發(fā)電廠第三章PPT

1、第三章第三章 常用計(jì)算的基本理論和方常用計(jì)算的基本理論和方 法法 第一節(jié)、正常運(yùn)行時導(dǎo)體載流量計(jì)算第一節(jié)、正常運(yùn)行時導(dǎo)體載流量計(jì)算 一、概述一、概述 1、電氣設(shè)備的兩種工作狀態(tài)、電氣設(shè)備的兩種工作狀態(tài) 1）正常工作狀態(tài)：）正常工作狀態(tài)： 2）短路工作狀態(tài)：）短路工作狀態(tài)： 2、發(fā)熱產(chǎn)生損耗有：、發(fā)熱產(chǎn)生損耗有： 1）電阻損耗：導(dǎo)體本身存在電阻。）電阻損耗：導(dǎo)體本身存在電阻。 2）介質(zhì)損耗：絕緣材料在電場作用下產(chǎn)生的。）介質(zhì)損耗：絕緣材料在電場作用下產(chǎn)生的。 3）渦流和磁滯損耗：鐵磁物質(zhì)在強(qiáng)大的交變磁場中）渦流和磁滯損耗：鐵磁物質(zhì)在強(qiáng)大的交變磁場中 電氣設(shè)備和導(dǎo)體電氣設(shè)備和導(dǎo)體 的溫度升高。的溫

2、度升高。 熱量熱量 3、發(fā)熱對電氣設(shè)備的影響、發(fā)熱對電氣設(shè)備的影響 1）絕緣性能降低：）絕緣性能降低： 溫度升高，有機(jī)絕緣材料老化加快溫度升高，有機(jī)絕緣材料老化加快 2）機(jī)械強(qiáng)度下降：）機(jī)械強(qiáng)度下降： 溫度升高，材料退火軟化溫度升高，材料退火軟化 3）接觸電阻增加：）接觸電阻增加： 溫度升高，接觸部分的彈性元件因退火而壓力降低，溫度升高，接觸部分的彈性元件因退火而壓力降低， 同時接觸表面氧化，接觸電阻增加，引起溫度繼續(xù)升高，同時接觸表面氧化，接觸電阻增加，引起溫度繼續(xù)升高， 產(chǎn)生惡性循環(huán)。產(chǎn)生惡性循環(huán)。 4、發(fā)熱的分類、發(fā)熱的分類 按流過電流的大小和時間，發(fā)熱可分為：按流過電流的大小和時間，發(fā)

3、熱可分為： 1）長期發(fā)熱）長期發(fā)熱由正常工作電流引起的發(fā)熱。由正常工作電流引起的發(fā)熱。 2）短時發(fā)熱）短時發(fā)熱由短路電流引起的發(fā)熱。由短路電流引起的發(fā)熱。 長期發(fā)熱的特征：長期發(fā)熱的特征： 發(fā)熱時間長發(fā)熱時間長; 通電持續(xù)時間內(nèi)，發(fā)熱功率與散熱功率平衡，保通電持續(xù)時間內(nèi)，發(fā)熱功率與散熱功率平衡，保 持為穩(wěn)定溫度持為穩(wěn)定溫度; 穩(wěn)定溫升穩(wěn)定溫升. 短時發(fā)熱的特征短時發(fā)熱的特征 發(fā)熱時間短發(fā)熱時間短; 短路時導(dǎo)體溫度變化范圍很大，整個發(fā)熱過程短路時導(dǎo)體溫度變化范圍很大，整個發(fā)熱過程 中散熱功率遠(yuǎn)小于發(fā)熱功率中散熱功率遠(yuǎn)小于發(fā)熱功率; 短路時間雖然不長，但電流大，因此發(fā)熱量也短路時間雖然不長，但電流

4、大，因此發(fā)熱量也 很大，造成導(dǎo)體迅速升溫。很大，造成導(dǎo)體迅速升溫。 并且在短路時，導(dǎo)體還受很大的電動力作用，如并且在短路時，導(dǎo)體還受很大的電動力作用，如 果超過允許值，將使導(dǎo)體變形或損壞。果超過允許值，將使導(dǎo)體變形或損壞。 5、最高允許溫度、最高允許溫度 為了保證導(dǎo)體可靠地工作，須使其發(fā)熱溫度不得超過為了保證導(dǎo)體可靠地工作，須使其發(fā)熱溫度不得超過 一定的數(shù)值。按照工作狀態(tài)，它又可分為下述兩種：一定的數(shù)值。按照工作狀態(tài)，它又可分為下述兩種： 1）正常最高允許溫度）正常最高允許溫度 ： 對裸鋁導(dǎo)體：對裸鋁導(dǎo)體： ，計(jì)入太陽能輻射：，計(jì)入太陽能輻射： 當(dāng)接觸面鍍錫時當(dāng)接觸面鍍錫時 ： 有銀覆蓋：有銀

5、覆蓋： al 70 al 85 al 80 al 95 al 2）短時最高允許溫度）短時最高允許溫度 ： ，因?yàn)槎搪冯娏鳎驗(yàn)槎搪冯娏?持續(xù)時間短。持續(xù)時間短。 硬鋁或鋁錳合金硬鋁或鋁錳合金 硬銅硬銅 按正常工作電流及額定電壓選擇設(shè)備，按短路情況來按正常工作電流及額定電壓選擇設(shè)備，按短路情況來 校驗(yàn)設(shè)備。校驗(yàn)設(shè)備。 sp spal 200 sp C 300 sp C 3）封閉母線最高允許溫度）封閉母線最高允許溫度 導(dǎo)體導(dǎo)體 外殼外殼 4）鋼構(gòu)發(fā)熱最高允許溫度）鋼構(gòu)發(fā)熱最高允許溫度 人可觸及人可觸及 人不可觸及人不可觸及 混凝土中鋼筋混凝土中鋼筋 90 al C 70 al C 70 al C

6、100 al C 80 al C 二、發(fā)熱和散熱二、發(fā)熱和散熱 n 導(dǎo)體的發(fā)熱：導(dǎo)體的發(fā)熱： 導(dǎo)體電阻損耗的熱量；導(dǎo)體電阻損耗的熱量； 導(dǎo)體吸收太陽輻射的熱量。導(dǎo)體吸收太陽輻射的熱量。 n 導(dǎo)體的散熱導(dǎo)體的散熱 導(dǎo)體對流散熱導(dǎo)體對流散熱 導(dǎo)體輻射散熱導(dǎo)體輻射散熱 導(dǎo)體導(dǎo)熱散熱導(dǎo)體導(dǎo)熱散熱 1、發(fā)熱：來自導(dǎo)體電阻損耗產(chǎn)生的熱量和太陽日照的熱、發(fā)熱：來自導(dǎo)體電阻損耗產(chǎn)生的熱量和太陽日照的熱 量量 1）導(dǎo)體電阻損耗的（熱量）功率）導(dǎo)體電阻損耗的（熱量）功率QR acWR RIQ 2 f wt ac K S R )20(1 f K 導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)，與電流的頻率、導(dǎo)導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)，與電流的頻率、

7、導(dǎo) 體的形狀和尺寸有關(guān)體的形狀和尺寸有關(guān) 2）太陽日照的（熱量）功率）太陽日照的（熱量）功率Qt DAEQ ttt 2、熱量的傳遞過程（散熱）、熱量的傳遞過程（散熱） （1）對流）對流氣體各部分相對位移將熱量帶走的過程氣體各部分相對位移將熱量帶走的過程 對流散熱所傳遞的熱量與溫差及散熱面積成正比：對流散熱所傳遞的熱量與溫差及散熱面積成正比： 101 () lW QF 單位長度導(dǎo)體的散熱面積單位長度導(dǎo)體的散熱面積 1 F 與導(dǎo)體的尺寸、布置方式等因素有關(guān)。導(dǎo)體片（條）與導(dǎo)體的尺寸、布置方式等因素有關(guān)。導(dǎo)體片（條） 間距離越近，對流條件就越差，故有效面積應(yīng)相應(yīng)的減間距離越近，對流條件就越差，故有效

