电气设备-项目五高压电气设备的选择课件.ppt

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1、数控系统机床结构编码器电气设备主讲人：目 录1认识电力系统2认识高压电气设备3认识电力系统电气主接线4高压电气设备的布置5高压电气设备的选择05高压电气设备高压电气设备的选择的选择项目导读本项目对短路的计算的目的、标幺值的计算方法做了详细的介绍，要求学生能够掌握三相短路电流和不对称短路电流的计算方法，并能计算导体的发热电流和电动力，能够掌握电气设备选择的一般原则和方法。本章知识有助于学生掌握进行电气设备选择时的一般方法。知识目标技能目标了解短路的原因及计算目的。掌握电气设备选择的一般原则。掌握发热对电气设备的影响。掌握短路电流的计算方法。掌握电力系统标幺值的计算方法。掌握无限大容量系统的三相短

2、路电流实用计算方法掌握不对称短路电流的计算方法。任务浏览任务5.1 了解计算短路电流的目的任务5.2 掌握对称短路电流的计算方法任务5.3 掌握不对称短路电流的计算方法任务任务5.1 5.1 了解计算短路电流的目的了解计算短路电流的目的一、短路的原因及危害1.短路的原因2.三相系统中短路的类型短路是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地系统）之间未经负载而直接形成闭合回路。短路的原因主要有：（1）元件损坏。（2）自然灾害。（3）违规操作。（4）其他原因。如三相系统中短路的类型主要有：（1）基本形式：k（3）三相短路；k（2）两相短路；k（1）单相接地短路；k（11）两相接地短路；（2

3、）对称短路：短路后各相电流、电压仍对称（如三相短路）；（3）不对称短路：短路后各相电流、电压不对称（如两相短路、中性点直接地系统的单相短路和两相接地短路）。3.短路的危害短路的后果可归纳为以下几个方面。（1）电动力和热效应。（2）故障点往往有电弧产生，可能烧坏故障元件，也可能殃及周围设备。（3）电压大幅下降，对用户影响很大。（4）如果短路发生地点离电源不远而持续时间较长，则可能使并列运行的发电机（厂）失去同步，破坏系统的稳定，造成大面积停电。（5）不对称短路会对附近的通信系统产生严重干扰。任务任务5.1 5.1 了解计算短路电流的目的了解计算短路电流的目的三、标幺值计算1.有名值与标幺值在电力

4、系统的分析计算中，元件参数可以用两种形式表示，一种是用有名值表示，另一种是用标幺值表示。有名值就是所使用的有量纲单位表示的数值，亦称绝对值。标幺值是指一个有名值A与另一个作为计算标准的有名值B的比值，称为A的标幺值或相对值。标幺值可以定义为：对用标幺值表示的物理量，一般是在其符号加下标“*”表示，以区别于有名值。标幺值分为两种：（1）额定标幺值：以电气设备的额定参数作为基准值，计算出来的标幺值用参数符号加下标“*N”表示。如电压和电流的额定标幺值分别为：为了便于运算，电气设备的额定电阻、额定电抗、额定阻抗与额定电压、额定电流之间应该符合欧姆定律，即而电气设备的电阻r、电抗x、阻抗z的额定标幺值

5、为例如变压器的短路电压百分数uk%就是变压器短路阻抗Zk通过额定电流IN时产生的电压降与额定电压之比。即变压器的电阻的额定标幺值r*N可根据技术数据中的短路损耗Pk计算，因为两者之间有下述关系：已知变压器的阻抗额定标幺值Z*N和电阻的额定标幺值r*N，可按下式求出变压器的电抗的额定标幺值。（2）基准标幺值：实际的电力系统是由许多不同额定电压，不同额定容量的电气设备组成的。基准标幺值是以一个任意选定的参数作为基准值计算出来的。这个作为计算标准的容量称为基准容量，以SB表示，一般都以100MVA作为基准容量。基准容量确定之后，根据各级电压的额定值，便可确定出与各级电压相对应的基准电流值。为了简化计

