工學(xué)第三章常用計(jì)算的基本理論和方法課件

第三章

常用計(jì)算的基本理論及方法第三章

常用計(jì)算的基本理論及方法1基本理論和方法包括：1、載流導(dǎo)體的發(fā)熱和電動(dòng)力理論（重點(diǎn)）；2、電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析和技術(shù)分析?；纠碚摵头椒òǎ?第一節(jié)導(dǎo)體載流量及運(yùn)行溫度計(jì)算一、概述1、兩種工作狀態(tài)（1）正常工作狀態(tài) 導(dǎo)體和電器在電壓和電流都在額定值允許偏移范圍下工作，它們可以正常、穩(wěn)定、長(zhǎng)期工作。（2）短路工作狀態(tài) 系統(tǒng)發(fā)生短路故障到故障切除時(shí)的工作狀態(tài)。故障電流可增致正常時(shí)的幾倍到幾十倍。第一節(jié)導(dǎo)體載流量及運(yùn)行溫度計(jì)算一、概述32、損耗的種類 有功功率損耗引起發(fā)熱，使材料的物理和化學(xué)性能變壞。（1）導(dǎo)體電阻和接觸電阻引起損耗；（2）絕緣材料的介質(zhì)損耗；（3）金屬在交流電場(chǎng)下產(chǎn)生渦流損耗和磁滯損耗。3、發(fā)熱的種類（1）長(zhǎng)期發(fā)熱：正常工作狀態(tài)下引起的發(fā)熱，熱量的一部分引起導(dǎo)體溫升，一部分散發(fā)到周圍的介質(zhì)中去；（2）短時(shí)發(fā)熱：短路電流引起的發(fā)熱。由于迅速升溫和熱量無(wú)法散發(fā)而燒壞電器。2、損耗的種類44、發(fā)熱產(chǎn)生的不良影響（1）機(jī)械強(qiáng)度下降（2）接觸電阻增加（3）絕緣水平下降5、最高允許溫度 保證導(dǎo)體可靠地工作而規(guī)定的導(dǎo)體長(zhǎng)期工作發(fā)熱和短路發(fā)熱的溫度限值。（1）長(zhǎng)期發(fā)熱最高允許溫度裸導(dǎo)體：70度銅心鋁絞線和管型導(dǎo)體：80度有鍍錫覆蓋時(shí)：85度有鍍銀覆蓋時(shí)：95度4、發(fā)熱產(chǎn)生的不良影響5（2）短時(shí)發(fā)熱允許的最高溫度硬鋁和鋁錳合金：200度硬銅：300度（2）短時(shí)發(fā)熱允許的最高溫度6二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱 進(jìn)行發(fā)熱計(jì)算的目的：校驗(yàn)導(dǎo)體和電器各部分發(fā)熱溫度是否超過(guò)允許值。 根據(jù)能量守恒定律，發(fā)熱量應(yīng)等于散熱量。即

QR+Qt=Ql+Qf1、導(dǎo)體電阻損耗的熱量QR 導(dǎo)體電阻損耗的熱量QR為單位長(zhǎng)度（1m）的導(dǎo)體通過(guò)電流IW（A）時(shí)，由電阻損耗所產(chǎn)生的熱量。電阻損耗的發(fā)熱量太陽(yáng)日照的發(fā)熱量對(duì)流散熱量輻射散熱量二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱1、導(dǎo)體電阻損耗的熱量QR電阻損耗的發(fā)熱7導(dǎo)體電阻損耗的熱量QR導(dǎo)體電阻損耗的熱量QR8表3-1不同材料電阻率ρ及電阻溫度系數(shù)αt材料名稱ραt純鋁0.027~0.0290.0041鋁錳合金0.03790.0042鋁鎂合金0.04580.0042軟棒銅0.017480.00433硬棒銅0.01790.00433鋼0.150.00625常用材料的電阻率及電阻溫度系數(shù)如下： 而集膚效應(yīng)系數(shù)則與電流的頻率、導(dǎo)體的形狀和尺寸有關(guān)，曲線圖如下表3-1不同材料電阻率ρ及電阻溫度系數(shù)αt材料名稱ραt純鋁9集膚系數(shù)Kf的獲?。翰楸矸ā?圖2-1各種截面導(dǎo)體的集膚系數(shù)1.02.01.5Kf050100150hbhttDt/h=0.5t/D=0.5t/h=0.2t/D=0.2t/h=0.1t/D=0.1t/h=0.04t/D=0.04t/h=0.02t/D=0.02b/h=1b/h=1.8b/h=1.16集膚系數(shù)Kf的獲?。翰楸矸?。 圖2-1各種截面導(dǎo)體的10從圖中可知：1）當(dāng)導(dǎo)體的形狀、面積、尺寸比相同，材料不同時(shí)，電阻率小的Kf大；2）當(dāng)導(dǎo)體的形狀、尺寸比、材料（電阻率）相同時(shí)，面積大的KS大；3）當(dāng)導(dǎo)體的形狀、面積、材料（電阻率）相同時(shí)，尺寸比大的Kf大；4）同面積、同材料的矩形導(dǎo)體，越接近正方形Kf越大；5）同面積、同材料的管形導(dǎo)體，越接近實(shí)心Kf越大；從圖中可知：112、太陽(yáng)照射的熱量 有室內(nèi)和室外之分，室內(nèi)可忽略不計(jì)，室外計(jì)算如下：2、太陽(yáng)照射的熱量123、導(dǎo)體的散熱 導(dǎo)體在發(fā)熱的同時(shí)，還存在散熱，即熱傳遞過(guò)程。熱傳遞的三種基本形式如下 對(duì)流：由流體各部分相對(duì)位移將熱量帶走的過(guò)程。

對(duì)流又分為自然對(duì)流和強(qiáng)迫對(duì)流兩種。 輻射：熱量從高溫物體以熱射線的方式傳致低溫物體的過(guò)程。 導(dǎo)熱：直接接觸的物體由高溫區(qū)向低溫區(qū)傳遞的過(guò)程。3、導(dǎo)體的散熱13（1）對(duì)流散熱量Ql（1）對(duì)流散熱量Ql141）自然對(duì)流換熱 室內(nèi)自然通風(fēng)，室外風(fēng)速小于0.2/m是屬于自然對(duì)流換熱。a）對(duì)流換熱系數(shù)的計(jì)算b）太陽(yáng)照射面積Fl的計(jì)算 對(duì)不同形狀、尺寸和布置有不同的算法。【1】單條矩形bh1）自然對(duì)流換熱b）太陽(yáng)照射面積Fl的計(jì)算bh15【2】二條矩形導(dǎo)體bhbb【3】三條矩形導(dǎo)體bhbbbb【2】二條矩形導(dǎo)體bhbb【3】三條矩形導(dǎo)體bhbbbb16【4】槽形導(dǎo)體hbxb2【5】圓形導(dǎo)體D【4】槽形導(dǎo)體hbxb2【5】圓形導(dǎo)體D17（2）強(qiáng)迫對(duì)流換熱 流體在導(dǎo)體內(nèi)或外由某種機(jī)械的驅(qū)使流動(dòng)，并在有溫差的條件下和導(dǎo)體表面進(jìn)行換熱，為強(qiáng)迫對(duì)流換熱。【1】換熱系數(shù)的計(jì)算將它們帶入式得：（2）強(qiáng)迫對(duì)流換熱將它們帶入式得：18[工學(xué)]第三章常用計(jì)算的基本理論和方法課件19φABn0~24度0.420.681.0824~90度0.420.580.9修正系數(shù)值表4、導(dǎo)體輻射散熱量Qf式中：ε：導(dǎo)體的相對(duì)輻射系數(shù)，如下表 Ff：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度導(dǎo)體輻射換熱面積。φABn0~24度0.420.681.0824~90度0.420導(dǎo)體材料的輻射系數(shù)材料輻射系數(shù)光面鋁0.039~0.057粗面鋁0.055光面電解銅0.018~0.023有光澤的黑漆0.875無(wú)光澤的黑漆0.96~0.98白漆0.80~0.95油漆和涂料0.92~0.96有光澤的黑色蟲(chóng)漆0.821無(wú)光澤的黑色蟲(chóng)漆0.911）導(dǎo)體的相對(duì)輻射系數(shù)ε導(dǎo)體材料的輻射系數(shù)材料輻射系數(shù)光面鋁0.039~0.057粗212）Ff單位長(zhǎng)度導(dǎo)體輻射換熱面積的計(jì)算【1】矩形導(dǎo)體的Ff單導(dǎo)體：Ff=2（A1+A2）二導(dǎo)體：Ff=2A1（2－φ）+4A2三導(dǎo)體：Ff=2A1（3－2φ）+6A2式中：【2】槽形導(dǎo)體：Ff=2（h+2b）+b【3】圓管導(dǎo)體：Ff=πD2）Ff單位長(zhǎng)度導(dǎo)體輻射換熱面積的計(jì)算式中：【2】槽形導(dǎo)體：225、導(dǎo)體傳遞的熱量Qd（可忽略不計(jì)）5、導(dǎo)體傳遞的熱量Qd（可忽略不計(jì)）231、導(dǎo)體的溫升過(guò)程 導(dǎo)體電阻損耗所產(chǎn)生的熱量和吸收太陽(yáng)能之和等于本身溫度升高加上熱傳遞散失的熱量。對(duì)流和散射熱量的計(jì)算三、導(dǎo)體載流量的計(jì)算

