【正文】 流的元件(如電抗器)等，也必須計算短路電流。 三相短路，用文字符號點(diǎn)表示，如圖3—1a所示。單相短路，用表示，如圖3—1c和d所示。它實(shí)質(zhì)上就是兩相短路，因此也可用表示。 電力系統(tǒng)中，發(fā)生單相短路的可能性最大，而發(fā)生三相短路的可能性最小。為了使電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備在最嚴(yán)重的短路狀態(tài)下也能可靠地工作，因此作為選擇檢驗(yàn)電氣設(shè)備用的短路計算中，以三相短路計算為主。(2)無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的物理過程和物理量a 無限大容量電力系統(tǒng)及其三相短路的物理過程 無限大容量電力系統(tǒng)(electric power system with infinitely great capacity)，指其容量相對于用戶供電系統(tǒng)容量大得多的電力系統(tǒng)，當(dāng)用戶供電系統(tǒng)的負(fù)荷變動甚至發(fā)生短路時，電力系統(tǒng)變電所饋電母線上的電壓能基本維持不變。 無限大容量電力系統(tǒng)中發(fā)生三相短路a）三相電路圖 b）等效單相電路圖 對一般工廠供電系統(tǒng)來說，由于工廠供電系統(tǒng)的容量遠(yuǎn)比電力系統(tǒng)總?cè)萘啃?，而阻抗又較電力系統(tǒng)大得多，因此工廠供電系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生短路時，電力系統(tǒng)變電所饋電母線上的電壓幾乎維持不變，也就是說可將電力系統(tǒng)視為無限大容量的電源。圖中RWL。為線路(WL)的電阻和電抗，RL、XL。由于三相對稱，因此這一三相短路的電路可用圖b）的等效單相電路圖來分析，分析略。由圖可以看出，短路電流在到達(dá)穩(wěn)定值之前，要經(jīng)過一個暫態(tài)過程(或稱短路瞬變過程)。從物理概念上講，短路電流周期分量是因短路后電路阻抗突然減小很多倍，而按歐姆定律應(yīng)突然增大很多倍的電流；短路電流非周期分量則是因短路電路含有感抗，電路電流不可能突變，而按楞次定律感生的用以維持短路初瞬間(t=0時)電流不致突變的一個反向衰減性電流。(3)三相短路電流的計算 a 概述 進(jìn)行短路電流計算，首先要繪出計算電路圖，如圖3—4所示。短路計算點(diǎn)要選擇得使需要進(jìn)行短路校驗(yàn)的電氣元件有最大可能的短路電流通過。在等效電路圖上，只需將被計算的短路電流所流經(jīng)的一些主要元件表示出來，并標(biāo)明其序號和阻抗值，一般是分子標(biāo)序號，分母標(biāo)阻抗值(既有電阻又有電抗時，用復(fù)數(shù)形式R+jx來表示)。對于工廠供電系統(tǒng)來說，由于將電力系統(tǒng)當(dāng)作無限大容量電源，而且短路電路也比較簡單，因此一般只需采用阻抗串、并聯(lián)的方法即可將電路化簡，求出其等效總阻抗。 短路電流計算的方法，常用的有歐姆法(又稱有名單位制法)和標(biāo)幺制法(又稱相對單位制法)。電流單位為“干安”(kA)，電壓單位為“千伏”(kV)，短路容量和斷流容量單位為“兆伏安”(MVA)，阻抗單位為“歐姆”(Q)等。A)、“歐”(Q)等。