常用計(jì)算基本理論

1、常用計(jì)算基本理論常用計(jì)算基本理論本章學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容本章學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容n載流導(dǎo)體的發(fā)熱理論載流導(dǎo)體的發(fā)熱理論 n電動(dòng)力理論電動(dòng)力理論 n電氣設(shè)備及主接線的可靠性分電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析析n主接線方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析主接線方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 載流導(dǎo)體的發(fā)熱理論載流導(dǎo)體的發(fā)熱理論n發(fā)熱對(duì)電氣設(shè)備的影響發(fā)熱對(duì)電氣設(shè)備的影響n長(zhǎng)期發(fā)熱和短路時(shí)發(fā)熱的特點(diǎn)長(zhǎng)期發(fā)熱和短路時(shí)發(fā)熱的特點(diǎn)n導(dǎo)體載流量和短路時(shí)發(fā)熱溫度的計(jì)算導(dǎo)體載流量和短路時(shí)發(fā)熱溫度的計(jì)算方法及應(yīng)用方法及應(yīng)用n大電流導(dǎo)體附近的鋼構(gòu)發(fā)熱問(wèn)題及解大電流導(dǎo)體附近的鋼構(gòu)發(fā)熱問(wèn)題及解決辦法決辦法n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)算電動(dòng)

2、力理論電動(dòng)力理論n兩平行載流導(dǎo)體上受到的電動(dòng)力及其計(jì)兩平行載流導(dǎo)體上受到的電動(dòng)力及其計(jì)算算n三相導(dǎo)體短路時(shí)的受力情況進(jìn)行分析及三相導(dǎo)體短路時(shí)的受力情況進(jìn)行分析及最大短路電動(dòng)力計(jì)算最大短路電動(dòng)力計(jì)算n導(dǎo)體振動(dòng)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力分析及計(jì)算導(dǎo)體振動(dòng)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力分析及計(jì)算n分相封閉母線的電動(dòng)力計(jì)算分相封閉母線的電動(dòng)力計(jì)算3.1 概概 述述運(yùn)行中的電氣設(shè)備發(fā)熱的致因運(yùn)行中的電氣設(shè)備發(fā)熱的致因 1.1.載流導(dǎo)體的電阻損耗；載流導(dǎo)體的電阻損耗； 2.2.載流導(dǎo)體周圍金屬構(gòu)件處于交變磁場(chǎng)中所產(chǎn)生載流導(dǎo)體周圍金屬構(gòu)件處于交變磁場(chǎng)中所產(chǎn)生的磁滯和渦流損耗；的磁滯和渦流損耗； 3.3.絕緣材料內(nèi)部的介質(zhì)損耗等。絕緣材料內(nèi)部的

3、介質(zhì)損耗等。 這些損耗都將轉(zhuǎn)變成熱量使電氣設(shè)備的溫度升高。這些損耗都將轉(zhuǎn)變成熱量使電氣設(shè)備的溫度升高。（即電器元件、設(shè)備在工作中都有熱損耗。熱源（即電器元件、設(shè)備在工作中都有熱損耗。熱源 P（W）能耗）能耗 （零部件的）（零部件的） 溫度升高溫度升高 ）電氣設(shè)備發(fā)熱的分類電氣設(shè)備發(fā)熱的分類1.1.長(zhǎng)期發(fā)熱長(zhǎng)期發(fā)熱由正常工作電流由正常工作電流產(chǎn)生的；產(chǎn)生的；2.2.短時(shí)發(fā)熱短時(shí)發(fā)熱由故障時(shí)的短路由故障時(shí)的短路電流產(chǎn)生的。電流產(chǎn)生的。、發(fā)熱對(duì)電氣設(shè)備的影響、發(fā)熱對(duì)電氣設(shè)備的影響n發(fā)熱引起的主要問(wèn)題：使材料的物理、化學(xué)發(fā)熱引起的主要問(wèn)題：使材料的物理、化學(xué)性能起變化，機(jī)械性能和電氣性能下降，最性能起

4、變化，機(jī)械性能和電氣性能下降，最后導(dǎo)致電器設(shè)備的工作故障，甚至造成嚴(yán)重后導(dǎo)致電器設(shè)備的工作故障，甚至造成嚴(yán)重事故。事故。n具體地說(shuō)：具體地說(shuō)：1.1.使絕緣材料的絕緣性能降低使絕緣材料的絕緣性能降低n有機(jī)絕緣材料長(zhǎng)期受到高溫作用，將逐漸有機(jī)絕緣材料長(zhǎng)期受到高溫作用，將逐漸老化，以致失去彈性和降低絕緣性能。老化，以致失去彈性和降低絕緣性能。n絕緣材料老化的速度與使用時(shí)的溫度有關(guān)。絕緣材料老化的速度與使用時(shí)的溫度有關(guān)。n因此，對(duì)不同等級(jí)的絕緣材料，根據(jù)其耐因此，對(duì)不同等級(jí)的絕緣材料，根據(jù)其耐熱的性能和使用年限的要求，應(yīng)規(guī)定相應(yīng)熱的性能和使用年限的要求，應(yīng)規(guī)定相應(yīng)使用溫度。使用溫度。n在使用過(guò)程中如

5、超過(guò)這一溫度，絕緣材料在使用過(guò)程中如超過(guò)這一溫度，絕緣材料將將 加速老化，大大縮短使用壽命。加速老化，大大縮短使用壽命。2.2.使金屬材料的機(jī)械強(qiáng)度下降使金屬材料的機(jī)械強(qiáng)度下降n當(dāng)使用溫度超過(guò)規(guī)定允許值后，由于退當(dāng)使用溫度超過(guò)規(guī)定允許值后，由于退火，金屬材料機(jī)械強(qiáng)度將顯著下降?；?，金屬材料機(jī)械強(qiáng)度將顯著下降。 例如當(dāng)長(zhǎng)期發(fā)熱溫度超過(guò)：例如當(dāng)長(zhǎng)期發(fā)熱溫度超過(guò)：l00l000 0C C（鋁）（鋁） 1501500 0C C（銅）（銅） 或短時(shí)發(fā)熱溫度超過(guò)：或短時(shí)發(fā)熱溫度超過(guò)：2002000 0C C（鋁）（鋁） 2502500 0C C（銅）時(shí)，（銅）時(shí)，其抗拉強(qiáng)度顯著下降，因而可能在短路其抗拉強(qiáng)

6、度顯著下降，因而可能在短路電動(dòng)力的作用下變形或損壞。電動(dòng)力的作用下變形或損壞。3.3.使導(dǎo)體接觸部分的接觸電阻增加使導(dǎo)體接觸部分的接觸電阻增加n當(dāng)發(fā)熱溫度超過(guò)一定值時(shí)，接觸部當(dāng)發(fā)熱溫度超過(guò)一定值時(shí)，接觸部分的彈性元件就會(huì)因退火而壓力降分的彈性元件就會(huì)因退火而壓力降低，同時(shí)發(fā)熱使導(dǎo)體表面氧化，產(chǎn)低，同時(shí)發(fā)熱使導(dǎo)體表面氧化，產(chǎn)生電阻率很高的氧化層（銀的氧化生電阻率很高的氧化層（銀的氧化層電阻不大），使接觸電阻增加，層電阻不大），使接觸電阻增加，引起接觸部分溫度繼續(xù)升高，將會(huì)引起接觸部分溫度繼續(xù)升高，將會(huì)產(chǎn)生惡性循環(huán)，破壞正常工作狀態(tài)。產(chǎn)生惡性循環(huán)，破壞正常工作狀態(tài)。保證導(dǎo)體可靠地工作最高允許溫度保

