發(fā)電廠電氣部分 第三章 常用計算的基本理論和方法1

1、 第三章 常用計算的基本理論和方法學習目的： 通過本章的學習，了解發(fā)熱對電氣設(shè)備的影響、導體短路時電動力的危害，掌握常用計算的基本原理和方法，包括載流導體的發(fā)熱和電動力理論，電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析和技術(shù)經(jīng)濟分析。本章主要內(nèi)容： 導體載流量和運行溫度計算 載流導體短路時發(fā)熱計算 載流導體短路時電動力計算 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析 技術(shù)經(jīng)濟分析 第一節(jié) 正常運行時導體載流量計算一、電氣設(shè)備和載流導體的發(fā)熱： 1、為什么會發(fā)熱2、發(fā)熱有何危害？ 系統(tǒng)發(fā)生故障，I，U，此時，導體和電器應(yīng)能承受短時發(fā)熱和電動力的作用。 1、兩種工作狀態(tài)1）正常工作狀態(tài) 電壓和電流都不會超過額定值，導體和電器能

2、夠長期安全經(jīng)濟地運行。2）短路工作狀態(tài)一、電氣設(shè)備和載流導體的發(fā)熱：一、電氣設(shè)備和載流導體的發(fā)熱：熱能電阻損耗 介質(zhì)損耗 磁滯和渦流損耗發(fā)熱對電氣設(shè)備的危害長期發(fā)熱短時發(fā)熱長期發(fā)熱：由正常工作電流產(chǎn)生。短時發(fā)熱：由短路電流產(chǎn)生。發(fā)熱的兩種形式最高允許溫度 正常最高允許工作溫度： -主要取決于系統(tǒng)接觸電阻的大小 70（一般裸導體） 80（計及日照時的鋼芯鋁絞線、 管形導體） 85（接觸面有鍍錫的可靠覆蓋層）短時最高允許溫度： -主要取決于導體機械強度的大小、介質(zhì)絕緣強度 的大小 200（硬鋁及鋁錳合金） 300（硬銅） 鋼構(gòu)發(fā)熱的最高允許溫度： 70（人可觸及的鋼構(gòu)） 100（人不可觸及的鋼構(gòu)）

3、 80（混凝土中的鋼筋）封閉母線最高允許溫度： 導體： 90 外殼： 70 最高允許溫度 二、正常情況下導體發(fā)熱的計算1、計算目的： 通過分析導體長期通過工作電流時的發(fā)熱過程，計算導體的溫度，使這個溫度不超過正常最高允許溫度。2.導體的長期發(fā)熱 導體的發(fā)熱和散熱: 電阻損耗熱量吸收太陽日照的熱量導體升溫吸收的熱量對流散熱量輻射散熱量iw2.導體的長期發(fā)熱 單位導體表面積Fl, Ff 的計算方法： 5種情況：單距，二、三、圓管、槽型 A1A21.單條導體：2.二條導體：3.三條導體：4.槽型導體：5.圓管導體：I-流過導體的電流（A）R-導體的電阻（）m-導體的質(zhì)量（kg）c-導體的比熱容J/(

4、kg. )W-導體總的散熱系數(shù)W/(m2.)F-導體的散熱面積（ m2 /m)0 -周圍空氣的溫度（ ）W -導體的溫度（ ）Kf-集膚系數(shù)穩(wěn)定溫升導體發(fā)熱時間常數(shù)設(shè)：初始溫升-對應(yīng)于時間t的溫升-若導體溫升變化曲線3）導體達到穩(wěn)定發(fā)熱狀態(tài)后，由電阻損耗產(chǎn)生的熱量全部以對流和輻射的形式散失掉，導體的溫升趨于穩(wěn)定，且穩(wěn)定溫升與導體的初始溫度無關(guān)。導體長期發(fā)熱的特點1）導體通過電流I后，溫度開始升高，經(jīng)過（34）倍Tr(時間常數(shù))，導體達到穩(wěn)定發(fā)熱狀態(tài)；2）導體升溫過程的快慢取決于導體的發(fā)熱時間常數(shù)，即與導體的吸熱能力成正比，與導體的散熱能力成反比，而與通過的電流大小無關(guān)；對流散熱量Ql的計算l

5、對流散熱系數(shù)，W/(m2. )自然散熱：強迫散熱：P68: (3-8)3.提高導體載流量的措施1)減小交流電阻采用電阻率小的材料，如：銅、鋁增大導體的截面減小接觸電阻：接觸表面鍍錫、鍍銀等 2)增大復合散熱系數(shù)改變導體的布置方式,涂漆 3)增大散熱面積: 矩形 圓管（同S下）關(guān)于集膚效應(yīng)系數(shù)Kf獲取方法：1：矩形截面查圖3-1，圓管查圖3-2，注意圖中 Rdc是1000m的直流電阻： 2：查附表1問題：隨著截面積的增大， Kf 如何變化？常用硬導體長期允許載流量和集膚效應(yīng)系數(shù)常用方法查表： 343頁附表1 344頁附表2、 附表3 計算導體長期允許載流量的例子見P69例3-1：-自己看-總結(jié)計

6、算方法和步驟二、載流導體的短時發(fā)熱計算目的：確定導體的最高溫度-指短路開始到短路切除為止很短一段時間內(nèi)導體的發(fā)熱過程。短路時間保護動作時間斷路器的全開斷時間燃弧時間斷路器固有分閘時間補充：分析短路全電流的瞬時表達式短路電流的周期分量： 短路電流的非周期分量： 短路全電流短路電流的周期分量 短路電流的非周期分量 周期分量，是幅值不變，并以50Hz的頻率呈周期變化。 非周期分量，是幅值隨短路回路的Ta呈指數(shù)曲線衰減。 在經(jīng)歷（35） Ta后，非周期分量衰減至零，此時電路只含短路電流周期分量，進入短路的穩(wěn)定狀態(tài)。補充：幾個有關(guān)的概念短路電流的沖擊值短路電流最大可能的瞬時值，稱為短路電流的沖擊值。短路全電流的有效值 短路電流在某一時刻的有效值是以時間t為中心的一個周期T內(nèi)短路全電流的均方根值。 為了簡化計算，通常取時刻t的瞬時值作為一個周期內(nèi)的有效值，考慮非正弦電流有效值的計算公式可得：短路電流周期分量有效值Ip或 I當t=時，非周期分量已衰減完畢，這時的短路電流只有周期分量，稱為穩(wěn)態(tài)短路電流。1、短時發(fā)熱的特點 短時均勻?qū)w的發(fā)熱過程是絕熱的過程導體溫度變化很大，電阻和比熱容隨溫度而變化。 短時最高發(fā)熱溫度h為短路電流切除時刻tk 對應(yīng)的導體溫度根據(jù)熱平衡方程:定義：短路電流熱效應(yīng)2、導體短時發(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）由導體初始溫度