供配电系统设备

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1、第五章供配电系统设备及线缆的选择本章首先介绍影响设备及线缆选择的几种重要因素、短路电流的力效应和热效应、开关的灭弧能力。然后主要介绍构成供配电系统一次回路的主要电气设备的结构、工作特性及系统对其的基本要求；介绍电力线路正常运行应满足的基本条件。要求掌握主要电气设备及电力线缆的工作特性及选择原则。索引第一节短路电流的力效应和热效应第二节开关电器的灭弧原理第三节开关电器及其选择第四节熔断器及其选择第五节互感器及其选择第六节电力线缆的选择第七节电力变压器和柴油发电机的选择第一节短路电流的力效应和热效应（一）短路电流通过两平行导体产生的电动力效应（二）短路电流通过三相平行导体产生的电动力

2、效应若三相导体敷设在同一平面上，因任一时刻，总有一相电流与另两相电流方向相反，可以证明，中间相受力情况最为严重，该作用力的最大值为：一、短路电流的力效应二、短路电流的热效应三、短路时导体最高温度的确定四、短路热脉冲与假想时间1、短路热脉冲2、短路电流持续时间3、假想时间（1）周期分量的假想时间①对远点短路②对近点短路（2）非周期分量的假想时间①当时，②当时，对远点短路：对近点短路：第二节开关电器的灭弧原理（一）电弧的产生原因电弧实际上是触头间气体在电场作用下产生的放电现象。即触头间隙中的气体被游离产生大量的电子和离子，在强电场作用下，大量的带电粒子作走向运动，于是绝缘的气体就由于游

3、离而成了导体。电流通过这个游离区时所消耗的电能转换为热能和光能发出光和热的效应，以电弧的形式表现出来。电弧对电器设备的影响主要有以下几个方面：一是触头虽已分开，但由于电弧存在，使电路实际上并没有断开；二是由于电弧温度很高，严重时会烧坏触头；三是电弧向四周喷射，会使电器及其周围物质损坏，甚至造成短路，引起火灾。所以必须采取措施，尽快熄灭电弧。电弧的产生主要经历下面几个物理过程：1、场致发射：用开关电器切断有电流通过的线路时，在开关触头刚分离的瞬间，由于触头间的间隙很小，触头间会形成很高的电场强度，当电场强度超过3X106V／m时，阴极触头在强电场的作用下，金属触头表面的电子被拉出来，

4、成为自由电子，自由电子存在于触头间隙，使触头间隙中存在带电粒子，这个过程叫做场致发射。一、交流电弧的产生和熄灭2．碰撞游离从阴极表面发射出来的自由电子，在触头间隙间电场力的作用下，向阳极加速运动，途中与中性粒子碰撞时，若电子有足够的动能，将使中性粒子游离为正离子和自由电子，这个过程叫碰撞游离。碰撞游离使触头间隙中的带电粒子数目加大，带电粒子继续在电场作用下运动，上述过程不断发生的结果使触头间隙内充满了电子和正离子，使其变成导电的通道，大量带电粒子在外加电场作用下，形成电流，这就是介质被击穿产生的电弧。3．热游离电弧产生后，弧隙温度很高，可达5000K以上，此时处于高温下的触头间隙中

5、分子和原子产生强烈的布朗运动，使它们之间不断发生碰撞，其结果可使中性粒子游离成电子和正离子，这个过程叫热游离。在电弧稳定燃烧时，电弧温度高，但电弧电压很低，因此电弧主要由热游离维持。4．热发射当电弧温度很高时，阴极表面还会在高温作用下发射电子，同时触头熔化、蒸发，以致在弧隙中混有蒸气，使其电导增加，维持电弧的继续燃烧。这个过程叫热发射。简言之：阴极在强电场作用下发射电子，发射的电子在触头间电场作用下产生碰撞游离，形成电弧；在电弧的高温作用下，阴极出现热发射，同时间隙中发生热游离，使电弧维持和发展。这就是电弧产生的过程。与游离过程相反，自由电子和正离子相互吸引发生的中和现象，叫去游离

6、。去游离的主要方式是复合和扩散。在电弧中，发生游离过程的同时进行着使带电粒子减少的去游离过程。在稳定燃烧的电弧中，这两个过程处于动平衡状态，如果游离过程强于去游离过程，电弧将继续燃烧；如果去游离过程强于游离过程，电弧便会愈来愈弱，最后熄灭。（二）交流电弧的熄灭1．交流电弧的特性如图5－7是交流电弧的特性曲线。交流电弧的伏安特性是动态的，呈周期性变化，电流每周期过零一次。图中A点为电弧产生的电压，称为燃弧电压，B点是电弧熄灭的电压，称为熄弧电压。由于热惯性，熄弧电压总是低于燃弧电压。2．交流电弧维持和熄灭的条件交流电弧电流过零时，是熄灭交流电弧的有利时机。但电流过零后，还会重燃或最终

7、熄灭，这取决于弧隙中去游离过程与游离过程的竞争结果。二、中、低压开关电器中的主要灭弧方式从有利灭弧的角度来看，所有的开关都应在开断时迅速而干脆，在最短时间内将电弧好长，以减少电弧稳定燃烧的机会。（－）磁吹灭弧磁吹灭弧利用气体或油吹动电弧灭弧，广泛应用于各种电压的开关电器，特别是大容量高压断路器中。由上分析可知，温度对熄弧的影响是很大的，气体热游离的基本条件是需有一定的温度温度愈低，热游离愈不易发生。因此，降低弧隙温度便能加快去游离的速度，同时介质强度恢复的快慢，在很大