電氣主系統(tǒng)第五章發(fā)熱電動力2版g

1、發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-1第五章第五章 導體的發(fā)熱與電動力導體的發(fā)熱與電動力 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述第二節(jié)第二節(jié) 導體發(fā)熱和散熱的計算導體發(fā)熱和散熱的計算 第三節(jié)第三節(jié) 導體的長期發(fā)熱與載流量導體的長期發(fā)熱與載流量 第四節(jié)第四節(jié) 導體的短時發(fā)熱導體的短時發(fā)熱 第五節(jié)第五節(jié) 導體短路的電動力導體短路的電動力 第六節(jié)第六節(jié) 大電流封閉母線的發(fā)熱和電動力大電流封閉母線的發(fā)熱和電動力 本章計劃學時本章計劃學時:6 8學時學時 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-2第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 1）當電流通過導體時，在導體電阻中所產(chǎn)生的電阻損耗。）當電流通過導體時，在導體電阻中所產(chǎn)生的電阻損耗

2、。 2）絕緣材料在電壓作用下所產(chǎn)生的介質(zhì)損耗。）絕緣材料在電壓作用下所產(chǎn)生的介質(zhì)損耗。 3）導體周圍的金屬構件，特別是鐵磁物質(zhì)，在電磁場作用）導體周圍的金屬構件，特別是鐵磁物質(zhì)，在電磁場作用下，產(chǎn)生的渦流和磁滯損耗。下，產(chǎn)生的渦流和磁滯損耗。 3. 發(fā)熱對導體和電器的不良影響發(fā)熱對導體和電器的不良影響 長期發(fā)熱：導體和電器中長期通過正常工作電流所引起的長期發(fā)熱：導體和電器中長期通過正常工作電流所引起的發(fā)熱。發(fā)熱。 短時發(fā)熱：由短路電流通過導體和電器時引起的發(fā)熱。短時發(fā)熱：由短路電流通過導體和電器時引起的發(fā)熱。 2. 發(fā)熱的分類發(fā)熱的分類 （1）機械強度下降）機械強度下降 高溫會使金屬材料退火軟

3、化，機械強度下降。高溫會使金屬材料退火軟化，機械強度下降。 1. 引起導體和電器發(fā)熱的原因引起導體和電器發(fā)熱的原因發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-3（2）接觸電阻增加）接觸電阻增加 高溫將造成導體接觸連接處表面氧化，使接觸電阻增加，高溫將造成導體接觸連接處表面氧化，使接觸電阻增加，溫度進一步升高，產(chǎn)生惡性循環(huán)，可能導致連接處松動或燒熔。溫度進一步升高，產(chǎn)生惡性循環(huán)，可能導致連接處松動或燒熔。 （3）絕緣性能降低）絕緣性能降低 有機絕緣材料（如電纜紙、橡膠等）長期受高溫的作用，有機絕緣材料（如電纜紙、橡膠等）長期受高溫的作用，將逐漸變脆和老化，使用年限縮短，甚至碳化而燒壞。將逐漸變脆和老化，

4、使用年限縮短，甚至碳化而燒壞。 4. 為了保證導體在長期發(fā)熱和短時發(fā)熱作用下能可靠、安全為了保證導體在長期發(fā)熱和短時發(fā)熱作用下能可靠、安全地工作，應使其發(fā)熱的最高溫度不超過導體的長期發(fā)熱和短地工作，應使其發(fā)熱的最高溫度不超過導體的長期發(fā)熱和短時發(fā)熱最高允許溫度。時發(fā)熱最高允許溫度。 導體的長期發(fā)熱最高允許溫度不應超過導體的長期發(fā)熱最高允許溫度不應超過+70，在計及日照，在計及日照影響時，鋼心鋁線及管形導體可按不超過影響時，鋼心鋁線及管形導體可按不超過+80考慮。當導體接考慮。當導體接觸面處有鍍（搪）錫的可靠覆蓋層時，可提高到觸面處有鍍（搪）錫的可靠覆蓋層時，可提高到+85。 導體的短時最高允許

