电力工程基础：第九章 电气设计与设备选择

1、9.1 载流导体的发热和电动力载流导体的发热和电动力合肥工业大学合肥工业大学 .电气与自动化工程学院电气与自动化工程学院导体和电器的发热分为长期发热和短时发热。导体和电器的发热分为长期发热和短时发热。 使绝缘材料的绝缘性能降低；使绝缘材料的绝缘性能降低；使金属材料的机械强度下降；使金属材料的机械强度下降；使导体的接触电阻增加。使导体的接触电阻增加。一、概述一、概述发热对导体和电器的影响有：发热对导体和电器的影响有：载流导体有电流通过时，导体之间还会产生电动力，短路时其作用力非常载流导体有电流通过时，导体之间还会产生电动力，短路时其作用力非常大，易导致设备变形或损坏。大，易导致设备变形或损坏。

2、为了限制发热的有害影响，国家规定了长期发热和短时发热的最大允许温为了限制发热的有害影响，国家规定了长期发热和短时发热的最大允许温度。度。 见表见表9-1。合肥工业大学合肥工业大学 .电气与自动化工程学院电气与自动化工程学院为了提高导体的最大允许载流量，可以采用电阻率小、散热面积大、换为了提高导体的最大允许载流量，可以采用电阻率小、散热面积大、换热系数大的材料和散热效果好的布置方式。热系数大的材料和散热效果好的布置方式。二、均匀导体的长期发热二、均匀导体的长期发热1、均匀导体的发热过程、均匀导体的发热过程2、导体的载流量、导体的载流量dtSmCdRdtI)(02)(02 SRIRSRSIalst

3、)(0导体的质量导体的质量导体的比热容导体的比热容导体的总换热系数导体的总换热系数导体的散热面积导体的散热面积周围环境温度周围环境温度合肥工业大学合肥工业大学 .电气与自动化工程学院电气与自动化工程学院短时发热最高允许温度对于硬铝及铝锰合金可取短时发热最高允许温度对于硬铝及铝锰合金可取200摄氏度，对硬铜可取摄氏度，对硬铜可取300摄氏度。摄氏度。短时发热的温度上升快、时间短，可近似看作成一个绝热过程。短时发热的温度上升快、时间短，可近似看作成一个绝热过程。三、导体的短时发热三、导体的短时发热1、短时发热计算、短时发热计算dmCdtRIkt2iktktAAdtISk0221ikkAAQS21i

4、kkAQSA21短路电流短路电流的热效应的热效应ikiAkA铝铝铜铜合肥工业大学合肥工业大学 .电气与自动化工程学院电气与自动化工程学院非周期分量的热效应：非周期分量的热效应： 2、热效应的计算、热效应的计算工程上采用简化辛普森法，又称工程上采用简化辛普森法，又称1-10-1法。法。周期分量的热效应：周期分量的热效应：)10(122222/kkttkpIIItQ 2ITQnp 非周期分量等值时间，见表非周期分量等值时间，见表9-2如果短路电流持续时间大于如果短路电流持续时间大于1s，则可不计非周期分量的影响。多支路提，则可不计非周期分量的影响。多支路提供短路电流时，先计算总电流，再计算总热效应

5、。供短路电流时，先计算总电流，再计算总热效应。短路周期电流在短路周期电流在tk时刻的有效值时刻的有效值短路周期电流在短路周期电流在0时刻的有效值时刻的有效值短路周期电流在短路周期电流在0.5tk时刻的有效值时刻的有效值合肥工业大学合肥工业大学 .电气与自动化工程学院电气与自动化工程学院1、两根细长平行导体间的电动力、两根细长平行导体间的电动力同一地点短路的最大电动力，是作用于三相短路时的中间一相导体。同一地点短路的最大电动力，是作用于三相短路时的中间一相导体。导体的长度导体的长度两导体的间距两导体的间距四、短路时载流导体的电动力四、短路时载流导体的电动力217102i iaLKF导体的形状系数