導(dǎo)體的載流量就是導(dǎo)體長(zhǎng)期允許通過(guò)的電流?？偵⑸湎禂?shù)導(dǎo)體散面積導(dǎo)體的溫度環(huán)境溫度即：1、導(dǎo)體的溫升過(guò)程三、導(dǎo)體載流量的計(jì)算總散射系數(shù)導(dǎo)體散面積導(dǎo)24在dt時(shí)間內(nèi)，上式可寫(xiě)成在dt時(shí)間內(nèi)，上式可寫(xiě)成25（1）熱平衡微分方程 設(shè)導(dǎo)體通過(guò)電流I，t時(shí)刻的溫度為θw，溫升為（θw－θ0），熱平衡方程為： 當(dāng)導(dǎo)體正常工作時(shí)，R、c、α為常量，上式可寫(xiě)為：（1）熱平衡微分方程 當(dāng)導(dǎo)體正常工作時(shí)，R、c、α為常量，上26 設(shè)時(shí)間從0到t時(shí)，溫度從θk升到θ，上面積分為：開(kāi)始溫升最后溫升 設(shè)時(shí)間從0到t時(shí)，溫度從θk升到θ，上面積分為：開(kāi)始溫升最27設(shè)：0→t時(shí)，溫升由τk→τ,上式解得：2、溫升τ的解設(shè)：0→t時(shí)，溫升由τk→τ,上式解得：2、溫升τ的解28上式改寫(xiě)成：作圖上式改寫(xiě)成：作圖292、導(dǎo)體的載流量I的計(jì)算2、導(dǎo)體的載流量I的計(jì)算303、提高導(dǎo)體載流量的措施第一、減小導(dǎo)體電阻R（1）采用電阻率小的材料（2）減小接觸電阻（3）增大界面值（但單根S<1250平方毫米）、增加根數(shù)、或槽形、管型。第二、增大導(dǎo)體的換熱面F 同樣截面積下，實(shí)心圓形最小、矩形和槽形大。第三、提高換熱系數(shù)τ（1）布置采用最佳散熱方式（2）室內(nèi)導(dǎo)體涂漆可增大輻射系數(shù)、室內(nèi)導(dǎo)體表面保持光亮減少日照熱量吸收（3）采用強(qiáng)迫冷卻。3、提高導(dǎo)體載流量的措施311、鋼構(gòu)發(fā)熱的原因 大電流產(chǎn)生大磁場(chǎng)，在附近的鋼構(gòu)（1）產(chǎn)生磁滯和渦流（2）閉合的鋼構(gòu)產(chǎn)生環(huán)流2、鋼構(gòu)發(fā)熱的最高允許溫度（1）人工可觸及的鋼構(gòu)：70度；（2）人工不可觸及的鋼構(gòu)：100度；（3）混凝土中的鋼構(gòu)：80度。四、大電流導(dǎo)體附近鋼構(gòu)的發(fā)熱1、鋼構(gòu)發(fā)熱的原因四、大電流導(dǎo)體附近鋼構(gòu)的發(fā)熱323、減少鋼構(gòu)損耗和發(fā)熱的措施1、加大鋼構(gòu)和載流體之間的距離，使磁場(chǎng)強(qiáng)度減弱，降低渦流和磁滯損耗；2、斷開(kāi)載流體附近鋼構(gòu)的閉合回路并加上絕緣墊；3、采用電磁屏蔽；（包銅或鋁短路環(huán)）4、分相封閉母線。（包鋁質(zhì)殼兩端短接）H無(wú)短路環(huán)H有短路環(huán)短路環(huán)屏蔽CBA分相封閉母線3、減少鋼構(gòu)損耗和發(fā)熱的措施H無(wú)短路環(huán)H有短路環(huán)短路環(huán)屏蔽C331、采用大電流封閉母線的原因（1）制造方面的原因 發(fā)電機(jī)額定電壓不能太高（<27kV），致使發(fā)電機(jī)的額定電流隨容量增大迅速增大；（2）敞露母線存在如下缺點(diǎn)1）容易受外界影響降低運(yùn)行的可靠性；2）在發(fā)電機(jī)出口發(fā)生短路時(shí)，發(fā)電機(jī)、母線、絕緣子和鋼構(gòu)等電氣設(shè)備受到損傷或破壞。2、全連式分相封閉母線 母線由鋁管作成，每相母線分別用鋁質(zhì)外殼封閉，三相外殼兩端用短路板連接并接地。五、大電流封閉母線運(yùn)行溫度的計(jì)算1、采用大電流封閉母線的原因五、大電流封閉母線運(yùn)行溫度的計(jì)算343、封閉母線的優(yōu)點(diǎn)（1）運(yùn)行可靠性高，不受外界因數(shù)影響，防止相間短路，保證人員接觸外科的安全；（2）降低短路時(shí)母線間的電動(dòng)力，增大支持絕緣自得的跨距；（3）減少母線附近鋼構(gòu)的發(fā)熱；（4）外殼兼作強(qiáng)迫冷卻器，提高母線在流能力；（5）安裝維護(hù)工作量小。4、封閉母線的缺點(diǎn)（1）母線散熱條件較差（2）外科產(chǎn)生損耗（3）有色金屬消耗量增加3、封閉母線的優(yōu)點(diǎn)355、封閉母線的發(fā)熱 有兩部分組成：母線本身發(fā)熱和外殼發(fā)熱。（1）封閉母線導(dǎo)體的發(fā)熱損耗 封閉母線一般采用圓鋼母線，當(dāng)流過(guò)電流Iw時(shí)，封閉母線導(dǎo)體的發(fā)熱損耗為5、封閉母線的發(fā)熱36（2）封閉母線外殼的發(fā)熱損耗 封閉母線外殼鋁板卷制成圓筒形，與短路板連成一閉合回路，相當(dāng)于一個(gè)1:1的空心變壓器。外科電流Is與母線電流Iw相等。（2）封閉母線外殼的發(fā)熱損耗37（3）封閉母線的散熱 封閉母線的散熱是一對(duì)流和輻射形式將熱量從母線導(dǎo)體傳至外殼，再傳到空氣。1）母線的散熱 即母線對(duì)外殼的對(duì)流和輻射散熱。（a）母線對(duì)外殼的輻射散熱Qwr

相當(dāng)于兩個(gè)同心圓柱體的散熱計(jì)算。（3）封閉母線的散熱38（b）母線對(duì)外殼的自然對(duì)流散熱 可用單層圓筒壁的導(dǎo)熱公式推導(dǎo)。（b）母線對(duì)外殼的自然對(duì)流散熱392）外殼散熱 外殼對(duì)空氣的對(duì)流和輻射散熱?！?】外殼對(duì)空氣的輻射散熱 分中間相（B）外殼的散熱和外邊相（A、C）外殼的散熱。（a）中間相（B）外殼的散熱2）外殼散熱40（b）外邊相（A、C）外殼的散熱（b）外邊相（A、C）外殼的散熱41【2】外殼對(duì)空氣的對(duì)流散熱 可按水平圓柱在大空間中的自然對(duì)流散熱計(jì)算6、大電流封閉母線運(yùn)行溫度的計(jì)算 計(jì)算方法主要是運(yùn)用散熱曲線進(jìn)行計(jì)算。（1）外殼的總散熱曲線 外殼的總散熱等于外殼輻射散熱和外殼對(duì)流散熱之和。繪得關(guān)系曲線如圖3-9【2】外殼對(duì)空氣的對(duì)流散熱6、大電流封閉母線運(yùn)行溫度的計(jì)算繪42（2）母線的總散熱曲線 母線的總散熱等于母線輻射散熱和母線對(duì)流散熱之和。假定母線運(yùn)行溫度為85℃。繪得關(guān)系曲線如圖3-10（3）母線運(yùn)行溫度的計(jì)算 若母線的運(yùn)行溫度不為85℃，它的總散熱量為∑Qw，得兩者的溫度差為：繪得關(guān)系曲線如圖3-11（2）母線的總散熱曲線繪得關(guān)系曲線如圖3-10（3）母線運(yùn)行43 這樣，只要求出∑△Qw，就可以查表求得母線的實(shí)際溫度來(lái)。

