电气设备教案(2)

1、第第2章章 导体的发热、电动力及导体的发热、电动力及开关电器的灭弧原理开关电器的灭弧原理2-1 电气设备的发热和电动力电气设备的发热和电动力1、短路电流的发热、短路电流的发热（1）发热的原因）发热的原因自身存在着有功功率损耗，电器元件的功率损耗主要包括：自身存在着有功功率损耗，电器元件的功率损耗主要包括： 导体与导体之间接触电阻上产生的损耗；导体与导体之间接触电阻上产生的损耗； 导体自身电阻上产生的损耗；导体自身电阻上产生的损耗； 绝缘材料在电场作用下产生的介质损耗等等。绝缘材料在电场作用下产生的介质损耗等等。短期发热是指短路电流在极短的时间内所引起的发热短期发热是指短路电流在极短的时间内所引

2、起的发热长期发热是指正常工作电流在较长时间内所引起的发热长期发热是指正常工作电流在较长时间内所引起的发热（3）电器元件温度升高造成的不良影响）电器元件温度升高造成的不良影响 影响电器元件的绝缘。影响电器元件的绝缘。 影响接触电阻。影响接触电阻。 降低机械强度。降低机械强度。（2）分类）分类（3）发热的计算（短路）发热的计算（短路）dd2mCtRId11d1d000022CtISt0dd21AAQS)(Af（5）热稳定）热稳定2,dpdtrQQQI t 短路热稳定是指电器通过短路电流时，电器的导电短路热稳定是指电器通过短路电流时，电器的导电和绝缘部分不因短路电流的热效应使其温度超过短时最和绝缘部

3、分不因短路电流的热效应使其温度超过短时最高允许温度而造成损坏的性能。高允许温度而造成损坏的性能。（1）两平行导体间的电动力）两平行导体间的电动力单相电路单相电路 载流导体之间电动力的大小，取决于通过导体电流的载流导体之间电动力的大小，取决于通过导体电流的数值、导体的几何尺寸、形状以及各相安装的相对位置等数值、导体的几何尺寸、形状以及各相安装的相对位置等多种因素。多种因素。721102aLi ikFfFFFF同向相吸，异向相斥同向相吸，异向相斥单相短路时，电动力最单相短路时，电动力最大大27210fdmLFk Ia2-2 导体的电动力导体的电动力（2）三相导体之间的电动力）三相导体之间的电动力三

4、相电路三相电路A相所受电动力相所受电动力CABAACABAiKiiKiFFF21最大吸力最大吸力20.058dmAFKI最大斥力最大斥力20.81dmAFKI A相所受最大电动力为斥相所受最大电动力为斥力力C相所受电动力相所受电动力 情况与情况与A相相同相相同B相所受电动力相所受电动力CBABBCBABiKiiKiFFF最大吸力最大吸力2m866. 0KIFB最大斥力最大斥力2m866. 0KIFBB相所受最大斥力和最大吸力相相所受最大斥力和最大吸力相等等结论：结论： 一般情况下，电力系统中发生一般情况下，电力系统中发生三相短路三相短路时所受电动力最大，时所受电动力最大，三相短路后，导体流过冲

5、击电流时必然会在导体之间产生三相短路后，导体流过冲击电流时必然会在导体之间产生最大的电动力。三相导体水平布置时，最大的电动力。三相导体水平布置时，中间相中间相受力最大。受力最大。72max1073. 1aLiFim,impmpii（3）动稳定）动稳定 短路动稳定是指电器通过短路电流时，其导电、绝缘和短路动稳定是指电器通过短路电流时，其导电、绝缘和机械部分不因短路电流的电动力效应而引起损坏的性能。机械部分不因短路电流的电动力效应而引起损坏的性能。1. 什么是短路什么是短路2. 产生短路的原因产生短路的原因 电力系统中一切电力系统中一切不正常不正常的的相与相相与相之间或之间或相与地相与地之间之间发

6、生发生通路通路的情况称作短路，短路是电力系统的严重故障。的情况称作短路，短路是电力系统的严重故障。n电气设备绝缘受损、老化；电气设备绝缘受损、老化；n气象条件恶化气象条件恶化(雷击过电压闪络、大风、覆冰等雷击过电压闪络、大风、覆冰等)；n违规操作违规操作(带负荷拉刀闸、未拆地线合闸送电等带负荷拉刀闸、未拆地线合闸送电等)；n其它原因；其它原因；2-3 2-3 短路的一般概念短路的一般概念3. 三相系统中可能发生的短路类型三相系统中可能发生的短路类型对称短路：对称短路：三相短路三相短路f (3)；不对称短路：不对称短路：单相接地短路单相接地短路f (1)、两相短路、两相短路f (2)、 两相短路