6、导体的形状系数2、水平布置的三相导体短路时的电动力、水平布置的三相导体短路时的电动力)(10616. 127maxNiaLFshA)(1073. 127maxNiaLFshB合肥工业大学合肥工业大学 .电气与自动化工程学院电气与自动化工程学院硬导体需要考虑共振的影响，即当较大的电动力中的谐波分量与母线系统的固有硬导体需要考虑共振的影响，即当较大的电动力中的谐波分量与母线系统的固有振动频率接近或相等时，将会产生机械共振，有可能会对母线系统造成破坏。振动频率接近或相等时，将会产生机械共振，有可能会对母线系统造成破坏。3、导体的振动应力、导体的振动应力)(112200HzLrf绝缘子跨距绝缘子跨距材

7、料系数材料系数母线的惯性半径母线的惯性半径计算强迫振动系数的方法，一般采用修正静态计算法，即最大电动力乘以动态应计算强迫振动系数的方法，一般采用修正静态计算法，即最大电动力乘以动态应力系数，动态应力系数与母线固有频率的关系见图力系数，动态应力系数与母线固有频率的关系见图9-6所示。所示。如果固有频率在危险共振范围（如果固有频率在危险共振范围（35135Hz）以外，取动态应力系数为）以外，取动态应力系数为1，否则，否则，在计算最大电动力时应乘以动态应力系数：在计算最大电动力时应乘以动态应力系数：)(1073. 127maxNiaLFsh9.2 主变压器选择主变压器选择合肥工业大学合肥工业大学 .

8、电气与自动化工程学院电气与自动化工程学院主变容量应按发电机额定容量扣除本机组厂用负荷后，留有主变容量应按发电机额定容量扣除本机组厂用负荷后，留有10%的裕度。的裕度。采用扩大单元接线时，应尽可能采用分裂绕组变压器，其容量应按单元接采用扩大单元接线时，应尽可能采用分裂绕组变压器，其容量应按单元接线计算原则算出的两台机组容量之和来确定。线计算原则算出的两台机组容量之和来确定。1、单元接线的主变压器容量的确定、单元接线的主变压器容量的确定（1）、（）、（2）、（）、（3）、（）、（4）一、变压器容量、台数的确定一、变压器容量、台数的确定2、具有发电机电压母线的主变压器容量的确定、具有发电机电压母线的

9、主变压器容量的确定3、连接两种升高电压母线的联络变压器容量的确定、连接两种升高电压母线的联络变压器容量的确定（1）、（）、（2）、（）、（3）4、变电站主变压器容量的确定、变电站主变压器容量的确定（1）、（）、（2）5、发电厂和变电站主变压器台数的确定、发电厂和变电站主变压器台数的确定合肥工业大学合肥工业大学 .电气与自动化工程学院电气与自动化工程学院二、主变压器型式的选择二、主变压器型式的选择主变压器的连接组号一般选择主变压器的连接组号一般选择YNd11。1、相数的确定、相数的确定2、绕组数的确定、绕组数的确定3、绕组连接组号的确定、绕组连接组号的确定（1）、（）、（2）、（）、（3）、（）

10、、（4）4、调压方式的确定、调压方式的确定5、冷却方式的确定、冷却方式的确定（1）、（）、（2）、（）、（3）、（）、（4）、（）、（5）9.3 电气主接线选择电气主接线选择合肥工业大学合肥工业大学 .电气与自动化工程学院电气与自动化工程学院设计主接线应满足可靠性、灵活性、经济性的要求，并留有扩建和发展的设计主接线应满足可靠性、灵活性、经济性的要求，并留有扩建和发展的余地。不同的电压等级、不同的出线回路数，宜采用不同的主接线形式。余地。不同的电压等级、不同的出线回路数，宜采用不同的主接线形式。一、电气主接线与选择一、电气主接线与选择2、水力发电厂电气主接线、水力发电厂电气主接线3、变电站电气主