在圖3-11中，縱軸為∑△Qw，橫軸為溫度。需要注意的問(wèn)題：★封閉母線導(dǎo)體的最高允許溫度不大于+90℃★封閉母線外殼的最高允許溫度不大于+70℃ 這樣，只要求出∑△Qw，就可以查表求得母線的實(shí)際溫度來(lái)。需44第二節(jié)載流導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱計(jì)算關(guān)于熱穩(wěn)定問(wèn)題 導(dǎo)體載通過(guò)短路電流時(shí)的最高溫度（斷路故障切除時(shí)的溫度）不超出短路最高允許溫度，稱導(dǎo)體滿足熱穩(wěn)定。導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱 是指短路開(kāi)始至短路被切除為止的很短一段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體發(fā)熱的過(guò)程。第二節(jié)載流導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱計(jì)算關(guān)于熱穩(wěn)定問(wèn)題45一、導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱過(guò)程1、短時(shí)發(fā)熱的特點(diǎn)（1）電流大、時(shí)間短，可認(rèn)為全部熱量使導(dǎo)體溫度升高；（2）溫度高，電阻R、比熱容c為溫度的函數(shù)。2、熱平衡關(guān)系一、導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱過(guò)程2、熱平衡關(guān)系46熱平衡微分方程熱平衡微分方程47上式聯(lián)立代入得上式聯(lián)立代入得48對(duì)上式右邊積分求解的：可知：A值與導(dǎo)體材料和溫度有關(guān)。 常用材料可用圖3-13的θ=f（A）曲線簡(jiǎn)化計(jì)算，計(jì)算方法如下：對(duì)上式右邊積分求解的：可知：A值與導(dǎo)體材料和溫度有關(guān)49用曲線計(jì)算最高溫度θh的方法：（1）由已知的導(dǎo)體的初始溫度θw（通常取正常運(yùn)行時(shí)的最高允許溫度），從相應(yīng)的導(dǎo)體材料曲線上查出Aw；（2）將Aw、Qk、S代入下式求出Ah；（3）由Ah在曲線中查出θh。θ℃A01234400300200100鋁銅用曲線計(jì)算最高溫度θh的方法：（3）由Ah在曲線中查出θh。50二、短路電流熱效應(yīng)Qk的計(jì)算1、短路全電流ikt的瞬時(shí)表達(dá)式二、短路電流熱效應(yīng)Qk的計(jì)算512、短路電流的熱效應(yīng)Qk表達(dá)式一般短路時(shí)間大于一秒時(shí)非周期分量可省略不計(jì)2、短路電流的熱效應(yīng)Qk表達(dá)式一般短路時(shí)間大于一秒時(shí)非周期分52三、短路電流熱效應(yīng)的計(jì)算方法 由于短流電流的變化規(guī)律較為復(fù)雜，要想精確計(jì)算比較困難，故，一般采用近似計(jì)算方法，有如下兩種：實(shí)用計(jì)算法和等值時(shí)間法。1、實(shí)用計(jì)算法（1）周期分量Qp的計(jì)算 用拋物線發(fā)近似計(jì)算。任一函數(shù)的積分均可展開(kāi)為三、短路電流熱效應(yīng)的計(jì)算方法53化簡(jiǎn)為：化簡(jiǎn)為：54[工學(xué)]第三章常用計(jì)算的基本理論和方法課件55（2）非周期分量Qnp的計(jì)算式中：T為非周期分量的等效時(shí)間。短路點(diǎn)T（S）tk≤0.1stk>0.1s發(fā)電機(jī)出口及母線0.150.2發(fā)電機(jī)升高電壓母線及出線發(fā)電機(jī)電壓電抗器后0.080.1變電站各級(jí)電壓母線及出口0.05表2-3非周期分量的等效時(shí)間T（2）非周期分量Qnp的計(jì)算式中：T為非周期分量的等效時(shí)間。56（3）tk大于1s時(shí)的計(jì)算 可不計(jì)及非周期分量算例：3-4，P73一般（3）tk大于1s時(shí)的計(jì)算算例：3-4，P73一般572、等值時(shí)間法 該法只適用于50MW以下的發(fā)電機(jī)，這時(shí)計(jì)算比較精確，超出時(shí)采用前一種方法計(jì)算。（1）短路電流曲線與等值時(shí)間teq1）短路電流曲線：是指短路電流全電流的有效值平方形成的曲線，即：作得曲線圖如右圖2）等值時(shí)間teq：是指短路電流在短路時(shí)間tk內(nèi)的發(fā)熱等效于穩(wěn)態(tài)電流在等值時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量。即面積0DRS=0MBC0DRSMBC2、等值時(shí)間法作得曲線圖如右圖0DRSMBC58（2）等值時(shí)間算法由上說(shuō)明有：（2）等值時(shí)間算法591）周期分量等值時(shí)間的確定（a）周期分量等值時(shí)間曲線及其確定做出曲線如右圖01234564s3s2s1s1.5s0.1s0.2s0.5s0.511.522.51）周期分量等值時(shí)間的確定做出曲線如右圖01234564s360（b）若tk>5s，tp按下式計(jì)算確定（b）若tk>5s，tp按下式計(jì)算確定612）非周期分量等值時(shí)間確定 非周期分量熱效應(yīng)為：2）非周期分量等值時(shí)間確定62當(dāng)：tk>0.1s時(shí)，注意：當(dāng)tk>1s時(shí)，可不考慮非周期分量的影響；小于1s時(shí)則必須考慮。當(dāng)：tk>0.1s時(shí)，注意：當(dāng)tk>1s時(shí)，可不考慮非周期分63第三節(jié)載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算 電動(dòng)力：載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到的作用力。由于電動(dòng)力的存在，如果機(jī)械強(qiáng)度不夠，將會(huì)出現(xiàn)變形和損壞。一、電動(dòng)力的計(jì)算方法1、比奧-沙瓦定律：?jiǎn)胃d流導(dǎo)體在外磁場(chǎng)中所受到的電動(dòng)力 對(duì)圖示電路中，L導(dǎo)體流過(guò)i，外磁場(chǎng)B，取一元長(zhǎng)度dx，它與磁場(chǎng)B的夾角為β，則dx受到的電動(dòng)力為第三節(jié)載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算 電動(dòng)力：載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受64dFBidxβLdFBidxβL652、兩根有限長(zhǎng)直平衡載流體之間的電動(dòng)力dxxLai1i2dFd 圖示電路中L>>a>>d，由《電磁場(chǎng)》有12FB12、兩根有限長(zhǎng)直平衡載流體之間的電動(dòng)力dxxLai1i2dF66二導(dǎo)體每小段受力為二導(dǎo)體每小段受力為67同理求解得1導(dǎo)體的受力：導(dǎo)體的受力電流同方向時(shí)相吸電流反方向時(shí)相斥 沿導(dǎo)體全長(zhǎng)受力中部較大，兩端較小。同理求解得1導(dǎo)體的受力：導(dǎo)體的受力電流同方向時(shí)相吸 沿導(dǎo)體全683、考慮導(dǎo)體截面積形狀和尺寸時(shí)兩平衡導(dǎo)體間的電動(dòng)力 對(duì)于不同形狀的導(dǎo)體，只需乘一個(gè)形狀系數(shù)K即可。（1）對(duì)于圓形平衡導(dǎo)體形狀系數(shù)等于1、槽形平衡導(dǎo)體形狀系數(shù)約等于1；（2）矩形平衡導(dǎo)體 b位與力方向相同的一個(gè)邊，h與力方向垂直。 用有關(guān)知識(shí)可得到下式：dxdyabh3、考慮導(dǎo)體截面積形狀和尺寸時(shí)兩平衡導(dǎo)體間的電動(dòng)力（1）對(duì)于69討論：1）b/h=1，截面為正方形，K≈1；2）b/h>1，導(dǎo)體平放，K>1；3）b/h<1，導(dǎo)體豎放，K<1；4）（a-b）/（h+b）增大（加大導(dǎo)體靜距）K→1；5）（a-b）≥2（h+b）時(shí)，K≈1。 一般情況下，由于計(jì)算復(fù)雜，故用查表法，如圖3-18，或查表法。討論：70二、三相導(dǎo)體短路的電動(dòng)力1、三相短路電動(dòng)力的分析 配電裝置導(dǎo)體均為三相（U、V、W），而且同在一平面上。因此，可用前述方法進(jìn)行分析計(jì)算。單相短路電流為：二、三相導(dǎo)體短路的電動(dòng)力71（1）三相短路電流為：（2）三相短路電動(dòng)力的計(jì)算 圖示，各相的電動(dòng)力是不同的，前述：電流同向時(shí)電動(dòng)力相斥。取K=1計(jì)算。（1）三相短路電流為：（2）三相短路電動(dòng)力的計(jì)算72aaiUiViWFUVFVWFVUFUWFWVFWU對(duì)稱三相短路電動(dòng)力邊上兩相的電動(dòng)力為：aaiUiViWFUVFVWFVUFUWFWVFWU對(duì)稱三相73中間相的電動(dòng)力為：中間相的電動(dòng)力為：742、電動(dòng)力的最大值（1）三相短路電動(dòng)力的最大值 短路電流沖擊值發(fā)生在t=0.01s，取Ts=0.05s，ω=2πf=100π代入上式，得討論：1）因?yàn)槭撬p函數(shù)，最大值應(yīng)出現(xiàn)在第一個(gè)三角函數(shù)的峰值上；2、電動(dòng)力的最大值討論：752）第一個(gè)峰值（最大值）角度為3）短路沖擊電流ish=1.82Im，Im=ish/1.822）第一個(gè)峰值（最大值）角度為3）短路沖擊電流ish=1.8764）各相最大電動(dòng)力 將以上各參數(shù)代入下式的得U、V、W三相電動(dòng)力最大值為系統(tǒng)中的最大值4）各相最大電動(dòng)力得U、V、W三相電動(dòng)力最大值為系統(tǒng)中的最大77（2）兩相短路電動(dòng)力的最大值計(jì)算 當(dāng)短路點(diǎn)為同一個(gè)點(diǎn)上時(shí)，兩相流過(guò)同一個(gè)沖擊電流，電動(dòng)力的大小相等。這時(shí)（2）兩相短路電動(dòng)力的最大值計(jì)算78[工學(xué)]第三章常用計(jì)算的基本理論和方法課件793、導(dǎo)體振動(dòng)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力 配電裝置的硬導(dǎo)體及其支架均具有質(zhì)量和彈性，構(gòu)成一個(gè)彈性系統(tǒng)。絕緣子之間的硬導(dǎo)體可當(dāng)作兩端固定的彈性梁。（1）彈性系統(tǒng)的自由振動(dòng) 在一次外力作用下發(fā)生彎曲變形，外力消除后在彈性恢復(fù)力作用下自由在平衡位置兩側(cè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，稱之為自由振動(dòng)或固有振動(dòng)。 自由振動(dòng)振動(dòng)頻率成為自振動(dòng)頻率或固有頻率。這種振動(dòng)在空氣阻力和內(nèi)部默察里的作用下逐漸衰減，而對(duì)道題的影響不大。3、導(dǎo)體振動(dòng)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力80（2）彈性系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng) 彈性系統(tǒng)在周期性外力作用下發(fā)生的振動(dòng)稱為強(qiáng)迫振動(dòng)。 導(dǎo)體在短路電動(dòng)力的作用下產(chǎn)生的振動(dòng)屬?gòu)?qiáng)迫振動(dòng)。它含有工頻和二倍工頻分量，如固有頻率等于或接近這兩個(gè)頻率，系統(tǒng)將產(chǎn)生機(jī)械共振而破壞。在設(shè)計(jì)適應(yīng)盡量避免。（3）外力使導(dǎo)體變形并產(chǎn)生內(nèi)力 圖示：法向力M，切向力Q。1）彎矩：導(dǎo)體上不受壓，下部受拉，這對(duì)法向力組成一力偶M，稱為彎矩。 MQMQ（2）彈性系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng)MQMQ812）正應(yīng)力σ：導(dǎo)體截面上單位面積所受到的法向力，稱為正應(yīng)力。σ與M成正比。3）動(dòng)態(tài)應(yīng)力：因F為時(shí)間函數(shù)，故σ與M均為時(shí)間函數(shù)，即稱σ為動(dòng)態(tài)應(yīng)力。（4）導(dǎo)體不同固定方式下的頻率計(jì)算

多跨連續(xù)梁的一階固有頻率的計(jì)算式中：Nf—頻率系數(shù)，與導(dǎo)體支承方式和跨數(shù)有關(guān)；L—絕緣子跨距，m；J—導(dǎo)體截面二次距，與尺寸形狀有關(guān)；m—導(dǎo)體單位長(zhǎng)度的質(zhì)量，kg/m。2）正應(yīng)力σ：導(dǎo)體截面上單位面積所受到的法向力，稱為正應(yīng)力。82跨數(shù)及支撐方式Nf單跨兩端簡(jiǎn)支1.57單跨一端簡(jiǎn)支一端固定，兩等跨簡(jiǎn)支2.45單跨兩端兩端固定3.56單跨一端固定一端活動(dòng)0.56導(dǎo)體不同固定方式下的頻率系數(shù)Nf每相條數(shù)123備注三相水平布置、導(dǎo)體豎放力作用在h面三相水平布置、導(dǎo)體平放、豎放、垂直布置力作用在b面矩形導(dǎo)體截面二次矩J跨數(shù)及支撐方式Nf單跨兩端簡(jiǎn)支1.57單跨一端簡(jiǎn)支一端固定，83（5）實(shí)際動(dòng)態(tài)過(guò)程最大電動(dòng)力的計(jì)算 用最大電動(dòng)力Fmax乘動(dòng)態(tài)應(yīng)力系數(shù)β得到。 β與f的關(guān)系曲線1.0100200討論：1）f在50、100處有最大值；2）f在30~160范圍內(nèi)β>1；3）f<30，β<1；f>160，β≈1，在這些區(qū)間里取β=1。（5）實(shí)際動(dòng)態(tài)過(guò)程最大電動(dòng)力的計(jì)算β與f的關(guān)系曲線1.01084三、分相封閉母線周圍的磁場(chǎng)及電動(dòng)力1、外殼環(huán)流Is 全連式分相封閉母線克看作是一個(gè)1：1的變壓器，一次側(cè)為母線，二次側(cè)為外殼，當(dāng)母線流過(guò)電流Iw時(shí)，將感應(yīng)出外殼環(huán)流Is。如圖+++IsIwaDsUVWΦ2、剩余電流Ir 產(chǎn)生主磁通Φ的勵(lì)磁電流。3、等值電路和相量圖 由于漏磁通很小，二次漏電抗可以忽略，作出封閉母線的等值電路和相量圖。如圖rwxwrsLRa三、分相封閉母線周圍的磁場(chǎng)及電動(dòng)力+++IsIwaDsU855、殼內(nèi)的外磁場(chǎng) 由相鄰相進(jìn)入本相殼內(nèi)的磁場(chǎng)，稱為殼內(nèi)的外磁場(chǎng)。6、外殼渦流Ie 殼內(nèi)的外磁場(chǎng)將在外殼感應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)渦流Ie，在外殼中來(lái)回流動(dòng)（如圖），并產(chǎn)生去磁作用，使得殼內(nèi)的磁場(chǎng)減弱，電動(dòng)力大大減小，渦流Ie起屏蔽作用。+＋＋＋＋....7、分相封閉式母線的電動(dòng)力 由于渦流對(duì)周期分量產(chǎn)生屏蔽作用，只有直流分兩磁場(chǎng)能進(jìn)入殼內(nèi)，三相短路時(shí)母線單位長(zhǎng)度的電動(dòng)力為：5、殼內(nèi)的外磁場(chǎng)+＋＋＋＋....7、分相封閉式母線的電動(dòng)力86三相短路時(shí)封閉式母線單位長(zhǎng)度的電動(dòng)力三相短路時(shí)封閉式母線單位長(zhǎng)度的電動(dòng)力87母線導(dǎo)體的最大應(yīng)力圓管外徑圓管內(nèi)徑母線導(dǎo)體的最大應(yīng)力圓管外徑圓管內(nèi)徑88第四節(jié)電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析可靠性分析的目的：1、作為設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)的依據(jù)2、作為選擇主接線最優(yōu)方案的依據(jù)3、選擇最佳運(yùn)行方式4、合理安排檢修計(jì)劃和對(duì)策5、研究可靠性和經(jīng)濟(jì)性的最佳搭配第四節(jié)電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析可靠性分析的目的：89（一）可靠性管理的意義1、可靠性理論 是研究一個(gè)系統(tǒng)、設(shè)備、部件或元件在預(yù)定時(shí)間內(nèi)和規(guī)定條件下滿意工作概率的理論?？煽啃跃褪侵杆鼈?cè)陬A(yù)定時(shí)間內(nèi)和規(guī)定條件下完成規(guī)定功能的能力。2、電力工業(yè)的可靠性管理 就是利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，用定量指標(biāo)來(lái)分析，比較和預(yù)測(cè)電力系統(tǒng)規(guī)劃、實(shí)際、運(yùn)行和管理等各個(gè)方面，各個(gè)環(huán)節(jié)可靠性，提高設(shè)備利用率，降低停運(yùn)率，提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效率。（一）可靠性管理的意義90一、基本概念1、可靠性的含義 可靠性定義為元件、設(shè)備和系統(tǒng)在規(guī)定條件下和約定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。即可靠性被定義為一個(gè)概率，可進(jìn)行定量分析和計(jì)算。2、電氣設(shè)備的分類 電力系統(tǒng)中的設(shè)備：（1）可修復(fù)元件：經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行后發(fā)生故障，經(jīng)維修后可恢復(fù)至原來(lái)的工作狀態(tài)。如斷路器和變壓器?？尚迯?fù)元件組成的系統(tǒng)稱為可修復(fù)系統(tǒng)。一、基本概念91（2）不可修復(fù)元件 反之，不能修復(fù)或修復(fù)后不經(jīng)濟(jì)，這種元件稱為不可修復(fù)元件。由其組成的系統(tǒng)稱為不可修復(fù)系統(tǒng)。如燈泡、電容器等。3、電氣設(shè)備的工作狀態(tài)（1）運(yùn)行狀態(tài)（2）停運(yùn)狀態(tài)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)（1）可靠度:R（t） 一個(gè)元件在規(guī)定條件下和約定時(shí)間內(nèi)，執(zhí)行規(guī)定功能的概率。記為R（t），不可靠度記為F（t）。（2）不可修復(fù)元件92元件可靠度的概率表示法 設(shè)有n個(gè)元件，運(yùn)行時(shí)間t，有nf（t）元件損壞，剩ns（t）完好。（2）不可靠度：F（t） 表示元件在小于或等于規(guī)定時(shí)間內(nèi)發(fā)生的故障概率。元件可靠度的概率表示法（2）不可靠度：F（t）93（3）故障密度系數(shù)：f（t） 單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的概率。（4）故障率:λ（t） 故障密度與可靠度的比值成為故障率。（3）故障密度系數(shù)：f（t）（4）故障率:λ（t）94即： 由上式可作出元件的故障率曲線如下圖，又稱為浴盆曲線。t0使用壽命ABCA:早期故障期B:偶發(fā)故障期C:耗損故障期λ:規(guī)定故障率λ經(jīng)維修下降的故障率即： 由上式可作出元件的故障率曲線如下圖，又稱為浴盆曲線。t95討論：1）、早期故障期為事故高發(fā)區(qū)，主要原因是因?yàn)樵O(shè)計(jì)和制造、安裝和調(diào)試原因造成，必須進(jìn)行嚴(yán)格的是運(yùn)行和驗(yàn)收；2）、曲線在偶發(fā)故障期內(nèi)，故障率與時(shí)間無(wú)關(guān)，為一平直曲線。系統(tǒng)只要嚴(yán)格按規(guī)程操作和維護(hù)，將會(huì)長(zhǎng)期工作在偶發(fā)故障期；3）、耗損故障期為設(shè)備壽命期末，引起故障的原因?yàn)樵O(shè)備零件老化和磨損而引起，經(jīng)過(guò)預(yù)防、改善、維修和更換，將會(huì)延長(zhǎng)系統(tǒng)的壽命。討論：96（5）平均無(wú)故障工作時(shí)間:TU 若t代表一個(gè)連續(xù)的隨機(jī)變量，f(t)為故障密度函數(shù)，元件壽命時(shí)間TU隨即變量的數(shù)學(xué)期望為：即：平均無(wú)故障時(shí)間和該設(shè)備的故障率呈反比，故障率為常數(shù)時(shí)平均無(wú)故障時(shí)間也為一個(gè)常數(shù)。（5）平均無(wú)故障工作時(shí)間:TU即：平均無(wú)故障時(shí)間和該設(shè)備的故972、可修復(fù)元件的可靠性指標(biāo)（1）可靠度R（t） 指在起始時(shí)刻正常工作條件下，在時(shí)間[0，t]區(qū)域內(nèi)不發(fā)生故障的概率。（2）不可靠度F（T） 指元件在起始時(shí)刻完好的情況下，在時(shí)間[0，t]區(qū)域內(nèi)發(fā)生首次故障的概率。（3）故障率λ（t）