8、面積應(yīng)相應(yīng)的減 小。小。 DF 圓管導(dǎo)體：圓管導(dǎo)體： 單條導(dǎo)體單條導(dǎo)體 )(2 211 AAF 二條導(dǎo)體：二條導(dǎo)體： 三條導(dǎo)體：三條導(dǎo)體： 1 對流散熱系數(shù)，根據(jù)對流條件的不同，有不對流散熱系數(shù)，根據(jù)對流條件的不同，有不 同的計(jì)算公式同的計(jì)算公式 分為：自然對流和強(qiáng)迫對流分為：自然對流和強(qiáng)迫對流 自然對流散熱自然對流散熱 空氣自然對流散熱系數(shù)：空氣自然對流散熱系數(shù)： 0.35 10 1.5() W )/( 2 CmW 單位長度導(dǎo)體的散熱面積與導(dǎo)體尺寸、布置方式等因單位長度導(dǎo)體的散熱面積與導(dǎo)體尺寸、布置方式等因 素有關(guān)。素有關(guān)。 強(qiáng)迫對流散熱系數(shù)：強(qiáng)迫對流散熱系數(shù)： 若風(fēng)向與導(dǎo)體不垂直，二者間有

9、夾角，則若風(fēng)向與導(dǎo)體不垂直，二者間有夾角，則 須進(jìn)行修正須進(jìn)行修正 強(qiáng)迫對流散熱量為：強(qiáng)迫對流散熱量為： D N u 1 65.0 )(13.0 v VD Nu 1 0.65 0 0.13()()(sin ) n lW VD QAB v （2）輻射）輻射熱量從高溫物體，以熱射線方式從高溫物熱量從高溫物體，以熱射線方式從高溫物 體傳至低溫物體的過程。體傳至低溫物體的過程。 f W f FQ) 100 273 () 100 273 (7 . 5 404 f F 單位長度導(dǎo)體的輻射散熱面積，依導(dǎo)體形單位長度導(dǎo)體的輻射散熱面積，依導(dǎo)體形 狀和布置情況而定狀和布置情況而定 單條導(dǎo)體輻射散熱面積：單條導(dǎo)體

10、輻射散熱面積： 二條導(dǎo)體輻射散熱面積：二條導(dǎo)體輻射散熱面積： 三條導(dǎo)體輻射散熱面積：三條導(dǎo)體輻射散熱面積： 槽行導(dǎo)體輻射散熱面積：槽行導(dǎo)體輻射散熱面積： 圓管行導(dǎo)體輻射散熱面積：圓管行導(dǎo)體輻射散熱面積： )(2 21 AAF f )1 (242 121 AAAF f )1 (462 121 AAAFf bbhFf)2(2 DF f （3）導(dǎo)熱）導(dǎo)熱由于物體內(nèi)部自由電子或分子運(yùn)動，從高由于物體內(nèi)部自由電子或分子運(yùn)動，從高 溫區(qū)到低溫區(qū)傳遞熱量的過程溫區(qū)到低溫區(qū)傳遞熱量的過程 21 dd FQ 3、根據(jù)能量守恒原理：導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量、根據(jù)能量守恒原理：導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量=耗散熱量耗散熱量 導(dǎo)體電阻損耗熱

11、量導(dǎo)體電阻損耗熱量+吸收太陽熱量之和吸收太陽熱量之和=導(dǎo)體輻射散熱導(dǎo)體輻射散熱+ 空氣對流散熱空氣對流散熱 Rtlf QQQQ 三、導(dǎo)體載流量的計(jì)算三、導(dǎo)體載流量的計(jì)算 1、導(dǎo)體的溫升過程、導(dǎo)體的溫升過程 l導(dǎo)體的溫度由最初溫度（環(huán)境溫度）開始上升，經(jīng)過一導(dǎo)體的溫度由最初溫度（環(huán)境溫度）開始上升，經(jīng)過一 段時間后達(dá)到穩(wěn)定溫度（正常工作時的溫度）。段時間后達(dá)到穩(wěn)定溫度（正常工作時的溫度）。 依據(jù)能量守恒定律，導(dǎo)體發(fā)熱過程中一般的熱量平衡關(guān)系依據(jù)能量守恒定律，導(dǎo)體發(fā)熱過程中一般的熱量平衡關(guān)系 為：為： Rclf QQQQ l為了減化分析，工程上常把輻射散熱熱量近似表達(dá)為與為了減化分析，工程上常把輻

12、射散熱熱量近似表達(dá)為與 對流散熱熱量相同的計(jì)算形式，則上式表示為：對流散熱熱量相同的計(jì)算形式，則上式表示為： FQQ WWf )( 01 在在 時間內(nèi)，有時間內(nèi)，有 dt dtFmcdRdtI Ww )( 0 2 l導(dǎo)體通過正常工作電流時，其溫度變化范圍不大，因此導(dǎo)體通過正常工作電流時，其溫度變化范圍不大，因此 認(rèn)為認(rèn)為R、C、為常數(shù)（實(shí)際上，、為常數(shù)（實(shí)際上，R、C、為溫度的函數(shù)）、為溫度的函數(shù)） 設(shè)溫升設(shè)溫升 ，則，則 ，有，有 0 dd 0 2 mc RI mc F dt d w 設(shè)起始溫升為設(shè)起始溫升為 ，則兩邊取拉式變換得，則兩邊取拉式變換得 0 KK 0 1 )()( 2 smc

13、RI s mc F ss w k mc F s mc F S Smc RI s w k w 11 )( 2 則有則有 則方程式的解為則方程式的解為 t mc F k t mc F w ww ee F RI )1 ( 2 熱時間常數(shù)熱時間常數(shù) F mc T w r 穩(wěn)定溫升：穩(wěn)定溫升： F RI w w 2 則有：則有： rr T t k T t w ee )1 ( 可見，升溫過程是按指數(shù)曲線變化的?？梢?，升溫過程是按指數(shù)曲線變化的。 當(dāng)當(dāng) 時，導(dǎo)體的溫升趨于穩(wěn)定溫升時，導(dǎo)體的溫升趨于穩(wěn)定溫升 ： t W F RI w W 2 熱時間常數(shù)熱時間常數(shù) F mc T w r l表示發(fā)熱進(jìn)程的快慢，表

14、示發(fā)熱進(jìn)程的快慢， 與導(dǎo)體的熱容量成正比，與與導(dǎo)體的熱容量成正比，與 導(dǎo)體的散熱能力成反比，而與電流無關(guān)；導(dǎo)體的散熱能力成反比，而與電流無關(guān)； l實(shí)際上，當(dāng)實(shí)際上，當(dāng) 時，時， 已趨于穩(wěn)定溫升。已趨于穩(wěn)定溫升。 r T r Tt)43( 2、導(dǎo)體的載流量、導(dǎo)體的載流量 根據(jù)穩(wěn)定溫升的公式：根據(jù)穩(wěn)定溫升的公式： F RI w W 2 有有 R F I ww 而穩(wěn)定溫升而穩(wěn)定溫升 ， 其中其中 是環(huán)境溫度，是環(huán)境溫度， 是導(dǎo)體正常工作時長期發(fā)熱穩(wěn)定溫度是導(dǎo)體正常工作時長期發(fā)熱穩(wěn)定溫度 0 wW 0 w R F I ww )( 0 如果在額定環(huán)境溫度下，令如果在額定環(huán)境溫度下，令 ，即導(dǎo)體長，即導(dǎo)體