7、證導(dǎo)體可靠地工作最高允許溫度n為了保證電器設(shè)備在工作年限內(nèi)可靠工作，為了保證電器設(shè)備在工作年限內(nèi)可靠工作，必須限制各種材料的發(fā)熱溫度，使其不超過(guò)必須限制各種材料的發(fā)熱溫度，使其不超過(guò)一定數(shù)值，這個(gè)溫度就是最高允許發(fā)熱一定數(shù)值，這個(gè)溫度就是最高允許發(fā)熱 溫度，溫度，簡(jiǎn)稱最高允許溫度簡(jiǎn)稱最高允許溫度 a 。材料不同，作用不同，材料不同，作用不同，允許的允許的 a不同；不同；n周圍空氣溫度周圍空氣溫度 0；n零部件溫度零部件溫度 0；溫升；溫升 0；n按標(biāo)準(zhǔn)按標(biāo)準(zhǔn) 0取最不利的情況：取最不利的情況：+401.1.導(dǎo)體正常工作時(shí)最高允許溫導(dǎo)體正常工作時(shí)最高允許溫n一般不超過(guò)一般不超過(guò)70 0C；n在計(jì)

8、及太陽(yáng)輻射（日照）的影響時(shí)：在計(jì)及太陽(yáng)輻射（日照）的影響時(shí)：鋼芯鋁絞線及管形導(dǎo)體，可按不超過(guò)鋼芯鋁絞線及管形導(dǎo)體，可按不超過(guò)80來(lái)考來(lái)考 慮；慮；n當(dāng)導(dǎo)體接觸面處有鍍（搪）錫的可靠覆當(dāng)導(dǎo)體接觸面處有鍍（搪）錫的可靠覆蓋層時(shí)：允許提高到蓋層時(shí)：允許提高到85 0C；n當(dāng)有銀的覆蓋層時(shí)：當(dāng)有銀的覆蓋層時(shí)： 可提高到可提高到95。2.2.導(dǎo)體通過(guò)短路電流時(shí)最高允許溫度導(dǎo)體通過(guò)短路電流時(shí)最高允許溫度n硬鋁及鋁錳合金硬鋁及鋁錳合金 可取可取2000C，n硬銅硬銅 可取可取300 0C ?？梢姸虝r(shí)最高允許溫度可高于正?？梢姸虝r(shí)最高允許溫度可高于正常最高允許溫度最高允許溫度導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱計(jì)算導(dǎo)體的發(fā)熱和散

9、熱計(jì)算根據(jù)能量守恒原理有熱平衡式：根據(jù)能量守恒原理有熱平衡式：導(dǎo)體的（發(fā)熱量散熱量）使導(dǎo)體溫度升高的熱量導(dǎo)體的（發(fā)熱量散熱量）使導(dǎo)體溫度升高的熱量n求解長(zhǎng)期發(fā)熱所對(duì)應(yīng)的熱平衡式，即可得：求解長(zhǎng)期發(fā)熱所對(duì)應(yīng)的熱平衡式，即可得： 1.1.長(zhǎng)期發(fā)熱的溫升及其過(guò)程；長(zhǎng)期發(fā)熱的溫升及其過(guò)程；2.2.導(dǎo)體的允許載流量導(dǎo)體的允許載流量n求解短時(shí)發(fā)熱所對(duì)應(yīng)的熱平衡式，即可得：求解短時(shí)發(fā)熱所對(duì)應(yīng)的熱平衡式，即可得： 1.1.短時(shí)發(fā)熱的最高溫度短時(shí)發(fā)熱的最高溫度h h；2.2. 與短時(shí)發(fā)熱量相對(duì)應(yīng)與短時(shí)發(fā)熱量相對(duì)應(yīng)（成比例）的短路熱效應(yīng)（成比例）的短路熱效應(yīng)QQk k。因此需對(duì)熱平衡式中的各發(fā)熱量、散熱量進(jìn)行計(jì)算

10、。因此需對(duì)熱平衡式中的各發(fā)熱量、散熱量進(jìn)行計(jì)算。1.導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱n導(dǎo)體的發(fā)熱：導(dǎo)體的發(fā)熱： 來(lái)自導(dǎo)體電阻損耗的熱量。來(lái)自導(dǎo)體電阻損耗的熱量。n熱量的耗散有：熱量的耗散有： 對(duì)流、輻射、導(dǎo)熱三種形對(duì)流、輻射、導(dǎo)熱三種形式。式。2.導(dǎo)體溫度的升高及熱平衡式導(dǎo)體溫度的升高及熱平衡式在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)：在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)：n若若 導(dǎo)體電阻損耗的熱量吸收太陽(yáng)熱量導(dǎo)體電阻損耗的熱量吸收太陽(yáng)熱量 導(dǎo)體輻射散熱量空氣對(duì)流散熱量導(dǎo)體輻射散熱量空氣對(duì)流散熱量則導(dǎo)體不會(huì)有溫升（導(dǎo)體溫度與環(huán)境溫則導(dǎo)體不會(huì)有溫升（導(dǎo)體溫度與環(huán)境溫度相等）。度相等）。 （由于空氣導(dǎo)熱量很小，因此裸導(dǎo)體對(duì)空（由于空氣導(dǎo)熱量很小，因

11、此裸導(dǎo)體對(duì)空氣的導(dǎo)熱可略去不計(jì)）。氣的導(dǎo)熱可略去不計(jì)）。n若若 發(fā)熱量之和發(fā)熱量之和散熱量之和，則導(dǎo)體溫散熱量之和，則導(dǎo)體溫度升高（高于環(huán)境溫度）。度升高（高于環(huán)境溫度）。當(dāng)通電導(dǎo)體溫度不升高時(shí)有如下當(dāng)通電導(dǎo)體溫度不升高時(shí)有如下熱平衡式熱平衡式：（1 1）通電導(dǎo)體電阻損耗的熱量）通電導(dǎo)體電阻損耗的熱量Q QR R計(jì)算計(jì)算常用電工材料的電阻率及電阻溫度系數(shù)如常用電工材料的電阻率及電阻溫度系數(shù)如表表3 3一一1 1所示。所示。導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)n 導(dǎo)體的集膚效導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)與電流的應(yīng)系數(shù)與電流的頻率、導(dǎo)體的形頻率、導(dǎo)體的形狀和尺寸有關(guān)。狀和尺寸有關(guān)。n矩形截面導(dǎo)體的矩形截面導(dǎo)

12、體的集膚效應(yīng)系數(shù)，集膚效應(yīng)系數(shù)，如圖如圖3 3一一1 1所示。所示。導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)2 2n圓柱及圓管導(dǎo)體圓柱及圓管導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)，的集膚效應(yīng)系數(shù)，如圖如圖3 3一一2 2所示。所示。圖中圖中f f為電源頻為電源頻率，率，R Rdcdc, ,為為100m100m長(zhǎng)導(dǎo)體的直流電長(zhǎng)導(dǎo)體的直流電阻。阻。（2 2）導(dǎo)體吸收太陽(yáng)輻射的熱量）導(dǎo)體吸收太陽(yáng)輻射的熱量QtQt計(jì)算計(jì)算（3 3）導(dǎo)體對(duì)流散熱量）導(dǎo)體對(duì)流散熱量Q Ql l計(jì)算計(jì)算1 1）自然對(duì)流散熱系數(shù)）自然對(duì)流散熱系數(shù)2 2）強(qiáng)迫對(duì)流散熱系數(shù)）強(qiáng)迫對(duì)流散熱系數(shù)單位長(zhǎng)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)。單位長(zhǎng)度

13、導(dǎo)體的散熱面積與導(dǎo)體尺寸、布置方式等因素有關(guān)。導(dǎo)體片（條）間距離越近，對(duì)流條件就越差，故有效面積應(yīng)導(dǎo)體片（條）間距離越近，對(duì)流條件就越差，故有效面積應(yīng)相應(yīng)減小。相應(yīng)減小。以下是幾種常用導(dǎo)體（如圖以下是幾種常用導(dǎo)體（如圖3 3一一3 3所示）的對(duì)流散熱面積。所示）的對(duì)流散熱面積。a.a.單條導(dǎo)體的散熱面積單條導(dǎo)體的散熱面積b.b.二條導(dǎo)體的散熱面積二條導(dǎo)體的散熱面積c.c.三條導(dǎo)體的散熱面積三條導(dǎo)體的散熱面積d.d.槽形導(dǎo)體的散熱面積槽形導(dǎo)體的散熱面積e.e.圓管形導(dǎo)體的散熱面積圓管形導(dǎo)體的散熱面積（4 4）導(dǎo)體輻射散熱量）導(dǎo)體輻射散熱量QfQf的計(jì)算的計(jì)算導(dǎo)體材料的輻射系數(shù)導(dǎo)體材料的輻射系數(shù)單