如果采用工程上常用的單位來計算，則須注意所用公式中各物理量單位的換算系數(shù)。 在無限大容量系統(tǒng)中發(fā)生三相短路時，其三相短路電流周期分量有效值可按下式計算：式中，Uc為短路點(diǎn)的短路計算電壓(或稱為平均額定電壓)。 在高壓電路的短路計算中，通?？傠娍惯h(yuǎn)比總電阻大，所以一般可只計電抗，不計電阻。 如果不計電阻，則三相短路電流的周期分量有效值為 三相短路容量為 下面講述供電系統(tǒng)中各主要元件如電力系統(tǒng)、電力變壓器和電力線路的阻抗計算。在略去上述的阻抗后，計算所得的短路電流自然稍有偏大；但用稍偏大的短路電流來校驗(yàn)電氣設(shè)備，倒可以使其運(yùn)行的安全性更有保證。電力系統(tǒng)的電抗，可由電力系統(tǒng)變電所高壓饋電線出口斷路器(參看圖3—4)的斷流容量SOC來估算，這SOC就看作是電力系統(tǒng)的極限短路容量SK。 b)電力變壓器的阻抗 (a)變壓器的電阻RT 可由變壓器的短路損耗△Pt近似地計算。 (b)變壓器的電抗Xt 可由變壓器的短路電壓(即阻抗電壓)UK％近似地計算。． 可由導(dǎo)線電纜的單位長度電阻R。為導(dǎo)線電纜單位長度的電阻，可查有關(guān)手冊或產(chǎn)品樣本；l為線路長度。 可由導(dǎo)線電纜的單位長度電抗x。為導(dǎo)線電纜單位長度的電抗，可查有關(guān)手冊或產(chǎn)品樣本；l為線路長度。因?yàn)橥浑妷旱耐惥€路的電抗值變動幅度一般不大 。其他短路物理量的計算公式見第三節(jié)第二節(jié)。阻抗等效換算的條件是元件的功率損耗不變。 就短路計算中考慮的幾個主要元件的阻抗來說，只有電力線路的阻抗有時需要換算，例如計算低壓側(cè)的短路電流時，高壓側(cè)的線路阻抗就需要換算到低壓側(cè)。直接代以短路點(diǎn)的計算電壓，就相當(dāng)于阻抗已經(jīng)換算到短路點(diǎn)一側(cè)了。本章是本課程的重點(diǎn)，也是從事工廠供電設(shè)計與運(yùn)行必備的基礎(chǔ)知識。 配電所(distribution sulbstation)擔(dān)負(fù)著從電力系統(tǒng)受電，然后直接配電的任務(wù)。 b 變配電所的類型 工廠變電所分總降壓變電所(head s‘tep—down substation)和車間變電所(shop trans一。一般中小型工廠不設(shè)總降壓變電所。如果按變壓器室位于車間的墻內(nèi)還是墻外，還可進(jìn)一步分為內(nèi)附式(．2)和外附式(、4)。 c) 露天變電所變壓器安裝在室外抬高的地面上()。 d) 獨(dú)立變電所整個變電所設(shè)在與車間建筑物有一定距離的單獨(dú)建筑物內(nèi)()。f）地下變電所整個變電所設(shè)置在地下。6）電弧(1)產(chǎn)生電弧的根本原因 開頭觸頭在分?jǐn)嚯娏鲿r之所以會產(chǎn)生電弧，根本的原因在于觸頭本身及觸頭周圍的介質(zhì)中含有大量可被游離的電子。 (2)產(chǎn)生電弧的游離方式 a熱電發(fā)射 當(dāng)開關(guān)觸頭分?jǐn)嚯娏鲿r，陰極表面由于大電流逐漸收縮集中而出現(xiàn)熾熱的光斑，溫度很高，因而使觸頭表面分子中外層電子吸收足夠的熱能而發(fā)射到觸頭間隙中去，形成自由電子。在這種高電場的作用力，觸頭表面的電子可被強(qiáng)拉出來，使之進(jìn)入觸頭間隙，也形成自由電子。