15、長 期發(fā)熱允許溫度，則該期發(fā)熱允許溫度，則該 下的長期發(fā)熱允許電流下的長期發(fā)熱允許電流 （稱為載流量）為：（稱為載流量）為： 1aW 0 1a I R F I aw a )( 01 1 計(jì)及日照影響時，屋外導(dǎo)體載流量為計(jì)及日照影響時，屋外導(dǎo)體載流量為 R QQQ I tf a 1 1 l通常，廠家給出的導(dǎo)體載流量是在環(huán)境溫度通常，廠家給出的導(dǎo)體載流量是在環(huán)境溫度 為額定為額定 環(huán)境溫度環(huán)境溫度 時得出的，而當(dāng)導(dǎo)體工作的實(shí)際環(huán)境溫時得出的，而當(dāng)導(dǎo)體工作的實(shí)際環(huán)境溫 度度 與該溫度不同時，則該導(dǎo)體的實(shí)際載流量應(yīng)進(jìn)行修正與該溫度不同時，則該導(dǎo)體的實(shí)際載流量應(yīng)進(jìn)行修正。 0 C 25 0 11aa I

16、KI 0 01 1 a a K 溫度修正系數(shù)溫度修正系數(shù) 工程上往往以額定參數(shù)作為已知量來計(jì)算實(shí)際運(yùn)行允許量工程上往往以額定參數(shù)作為已知量來計(jì)算實(shí)際運(yùn)行允許量 0 () () () al aloNaN NalN IIK K I () NalN N F I R (1) a N K 一般散熱方程式修正系數(shù)散熱方程式修正系數(shù) 0al alN K 環(huán)境溫度修正系數(shù)環(huán)境溫度修正系數(shù) 額定電流額定電流 工程條件：工程條件： max ( ) al II 1)求導(dǎo)體的載流量，此時求導(dǎo)體的載流量，此時 上述公式的應(yīng)用上述公式的應(yīng)用 70 wal C 設(shè) C，C，CA，I alNN 3070252000 0 現(xiàn)

17、求求)30( al I 7030 (30)20001885.6 7025 al IA 2)求導(dǎo)體的正常發(fā)熱溫度求導(dǎo)體的正常發(fā)熱溫度 w ，此時應(yīng)知道實(shí)際運(yùn)行的，此時應(yīng)知道實(shí)際運(yùn)行的 max I ，C，CA，I alNN 70252000 max 1600IA 0 30C 求求 W 2 2 () W woalN N I I 58.8 W 3)求導(dǎo)體的截面積求導(dǎo)體的截面積S l提高導(dǎo)體載流量方法提高導(dǎo)體載流量方法 減小導(dǎo)體交流電阻減小導(dǎo)體交流電阻 S L KRKR fdcfac 采用采用小的材料小的材料; 減少接觸電阻，接觸面鍍銀，搪錫等減少接觸電阻，接觸面鍍銀，搪錫等; 增大增大S（但（但S不宜

18、太大，要考慮集膚效應(yīng)的影響）不宜太大，要考慮集膚效應(yīng)的影響） 增大散熱面積增大散熱面積F F與導(dǎo)體的幾何形狀有關(guān)。在相同的與導(dǎo)體的幾何形狀有關(guān)。在相同的S下，圓柱形外下，圓柱形外 表表面最小，矩形、槽形外表面較大，管形母線內(nèi)表表面最小，矩形、槽形外表面較大，管形母線內(nèi) 表面，只有在母線開槽或強(qiáng)迫冷卻時，才起放熱作表面，只有在母線開槽或強(qiáng)迫冷卻時，才起放熱作 用。用。 提高換熱系數(shù)提高換熱系數(shù) 1）加強(qiáng)冷卻，如改善通風(fēng)條件或采用強(qiáng)制通風(fēng)、）加強(qiáng)冷卻，如改善通風(fēng)條件或采用強(qiáng)制通風(fēng)、 采用專用冷卻介質(zhì)等，對采用專用冷卻介質(zhì)等，對20000A以上的大電流以上的大電流 母線，可強(qiáng)迫水冷和風(fēng)冷；母線，可強(qiáng)

19、迫水冷和風(fēng)冷； 2）合理布置導(dǎo)體，可提高自然放熱系數(shù)；）合理布置導(dǎo)體，可提高自然放熱系數(shù)； 3）導(dǎo)體表面涂漆，利用漆輻射系數(shù)大的特點(diǎn)，可）導(dǎo)體表面涂漆，利用漆輻射系數(shù)大的特點(diǎn)，可 提高輻射散熱能力。提高輻射散熱能力。 四、大電流導(dǎo)體附近鋼構(gòu)的發(fā)熱四、大電流導(dǎo)體附近鋼構(gòu)的發(fā)熱 l發(fā)熱原因：大電流導(dǎo)體的周圍存在的強(qiáng)大的交變電磁場發(fā)熱原因：大電流導(dǎo)體的周圍存在的強(qiáng)大的交變電磁場 會在鋼構(gòu)中產(chǎn)生很大的磁滯和渦流損耗。會在鋼構(gòu)中產(chǎn)生很大的磁滯和渦流損耗。 l當(dāng)導(dǎo)體電流大于當(dāng)導(dǎo)體電流大于3000A時，鋼構(gòu)發(fā)熱不容忽視。時，鋼構(gòu)發(fā)熱不容忽視。 l1、鋼構(gòu)允許最高溫度、鋼構(gòu)允許最高溫度 （1）在空氣中，工作人

20、員能觸及的：）在空氣中，工作人員能觸及的： （2）在不會觸及的地方：）在不會觸及的地方： （3）混凝土中的鋼筋：）混凝土中的鋼筋： C 7570 C 100 C 100 2、減少鋼構(gòu)損耗和發(fā)熱的措施、減少鋼構(gòu)損耗和發(fā)熱的措施 1）加大鋼構(gòu)和導(dǎo)體之間的距離；）加大鋼構(gòu)和導(dǎo)體之間的距離； 2）斷開閉合回路，并加上絕緣墊，以消除環(huán)流；）斷開閉合回路，并加上絕緣墊，以消除環(huán)流； 3）采用電磁屏蔽；）采用電磁屏蔽； 4）采用分相封閉母線。）采用分相封閉母線。 五、大電流封閉母線運(yùn)行溫度的計(jì)算五、大電流封閉母線運(yùn)行溫度的計(jì)算 l采用封閉母線的原因：采用封閉母線的原因： 大容量機(jī)組的出現(xiàn)，給發(fā)電機(jī)出口母大容

21、量機(jī)組的出現(xiàn)，給發(fā)電機(jī)出口母 線運(yùn)行的可靠性提出了新的問題：線運(yùn)行的可靠性提出了新的問題： 灰塵造成的絕緣子閃絡(luò)；灰塵造成的絕緣子閃絡(luò)； 短路時，極高的電動力對母線和設(shè)備短路時，極高的電動力對母線和設(shè)備 選型的影響；選型的影響； 母線電流大，附近鋼構(gòu)發(fā)熱嚴(yán)重母線電流大，附近鋼構(gòu)發(fā)熱嚴(yán)重 l分相封閉母線的優(yōu)點(diǎn)：分相封閉母線的優(yōu)點(diǎn)： 運(yùn)行可靠性高；運(yùn)行可靠性高； 母線相間電動力降低；母線相間電動力降低； 降低鋼構(gòu)發(fā)熱；降低鋼構(gòu)發(fā)熱； 保證人體觸及時的安全；保證人體觸及時的安全； 提高了母線載流量；提高了母線載流量； 安裝維護(hù)工作量小；安裝維護(hù)工作量?。?l分相封閉母線的缺點(diǎn)：分相封閉母線的缺點(diǎn)：