6、算取其平均值作为本级电压的基准值，所以各级电压的基准值为：3.15kV、6.3kV、37kV、115kV、230kV等。根据基准容量SB和各级基准电压UB，可计算出各级的基准电流。各级电网的基准电压和基准电流确定之后，便可导出各级电网的基准阻抗。各级电网中的电气设备阻抗与各级电压下基准阻抗的比值，就是各个电气设备的阻抗的基准标幺值。任务任务5.1 5.1 了解计算短路电流的目的了解计算短路电流的目的三、标幺值计算2.基准值的选择电力系统参数计算中，对基准值的选择并不是随意的，一般应注意以下要求：（1）所选择的基准值单位应与有名值的单位相同，不同单位的量相比是无意义的。（2）所选择的基准值电量之

7、间应符合电路的基本关系式，例如：（3）电力系统的五个参数基准值SB、IB、UB、ZB和YB，一般不任意选取，为方便计算，通常是指定SB和UB，然后通过电路基本关系得到其余三个基准值为（4）在实际计算中，对基准容量值SB，一般可选定为100MVA或1 000MVA等容易计算的数值，或者选定为系统总容量或某台发电机容量。（5）对基准电压值UB，选取为基本级的额定电压或平均额定电压，往往可以简化计算公式或计算步骤。任务任务5.1 5.1 了解计算短路电流的目的了解计算短路电流的目的三、标幺值计算3.标幺值的换算下面以电抗为例说明标幺值的换算步骤。设某电抗有名值为X，以额定值SN、UN为基准时该电抗的

8、标幺值为X*N，试换算成以指定的SB、UB为基准时的电抗标幺值X*B。（1）首先根据标幺值公式，得到已知额定标幺值的表达式为（2）再将额定标幺值换算为有名值，即（3）最后根据标幺值定义，得到指定的基准标幺值为任务任务5.2 5.2 掌握对称短路电流的计算方法掌握对称短路电流的计算方法一、无限大容量系统的三相短路电流实用计算1.无限大容量电源系统的定义如果系统阻抗（即等值电源内阻抗）不超过短路回路总阻抗的5%10%，或电力系统容量超过用户供电系统容量的50倍时，可将电力系统视为无限大容量系统。可从以下几个方面来表述无限大容量的电源系统：（1）电源容量为无限大时，外电路发生短路所引起的功率改变对于

9、电源来说是微不足道的，因而认为电源的电压和频率保持恒定；（2）无限大容量电源系统可以看作是由无限多个有限容量电源并联而成，因而其内阻抗可认为为零，电源电压保持恒定；（3）系统容量大于短路容量3倍以上，则该系统可被认为是大容量系统；（4）短路电抗标幺值大于3或大于3.5时，则该系统可认为是无限大容量系统。任务任务5.2 5.2 掌握对称短路电流的计算方法掌握对称短路电流的计算方法一、无限大容量系统的三相短路电流实用计算2.无限大容量电源系统三相短路的物理过程图5-3(a)是一个无限大容量电源系统发生三相短路时的电路图，图中的RWL、XWL为线路（WL）的电阻和电抗，RL、XL为负荷（L）的电阻和

10、电抗，Z=R+jX为从电源到短路点的等值阻抗，U为无限大电源的端电压，其内阻抗为零。由于三相对称，因此这一三相短路的电路可由图5-3(b)的等效单相电路图来分析当开关S闭合时，相当于突然三相短路，因而短路的过渡过程将与R、L电路接通正弦电压时的过渡过程类似。图5-4表示无限大容量系统中发生三相短路前后的电压、电流变动曲线。其中短路电流周期分量ip是由于短路后电路阻抗突然减小很多倍，因而按欧姆定律会突然增大很多倍的电流。短路电流非周期分量inp是因短路电路存在电感，而按楞次定律，电路中感生的用以维持短路初瞬间（t=0时）电路电流不致突变的一个反向抵消ip（0），且按指数函数规律衰减的电流。短路电