這些游離出來的帶電質(zhì)點(diǎn)在電場力的作用下，繼續(xù)參加碰撞游離，結(jié)果使觸頭間介質(zhì)中的離子數(shù)越來越多，形成“雪崩”現(xiàn)象。 d熱游離 電弧的溫度很高，表面溫度達(dá)3000～4000℃，弧心溫度可高達(dá)10000℃。觸頭越分開，電弧越大，熱游離也越顯著。 (3)電弧的熄滅 a熄滅電弧的條件 要使電弧熄滅，必須使觸頭間電弧中的去游離率大于游離率，即其中離子消失的速率大于離子產(chǎn)生的速率。這與電弧中的電場強(qiáng)度、混度及電弧截面等有關(guān)。此外，復(fù)合與電弧接觸的介質(zhì)性質(zhì)也有關(guān)。 b)正負(fù)帶電質(zhì)點(diǎn)的“擴(kuò)散” 擴(kuò)散就是電弧中的帶電質(zhì)點(diǎn)向周圍介質(zhì)中擴(kuò)散開去，從而使電弧區(qū)域的帶電質(zhì)點(diǎn)減少。擴(kuò)散也與電弧截面有關(guān)。 上述帶電質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合和擴(kuò)散，都使電弧中間的離子數(shù)減少，即去游離增強(qiáng)，從而有助于電弧的熄滅。開關(guān)電器工作的可靠程度，與觸頭的結(jié)構(gòu)和狀況有著密切的關(guān)系。 a滿足正常負(fù)荷的發(fā)熱要求正常負(fù)荷電流(包括過負(fù)荷電流)長期通過觸頭時，觸頭的發(fā)熱溫度不應(yīng)超過允許值。 b具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度 能經(jīng)受規(guī)定的通斷次數(shù)而不致發(fā)生機(jī)械故障或損壞。 d具有足夠的斷流能力在開斷所規(guī)定的最大負(fù)荷電流或短路電流時，觸頭不應(yīng)被電弧過度燒損，更不應(yīng)發(fā)生熔焊現(xiàn)象。工作觸頭采用導(dǎo)電性好的銅(或鍍銀)觸頭，滅弧觸頭則采用耐高溫的銅鎢等合金觸頭。通斷電流時，電弧基本上在滅弧觸頭間產(chǎn)生，不致使工作觸頭燒損。接入型號為HD12600/41的刀開關(guān)（其中600表示額定電流，4表示4極，1表示帶滅弧室）后分為四條回路：APAPdAP3和備用回路。該箱還設(shè)有N線排和PE線排。一次電路中所有的電氣設(shè)備，稱為一次設(shè)備(primary equip—ment)或一次元件。二次電路通常接在互感器的二次側(cè)。 一次設(shè)備按其功能來分，可分為以下幾類。 b控制設(shè)備其功能是按電力系統(tǒng)工作的要求來控制一次電路的通、斷，例如各種高低壓開關(guān)。 d補(bǔ)償設(shè)備其功能是用來補(bǔ)償電力系統(tǒng)的無功功率，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，例如并聯(lián)電容器。 本節(jié)只介紹一次電路中常用的高壓熔斷器、高壓隔離開關(guān)、高壓負(fù)荷開關(guān)、高壓斷路器及高壓開關(guān)柜等。熔斷器的功能主要是對電路及電路設(shè)備進(jìn)行短路保護(hù)，但有的也具有過負(fù)荷保護(hù)的功能。 高壓熔斷器全型號的表示和含義如下： a RNl和RN2型戶內(nèi)高壓熔斷器 ’ RNl型與RN2型的結(jié)構(gòu)基本相同，都是瓷質(zhì)熔管內(nèi)充石英砂填料的密閉管式熔斷器。