第十四章_电气设备的选择(2)

不相同，所以将它们各自对应的等值时间分别计算较为方便。因此，等值时间可分两部分，即：

tk?tp?tap （s） （14－9）

式中：tk—短路电流发热的等值时间，（s）； tp—短路电流周期分量发热的等值时间，（s）； tap—短路电流非周期分量发热的等值时间，（s）。 这样，式（14－5）可改写为：

222 Qk?I?tk?I?tp?I?tap?Qp?Qap（A2.s） （14－10）

式中： Qp—短路电流周期分量的热效应，（A2.s）； Qap—短路电流非周期分量的热效应，（A2.s）。 （1）短路电流周期分量发热等值时间tk的计算。

由于短路电流周期分量发热等值时间tp除与短路电流持续时间t有关之外，还与短路电流周期分量幅值的变化规律有关。

短路电流周期分量幅值变化

tp (s) 图14－5 具有自动电压调整时周期分量等效时间曲线

的规律可以用????I??表示，即I????等于次暂态电流I??与稳态短

路电流I?的比值。

为了计算上的方便，将短路电流周期分量的发热等值时间tk与短路持续时间t和???的关系绘制成tp?f?t、???? 曲线，其曲线如图14－5所示。

图14－5中曲线表示出

t??1?5?s的时间内所需tp之值

的曲线。当发电机具有自动调节励磁装置，若短路时间t＞5s时，电路则进入稳定状态，这时实际短路

电流的持续时间应该与其对应的发热等值时间相等。因此，当t＜5s时tp由曲线确定。当

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t＞5s时tp分两部分计算。0～5s内根据曲线确定其等值发热时间tp5；5s之后的等值发热时间等于?t?5?。这时全部假想时间tk?tp5?(t?5)。此外，如果短路电流持续时间在图14－5中的曲线中未标出，可采用插入法由相近的两条曲线决定。

特别需要强调指出的是，利用图14－5所示曲线确定周期分量等值时间，在??1的情况，只适用于由发电机供电电路内的非远距离短路点，即I???I??It的情况。而对无穷大电力系统供电电路内的短路和由发电机供电电路内的近距离短路点而言，因短路电流周期分量的幅值始终维持不变，根据tp的定义知道，短路电流周期分量的发热等值时间应与短路电流持续时间应相同，即tp?t，故不需要使用图14－5确定。

（2）非周期短路电流发热等值时间tap的计算。

?I???tap?0.05????0.05????2 （14-11）

?I??当短路电流持续时间t大于1s时，短路电流周期分量发热等值时间tp将远大于短路电流非周期分量发热等值时间tap，这时短路电流非周期分量所产生的热量可略去不计。近似地取tk?tp；当短路电流持续时间t小于1s时，短路电流非周期分量所产生的热量则不能忽略，短路电流发热等值时间应根据式（14－9）进行计算。

实际工程计算中，对于大容量的发电机供电系统，其短路电流的热效应Qk通常采用近似数值积分法计算。

短路电流周期分量的热效应Qp可用下列公式进行计算：

2Qp?tdI??2?10It2?It2 （kA2.s） （14-12） d/2d12??式中：I??—次暂态短路电流周期分量的有效值，（kA）； Itd/2—td/2时刻短路电流周期分量的有效值，（kA）； Itd—td时刻短路电流周期分量的有效值，（kA）；

，td=tpr+tab，其中，tpr是继电保护动作时间，tabtd—短路热效应的计算时间（s）

是断路器分闸时间。

采用无延时保护时，td可取表表14－2 校验热效应的计算时间（s） 14－2中的数据。该数据为继电保断路器开断速度 断路器的全分闸时间tab 计算时间td 护装置的起动机构和执行机构的高速断路器 ＜0.08 0.1 动作时间，断路器的固有分闸时间中速断路器 0.08～0.12 0.15 以及断路器触头电弧持续时间的低速断路器 ＞0.12 0.2 总和。当继电保护装置有延时整定

时，则应按表中数据加上相应的整定时间，一般应按后备保护的整定时间来考虑。

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短路电流非周期分量的热效应

表14-3 非周期分量等效时间T

短路点 发电机出口及母线 发电机升高电压母线及出线 发电机电压电抗器后 变电站各级电压母线 T（s） td≤0.1s td＞0.1s 0.15 0.08 0.05 0.2 0.1 Qap可用下列公式进行计算：

