1、第三章 常用計(jì)算的基本理論和方法,教學(xué)內(nèi)容,載流導(dǎo)體長(zhǎng)期發(fā)熱的特點(diǎn), 導(dǎo)體長(zhǎng)期允許載流量的計(jì)算方法及提高導(dǎo)體載流量的措施 載流導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱的特點(diǎn), 導(dǎo)體短時(shí)最高發(fā)熱溫度的計(jì)算方法、短路電流熱效應(yīng)的計(jì)算方法、熱穩(wěn)定的概念三相導(dǎo)體短路電動(dòng)力的計(jì)算方法和特點(diǎn)、動(dòng)穩(wěn)定的概念,一、導(dǎo)體載流量和運(yùn)行溫度計(jì)算,發(fā)熱的原因：電阻損耗 導(dǎo)體內(nèi)部磁滯和渦流損耗導(dǎo)體周圍的金屬構(gòu)件介質(zhì)損耗 絕緣材料內(nèi)部長(zhǎng)期發(fā)熱，由正常工作電流產(chǎn)生

2、短時(shí)發(fā)熱，由故障短路電流產(chǎn)生發(fā)熱的危害：機(jī)械強(qiáng)度下降；接觸電阻增加；絕緣性能下降,,1、最高允許溫度,正常最高允許工作溫度：70℃（一般裸導(dǎo)體）80℃（計(jì)及日照時(shí)的鋼芯鋁絞線、管形導(dǎo)體）85℃（接觸面有鍍錫的可靠覆蓋層） --主要取決于系統(tǒng)接觸電阻的大小 短時(shí)最高允許溫度：200℃（硬鋁及鋁錳合金）300℃（硬銅） --主要取決于短時(shí)發(fā)熱過(guò)程中導(dǎo)體機(jī)械強(qiáng)度的大小、介質(zhì)絕緣強(qiáng)度的大小,2

3、、導(dǎo)體的長(zhǎng)期發(fā)熱,,,,I---流過(guò)導(dǎo)體的電流（A）R---導(dǎo)體的電阻（Ω）m---導(dǎo)體的質(zhì)量（kg）c---導(dǎo)體的比熱容[J/(kg. ℃)]αW ---導(dǎo)體總的換熱系數(shù)[W/(m2. ℃)]F---導(dǎo)體的換熱面積（ m2 /m)θ0 ---周圍空氣的溫度（ ℃）θ ---導(dǎo)體的溫度（ ℃）,,,（1）導(dǎo)體長(zhǎng)期發(fā)熱的公式推導(dǎo) 熱平衡方程： 導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量QR = 導(dǎo)體自身溫度的升高Qc +

4、 對(duì)流和輻射散失到周圍介質(zhì)的熱量Ql + Qf,穩(wěn)定溫升,導(dǎo)體發(fā)熱時(shí)間常數(shù),初始溫升:,時(shí)間t的溫升:,若,--指導(dǎo)體通過(guò)工作電流時(shí)的發(fā)熱過(guò)程,（2）導(dǎo)體長(zhǎng)期發(fā)熱的特點(diǎn),3）導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定發(fā)熱狀態(tài)后，由電阻損耗產(chǎn)生的熱量全部以對(duì)流和輻射的形式散失掉，導(dǎo)體的溫升趨于穩(wěn)定，且穩(wěn)定溫升與導(dǎo)體的初始溫度無(wú)關(guān)。,導(dǎo)體溫升變化曲線,1）導(dǎo)體通過(guò)電流I后，溫度開(kāi)始升高，經(jīng)過(guò)（3～4）倍Tt(時(shí)間常數(shù))，導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定發(fā)熱狀態(tài)；,2）導(dǎo)體升

5、溫過(guò)程的快慢取決于導(dǎo)體的發(fā)熱時(shí)間常數(shù)，即與導(dǎo)體的吸熱能力成正比，與導(dǎo)體的散熱能力成反比，而與通過(guò)的電流大小無(wú)關(guān)；,3.提高導(dǎo)體載流量的措施,1）減小交流電阻Rac(公式3-3)， 采用電阻率小的材料。如銅、鋁 增大導(dǎo)體的截面減小接觸電阻。 表面鍍錫 銀等采用集膚效應(yīng)系數(shù)小的導(dǎo)體與電流頻率、導(dǎo)體的形狀和尺寸有關(guān)（圖3-1 3-2）2）增大散熱面積。相同截面積，矩形導(dǎo)體的表面積大于圓