7、接地两相短路接地f (1.1)；f (3)f (2)f (1)f (1.1)abcn大的短路电流所产生的大的短路电流所产生的电动力效应电动力效应使电气设备受到使电气设备受到 严重的机械损坏；严重的机械损坏；n短路电流使设备短路电流使设备发热发热而损坏；而损坏；n短路使系统短路使系统电压电压大幅度大幅度下降下降，对用户影响很大，如，对用户影响很大，如 电动机的运行；电动机的运行；n破坏系统破坏系统稳定稳定，造成大面积停电；，造成大面积停电；n对通讯的对通讯的干扰干扰；短路电流短路电流比正常值比正常值大大许多倍，许多倍，系统电压系统电压严重严重下降下降。4. 短路的现象短路的现象5. 短路的后果短

8、路的后果短路暂态过程中的短路电流包含两个分量短路暂态过程中的短路电流包含两个分量周期分量和非周期分量周期分量和非周期分量。6.6.对短路电流的分析对短路电流的分析周期分量周期分量的幅值取决于电源电压和短路回路的的幅值取决于电源电压和短路回路的阻抗，且在暂态过程中阻抗，且在暂态过程中保持不变保持不变，它也是回路的，它也是回路的稳态短路电流稳态短路电流。非周期分量非周期分量是为了使电感中电流不突变而产生，是为了使电感中电流不突变而产生，其值其值在短路瞬间最大在短路瞬间最大，而在暂态过程中以时间常，而在暂态过程中以时间常数数a按指数规律衰减最终为按指数规律衰减最终为0。恒定电势源外电路三相短路波形恒

9、定电势源外电路三相短路波形 电流波形不与时间轴对称，短路电流最大瞬时值，其电流波形不与时间轴对称，短路电流最大瞬时值，其大小主要取决于短路电流非周期分量起始值。大小主要取决于短路电流非周期分量起始值。短路最不利（严重）情况：非周期分量起始值最大短路最不利（严重）情况：非周期分量起始值最大aTtpmpmaItIiecos（4）短路冲击电流）短路冲击电流 恒定电势源外电路恒定电势源外电路空载空载情况下发生三相短路，短路回路情况下发生三相短路，短路回路为为纯感性纯感性，短路时刻，短路时刻(t=0)(t=0)初相角初相角( (合闸角合闸角) )为零为零情况下，非情况下，非周期分量起始值最大。周期分量起

10、始值最大。即：即：0900,Im短路电流最大可能的瞬时值短路电流最大可能的瞬时值短路冲击电流短路冲击电流i iimim在短路后在短路后约约半个周期半个周期出现，即短路发生后出现，即短路发生后0.010.01秒。秒。k kimim为冲击系数，为冲击系数，11k kimim22pmimpmT.T.pmpmimIkIIIiaa010010e1e短路冲击电流的计算表达式：短路冲击电流的计算表达式：2-4 2-4 开关电器中的电弧电弧开关电器中的电弧电弧 特点：（1）电弧具有较高的电导（弧柱区电场强度低）。触头间只要有电弧，就仍有电流，电路就没有断开。（2）电弧的温度极高。外层达3000C4000C，弧

11、心达6000C 7000C，乃至上万度，会烧损触头及设备，甚至引起爆炸。（3）电弧电流密度大（10000A/cm2）。定义：电弧是一种介质放电现象1、电弧的定义及特点2 2、电弧的形成、电弧的形成开关触头打开强电场发射）强电场（热电子发射触头接触电阻增大cmV /101065从阴极表面发射电子电子积累能量足够大电子加速到足够大离子和自由电子碰撞游离，产生新的正形成电流（电弧）游离继续碰撞中性质点无规则运动发热使温度足够高热游离，维持电弧燃烧3 3、电弧的熄灭、电弧的熄灭复合异号带电粒子彼此靠近聚合在一起，互相中和，形成中性质点。电弧中的去游离措施：吹弧，弧柱内外温差大形成热传递。扩散弧柱内带电粒子逸出弧柱，进入周围介质。措施：吹弧，将电弧挤入绝缘窄缝，增加压力，加大密度。4 4、加速电弧熄灭的措施、加速电弧熄灭的措施（1）采用灭弧能力强的介质（2）利用气体吹弧（3）采用特殊金属材料作触头利用（4）采用多断口灭弧（5）提高分断速度（6）低压开关灭弧利用金属灭弧栅灭弧(将长电弧分成多个短电弧);利用与固定绝缘介质接触灭弧;利用窄缝灭弧思考题思考题1、简述电弧的形成过程和影响电弧熄灭的因素。、简述电弧的形成过程和影响电弧熄灭的因素。2、简述交流电弧的熄灭措施。、简述交流电弧的熄