5、溫度，對硬鋁及鋁錳合金可取導體的短時最高允許溫度，對硬鋁及鋁錳合金可取+200，硬，硬銅可取銅可取+300。 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-4 影響長期發(fā)熱最高允許溫度的因素主要是保證導體接觸部分影響長期發(fā)熱最高允許溫度的因素主要是保證導體接觸部分可靠地工作?？煽康毓ぷ鳌?影響短時發(fā)熱最高允許溫度的因素主要是機械強度和帶絕緣影響短時發(fā)熱最高允許溫度的因素主要是機械強度和帶絕緣導體的絕緣耐熱度（如電纜），機械強度的下降還與發(fā)熱持續(xù)導體的絕緣耐熱度（如電纜），機械強度的下降還與發(fā)熱持續(xù)時間有關，發(fā)熱時間越短，引起機械強度下降的溫度就越高，時間有關，發(fā)熱時間越短，引起機械強度下降的溫度就越高，

6、故短時發(fā)熱最高允許溫度遠高于長期發(fā)熱最高允許溫度。故短時發(fā)熱最高允許溫度遠高于長期發(fā)熱最高允許溫度。 5. 發(fā)生短路故障時，除了引起發(fā)熱外，還會產(chǎn)生很大的電動發(fā)生短路故障時，除了引起發(fā)熱外，還會產(chǎn)生很大的電動力，造成導體變形或損壞。力，造成導體變形或損壞。第二節(jié)第二節(jié) 導體發(fā)熱和散熱的計算導體發(fā)熱和散熱的計算 一、導體發(fā)熱的計算一、導體發(fā)熱的計算 發(fā)熱包括導體電阻損耗熱量的計算和太陽日照熱量的計算。發(fā)熱包括導體電阻損耗熱量的計算和太陽日照熱量的計算。 1導體電阻損耗產(chǎn)生的熱量導體電阻損耗產(chǎn)生的熱量 單位長度導體的交流電阻：單位長度導體的交流電阻： 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-5矩形截面

7、導體的集膚系數(shù)曲線示于圖矩形截面導體的集膚系數(shù)曲線示于圖5-1中。中。 圓管形截面導體圓管形截面導體的集膚系數(shù)曲線示于圖的集膚系數(shù)曲線示于圖5-2中。圖中中。圖中f 為電源頻率，為電源頻率， Rdc為為1000m長導體的直流電阻。長導體的直流電阻。 SKR)20(1wtsac 單位長度的導體，通過有效值為單位長度的導體，通過有效值為Iw 的交流電流時，由電阻損的交流電流時，由電阻損耗產(chǎn)生的熱量：耗產(chǎn)生的熱量： ac2wRIQR 導體的集膚系數(shù)導體的集膚系數(shù)Ks與電流的頻率、導體的形狀和尺寸有關。與電流的頻率、導體的形狀和尺寸有關。 2太陽日照（輻射）的熱量太陽日照（輻射）的熱量 太陽照射（輻射

8、）的熱量也會造成導體溫度升高，安裝在太陽照射（輻射）的熱量也會造成導體溫度升高，安裝在屋外的導體，一般應考慮日照的影響，圓管形導體吸收的太陽屋外的導體，一般應考慮日照的影響，圓管形導體吸收的太陽日照熱量為：日照熱量為： DAEQsss 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-6對流換熱系數(shù)對流換熱系數(shù) C的計算的計算我國取太陽輻射功率密度我國取太陽輻射功率密度 ；2sW/m1000 E取鋁管導體的吸收率取鋁管導體的吸收率 ；6 . 0s AD為導體的直徑（為導體的直徑（m）。）。二、導體散熱的計算二、導體散熱的計算 熱量傳遞有三種方式：熱量傳遞有三種方式：對流、輻射和傳導對流、輻射和傳導。1對流換