指元件在起始時(shí)刻到時(shí)間t完好的情況下，在時(shí)間t后單位時(shí)間發(fā)生故障的次數(shù)。 平均故障率:n運(yùn)行設(shè)備的年平均臺(tái)數(shù)2、可修復(fù)元件的可靠性指標(biāo)n運(yùn)行設(shè)備的年平均臺(tái)數(shù)98（4）修復(fù)率μ（t） 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(shí)間內(nèi)能修復(fù)設(shè)備的臺(tái)數(shù)。（5）平均修復(fù)時(shí)間TD 為設(shè)備每次連續(xù)檢修所用實(shí)踐的平均值。當(dāng)修復(fù)率為常數(shù)，修復(fù)時(shí)間服從指數(shù)分布時(shí)（4）修復(fù)率μ（t）99（6）平均運(yùn)行周期Ts 可修復(fù)元件的平均故障間隔時(shí)間。

Ts=TU+TD

（7）可用度A 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。對(duì)于可修復(fù)元件：A（t）≥R（t）對(duì)于不可修復(fù)元件：A（t）=R（t）對(duì)于一個(gè)長(zhǎng)期運(yùn)行的設(shè)備：（6）平均運(yùn)行周期Ts（7）可用度A100（8）不可用度 指穩(wěn)態(tài)下元件或系統(tǒng)市區(qū)規(guī)定功能而處于停運(yùn)狀態(tài)的概率。即

強(qiáng)迫停運(yùn)率FOR：元件處于不可用度時(shí)的另一種表示方法。（8）不可用度 強(qiáng)迫停運(yùn)率FOR：元件處于不可用度時(shí)的另一種101（9）故障頻率f 設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行情況下，每年平均故障次數(shù)。3、電氣主接線的可靠性指標(biāo) 一般是指在某種供電方式下的可靠度、平均無(wú)故障工作時(shí)間、每年平均停勻時(shí)間、股長(zhǎng)頻率等表示。（9）故障頻率f3、電氣主接線的可靠性指標(biāo)102三、電氣主接線的可靠性計(jì)算 計(jì)算方法分類：（1）求解邏輯圖為基礎(chǔ)上的網(wǎng)絡(luò)法 它假定系統(tǒng)中每一個(gè)元件只有兩種狀態(tài)：運(yùn)行和停運(yùn)，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式及元件失效模式繪出邏輯圖，建立可靠性數(shù)學(xué)模型，通過(guò)數(shù)值計(jì)算求出可靠性指標(biāo)。多用于主接線可靠性計(jì)算。（2）求解狀態(tài)空間模型基礎(chǔ)上的狀態(tài)空間法 建立與馬爾科夫模型基礎(chǔ)上，在處理副扎系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)是，具有較大的靈活性。多用于電力系統(tǒng)的可靠性計(jì)算。三、電氣主接線的可靠性計(jì)算103（三）可靠性計(jì)算的基本知識(shí) 系統(tǒng)的可靠性是由元件的可靠性和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定的。利用元件的可靠性指標(biāo)，預(yù)測(cè)系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)是提高可靠性管理的基礎(chǔ)。1、串聯(lián)系統(tǒng) 若系統(tǒng)中一個(gè)元件故障，便構(gòu)成系統(tǒng)故障，這種系統(tǒng)稱為串聯(lián)系統(tǒng)。 設(shè)有n個(gè)元件組成的一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)，它們的可靠度和故障率分別為R1R2…Rn和λ1λ2…λn。用Rs和λS表示系統(tǒng)的可靠度和故障率。則有（三）可靠性計(jì)算的基本知識(shí)104串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度105討論：（1）串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度等于各元件可靠度的積 因?yàn)镽i<1，所以Rs<1，而且Rs<Ri，可見(jiàn)，串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度要低于最弱元件的可靠度。（2）串聯(lián)系統(tǒng)的故障率等于各元件故障率的和 故，串聯(lián)系統(tǒng)的故障率大于任何一個(gè)元件的故障率。 結(jié)論：要得到高可靠度的系統(tǒng)，不宜采用多元件的串聯(lián)系統(tǒng)。討論： 結(jié)論：要得到高可靠度的系統(tǒng)，不宜采用多元件的串聯(lián)系統(tǒng)106 串聯(lián)系統(tǒng)的平均壽命(MTTF)s=TUs與元件的平均壽命TUi的關(guān)系： 在穩(wěn)定狀態(tài)下，可修復(fù)系統(tǒng)可用度As的計(jì)算由下式計(jì)算 串聯(lián)系統(tǒng)的平均壽命(MTTF)s=TUs與元件的平均壽命T1072、并聯(lián)系統(tǒng) 當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)中的所有元件發(fā)生故障時(shí)，采購(gòu)成系統(tǒng)故障，這種系統(tǒng)稱為并聯(lián)系統(tǒng)。 設(shè)有n個(gè)元件組成的一個(gè)并聯(lián)系統(tǒng)，它們的可靠度和不可靠度分別為R1R2…Rn和F1F2…Fn。用Rs和FS表示系統(tǒng)的可靠度和故障率，并且則有Fi=1—Ri