14、條導(dǎo)體輻射表面積單條導(dǎo)體輻射表面積兩條導(dǎo)體輻射表面積兩條導(dǎo)體輻射表面積三條導(dǎo)體、槽形導(dǎo)體導(dǎo)體的輻射表面積三條導(dǎo)體、槽形導(dǎo)體導(dǎo)體的輻射表面積（5 5）導(dǎo)熱散熱量）導(dǎo)熱散熱量Q Qd d的計(jì)算的計(jì)算3.2 導(dǎo)體正常運(yùn)行時(shí)的（長(zhǎng)期）發(fā)熱與短導(dǎo)體正常運(yùn)行時(shí)的（長(zhǎng)期）發(fā)熱與短路時(shí)的（短時(shí)）發(fā)熱計(jì)算路時(shí)的（短時(shí)）發(fā)熱計(jì)算長(zhǎng)期發(fā)熱計(jì)算長(zhǎng)期發(fā)熱計(jì)算短時(shí)發(fā)熱計(jì)算短時(shí)發(fā)熱計(jì)算通過(guò)長(zhǎng)期發(fā)熱計(jì)算的學(xué)習(xí)應(yīng)掌握通過(guò)長(zhǎng)期發(fā)熱計(jì)算的學(xué)習(xí)應(yīng)掌握的內(nèi)容的內(nèi)容1.1.導(dǎo)體正常工作時(shí)的溫升計(jì)算導(dǎo)體正常工作時(shí)的溫升計(jì)算 長(zhǎng)期發(fā)熱的特點(diǎn)長(zhǎng)期發(fā)熱的特點(diǎn)2.2.導(dǎo)體載流量的計(jì)算導(dǎo)體載流量的計(jì)算3.3.大電流附近的鋼構(gòu)發(fā)熱大電流附近的鋼構(gòu)發(fā)熱

15、4.4.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)算通過(guò)短時(shí)發(fā)熱計(jì)算的學(xué)習(xí)應(yīng)掌握通過(guò)短時(shí)發(fā)熱計(jì)算的學(xué)習(xí)應(yīng)掌握的內(nèi)容的內(nèi)容1.1.計(jì)算短時(shí)發(fā)熱的目的計(jì)算短時(shí)發(fā)熱的目的2.2.導(dǎo)體短路時(shí)的發(fā)熱過(guò)程分析導(dǎo)體短路時(shí)的發(fā)熱過(guò)程分析3.3.短路電流熱效應(yīng)的計(jì)算短路電流熱效應(yīng)的計(jì)算長(zhǎng)期發(fā)熱計(jì)算長(zhǎng)期發(fā)熱計(jì)算1.1.導(dǎo)體正常工作時(shí)的溫升計(jì)算導(dǎo)體正常工作時(shí)的溫升計(jì)算 熱平衡式：熱平衡式： QcQcQ QR R（Q Ql lQ Qf f） 或或 Q QR R QcQc Q Ql lQ Qf f （3 31212） （Q Ql lQ Qf f）w w（w w0 0）F F 式中式中 FF導(dǎo)體的散熱面積，導(dǎo)

16、體的散熱面積，m m2 2 w w對(duì)流、輻射復(fù)合散熱總散熱系對(duì)流、輻射復(fù)合散熱總散熱系數(shù)。數(shù)。熱平衡式（熱平衡式（3 31212）的求解與分析）的求解與分析長(zhǎng)期發(fā)熱的特點(diǎn)長(zhǎng)期發(fā)熱的特點(diǎn)2.2.導(dǎo)體載流量的計(jì)算導(dǎo)體載流量的計(jì)算 提高導(dǎo)體的載流量措施提高導(dǎo)體的載流量措施當(dāng)導(dǎo)體的材料、尺寸、散熱條件確定之后，導(dǎo)體當(dāng)導(dǎo)體的材料、尺寸、散熱條件確定之后，導(dǎo)體的載流量亦隨之確定。的載流量亦隨之確定。增加（增加（320）、（）、（321）式的分子，減小其）式的分子，減小其分母可提高導(dǎo)體的載流量：分母可提高導(dǎo)體的載流量：n采用電阻率小的材料，如鋁、鋁合金等。采用電阻率小的材料，如鋁、鋁合金等。n在同樣截面積的

17、條件下，采用表面積較大得導(dǎo)在同樣截面積的條件下，采用表面積較大得導(dǎo)體的形狀（圓形導(dǎo)體的表面積較小，而矩形、體的形狀（圓形導(dǎo)體的表面積較小，而矩形、槽形的表面積則較大）。槽形的表面積則較大）。n導(dǎo)體布置應(yīng)采取散熱效果最佳的方式（而矩形導(dǎo)體布置應(yīng)采取散熱效果最佳的方式（而矩形截面導(dǎo)體豎放的散熱效果比平放的要好）。截面導(dǎo)體豎放的散熱效果比平放的要好）。3.3.大電流附近的鋼構(gòu)發(fā)熱大電流附近的鋼構(gòu)發(fā)熱n剛構(gòu)發(fā)熱的原因：磁滯、渦流損耗。剛構(gòu)發(fā)熱的原因：磁滯、渦流損耗。n導(dǎo)體電流大于導(dǎo)體電流大于3000A時(shí)，附近的的措施時(shí)，附近的的措施不容忽視。不容忽視。n鋼構(gòu)發(fā)熱可能引起的不良后果。鋼構(gòu)發(fā)熱可能引起的不

18、良后果。n減少的措施的措施：減少的措施的措施：P64P64鋼構(gòu)發(fā)熱可能引起的不良后果鋼構(gòu)發(fā)熱可能引起的不良后果n使材料產(chǎn)生熱應(yīng)力而引起變形。使材料產(chǎn)生熱應(yīng)力而引起變形。n使接觸連接損壞。使接觸連接損壞。n混凝土中的鋼筋受熱膨脹，會(huì)使混凝土混凝土中的鋼筋受熱膨脹，會(huì)使混凝土發(fā)生裂縫。發(fā)生裂縫。 鋼構(gòu)發(fā)熱的最高允許溫度規(guī)定：鋼構(gòu)發(fā)熱的最高允許溫度規(guī)定：n人可觸及的鋼構(gòu)為人可觸及的鋼構(gòu)為7070o oC C ；n人不可觸及的鋼構(gòu)為人不可觸及的鋼構(gòu)為100100o oC C ；n混凝土中的鋼筋為混凝土中的鋼筋為8080o oC C 。減少鋼構(gòu)熱損耗和發(fā)熱的常用減少鋼構(gòu)熱損耗和發(fā)熱的常用措施措施1 1n

19、（1 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 使磁場(chǎng)強(qiáng)度減弱，因而可降低渦流使磁場(chǎng)強(qiáng)度減弱，因而可降低渦流和磁滯損耗。和磁滯損耗。 n（2 2）斷開鋼構(gòu)回路，并加上絕緣墊）斷開鋼構(gòu)回路，并加上絕緣墊 消除環(huán)流。消除環(huán)流。減少鋼構(gòu)熱損耗和發(fā)熱的常用減少鋼構(gòu)熱損耗和發(fā)熱的常用措施措施2 2n（3 3）采用電磁屏蔽）采用電磁屏蔽 在磁場(chǎng)強(qiáng)度在磁場(chǎng)強(qiáng)度H H最大的部位套上短路環(huán)（鋁環(huán)或最大的部位套上短路環(huán)（鋁環(huán)或銅環(huán)），利用短路環(huán)中感應(yīng)電流的去磁作用以降銅環(huán)），利用短路環(huán)中感應(yīng)電流的去磁作用以降低導(dǎo)體的磁場(chǎng)，如圖低導(dǎo)體的磁場(chǎng)，如圖3 3一一6 6所示；所示； 在導(dǎo)體與鋼構(gòu)之間安置屏蔽柵

