發(fā)電廠電氣部分 第3章 導體的發(fā)熱及短路電動力

第三章常用計算的基本理論和方法教學內容載流導體長期發(fā)熱的特點,導體長期允許載流量的計算方法及提高導體載流量的措施載流導體短時發(fā)熱的特點,導體短時最高發(fā)熱溫度的計算方法、短路電流熱效應的計算方法、熱穩(wěn)定的概念三相導體短路電動力的計算方法和特點、動穩(wěn)定的概念為什么研究發(fā)熱問題？發(fā)熱的原因部位危害（后果）電阻損耗 導體內部機械強度下降磁滯和渦流損耗 導體周圍的金屬構件接觸電阻增加介質損耗 絕緣材料內部絕緣性能下降如何研究發(fā)熱？研究思路：-導體中電流越大，溫度越高，后果越嚴重-溫度表征發(fā)熱的嚴重程度

-規(guī)定最高允許溫度，保證導體正常壽命如何保證導體不因發(fā)熱而折壽：-電流決定溫度，推導兩者間的定量關系表達式（理論）

-具體應用方法：

（1）根據(jù)最高允許溫度計算最大允許電流，要大于實際電流（2）根據(jù)實際電流計算運行溫度，要小于最高允許溫度

（3）分析除電流外的其它影響因素，確定改善提高措施發(fā)熱的分類及其最高允許溫度長期發(fā)熱，由正常工作電流產生

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）短時發(fā)熱，由故障短路電流產生短時最高允許溫度：-主要取決于短時發(fā)熱過程中導體機械強度的大小、介質絕緣強度的大小

200℃（硬鋁及鋁錳合金）

300℃（硬銅）

導體的長期發(fā)熱--指導體通過工作電流時的發(fā)熱過程

（1）導體長期發(fā)熱的公式推導

熱平衡方程：

導體產生的熱量QR

=消耗的熱量（導體自身溫度的升高Qc

+對流和輻射散失到周圍介質的熱量Ql+Qf）I---流過導體的電流（A）R---導體的電阻（Ω）m---導體的質量（kg）c---導體的比熱容[J/(kg.℃)]αW---導體總的換熱系數(shù)[W/(m2.℃)]F---導體的換熱面積（m2/m)θ0---周圍空氣的溫度（℃）θ---導體的溫度（℃）穩(wěn)定溫升導體發(fā)熱時間常數(shù)初始溫升:時間t的溫升:若導體的長期發(fā)熱（2）導體長期發(fā)熱的分析導體溫升變化曲線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。1）導體通過電流I后，溫度開始升高，經過（3～4）倍Tt(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；導體的長期發(fā)熱（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。表面鍍錫銀等

-采用集膚效應系數(shù)小的導體 與電流頻率、導體的形狀和尺寸有關（圖3-13-2）2）增大散熱面積。

-相同截面積，矩形導體的表面積大于圓形的

-矩形豎放的表面積大于平放的3）增大復合散熱系數(shù)：強迫對流、表面涂漆導體的長期發(fā)熱常用硬導體型式ABCABC豎放平放導體的長期發(fā)熱關于集膚效應系數(shù)導體的長期發(fā)熱354頁導體的長期發(fā)熱355頁導體的短時發(fā)熱-指短路開始到短路切除為止很短一段時間內導體的發(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故障前故障中故障后（1）短時發(fā)熱的時間tw

tk

θwθh短路電流（2）短時發(fā)熱計算的目的（熱穩(wěn)定概念）短時均勻導體的發(fā)熱過程導體的短時發(fā)熱短時最高發(fā)熱溫度短路切除時刻短路開始時刻周圍環(huán)境溫度短時發(fā)熱計算的目的是確定短路時導體的最高溫度θh。它不應超過短時發(fā)熱允許溫度。當滿足這個條件時則認為導體在流過短路電流時具有熱穩(wěn)定性。（3）短時發(fā)熱的過程和特點-絕熱過程。由于發(fā)熱時間短，可認為電阻損耗產生的熱量來不及散失，全部用于使導體溫度升高。