2、并聯(lián)系統(tǒng)108并聯(lián)系統(tǒng)的平均壽命當(dāng)各元件故障率相等并等于常數(shù)時(shí)，有 結(jié)論：并聯(lián)系統(tǒng)的壽命比單個(gè)元件的壽命長(zhǎng)，增加并聯(lián)元件的個(gè)數(shù)能增加系統(tǒng)的壽命，但元件越多，壽命增加的程度越小。并聯(lián)系統(tǒng)的平均壽命當(dāng)各元件故障率相等并等于常數(shù)時(shí)，有 結(jié)論：109 對(duì)于可修復(fù)元件組成的系統(tǒng)，在穩(wěn)定狀態(tài)下，系統(tǒng)的不可靠度的計(jì)算如下：3、復(fù)雜系統(tǒng) 計(jì)算方法是：將系統(tǒng)分解成多個(gè)串聯(lián)和并聯(lián)的子系統(tǒng)，按先串后并的順序計(jì)算其可靠度，最后計(jì)算得系統(tǒng)的可靠度。 對(duì)于可修復(fù)元件組成的系統(tǒng)，在穩(wěn)定狀態(tài)下，系統(tǒng)的不可靠度的計(jì)110第五節(jié)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析一、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的內(nèi)容1、財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)（1）財(cái)務(wù)評(píng)價(jià) 財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)是從企業(yè)角度根據(jù)國(guó)家現(xiàn)行財(cái)稅制度和現(xiàn)行價(jià)格，分析測(cè)算工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益和費(fèi)用，考察項(xiàng)目的活力能力、清償能力及外匯效果等財(cái)務(wù)狀況，以判別建設(shè)工程項(xiàng)目財(cái)務(wù)上的可行性。1）財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo) 財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率、投資回收期、固定資產(chǎn)投資借款償還年限等。第五節(jié)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析一、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的內(nèi)容1112）財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)的輔助評(píng)價(jià)指標(biāo) 投資利潤(rùn)率、投資利稅率、財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值、凈現(xiàn)值率等。（2）國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)是從國(guó)家整體角度考察工程項(xiàng)目的效益和費(fèi)用，計(jì)算分析項(xiàng)目給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的凈效益，評(píng)價(jià)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)上的合理性。1）評(píng)價(jià)的主要指標(biāo) 經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率、經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值、經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值率等。2）財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)的輔助評(píng)價(jià)指標(biāo)1122）可行性評(píng)價(jià) 國(guó)家規(guī)定：若項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率大于或等于社會(huì)折現(xiàn)率，則認(rèn)為該項(xiàng)目在國(guó)民經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)中可行。（3）財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的區(qū)別1）分析角度不同：前者從企業(yè)、后者從國(guó)家整體利益考察；2）效益與費(fèi)用的含義和計(jì)算范圍不同：前者是根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際收支確定項(xiàng)目的效益和費(fèi)用，后者則這種與項(xiàng)目為社會(huì)提供的有用產(chǎn)品、服務(wù)及項(xiàng)目所耗費(fèi)的社會(huì)有用資源，效益和費(fèi)用。2）可行性評(píng)價(jià)1133）使用價(jià)格不同：前者采用現(xiàn)行市場(chǎng)價(jià)格、后者使用影子價(jià)格；4）主要參數(shù)不同：前者采用行業(yè)制定的基準(zhǔn)收益率和折現(xiàn)率、后者使用統(tǒng)一的影子匯率和社會(huì)折現(xiàn)率。2、不準(zhǔn)確性分析 不準(zhǔn)確性分析是分析可變因數(shù)以測(cè)定工程項(xiàng)目或設(shè)計(jì)方案可承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)的能力。對(duì)于電力工程，主要分析：固定資產(chǎn)投資、燃料費(fèi)用、售電價(jià)格、電量、施工期等因數(shù)變化時(shí)，對(duì)主要經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)的影響。3）使用價(jià)格不同：前者采用現(xiàn)行市場(chǎng)價(jià)格、后者使用影子價(jià)格；1143、方按比較 作用：方案篩選、優(yōu)劣排序。 方法：最小費(fèi)用法。二、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的基本原則1、多方面按比較的原則2、可比性原則（1）需要上可比（2）價(jià)格上可比（3）時(shí)間上可比（4）耗費(fèi)上可比3、國(guó)民經(jīng)濟(jì)效益原則4、企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益原則5、不確定性分析原則6、綜合評(píng)價(jià)原則3、方按比較3、國(guó)民經(jīng)濟(jì)效益原則115三、常用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析方法1、最小費(fèi)用法 他是電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)分析應(yīng)用較普遍的方法，主要表達(dá)方式如下：（1）費(fèi)用現(xiàn)值法 將各方案基本建設(shè)期和生產(chǎn)運(yùn)行期的全部支出費(fèi)用均折算至計(jì)算期的第一年，費(fèi)用現(xiàn)值PW算法如下:全部投資年經(jīng)營(yíng)總成本計(jì)算期末回收固定資產(chǎn)余額計(jì)算期末回收流動(dòng)資金折現(xiàn)率折現(xiàn)系數(shù)計(jì)算期三、常用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析方法全部投資年經(jīng)營(yíng)總成本計(jì)算期末回收固116（2）計(jì)算期不同的費(fèi)用現(xiàn)值法 如參加比較的方案計(jì)算期不同，則不能按照上式計(jì)算，一般以計(jì)算期最短的方案計(jì)算。第2方案資金回收系數(shù)第1方案年現(xiàn)金回值系數(shù)下標(biāo)1、2為：第1、2投資方案（2）計(jì)算期不同的費(fèi)用現(xiàn)值法第2方案資金回收系數(shù)第1方案年現(xiàn)117（3）年費(fèi)用比較法 將參加比較的方案在計(jì)算期內(nèi)全部支出費(fèi)用折算成等額費(fèi)用后進(jìn)行比較，年費(fèi)用低的方案為經(jīng)濟(jì)上優(yōu)越的方案。年費(fèi)用AC的表達(dá)式：ACm：折算到工程建成年的年費(fèi)用；Im:折算到工程建成年的總投資；C’m:折算到工程建成年的運(yùn)營(yíng)費(fèi)（3）年費(fèi)用比較法ACm：折算到工程建成年的年費(fèi)用；1182、凈現(xiàn)值法 凈現(xiàn)值是用折現(xiàn)率將項(xiàng)目計(jì)算期內(nèi)各年的凈效益折算到工程建設(shè)初期的現(xiàn)值之和。 投資相同的諸多方面安凈現(xiàn)值大的為經(jīng)濟(jì)占優(yōu)方案。凈現(xiàn)值EMPV表達(dá)式凈現(xiàn)值率：現(xiàn)金流入量現(xiàn)金流出量t年的凈現(xiàn)金流量投資凈現(xiàn)值2、凈現(xiàn)值法凈現(xiàn)值率：現(xiàn)金流入量現(xiàn)金流出量t年的凈現(xiàn)金流量投1193、內(nèi)部收益率法 內(nèi)部收益率法反映項(xiàng)目對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，使項(xiàng)目計(jì)算期內(nèi)的經(jīng)濟(jì)或財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值累計(jì)等于零的折現(xiàn)率。（1）內(nèi)部收益率法表達(dá)式為：采用數(shù)值分析的迭代法求得3、內(nèi)部收益率法采用數(shù)值分析的迭代法求得120（2）差額投資內(nèi)部收益率法表達(dá)是為：投資大的方案現(xiàn)金流量投資小的方案現(xiàn)金流量差額投資內(nèi)部收益率 當(dāng)大于或等于電力工業(yè)投資基準(zhǔn)收益率或社會(huì)折現(xiàn)率時(shí)，投資大的方案占優(yōu)勢(shì)；反之，小的占優(yōu)勢(shì)。（2）差額投資內(nèi)部收益率法投資大的方案現(xiàn)金流量投資小的方案現(xiàn)121（4）抵償年限法 即靜態(tài)差額投資回收期法。靜態(tài)差額投資回收期Pa表達(dá)式：方案1、2的投資方案1、2的運(yùn)行費(fèi)或 采用靜態(tài)差額投資收益率Ra計(jì)算，表達(dá)式為：（4）抵償年限法方案1、2的投資方案1、2的運(yùn)行費(fèi)或122四、方案的經(jīng)濟(jì)比較項(xiàng)目 經(jīng)濟(jì)比較的目的是：對(duì)各方案的綜合總投資和年運(yùn)行費(fèi)進(jìn)行綜合效益比較，確定出最佳方案。1、綜合總投資I 綜合總投資I包括：變壓器綜合投資、開(kāi)關(guān)設(shè)備、配電裝置綜合投資、不可預(yù)見(jiàn)的附加投資等。用下式計(jì)算： 主體設(shè)備的綜合投資不明顯附加費(fèi)用比例系數(shù)四、方案的經(jīng)濟(jì)比較項(xiàng)目主體設(shè)備的綜合投資不明顯附加費(fèi)用比例系1232、運(yùn)行期的年運(yùn)行費(fèi)用C' 包括：一年中變壓器電能損耗費(fèi)、檢修、維護(hù)、折舊費(fèi)等，按投資派分率計(jì)算。折舊費(fèi)率，取0.005~0,058維修維護(hù)費(fèi)率，取0.0022~0,042損耗電能的電價(jià)變壓器年電能損耗變壓器年電能損耗的計(jì)算如下：（1）雙繞組變壓器2、運(yùn)行期的年運(yùn)行費(fèi)用C'折舊費(fèi)率，取0.005~0,058124相同變壓器臺(tái)數(shù)單位無(wú)功損耗引起的有功損耗系數(shù)、?。耗妇€變0.2、系統(tǒng)變0.1~0.15N臺(tái)變壓器的總負(fù)荷每臺(tái)額定容量變壓器年運(yùn)行小時(shí)數(shù)最大負(fù)荷損耗小時(shí)數(shù)相同變壓器臺(tái)數(shù)單位無(wú)功損耗引起的有功損耗系數(shù)、?。耗妇€變0.125（2）三繞組變壓器（2）三繞組變壓器126第三章

常用計(jì)算的基本理論及方法第三章

常用計(jì)算的基本理論及方法127基本理論和方法包括：1、載流導(dǎo)體的發(fā)熱和電動(dòng)力理論（重點(diǎn)）；2、電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析和技術(shù)分析?；纠碚摵头椒òǎ?28第一節(jié)導(dǎo)體載流量及運(yùn)行溫度計(jì)算一、概述1、兩種工作狀態(tài)（1）正常工作狀態(tài) 導(dǎo)體和電器在電壓和電流都在額定值允許偏移范圍下工作，它們可以正常、穩(wěn)定、長(zhǎng)期工作。（2）短路工作狀態(tài) 系統(tǒng)發(fā)生短路故障到故障切除時(shí)的工作狀態(tài)。故障電流可增致正常時(shí)的幾倍到幾十倍。第一節(jié)導(dǎo)體載流量及運(yùn)行溫度計(jì)算一、概述1292、損耗的種類 有功功率損耗引起發(fā)熱，使材料的物理和化學(xué)性能變壞。（1）導(dǎo)體電阻和接觸電阻引起損耗；（2）絕緣材料的介質(zhì)損耗；（3）金屬在交流電場(chǎng)下產(chǎn)生渦流損耗和磁滯損耗。3、發(fā)熱的種類（1）長(zhǎng)期發(fā)熱：正常工作狀態(tài)下引起的發(fā)熱，熱量的一部分引起導(dǎo)體溫升，一部分散發(fā)到周圍的介質(zhì)中去；（2）短時(shí)發(fā)熱：短路電流引起的發(fā)熱。由于迅速升溫和熱量無(wú)法散發(fā)而燒壞電器。2、損耗的種類1304、發(fā)熱產(chǎn)生的不良影響（1）機(jī)械強(qiáng)度下降（2）接觸電阻增加（3）絕緣水平下降5、最高允許溫度 保證導(dǎo)體可靠地工作而規(guī)定的導(dǎo)體長(zhǎng)期工作發(fā)熱和短路發(fā)熱的溫度限值。（1）長(zhǎng)期發(fā)熱最高允許溫度裸導(dǎo)體：70度銅心鋁絞線和管型導(dǎo)體：80度有鍍錫覆蓋時(shí)：85度有鍍銀覆蓋時(shí)：95度4、發(fā)熱產(chǎn)生的不良影響131（2）短時(shí)發(fā)熱允許的最高溫度硬鋁和鋁錳合金：200度硬銅：300度（2）短時(shí)發(fā)熱允許的最高溫度132二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱 進(jìn)行發(fā)熱計(jì)算的目的：校驗(yàn)導(dǎo)體和電器各部分發(fā)熱溫度是否超過(guò)允許值。 根據(jù)能量守恒定律，發(fā)熱量應(yīng)等于散熱量。即