20、，柵中的電流在導(dǎo)體與鋼構(gòu)之間安置屏蔽柵，柵中的電流亦可使磁場(chǎng)削弱。亦可使磁場(chǎng)削弱。n（4 4）采用分相封閉母線。）采用分相封閉母線。 如圖如圖3 3一一7 7所示，每相母線分別用鋁質(zhì)外殼包所示，每相母線分別用鋁質(zhì)外殼包住，外殼上的渦流和環(huán)流能起雙重屏蔽作用，殼住，外殼上的渦流和環(huán)流能起雙重屏蔽作用，殼內(nèi)和殼外磁場(chǎng)均大大降低，從而使附近鋼構(gòu)發(fā)熱內(nèi)和殼外磁場(chǎng)均大大降低，從而使附近鋼構(gòu)發(fā)熱得到較好改善。得到較好改善。4.4.大電流封閉母線運(yùn)行溫度的大電流封閉母線運(yùn)行溫度的計(jì)算計(jì)算（1 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（2 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

21、溫度的計(jì)算（1 1）大電流封閉母線的發(fā)熱和散）大電流封閉母線的發(fā)熱和散熱熱1 1）封閉母線的發(fā)熱）封閉母線的發(fā)熱母線導(dǎo)體的發(fā)熱損耗計(jì)算母線導(dǎo)體的發(fā)熱損耗計(jì)算母線外殼的發(fā)熱損耗計(jì)算母線外殼的發(fā)熱損耗計(jì)算2 2）封閉母線的散熱）封閉母線的散熱母線的散熱量計(jì)算母線的散熱量計(jì)算外殼的散熱量計(jì)算外殼的散熱量計(jì)算封閉母線及其結(jié)構(gòu)封閉母線及其結(jié)構(gòu)n發(fā)變組之間的引出線采用敞露式，容易發(fā)變組之間的引出線采用敞露式，容易受到外界的影響，如表面積灰和發(fā)生相間受到外界的影響，如表面積灰和發(fā)生相間短路等，使運(yùn)行可靠性降低。短路等，使運(yùn)行可靠性降低。n我國(guó)我國(guó)2020萬(wàn)一萬(wàn)一9090萬(wàn)萬(wàn)kWkW機(jī)組的母線，已廣泛采機(jī)組的

22、母線，已廣泛采用全連式分相封閉母線，稱為大電流封閉用全連式分相封閉母線，稱為大電流封閉母線。母線。n全連式分相封閉母線結(jié)構(gòu)：母線由鋁管制全連式分相封閉母線結(jié)構(gòu)：母線由鋁管制成，每相母線各封裝在單獨(dú)的外殼內(nèi)，外成，每相母線各封裝在單獨(dú)的外殼內(nèi)，外殼兩端用短路板連接起來(lái)。其結(jié)構(gòu)參見圖殼兩端用短路板連接起來(lái)。其結(jié)構(gòu)參見圖3 3一一8 8所示所示分相封閉母線的優(yōu)、缺點(diǎn)分相封閉母線的優(yōu)、缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：n運(yùn)行可靠性高運(yùn)行可靠性高 因母線置于外殼中，能因母線置于外殼中，能防止相間短路，而且外殼多點(diǎn)接地，可保防止相間短路，而且外殼多點(diǎn)接地，可保障人體接觸時(shí)的安全；障人體接觸時(shí)的安全；n短路時(shí)母線相間的電動(dòng)

23、力大大降低短路時(shí)母線相間的電動(dòng)力大大降低 由于由于外殼渦流和環(huán)流的屏蔽作用，使殼內(nèi)磁場(chǎng)外殼渦流和環(huán)流的屏蔽作用，使殼內(nèi)磁場(chǎng)減弱，減小短路電動(dòng)力有明顯的效果；減弱，減小短路電動(dòng)力有明顯的效果；n殼外磁場(chǎng)因外殼電流的屏蔽作用而減弱殼外磁場(chǎng)因外殼電流的屏蔽作用而減弱 可較好改善母線附近鋼構(gòu)的發(fā)熱；可較好改善母線附近鋼構(gòu)的發(fā)熱；n安裝和維護(hù)工作量均小。安裝和維護(hù)工作量均小。分相封閉母線的優(yōu)、缺點(diǎn)分相封閉母線的優(yōu)、缺點(diǎn)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：n母線散熱條件較差；母線散熱條件較差；n外殼上產(chǎn)生損耗；外殼上產(chǎn)生損耗；n金屬消耗量增加金屬消耗量增加。1 1）封閉母線的發(fā)熱）封閉母線的發(fā)熱2 2）封閉母線的散熱）封閉母線的

24、散熱（2 2）大電流封閉母線運(yùn)行溫度的計(jì)）大電流封閉母線運(yùn)行溫度的計(jì)算算n根據(jù)前述的封閉母線的發(fā)熱和散熱根據(jù)前述的封閉母線的發(fā)熱和散熱計(jì)算式，列出熱平衡方程式解出母計(jì)算式，列出熱平衡方程式解出母線運(yùn)行溫度線運(yùn)行溫度w w。n利用三條工程曲線（參見利用三條工程曲線（參見P67P67、P68P68）大電流封閉母線運(yùn)行溫度計(jì)算用大電流封閉母線運(yùn)行溫度計(jì)算用工程曲線的應(yīng)用工程曲線的應(yīng)用1 1）外殼的總散熱曲線外殼的總散熱曲線 如圖如圖3 3一一9 9所示。所示。將式（將式（(3-26)(3-26)、式、式(3-27)(3-27)式（式（3-283-28）相加起來(lái)，即）相加起來(lái)，即得得: :計(jì)算出計(jì)算出

25、QsQs即可查曲線得即可查曲線得s sQQs sQQR R Q QwRwR Q QsRsR )( ssfQ 2 2）母線的總散熱曲線）母線的總散熱曲線 如圖如圖3 3一一1010所示。利用所示。利用式（式（(3(3一一2424）和式）和式（(3(3一一25)25)，并假定母，并假定母線溫度。，線溫度。，85 9C85 9C，便可得到：便可得到：算出算出s s即可由曲線查出即可由曲線查出QQw85w85)(858585 swcwrWfQQQ 3 3）QQw w，與，與w w，的，的關(guān)系曲線如圖關(guān)系曲線如圖3 3一一1111所所示示QQw w QQw w QQw85w85 Q Qw w Q QwR

26、wRQ QwR wR 、Q QsRsR為為母線的發(fā)熱損母線的發(fā)熱損耗、外殼的發(fā)熱損耗，耗、外殼的發(fā)熱損耗，可直接算得?？芍苯铀愕谩６虝r(shí)發(fā)熱計(jì)算短時(shí)發(fā)熱計(jì)算1.1.計(jì)算短時(shí)發(fā)熱的目的計(jì)算短時(shí)發(fā)熱的目的2.2.導(dǎo)體短路時(shí)的發(fā)熱過(guò)程分析導(dǎo)體短路時(shí)的發(fā)熱過(guò)程分析 短時(shí)發(fā)熱的特點(diǎn)短時(shí)發(fā)熱的特點(diǎn) 熱平衡方程式的分析計(jì)算熱平衡方程式的分析計(jì)算 計(jì)算結(jié)果式的應(yīng)用計(jì)算結(jié)果式的應(yīng)用3.3.短路電流熱效應(yīng)短路電流熱效應(yīng)Q Qk k的定義及其計(jì)算的定義及其計(jì)算定義定義計(jì)算方法計(jì)算方法1.1.計(jì)算短時(shí)發(fā)熱的目的計(jì)算短時(shí)發(fā)熱的目的（1 1）確定導(dǎo)體的最高溫度）確定導(dǎo)體的最高溫度（2 2）或算出與導(dǎo)體的最高溫度相對(duì)應(yīng)）或算

