常用計算的基本理論和方13年ppt課件

1、第三章 常用計算的根本實(shí)際和方法主講教師：方鴿飛主要內(nèi)容n正常運(yùn)轉(zhuǎn)時導(dǎo)體載流量計算n載流導(dǎo)體短路時發(fā)熱計算n載流導(dǎo)體短路時電動力計算n電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析3.1 正常運(yùn)轉(zhuǎn)時導(dǎo)體載流量計算n發(fā)熱對電氣設(shè)備的影響n絕緣資料的絕緣性能降低n金屬資料的機(jī)械強(qiáng)度下降n導(dǎo)體接觸部分的接觸電阻添加n長期發(fā)熱，短路發(fā)熱n發(fā)熱和電動力是電氣設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中必需留意問題3.1.1 概述n長期、短時最高允許溫度n導(dǎo)體正常最高允許溫度長期發(fā)熱，普通不超越70；計及太陽輻射日照影響時，鋼芯鋁絞線及管形導(dǎo)體，可按80n短路電流短時發(fā)熱，硬鋁和鋁錳合金200，硬銅3003.1.2 導(dǎo)體的發(fā)熱

2、和散熱n導(dǎo)體電阻損耗的熱量1. 導(dǎo)體電阻損耗熱量RQ 2RWacQI R （32） 1(20)tWacfRKS (33) 電阻率，電阻溫度系數(shù)t，fK導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù) 導(dǎo)體吸收太陽輻射的熱量2 導(dǎo)體吸收太陽輻射的熱量tQ 圓管導(dǎo)體 tttQE AD (3-4) 導(dǎo)體對流散熱量 3 導(dǎo)體對流散熱量lQ 0()llWlQF 對流散熱系數(shù)l，lF單位長度導(dǎo)體散熱面積 導(dǎo)體輻射散熱量 4. 導(dǎo)體輻射散熱量fQ 4402732735.7 100100WffQF 導(dǎo)體材料的輻射系數(shù) 導(dǎo)熱散熱量 (自學(xué) 由于空氣導(dǎo)熱量很小,因此裸導(dǎo)體對空氣的導(dǎo)熱可略去不計.3.1.3 導(dǎo)體載流量的計算導(dǎo)體的溫升過程 (1

3、)rrttTTWkee 導(dǎo)體的熱時間常數(shù)rWmcTF 穩(wěn)定溫升為 2WWI RF 3.1.3 導(dǎo)體載流量的計算導(dǎo)體的載流量 2WWlfI RFQQ （319） 0()lfWWQQFIRR （320） 上式可用來計算導(dǎo)體正常發(fā)熱溫度W，導(dǎo)體的截面積lSR 計及日照 lftQQQIR （321） 3.1.3 導(dǎo)體載流量的計算n影響導(dǎo)體載流量的要素n資料電阻率小的資料n外形同樣截面積，矩形、槽形比圓形導(dǎo)體外表積大n布置豎放比平放散熱好提高導(dǎo)體載流量的措施n減少導(dǎo)體電阻n增大導(dǎo)體的換熱面積n提高換熱系數(shù)例題3.2 載流導(dǎo)體短路時的發(fā)熱計算3.2.1 導(dǎo)體短時發(fā)熱過程導(dǎo)體短時發(fā)熱過程n載流導(dǎo)體和電器耐受

4、短路電流熱效應(yīng)而不致被損壞的才干，稱為載流導(dǎo)體和電器的熱穩(wěn)定性。n當(dāng)確定了導(dǎo)體經(jīng)過短路電流時的最高溫度后，此值假設(shè)不超越所規(guī)定的導(dǎo)體資料短時發(fā)熱最高允許溫度，那么稱該導(dǎo)體在短路時是熱穩(wěn)定的，否那么，需求添加導(dǎo)體截面或限制短路電流，以保證其熱穩(wěn)定性。3.2.1 導(dǎo)體短時發(fā)熱過程導(dǎo)體短時發(fā)熱過程3.2.2 3.2.2 短路電流熱效應(yīng)短路電流熱效應(yīng)kQ的計算的計算 1） 等值時間法 2） 實(shí)用計算法 等值時間法等值時間法周期分量等值時間周期分量等值時間圖 315 中只作出kt5s的曲線，當(dāng)短路切除時間kt 5s時，可認(rèn)為短路電流在 5s后，已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。故kt 5s的發(fā)熱等值時間 pp(5s)kt

5、 =t+(t -5) 非周期分量等值時間等值時間法小結(jié)1. 由圖（315） ，式（338）得到pt 2. 由式（339）或式（340）得到npt 3. 由式（336）得到kQ 若kt1s，導(dǎo)體發(fā)熱主要由短路電流周期分量決定，可不計非周期分量得影響 例與例33類似例(續(xù)適用計算法非周期分量等值時間 表33適用計算法續(xù)例例n解：計算短路電流的熱效應(yīng)Qk,n短路電流經(jīng)過的時間等于繼電維護(hù)動作時間與斷路器全開斷時間之和。ntk=tpr+tab=1+0.2=1.2s例續(xù)例續(xù)3.3 載流導(dǎo)體短路時電動力計算n 載流導(dǎo)體位于磁場中，就會遭到磁場力的作用，這種力稱為電動力。n當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生短路時，導(dǎo)體中流過

