文档介绍：第9 电气设备选择
教学目的:掌握电器和载流导体发热及电动力效应的计算;掌握
电气设备选择的一般选择条件和具体设备选择校验
的主要内容;掌握主要设备的选择条件、方法和技巧。
复习旧课:⒈保护接地、保护接零的工作原理;
⒉影响接地电阻的因素及降低方法。
重点:掌握电器和载流导体发热及电动力效应的计算;掌握
电气设备选择的一般选择条件和具体设备选择校验
的主要内容
难点:掌握电器和载流导体发热及电动力效应的计算;掌握
设备选择的一般选择条件和具体设备选择校验的主要
内容
引入新课:

、电缆和绝缘子的选择

当电器和载流导体通过电流时,有部分电能以不同的损耗形式转化为热能,使电器和载流导体的温度升高,这就是电流的热效应。
Q=I2Rt(J) R=KfRdc
式中
I ——通过的电流(A);
t——电流作用的时间(s);
R——电阻,如为直流电路,即为直流欧姆电阻 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。
电器和载流导体过度发热的影响主要有:
⑴机械强度下降。
⑵接触电阻增加。
⑶绝缘性能降低。

电器或载流导体在未通过电流时,其温度和周围介质温度相同。当通过电流时,由于发热,使温度升高,并因此与周围介质产生温差,热量将逐步有部分电能以不同的损耗形式转化为热能,使电器和载流导体的温度升高,这就是电流的热效应。
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;
K ——散热系数;
A ——导体散热表面积 m2 ;
——导体温度;
——周围介质温度;
m ——导体质量(kg);
c ——导体比热容;
⑴温升起始阶段上升很快,随时间的延长,其上升速度逐渐减小。
⑵对于某一导体,当通过不同的电流时,由于发热量不同,稳定温升也就不同。
⑶达到稳定温升的时间,从理论上讲应该是无穷大,实际上,当t>(3~4)T时,其温升值即可按稳定温升计算。
根据导体持续发热的条件,当导体的稳定温升小于或等于导体持续发热时的允许温升时,可认为是热稳定。可以求出该导体正常运行情况下最大允许电流,即:
铜、铝及钢裸母线持续发热允许温度规定为国为70℃。

故障情况下的短时发热,主要是在系统发生短路故障时。这时通过电器
或载流导体的短路电流,其数值比正常工作电流大很多倍。由于短路发热过程很短,可近似认为是一个绝热过程。
对于均匀导体,短时发热的热平衡方程式是:
式中
——短路电流的瞬时值。
短路时,由于导体温度的变化范围很大,这时,其电阻和比热容都不是常数。其随温度而变化的关系式是:
式中
——温度为0 时导体电阻率;
——温度为0 时导体比热容;
——导体电阻温度系数;
——导体比热容温度系数;
l ——导体长度(m);
S ——导体截面(m2)。
——短路电流周期分量在t内的热效应;
——短路电流非周期分量在t内的热效应。
短路电流周期分量在内的热效应,可以用发热等值时间法或近似数值
积分的方法求得。
发热等值时间法,是令:
故t>5s时发热等值时间:
50MW以下的发电机短路电流周期分量平均运算曲线作出的,应用于更大容量的发电机,势必产生较大误差。这时最好采用近似数值积分法。
求近似数值积分的方法有分段矩形法、分梯形法和抛物线法。
上式中的系数依此为1、10、1,故亦简称1—10—1公式。
短路电流非周期分量在t(s)内的热效应,可得:

载流导体之间将产生电动力的相互作用,有这就是载流导体的电动力效应。
载流导体间的作用大小,可用比奥—沙瓦定律计算,即作用于长度为,通过电流为,并位于磁感应强度为,与该磁场的磁力线方向成角的载流导体上的电动力:

其方向可以由左手定则确定
短路电流所产生的巨大电动力,对于电器或配电装置具有很大的危害性。如:
⑴电器的载流部分可能因为电动力而振动,或者因电动力所产生的应力大于其材料允许应力而变形,甚至使绝缘部件或载流部件损坏。
⑵电气设备的电磁绕组,受到巨大的电动力作用,可能使绕组变形或损坏。