QR+Qt=Ql+Qf1、導(dǎo)體電阻損耗的熱量QR 導(dǎo)體電阻損耗的熱量QR為單位長(zhǎng)度（1m）的導(dǎo)體通過(guò)電流IW（A）時(shí)，由電阻損耗所產(chǎn)生的熱量。電阻損耗的發(fā)熱量太陽(yáng)日照的發(fā)熱量對(duì)流散熱量輻射散熱量二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱1、導(dǎo)體電阻損耗的熱量QR電阻損耗的發(fā)熱133導(dǎo)體電阻損耗的熱量QR導(dǎo)體電阻損耗的熱量QR134表3-1不同材料電阻率ρ及電阻溫度系數(shù)αt材料名稱ραt純鋁0.027~0.0290.0041鋁錳合金0.03790.0042鋁鎂合金0.04580.0042軟棒銅0.017480.00433硬棒銅0.01790.00433鋼0.150.00625常用材料的電阻率及電阻溫度系數(shù)如下： 而集膚效應(yīng)系數(shù)則與電流的頻率、導(dǎo)體的形狀和尺寸有關(guān)，曲線圖如下表3-1不同材料電阻率ρ及電阻溫度系數(shù)αt材料名稱ραt純鋁135集膚系數(shù)Kf的獲?。翰楸矸ā?圖2-1各種截面導(dǎo)體的集膚系數(shù)1.02.01.5Kf050100150hbhttDt/h=0.5t/D=0.5t/h=0.2t/D=0.2t/h=0.1t/D=0.1t/h=0.04t/D=0.04t/h=0.02t/D=0.02b/h=1b/h=1.8b/h=1.16集膚系數(shù)Kf的獲?。翰楸矸?。 圖2-1各種截面導(dǎo)體的136從圖中可知：1）當(dāng)導(dǎo)體的形狀、面積、尺寸比相同，材料不同時(shí)，電阻率小的Kf大；2）當(dāng)導(dǎo)體的形狀、尺寸比、材料（電阻率）相同時(shí)，面積大的KS大；3）當(dāng)導(dǎo)體的形狀、面積、材料（電阻率）相同時(shí)，尺寸比大的Kf大；4）同面積、同材料的矩形導(dǎo)體，越接近正方形Kf越大；5）同面積、同材料的管形導(dǎo)體，越接近實(shí)心Kf越大；從圖中可知：1372、太陽(yáng)照射的熱量 有室內(nèi)和室外之分，室內(nèi)可忽略不計(jì)，室外計(jì)算如下：2、太陽(yáng)照射的熱量1383、導(dǎo)體的散熱 導(dǎo)體在發(fā)熱的同時(shí)，還存在散熱，即熱傳遞過(guò)程。熱傳遞的三種基本形式如下 對(duì)流：由流體各部分相對(duì)位移將熱量帶走的過(guò)程。

對(duì)流又分為自然對(duì)流和強(qiáng)迫對(duì)流兩種。 輻射：熱量從高溫物體以熱射線的方式傳致低溫物體的過(guò)程。 導(dǎo)熱：直接接觸的物體由高溫區(qū)向低溫區(qū)傳遞的過(guò)程。3、導(dǎo)體的散熱139（1）對(duì)流散熱量Ql（1）對(duì)流散熱量Ql1401）自然對(duì)流換熱 室內(nèi)自然通風(fēng)，室外風(fēng)速小于0.2/m是屬于自然對(duì)流換熱。a）對(duì)流換熱系數(shù)的計(jì)算b）太陽(yáng)照射面積Fl的計(jì)算 對(duì)不同形狀、尺寸和布置有不同的算法?！?】單條矩形bh1）自然對(duì)流換熱b）太陽(yáng)照射面積Fl的計(jì)算bh141【2】二條矩形導(dǎo)體bhbb【3】三條矩形導(dǎo)體bhbbbb【2】二條矩形導(dǎo)體bhbb【3】三條矩形導(dǎo)體bhbbbb142【4】槽形導(dǎo)體hbxb2【5】圓形導(dǎo)體D【4】槽形導(dǎo)體hbxb2【5】圓形導(dǎo)體D143（2）強(qiáng)迫對(duì)流換熱 流體在導(dǎo)體內(nèi)或外由某種機(jī)械的驅(qū)使流動(dòng)，并在有溫差的條件下和導(dǎo)體表面進(jìn)行換熱，為強(qiáng)迫對(duì)流換熱?！?】換熱系數(shù)的計(jì)算將它們帶入式得：（2）強(qiáng)迫對(duì)流換熱將它們帶入式得：144[工學(xué)]第三章常用計(jì)算的基本理論和方法課件145φABn0~24度0.420.681.0824~90度0.420.580.9修正系數(shù)值表4、導(dǎo)體輻射散熱量Qf式中：ε：導(dǎo)體的相對(duì)輻射系數(shù)，如下表 Ff：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度導(dǎo)體輻射換熱面積。φABn0~24度0.420.681.0824~90度0.4146導(dǎo)體材料的輻射系數(shù)材料輻射系數(shù)光面鋁0.039~0.057粗面鋁0.055光面電解銅0.018~0.023有光澤的黑漆0.875無(wú)光澤的黑漆0.96~0.98白漆0.80~0.95油漆和涂料0.92~0.96有光澤的黑色蟲(chóng)漆0.821無(wú)光澤的黑色蟲(chóng)漆0.911）導(dǎo)體的相對(duì)輻射系數(shù)ε導(dǎo)體材料的輻射系數(shù)材料輻射系數(shù)光面鋁0.039~0.057粗1472）Ff單位長(zhǎng)度導(dǎo)體輻射換熱面積的計(jì)算【1】矩形導(dǎo)體的Ff單導(dǎo)體：Ff=2（A1+A2）二導(dǎo)體：Ff=2A1（2－φ）+4A2三導(dǎo)體：Ff=2A1（3－2φ）+6A2式中：【2】槽形導(dǎo)體：Ff=2（h+2b）+b【3】圓管導(dǎo)體：Ff=πD2）Ff單位長(zhǎng)度導(dǎo)體輻射換熱面積的計(jì)算式中：【2】槽形導(dǎo)體：1485、導(dǎo)體傳遞的熱量Qd（可忽略不計(jì)）5、導(dǎo)體傳遞的熱量Qd（可忽略不計(jì)）1491、導(dǎo)體的溫升過(guò)程 導(dǎo)體電阻損耗所產(chǎn)生的熱量和吸收太陽(yáng)能之和等于本身溫度升高加上熱傳遞散失的熱量。對(duì)流和散射熱量的計(jì)算三、導(dǎo)體載流量的計(jì)算

導(dǎo)體的載流量就是導(dǎo)體長(zhǎng)期允許通過(guò)的電流。總散射系數(shù)導(dǎo)體散面積導(dǎo)體的溫度環(huán)境溫度即：1、導(dǎo)體的溫升過(guò)程三、導(dǎo)體載流量的計(jì)算總散射系數(shù)導(dǎo)體散面積導(dǎo)150在dt時(shí)間內(nèi)，上式可寫(xiě)成在dt時(shí)間內(nèi)，上式可寫(xiě)成151（1）熱平衡微分方程 設(shè)導(dǎo)體通過(guò)電流I，t時(shí)刻的溫度為θw，溫升為（θw－θ0），熱平衡方程為： 當(dāng)導(dǎo)體正常工作時(shí)，R、c、α為常量，上式可寫(xiě)為：（1）熱平衡微分方程 當(dāng)導(dǎo)體正常工作時(shí)，R、c、α為常量，上152 設(shè)時(shí)間從0到t時(shí)，溫度從θk升到θ，上面積分為：開(kāi)始溫升最后溫升 設(shè)時(shí)間從0到t時(shí)，溫度從θk升到θ，上面積分為：開(kāi)始溫升最153設(shè)：0→t時(shí)，溫升由τk→τ,上式解得：2、溫升τ的解設(shè)：0→t時(shí)，溫升由τk→τ,上式解得：2、溫升τ的解154上式改寫(xiě)成：作圖上式改寫(xiě)成：作圖1552、導(dǎo)體的載流量I的計(jì)算2、導(dǎo)體的載流量I的計(jì)算1563、提高導(dǎo)體載流量的措施第一、減小導(dǎo)體電阻R（1）采用電阻率小的材料（2）減小接觸電阻（3）增大界面值（但單根S<1250平方毫米）、增加根數(shù)、或槽形、管型。第二、增大導(dǎo)體的換熱面F 同樣截面積下，實(shí)心圓形最小、矩形和槽形大。第三、提高換熱系數(shù)τ（1）布置采用最佳散熱方式（2）室內(nèi)導(dǎo)體涂漆可增大輻射系數(shù)、室內(nèi)導(dǎo)體表面保持光亮減少日照熱量吸收（3）采用強(qiáng)迫冷卻。3、提高導(dǎo)體載流量的措施1571、鋼構(gòu)發(fā)熱的原因 大電流產(chǎn)生大磁場(chǎng)，在附近的鋼構(gòu)（1）產(chǎn)生磁滯和渦流（2）閉合的鋼構(gòu)產(chǎn)生環(huán)流2、鋼構(gòu)發(fā)熱的最高允許溫度（1）人工可觸及的鋼構(gòu)：70度；（2）人工不可觸及的鋼構(gòu)：100度；（3）混凝土中的鋼構(gòu)：80度。四、大電流導(dǎo)體附近鋼構(gòu)的發(fā)熱1、鋼構(gòu)發(fā)熱的原因四、大電流導(dǎo)體附近鋼構(gòu)的發(fā)熱1583、減少鋼構(gòu)損耗和發(fā)熱的措施1、加大鋼構(gòu)和載流體之間的距離，使磁場(chǎng)強(qiáng)度減弱，降低渦流和磁滯損耗；2、斷開(kāi)載流體附近鋼構(gòu)的閉合回路并加上絕緣墊；3、采用電磁屏蔽；（包銅或鋁短路環(huán)）4、分相封閉母線。（包鋁質(zhì)殼兩端短接）H無(wú)短路環(huán)H有短路環(huán)短路環(huán)屏蔽CBA分相封閉母線3、減少鋼構(gòu)損耗和發(fā)熱的措施H無(wú)短路環(huán)H有短路環(huán)短路環(huán)屏蔽C1591、采用大電流封閉母線的原因（1）制造方面的原因 發(fā)電機(jī)額定電壓不能太高（<27kV），致使發(fā)電機(jī)的額定電流隨容量增大迅速增大；（2）敞露母線存在如下缺點(diǎn)1）容易受外界影響降低運(yùn)行的可靠性；2）在發(fā)電機(jī)出口發(fā)生短路時(shí)，發(fā)電機(jī)、母線、絕緣子和鋼構(gòu)等電氣設(shè)備受到損傷或破壞。2、全連式分相封閉母線 母線由鋁管作成，每相母線分別用鋁質(zhì)外殼封閉，三相外殼兩端用短路板連接并接地。五、大電流封閉母線運(yùn)行溫度的計(jì)算1、采用大電流封閉母線的原因五、大電流封閉母線運(yùn)行溫度的計(jì)算1603、封閉母線的優(yōu)點(diǎn)（1）運(yùn)行可靠性高，不受外界因數(shù)影響，防止相間短路，保證人員接觸外科的安全；（2）降低短路時(shí)母線間的電動(dòng)力，增大支持絕緣自得的跨距；（3）減少母線附近鋼構(gòu)的發(fā)熱；（4）外殼兼作強(qiáng)迫冷卻器，提高母線在流能力；（5）安裝維護(hù)工作量小。4、封閉母線的缺點(diǎn)（1）母線散熱條件較差（2）外科產(chǎn)生損耗（3）有色金屬消耗量增加3、封閉母線的優(yōu)點(diǎn)1615、封閉母線的發(fā)熱 有兩部分組成：母線本身發(fā)熱和外殼發(fā)熱。（1）封閉母線導(dǎo)體的發(fā)熱損耗 封閉母線一般采用圓鋼母線，當(dāng)流過(guò)電流Iw時(shí)，封閉母線導(dǎo)體的發(fā)熱損耗為5、封閉母線的發(fā)熱162（2）封閉母線外殼的發(fā)熱損耗 封閉母線外殼鋁板卷制成圓筒形，與短路板連成一閉合回路，相當(dāng)于一個(gè)1:1的空心變壓器。外科電流Is與母線電流Iw相等。（2）封閉母線外殼的發(fā)熱損耗163（3）封閉母線的散熱 封閉母線的散熱是一對(duì)流和輻射形式將熱量從母線導(dǎo)體傳至外殼，再傳到空氣。1）母線的散熱 即母線對(duì)外殼的對(duì)流和輻射散熱。（a）母線對(duì)外殼的輻射散熱Qwr

