第五章 導(dǎo)體和電氣設(shè)備的原理及選擇

第五章導(dǎo)體和電氣設(shè)備原理與選擇學(xué)習(xí)要求掌握電氣設(shè)備選擇的一般條件；掌握斷路器和隔離開關(guān)的原理與選擇；掌握電流互感器和電壓互感器的原理與選擇；掌握限流電抗器的選擇；掌握高壓熔斷器的原理與選擇?！?-1電器選擇的一般條件配電設(shè)備選擇原則：按正常條件選擇，按短路情況校驗(yàn)一、按正常條件選擇

三、短路電流計(jì)算條件：目的找出最大短路電流

1）容量和接線：按最終容量計(jì)算，并考慮工程建成后5～10年其接線應(yīng)采用可能發(fā)生最大短路電流接線方式。

2）短路種類：一般按系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下三相短路校驗(yàn)3）計(jì)算短路點(diǎn)：選擇通過電氣設(shè)備的短路電流為最大的那些點(diǎn)為短路計(jì)算點(diǎn)。例：找出圖中各斷路器的短路計(jì)算點(diǎn)四、短路計(jì)算時(shí)間校驗(yàn)裸導(dǎo)體及110kV及以下電纜短路熱穩(wěn)定時(shí)，一般采用主保護(hù)動(dòng)作時(shí)間；校驗(yàn)電氣設(shè)備和110kV及以上充油電纜的熱穩(wěn)定時(shí)，一般采用后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間。§5-2高壓斷路器的原理與選擇功能：正常運(yùn)行時(shí)，用它來倒換運(yùn)行方式，把設(shè)備或線路接入電路或退出運(yùn)行，起著控制作用；當(dāng)設(shè)備或線路發(fā)生故障時(shí)，能快速切除故障回路、保證無故障部分正常運(yùn)行，能起保護(hù)作用。開斷能力：所謂開斷能力，就是指斷路器在切斷電流時(shí)熄滅電弧的能力。一、電弧理論1、電弧的定義電弧為一種氣體游離放電現(xiàn)象，表現(xiàn)為開關(guān)電器開斷電路時(shí)，觸頭間產(chǎn)生耀眼的白光。電弧的存在說明電路中有電流，只有當(dāng)電弧熄滅，觸頭間隙成為絕緣介質(zhì)時(shí)，電路才算斷開。

2、特征

①電弧的能量集中，溫度很高，亮度很強(qiáng)②電弧由陰極區(qū)，陽極區(qū)和弧柱區(qū)組成③電弧的氣體放電是自持放電，維持電弧燃燒的電壓很低。④電弧是一束游離的氣體，質(zhì)量極輕，極易變形。2、電弧的形成1）帶電質(zhì)點(diǎn)的來源①電極發(fā)射大量自由電子：熱電子+強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射②弧柱區(qū)的氣體游離，產(chǎn)生大量的電子和離子：碰撞游離+熱游離2）電弧的形成3、電弧的熄滅1）關(guān)鍵是加強(qiáng)去游離作用

介質(zhì)的游離作用→電弧產(chǎn)生介質(zhì)的去游離作用→電弧熄滅當(dāng)游離>去游離——電弧電流↑當(dāng)游離=去游離——電弧電流不變（穩(wěn)定燃燒）當(dāng)游離<去游離——電弧電流↓→（熄滅）去游離方式有2種：

復(fù)合：正負(fù)離子相互吸引，彼此中和

擴(kuò)散：弧柱中的帶電質(zhì)點(diǎn)由于熱運(yùn)動(dòng)逸出弧柱外。

2）影響游離和去游離的因素①電弧溫度：熱游離↓→Q↓速度↓→復(fù)合加強(qiáng)→Q↓使溫度降低的方法有：吹弧、拉長(zhǎng)電弧、或與冷卻介質(zhì)表面接觸。②電場(chǎng)強(qiáng)度：E↓→運(yùn)動(dòng)速度↓→復(fù)合↑→Q↓→熱游離↓

③氣體介質(zhì)的壓力：F↓→自由行程縮短→離子濃度↑→復(fù)合↑真空數(shù)目少→磁撞游離↓→擴(kuò)散↑④介質(zhì)特性：包括氣體的介電強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)、熱當(dāng)量、電負(fù)荷⑤電極材料：銅、銀、銅鎢、銀鎢合金具有熔點(diǎn)高、導(dǎo)熱能力強(qiáng)、熱容量大的特點(diǎn)，可減少熱電子發(fā)射和弧柱中的金屬蒸氣。二、交流電弧的特性1、動(dòng)態(tài)伏安特性曲線2、熱慣性三、交流電弧的熄滅條件弧隙介質(zhì)電強(qiáng)度的恢復(fù)過程與電弧電流的大小、介質(zhì)特性、觸頭分?jǐn)嗨俣群屠鋮s條件等因素有關(guān)。3、交流電弧的熄滅條件四、交流電弧的滅弧方法本質(zhì)：加強(qiáng)弧隙的去游離或減小弧隙電壓的恢復(fù)速度。