22、散熱條件差；散熱條件差； 外殼發(fā)熱產(chǎn)生損耗；外殼發(fā)熱產(chǎn)生損耗； 有色金屬消耗較多；有色金屬消耗較多； 1、大電流封閉母線的發(fā)熱和散熱、大電流封閉母線的發(fā)熱和散熱 l大電流封閉母線的長期發(fā)熱的熱量平衡關(guān)系分為大電流封閉母線的長期發(fā)熱的熱量平衡關(guān)系分為母線導(dǎo)母線導(dǎo) 體的熱量平衡關(guān)系和外殼的熱量平衡關(guān)系體的熱量平衡關(guān)系和外殼的熱量平衡關(guān)系 母線導(dǎo)體的熱量平衡關(guān)系：母線導(dǎo)體的熱量平衡關(guān)系： 外殼長期發(fā)熱的熱量平衡關(guān)系：外殼長期發(fā)熱的熱量平衡關(guān)系： 1）封閉母線的發(fā)熱：）封閉母線的發(fā)熱： 導(dǎo)體的發(fā)熱導(dǎo)體的發(fā)熱 wcwrWWR QQQQ scsrSSRWR QQQQQ WWWR RIQ 2 WWW W f

23、W D KR )( )20(004.01 20 外殼的發(fā)熱外殼的發(fā)熱 SWSSSR RIRIQ 22 sss s fS D KR )( )20(004. 01 20 2）封閉母線的散熱）封閉母線的散熱 母線的散熱母線的散熱 母線向外殼的輻射散熱：母線向外殼的輻射散熱： 母線對外殼的對流散熱量：母線對外殼的對流散熱量： W sw wr FQ) 100 273 () 100 273 (7 . 5 44 w ss sw wc D D KQ 2 ln )(2 外殼的散熱外殼的散熱 外殼對周圍空氣的輻射散熱外殼對周圍空氣的輻射散熱 中間相外殼的輻射散熱量：中間相外殼的輻射散熱量： 外邊間相外殼的輻射散熱

24、量：外邊間相外殼的輻射散熱量： 外殼的自然對數(shù)散熱外殼的自然對數(shù)散熱 ： )1 () 100 273 () 100 273 (7 . 5 404 s s sr FQ ) 2 1 () 100 273 () 100 273 (7 . 5 404 s s sr FQ )(162. 1 01 sssr DQ 根據(jù)上式，作出散熱曲線，利用散熱曲線計(jì)算導(dǎo)體和外殼的溫度。根據(jù)上式，作出散熱曲線，利用散熱曲線計(jì)算導(dǎo)體和外殼的溫度。 2、大電流封閉母線運(yùn)行溫度的計(jì)算、大電流封閉母線運(yùn)行溫度的計(jì)算 利用三條曲線計(jì)算母線實(shí)際運(yùn)行溫度的步驟：利用三條曲線計(jì)算母線實(shí)際運(yùn)行溫度的步驟： 計(jì)算外殼總散熱量計(jì)算外殼總散熱量

25、 ， ； 由由 和和 的關(guān)系曲線查出外殼溫度的關(guān)系曲線查出外殼溫度 ； 由圖由圖3-10 和和 曲線，查出母線溫度為曲線，查出母線溫度為 時總散時總散 熱量熱量 ； ，求出，求出 ； 根據(jù)式（根據(jù)式（3-30），求得差值），求得差值 ，查圖，查圖3-11得到得到 SR Q WR Q S Q s s 85W Q s C 85 85W Q WRW QQ W Q W Q W 第二節(jié)第二節(jié) 載流導(dǎo)體短路時發(fā)熱計(jì)算載流導(dǎo)體短路時發(fā)熱計(jì)算 l導(dǎo)體的短時發(fā)熱是指導(dǎo)體的短時發(fā)熱是指短路開始到短路切除為止，短路開始到短路切除為止， 很短一段時間內(nèi)導(dǎo)體通過短路電流所引起的發(fā)熱。很短一段時間內(nèi)導(dǎo)體通過短路電流所引起

26、的發(fā)熱。 l導(dǎo)體短時發(fā)熱計(jì)算的目的：導(dǎo)體短時發(fā)熱計(jì)算的目的： 校驗(yàn)熱穩(wěn)定，確定導(dǎo)體在短路時可能出現(xiàn)的最高短時校驗(yàn)熱穩(wěn)定，確定導(dǎo)體在短路時可能出現(xiàn)的最高短時 發(fā)熱溫度發(fā)熱溫度 。 熱穩(wěn)定校驗(yàn)的根本條件是：熱穩(wěn)定校驗(yàn)的根本條件是： hsp l如果沒有超過所規(guī)定的導(dǎo)體短時發(fā)熱允許溫度，則如果沒有超過所規(guī)定的導(dǎo)體短時發(fā)熱允許溫度，則 稱該導(dǎo)體在短路時是熱穩(wěn)定的；稱該導(dǎo)體在短路時是熱穩(wěn)定的； l否則，需要增大導(dǎo)體截面積或限制短路電流以保證否則，需要增大導(dǎo)體截面積或限制短路電流以保證 導(dǎo)體在短路時的熱穩(wěn)定。導(dǎo)體在短路時的熱穩(wěn)定。 一、短路時發(fā)熱過程一、短路時發(fā)熱過程 從短路開始（從短路開始（tw）到短路被

27、切除（）到短路被切除（tk）這段時間內(nèi)，）這段時間內(nèi)， 導(dǎo)體的溫度從初始值導(dǎo)體的溫度從初始值w很快上升到最大值很快上升到最大值 h。 0 tw tk h t 0 圖3-3 短路時均勻?qū)w的發(fā)熱過程 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 發(fā)熱時間短（發(fā)熱時間短（0.15秒秒-8秒），生產(chǎn)的熱量來不及向秒），生產(chǎn)的熱量來不及向 周圍介質(zhì)散布，即全部用來使導(dǎo)體溫度升高，基本周圍介質(zhì)散布，即全部用來使導(dǎo)體溫度升高，基本 上是絕熱過程。上是絕熱過程。 溫度變化范圍大，溫度變化范圍大，R、C不能視為常數(shù)。不能視為常數(shù)。 根據(jù)短路時導(dǎo)體發(fā)熱的特點(diǎn)可列出熱平衡：根據(jù)短路時導(dǎo)體發(fā)熱的特點(diǎn)可列出熱平衡： WR QQ 在時間在時間 內(nèi)，熱

28、平衡方程式：內(nèi)，熱平衡方程式： dt dmcdtRI kt 2 Slm m S R 1 )1 ( 0 )1 ( 0 cc 整理可得：整理可得： d C dtI S m kt ) 1 1 ( 1 0 02 2 wh wW m hh m t kt AA CC dtI S k )1ln()1ln( 1 2 0 0 2 0 0 0 2 2 上式左邊：上式左邊： K t kt Q S dtI S k 2 0 2 2 11 短路電流熱效應(yīng)（熱脈沖）短路電流熱效應(yīng)（熱脈沖） K Q 上式右邊：上式右邊： wh AA ),( 00hmh CfA ),( 00wmh CfA )1ln( 2 0 0 h m C

29、A wKh AQ S A 2 1 于是有：于是有： 為了簡化為了簡化 和和 的計(jì)算，已按照各種材料的平均參的計(jì)算，已按照各種材料的平均參 數(shù)，做出了數(shù)，做出了 的曲線，如圖：的曲線，如圖： h A w A )(Af 根據(jù)該根據(jù)該 曲線計(jì)算曲線計(jì)算 的步驟如下：的步驟如下： 1）求出導(dǎo)體正常工作時的溫度）求出導(dǎo)體正常工作時的溫度 ； 2）由）由 和導(dǎo)體的材料查曲線得到和導(dǎo)體的材料查曲線得到 ； 3）計(jì)算短路電流熱效應(yīng)）計(jì)算短路電流熱效應(yīng) ； 4）計(jì)算）計(jì)算 5）最后由）最后由 查曲線得到查曲線得到 ； 注意：檢查注意：檢查 是否超過導(dǎo)體短路時最高允許溫度是否超過導(dǎo)體短路時最高允許溫度 )(Af