6、形的矩形豎放的表面積大于平放的3）增大復(fù)合散熱系數(shù)：強(qiáng)迫對(duì)流、表面涂漆,,,,關(guān)于集膚效應(yīng)系數(shù),常用硬導(dǎo)體長(zhǎng)期允許載流量和集膚效應(yīng)系數(shù),見(jiàn) 343頁(yè)附表1 344頁(yè)附表2 附表3,二、載流導(dǎo)體的短時(shí)發(fā)熱計(jì)算,目的：確定導(dǎo)體的最高溫度（不應(yīng)超過(guò)規(guī)定的導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱溫度。當(dāng)滿足這個(gè)條件，認(rèn)為導(dǎo)體在短路時(shí)具有熱穩(wěn)定性）,--指短路開(kāi)始到短路切除為止很短一段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體的發(fā)熱過(guò)程。,短路時(shí)間,保護(hù)動(dòng)作時(shí)間,斷路

7、器的全開(kāi)斷時(shí)間,燃弧時(shí)間,斷路器固有分閘時(shí)間,1、短時(shí)發(fā)熱的特點(diǎn),短時(shí)均勻?qū)w的發(fā)熱過(guò)程,絕熱過(guò)程。由于發(fā)熱時(shí)間短，可認(rèn)為電阻損耗產(chǎn)生的熱量來(lái)不及散失，全部用于使導(dǎo)體溫度升高。 QR = Qc 導(dǎo)體溫度變化很大，電阻和比熱容隨溫度而變化。,短時(shí)最高發(fā)熱溫度θh為短路電流切除時(shí)刻tk 對(duì)應(yīng)的導(dǎo)體溫度,,,熱平衡方程:,,定義：,（短路電流熱效應(yīng)）,,,,2、計(jì)算導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱的最高發(fā)熱溫度,假設(shè)：已知短路電流熱效應(yīng)Qk則：1）由導(dǎo)

8、體初始溫度θw查出Aw；2）求出Ah3)查出θh,3、計(jì)算短路電流熱效應(yīng)（實(shí)用計(jì)算法）,周期分量的熱效應(yīng),非周期分量的熱效應(yīng),當(dāng)短路電流切除時(shí)間超過(guò)1秒時(shí)，可忽略非周期分量的影響,非周期分量等效時(shí)間見(jiàn)表3-3,注意,,實(shí)用短路計(jì)算1.計(jì)算某地點(diǎn)的發(fā)電機(jī)到短路點(diǎn)的轉(zhuǎn)移阻抗X*(網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)). 轉(zhuǎn)移阻抗X* 是以100MVA為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值2.轉(zhuǎn)移阻抗X* 轉(zhuǎn)換為 計(jì)算電抗Xjs* 計(jì)算電抗Xjs* 是以發(fā)電機(jī)容量為基準(zhǔn)的標(biāo)

9、幺值3.如果Xjs*大于3,表示發(fā)電機(jī)與短路點(diǎn)之間的電氣距離較遠(yuǎn),可忽略發(fā)電機(jī)的暫態(tài)過(guò)程,I”* = 1/ Xjs* 如果Xjs*小于3,表示發(fā)電機(jī)與短路點(diǎn)之間的電氣距離較近,不能忽略發(fā)電機(jī)的暫態(tài)過(guò)程,由 Xjs*和tk查運(yùn)算曲線得到I”* 4.I”*轉(zhuǎn)為有名值(以發(fā)電機(jī)容量為基準(zhǔn))5.將多個(gè)地點(diǎn)的發(fā)電機(jī)對(duì)短路點(diǎn)提供的短路電流有名值相加.,如何得到故障點(diǎn)處:Itk/2 ItkI” 短路開(kāi)始(t=0)時(shí)刻,短路電流