熱平衡方程QR=Qc導體的短時發(fā)熱-導體溫度變化很大，電阻和比熱容隨溫度而變化。定義：（短路電流熱效應）導體的短時發(fā)熱（4）計算導體短時發(fā)熱最高溫度假設已知短路電流熱效應Qk則：1）由導體初始溫度θw查出Aw2）求出Ah3）查出θh0鋁銅導體的短時發(fā)熱（5）計算短路電流熱效應（實用計算法）周期分量的熱效應

非周期分量的熱效應

當短路電流切除時間超過1秒時，可忽略非周期分量的影響

非周期分量等效時間見表3-3注意導體的短時發(fā)熱實用短路計算1.計算某地點的發(fā)電機到短路點的轉移阻抗X*(網絡化簡).轉移阻抗X*是以100MVA為基準的標幺值2.轉移阻抗X*轉換為計算電抗Xjs*

計算電抗Xjs*

是以發(fā)電機容量為基準的標幺值3.如果Xjs*大于3,表示發(fā)電機與短路點之間的電氣距離較遠,可忽略發(fā)電機的暫態(tài)過程,I”*=1/Xjs*

如果Xjs*小于3,表示發(fā)電機與短路點之間的電氣距離較近,不能忽略發(fā)電機的暫態(tài)過程,由Xjs*和tk查運算曲線得到I”*

4.I”*轉為有名值(以發(fā)電機容量為基準)5.將多個地點的發(fā)電機對短路點提供的短路電流有名值相加.如何得到故障點處:Itk/2Itk

I”短路開始(t=0)時刻,短路電流周期分量的有效值Itk/2

短路后(t=tk/2)時刻,短路電流周期分量的有效值Itk

短路后(t=tk)時刻,短路電流周期分量的有效值短路時，導體溫度高，還受到電動力作用，當導體和電氣設備機械強度不夠時，將會變形或損壞。必須研究短路電流產生電動力的大小和特征，以便選用適當強度的導體和電氣設備，保證足夠的動穩(wěn)定，必要時采取限制短路電流的措施。(N)載流導體短路電動力兩條無線細長載流導體間的電動力（1）為什么研究導體短路電動力短路電流大，導體受到的電動力大根據(jù)安裝地點處應承受的最大電動力，選擇合適的隔離開關。否則，短路時可能將隔離開關自動斷開。V型隔離開關承受的電動力較小兩柱式隔離開關承受的電動力較大載流導體短路電動力(N)Kf-形狀系數(shù)圓形導體：Kf=1槽形導體：見表3-4矩形導體：見圖3-181)計算矩形導體相間電動力時不需要考慮K2)計算矩形導體同相條間電動力時必須考慮K注意：考慮截面因素時兩載流導體間的電動力載流導體短路電動力（2）三相導體短路的電動力載流導體短路電動力如不計短路電流周期分量的衰減，三相短路電流為：(a)不衰減的固定分量(b)衰減的非周期分量(c)衰減的工頻分量(d)不衰減的2倍工頻分量載流導體短路電動力(b)衰減的非周期分量(c)衰減的工頻分量(d)不衰減的2倍工頻分量載流導體短路電動力t=0.01s時，短路電動力的幅值最大短路沖擊電流短路開始時刻(t=0)短路電流周期分量的有效值載流導體短路電動力（3）兩相短路電動力載流導體短路電動力（4）三相導體最大短路電動力三相短路故障后的0.01s，作用在中間B相，（N）載流導體短路電動力（5）導體振動的動態(tài)應力導體的固有振動頻率：L絕緣子跨距L絕緣子跨距電動力固有頻率接近電動力頻率（工頻、2倍工頻）導體共振損壞導體及其架構載流導體短路電動力凡是連接發(fā)電機、主變壓器以及配電裝置中的導體均應考慮共振的影響β與導體的固有振動頻率有關，見圖3-23動態(tài)應力系數(shù)為避免共振，重要導體的固有頻率在下述范圍以外：（1）單條導體及一組中的各條導體35-135HZ（2）多條導體及引下線的單條導體35-155HZ（3）槽形和管形導體30-160HZ導體發(fā)生振動時，內部產生動態(tài)應力：載流導體短路電動力導體長期發(fā)熱的特點導體短時發(fā)熱的特點短路電流熱效應的計算方法三相導體