第十四章_电气设备的选择.doc

294 第十四章电气设备的选择本章简要介绍短路电流的电动力效应和热效应, 重点介绍发电厂变电站主要电气设备选择的一般要求和选择方法。第一节短路电流的效应一、短路电流电动力效应 1. 载流导体的电动力所谓电动力是指载流导体在相邻载流导体产生的磁场中所受的电磁力。载流导体之间电动力的大小, 取决于通过导体电流的数值、导体的几何尺寸、形状以及各相安装的相对位置等多种因素。在一般情况下, 当电力系统中发生三相短路后, 导体流过冲击短路电流时必然会在导体之间产生最大的电动力。如果导体和绝缘子的机械强度较低, 短路电流所产生的电动力将会引起载流导体变形、绝缘子损坏, 甚至于会造成新的短路故障。为了避免短路后再引起新的故障,必须采取相应的技术措施,以保证电气设备的动稳定性合格。(1) 两平行导体间最大的电动力。当任意截面的两根平行导体分别通有电流i 1 和i 2 时,两导体间最大的电动力 F 根据电工学中比奥—萨伐尔定律,应采用如下公式进行计算: 72110 2 ???a LiiKF f (N)( 14-1) 式中:i 1、i 2—通过导体的电流瞬时最大值, A; L—平行导体长度,(m); ɑ—导体轴线间距离,(m); K f—形状系数。形状系数 K f 表明实际通过导体的电流并非全部集中在导体的轴线位置时,电流分布对电动力的影响。形状系数 K f 与导体截面形状以及导体的相对位置有关。形状系数的确定较复杂,矩形母线截面形状系数曲线如图 14-1 所示,可供工程计算使用。只有当导体截面积非常小、导体长度比导体之间轴线距离大得多,才能假定通过导体图 14-1矩形母线截面形状系数曲线 295 的电流集中在导体轴线上, 这时形状系数 K f 等于 1。实际工程中, 三相母线采用圆截面导体时, 当两相导体之间的距离足够大, 形状系数 K f 取为 1; 对于矩形导体而言, 当两导体之间的净距大于矩形母线的周长时,形状系数 K f 可取为 1。通有电流的导体所产生电动力的方向与导体中电流的方向有关: 两个载流导体中的电流方向相同时, 其电动力为相互吸引; 两个载流导体中的电流方向相反时, 其电动力为相互排斥。(2) 两相短路时平行导体间的最大电动力。发生两相短路时,平行导体之间的最大电动力 F (2 )(N) 可用下列公式计算: ???? 7 22210 2 ???a LiF k (N)( 14-2) 式中:?? k2i —两相短路冲击电流,(A)。(3) 三相短路时平行导体之间的最大电动力。发生三相短路时, 每相导体所承受的电动力等于该相导体与其它两相之间电动力的矢量和。三相导体水平布置时, 由于各相导体所通过的电流不同, 所以边缘相与中间相所承受的电动力也不相同。边缘相 U 相与中间相 V 相导体所承受的最大电动力)3(UF 、)3(VF 分别为???? 7 23310 61 .1 ???a LiF kU (N)( 14-3) ???? 7 23310 73 .1 ???a LiF kV (N)( 14-4) 式中: (3) ki —三相冲击短路电流,(A)。比较式( 14-3) 和式( 14-4) 之后可以看出, 发生三相短路后, 母线为三相水平布置时中间相导体所承受的电动力最大。故计算三相短路时的最大电动力时,应按中间相导体所承受的电动力计算。当系统中同一处发生三相或两相短路时, 短路处三相冲击短路电流与两相冲击短路电流之比为 3/2 。15 .1/ )2()3(?FF ,即电力系统中同一地点发生不同种类的短路时,导体所承受三相短路时的最大电动力比两相短路时的最大电动力大 15%。因此, 在校验导体的最大电动力时,按三相短路的最严重情况考虑。二、短路电流的热效应电气设备在工作过程中, 由于自身存在着有功功率损耗, 所以必然会引起电气设备的发热。电气设备的功率损耗主要包括以下几部分: 导体与导体之间接触电阻上产生的损耗, 导体自身电阻上产生的损耗;绝缘材料在电场作用下产生的介质损耗等等。根据导体通过电流的大小和持续时间长短的不同, 可将导体发热分为长期发热和短路时发热两种。长期发热是指正常工作电流在较长时间内所引起的发热; 短路时发热是指短路电流在极短的时间内所引起的发热。 296 电气设备在工作过程中所产生的热量会使元件自身的温度升高, 电气设备温度升高后会造成一些不良的影响。其主要是: (1 )影响电气设备的绝缘。绝缘材料在高温和电场的作用下会逐渐老化,绝缘老化的速度与温度的高低有关, 温度愈高绝缘的老化速度愈快。电气设备根据本身绝缘材料的耐热性能和使用寿命确定其允许的使用温度。电气设备如果在使用中的温度超过所规定的允许温度时, 结果会使电气设备的使用年限缩短;反之,能延长电气设备的使用寿命。(2 )影响接触电阻值。如果金属导体的温度在较