1、利用滅弧介質(zhì)2、采用特殊金屬材料作滅弧觸頭3、利用氣體或油吹動(dòng)電弧4、采用多斷口滅弧5、拉長(zhǎng)電弧并提高觸頭的分閘進(jìn)度

四、高壓斷路器選擇1、選擇高壓斷路器的步驟1）選型§5-3隔離開關(guān)的選擇一、隔離開關(guān)的主要用途1）隔離電壓2）倒閘操作3）分、合小電流，包括分、合避雷器、電壓互感器和空載母線；分、合關(guān)合勵(lì)磁電流不超過2A的空載變壓器；關(guān)合電容電流不超過5A的空載線路。二、隔離開關(guān)的選擇1）選型§5-4電流互感器的原理與選擇互感器分為電流互感器（TA）和電壓互感器（TV），是一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)間的聯(lián)絡(luò)元件，用以分別向測(cè)量?jī)x表、繼電器的電流線圈和電壓線圈供電，正確反映電氣設(shè)備的正常運(yùn)行和故障情況。作用：（1）將一次回路的高電壓和大電流變?yōu)槎位芈窐?biāo)準(zhǔn)的低電壓（100V）和小電流（5A或1A），使測(cè)量?jī)x表和保護(hù)裝置標(biāo)準(zhǔn)化、小型化，并使其結(jié)構(gòu)輕巧、價(jià)格便宜，并便于屏內(nèi)安裝。

（2）使二次設(shè)備與高電壓部分隔離，且互感器二次側(cè)均接地，從而保證了設(shè)備和人身的安全。一、電磁式電流互感器1、工作原理工作原理與變壓器相似。特點(diǎn)：1）一次繞組串聯(lián)在電路中，并且匝數(shù)很少；故一次繞組中的電流完全取決于被測(cè)電路的負(fù)荷電流，而與二次電流大小無關(guān)；

2）電流互感器的二次繞組所接儀表的電流線圈阻抗很小，正常情況下，電流互感器在近于短路的狀態(tài)下運(yùn)行。3）運(yùn)行中的電流互感器二次回路不允許開路。

4）為了防止絕緣損壞是高壓竄入二次側(cè)，危及人身和設(shè)備安全，電流互感器副繞組一端及鐵芯必須接地。

額定電流比：2、電流互感器的誤差

誤差包括幅值和相位差。3、電流互感器的準(zhǔn)確級(jí)和額定容量

1）準(zhǔn)確級(jí)：準(zhǔn)確級(jí)是指在規(guī)定的二次負(fù)荷變化范圍內(nèi)，一次電流為額定值時(shí)的最大電流誤差。2）額定容量：指電流互感器在額定二次電流和額定二次阻抗（最高精度下）下運(yùn)行時(shí)，二次繞組輸出的容量，。也可用額定二次阻抗表示。3）級(jí)次組合表示電流互感器有幾個(gè)獨(dú)立鐵芯和每個(gè)鐵芯的準(zhǔn)確度級(jí)次，分子為第一鐵芯準(zhǔn)確度級(jí)次，分母為第二鐵芯準(zhǔn)確度級(jí)次。4）10%倍數(shù)4、電流互感器的運(yùn)行參數(shù)對(duì)誤差的影響5、電流互感器的分類與參數(shù)1）分類按安裝地點(diǎn)分，電流互感器分為戶內(nèi)型和戶外型；按安裝方式分，可分為穿墻式、支持式和裝入式；按絕緣方式分，可分為油浸式、干式、澆注式；按一次繞組匝數(shù)分，可分為單匝式、多匝式。2）型號(hào)表達(dá)式三、電流互感器的選擇1、一次回路額定電壓和電流的選擇一次側(cè)額定電流應(yīng)盡可能與最大工作電流接近。

2、二次額定電流的選擇

一般強(qiáng)電系統(tǒng)用5A，弱電系統(tǒng)用1A。

3、電流互感器種類與型式的選擇

安裝地點(diǎn)和安裝方式4、電流互感器準(zhǔn)確級(jí)和額定容量的選擇互感器的準(zhǔn)確級(jí)不得低于所供測(cè)量?jī)x表的準(zhǔn)確級(jí)。=儀表電流線圈電阻+繼電器電阻+連接導(dǎo)線電阻+接觸電阻5、熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)

熱穩(wěn)定：動(dòng)穩(wěn)定：a）內(nèi)部動(dòng)穩(wěn)定b）外部動(dòng)穩(wěn)定：電流互感器絕緣瓷帽上受到外力的作用，校驗(yàn)其機(jī)械強(qiáng)度?！?-4電壓互感器的原理與選擇一、電磁式電壓互感器