9、熱量的計算對流換熱量的計算 對流換熱量與導體對周圍介質(zhì)的溫升及換熱面積成正比對流換熱量與導體對周圍介質(zhì)的溫升及換熱面積成正比: c0wcc)(FQ （1）自然對流換熱量的計算）自然對流換熱量的計算 屋內(nèi)空氣自然流動或屋外風速小于屋內(nèi)空氣自然流動或屋外風速小于0.2m/s，屬于自然對流，屬于自然對流換熱。此種情況的對流換熱系數(shù)取換熱。此種情況的對流換熱系數(shù)取: 導體的散熱過程主要是對流和輻射。空氣的熱傳導能力很差，導體的散熱過程主要是對流和輻射?？諝獾臒醾鲗芰懿?，導體的傳導散熱可忽略不計。導體的傳導散熱可忽略不計。 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-7單位長度導體的對流換熱面積單位長度導體

10、的對流換熱面積 Fc 是指有效面積，它與導體形是指有效面積，它與導體形狀、尺寸、布置方式和多條導體的間距等因素有關。狀、尺寸、布置方式和多條導體的間距等因素有關。 35. 00wc)(5 . 1 單條矩形導體豎放時（如圖單條矩形導體豎放時（如圖5-3a所示）的對流換熱面積（單所示）的對流換熱面積（單位為位為m2/m）為）為 )(221cAAF A1 =h/1000和和A2 =b/1000可以看成是單位長度導體在高度和寬度可以看成是單位長度導體在高度和寬度方向的面積。方向的面積。 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-8（2）強迫對流換熱量的計算）強迫對流換熱量的計算 屋內(nèi)人工通風或屋外導體處在風

11、速較大的環(huán)境時，可以帶屋內(nèi)人工通風或屋外導體處在風速較大的環(huán)境時，可以帶走更多的熱量，屬于強迫對流換熱。圓管形導體的對流換熱系走更多的熱量，屬于強迫對流換熱。圓管形導體的對流換熱系數(shù)為數(shù)為: DvDDN 65. 0uc13. 0當空氣溫度為當空氣溫度為20時，空氣的導熱系數(shù)為時，空氣的導熱系數(shù)為C)W/(m1052. 22 當空氣溫度為當空氣溫度為20時，空氣時，空氣的運動粘度系數(shù)（的運動粘度系數(shù)（ 讀讀“紐紐”）為為s/m107 .1526 v為風速（為風速（m/s） 圓管形導體圓管形導體(直徑為直徑為D)，如圖如圖5-3d所示，其對流換熱面積為所示，其對流換熱面積為DFc 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)

12、發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-9單位長度單位長度圓管形圓管形導體的對流換熱面積導體的對流換熱面積 。當當24 90時，時，A =0.42，B =0.58，n =0.9。 當當0 24時，時，A=0.42，B =0.68 ，n =1.08；風向與導體不垂直的風向與導體不垂直的修正系數(shù)修正系數(shù) DFc nBA)(sin 2輻射換熱量的計算輻射換熱量的計算 根據(jù)斯蒂芬根據(jù)斯蒂芬玻爾茲曼定律，導體向周圍空氣輻射的熱量為：玻爾茲曼定律，導體向周圍空氣輻射的熱量為： 404w1002731002737 . 5FQ W 、0導體溫度和周圍空氣溫度（導體溫度和周圍空氣溫度（）； 導體材料的輻射系數(shù)（又稱黑度），磨光的表

13、面導體材料的輻射系數(shù)（又稱黑度），磨光的表面小，粗糙或涂漆的表面大；小，粗糙或涂漆的表面大；F單位長度導體的輻射換熱面積（單位長度導體的輻射換熱面積（m2/m）。）。 )(212AAF單條矩形導體的單條矩形導體的 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-10第三節(jié)第三節(jié) 導體的長期發(fā)熱與載流量導體的長期發(fā)熱與載流量 一、長期發(fā)熱的特點一、長期發(fā)熱的特點 依據(jù)能量守恒定律，導體發(fā)熱過程中一般的熱量平衡關系為：依據(jù)能量守恒定律，導體發(fā)熱過程中一般的熱量平衡關系為： cwsRQQQQQ 發(fā)熱量發(fā)熱量 = 導體升高溫度所需熱量導體升高溫度所需熱量 + 散熱量散熱量，即即 長期發(fā)熱的特點是導體產(chǎn)生的熱量與散

