【正文】 第七章 中壓電氣設備選擇 ? 設計一個供配電系統(tǒng)時，在網(wǎng)絡結構及 設備 配 置已經(jīng)確定的條件下，選擇設備的恰當型式與參數(shù)，謂之 設備選擇 。 ? 所選設備應具備完成其任務所需功能，應能承受正常的負荷與故障能量沖擊。 ? 本章所涉及的電器，主要有開關電器、保護電器、測量電器等，還包括由它們組合起來的組合電器，但不包括變壓器和線纜。 ? 電器與線纜、變壓器選擇的不同在于設備加入后對系統(tǒng)本身的影響。電器加入系統(tǒng)后主要改變系統(tǒng)功能，但基本不改變系統(tǒng)性能，而變壓器和線纜加入系統(tǒng)后，會明顯改變系統(tǒng)性能。 第 1節(jié) 短路電流效應 短路電流在故障元件上產(chǎn)生的溫升，叫做短路電流的熱效應。溫度是元件產(chǎn)生熱損壞的最主要因素。 導體溫升過程及短路熱穩(wěn)定熱力學判斷 討論：導體未通電 → 通電正常工作 → 短路發(fā)生 → 短路電流被切斷，這幾種情況下導體的發(fā)熱與溫升情況。 溫度 =溫升＋初始溫度。 辯異：發(fā)熱與溫升。發(fā)熱是溫升的動力，但溫升還受散熱的影響。 1）未通電時。 maxNNN ≤ ?? ???? 且要求， 2）正常工作時。 3）短路發(fā)生后，導體溫度急劇上升，至短路被切除時，導體溫度達到最高值 θk，即： maxkkk≤ ?? ???? ，且要求式中： θk為短路最高溫度， θkmax 為導體瞬時允許最高短路溫度（簡稱短路允許溫度）。 ? 辯異： θNmax與 θkmax。 都是“最高允許溫度”，前者是“長期工作”，后者是“瞬時短路”，有何區(qū)別？ θNmax— 取決于設計壽命。對絕緣導體，取決于絕緣的長期溫度承受能力；對裸導體，取決于接頭氧化和（或）機械參數(shù)（如弧垂等）。 θkmax— 取決于是否發(fā)生瞬時不可逆損壞。對絕緣導體，取決于絕緣的極限溫度承受能力；對裸導體，取決于接頭極限溫度承受能力和（或）是否因高溫產(chǎn)生機械破壞。 常見導體的 θNmax和 θkmax見表。 導體式電纜的長期允許 最高 溫度和 短路 最高允許溫度 maxk?? maxN?? S t +00t0Nkt k tk . m a xN . m a xN . m a xk . m a xtktkN0t 0 0t +N . m a xk . m a xtktkN0t 0 0t + t +00t0Nkt k t工作正常 短路熱穩(wěn)定 請你判斷 請你判斷 請你判斷 t0：短路開始時刻 tk：短路電流持續(xù) 時間 導體短路最高溫度 θk計算 這是導體受到的短路能量的極限熱沖擊，是一個熱力學參數(shù)，按熱力學方法計算。計算的一些假定和依據(jù)如下： 絕熱過程假設，短路電流發(fā)熱全部用于導體溫升，這是一個偏于保守的假設。 導體電阻、比熱均是溫度的函數(shù)。以 0℃ 電阻率 ρ0和比熱 C0為起點計算，計算公式為： slR )1()(0 ???? ?? )1()(0 ??? ?? CC 導體為長度 l的棒形，底面積 s，密度 ρm，質量 m為 slm m?? 1）計算從熱平衡方程開始。 ??? d)(d)()(2k mCtRtI ?上式左邊是電流發(fā)熱量，右邊是導體溫升吸收的熱量。 將各參量表達式代入，有： ?????? ? d)11(d)(10m02k2 ??? CttIS對上式兩邊積分，有： ∫ ∫k kN0 0m02k2 d11(t )d1 t CtIS 　 　???????? ? ???注意：未知量是 θk。上式右邊是電氣參量和導體幾何 參數(shù)，左面是材料參數(shù)，為變上限積分。 令積分的原函數(shù)為 A（ θ），有： ])1ln([)( 200 ??????????? ???? mCA則： )()(d)(1 Nk02k2k ?? AAttISt ???