而RN2型只用作高壓電壓互感器一次側(cè)的短路保護(hù)。 RNRN2型高壓熔斷器 RW410（G）型跌開式熔斷器 RNRN2型高壓熔斷器的熔管剖面示意圖 、RN2型高壓熔斷器的外形結(jié)構(gòu)。錫是低熔點(diǎn)金屬，過負(fù)荷時錫球受熱首先熔化，包圍銅熔絲，銅錫的分子互相滲透而形成熔點(diǎn)較銅的熔點(diǎn)低的銅錫合金，使銅熔絲能在較低的溫度下熔斷，這就是所謂“冶金效應(yīng)”(metallurgieal effeet)。又由圖可知，這種熔斷器采用幾根熔絲并聯(lián)，以便在它們?nèi)蹟鄷r能產(chǎn)生幾根并行的電弧，利用粗弧分細(xì)滅弧法來加速電弧的熄滅。之前即能完全熄滅電弧、切斷短路電流，從而使熔斷器本身及其所保護(hù)的電壓互感器不必考慮短路沖擊電流的影響，因此這種熔斷器屬于“限流”熔斷器(cur”rentlimiting fuse)。 b Rw4和Rwlo(F)型戶外高壓跌開式熔斷器運(yùn)行時是封閉的，可以防止雨水浸入。而在分?jǐn)啻蟮亩搪冯娏鲿r，由于管內(nèi)產(chǎn)生的氣壓大，使上端薄膜沖開而形成兩端排氣，這樣有助于防止分?jǐn)啻蟮亩搪冯娏鲿r可能造成的熔管爆裂，從而有效地解決了自產(chǎn)氣熔斷器分?jǐn)啻笮」收想娏鞯拿?。這種負(fù)荷型跌開式熔斷器有推廣應(yīng)用的趨向。 (3)高壓隔離開關(guān) 高壓隔離開關(guān)(high—voltage dis—conneclfor，文字符號為QS)的功能主要是隔離高壓電源，以保證其它設(shè)備和線路的安全檢修。但是隔離開關(guān)沒有專門的滅弧裝置，因此不允許帶負(fù)荷操作。 GN810/600型高壓隔離開關(guān) 高壓隔離開關(guān)按安裝地點(diǎn)，分戶內(nèi)式和戶外式兩大類。 高壓隔離開關(guān)全型號的表示和含義如下： (4)高壓負(fù)荷開關(guān)高壓負(fù)荷開關(guān)(high—voltage load switch，文字符號為QL)，具有簡單的滅弧裝置，因而能通斷一定的負(fù)荷電流和過負(fù)荷電流，但它不能斷開短路電流，因此它必須與高壓熔斷器串聯(lián)使用，以借助熔斷器來切斷短路故障。 高壓負(fù)荷開關(guān)的類型較多，這里著重介紹一種應(yīng)用最多的戶內(nèi)壓氣式高壓負(fù)荷開關(guān)。上半部為負(fù)荷開關(guān)本身，很像一般隔離開關(guān)，實(shí)際上它也就是在隔離開關(guān)的基礎(chǔ)上加一個簡單的滅弧裝置。絕緣子上部裝有絕緣噴嘴和弧靜觸頭。由于分閘時主軸轉(zhuǎn)動而帶動活塞，壓縮氣缸內(nèi)的空氣而從噴嘴往外吹弧，使電弧迅速熄滅。但總的來說，負(fù)荷開關(guān)的滅弧斷流能力是很有限的，只能斷開一定的負(fù)荷電流及過負(fù)荷電流。 這種負(fù)荷開關(guān)一般配用CS2等型。高壓負(fù)荷開關(guān)全型號的表示和含義如下： (5)高壓斷路器 高壓斷路器(high—voltage circuit_breaker’，文字符號為QF)的功能是，不僅能通斷正常負(fù)荷電流，而且能接通和承受一定時間的短路電流，并能在保護(hù)裝置作用下自動跳閘，切除短路故障。型號中c“操”作機(jī)構(gòu)；s一“手”動；2一設(shè)計序號。