14、失的熱量相等，其長期發(fā)熱的特點是導體產(chǎn)生的熱量與散失的熱量相等，其溫度不再升高，能夠達到某一個穩(wěn)定溫度。不計太陽日照熱量，溫度不再升高，能夠達到某一個穩(wěn)定溫度。不計太陽日照熱量，導體長期發(fā)熱過程中的熱量平衡關系為：導體長期發(fā)熱過程中的熱量平衡關系為：cRQQQ 用一個總換熱系數(shù)來代替兩種換熱的作用用一個總換熱系數(shù)來代替兩種換熱的作用FQQRI)(0wc2 研究長期發(fā)熱的目的研究長期發(fā)熱的目的:計算導體的載流量計算導體的載流量 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-11在環(huán)境溫度在環(huán)境溫度0下，導體中通過電流下，導體中通過電流I I所引起導體升高的溫度所引起導體升高的溫度W為為RFRQQI)(0w

15、c )/(20wFRI 則在空氣溫度則在空氣溫度0下，使導體穩(wěn)定溫度等于下，使導體穩(wěn)定溫度等于W的容許電流值為的容許電流值為發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-12 導體的載流量：導體的載流量：在額定環(huán)境溫度在額定環(huán)境溫度0下，使導體的穩(wěn)定溫度正下，使導體的穩(wěn)定溫度正好為長期發(fā)熱最高允許溫度，即使好為長期發(fā)熱最高允許溫度，即使W =al的電流，稱為該的電流，稱為該0下的載流量（或長期允許電流），即下的載流量（或長期允許電流），即 二、導體的載流量二、導體的載流量 RFRQQI)(0alcal 計及日照影響時，屋外導體的載流量為：計及日照影響時，屋外導體的載流量為： RQQQIscal 上兩式將

16、限制導體長期工作電流的條件從溫度上兩式將限制導體長期工作電流的條件從溫度轉化為電流。轉化為電流。 我國生產(chǎn)的各類導體截面已標準化，有關部門已經(jīng)計算出我國生產(chǎn)的各類導體截面已標準化，有關部門已經(jīng)計算出其載流量，選用導體時只需查表即可。其載流量，選用導體時只需查表即可。 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-13將上兩式兩邊相除，可得出實際環(huán)境溫度為將上兩式兩邊相除，可得出實際環(huán)境溫度為時的載流量為時的載流量為 : : 當實際環(huán)境溫度當實際環(huán)境溫度與額定環(huán)境溫度與額定環(huán)境溫度0不同時，應對導體的載不同時，應對導體的載流量流量進行進行修正。修正。RFRQQI)(0alcal RFRQQI)(alcal

17、 0alalalal II 提高導體載流量的措施：提高導體載流量的措施：()減小導體電阻減小導體電阻 。用銅代替鋁；。用銅代替鋁；()增大導體的散熱面積。在相同截面下，矩形、槽形比圓形增大導體的散熱面積。在相同截面下，矩形、槽形比圓形導體的表面積大；導體的表面積大；發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-14解解 （1 1）計算單位長度的交流電阻）計算單位長度的交流電阻 查表查表5-15-1得，鋁導體溫度得，鋁導體溫度為為2020時的直流電阻率時的直流電阻率 mmmm2 2/m/m，電阻溫度系數(shù)，電阻溫度系數(shù) ()提高放熱系數(shù)。矩形導體豎放散熱效果好，屋內(nèi)導體提高放熱系數(shù)。矩形導體豎放散熱效果好，

18、屋內(nèi)導體(屋外屋外導體表面要光，不涂漆導體表面要光，不涂漆)表面涂漆可以提高輻射散熱量并用以識表面涂漆可以提高輻射散熱量并用以識別相序別相序(黃黃A、綠、綠B、紅、紅C)；()提高長期發(fā)熱最高允許溫度。在導體接觸面鍍提高長期發(fā)熱最高允許溫度。在導體接觸面鍍(搪搪)錫等。錫等。【例例5-1】計算屋內(nèi)配電裝置中】計算屋內(nèi)配電裝置中125mm8mm矩形導體的載流矩形導體的載流量，長期發(fā)熱最高允許溫度為量，長期發(fā)熱最高允許溫度為70，周圍空氣溫度為，周圍空氣溫度為25。 028. 0 0041. 0t -1，1000m長導體的直流電阻為長導體的直流電阻為 8125)2070(0041. 01 028.