30、h W W W A K Q h A wKh AQ S A 2 1 h A h h 二、計(jì)算的二、計(jì)算的 步驟步驟 h l短路全電流由兩部分構(gòu)成：短路全電流由兩部分構(gòu)成： a T t npptkt eitII 0 cos2 ( ktpnp IIi周期分量）非周期分量） 二、短路電流熱效應(yīng)的計(jì)算二、短路電流熱效應(yīng)的計(jì)算 pt I 對應(yīng)于時間對應(yīng)于時間t的短路電流周期分量的有效值的短路電流周期分量的有效值 0np i 短路電流非周期分量的起始值短路電流非周期分量的起始值 2 npo i I a T 衰減時間常數(shù)，一般取衰減時間常數(shù)，一般取 05. 0 a T nppnp Ta t a tt ptkt

31、k QQie T dtIdtIQ k kk 2 0 2 00 22 )1( 2 1、周期分量熱效應(yīng)的計(jì)算、周期分量熱效應(yīng)的計(jì)算辛卜生法辛卜生法 ).(4).(2)( 3 )( 1312420 nnn b a yyyyyyyy n ab dxxf )10( 12 22 2 0 2 2 kk k tt t k ptp III t dtIQ 2、非周期分量熱效應(yīng)、非周期分量熱效應(yīng) 的計(jì)算的計(jì)算np Q 22 2 )1 (ITIeTQ a k T t anp l當(dāng)當(dāng) 時，導(dǎo)體的發(fā)熱主要由周期分量決定，故可時，導(dǎo)體的發(fā)熱主要由周期分量決定，故可 以不計(jì)以不計(jì) 影響。影響。 stk1 np Q 載流導(dǎo)體位

32、于磁場中，要受到磁場力的作用，這載流導(dǎo)體位于磁場中，要受到磁場力的作用，這 種力稱為電動力。種力稱為電動力。 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時，因短路電流很大，電動力也當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時，因短路電流很大，電動力也 很大，如機(jī)械強(qiáng)度不夠，將使導(dǎo)體變形或損壞。因此，很大，如機(jī)械強(qiáng)度不夠，將使導(dǎo)體變形或損壞。因此， 需對電動力進(jìn)行計(jì)算分析。需對電動力進(jìn)行計(jì)算分析。 第三節(jié)第三節(jié) 載流導(dǎo)體短路時電動力計(jì)算載流導(dǎo)體短路時電動力計(jì)算 l計(jì)算的目的：校驗(yàn)導(dǎo)體和設(shè)備的動穩(wěn)定。計(jì)算的目的：校驗(yàn)導(dǎo)體和設(shè)備的動穩(wěn)定。 一、計(jì)算電動力的方法一、計(jì)算電動力的方法 1、畢奧、畢奧沙瓦定律沙瓦定律 dliBdFsin l通過電流通過電流i的

33、導(dǎo)體，處在磁感應(yīng)的導(dǎo)體，處在磁感應(yīng) 強(qiáng)度為強(qiáng)度為B的外磁場中，導(dǎo)體的外磁場中，導(dǎo)體L上上 的元長度的元長度dL上所受到的電動力上所受到的電動力 dF為：為： 對上式沿導(dǎo)體對上式沿導(dǎo)體L全長積分，可得全長積分，可得L全長上所受電動力為：全長上所受電動力為： dliBF L sin 0 2、兩條平行細(xì)長導(dǎo)體間的電動力、兩條平行細(xì)長導(dǎo)體間的電動力 在配電裝置中，導(dǎo)體都是三相水平布在配電裝置中，導(dǎo)體都是三相水平布 置的如圖置的如圖3-5所示，首先分析兩根平所示，首先分析兩根平 行無限長導(dǎo)體通以電流行無限長導(dǎo)體通以電流i1、i2產(chǎn)生相互產(chǎn)生相互 作用力作用力F的情況，的情況， 圖3-5 兩條無限細(xì)長平行

34、導(dǎo) 體間的電動力 a 1 2 i1 i2 1 B 2 B 1 F 2 F 計(jì)算兩導(dǎo)體間的電動力可以不考慮導(dǎo)體截面大小形狀計(jì)算兩導(dǎo)體間的電動力可以不考慮導(dǎo)體截面大小形狀 的影響，而視為集中在導(dǎo)體的中心線上的影響，而視為集中在導(dǎo)體的中心線上. 如圖為兩根平行細(xì)長的導(dǎo)體，兩導(dǎo)體中電流分別為如圖為兩根平行細(xì)長的導(dǎo)體，兩導(dǎo)體中電流分別為 和和 ，長度為，長度為L，導(dǎo)體中心軸線距離為，導(dǎo)體中心軸線距離為a 1 i 2 i 當(dāng)當(dāng) ， 時，導(dǎo)體中時，導(dǎo)體中 的電流可以看作是集中在導(dǎo)體的電流可以看作是集中在導(dǎo)體 中心軸線上中心軸線上 da aL l電動力的方向決定了導(dǎo)體中電流的方向。電動力的方向決定了導(dǎo)體中電流

35、的方向。 l當(dāng)電流同向時相吸，異向時相斥當(dāng)電流同向時相吸，異向時相斥 載流導(dǎo)體載流導(dǎo)體1中的電流中的電流 在導(dǎo)體在導(dǎo)體2中所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：中所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為： 1 i a i a i HB 171 0101 102 2 可得導(dǎo)體可得導(dǎo)體2在在dl上所受的電動力為：上所受的電動力為： dl ii dlBidF sin102sin 21 7 122 由于由于 ， ，則，則 901sin 21 7 2 102ii a L F 同理導(dǎo)體同理導(dǎo)體2在導(dǎo)體在導(dǎo)體1所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為： a i a i HB 272 0202 102 2 導(dǎo)體導(dǎo)體1全長所受的電動力：全長所受

36、的電動力： 21 7 21 0 211 102i i a L LBidlBiF L 21 7 21 102i i a L FF 3、電流分布對電動力的影響：、電流分布對電動力的影響： 實(shí)際電流在導(dǎo)體截面上的分布并不是集中在軸線上，導(dǎo)實(shí)際電流在導(dǎo)體截面上的分布并不是集中在軸線上，導(dǎo) 體的截面形狀和尺寸影響電動力的大??；體的截面形狀和尺寸影響電動力的大?。?當(dāng)導(dǎo)體的邊沿距離（凈距）小于其截面的周長時，應(yīng)考當(dāng)導(dǎo)體的邊沿距離（凈距）小于其截面的周長時，應(yīng)考 慮電流在截面上的分布。慮電流在截面上的分布。 電流分布對電動力的影響可以用一個形狀系數(shù)來修正，電流分布對電動力的影響可以用一個形狀系數(shù)來修正， 修

37、正后的電動力為修正后的電動力為 21 7 102ii a L KF l形狀系數(shù)形狀系數(shù)K的確定：的確定： 矩形導(dǎo)體的形狀系數(shù)已制成曲線，示于圖矩形導(dǎo)體的形狀系數(shù)已制成曲線，示于圖3-10中；中； 導(dǎo)體凈距離大于導(dǎo)體截面半周長的兩倍，即導(dǎo)體凈距離大于導(dǎo)體截面半周長的兩倍，即 時，時，K=1 圓管導(dǎo)體圓管導(dǎo)體 K=1 槽行導(dǎo)體，在計(jì)算相間和同相條間的電動力，一槽行導(dǎo)體，在計(jì)算相間和同相條間的電動力，一 般般K=1 )(2)(bhba 二、三相導(dǎo)體短路時的電動力二、三相導(dǎo)體短路時的電動力 ) 3 2 sin() 3 2 sin( ) 3 2 sin() 3 2 sin( sin)sin( )3( )