27、出與導(dǎo)體的最高溫度相對(duì)應(yīng)的短路電流熱效應(yīng)的短路電流熱效應(yīng)Q Qk k2.2.導(dǎo)體短路時(shí)的發(fā)熱過(guò)程分析導(dǎo)體短路時(shí)的發(fā)熱過(guò)程分析 短時(shí)發(fā)熱的特點(diǎn)短時(shí)發(fā)熱的特點(diǎn)1）發(fā)熱時(shí)間短，是一個(gè)絕熱過(guò)程）發(fā)熱時(shí)間短，是一個(gè)絕熱過(guò)程 產(chǎn)生的熱量來(lái)不及向周圍介質(zhì)散布，可認(rèn)產(chǎn)生的熱量來(lái)不及向周圍介質(zhì)散布，可認(rèn)為在短路電流持續(xù)時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的全部熱為在短路電流持續(xù)時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的全部熱量都用來(lái)升高導(dǎo)體自身的溫度，即認(rèn)為是量都用來(lái)升高導(dǎo)體自身的溫度，即認(rèn)為是一個(gè)絕熱過(guò)程；一個(gè)絕熱過(guò)程；2）電阻和比熱容不能再視為常數(shù)）電阻和比熱容不能再視為常數(shù) 短路時(shí)導(dǎo)體溫度變化范圍很大，它的，而短路時(shí)導(dǎo)體溫度變化范圍很大，它的，而應(yīng)為溫度的

28、函數(shù)。應(yīng)為溫度的函數(shù)。 短路時(shí)導(dǎo)體的發(fā)熱過(guò)程如圖短路時(shí)導(dǎo)體的發(fā)熱過(guò)程如圖3 3一一1212所示所示 從短路開始（從短路開始（t tw w) )到短路被切除（到短路被切除（t tk k）這）這段極短的時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)體的溫度從初始值段極短的時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)體的溫度從初始值w w，很快上升到最大值，很快上升到最大值h h。在短路被切。在短路被切除后，導(dǎo)體的溫度從最大值除后，導(dǎo)體的溫度從最大值h h、自然冷、自然冷卻到周圍環(huán)境溫度卻到周圍環(huán)境溫度o o熱平衡方程式的分析計(jì)算熱平衡方程式的分析計(jì)算 計(jì)算結(jié)果式的應(yīng)用計(jì)算結(jié)果式的應(yīng)用3.3.短路電流熱效應(yīng)短路電流熱效應(yīng)Q Qk k的定義及的定義及其計(jì)算其計(jì)算（1 1

29、）等值時(shí)間法計(jì)算）等值時(shí)間法計(jì)算Q Qk k Q Qp p Q Qnpnp（2 2）實(shí)用計(jì)算法計(jì)算）實(shí)用計(jì)算法計(jì)算Q Qk k Q Qp p Q Qnpnp3.3 3.3 載流導(dǎo)體短路時(shí)的電動(dòng)力計(jì)算載流導(dǎo)體短路時(shí)的電動(dòng)力計(jì)算一、計(jì)算電動(dòng)力的方法一、計(jì)算電動(dòng)力的方法二、三相載流導(dǎo)體短路時(shí)的電動(dòng)力二、三相載流導(dǎo)體短路時(shí)的電動(dòng)力三、分相封閉母線的電動(dòng)力計(jì)算三、分相封閉母線的電動(dòng)力計(jì)算計(jì)算電動(dòng)力的方法計(jì)算電動(dòng)力的方法n電動(dòng)力是磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)體的一種作用力。電動(dòng)力是磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)體的一種作用力。n電氣設(shè)備在正常狀態(tài)下，由于流過(guò)導(dǎo)體的工作電電氣設(shè)備在正常狀態(tài)下，由于流過(guò)導(dǎo)體的工作電流相對(duì)較小，相應(yīng)的電動(dòng)力也較

30、小，因而不易為流相對(duì)較小，相應(yīng)的電動(dòng)力也較小，因而不易為人們所察覺(jué)。而在短路時(shí)，特別是短路沖擊電流人們所察覺(jué)。而在短路時(shí)，特別是短路沖擊電流流過(guò)時(shí)，電動(dòng)力可達(dá)到很大的數(shù)值，當(dāng)載流導(dǎo)體流過(guò)時(shí)，電動(dòng)力可達(dá)到很大的數(shù)值，當(dāng)載流導(dǎo)體和電氣設(shè)備的機(jī)械強(qiáng)度不夠時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生變形或和電氣設(shè)備的機(jī)械強(qiáng)度不夠時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生變形或損壞。損壞。n為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，必須研究短路沖擊電為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，必須研究短路沖擊電流產(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)定性。的導(dǎo)體和電氣設(shè)備，保證足夠的動(dòng)穩(wěn)定性。n必要時(shí)應(yīng)采取限制短路電流的措施，

31、以減小短路必要時(shí)應(yīng)采取限制短路電流的措施，以減小短路電動(dòng)力。電動(dòng)力。n計(jì)算電動(dòng)力的方法有：計(jì)算電動(dòng)力的方法有：1.1.畢奧一沙瓦定律計(jì)算畢奧一沙瓦定律計(jì)算2.2.能量守恒定理計(jì)算（略）能量守恒定理計(jì)算（略）1.1.畢奧一沙瓦定律法計(jì)算電動(dòng)力畢奧一沙瓦定律法計(jì)算電動(dòng)力n如圖如圖3 3一一1616所示，處在磁場(chǎng)中的導(dǎo)體所示，處在磁場(chǎng)中的導(dǎo)體L L，通過(guò)電流通過(guò)電流i i，根據(jù)畢奧一沙瓦定律可知，根據(jù)畢奧一沙瓦定律可知，導(dǎo)體單元長(zhǎng)度導(dǎo)體單元長(zhǎng)度dldl上所受的電動(dòng)力上所受的電動(dòng)力dFdF為n將式（將式（3 3一一44)44)沿導(dǎo)體沿導(dǎo)體L L的全長(zhǎng)積分，可得的全長(zhǎng)積分，可得到導(dǎo)體到導(dǎo)體L L全長(zhǎng)上所

32、受的總電動(dòng)力為全長(zhǎng)上所受的總電動(dòng)力為 2 2兩條平行導(dǎo)體間的電動(dòng)力的計(jì)兩條平行導(dǎo)體間的電動(dòng)力的計(jì)算算n因配電裝置中，因配電裝置中，導(dǎo)體都是平行布導(dǎo)體都是平行布置的，所以在分置的，所以在分析三相導(dǎo)體受力析三相導(dǎo)體受力情況之前，先分情況之前，先分析兩根細(xì)長(zhǎng)平行析兩根細(xì)長(zhǎng)平行導(dǎo)體間的電動(dòng)力。導(dǎo)體間的電動(dòng)力。n利用式（利用式（3 3一一4545）來(lái)確定兩條載流導(dǎo)體間的電）來(lái)確定兩條載流導(dǎo)體間的電動(dòng)力，可以認(rèn)為一條導(dǎo)體處在另一條導(dǎo)體的磁動(dòng)力，可以認(rèn)為一條導(dǎo)體處在另一條導(dǎo)體的磁場(chǎng)里。設(shè)載流導(dǎo)體場(chǎng)里。設(shè)載流導(dǎo)體1 1中的電流中的電流il在導(dǎo)體在導(dǎo)體2 2處所產(chǎn)處所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為n矩形截面

33、、槽形截面的形狀系數(shù)矩形截面、槽形截面的形狀系數(shù)k k參見圖參見圖3-3-1818、表、表3-43-4n對(duì)于圖對(duì)于圖3-183-18而言而言，三相載流導(dǎo)體短路時(shí)的電動(dòng)力三相載流導(dǎo)體短路時(shí)的電動(dòng)力1.1.電動(dòng)力的計(jì)算電動(dòng)力的計(jì)算邊相、中相的三相短路電動(dòng)力組邊相、中相的三相短路電動(dòng)力組成及分量成及分量2.電動(dòng)力的最大值電動(dòng)力的最大值nF FA A的最大值出現(xiàn)在固定分量和非周期分量之和為最的最大值出現(xiàn)在固定分量和非周期分量之和為最大的瞬間，此時(shí)大的瞬間，此時(shí) 臨界初相角臨界初相角A A=75=75o o或或255255o o等。等。nF FB B的最大值出現(xiàn)在非周期分量為最大的瞬間，此時(shí)的最大值出現(xiàn)