19、 01000)20(1 1000wtdc SR =0.0337 由由 52.380337. 050dc Rf及及 625.1511258 hb發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-153dcsac100337. 008. 1 RKR3100364. 0 /m （2）對流換熱量）對流換熱量266. 0/mm)1000/821000/1252()(2221c AAFm2/m 對流換熱系數(shù)為對流換熱系數(shù)為 685. 5)2570(5 . 1)(5 . 135. 035. 00wc W/（m2） 對流換熱量為對流換熱量為 05.68W/m266. 0)2570(685. 5)(c0wcc FQ W/m

20、（3）輻射換熱量）輻射換熱量 ，查圖，查圖5-1曲線得曲線得 08. 1s K266. 0)(221 AAFm2/m 對流換熱面積為對流換熱面積為輻射換熱面積為輻射換熱面積為發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-16第四節(jié)第四節(jié) 導體的短時發(fā)熱導體的短時發(fā)熱 一、短時發(fā)熱最高溫度的計算一、短時發(fā)熱最高溫度的計算 短時發(fā)熱的特點短時發(fā)熱的特點:（1）發(fā)熱時間很短，電流比正常工作電流大的多，導體產(chǎn)生）發(fā)熱時間很短，電流比正常工作電流大的多，導體產(chǎn)生的熱量來不及散失到周圍介質(zhì)中去，全部用來使導體溫度升高，的熱量來不及散失到周圍介質(zhì)中去，全部用來使導體溫度升高，散熱量可以忽略不計。散熱量可以忽略不計。因

21、導體表面涂漆，取因?qū)w表面涂漆，取 95. 0 ，輻射換熱量為，輻射換熱量為 mW/77.85266. 047.322266. 0100252731007027395. 07 . 544 Q（4）導體的載流量）導體的載流量A2056100364. 077.8505.683cal RQQI豎放時為豎放時為研究短時發(fā)熱的目的研究短時發(fā)熱的目的:計算導體短時發(fā)熱的計算導體短時發(fā)熱的最高溫度。最高溫度。發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-17 導體短時發(fā)熱過程中的熱量平衡關系是：導體短時發(fā)熱過程中的熱量平衡關系是： 電阻損耗產(chǎn)生的熱量電阻損耗產(chǎn)生的熱量=導體的吸熱量，導體的吸熱量，即即wRQQ 短時發(fā)

22、熱過程中，導體的電阻和比熱容短時發(fā)熱過程中，導體的電阻和比熱容與溫度的函數(shù)關系為與溫度的函數(shù)關系為 SR1)1(0 )1(0 cc由熱平衡微分方程，得由熱平衡微分方程，得 dd2ktmctRi （2）在短時間內(nèi)，導體的溫度快速升高，其電阻和比熱容（溫）在短時間內(nèi)，導體的溫度快速升高，其電阻和比熱容（溫度變化度變化1，單位質(zhì)量物體吸熱量的變化量）不再是常數(shù)而是溫，單位質(zhì)量物體吸熱量的變化量）不再是常數(shù)而是溫度的函數(shù)。度的函數(shù)。發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-18ikt為為t時刻短路全電流瞬時值（時刻短路全電流瞬時值（A）；）； S為導體的截面積（為導體的截面積（m2）; w為導體材料的密度，

23、鋁為為導體材料的密度，鋁為2.7103kg/m3； 0 和和c c0分別分別為為導體在導體在0時的電阻率（時的電阻率（m）和導體在）和導體在0時時的比熱容的比熱容J/(kg)； 和和分別分別為為0 和和c c0的溫度系數(shù)（的溫度系數(shù)（-1）。）。 d)1(d1)1(0w02kt SctSi將導體的電阻和比熱容及將導體的電阻和比熱容及 代入得代入得Smw 其中：其中：發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-19 d11d10w02kt2 ctiS對上式兩邊積分，時間從對上式兩邊積分，時間從0到到 tk ，溫度對應從，溫度對應從i 升到升到f ，得，得 dctiSwt fik11d10002kt2 i