38、3( )3( A T t AmC A T t AmB A T t AmA a a a ewtIi ewtIi ewtIi 2 m I I 1、電動力的計(jì)算、電動力的計(jì)算假設(shè)三相導(dǎo)體布置在同一平面內(nèi)假設(shè)三相導(dǎo)體布置在同一平面內(nèi) 三相短路時，中間相（三相短路時，中間相（B相）和邊相（相）和邊相（A、C相）受相）受 力情況不一樣，如圖：力情況不一樣，如圖： （1）作用在邊相（）作用在邊相（A、C）的電動力）的電動力 )5 . 0(102 )3()3()3()3(7 CABAACABA iiii a L FFF 把短路電流把短路電流 、 、 代入上式，經(jīng)三角變換后，得代入上式，經(jīng)三角變換后，得 A i

39、 B i C i 2 72 333 2 10cos(2) 8846 333 coscos(2)cos(22) 42646 a a t T AmA t T AA L FIe a ttet 由四個分量組成：由四個分量組成： （1）不衰減的固定分量；）不衰減的固定分量； （2）按時間常數(shù)）按時間常數(shù) 衰減衰減 的非周期分量；的非周期分量； （3）按時間常數(shù)）按時間常數(shù) 衰減衰減 的工頻分量；的工頻分量； （4）不衰減的兩倍工頻分）不衰減的兩倍工頻分 量。量。 A F 2 a T a T （2）作用在中間相（）作用在中間相（B相）的電動力相）的電動力 7(3) (3)(3) (3) 2 10() BB

40、ABCBABC L FFFi ii i a 把短路電流把短路電流 、 、 代入上式，經(jīng)三角變換后，得代入上式，經(jīng)三角變換后，得 A i B i C i B相所受電動力相所受電動力 2 72 33 2 10sin(2) 24 433 3sin(2)sin(22) 324 a a t T BmA t T AA L FIe a tet 中只包含三個分量：中只包含三個分量： （1）按時間常數(shù)）按時間常數(shù) 衰減的非周期分量；衰減的非周期分量； （2）按時間常數(shù)）按時間常數(shù) 衰減的工頻分量；衰減的工頻分量； （3）不衰減的兩倍工頻分量。）不衰減的兩倍工頻分量。 而沒有不衰減的固定分量；而沒有不衰減的固定分

41、量； B F 2 a T a T 2、電動力的最大值、電動力的最大值 l工程上常常要用到三相短路時電動力的最大值。因此，工程上常常要用到三相短路時電動力的最大值。因此， 需要先求出邊相和中間相各自的最大值來比較；需要先求出邊相和中間相各自的最大值來比較； l而由而由 和和 的計(jì)算公式可見，的計(jì)算公式可見， 和和 是是 和和 的函數(shù)，因此只能近似計(jì)算；的函數(shù)，因此只能近似計(jì)算； A F B FA F B Ft l可以認(rèn)為：可以認(rèn)為： 為最大值時的為最大值時的 ，應(yīng)能使固定分量和衰減的非周期，應(yīng)能使固定分量和衰減的非周期 分量的和為最大；分量的和為最大； A F 為最大值時的為最大值時的 ，應(yīng)能使

42、非周期分量為最大，應(yīng)能使非周期分量為最大B F 通常：通常： sT a 05.0 短路發(fā)生后半個周期即短路發(fā)生后半個周期即 時，短路電流幅值最大時，短路電流幅值最大 短路沖擊電流：短路沖擊電流： st01. 0 msh Ii82.1 )3( 代入以上條件，最后得出：代入以上條件，最后得出： A相電動力最大值為相電動力最大值為 B相電動力最大值為相電動力最大值為 2)3(7 max 10616.1 shA i a L F 2)3(7 max 1073.1 shB i a L F 比較上述二式可知：比較上述二式可知： maxmaxAB FF l故三相短路時電動力最大值出現(xiàn)在中間相（故三相短路時電動

43、力最大值出現(xiàn)在中間相（B相）相） 上上。 三、不同故障類型，最大電動力的比較三、不同故障類型，最大電動力的比較 1、單相接地短路、單相接地短路 只有接地相有只有接地相有IK通過，所以，不存在電動力。通過，所以，不存在電動力。 2、兩相短路、兩相短路 對于同一系統(tǒng)來說，在同一地點(diǎn)發(fā)生三相短路故對于同一系統(tǒng)來說，在同一地點(diǎn)發(fā)生三相短路故 障和兩相短路故障時障和兩相短路故障時 2 3 )3( )2( I I 所以：所以： )3()2( 2 3 shsh ii 則兩相短路電動力最大值為：則兩相短路電動力最大值為： 2 )3(7 2 )2(7)2( max 105 . 1102 shsh i a L i

44、 a L F 最后比較：最后比較： 2 )3(7 max 10616. 1 shA i a L F 2 )3(7 max 1073.1 shB i a L F 7(3)2 max 1.5 10 sh L Fi a l可見：以三相短路時可見：以三相短路時B相電動力為最大。相電動力為最大。 四、結(jié)論四、結(jié)論 由上分析可知，導(dǎo)體發(fā)生三相短路故障時，中間相由上分析可知，導(dǎo)體發(fā)生三相短路故障時，中間相 所受到的電動力最大，其最大值為，最大值出現(xiàn)在短路所受到的電動力最大，其最大值為，最大值出現(xiàn)在短路 后最初半個周期（即后最初半個周期（即t=0.01s）。）。因此，校驗(yàn)導(dǎo)體和電因此，校驗(yàn)導(dǎo)體和電 器設(shè)備的的

45、動穩(wěn)定應(yīng)以三相短路時中間相所受到的電動器設(shè)備的的動穩(wěn)定應(yīng)以三相短路時中間相所受到的電動 力為準(zhǔn)。力為準(zhǔn)。 因此計(jì)算電動力最大值應(yīng)為：因此計(jì)算電動力最大值應(yīng)為： 2 )3(7 max 1073. 1 sh i a L F 五、導(dǎo)體振動的動態(tài)應(yīng)力五、導(dǎo)體振動的動態(tài)應(yīng)力 n共振共振 質(zhì)量 彈性 彈性系統(tǒng)彈性系統(tǒng) 一次力作用一次力作用 固有振動固有振動 （振動頻率為（振動頻率為 ） g f 持續(xù)力作用持續(xù)力作用 （設(shè)頻率為（設(shè)頻率為 ） p f 強(qiáng)迫振動強(qiáng)迫振動 若若 pg ff 共振共振 l由前面分析可知，三相短路電動力中含有工頻和由前面分析可知，三相短路電動力中含有工頻和2倍工倍工 頻的分量。如果

46、導(dǎo)體的固有頻率接近這兩個頻率之一時，頻的分量。如果導(dǎo)體的固有頻率接近這兩個頻率之一時， 就會出現(xiàn)共振現(xiàn)象，甚至使導(dǎo)體及其構(gòu)架損壞。所以在設(shè)就會出現(xiàn)共振現(xiàn)象，甚至使導(dǎo)體及其構(gòu)架損壞。所以在設(shè) 計(jì)時，應(yīng)避免發(fā)生共振。計(jì)時，應(yīng)避免發(fā)生共振。 l凡是連接發(fā)電機(jī)、變壓器及其配電裝置的導(dǎo)體均屬于重凡是連接發(fā)電機(jī)、變壓器及其配電裝置的導(dǎo)體均屬于重 要回路。這些回路需要考慮共振的影響；要回路。這些回路需要考慮共振的影響； l導(dǎo)體和絕緣子均參加的振動稱為雙頻振動系統(tǒng)。當(dāng)絕緣導(dǎo)體和絕緣子均參加的振動稱為雙頻振動系統(tǒng)。當(dāng)絕緣 子的固有頻率遠(yuǎn)大于導(dǎo)體的固有頻率時，共振可按只有子的固有頻率遠(yuǎn)大于導(dǎo)體的固有頻率時，共振可