相當(dāng)于兩個(gè)同心圓柱體的散熱計(jì)算。（3）封閉母線的散熱164（b）母線對(duì)外殼的自然對(duì)流散熱 可用單層圓筒壁的導(dǎo)熱公式推導(dǎo)。（b）母線對(duì)外殼的自然對(duì)流散熱1652）外殼散熱 外殼對(duì)空氣的對(duì)流和輻射散熱?！?】外殼對(duì)空氣的輻射散熱 分中間相（B）外殼的散熱和外邊相（A、C）外殼的散熱。（a）中間相（B）外殼的散熱2）外殼散熱166（b）外邊相（A、C）外殼的散熱（b）外邊相（A、C）外殼的散熱167【2】外殼對(duì)空氣的對(duì)流散熱 可按水平圓柱在大空間中的自然對(duì)流散熱計(jì)算6、大電流封閉母線運(yùn)行溫度的計(jì)算 計(jì)算方法主要是運(yùn)用散熱曲線進(jìn)行計(jì)算。（1）外殼的總散熱曲線 外殼的總散熱等于外殼輻射散熱和外殼對(duì)流散熱之和。繪得關(guān)系曲線如圖3-9【2】外殼對(duì)空氣的對(duì)流散熱6、大電流封閉母線運(yùn)行溫度的計(jì)算繪168（2）母線的總散熱曲線 母線的總散熱等于母線輻射散熱和母線對(duì)流散熱之和。假定母線運(yùn)行溫度為85℃。繪得關(guān)系曲線如圖3-10（3）母線運(yùn)行溫度的計(jì)算 若母線的運(yùn)行溫度不為85℃，它的總散熱量為∑Qw，得兩者的溫度差為：繪得關(guān)系曲線如圖3-11（2）母線的總散熱曲線繪得關(guān)系曲線如圖3-10（3）母線運(yùn)行169 這樣，只要求出∑△Qw，就可以查表求得母線的實(shí)際溫度來(lái)。

在圖3-11中，縱軸為∑△Qw，橫軸為溫度。需要注意的問(wèn)題：★封閉母線導(dǎo)體的最高允許溫度不大于+90℃★封閉母線外殼的最高允許溫度不大于+70℃ 這樣，只要求出∑△Qw，就可以查表求得母線的實(shí)際溫度來(lái)。需170第二節(jié)載流導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱計(jì)算關(guān)于熱穩(wěn)定問(wèn)題 導(dǎo)體載通過(guò)短路電流時(shí)的最高溫度（斷路故障切除時(shí)的溫度）不超出短路最高允許溫度，稱導(dǎo)體滿足熱穩(wěn)定。導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱 是指短路開(kāi)始至短路被切除為止的很短一段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體發(fā)熱的過(guò)程。第二節(jié)載流導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱計(jì)算關(guān)于熱穩(wěn)定問(wèn)題171一、導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱過(guò)程1、短時(shí)發(fā)熱的特點(diǎn)（1）電流大、時(shí)間短，可認(rèn)為全部熱量使導(dǎo)體溫度升高；（2）溫度高，電阻R、比熱容c為溫度的函數(shù)。2、熱平衡關(guān)系一、導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱過(guò)程2、熱平衡關(guān)系172熱平衡微分方程熱平衡微分方程173上式聯(lián)立代入得上式聯(lián)立代入得174對(duì)上式右邊積分求解的：可知：A值與導(dǎo)體材料和溫度有關(guān)。 常用材料可用圖3-13的θ=f（A）曲線簡(jiǎn)化計(jì)算，計(jì)算方法如下：對(duì)上式右邊積分求解的：可知：A值與導(dǎo)體材料和溫度有關(guān)175用曲線計(jì)算最高溫度θh的方法：（1）由已知的導(dǎo)體的初始溫度θw（通常取正常運(yùn)行時(shí)的最高允許溫度），從相應(yīng)的導(dǎo)體材料曲線上查出Aw；（2）將Aw、Qk、S代入下式求出Ah；（3）由Ah在曲線中查出θh。θ℃A01234400300200100鋁銅用曲線計(jì)算最高溫度θh的方法：（3）由Ah在曲線中查出θh。176二、短路電流熱效應(yīng)Qk的計(jì)算1、短路全電流ikt的瞬時(shí)表達(dá)式二、短路電流熱效應(yīng)Qk的計(jì)算1772、短路電流的熱效應(yīng)Qk表達(dá)式一般短路時(shí)間大于一秒時(shí)非周期分量可省略不計(jì)2、短路電流的熱效應(yīng)Qk表達(dá)式一般短路時(shí)間大于一秒時(shí)非周期分178三、短路電流熱效應(yīng)的計(jì)算方法 由于短流電流的變化規(guī)律較為復(fù)雜，要想精確計(jì)算比較困難，故，一般采用近似計(jì)算方法，有如下兩種：實(shí)用計(jì)算法和等值時(shí)間法。1、實(shí)用計(jì)算法（1）周期分量Qp的計(jì)算 用拋物線發(fā)近似計(jì)算。任一函數(shù)的積分均可展開(kāi)為三、短路電流熱效應(yīng)的計(jì)算方法179化簡(jiǎn)為：化簡(jiǎn)為：180[工學(xué)]第三章常用計(jì)算的基本理論和方法課件181（2）非周期分量Qnp的計(jì)算式中：T為非周期分量的等效時(shí)間。短路點(diǎn)T（S）tk≤0.1stk>0.1s發(fā)電機(jī)出口及母線0.150.2發(fā)電機(jī)升高電壓母線及出線發(fā)電機(jī)電壓電抗器后0.080.1變電站各級(jí)電壓母線及出口0.05表2-3非周期分量的等效時(shí)間T（2）非周期分量Qnp的計(jì)算式中：T為非周期分量的等效時(shí)間。182（3）tk大于1s時(shí)的計(jì)算 可不計(jì)及非周期分量算例：3-4，P73一般（3）tk大于1s時(shí)的計(jì)算算例：3-4，P73一般1832、等值時(shí)間法 該法只適用于50MW以下的發(fā)電機(jī)，這時(shí)計(jì)算比較精確，超出時(shí)采用前一種方法計(jì)算。（1）短路電流曲線與等值時(shí)間teq1）短路電流曲線：是指短路電流全電流的有效值平方形成的曲線，即：作得曲線圖如右圖2）等值時(shí)間teq：是指短路電流在短路時(shí)間tk內(nèi)的發(fā)熱等效于穩(wěn)態(tài)電流在等值時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量。即面積0DRS=0MBC0DRSMBC2、等值時(shí)間法作得曲線圖如右圖0DRSMBC184（2）等值時(shí)間算法由上說(shuō)明有：（2）等值時(shí)間算法1851）周期分量等值時(shí)間的確定（a）周期分量等值時(shí)間曲線及其確定做出曲線如右圖01234564s3s2s1s1.5s0.1s0.2s0.5s0.511.522.51）周期分量等值時(shí)間的確定做出曲線如右圖01234564s3186（b）若tk>5s，tp按下式計(jì)算確定（b）若tk>5s，tp按下式計(jì)算確定1872）非周期分量等值時(shí)間確定 非周期分量熱效應(yīng)為：2）非周期分量等值時(shí)間確定188當(dāng)：tk>0.1s時(shí)，注意：當(dāng)tk>1s時(shí)，可不考慮非周期分量的影響；小于1s時(shí)則必須考慮。當(dāng)：tk>0.1s時(shí)，注意：當(dāng)tk>1s時(shí)，可不考慮非周期分189第三節(jié)載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算 電動(dòng)力：載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到的作用力。由于電動(dòng)力的存在，如果機(jī)械強(qiáng)度不夠，將會(huì)出現(xiàn)變形和損壞。一、電動(dòng)力的計(jì)算方法1、比奧-沙瓦定律：?jiǎn)胃d流導(dǎo)體在外磁場(chǎng)中所受到的電動(dòng)力 對(duì)圖示電路中，L導(dǎo)體流過(guò)i，外磁場(chǎng)B，取一元長(zhǎng)度dx，它與磁場(chǎng)B的夾角為β，則dx受到的電動(dòng)力為第三節(jié)載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算 電動(dòng)力：載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受190dFBidxβLdFBidxβL1912、兩根有限長(zhǎng)直平衡載流體之間的電動(dòng)力dxxLai1i2dFd 圖示電路中L>>a>>d，由《電磁場(chǎng)》有12FB12、兩根有限長(zhǎng)直平衡載流體之間的電動(dòng)力dxxLai1i2dF192二導(dǎo)體每小段受力為二導(dǎo)體每小段受力為193同理求解得1導(dǎo)體的受力：導(dǎo)體的受力電流同方向時(shí)相吸電流反方向時(shí)相斥 沿導(dǎo)體全長(zhǎng)受力中部較大，兩端較小。同理求解得1導(dǎo)體的受力：導(dǎo)體的受力電流同方向時(shí)相吸 沿導(dǎo)體全1943、考慮導(dǎo)體截面積形狀和尺寸時(shí)兩平衡導(dǎo)體間的電動(dòng)力 對(duì)于不同形狀的導(dǎo)體，只需乘一個(gè)形狀系數(shù)K即可。（1）對(duì)于圓形平衡導(dǎo)體形狀系數(shù)等于1、槽形平衡導(dǎo)體形狀系數(shù)約等于1；（2）矩形平衡導(dǎo)體 b位與力方向相同的一個(gè)邊，h與力方向垂直。 用有關(guān)知識(shí)可得到下式：dxdyabh3、考慮導(dǎo)體截面積形狀和尺寸時(shí)兩平衡導(dǎo)體間的電動(dòng)力（1）對(duì)于195討論：1）b/h=1，截面為正方形，K≈1；2）b/h>1，導(dǎo)體平放，K>1；3）b/h<1，導(dǎo)體豎放，K<1；4）（a-b）/（h+b）增大（加大導(dǎo)體靜距）K→1；5）（a-b）≥2（h+b）時(shí)，K≈1。 一般情況下，由于計(jì)算復(fù)雜，故用查表法，如圖3-18，或查表法。討論：196二、三相導(dǎo)體短路的電動(dòng)力1、三相短路電動(dòng)力的分析 配電裝置導(dǎo)體均為三相（U、V、W），而且同在一平面上。因此，可用前述方法進(jìn)行分析計(jì)算。單相短路電流為：二、三相導(dǎo)體短路的電動(dòng)力197（1）三相短路電流為：（2）三相短路電動(dòng)力的計(jì)算 圖示，各相的電動(dòng)力是不同的，前述：電流同向時(shí)電動(dòng)力相斥。取K=1計(jì)算。（1）三相短路電流為：（2）三相短路電動(dòng)力的計(jì)算198aaiUiViWFUVFVWFVUFUWFWVFWU對(duì)稱三相短路電動(dòng)力邊上兩相的電動(dòng)力為：aaiUiViWFUVFVWFVUFUWFWVFWU對(duì)稱三相199中間相的電動(dòng)力為：中間相的電動(dòng)力為：2002、電動(dòng)力的最大值（1）三相短路電動(dòng)力的最大值 短路電流沖擊值發(fā)生在t=0.01s，取Ts=0.05s，ω=2πf=100π代入上式，得討論：1）因?yàn)槭撬p函數(shù)，最大值應(yīng)出現(xiàn)在第一個(gè)三角函數(shù)的峰值上；2、電動(dòng)力的最大值討論：2012）第一個(gè)峰值（最大值）角度為3）短路沖擊電流ish=1.82Im，Im=ish/1.822）第一個(gè)峰值（最大值）角度為3）短路沖擊電流ish=1.82024）各相最大電動(dòng)力 將以上各參數(shù)代入下式的得U、V、W三相電動(dòng)力最大值為系統(tǒng)中的最大值4）各相最大電動(dòng)力得U、V、W三相電動(dòng)力最大值為系統(tǒng)中的最大203（2）兩相短路電動(dòng)力的最大值計(jì)算 當(dāng)短路點(diǎn)為同一個(gè)點(diǎn)上時(shí)，兩相流過(guò)同一個(gè)沖擊電流，電動(dòng)力的大小相等。這時(shí)（2）兩相短路電動(dòng)力的最大值計(jì)算204[工學(xué)]第三章常用計(jì)算的基本理論和方法課件2053、導(dǎo)體振動(dòng)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力 配電裝置的硬導(dǎo)體及其支架均具有質(zhì)量和彈性，構(gòu)成一個(gè)彈性系統(tǒng)。絕緣子之間的硬導(dǎo)體可當(dāng)作兩端固定的彈性梁。（1）彈性系統(tǒng)的自由振動(dòng) 在一次外力作用下發(fā)生彎曲變形，外力消除后在彈性恢復(fù)力作用下自由在平衡位置兩側(cè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，稱之為自由振動(dòng)或固有振動(dòng)。 自由振動(dòng)振動(dòng)頻率成為自振動(dòng)頻率或固有頻率。這種振動(dòng)在空氣阻力和內(nèi)部默察里的作用下逐漸衰減，而對(duì)道題的影響不大。3、導(dǎo)體振動(dòng)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力206（2）彈性系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng) 彈性系統(tǒng)在周期性外力作用下發(fā)生的振動(dòng)稱為強(qiáng)迫振動(dòng)。 導(dǎo)體在短路電動(dòng)力的作用下產(chǎn)生的振動(dòng)屬?gòu)?qiáng)迫振動(dòng)。它含有工頻和二倍工頻分量，如固有頻率等于或接近這兩個(gè)頻率，系統(tǒng)將產(chǎn)生機(jī)械共振而破壞。在設(shè)計(jì)適應(yīng)盡量避免。（3）外力使導(dǎo)體變形并產(chǎn)生內(nèi)力 圖示：法向力M，切向力Q。1）彎矩：導(dǎo)體上不受壓，下部受拉，這對(duì)法向力組成一力偶M，稱為彎矩。 MQMQ（2）彈性系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng)MQMQ2072）正應(yīng)力σ：導(dǎo)體截面上單位面積所受到的法向力，稱為正應(yīng)力。σ與M成正比。3）動(dòng)態(tài)應(yīng)力：因F為時(shí)間函數(shù)，故σ與M均為時(shí)間函數(shù)，即稱σ為動(dòng)態(tài)應(yīng)力。（4）導(dǎo)體不同固定方式下的頻率計(jì)算