34、在非周期分量為最大的瞬間，此時(shí)臨界初相角臨界初相角A A為為7575o o, 165, 165o o, 255, 255o o及及345345o o等。等。將臨界初相角分別代人電動(dòng)力表示式（將臨界初相角分別代人電動(dòng)力表示式（3-493-49）和式）和式（3-50)3-50)，一般取，一般取Ta = 0.05s,Ta = 0.05s,得到：得到：兩相短路和三相短路時(shí)的電動(dòng)力比較兩相短路和三相短路時(shí)的電動(dòng)力比較3.3.導(dǎo)體振動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力導(dǎo)體振動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力分相封閉母線的電動(dòng)力計(jì)算分相封閉母線的電動(dòng)力計(jì)算n 采用分相封閉母線后，鄰相母線產(chǎn)生的磁通穿人本相采用分相封閉母線后，鄰相母線產(chǎn)生的磁通穿人本

35、相時(shí)，因受到外殼屏蔽作用而大大減弱。母線通過(guò)短路時(shí)，因受到外殼屏蔽作用而大大減弱。母線通過(guò)短路電流時(shí)，受到殼內(nèi)磁場(chǎng)的作用，經(jīng)推導(dǎo)得出三相短路電流時(shí)，受到殼內(nèi)磁場(chǎng)的作用，經(jīng)推導(dǎo)得出三相短路時(shí)的電動(dòng)力為：時(shí)的電動(dòng)力為：3.4 3.4 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一、基本概念一、基本概念二、可靠性的主要指標(biāo)二、可靠性的主要指標(biāo)三、電氣主接線的可靠性三、電氣主接線的可靠性基本概念基本概念n發(fā)電廠和變電站能否完成規(guī)定的功能與發(fā)電廠和變電站能否完成規(guī)定的功能與電氣設(shè)備及主接線有著密切的關(guān)系。電氣設(shè)備及主接線有著密切的關(guān)系。n對(duì)電氣設(shè)備及主接線進(jìn)行可靠性分析計(jì)對(duì)電氣設(shè)備及主接線進(jìn)

36、行可靠性分析計(jì)算的主要目的，是通過(guò)設(shè)備的可靠性數(shù)算的主要目的，是通過(guò)設(shè)備的可靠性數(shù)據(jù)來(lái)分析計(jì)算電氣主接線的可靠性，將據(jù)來(lái)分析計(jì)算電氣主接線的可靠性，將其結(jié)果用作：其結(jié)果用作：（1 1）設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)電氣主接線的依據(jù)；）設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)電氣主接線的依據(jù)；（2 2）選擇最優(yōu)方案的依據(jù)；）選擇最優(yōu)方案的依據(jù)；（3 3）對(duì)已經(jīng)運(yùn)行的主接線，尋求可能的供）對(duì)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；電路徑，選擇最佳運(yùn)行方式；（4 4）尋找主接線的薄弱環(huán)節(jié)，以便合理安）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(duì)策排檢修計(jì)劃和采取相應(yīng)對(duì)策（5 5）研究可靠性和經(jīng)濟(jì)性的最佳搭配等。）研究可靠性

37、和經(jīng)濟(jì)性的最佳搭配等。 1可靠性的含義可靠性的含義n系統(tǒng)是由許多元件組成系統(tǒng)是由許多元件組成n元件不能再分解元件不能再分解n元件與系統(tǒng)是相對(duì)的元件與系統(tǒng)是相對(duì)的n 可靠性定義：元件、設(shè)備和系統(tǒng)在規(guī)定可靠性定義：元件、設(shè)備和系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和預(yù)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的條件下和預(yù)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。的概率。電氣主接線的可靠性定義電氣主接線的可靠性定義n在規(guī)定的額定條件下和預(yù)定的時(shí)間內(nèi)（例如在規(guī)定的額定條件下和預(yù)定的時(shí)間內(nèi)（例如一年）完成預(yù)期功能狀況的概率。一年）完成預(yù)期功能狀況的概率。n預(yù)定的功能可規(guī)定一些判據(jù)來(lái)衡量。預(yù)定的功能可規(guī)定一些判據(jù)來(lái)衡量。n衡量主接線完成功能和喪失功能的判據(jù)

38、：衡量主接線完成功能和喪失功能的判據(jù)：保證某回路或某若干回路供電連續(xù)性的概率；保證某回路或某若干回路供電連續(xù)性的概率；保證發(fā)電出力的概率；保證發(fā)電出力的概率；保證母線電能質(zhì)量的概率保證母線電能質(zhì)量的概率n目前，在設(shè)計(jì)主接線時(shí)，多以保證連續(xù)供電目前，在設(shè)計(jì)主接線時(shí)，多以保證連續(xù)供電和發(fā)電出力的概率作為可靠性計(jì)算的判據(jù)。和發(fā)電出力的概率作為可靠性計(jì)算的判據(jù)。 2.從可靠性觀點(diǎn)看電氣設(shè)備的分類從可靠性觀點(diǎn)看電氣設(shè)備的分類n電力系統(tǒng)中使用的設(shè)備（元件）可分為電力系統(tǒng)中使用的設(shè)備（元件）可分為兩類：可修復(fù)元件和不可修復(fù)元件。兩類：可修復(fù)元件和不可修復(fù)元件。n可修復(fù)元件：經(jīng)過(guò)一段時(shí)間工作后，發(fā)可修復(fù)元件：

39、經(jīng)過(guò)一段時(shí)間工作后，發(fā)生了故障，經(jīng)過(guò)修理能再次恢復(fù)到原來(lái)生了故障，經(jīng)過(guò)修理能再次恢復(fù)到原來(lái)的工作狀態(tài)的設(shè)備，如斷路器、變壓器的工作狀態(tài)的設(shè)備，如斷路器、變壓器等。等。n不可修復(fù)元件：工作一段時(shí)間后，發(fā)生不可修復(fù)元件：工作一段時(shí)間后，發(fā)生了故障不能修理，或者雖能修復(fù)但不經(jīng)了故障不能修理，或者雖能修復(fù)但不經(jīng)濟(jì)的設(shè)備，如電阻、電容等。濟(jì)的設(shè)備，如電阻、電容等。n可修復(fù)系統(tǒng)：由可修復(fù)元件組成的系統(tǒng)?？尚迯?fù)系統(tǒng)：由可修復(fù)元件組成的系統(tǒng)。電氣主接線屬于可修復(fù)系統(tǒng)電氣主接線屬于可修復(fù)系統(tǒng)n電力系統(tǒng)中使用的絕大部分設(shè)備，如發(fā)電力系統(tǒng)中使用的絕大部分設(shè)備，如發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器、母線和輸電線電機(jī)、變壓器、斷路

40、器、母線和輸電線路等都屬于可修復(fù)元件，因此電氣主接路等都屬于可修復(fù)元件，因此電氣主接線亦屬于可修復(fù)系統(tǒng)。線亦屬于可修復(fù)系統(tǒng)。 3 3電氣設(shè)備的工作狀態(tài)電氣設(shè)備的工作狀態(tài)基本上可分為兩種：基本上可分為兩種：(1)運(yùn)行狀態(tài)（工作或待命）運(yùn)行狀態(tài)（工作或待命）可用狀態(tài)，可用狀態(tài)，即元件處于可執(zhí)行它的規(guī)定功能的狀態(tài)即元件處于可執(zhí)行它的規(guī)定功能的狀態(tài)(2)停運(yùn)狀態(tài)（故障或檢修）停運(yùn)狀態(tài)（故障或檢修）不可用狀態(tài)，不可用狀態(tài)，即元件由于故障處于不能執(zhí)行其規(guī)定功能的即元件由于故障處于不能執(zhí)行其規(guī)定功能的狀態(tài)。狀態(tài)。n不可用狀態(tài)中計(jì)劃停運(yùn)狀態(tài)是事先安排的。不可用狀態(tài)中計(jì)劃停運(yùn)狀態(tài)是事先安排的。n強(qiáng)迫停運(yùn)狀態(tài)是隨