47、按只有 導(dǎo)體參加振動的單頻振動系統(tǒng)計(jì)算。導(dǎo)體參加振動的單頻振動系統(tǒng)計(jì)算。 五、導(dǎo)體振動的動態(tài)應(yīng)力五、導(dǎo)體振動的動態(tài)應(yīng)力 v任何物體都具有一定的質(zhì)量和彈性，比如導(dǎo)體及支撐它任何物體都具有一定的質(zhì)量和彈性，比如導(dǎo)體及支撐它 的絕緣子。由彈性物體構(gòu)成的組合體稱為彈性系統(tǒng)；的絕緣子。由彈性物體構(gòu)成的組合體稱為彈性系統(tǒng)； l固有振動，固有振動的頻率稱為固有頻率；固有振動，固有振動的頻率稱為固有頻率； l但是如果母線所受的外力是持續(xù)的、周期性的（如短路但是如果母線所受的外力是持續(xù)的、周期性的（如短路 電動力），母線系統(tǒng)將發(fā)生強(qiáng)迫振動；電動力），母線系統(tǒng)將發(fā)生強(qiáng)迫振動； l在強(qiáng)迫振動中，當(dāng)外力頻率和母線系統(tǒng)

48、固有頻率接近或在強(qiáng)迫振動中，當(dāng)外力頻率和母線系統(tǒng)固有頻率接近或 相等，就會產(chǎn)生機(jī)械共振現(xiàn)象；此時母線振幅特別大，相等，就會產(chǎn)生機(jī)械共振現(xiàn)象；此時母線振幅特別大， 可能使母線及其支撐構(gòu)架遭到破壞；可能使母線及其支撐構(gòu)架遭到破壞； n導(dǎo)體的一階固有頻率導(dǎo)體的一階固有頻率 ： 1 f m EJ L N f f 2 1 12 3 bh J （對矩形）（對矩形） 對動態(tài)應(yīng)力的考慮，一般采用修正靜態(tài)計(jì)算法：對動態(tài)應(yīng)力的考慮，一般采用修正靜態(tài)計(jì)算法： n 動態(tài)應(yīng)力的影響動態(tài)應(yīng)力的影響 修正靜態(tài)計(jì)算法：修正靜態(tài)計(jì)算法： l即母線在電動力作用下的動態(tài)應(yīng)力，可以化為靜態(tài)即母線在電動力作用下的動態(tài)應(yīng)力，可以化為靜態(tài)

49、 負(fù)荷下的應(yīng)力，乘以動態(tài)應(yīng)力系數(shù)負(fù)荷下的應(yīng)力，乘以動態(tài)應(yīng)力系數(shù) l即是說，在最大電動力即是說，在最大電動力 基礎(chǔ)上乘以動態(tài)應(yīng)力基礎(chǔ)上乘以動態(tài)應(yīng)力 系數(shù)系數(shù) ，以求得實(shí)際動態(tài)過程中動態(tài)應(yīng)力的最大值。，以求得實(shí)際動態(tài)過程中動態(tài)應(yīng)力的最大值。 maxF 2 )3(7 1073. 1max sh i a L F 與導(dǎo)體固有振蕩頻率的關(guān)系如圖所示與導(dǎo)體固有振蕩頻率的關(guān)系如圖所示 可見，固有頻率在中間范圍內(nèi)變化時，可見，固有頻率在中間范圍內(nèi)變化時， ，動，動 態(tài)應(yīng)力較大；態(tài)應(yīng)力較大； 1 當(dāng)固有頻率較低時，當(dāng)固有頻率較低時， 1 當(dāng)固有頻率較高時，當(dāng)固有頻率較高時， 1 為了避免導(dǎo)體產(chǎn)生危險的共振，對于重

50、要的導(dǎo)體，應(yīng)使其為了避免導(dǎo)體產(chǎn)生危險的共振，對于重要的導(dǎo)體，應(yīng)使其 固有頻率在下列范圍之外。此時，可取固有頻率在下列范圍之外。此時，可取 1 單條導(dǎo)體及一組中的各條導(dǎo)體單條導(dǎo)體及一組中的各條導(dǎo)體 35135HZ 多條導(dǎo)體及有引下線的單條導(dǎo)體多條導(dǎo)體及有引下線的單條導(dǎo)體 35155HZ 槽形和管形導(dǎo)體槽形和管形導(dǎo)體 30160HZ 可以通過改變母線的截面大小、形狀及布置或改變支可以通過改變母線的截面大小、形狀及布置或改變支 撐絕緣子的跨距，來改變母線的固有振動頻率。撐絕緣子的跨距，來改變母線的固有振動頻率。 n動態(tài)應(yīng)力的影響動態(tài)應(yīng)力的影響 六、分相封閉母線的電動力六、分相封閉母線的電動力 三相短

51、路時電動力為：三相短路時電動力為： ) 2 3 1 ( 103 2 7 a m T t aKW eKI a F l簡化計(jì)算時，分相封閉母線單位長度電動力可近似按敞簡化計(jì)算時，分相封閉母線單位長度電動力可近似按敞 露母線電動力的露母線電動力的 值來計(jì)算。值來計(jì)算。 3 1 最大計(jì)算應(yīng)力最大計(jì)算應(yīng)力 W LFW 2 max 母線導(dǎo)體計(jì)算應(yīng)力應(yīng)小于母線導(dǎo)體所用材料容許應(yīng)力母線導(dǎo)體計(jì)算應(yīng)力應(yīng)小于母線導(dǎo)體所用材料容許應(yīng)力 al Pa al 6 1069 Pa al 6 10137 （硬鋁）（硬鋁） （硬銅）（硬銅） 第四節(jié)第四節(jié) 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析 對電氣主接線進(jìn)行

52、可靠性分析計(jì)算的目的，主要是：對電氣主接線進(jìn)行可靠性分析計(jì)算的目的，主要是： （1）分析計(jì)算電氣主接線的可靠性，作為設(shè)計(jì)和評價電）分析計(jì)算電氣主接線的可靠性，作為設(shè)計(jì)和評價電 氣主接線的依據(jù)；氣主接線的依據(jù)； （2）對不同方案進(jìn)行可靠性指標(biāo)綜合比較，作為選擇最）對不同方案進(jìn)行可靠性指標(biāo)綜合比較，作為選擇最 優(yōu)方案的依據(jù)；優(yōu)方案的依據(jù)； （3）對已經(jīng)運(yùn)行的主接線，尋求可能的供電路徑，選擇）對已經(jīng)運(yùn)行的主接線，尋求可能的供電路徑，選擇 最佳運(yùn)行方式；最佳運(yùn)行方式； （4）尋找主接線的薄弱環(huán)節(jié)，以便合理安排檢修計(jì)劃和）尋找主接線的薄弱環(huán)節(jié)，以便合理安排檢修計(jì)劃和 采取相應(yīng)對策；采取相應(yīng)對策； （5）