10、周期分量的有效值Itk/2 短路后(t=tk/2)時(shí)刻,短路電流周期分量的有效值Itk 短路后(t=tk)時(shí)刻,短路電流周期分量的有效值,三、載流導(dǎo)體短路電動(dòng)力計(jì)算,1、兩條無(wú)線細(xì)長(zhǎng)載流導(dǎo)體間的電動(dòng)力短路時(shí)，導(dǎo)體溫度高，還受到電動(dòng)力作用，當(dāng)導(dǎo)體和電氣設(shè)備機(jī)械強(qiáng)度不夠時(shí)，將會(huì)變形或損壞。必須研究短路電流產(chǎn)生電動(dòng)力的大小和特征，以便選用適當(dāng)強(qiáng)度的導(dǎo)體和電氣設(shè)備，保證足夠的動(dòng)穩(wěn)定，必要時(shí)采取限制短路電流的措施。,,(

11、N),,例如：根據(jù)安裝地點(diǎn)處應(yīng)承受的最大電動(dòng)力，選擇合適的隔離開(kāi)關(guān)。否則，短路時(shí)可能將隔離開(kāi)關(guān)自動(dòng)斷開(kāi)。V型隔離開(kāi)關(guān): 承受的電動(dòng)力較小兩柱式隔離開(kāi)關(guān):承受的電動(dòng)力較大,,,(N),Kf-形狀系數(shù),圓形導(dǎo)體： Kf =1槽形導(dǎo)體：見(jiàn)表3-4矩形導(dǎo)體：見(jiàn)圖3-18,1)計(jì)算矩形導(dǎo)體相間電動(dòng)力時(shí)不需要考慮K2)計(jì)算矩形導(dǎo)體同相條間電動(dòng)力時(shí)必須考慮K,注意：,,考慮截面因素時(shí)兩載流導(dǎo)體間的電動(dòng)力,2、三相導(dǎo)體短路的電動(dòng)力,如不計(jì)

12、短路電流周期分量的衰減，三相短路電流為：,,,,,,不衰減的固定分量,衰減的非周期分量,,,衰減的工頻分量,不衰減的2倍工頻分量,t=0.01s 時(shí)，短路電動(dòng)力的幅值最大,,三相短路的電動(dòng)力,短路沖擊電流,短路開(kāi)始時(shí)刻(t=0)短路電流周期分量的有效值,3、兩相短路電動(dòng)力,,4、三相導(dǎo)體最大短路電動(dòng)力,三相短路故障后的0.01s，作用在中間B相，,（N）,5、導(dǎo)體振動(dòng)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力,導(dǎo)體的固有振動(dòng)頻率：,,,,,,,,,,,,L 絕緣子跨

13、距,L 絕緣子跨距,電動(dòng)力,固有頻率接近電動(dòng)力頻率（工頻、2倍工頻）,導(dǎo)體共振,損壞導(dǎo)體及其架構(gòu),,,凡是連接發(fā)電機(jī)、主變壓器以及配電裝置中的導(dǎo)體均應(yīng)考慮共振的影響,,β 與導(dǎo)體的固有振動(dòng)頻率有關(guān)，見(jiàn)圖3-23,動(dòng)態(tài)應(yīng)力系數(shù),為避免共振，重要導(dǎo)體的固有頻率在下述范圍以外：（1）單條導(dǎo)體及一組中的各條導(dǎo)體 35~135HZ（2）多條導(dǎo)體及引下線的單條導(dǎo)體 35~155HZ（3）槽形和管形導(dǎo)體30~160HZ,導(dǎo)體發(fā)生振動(dòng)時(shí)，內(nèi)部產(chǎn)

14、生動(dòng)態(tài)應(yīng)力：,小結(jié),導(dǎo)體長(zhǎng)期發(fā)熱的特點(diǎn) 導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱的特點(diǎn) 短路電流熱效應(yīng)的計(jì)算方法 三相導(dǎo)體最大短路電動(dòng)力的計(jì)算,作業(yè),1.為什么要研究導(dǎo)體和設(shè)備的發(fā)熱和電動(dòng)力？2.導(dǎo)體在正常運(yùn)行和短路情況下的最高允許溫度是多少？3.導(dǎo)體的長(zhǎng)期允許電流是根據(jù)什么確定的？提高長(zhǎng)期允許電流應(yīng)采取哪些措施？4.什么是熱穩(wěn)定？什么是動(dòng)穩(wěn)定？5.如何計(jì)算導(dǎo)體短路時(shí)的最高發(fā)熱溫度?其中短路電流熱效應(yīng)如何計(jì)算?6.三相平行導(dǎo)體發(fā)生三相短路時(shí)最大電動(dòng)