也即： θN是已知的（若不知，可取為 θNmax），理論上， 短路電流積分是可求出的，因此可求出 A（ θk），繼 而求出 θk。 但問題在于短路電流積分實際上很難求出。 2）求短路電流熱脈沖 不管怎樣，熱平衡方程已經(jīng)將求溫度 θk的問題轉化成了求短路電流積分的問題，即將熱力學參數(shù)計算轉化成了電氣參量計算。定義這個積分為熱脈沖 Q，即： ?? k0 2k d)(t ttIQ 短路熱脈沖 的物理意義為：短路電流在短路持續(xù)時間內在 1Ω恒定電阻上產(chǎn)生的熱量。 求短路熱脈沖的工程方法有假想時間法、假想電流法、數(shù)值積分法等，根據(jù)工程現(xiàn)狀，下面介紹假想時間法。 （ 1）假想時間。假設短路全電流有效值 Ik(t)一直等于穩(wěn)態(tài)短路電流，要產(chǎn)生與實際短路熱脈沖相等的熱脈沖所需要的時間，叫做假想時間，記作 tim。即 o ot kItimtABCODEFk2I ( t)t k toI oimtABCDEOFk2I ( t)SFDEO=I∞2tim=Q 2 2 SFDEO=I∞2tim=Q im202kk d)( tIttIQ t??? ? （ 2）遠端短路假想時間計算 遠端短路電流由恒定的周期分量和衰減的非周期分量組成（近端短路還要加上一個衰減的周期分量），根據(jù)諧波理論，短路電流有效值為各次諧波的方均根，即 )()()( 2p2np2k tItitI ?? ??? ??? kkk 0 2p0 2np0 2kim2 )()(d)(ttt tItittItI ＝于是有pim202pnpim202npkk d)(d)(???? ?? tIttItIttitt ＝，＝令 分別稱 timnp 、 timp 為短路電流非周期分量和周期分量的假想時間 ,則 pimnpimim ???? ttt a） timp 計算。由于遠端短路 I∞=Ip（ t） ，故 ? ??? ???k0 pim2k22p )0(d)(t tItIttI kpim tt ??即 b） timnp 計算。 ① 當 tk≥1s時，導體發(fā)熱主要由周期分量決定，可不計入非周期分量的影響，此時 timnp =0 ②當 tk1s時，因 ，有 a/pnp )0(2 TteIi ?? npim/22pa0 np )1)(0(d)(akk ??? ???? tIeITtti Ttt 于是有 )1()1()0( akak /2a/222panpimTtTt eTeIITt ???? ????因 Ta一般為 ，當 tk≥，指數(shù)項已過 4倍時 間常數(shù)，而 tk通常總是大于 ，因此： ??? T c）綜上所述，對遠端短路 ?????????? ??時當，時當，s1 ≥kkkknpimpimimttttttt 3）用假想時間計算導體短路最高溫度 θk 根據(jù)公式： 用假想時間計算上式積分，有 據(jù)此可計算出 θk。 4）短路電流持續(xù)時間 tk計算 tk=top+tQF 式中 tk— 短路電流持續(xù)時間； top— 保護動作時間； tQF— 斷路器開斷時間，含固有分閘時間和燃弧持續(xù)時間。 保護動作時間為保護裝置起動機構、執(zhí)行機構和延時機構動作時間總和。前兩者一般取~。 短路電流電動力效應 相鄰載流導體在對方產(chǎn)生的磁場中受到的機械作用力，叫做電動力。 敷設在同一平面上的三相平行導體，中間相受力最大，其短路最大電動力為 DliKF 2shsk3 ?式中： Ksh為導體形狀系數(shù)，通過（ Db） /（ h+b） 查得； l為平行導體長度， D為導體中心距； b為導體厚度， h為導體高度。 D b h 第 2節(jié) 電氣設備選擇的一般性問題 電氣設備選擇的基本原則 （ 1）正常工作條件下