多跨連續(xù)梁的一階固有頻率的計(jì)算式中：Nf—頻率系數(shù)，與導(dǎo)體支承方式和跨數(shù)有關(guān)；L—絕緣子跨距，m；J—導(dǎo)體截面二次距，與尺寸形狀有關(guān)；m—導(dǎo)體單位長(zhǎng)度的質(zhì)量，kg/m。2）正應(yīng)力σ：導(dǎo)體截面上單位面積所受到的法向力，稱為正應(yīng)力。208跨數(shù)及支撐方式Nf單跨兩端簡(jiǎn)支1.57單跨一端簡(jiǎn)支一端固定，兩等跨簡(jiǎn)支2.45單跨兩端兩端固定3.56單跨一端固定一端活動(dòng)0.56導(dǎo)體不同固定方式下的頻率系數(shù)Nf每相條數(shù)123備注三相水平布置、導(dǎo)體豎放力作用在h面三相水平布置、導(dǎo)體平放、豎放、垂直布置力作用在b面矩形導(dǎo)體截面二次矩J跨數(shù)及支撐方式Nf單跨兩端簡(jiǎn)支1.57單跨一端簡(jiǎn)支一端固定，209（5）實(shí)際動(dòng)態(tài)過(guò)程最大電動(dòng)力的計(jì)算 用最大電動(dòng)力Fmax乘動(dòng)態(tài)應(yīng)力系數(shù)β得到。 β與f的關(guān)系曲線1.0100200討論：1）f在50、100處有最大值；2）f在30~160范圍內(nèi)β>1；3）f<30，β<1；f>160，β≈1，在這些區(qū)間里取β=1。（5）實(shí)際動(dòng)態(tài)過(guò)程最大電動(dòng)力的計(jì)算β與f的關(guān)系曲線1.010210三、分相封閉母線周圍的磁場(chǎng)及電動(dòng)力1、外殼環(huán)流Is 全連式分相封閉母線克看作是一個(gè)1：1的變壓器，一次側(cè)為母線，二次側(cè)為外殼，當(dāng)母線流過(guò)電流Iw時(shí)，將感應(yīng)出外殼環(huán)流Is。如圖+++IsIwaDsUVWΦ2、剩余電流Ir 產(chǎn)生主磁通Φ的勵(lì)磁電流。3、等值電路和相量圖 由于漏磁通很小，二次漏電抗可以忽略，作出封閉母線的等值電路和相量圖。如圖rwxwrsLRa三、分相封閉母線周圍的磁場(chǎng)及電動(dòng)力+++IsIwaDsU2115、殼內(nèi)的外磁場(chǎng) 由相鄰相進(jìn)入本相殼內(nèi)的磁場(chǎng)，稱為殼內(nèi)的外磁場(chǎng)。6、外殼渦流Ie 殼內(nèi)的外磁場(chǎng)將在外殼感應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)渦流Ie，在外殼中來(lái)回流動(dòng)（如圖），并產(chǎn)生去磁作用，使得殼內(nèi)的磁場(chǎng)減弱，電動(dòng)力大大減小，渦流Ie起屏蔽作用。+＋＋＋＋....7、分相封閉式母線的電動(dòng)力 由于渦流對(duì)周期分量產(chǎn)生屏蔽作用，只有直流分兩磁場(chǎng)能進(jìn)入殼內(nèi)，三相短路時(shí)母線單位長(zhǎng)度的電動(dòng)力為：5、殼內(nèi)的外磁場(chǎng)+＋＋＋＋....7、分相封閉式母線的電動(dòng)力212三相短路時(shí)封閉式母線單位長(zhǎng)度的電動(dòng)力三相短路時(shí)封閉式母線單位長(zhǎng)度的電動(dòng)力213母線導(dǎo)體的最大應(yīng)力圓管外徑圓管內(nèi)徑母線導(dǎo)體的最大應(yīng)力圓管外徑圓管內(nèi)徑214第四節(jié)電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析可靠性分析的目的：1、作為設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)的依據(jù)2、作為選擇主接線最優(yōu)方案的依據(jù)3、選擇最佳運(yùn)行方式4、合理安排檢修計(jì)劃和對(duì)策5、研究可靠性和經(jīng)濟(jì)性的最佳搭配第四節(jié)電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析可靠性分析的目的：215（一）可靠性管理的意義1、可靠性理論 是研究一個(gè)系統(tǒng)、設(shè)備、部件或元件在預(yù)定時(shí)間內(nèi)和規(guī)定條件下滿意工作概率的理論?？煽啃跃褪侵杆鼈?cè)陬A(yù)定時(shí)間內(nèi)和規(guī)定條件下完成規(guī)定功能的能力。2、電力工業(yè)的可靠性管理 就是利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，用定量指標(biāo)來(lái)分析，比較和預(yù)測(cè)電力系統(tǒng)規(guī)劃、實(shí)際、運(yùn)行和管理等各個(gè)方面，各個(gè)環(huán)節(jié)可靠性，提高設(shè)備利用率，降低停運(yùn)率，提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效率。（一）可靠性管理的意義216一、基本概念1、可靠性的含義 可靠性定義為元件、設(shè)備和系統(tǒng)在規(guī)定條件下和約定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。即可靠性被定義為一個(gè)概率，可進(jìn)行定量分析和計(jì)算。2、電氣設(shè)備的分類 電力系統(tǒng)中的設(shè)備：（1）可修復(fù)元件：經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行后發(fā)生故障，經(jīng)維修后可恢復(fù)至原來(lái)的工作狀態(tài)。如斷路器和變壓器。可修復(fù)元件組成的系統(tǒng)稱為可修復(fù)系統(tǒng)。一、基本概念217（2）不可修復(fù)元件 反之，不能修復(fù)或修復(fù)后不經(jīng)濟(jì)，這種元件稱為不可修復(fù)元件。由其組成的系統(tǒng)稱為不可修復(fù)系統(tǒng)。如燈泡、電容器等。3、電氣設(shè)備的工作狀態(tài)（1）運(yùn)行狀態(tài)（2）停運(yùn)狀態(tài)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)（1）可靠度:R（t） 一個(gè)元件在規(guī)定條件下和約定時(shí)間內(nèi)，執(zhí)行規(guī)定功能的概率。記為R（t），不可靠度記為F（t）。（2）不可修復(fù)元件218元件可靠度的概率表示法 設(shè)有n個(gè)元件，運(yùn)行時(shí)間t，有nf（t）元件損壞，剩ns（t）完好。（2）不可靠度：F（t） 表示元件在小于或等于規(guī)定時(shí)間內(nèi)發(fā)生的故障概率。元件可靠度的概率表示法（2）不可靠度：F（t）219（3）故障密度系數(shù)：f（t） 單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的概率。（4）故障率:λ（t） 故障密度與可靠度的比值成為故障率。（3）故障密度系數(shù)：f（t）（4）故障率:λ（t）220即： 由上式可作出元件的故障率曲線如下圖，又稱為浴盆曲線。t0使用壽命ABCA:早期故障期B:偶發(fā)故障期C:耗損故障期λ:規(guī)定故障率λ經(jīng)維修下降的故障率即： 由上式可作出元件的故障率曲線如下圖，又稱為浴盆曲線。t221討論：1）、早期故障期為事故高發(fā)區(qū)，主要原因是因?yàn)樵O(shè)計(jì)和制造、安裝和調(diào)試原因造成，必須進(jìn)行嚴(yán)格的是運(yùn)行和驗(yàn)收；2）、曲線在偶發(fā)故障期內(nèi)，故障率與時(shí)間無(wú)關(guān)，為一平直曲線。系統(tǒng)只要嚴(yán)格按規(guī)程操作和維護(hù)，將會(huì)長(zhǎng)期工作在偶發(fā)故障期；3）、耗損故障期為設(shè)備壽命期末，引起故障的原因?yàn)樵O(shè)備零件老化和磨損而引起，經(jīng)過(guò)預(yù)防、改善、維修和更換，將會(huì)延長(zhǎng)系統(tǒng)的壽命。討論：222（5）平均無(wú)故障工作時(shí)間:TU 若t代表一個(gè)連續(xù)的隨機(jī)變量，f(t)為故障密度函數(shù)，元件壽命時(shí)間TU隨即變量的數(shù)學(xué)期望為：即：平均無(wú)故障時(shí)