24、i20w0ff200)1ln()1ln( ccw將上式改寫為將上式改寫為 ifk21AAQS 其中其中tiQtdk02ktk Qk稱為短路電流熱效應，它是在稱為短路電流熱效應，它是在0到到 tk 時間內(nèi)，電阻為時間內(nèi)，電阻為1的導的導體中所放出的熱量體中所放出的熱量(單位為單位為 As)。 tk是短路切除時間。是短路切除時間。整理得整理得 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-20 ff200f)1ln( wcA ii200i)1ln( wcA可以看出：可以看出： Af和和Ai具有相同的函數(shù)關系，有關部門給出了常具有相同的函數(shù)關系，有關部門給出了常用材料的用材料的 = f (A)曲線，如圖曲線，

25、如圖5-5所示。所示。 短路終了時的短路終了時的A值為值為: k2if1QSAA )mmJ/(10)mJ/(10:A44416 的的單單位位發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-21其中，其中，短路電流非周期分量起始值短路電流非周期分量起始值 根據(jù)根據(jù) = f (A)曲線曲線計算短時發(fā)熱最計算短時發(fā)熱最高溫度的方法：高溫度的方法： （）由短路開始溫度（）由短路開始溫度i （短路前導體的工作溫度），查出（短路前導體的工作溫度），查出對應的對應的Ai值值 ；（）如已知短路電流熱效應（）如已知短路電流熱效應Qk ，可按式（，可按式（5-15）計算出）計算出Af ；（）再由（）再由Af查出短路終了溫度查

26、出短路終了溫度f ，即短時發(fā)熱最高溫度。，即短時發(fā)熱最高溫度。 如果如果f 0.1s發(fā)電機出口及母線發(fā)電機出口及母線0.150.2發(fā)電機升高電壓母線及出線發(fā)電機升高電壓母線及出線發(fā)電機電壓電抗器后發(fā)電機電壓電抗器后0.080.1變電站各級電壓母線及出線變電站各級電壓母線及出線0.05kt 當當tk 1s時，導體的發(fā)熱主要由周期分量熱效應時，導體的發(fā)熱主要由周期分量熱效應來決定，非周來決定，非周期分量熱效應可略去不計。期分量熱效應可略去不計。 kt(kA)s發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-26【例例5-2】某變電所匯流母線，采用矩形鋁導體，截面為】某變電所匯流母線，采用矩形鋁導體，截面為63

27、 mm8mm，集膚系數(shù)為，集膚系數(shù)為1.03 ，導體的正常工作溫度為，導體的正常工作溫度為50，短路切除時間為短路切除時間為2.6s，短路電流，短路電流kA8 .15 IkA9 .133 . 1 I，。，kA5 .126 . 2 I試計算導體的短路電流熱效應和短時發(fā)熱最高溫度。試計算導體的短路電流熱效應和短時發(fā)熱最高溫度。 解解 （1 1）短路電流熱效應）短路電流熱效應 s(kA)56.506s)(kA)5 .129 .13108 .15(126 . 2)10(12d22222222/2k02ptpkkk tttIIIttIQs(kA)482.12s(kA)8 .1505. 02222np T

28、IQs(kA)042.519s)(kA)482.1256.506(22nppk QQQ（2）短時發(fā)熱最高溫度）短時發(fā)熱最高溫度 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-27由導體的正常工作溫度為由導體的正常工作溫度為50，查圖查圖5-55-5曲線可得曲線可得Ai=0.41016J/（m4）。）。 )mJ/()008. 0063. 0(03. 110042.519104 . 0142616sk2if KQSAA)mJ/(1061. 0416 查圖查圖5-5曲線可得曲線可得f =80 2( h + b )時，時，Kf =1，故計算相間電動力時，故計算相間電動力時Kf 取取1；（2）對于圓管形導體）對于

29、圓管形導體Kf =1；（3）對于雙槽形導體）對于雙槽形導體Kf =1。發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-32發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-33二、三相導體短路的電動力二、三相導體短路的電動力 1. 三相短路電動力的計算三相短路電動力的計算 不計短路電流周期分量的衰減時的三相短路電流為不計短路電流周期分量的衰減時的三相短路電流為 sine)sin(AAmAa TttIi )32sin(e)32sin(AAmBa TttIi)32sin(e)32sin(AAmCa TttIi2mII 其中，其中， A A相短路電流的初相角；相短路電流的初相角； aT非周期分量衰減時間常數(shù)（非周期分量衰減時

