2021年2月11日除夕之夜,给题主回答问题。
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的确,这些概念很重要。实话实说,若没有读过电气工程理论,把这些问题搞明白,的确有点困难。
至于这些知识与考电工证有什么关系,我不知道,我没有电工证。我是高级电气工程师,不是电工,对于考证需要学习什么知识,我一无所知。
以下对题主提及的四个词汇做解释。
1.短接:短接指的是导电体之间的连接。
注意1:要区别导电体和带电体。导电体指的是有电流流过的导电结构和导电线缆,不要把带电体与导电体混淆。
2.短路:指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接。
注意2:这里的导电部分一般指电源的导电线路。
注意3:供电规范规定,供电线路的阻抗Z0小于短路点阻抗Zk的1/50,故当发生短路后,短路点的电压Uk:
Uk=EZkZ0+Zk=EZ0Zk+1=E150+1≈0.98E≈EU_k=frac{EZ_k}{Z_0+Z_k}=frac{E}{frac{Z_0}{Z_k}+1}=frac{E}{frac{1}{50}+1}approx 0.98Eapprox E
我们看到,短路前后电压基本不变,这叫做无限大容量配电系统。
对于低压配电网,它是有限容量的。当发生短路且线路保护未动作,则短路后在电力变压器处的电压下降到额定电压的50%,在配电线路侧电压下降到额定电压的15%。
注意4:当发生短路瞬间,按照楞次定律,变压器的磁场能要释放出来,并在线路中逐渐衰减,形成短路电流的直流分量I;又因为电压基本不变,短路点的阻抗很小,按照欧姆定律,电流会很大,此电流就是短路电流的交流分量Ip。见下图:
图1:短路电流波形图在短路后0.01秒,短路电流的直流分量和交流分量叠加形成冲击短路电流峰值Ipk。Ipk所对应的短路电动力与开关设备的动稳定性相关。
注意5:短路电流的计算方法
设变压器的容量是Sn,额定电压是Ud,阻抗电压是Uk%,则有:
变压器的额定电流In: In=Sn3UdI_n=frac{S_n}{sqrt{3}U_d}
变压器的短路电流: Ik=InUk%I_k=frac{I_n}{U_k%}
冲击短路电流峰值: Ipk=nIkI_{pk}=nI_k
n叫做峰值系数。按GB14048.1-2012《低压开关设备和控制设备 第1部分:总则》,峰值系数表如下:
注意6:短路电动力
母线之间的电动力计算方法: F0=2×10−7I2KCLdF_0=2times 10^{-7}I^2K_Cfrac{L}{d}
三相母线之A相和B相电动力最大值: FA=FC=2.56F0F_A=F_C=2.56F_0
三相母线之C相电动力最大值: FB=2.8F0F_B=2.8F_0
3.断路和开路
断路指的是断开的过程,开路则是指线路中某个具体点断开。
注意7:若导电线路中某点断开,则此点会出现电弧。
注意8:断路器的开断过程其实就是线路的断路过程。在断路过程中,断路器触头间会出现交流电弧。交流电弧在电流过零时会熄灭,过零后会重燃。过零期间触头间隙中的气体从等离子态恢复,其恢复强度为Ujf;过零后电压迅速上升,对应的电压恢复强度为Uhf。因此电弧熄灭的条件是:
U_{hf}”>Ujf>UhfU_{jf}>U_{hf}
注意7:开关柜的动热稳定性与电器的动热稳定性不一样。
开关柜的动热稳定性指的是短路电流流过母线系统产生的热稳定性和动稳定性,热稳定性对应于母线在1秒或者3秒内能够忍受的最大短路电流值,它表征了母线的瞬态允许温度值是否会超过允许值;动稳定性则是指母线之间的短路电动力最大值是否会超过开关柜承受的极限值。
电器的动热稳定性指的是短路电流流过开关电器的触头导电杆和触头产生的作用。其中热稳定性指的是导电杆能够承受的短路电流发热最大值,时间长度一般是1秒;动稳定性指的是短路电流流过触头时,触头的霍姆斥力把触头斥开,并产生电弧。触头斥开后斥力消失,触头又返回,然后再斥开,在此期间的电弧烧蚀作用是否会超过开关电器的允许值。
下图是我在电器学实验室拍摄的交流电弧的波形图,我们能看到电弧过零前后的特点:
我们从图中可以看到短路、断路、电弧等知识的背后,还是有不少学问的。
我们由此认识到,开关柜的动热稳定性与电器的动热稳定性不一样。
以上这些知识和计算式是电气工程师的应知应会。至于电工是否需要知道这些,我就不知道了。
给题主推荐一本书:《工厂供电》第六版,刘介才编著。此书值得一阅。
今天是大年初一。此刻正是黎明时刻,出门晨练尚早,打开知乎看帖子,又看到我的这篇回帖。再看看其它的几篇回帖,深有感触,我就多写几句吧。
其它几篇回帖,带着教训人的口吻在责怪题主,看了很不舒服。昨晚我问过小区电工,他们根本就没有学过电气理论,并不知晓短路背后的理论知识。电工说,对于导线,他们只需要背口诀选配电缆即可。考核的也都是如何接电缆,不需要知道这些理论知识。
某篇回帖甚至让题主用电灯泡来模拟短路!又不是初中生,电灯泡能模拟出短路吗?如何体现出短路电流的交流分量和直流分量?可笑!
我认为,我们写帖子为题主解惑,就要认认真真地写,少说或者不说那些过头的话。要知道,我们自己并不比题主高明多少!别人向我们发出解答邀请,是看得起我们,别伤了别人的心!
天蒙蒙亮了,我要晨练了,就写到这里吧。
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