11、接线、变电站电气主接线二、典型的电气主接线分析二、典型的电气主接线分析1、火力发电厂电气主接线、火力发电厂电气主接线9.4 电气设备选择电气设备选择合肥工业大学合肥工业大学 .电气与自动化工程学院电气与自动化工程学院电气设备选择的一般原则为：按正常工作条件选择额定电流、额定电压及电气设备选择的一般原则为：按正常工作条件选择额定电流、额定电压及型号；按短路情况校验开关的开断能力、短路热稳定性和动稳定性。型号；按短路情况校验开关的开断能力、短路热稳定性和动稳定性。一、电气设备选择地一般条件一、电气设备选择地一般条件2、按短路情况校验热稳定和动稳定、按短路情况校验热稳定和动稳定1、按正常工作条件选择

12、电气设备、按正常工作条件选择电气设备额定电压额定电压额定电流额定电流环境条件对设备选择的影响环境条件对设备选择的影响热稳定的校验热稳定的校验动稳定的校验动稳定的校验短路电流的计算条件短路电流的计算条件u容量和接线；容量和接线； u短路类型；短路类型； u短路计算点；短路计算点； u短路计算时间；短路计算时间；3、主要电气设备的选择和校验项目（表、主要电气设备的选择和校验项目（表9-3）合肥工业大学合肥工业大学 .电气与自动化工程学院电气与自动化工程学院特殊校验项目：开断电流；额定关合电流；合闸、分闸时间选择。特殊校验项目：开断电流；额定关合电流；合闸、分闸时间选择。二、高压断路器、隔离开关及高

13、压熔断器的选择二、高压断路器、隔离开关及高压熔断器的选择2、隔离开关的选择、隔离开关的选择1、高压断路器、高压断路器额定电压、额定电流选择；开断电流及选择性校验。额定电压、额定电流选择；开断电流及选择性校验。3、高压熔断器的选择、高压熔断器的选择三、限流电抗器的选择三、限流电抗器的选择特殊选择和校验的项目：电抗百分值的选择；电压损失的校验；母线残压特殊选择和校验的项目：电抗百分值的选择；电压损失的校验；母线残压的校验的校验合肥工业大学合肥工业大学 .电气与自动化工程学院电气与自动化工程学院材料、截面形状、布置方式材料、截面形状、布置方式四、母线、电缆和绝缘子的选择四、母线、电缆和绝缘子的选择2

14、、电力电缆的选择、电力电缆的选择1、母线的选择、母线的选择导体的截面选择（注意经济电流密度的概念）导体的截面选择（注意经济电流密度的概念）热稳定校验热稳定校验动稳定校验动稳定校验电晕电压校验电晕电压校验电缆心线材料及型号选择电缆心线材料及型号选择截面选择截面选择按允许电压降校验按允许电压降校验热稳定校验热稳定校验合肥工业大学合肥工业大学 .电气与自动化工程学院电气与自动化工程学院按额定电压选择按额定电压选择支柱绝缘子和穿墙套管支柱绝缘子和穿墙套管四、母线、电缆和绝缘子的选择四、母线、电缆和绝缘子的选择3、支柱绝缘子和穿墙套管的选择、支柱绝缘子和穿墙套管的选择按额定电流选择按额定电流选择穿墙套管

15、穿墙套管支柱绝缘子和穿墙套管地支柱绝缘子和穿墙套管地种类和型式选择种类和型式选择穿墙套管的穿墙套管的热稳定校验热稳定校验支柱绝缘子和穿墙套管的支柱绝缘子和穿墙套管的动稳定校验动稳定校验型式、额定电压、额定电流、准确级（连接互感器的导线截面、电流互感型式、额定电压、额定电流、准确级（连接互感器的导线截面、电流互感器常用的接线方式）、热稳定、动稳定。器常用的接线方式）、热稳定、动稳定。五、电流互感器和电压互感器的选择五、电流互感器和电压互感器的选择1、电流互感器的选择、电流互感器的选择类型和接线方式、额定电压、准确级、二次容量。类型和接线方式、额定电压、准确级、二次容量。2、电压互感器的选择、电压互感器的选择9.