9电气设备选择.ppt

目 录 【知识目标】 1．了解电器和载流导体的发热及动力效应的计 算； 2．掌握电气设备的一般选择条件和具体设备选 择校验的主要内容； 3．掌握主要设备的选择条件、方法和技巧。 【能力目标】 1．能够计算短时发热； 2．能够对电力系统中的设备进行选择和校验。 正确地选择电气设备是保证电力系统安全、经济运行的重要条件之一。在进行电器的选择时，应该根据实际情况，在保证安全、可靠的前提下积极稳妥地采用新技术，并注意节省投资，合理选择电气设备。 由于各种电气设备和载流导体的用途与工作条件不完全相同，因此它们各自的选择条件与方法也不完全相同，但是对它们在正常工作中的可靠性与短路时的稳定性等基本要求是一致的，故选择电气设备的一般条件相同。 短路电流的热效应 电器和载流导体中通过电流时，由于电器和载流导体存在着电阻，将会产生电阻损耗，将部分电能转化为热能，使电器和载流导体的温度升高，这就是电流的热效应。 可用焦耳-楞次定律来计算其发热量： 式中I——通过的电流，A； t——电流作用的时间，s； R——交流电阻，如果为直流电路，则为直 流电阻Rdc； Kf——集肤系数，其大小与电流的频率、导体的形状和尺寸有关，在大截面母线中，其影响往往不可忽略，而对于绞线和空心导线，通常都可以认为Kf=1。 这些热能中的一部分使导体本身发热，温度升高，当温度升高超过一定值后，将损坏电气设备；另一部分热能因温差存在传导，以辐射或对流方式散失到周围介质中去。 电器和载流导体过度发热将会产生以下影响： （1）金属材料的机械强度下降。 当电气设备使用温度超过规定允许值后，金属材料由于退火，机械强度将明显降低。 （2）导体接触部分的接触电阻增加。在导体的接触连接处，当温度超过一定值时，接触部分连接表面会强烈氧化，产生电阻率很高的氧化层（银的氧化层电阻不大），使接触电阻增加，引起接触部分温度继续升高，并将会产生恶性循环，可能导致接触处松动或烧熔。 （3）绝缘材料的绝缘性能降低。有机绝缘材料长期受到高温作用将逐渐变脆和老化，以致失去弹性和降低绝缘性能，使寿命大为缩短。 电器和载流导体主要有两种发热情况，即正常工作情况下的持续发热和故障情况下的短时发热。这两种发热过程是不相同的，因此对电器和载流导体有不同影响，在这两种情况下的发热也就有不同的标准。 为了安全运行，必须对电器和载流导体在正常和故障情况下的发热进行计算，并保证不超过相应的最高允许值。 根据有关规定：导体的正常最高允许温度一般不得超过70℃；在计及太阳辐射（日照）的影响时，钢芯铝绞线及管形导体可按不超过80℃来考虑；当导体接触处有镀锡的可靠覆盖层时，允许提高到85℃，当有银的覆盖层时，可提高到95℃。 导体通过短路电流时，短路的最高允许温度可高于正常最高允许温度，对硬铝及铝锰合金可取200℃，硬铜可取300℃。 导体发热的计算 （1）正常情况下持续发热的计算 根据能量守恒定律，正常运行时电能损耗产生的热量等于导体本身吸收的热量加上导体散发的热量。对于均匀导体，其持续发热的热平衡方程式是： 式中I——通过导体的电流，A； R——已考虑了集肤系数的导体交流电阻， Ω ； q——散热系数，W/(m2·℃); M——导体散热表面积，m2； θ——导体温度，℃； θj——周围介质温度，℃； m——导体质量，kg； c——导体比热容，W·s/(kg·℃)。 当发热和散热达到平衡时，导体稳定于工作温度θg，此时有： 在规定散热条件下，当周围介质温度为额定值θ0e（我国现规定空气温度30℃、土壤温度25℃为载流导体的额定介质温度）时，使导体工作温度稳定于长期发热允许温度θe的工作电流即为额定电流Ie ,此时有： 实际上，对于一定的载流导体，式（9.3）中Ie、θe、θ0e等都是已知量，故工程中的发热计算通常集中为以下两个问题： ①已知周围介质温度θ0和工作电流Ig，求导体工作温度θg； ②当周围介质温度θ0不等于额定介质温度θ0e时，求导体允许的工作电流Iy,即修正额定电流。 用式（9.3）除以式（9.4）得： 在式（9.5）中，若周围介质温度θ0不等于额定值θ0e，则导体允许的长期工作电流Iy（简称载流量）便不为Ie，此时有： 用式（9.6）除以式（9.4）得： 式中Ky——导体载流量的温度修正系数，可查附 录九得到。 （2）故障情况下的短时发热 短时发热是指不超过十几秒的短路电流的发热。短时发热的电流大，发热功率更大，而散热功率相对较小，可以忽略。因此，短时发热可认为是一绝热过程，导体的发热全部变换为导体的内能，即： 式中id——短路电流的瞬时值。 短路时，由于导体温度的变化范围很大