11、流周期分量ip与短路电流非周期分量inp的叠加，就是短路全电流。短路电流非周期分量inp衰减完毕后的短路电流，称为短路稳态电流，其有效值用I表示。任务任务5.2 5.2 掌握对称短路电流的计算方法掌握对称短路电流的计算方法一、无限大容量系统的三相短路电流实用计算4.无限大容量系统的三相短路电流计算短路电流计算的方法，常用的有欧姆法和标幺值法。（1）采用欧姆法进行三相短路计算在无限大容量系统中发生三相短路时，其三相短路电流周期分量有效值按下式计算：如果不计电阻，则三相短路电流周期分量有效值为三相短路容量为下面介绍供电系统中各主要元件包括电力系统（电源）、电力变压器和电力线路的阻抗计算。电力系统的

12、阻抗计算电力系统的电阻相对于电抗来说很小，一般不予考虑。电力系统的电抗，可由电力系统变电站馈电线出口断路器的断流容量Soc来估算，Soc就看作是电力系统的极限短路容量Sk。因此电力系统的电抗为电力变压器的阻抗计算1）变压器的电阻RT可由变压器的短路损耗Pk近似地计算。因为2）变压器的电抗XT可由变压器的短路电压Uk%近似地计算。因为电力线路的阻抗计算1）线路的电阻RWL可由导线电缆的单位长度电阻乘线路长度求得，即2）线路的电抗XWL。可由导线电缆的单位长度电抗乘线路长度求得，即如果线路的结构数据不详时，X0可按表5-1取其电抗平均值。必须注意：在计算短路电路的阻抗时，假如电路内含有电力变压器，

13、电路内各元件的阻抗都应统一换算到短路点的短路计算电压，阻抗换算的条件是元件的功率损耗不变。由P=U2/R和Q=U2/X可知，元件的阻抗值与电压的平方成正比，因此阻抗等效换算的公式为（2）采用标幺值法进行三相短路计算按标幺值法进行短路计算时，一般应先选定基准容量SB和基准电压UB。基准容量，工程设计中通常取SB=100MVA。基准电压，通常取元件所在处的短路计算电压，即取UB=UC。选定了基准容量和基准电压以后，基准电流IB则按下式计算：基准电抗XB则按下式计算：下面分别讲述供电系统中各主要元件的电抗标幺值的计算(取SB=100MVA，UB=UC)电力系统的电抗标幺值电力变压器的电抗标幺值电力线

14、路的电抗标幺值无限大容量系统三相短路电流周期分量有效值的标幺值按下式计算（注：下式未计电阻，因标幺值法一般用于高压电路短路计算，通常只计电抗）由此可求得三相短路电流周期分量有效值为三相短路容量的计算公式为任务任务5.3 5.3 掌握不对称短路电流的计算方法掌握不对称短路电流的计算方法一、两相短路电流的计算在无限大容量系统中发生两相短路时，其短路电流可由下式求得如果只计电抗，则两相短路电流为附带说明：上述公式只适用于远离发电机的无限大容量系统的两相短路。如果当发电机出口短路时，则I(2)k=1.5I(3)k。任务任务5.3 5.3 掌握不对称短路电流的计算方法掌握不对称短路电流的计算方法二、单相

15、短路电流的计算在大接地电流的电力系统中或三相四线制低压配电系统中发生单相短路时，根据对称分量法可求得其单相短路电流为在工程设计中，常利用下式计算单相短路电流式中U为电源相电压；|Z0|为单相短路回路的阻抗模，可查有关手册或按下式计算单相短路电流与三相短路电流的关系如下：在远离发电机的用户变电所低压侧发生单相短路时，Z1Z2，因此可得单相短路电流为而三相短路时，三相短路电流为因此 由于远离发电机发生短路时，Z0Z1，故由此可知，在远离发电机的无限大容量系统中发生短路时，两相短路电流和单相短路电流均较三相短路电流小，因此用于电气设备选择校验的短路电流，应该采用三相短路电流。两相短路电流主要用于相间短路保护的灵敏度检验，单相短路电流则主要用于单相短路保护的整定和单相短路热稳定度的校验。附 录某发电厂设计实例数控系统机床结构编码器本项目学习结束THANKS