41、機(jī)的。強(qiáng)迫停運(yùn)狀態(tài)是隨機(jī)的。n為簡(jiǎn)化分析，可靠性研究中不包括計(jì)劃停運(yùn)為簡(jiǎn)化分析，可靠性研究中不包括計(jì)劃停運(yùn)狀態(tài)。狀態(tài)?？尚迯?fù)元件的壽命過(guò)程流程圖可修復(fù)元件的壽命過(guò)程流程圖n圖中圖中“1”1”表示運(yùn)行狀態(tài)，表示運(yùn)行狀態(tài)，“0”0”表示停運(yùn)狀態(tài)，持表示停運(yùn)狀態(tài)，持續(xù)工作時(shí)間續(xù)工作時(shí)間T TU U和持續(xù)停和持續(xù)停運(yùn)時(shí)間運(yùn)時(shí)間T TD D都是隨機(jī)變量，都是隨機(jī)變量，元件運(yùn)行一段時(shí)間元件運(yùn)行一段時(shí)間T TU1U1后，后，隨機(jī)地發(fā)生故障，為恢隨機(jī)地發(fā)生故障，為恢復(fù)其功能進(jìn)行修理，經(jīng)復(fù)其功能進(jìn)行修理，經(jīng)T TD1D1時(shí)間后又投人運(yùn)行。時(shí)間后又投人運(yùn)行。n整個(gè)元件的壽命處在整個(gè)元件的壽命處在“運(yùn)行運(yùn)行”、“停

42、運(yùn)停運(yùn)”兩兩種狀態(tài)的交替之中，是種狀態(tài)的交替之中，是一個(gè)循環(huán)過(guò)程一個(gè)循環(huán)過(guò)程?？煽啃缘闹饕笜?biāo)可靠性的主要指標(biāo) 可靠性指標(biāo)既可以從成功（及完成某可靠性指標(biāo)既可以從成功（及完成某功能）的角度來(lái)描述，也可以從失敗功能）的角度來(lái)描述，也可以從失?。ㄊВ┑慕嵌葋?lái)描述。（失效）的角度來(lái)描述。 常用的指標(biāo)有：可靠度、可用度、故常用的指標(biāo)有：可靠度、可用度、故障率、平均無(wú)故障時(shí)間（又稱平均工障率、平均無(wú)故障時(shí)間（又稱平均工作時(shí)間）和平均停運(yùn)時(shí)間。作時(shí)間）和平均停運(yùn)時(shí)間。 1不可修復(fù)元件的常用可靠性指標(biāo)不可修復(fù)元件的常用可靠性指標(biāo)（1）可靠度）可靠度R（t） 一個(gè)元件在預(yù)定時(shí)間內(nèi)和規(guī)一個(gè)元件在預(yù)定時(shí)間內(nèi)和規(guī)

43、定條件下，執(zhí)行規(guī)定功能的概率。定條件下，執(zhí)行規(guī)定功能的概率。（2）不可靠度不可靠度F（t） 與可靠度相反，不可靠度與可靠度相反，不可靠度函數(shù)函數(shù)F(t）表示元件在小于或等于預(yù)定時(shí)間表示元件在小于或等于預(yù)定時(shí)間t發(fā)生發(fā)生故障的概率。故障的概率。（3）故障率故障率（t） 對(duì)一個(gè)不可修復(fù)元件，故障對(duì)一個(gè)不可修復(fù)元件，故障率表示元件在率表示元件在t時(shí)刻以前處于正常工作狀態(tài)，在時(shí)刻以前處于正常工作狀態(tài)，在t時(shí)刻以后的下一個(gè)時(shí)間間隔時(shí)刻以后的下一個(gè)時(shí)間間隔t內(nèi)發(fā)生故障的條內(nèi)發(fā)生故障的條件概率。件概率。（4）平均無(wú)故障工作時(shí)間平均無(wú)故障工作時(shí)間（Mean time to failuer）MU 是元件連續(xù)工作

44、時(shí)間是元件連續(xù)工作時(shí)間TU隨機(jī)變量隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望的數(shù)學(xué)期望各指標(biāo)之間的關(guān)系各指標(biāo)之間的關(guān)系可靠度可靠度R R（t t）與不可靠度）與不可靠度F F（t t）是）是 時(shí)間的函數(shù)。兩態(tài)情況下時(shí)間的函數(shù)。兩態(tài)情況下, ,下面關(guān)下面關(guān)系成立：系成立： 元件的可靠度和不可靠度是對(duì)立的事件，其概率之和等于元件的可靠度和不可靠度是對(duì)立的事件，其概率之和等于1 1，所以當(dāng)，所以當(dāng)t=0t=0時(shí)，時(shí)，R(t)R(t)1 1；t t,R(t,R(t）0 0。這說(shuō)明元件在開始運(yùn)行時(shí)是完。這說(shuō)明元件在開始運(yùn)行時(shí)是完好的，可靠度好的，可靠度R(0)R(0)1 1，但在工作無(wú)窮大時(shí)間以后，元件必然發(fā)生故，但在工作無(wú)窮

45、大時(shí)間以后，元件必然發(fā)生故障（失效），故障（失效），故R(R(）0 0。 R(t)R(t)表示可靠度在時(shí)間上如何從表示可靠度在時(shí)間上如何從1 1向向0 0減減小的情況，（如圖小的情況，（如圖3 3一一2525所示）。所示）。不可靠度和可靠度說(shuō)明的問(wèn)題相同。不可靠度和可靠度說(shuō)明的問(wèn)題相同。 設(shè)總共有設(shè)總共有n n個(gè)相同元件，運(yùn)行個(gè)相同元件，運(yùn)行t t時(shí)間以后已有時(shí)間以后已有n nf f(t)(t)個(gè)元件損壞，還剩個(gè)元件損壞，還剩n ns s(t)(t)個(gè)元件完好，則有個(gè)元件完好，則有 可靠度、不可靠度和故障率三者的關(guān)系可靠度、不可靠度和故障率三者的關(guān)系f(t)f(t)稱為故障密度函數(shù)是不可靠度稱

46、為故障密度函數(shù)是不可靠度F(t)F(t)對(duì)時(shí)間對(duì)時(shí)間t t的一階微分，表示單位時(shí)的一階微分，表示單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的概率。間內(nèi)發(fā)生故障的概率。故障率函數(shù)故障率函數(shù)為故障密度函數(shù)為故障密度函數(shù)f(tf(t）與可靠度函數(shù)）與可靠度函數(shù)R(tR(t）的比。式（）的比。式（3 3一一6666）表明可靠度、不可靠度和故障率三者的關(guān)系，對(duì)元件的大量觀測(cè)統(tǒng)計(jì)，表明可靠度、不可靠度和故障率三者的關(guān)系，對(duì)元件的大量觀測(cè)統(tǒng)計(jì)，可以找出可以找出R(t)R(t)或或F(t)=1-R(t)F(t)=1-R(t)，則可按式（，則可按式（3 3一一6666）求得）求得（t）n設(shè)備可靠度設(shè)備可靠度R(t)R(t)是以故障率是

47、以故障率 （t）對(duì)時(shí)間積分為指數(shù)對(duì)時(shí)間積分為指數(shù)的指數(shù)函數(shù)的指數(shù)函數(shù) ，這個(gè)結(jié)論非常重要，這個(gè)結(jié)論非常重要故故障率越小可靠度越高。障率越小可靠度越高。n當(dāng)當(dāng)（t）= 為常數(shù)時(shí)為常數(shù)時(shí)n設(shè)備可靠度設(shè)備可靠度R(t)R(t)按時(shí)間呈指數(shù)分布，并且按時(shí)間呈指數(shù)分布，并且只與故障率只與故障率一個(gè)參數(shù)有關(guān)，不反映設(shè)備的維修狀態(tài)，所以只能用一個(gè)參數(shù)有關(guān)，不反映設(shè)備的維修狀態(tài)，所以只能用作描述不可修復(fù)元件的靠性。作描述不可修復(fù)元件的靠性。平均無(wú)故障工作時(shí)間平均無(wú)故障工作時(shí)間M MU U與故障率與故障率（t）的關(guān)系的關(guān)系n根據(jù)期望的定義根據(jù)期望的定義M MU U M MU U 由式（由式（(3(3一一7373