1、工作原理

工作原理和變壓器相同。特點(diǎn)：1)正常工作時(shí)電壓互感器二次側(cè)接近于空載狀態(tài)，一次電氣系統(tǒng)電壓不受二次側(cè)負(fù)荷的影響。2)運(yùn)行中一旦二次側(cè)發(fā)生短路，短路電流將使繞組過熱而燒毀，因此電壓互感器二次要裝設(shè)熔斷器進(jìn)行保護(hù)，不能短路運(yùn)行。作用供電給測(cè)量?jī)x表和繼電器等，正確反映一次電氣系統(tǒng)的各種運(yùn)行情況。對(duì)低電壓的二次系統(tǒng)與高電壓的一次系統(tǒng)實(shí)施電氣隔離，保證工作人員和設(shè)備的安全。將一次回路的高電壓變換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的低電壓值（100V、100/3V、V）,使測(cè)量?jī)x表和繼電器小型化、標(biāo)準(zhǔn)化。取得零序電壓以反映小接地短路電流系統(tǒng)的單相接地故障。2、電壓互感器的誤差誤差分為電壓誤差和相位差。電壓誤差誤差由空載誤差和負(fù)載誤差組成。與二次負(fù)載、功率因數(shù)和一次電壓等運(yùn)行參數(shù)有關(guān)。減小互感器誤差的措施從制造和使用：1）制造上提高并穩(wěn)定激磁阻抗，減小漏抗。（采用高導(dǎo)磁率的冷軋硅鋼片、增大鐵芯截面、縮短磁路長(zhǎng)度和減小氣隙；減小內(nèi)阻抗的方法是減小線圈電阻、選用合理的線圈結(jié)構(gòu)與減小漏磁等）2）使用上應(yīng)使電壓互感器的一次電壓、二次負(fù)荷及功率因數(shù)在歸定的范圍內(nèi)運(yùn)行。3、電壓互感器的準(zhǔn)確級(jí)和容量1）準(zhǔn)確級(jí)：是指在規(guī)定的一次電壓和二次負(fù)荷變化范圍內(nèi)，負(fù)荷功率因數(shù)為額定值時(shí)，電壓誤差的最大值。0.2級(jí)電壓互感器用于實(shí)驗(yàn)室精密測(cè)量；0.5級(jí)用于電度計(jì)量；1級(jí)用于配電屏儀表指示；3級(jí)用于繼電保護(hù)和精度要求不高的自動(dòng)裝置。2）同一臺(tái)電壓互感器對(duì)應(yīng)于不同的準(zhǔn)確度等級(jí)有不同的容量。額定容量是指對(duì)應(yīng)于最高準(zhǔn)確級(jí)的容量。最大容量是按電壓互感器在最高工作電壓下長(zhǎng)期工作容許的發(fā)熱條件規(guī)定的。4、電磁式電壓互感器的分類和結(jié)構(gòu)按安裝地點(diǎn)分為戶內(nèi)型和戶外型；按相數(shù)分為單相式、三相式；按每相的繞組數(shù)分為雙繞組、三繞組；按絕緣方式分為油浸式、干式、澆注式；按結(jié)構(gòu)分為普通式、串級(jí)式、電容分壓式。3~35kV：普通式；110kV及以上：電磁式電壓互感器制成串級(jí)結(jié)構(gòu)：繞組和鐵芯采用分級(jí)絕緣，以簡(jiǎn)化絕緣結(jié)構(gòu)；繞組和鐵芯放在瓷套中，可減少重量和體積。型號(hào)表達(dá)式二、電容式電壓互感器1、工作原理

2、誤差

三、電壓互感器的接線形式四、電壓互感器的選擇1、一次回路電壓的選擇2、二次回路電壓的選擇

3、種類和型式選擇

裝設(shè)地點(diǎn)和使用條件4、容量和準(zhǔn)確級(jí)選擇

按最大相負(fù)載要求，最高準(zhǔn)確度等級(jí)無需要校驗(yàn)動(dòng)、熱穩(wěn)定?！?-5互感器在主接線中配置原則一、電壓互感器的配置1）母線2）線路。3）發(fā)電機(jī)4）變壓器二、電流互感器的配置

1）在發(fā)電機(jī)、變壓器、出線、母線分段及母聯(lián)斷路器、旁路斷路器等回路中均設(shè)有電流互感器。對(duì)于中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，一般按三相配置；中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)，依具體情況配二相或三相。2）對(duì)于保護(hù)用電流互感器的裝設(shè)地點(diǎn)應(yīng)按盡量消除主保護(hù)裝置的不保護(hù)區(qū)來