53、研究可靠性和經(jīng)濟(jì)性的最佳搭配等。）研究可靠性和經(jīng)濟(jì)性的最佳搭配等。 一、基本概念一、基本概念 1、可靠性的含義、可靠性的含義 元件、設(shè)備和系統(tǒng)在規(guī)定的條件下元件、設(shè)備和系統(tǒng)在規(guī)定的條件下【對于主接線來對于主接線來 說，指的是額定條件說，指的是額定條件】和預(yù)定的時間內(nèi)和預(yù)定的時間內(nèi)【如一年如一年】完成完成 規(guī)定功能的概率。規(guī)定功能的概率。 2、電氣設(shè)備分類、電氣設(shè)備分類 可修復(fù)元件：可修復(fù)元件： 不可修復(fù)元件：不可修復(fù)元件： 3、電氣設(shè)備的工作狀態(tài)、電氣設(shè)備的工作狀態(tài) 運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)【工作或待命工作或待命】： 停運(yùn)狀態(tài)停運(yùn)狀態(tài)【故障或檢修故障或檢修】： 可修復(fù)元件的壽命過程可修復(fù)元件的壽命過程

54、 0 1 TU1TU2 TD1TD2 TUTD 故 障 故 障 修 復(fù) 修 復(fù) 狀態(tài) 圖 3-7 可 修 復(fù) 元 件 的 狀 態(tài) 變 化 圖 t 二、可靠性的主要指標(biāo)二、可靠性的主要指標(biāo) 1、不可修復(fù)元件的可靠性指標(biāo)、不可修復(fù)元件的可靠性指標(biāo) （1）可靠度）可靠度R(t) 一個元件在預(yù)定時間一個元件在預(yù)定時間t內(nèi)和規(guī)定條件下執(zhí)行規(guī)定功能的內(nèi)和規(guī)定條件下執(zhí)行規(guī)定功能的 概率。概率。 （2）不可靠度）不可靠度F(t) 表示元件在小于或等于預(yù)定時間表示元件在小于或等于預(yù)定時間t發(fā)生故障的概率。發(fā)生故障的概率。 0 0.5 1 F(t) R(t) t/2 t 圖 3-8 可 靠 度 和 不 可 靠 度

55、 元件的可靠度與不可靠度是對立的事件，它們都是時元件的可靠度與不可靠度是對立的事件，它們都是時 間的函數(shù)，其概率之和等于間的函數(shù)，其概率之和等于1。即：。即： ( )( )1R tF t 故障密度函數(shù)故障密度函數(shù) 表示單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率。表示單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率。 dt tdR dt tdF tf )()( )( ( )f t （3）故障率）故障率 t tdR tRtF tf tR tf t )( )( 1 )(1 )( )( )( )( ( ) t 故障密度函數(shù)與可靠度函數(shù)的比。它表示元件已正常故障密度函數(shù)與可靠度函數(shù)的比。它表示元件已正常 工作到時刻工作到時刻t，在，在t時刻以后

56、的下一個時間間隔時刻以后的下一個時間間隔t內(nèi)發(fā)內(nèi)發(fā) 生故障的條件概率。生故障的條件概率。 t dtt etR 0 )( )( 使用壽命 (A)(B) (C) t 0 (t) 經(jīng)維修下降 的故障率 圖3-9 設(shè)備的典型故障率曲線 （A）-早期故障期；（B）-偶發(fā)故障期； （C）-耗損故障期；-規(guī)定故障率 故障率故障率(t)的典型形態(tài)為浴盆曲線的典型形態(tài)為浴盆曲線 早期故障期：故障率隨時間下早期故障期：故障率隨時間下 降，故障一般是由設(shè)計(jì)制造和降，故障一般是由設(shè)計(jì)制造和 安裝調(diào)試方面的原因引起的。安裝調(diào)試方面的原因引起的。 其主要任務(wù)是嚴(yán)格進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)其主要任務(wù)是嚴(yán)格進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn) 和驗(yàn)收，并加強(qiáng)管理，

57、找出不和驗(yàn)收，并加強(qiáng)管理，找出不 可靠原因?？煽吭颉?使用壽命 (A)(B) (C) t 0 (t) 經(jīng)維修下降 的故障率 圖3-9 設(shè)備的典型故障率曲線 （A）-早期故障期；（B）-偶發(fā)故障期； （C）-耗損故障期；-規(guī)定故障率 偶發(fā)故障期：多由運(yùn)行操作偶發(fā)故障期：多由運(yùn)行操作 上的失誤造成的，這就要求上的失誤造成的，這就要求 嚴(yán)格按操作規(guī)程正確操作。嚴(yán)格按操作規(guī)程正確操作。 耗損故障期：發(fā)生在設(shè)備壽命期末，故障率再度上升。主耗損故障期：發(fā)生在設(shè)備壽命期末，故障率再度上升。主 要原因是設(shè)備某些零件的老化和和磨損。要原因是設(shè)備某些零件的老化和和磨損。 這期間故障率較低且穩(wěn)定，這期間故障率較低

58、且穩(wěn)定， 大致為常數(shù)，是設(shè)備的最佳大致為常數(shù)，是設(shè)備的最佳 狀態(tài)時期。狀態(tài)時期。 電力系統(tǒng)的主設(shè)備的故障率電力系統(tǒng)的主設(shè)備的故障率(t)具有浴盆曲線中的偶具有浴盆曲線中的偶 發(fā)故障期的特點(diǎn)，發(fā)故障期的特點(diǎn)，(t)與時間無關(guān)，為一常數(shù)。即：與時間無關(guān)，為一常數(shù)。即： ( ) t常數(shù) ( ) ( )1 ( ) t t t R te F te f te （4）平均無故障工作時間）平均無故障工作時間MTTF【用用TU表示表示】 1 )( 00 dtetdtttfT t U 是元件壽命時間是元件壽命時間TU隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望。隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望。 2、可修復(fù)元件的可靠性指標(biāo)、可修復(fù)元件的可靠性指標(biāo) （1

59、）可靠度）可靠度 是指元件在起始時刻正常運(yùn)行條件下，在時間區(qū)間是指元件在起始時刻正常運(yùn)行條件下，在時間區(qū)間0，t 不發(fā)生故障的概率。不發(fā)生故障的概率。 （2）不可靠度）不可靠度(又稱失效度又稱失效度) 是指元件在起始時刻完好條件下，在時間區(qū)間是指元件在起始時刻完好條件下，在時間區(qū)間0，t 發(fā)生發(fā)生 首次故障的概率。首次故障的概率。 ( )R t ( )F t ( )( )1R tF t 故障密度函數(shù)故障密度函數(shù) ： 指元件在指元件在 期間發(fā)生第一次故障的概率。期間發(fā)生第一次故障的概率。 ( )f t ,t tt dt tdR dt tdF tf )()( )( （3）故障率）故障率 ( ) t

60、 元件從起始時刻直至?xí)r刻元件從起始時刻直至?xí)r刻t完好的條件下，在時刻完好的條件下，在時刻t以后以后 單位時間里發(fā)生故障的次數(shù)。單位時間里發(fā)生故障的次數(shù)。 年數(shù) 故障次數(shù) n （4）修復(fù)率）修復(fù)率 元件由停運(yùn)狀態(tài)轉(zhuǎn)向運(yùn)行狀態(tài)的概率元件由停運(yùn)狀態(tài)轉(zhuǎn)向運(yùn)行狀態(tài)的概率 。 表示修理能力的指標(biāo)。表示在現(xiàn)有檢修能力和維修組織安表示修理能力的指標(biāo)。表示在現(xiàn)有檢修能力和維修組織安 排的條件下，平均單位時間內(nèi)能修復(fù)設(shè)備的臺數(shù)。在設(shè)備排的條件下，平均單位時間內(nèi)能修復(fù)設(shè)備的臺數(shù)。在設(shè)備 正常壽命內(nèi)，正常壽命內(nèi)，、都是常數(shù)。都是常數(shù)。 ( ) t 1 0 dtetT t D （5）平均修復(fù)時間）平均修復(fù)時間MTTR【