6、很大的短路電流，從而產(chǎn)生宏大的電動力。n假設(shè)導(dǎo)體和電氣設(shè)備的機(jī)械強(qiáng)度不夠時將使其變形或損壞也能夠使閉合形狀的開關(guān)電器觸頭翻開，呵斥嚴(yán)重事故。所以，為了平安運(yùn)轉(zhuǎn)，必需對短路電流產(chǎn)生的電動力的大小和特征進(jìn)展分析和計算。3.3.1 計算電動力的方法n畢奧沙瓦定律n兩條平行導(dǎo)體間的電動力的計算3.3.1 計算電動力的方法續(xù)l思索導(dǎo)體截面尺寸和外形的影響，對上述電動力計算進(jìn)展修正3.3.2 三相導(dǎo)體短路時的電動力l電動力的最大值(B相721.73 10shLFia3.3.2 三相導(dǎo)體短路時的電動力續(xù)l導(dǎo)體振動時動態(tài)應(yīng)力l 配電安裝中的母線具有質(zhì)量和彈性，是一彈性系統(tǒng)。當(dāng)其遭到外力作用，將在平衡位置兩側(cè)，

7、按一定頻率作往復(fù)振動，構(gòu)成固有振動，又稱自在振動，其振動頻率稱為固有頻率。由于遭到摩擦和阻尼的作用振動會逐漸衰減，最后趨于平衡形狀。這種衰減振動形狀對母線強(qiáng)度的影響是不大的。l但是假設(shè)遭到電動力的繼續(xù)作用，周期性的電動力會導(dǎo)致強(qiáng)迫振動。電動力中有工頻和二倍工頻兩個周期分量，假設(shè)母線的固有頻率接近這兩個頻率之一時，就會出現(xiàn)共振景象，使振幅增大，甚至使母線系統(tǒng)遭到破壞。所以在設(shè)計時，應(yīng)防止發(fā)生共振景象。3.3.2 三相導(dǎo)體短路時的電動力續(xù)n一階固有頻率n導(dǎo)體發(fā)生振動時，在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生動態(tài)應(yīng)力。當(dāng)一階固有頻率在一定范圍內(nèi)時，最大電動力應(yīng)乘上動態(tài)應(yīng)力系數(shù)加以修正3.4 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析n目

8、的P80n設(shè)計和評價主接線n不同主接線方案比較，選擇最優(yōu)方案n選擇最優(yōu)運(yùn)轉(zhuǎn)方式n尋覓主接線薄弱環(huán)節(jié)，以便合理安排檢修方案和采取相應(yīng)對策n可靠性和經(jīng)濟(jì)性的最正確搭配3.4.1 根本概念n可靠性的含義n可靠性定義為元件、設(shè)備、系統(tǒng)等在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率n電力系統(tǒng)可靠性定義：在任何情況下，能保質(zhì)保量延續(xù)供電的才干n設(shè)計主接線時，多以保證延續(xù)供電和發(fā)電出力的概率作為可靠性計算的判據(jù)3.4.1 根本概念續(xù)n電氣設(shè)備的分類n可修復(fù)元件系統(tǒng)：假設(shè)元件(系統(tǒng))投入運(yùn)用一段時間后發(fā)生缺點(diǎn)，經(jīng)過修繕后能再次恢復(fù)到正常形狀，稱之為可修復(fù)元件(系統(tǒng))n不可修復(fù)元件系統(tǒng)：假設(shè)元件(系統(tǒng))投入

9、運(yùn)用后，一旦發(fā)生缺點(diǎn)便無法修復(fù)，或雖能修復(fù)但很不經(jīng)濟(jì)，稱之為不可修復(fù)元件(系統(tǒng))n發(fā)電機(jī) 變壓器 斷路器 輸電線路等; 電容器電燈泡等3.4.1 根本概念續(xù)n電氣設(shè)備的任務(wù)形狀n運(yùn)轉(zhuǎn)形狀任務(wù)或待命，又稱為可用形狀，即元件處于可執(zhí)行它的規(guī)定功能的形狀n停運(yùn)形狀缺點(diǎn)或檢修，又稱為不可用形狀，即元件處于缺點(diǎn)不能執(zhí)行它的規(guī)定功能的形狀n元件的壽命處在“運(yùn)轉(zhuǎn)、“停運(yùn)兩種形狀的交替過程中，是一個循環(huán)過程。3.4.2 可靠性的主要目的n不可修復(fù)元件的可靠性目的n可靠度n不可靠度n缺點(diǎn)率n平均無缺點(diǎn)時間不可修復(fù)元件的可靠性目的可靠度：一個元件在預(yù)定的時間t內(nèi)和規(guī)定的條件下執(zhí)行規(guī)定功能的概率，記為

