较低的其它回路导线按最大长期工作电流选择。缘由是正常运行时其工作电流达不到最大长期工作电流，所以按最大长期工作电流选择满意长期热稳定条件就可以了。

15．按经济电流密度法选择的母线截面，是否还须按最大长期工作电流校核?

按经济电流密度法选择的母线截面，一般不须按最大长期工作电流校核。

16．某电厂发电机额定容量PN=25MW，额定电压UN=10.5kV，cos?＝0.8。最大负荷年利用小时Tmax＝6500h。发电机出线上三相短路时，I"＝27.2kA，I0.1＝21.9kA，I0.2=19.2kA，短路切除时间tk＝0.2s。四周环境温度θ0=40℃。试选择发电机出口母线及支柱绝缘子。

答：略。

17．参照图3-16所示的接线，变电所出线负荷S1=S2=2.9MVA，cos?=0.8，Tmax=4000h；正常运行时QF断开，当任一回电缆线路故障被切除时，QF自动投入；变电所母线K点的三相短路电流为I"=13.5kA，I0.6=6.94kA，I1.2=5.9kA，短路切除时间tk＝1.2s；电缆长度L＝1.5km，采纳电缆沟敷设的方式，四周环境温度为20℃。试选择发电厂10kV出线电缆。

答：

（1）按经济电流密度选择电缆截面并检验长期发热线路正常工作电流

Ig=S/(√3·UN)=2900/(√3×10)=167.4（A）

由Tmax=4000h查图3-11得J=0.88A/mm2，则

SJ=Ig/J=167.4/0.88=190.2（mm2）

选两根10kVZLQ2型3×95mm2的油浸低绝缘铝芯包钢带铠装防腐电缆，查得每根的允许电流Ial25℃=185A，正常允许的最高温度θal为60℃，r=0.34Ω/km，x=0.076Ω/km。

两回线路的四根电缆采纳电缆沟敷设方式，因θ0=20℃<25℃，得

07.125

6020

60=--=

θK

四根电缆采纳电缆沟敷设的允许载流量：

Kθ·K1·Ial℃=1.07×0.98×185×2=387.982（A）

考虑一回线路故障被切除时负荷的转移，完好线路担当的最大负荷电流加倍时，

Igmax=2×167.4=334.8<387.982（A）

786.49982.3878.334)2060(20)(2

2

max00=?????-+=???

???-+=algalIIθθθθ<60℃因此，满意长期发热条件。

（2）热稳定检验

96)9.59.6105.13(12

2.18811222min=+?+==

kQCS<2×95（mm2）因此，满意短期发热条件。

（3）电压降检验

△U%=173IgmaxL(rcos?+xsin?)/UN

=173×334.8×1.5(0.34×0.8+0.076×0.6)/10000=2.76<5

满意要求。

附表：电缆在空气中多根并列敷设时载流量修正系数（d：电缆外径）

——中国电工标准

第四章电气设备原理与选择

1．如何确定短路计算点？短路计算点的确定应以怎样的系统接线为依据？答：

2．概述电弧产生和熄灭的物理过程。总结归纳各类断路器熄弧过程中采纳了哪几种熄弧方法。

答：

3．断路器的选择有哪些项目?最重要的是哪项?答：

4．真空断路器有什么优点?如何使动触头能够移动而又不破坏灭弧室的高真空?答：

5．电压互感器二次侧不允许短路，电流互感器二次侧不允许开路，为什么?如何防止?答：

6．用在大接地电流系统中的电压互感器附加二次绕组的额定电压为100V；而用在小接地电流系统中则为100V／3，为什么?开口三角绕组有什么用途?

答：

（1）开口三角绕组的作用：用于取得零序电压。单相接地时，开口三角形绕组输出100V。（2）大接地电流系统中，发生单相接地时，故障相对地电压为0，非故障相对地电压不变。

设C相接地，则0=kCU，开口三角形绕组输出电压C

BAUUUU-=+=03，要使输出等于100V，则电压互感器附加二次绕组的额定电压为100V。

小接地电流系统中，发生单相接地时，故障相对地电压为0，非故障相对地电压上升