其中應(yīng)用最廣的是油斷路器。多油斷路器的油量多，其油一方面作為滅弧介質(zhì)，另一方面又作為相對地(外殼)甚至相與相之間的絕緣介質(zhì)。一般6～35kV戶內(nèi)配電裝置中均采用少油斷路器。 高壓斷路器全型號的表示和含義如下： a SNl010型高壓少油斷路器 SNl010型少油斷路器是我國統(tǒng)一設(shè)計、推廣應(yīng)用的一種新型少油斷路器。SNlo～10 I型，S。A；Ⅱ型，S。A；Ⅲ型，S。A SN1010型高壓少油斷路器 SN1010型高壓少油斷路器的滅弧室工作示意圖 SN1010型高壓少油斷路器的滅弧室 SN1010型高壓少油斷路器的一相油箱內(nèi)部結(jié)構(gòu) 。油箱是其核心部分。操作斷路器導(dǎo)電桿(動觸頭)的轉(zhuǎn)軸和拐臂等傳動機(jī)構(gòu)就裝在基座內(nèi)。油箱中部是滅弧室。油箱上部是鋁帽。鋁帽的下部裝有插座式靜觸頭。斷路器合閘時，導(dǎo)電桿插入靜觸頭，首先接觸的是其弧觸片。因此，無論斷路器合閘或跳閘，電弧總在弧觸片與導(dǎo)電桿端部弧觸頭之間產(chǎn)生。當(dāng)導(dǎo)電桿離開靜觸頭時，產(chǎn)生電弧，使油分解，形成氣泡，導(dǎo)致靜觸頭周圍的油壓驟增，迫使逆止閥(鋼珠)動作，鋼珠上升堵住中心孔。當(dāng)導(dǎo)電桿繼續(xù)向下運(yùn)動，相繼打開一、二、三道滅弧溝及下面的油囊時，油氣流強(qiáng)烈地橫吹和縱吹電弧。由于油氣流的橫吹與縱吹以及機(jī)械運(yùn)動引起的油吹的綜合作用，從而使電弧迅速熄滅。 這種少油斷路器，在油箱上部設(shè)有油氣分離室，其作用是使滅弧過程中產(chǎn)生的油氣混合物旋轉(zhuǎn)分離，氣體從油箱頂部的排氣孔排出，而油滴則附著內(nèi)壁流回滅弧室。手動操作機(jī)構(gòu)能手動和遠(yuǎn)距離跳閘，但只能手動合閘，其結(jié)構(gòu)簡單，可交流操作。彈簧儲能操作機(jī)構(gòu)亦能手動和遠(yuǎn)距離跳、合閘，而且操作電源交、直流均可，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價較高。由于采用交流操作電源較為簡單經(jīng)濟(jì)，因此彈簧操作機(jī)構(gòu)的應(yīng)用越來越廣。 SF6是一種無色、無味、無毒且不易燃的惰性氣體，在150℃以下時，化學(xué)性能相當(dāng)穩(wěn)定。因此這種斷路器的觸頭一般都設(shè)計成具有自動凈化的作用。SF6不含碳元素(C)，這對于滅弧和絕緣介質(zhì)來說，是極為優(yōu)越的特性。因此油斷路器在運(yùn)行中要經(jīng)常注意監(jiān)視油色，適時分析油樣，必要時要更換新油。SF6又不含氧元素(0)，因此它不存在觸頭氧化的問題。SF6除具有上述優(yōu)良的物理、化學(xué)性能外，還具有優(yōu)良的電絕緣性能。特別優(yōu)越的是SF6在電流過零時，電弧暫時熄滅后，具有迅速恢復(fù)絕緣強(qiáng)度的能力，從而使電弧難以復(fù)燃而很快熄滅。雙壓式具有兩個氣壓系統(tǒng)，壓力低的作為絕緣，壓力高的作為滅弧。單壓式結(jié)構(gòu)簡單，我國現(xiàn)在生產(chǎn)的LNl、LN2型SF。 真空滅弧室的結(jié)構(gòu) SF6斷路器滅弧室工作示意圖 SF6斷路器滅弧室的工作()。使之通過噴嘴吹弧，從而使電弧迅速熄滅。但缺點(diǎn)是：