10、( )R t。換句話說，可靠度就是壽命T大于時間t的概率。 不可靠度：？記為( )F t ( )( )1( )( )ttn tn tsfnn ( )( )1R tF t 不可修復(fù)元件的可靠性目的續(xù)故障概率密度：表示單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率 ( )( )( )dF tdR tf tdtdt=- 不可修復(fù)元件的可靠性目的續(xù)故障率：故障密度函數(shù)( )f t與可靠度函數(shù)( )R t之比，稱為故障率函數(shù)( ) t。它表示元件正常工作到時刻t，在下一時間間隔t 內(nèi)發(fā)生故障的條件概率。 不可修復(fù)元件的可靠性目的續(xù)不可修復(fù)元件的可靠性目的續(xù)在可靠性分析中

11、，最關(guān)心的是元件在其正常使用期中的可靠性指標(biāo)。此時( ) t 不可修復(fù)元件的可靠性目的續(xù)平均無故障時間 001( )tUTtf t dtt edt 可修復(fù)元件的可靠性目的 可修復(fù)元件的可靠性目的續(xù)可用度（可用率） ： FOR 強(qiáng)迫停運(yùn)率 可修復(fù)元件的可靠性目的續(xù)n缺點(diǎn)頻率：表示設(shè)備在長期運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，每年平均缺點(diǎn)次數(shù)。平均運(yùn)轉(zhuǎn)周期的倒數(shù)。電氣主接線的可靠性目的 n可用度n平均無缺點(diǎn)任務(wù)時間n每年平均停運(yùn)時間n缺點(diǎn)頻率n3.4.3電氣主接線的可靠性計算n網(wǎng)絡(luò)法邏輯圖、雙態(tài)模型n形狀空間法馬爾可夫模型 串聯(lián)絡(luò)統(tǒng)n串

12、聯(lián)絡(luò)統(tǒng)：參見圖32 串聯(lián)絡(luò)統(tǒng)續(xù)111SUnSiiT1nSii例3 串聯(lián)絡(luò)統(tǒng)續(xù)n串連系統(tǒng)特點(diǎn)n系統(tǒng)可靠度元件可靠度n系統(tǒng)平均壽命元件平均壽命n從提高系統(tǒng)可靠度或延伸系統(tǒng)壽命來講，不宜采用多元件的串連系統(tǒng) 串聯(lián)絡(luò)統(tǒng)續(xù)n可修復(fù)系統(tǒng)11nniSiiiiiAA例3 并聯(lián)絡(luò)統(tǒng)1nSiiFF 并聯(lián)絡(luò)統(tǒng)(續(xù)1nSiiFF 11(1)nSiiRR 1111(1)23SUTn 隨元件的增加，系統(tǒng)壽命增加的程度減小 并聯(lián)絡(luò)統(tǒng)(續(xù)不可用度 11nniSSiiiiiSSAA 修復(fù)率 1nSii 并聯(lián)系統(tǒng)修復(fù)率為各并聯(lián)元件修復(fù)率之

13、和 例3 串并聯(lián)混合系統(tǒng)n將系統(tǒng)分解成假設(shè)干個串、并聯(lián)的子系統(tǒng)，然后按照先后順序，分別計算各個子系統(tǒng)的可靠度，最后得到系統(tǒng)的可靠度n例373.4.4 電氣主接線可靠性的計算程序n根據(jù)主接線的方式，列出其中一切元件n給出每個元件的缺點(diǎn)率、修復(fù)率、方案檢修率和停運(yùn)時間等n確定系統(tǒng)缺點(diǎn)判據(jù)，即規(guī)定主接線正常和缺點(diǎn)條件n建立數(shù)學(xué)模型，選擇要計算的可靠性目的n采用適宜的可靠性計算方法，計算電氣主接線系統(tǒng)的可靠性目的3.5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析閱讀了解n最小費(fèi)用法費(fèi)用現(xiàn)值法和年費(fèi)用比較法n凈現(xiàn)值法n內(nèi)部收益率法n抵償年限法n閱讀了解其他部分小結(jié)n導(dǎo)體長期發(fā)熱n發(fā)熱散熱，載流量n短路發(fā)熱n等值時間法、適用計算法n電動力n三相短路、中間相、動態(tài)應(yīng)力、固有頻率n主接線的可靠性n可用度、平均無缺點(diǎn)任務(wù)時間、每年平均停運(yùn)時間、缺點(diǎn)頻率等n技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 n最小費(fèi)用法費(fèi)用現(xiàn)值法 年費(fèi)用比較法小結(jié)續(xù)20WWWW