Qap?TI??2（kA2.s） （14-13）

式中：T—非周期分量等效时间，与短路点及短路时间td有关，可由表14-3查得。

例14－1 某10kV配电装置中，

三相母线水平排列，三相母线通过的最大短路电流如下：次暂态短路电流I??(3)?26kA；

(3)稳态短路电流I??19.5kA。短路电流持续时间t?0.9s。母线相间距离a=25cm，母线

长度L=100cm。短路前母线温度为70℃。若选用矩形铝质母线为30mm×4mm时，试求：

（1）母线短路时所承受的最大电动力；（2）母线短路后的最高温度?k之值。 解: 根据题意已知I???26kA，所以

ik?2KkI???2?1.8?26?66.19(kA)

L?7110?1.73?66190210?7?3031(N) a0.25(3)（1）母线短路时所受的最大电动力。

(3)2F(3)?1.73ik（2）短路时的最高温度计算。

I??(3)26????(3)??1.33

19.5I?因为t?0.9s，所以根据图14－5曲线查得tp?1.0s。

tap?0.052?????0.05?1.332?0.09(s)

短路电流发热的等值时间

tk?tp?tap?1.0?0.09?1.09(s)

164因为?i?70℃，查曲线14－3得Ai?0.6?10[J/(??m)]

根据式（14－8）计算

12)I?tk?AiS2

1?()2?195002?1.09?0.6?1016?3.48?1016[J(??m)4]?630?4?10Ak?(查曲线图14－3得知?k＞400℃。

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第二节 电气设备选择的一般要求

一、一般原则

（1）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求并考虑远景发展； （2）应按当地环境条件校核； （3）应力求技术先进和经济合理；

（4）与整个工程的建设标准应协调一致； （5）同类设备应尽量减少品种；

（6）选用的新产品均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经上级部门批准。

二、技术条件

选择的高压电气设备，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。各种高压电器的一般技术条件如表14－4所示。

表14－4 选择电器的一般技术条件 序号 电器名称 1 高压断路器 2 隔离开关 3 负荷开关 4 熔断器 5 电压互感器 6 电流互感器 7 限流电抗器 8 消弧线圈 9 避雷器 10 穿墙套管 11 绝缘子 额定电压额定电流额定容量（kV） √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ （A） √ √ √ √ √ √ √ √ √ （kVA） √ 机械荷载（N） √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 额定开断电流（kA） √ √ 短路稳定 热稳定 动稳定 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ ①注：悬式绝缘子不校验

1.长期工作条件

（1）电压。选用的电器允许最高工作电压Umax不得低于该回路电网的最高运行电压UNSmax，即： Umax≥UNSmax （14-14）

三相交流3kV及以上电气设备的最高电压见表14－5。

表14－5 电气设备的额定电压与最高电压（kV） 设备额定电压 设备最高电压

3 3.5 6 6.9 10 11.5 35 40.5 63 69 110 126 220 252 330 363 500 550 302

（2）电流。选用的电器额定电流IN不得低于所在回路在各种可能运行方式下的最大持续工作电流Imax，即： IN≥Imax （14-15）

由于变压器短时过载能力很大，双回路出线的工作电流变化幅度也较大，故其计算工作电流时应根据实际需要确定。

高压电器没有明确的过载能力，所以在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求。

（3）机械荷载。所选电器端子的允许荷载，应大于电器引线在正常运行和短路时的最大作用力。电器机械荷载的安全系数，由制造部门在产品制造中统一考虑。

1.短路稳定条件

（1）校验的一般原则。

1）电气设备在选定后应按可能通过的最大短路电流进行动、热稳定校验。校验的短路电流一般取三相短路时短路电流，若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及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，则应按严重情况校验。

2）用熔断器保护的电气设备可不验算热稳定。当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定。用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。

（2）短路的热稳定条件。

It2t＞Qk （14-16）

式中：Qk－在计算时间td秒内，短路电流的热效应（kA2·s）；

It－t秒内电气设备允许通过的热稳定电流有效值（kA）； t－电气设备允许通过的热稳定电流时间（s）。 （3）短路的动稳定条件。

ies?ik?? （14-17）

Ies?Ik?式中：ik—短路冲击电流峰值（kA）；

Ik—短路全电流有效值（kA）；

ies—电气设备允许的极限通过电流峰值（kA）； Ies—电气设备允许的极限通过电流有效值（kA）。 3.环境条件 （1）温度。

普通高压电气设备一般可在环境最低温度为－30℃时正常运行。在高寒地区，应选择能适应环境最低温度为－40℃的高寒电气设备。

在年最高温度超过40℃，而长期处于低湿度的干热地区，应选用型号后带“TA'’字样的干热带型产品。

选择电气设备用的环境温度应按表14－6选取。 （2）日照。

屋外高压电气设备在日照影响下将产生附加温升。可按电气设备额定电流的80％选择设备。在进行试验或计算时，日照强度取0.1W／cm2。

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