30、間常數(shù)（s）。）。 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-34 布置在同一平面的三相導體的短路電動力的計算布置在同一平面的三相導體的短路電動力的計算: 利用兩平利用兩平行導體的電動力計算公式與力的合成。行導體的電動力計算公式與力的合成。 布置在同一平面的導體三相布置在同一平面的導體三相短路時，外邊相（短路時，外邊相（A相或相或C相）受相）受力情況一樣，故只需分析中間相（力情況一樣，故只需分析中間相（B相）和外邊相（相）和外邊相（A相或相或C相）相）兩種情況。兩種情況。 在假定電流正方向下，在假定電流正方向下，由兩平行導體間的電動力計算公式可由兩平行導體間的電動力計算公式可得作用在中間相（得作用在

31、中間相（B相）的電動力為：相）的電動力為： )(102CBAB7BCBABiiiiaLFFF 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-35將式（將式（5-23）中的三相短路電流代入式（）中的三相短路電流代入式（5-24），經(jīng)三角公式），經(jīng)三角公式進行變換，得進行變換，得 )322sin(23)32sin(e3)32sin(e23102AAA22m7Baa ttIaLFTtTt 在假定電流正方向下，在假定電流正方向下，由兩平行導體間的電動力計算公式可由兩平行導體間的電動力計算公式可得作用在外邊相（得作用在外邊相（A相或相或C相）的電動力為相）的電動力為 )21(102CABA7ACABAiiiiaL

32、FFF 將式（將式（5-23）中的三相短路電流代入式（）中的三相短路電流代入式（5-26），經(jīng)三角公式），經(jīng)三角公式進行變換，得進行變換，得 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-36 )622cos(43e)62cos(23cos43e)62cos(438383102AA2A2m7Aaa tttIaLFTtTt 三相短路時，三相短路時， FB有三個分量有三個分量組成，如圖組成，如圖5-10所示，所示， 即即:1) 按按Ta /2衰減的非周期分量；衰減的非周期分量；2) 按按Ta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。 FA有四個分量組成有四個分量組成，

33、多了一，多了一個固定分量。個固定分量。發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-37將臨界初相角將臨界初相角 =75， 代入式（代入式（5-25），得），得 臨界初相角臨界初相角 為為75，165，255和和345等時。等時。 2三相系統(tǒng)電動力的最大值三相系統(tǒng)電動力的最大值 （1）三相短路的最大電動力）三相短路的最大電動力 三相短路的電動力能否達到最大值，與短路發(fā)生瞬間的短路電三相短路的電動力能否達到最大值，與短路發(fā)生瞬間的短路電流初相角有關，使電動力為最大的短路電流初相角稱為臨界初流初相角有關，使電動力為最大的短路電流初相角稱為臨界初相角。相角。 在短路發(fā)生瞬間，在短路發(fā)生瞬間， FB中的非周期分

34、量為最大時，中的非周期分量為最大時， FB才會出才會出現(xiàn)最大值現(xiàn)最大值 。此時。此時1)32sin(A )21(32A n 即即 A sT05. 0a A ttIaLFtt 2cos23cose3e2310205. 005. 022m7B，n為正整數(shù)為正整數(shù) 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-38 在短路發(fā)生瞬間，在短路發(fā)生瞬間， FA中中的固定分量與非周期分量之和為最的固定分量與非周期分量之和為最大大時，時， FA才會出現(xiàn)最大值才會出現(xiàn)最大值 。此時。此時1)62cos(A 即即 )12(62A n 臨界初相角臨界初相角 為為75和和255等時。等時。 A 將臨界初相角將臨界初相角 =75