48、）可見，在上述條件下平均無(wú)故）可見，在上述條件下平均無(wú)故障工作時(shí)間障工作時(shí)間M MU U和該設(shè)備的故障率和該設(shè)備的故障率互為倒數(shù)。互為倒數(shù)。當(dāng)故障率為常數(shù)又時(shí)，設(shè)備的平均無(wú)故障工作當(dāng)故障率為常數(shù)又時(shí)，設(shè)備的平均無(wú)故障工作時(shí)間時(shí)間M MU U =1/ =1/ 也是一個(gè)常數(shù)。也是一個(gè)常數(shù)。故障率故障率（t）的典型形態(tài)的典型形態(tài)n故障率故障率（t）的典型的典型形態(tài)如圖形態(tài)如圖3-263-26所示所示, ,其形似浴盆，故稱其形似浴盆，故稱浴盆曲線。對(duì)可修浴盆曲線。對(duì)可修復(fù)元件講，原則上復(fù)元件講，原則上示每件設(shè)備都能經(jīng)示每件設(shè)備都能經(jīng)歷故障率曲線的各歷故障率曲線的各個(gè)階段。而不可修個(gè)階段。而不可修復(fù)設(shè)備

49、由于壽命只復(fù)設(shè)備由于壽命只有一次，在曲線上有一次，在曲線上只有一個(gè)點(diǎn)來(lái)表示。只有一個(gè)點(diǎn)來(lái)表示。 2可修復(fù)元件的可靠性指標(biāo)(1)（1 1）故障率）故障率 (t(t） 元件由運(yùn)行狀態(tài)向停運(yùn)狀元件由運(yùn)行狀態(tài)向停運(yùn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移概率密度（或單位時(shí)間內(nèi)（如一年）態(tài)的轉(zhuǎn)移概率密度（或單位時(shí)間內(nèi)（如一年）元件發(fā)生故障而停運(yùn)的次數(shù)）元件發(fā)生故障而停運(yùn)的次數(shù)）（2 2）修復(fù)率）修復(fù)率(t(t） 元件由運(yùn)行停運(yùn)狀態(tài)經(jīng)過(guò)元件由運(yùn)行停運(yùn)狀態(tài)經(jīng)過(guò)修理后轉(zhuǎn)向運(yùn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)移概率密度（修理后轉(zhuǎn)向運(yùn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)移概率密度（表示修表示修理能力的指標(biāo)理能力的指標(biāo)平均單位時(shí)間內(nèi)能修復(fù)設(shè)備平均單位時(shí)間內(nèi)能修復(fù)設(shè)備的臺(tái)數(shù)）的臺(tái)數(shù)）（3 3）平

50、均修復(fù)時(shí)間）平均修復(fù)時(shí)間M MD D 元件連續(xù)停運(yùn)時(shí)間元件連續(xù)停運(yùn)時(shí)間T TD D隨機(jī)隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望，亦稱平均停運(yùn)時(shí)間。變量的數(shù)學(xué)期望，亦稱平均停運(yùn)時(shí)間。（4 4）平均運(yùn)行周期）平均運(yùn)行周期T TS S 可修復(fù)元件的平均故障可修復(fù)元件的平均故障間隔時(shí)間（間隔時(shí)間（Mean time between failureMean time between failure），），或稱為平均運(yùn)行周期?；蚍Q為平均運(yùn)行周期。2 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)(2)(2)（5 5）可用度）可用度A A 又稱可用率、有效度，是指穩(wěn)態(tài)又稱可用率、有效度，是指穩(wěn)態(tài)下元件或系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)的概率

51、。下元件或系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)的概率。 可用度與可靠度的不同在于，可靠度的定義中可用度與可靠度的不同在于，可靠度的定義中要求元件在時(shí)間區(qū)間要求元件在時(shí)間區(qū)間0,t0,t連續(xù)地處于工作狀連續(xù)地處于工作狀態(tài)，而可用度則無(wú)此要求。故而可用度能確切態(tài)，而可用度則無(wú)此要求。故而可用度能確切地描述可修復(fù)元件的有效程度。地描述可修復(fù)元件的有效程度。（6 6）不可用度）不可用度A A （又稱不可用率、無(wú)效度）指（又稱不可用率、無(wú)效度）指穩(wěn)態(tài)下元件或系統(tǒng)失去規(guī)定功能而處于停運(yùn)狀穩(wěn)態(tài)下元件或系統(tǒng)失去規(guī)定功能而處于停運(yùn)狀態(tài)的概率，是可用度的對(duì)立事件，。態(tài)的概率，是可用度的對(duì)立事件，。（7 7）故障頻率）故障頻率f

52、f 表示設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行條件下，表示設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行條件下，每年平均故障次數(shù)，為平均運(yùn)行周期每年平均故障次數(shù)，為平均運(yùn)行周期T TS S的倒數(shù)的倒數(shù)各可靠性指標(biāo)的數(shù)學(xué)表達(dá)式及其相互關(guān)系各可靠性指標(biāo)的數(shù)學(xué)表達(dá)式及其相互關(guān)系（1）n平均修復(fù)時(shí)間平均修復(fù)時(shí)間M MD Dn平均運(yùn)行周期平均運(yùn)行周期 T TS S=M=MU UM MD Dn可用度可用度 111MMMMMDUUSUA各各可靠性指標(biāo)的數(shù)學(xué)表達(dá)式及其相互關(guān)系（可靠性指標(biāo)的數(shù)學(xué)表達(dá)式及其相互關(guān)系（2 2）n不可用度不可用度n故障頻率故障頻率 MMMDUDAA1AAfMMTDUS 11算例【例36】3.電氣主接線的可靠性指標(biāo)（1）n發(fā)電廠和變電站的電

53、氣主接線由發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器、母線和輸電線路等元件組合而成，設(shè)備多、連接復(fù)雜，各種設(shè)備的操作、計(jì)劃?rùn)z修及故障，對(duì)整個(gè)主接線的可靠性都有影響。n主接線可靠性的判據(jù)隨著主接線的功能及在電力系統(tǒng)中地位不同而異。例如： 對(duì)終端變電站，其可靠性判據(jù)就是對(duì)低壓母線供電的可靠程度； 對(duì)中間變電站，其可靠性判據(jù)除要考慮對(duì)低壓母線供電的可靠程度外，還要考慮保證高壓側(cè)功率流動(dòng)交換的可靠程度等。3.電氣主接線的可靠性指標(biāo)（2）n對(duì)主接線可靠性的衡量對(duì)主接線可靠性的衡量 以是否保證連續(xù)以是否保證連續(xù)供電和保證發(fā)出給定電力的概率為基本判據(jù)，供電和保證發(fā)出給定電力的概率為基本判據(jù)，如果不能連續(xù)供電就算系統(tǒng)不可靠，對(duì)發(fā)電如果不能連續(xù)供電就算系統(tǒng)不可靠，對(duì)發(fā)電系統(tǒng)，即使連續(xù)供電，只要發(fā)電容量不能滿系統(tǒng)，即使連續(xù)供電，只要發(fā)電容量不能滿足負(fù)荷需求就算不可靠。足負(fù)荷需求就算不可靠。n主接線的可靠性指標(biāo)用某種供電方式下的可主接線的可靠性指標(biāo)用某種供電方式下的可用度用度A A、平均無(wú)故障工作時(shí)間、平均無(wú)故障工作時(shí)間T TU U、每年平均、每年平均停運(yùn)時(shí)間停運(yùn)時(shí)間T TD D和故障頻率和故障頻率等表示。等表示。電氣主接線的可靠性計(jì)算電