35、， 代入式（代入式（5-27），得），得 sT05. 0a A ttIaLFtt 2cos43cose4323e83238310205. 005. 022m7A 三相短路的最大電動力三相短路的最大電動力 滿足臨界初相角條件的電動力，在滿足臨界初相角條件的電動力，在t=0.01s時刻，衰減的工時刻，衰減的工頻分量和兩倍工頻分量出現(xiàn)最大值，且都與非周期分量同方向，頻分量和兩倍工頻分量出現(xiàn)最大值，且都與非周期分量同方向， FB和和FA出現(xiàn)最大值。出現(xiàn)最大值。，n為正整數(shù)為正整數(shù) 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-39將將t=0.01s和和Im = ish /1.82代入，得代入，得B相最大電動力：

36、相最大電動力： 2sh7maxB1073. 1iaLF A相最大電動力：相最大電動力： 2sh7maxA10616. 1iaLF 可見，三相短路時，中間相所受電動力最大?？梢?，三相短路時，中間相所受電動力最大。 （2）三相短路最大電動力與兩相短路電動力的比較）三相短路最大電動力與兩相短路電動力的比較 23)2(II sh)2(sh23ii 由于由于，故兩相短路時的沖擊電流為，故兩相短路時的沖擊電流為，由兩平行導體電動力計算公式可得，由兩平行導體電動力計算公式可得 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-402sh72sh72)2(sh7)2(max105 . 1)23(102102iaLiaLia

37、LF 結論：結論：三相短路時，中間相所受電動力最大，最大電動力為三相短路時，中間相所受電動力最大，最大電動力為2sh7max1073. 1iaLF 在電動力計算中，電流的單位為在電動力計算中，電流的單位為A，長度單位為，長度單位為m，電動，電動力的單位為力的單位為N。發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-413導體共振對電動力的影響導體共振對電動力的影響 (1) 硬導體、支持絕緣子及固定絕緣子的支架組成一個可以振硬導體、支持絕緣子及固定絕緣子的支架組成一個可以振動的彈性系統(tǒng)。動的彈性系統(tǒng)。 自由振動或固有振動自由振動或固有振動：在初始外力擾動消失后，除受阻力：在初始外力擾動消失后，除受阻力外，彎

38、曲的導體系統(tǒng)在自身彈性恢復力的作用下，以一定頻外，彎曲的導體系統(tǒng)在自身彈性恢復力的作用下，以一定頻率在其平衡位置兩側發(fā)生的往復運動。率在其平衡位置兩側發(fā)生的往復運動。 自振頻率或固有頻率自振頻率或固有頻率：自由振動的頻率，由系統(tǒng)結構和材：自由振動的頻率，由系統(tǒng)結構和材料決定。料決定。 強迫振動強迫振動：導體在周期性短路電動力的持續(xù)作用下而發(fā)生：導體在周期性短路電動力的持續(xù)作用下而發(fā)生的振動。的振動。 機械共振機械共振：強迫振動的頻率接近或等于導體系統(tǒng)的自振頻：強迫振動的頻率接近或等于導體系統(tǒng)的自振頻率時，將發(fā)生機械共振，其振幅特別大，導致材料的應力增率時，將發(fā)生機械共振，其振幅特別大，導致材料

39、的應力增加，有可能使導體及支持絕緣子損壞。加，有可能使導體及支持絕緣子損壞。(2) 出現(xiàn)共振的頻率：由于電動力中有工頻（出現(xiàn)共振的頻率：由于電動力中有工頻（50Hz）和兩倍）和兩倍工頻工頻(100Hz)兩個分量，故當導體系統(tǒng)的自振頻率接近這兩個兩個分量，故當導體系統(tǒng)的自振頻率接近這兩個頻率之一時，就會出現(xiàn)共振現(xiàn)象。頻率之一時，就會出現(xiàn)共振現(xiàn)象。發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-42(3) 對于重要回路，如發(fā)電機、主變壓器回路及配電裝置中的匯對于重要回路，如發(fā)電機、主變壓器回路及配電裝置中的匯流母線等，需要考慮共振的影響。流母線等，需要考慮共振的影響。 工程上常采用工程上常采用“振動系數(shù)法振動系數(shù)法”來考慮共振的影響。來考慮共振的影響。 1) 計算硬導體系統(tǒng)的一階固有頻率計算硬導體系統(tǒng)的一階固有頻率 導體