第三章 常用計算的基本理論和方法

第三章常用計算的基本理論和方法第一頁，共三十六頁，2022年，8月28日消耗在電阻上的電阻損耗，電磁變換中的磁滯和渦流損耗及電場產(chǎn)生的介質損耗導體在磁場中受到力的作用F＝IBL機械強度下降；接觸電阻增加；絕緣性能下降導體到底可以承受多大的熱積累導體到底可以承受多大力的作用過大的電動力將造成導體變形和損壞第二頁，共三十六頁，2022年，8月28日導體正常運行時和故障時候I變化很大，故障時電流遠遠大于正常運行時候導體正常運行時發(fā)熱情況－長期發(fā)熱導體發(fā)生故障時發(fā)熱情況－短時發(fā)熱導體發(fā)生故障時受力的情況－電動力思考短路時候和運行時候發(fā)熱和電動力的特點第三頁，共三十六頁，2022年，8月28日二.最高允許溫度正常最高允許工作溫度：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：200℃（硬率及鋁錳合金）、300℃（硬銅）第四頁，共三十六頁，2022年，8月28日三.長期發(fā)熱的研究導體長期發(fā)熱是指導體通過工作電流時的發(fā)熱過程

長期發(fā)熱的特點：電流?。９ぷ麟娏?。時間長－可以認為趨于無窮大。

1.導體的發(fā)熱和散熱在穩(wěn)定狀態(tài)下，導體吸收的熱量等于散去的熱量，QR＋Qt＝Ql＋Qf。

第五頁，共三十六頁，2022年，8月28日QR＋Qt＝Ql＋QfQR－單位長度導體電阻損耗的熱量Qt－單位長度導體吸收的日照熱量Ql－單位長度導體的對流散熱量Qf－單位長度導體向周圍介質輻射的熱量1）QR電阻損耗1）QR電阻損耗QR＝IW2Rac（W/m）第六頁，共三十六頁，2022年，8月28日Qt＝EtAtD

(W/m)Et–太陽輻射功率密度At－導體吸收率D–導體的直徑2）Qt導體吸收太陽輻射熱量第七頁，共三十六頁，2022年，8月28日3）Ql導體對流散熱量Ql＝α1（θw－θ0

）F1

(W/m)α1–對流散熱系數(shù)θw－導體溫度θ0–環(huán)境溫度F1－單位長度導體散熱面積第八頁，共三十六頁，2022年，8月28日2.導體載流量的計算載流量：長期允許電流溫升過程中散熱公式：Ql＋Qf＝αw（θw－

θ0）Fαw－對流和輻射總的散熱系數(shù)溫升過程：QR＝Qc＋Ql＋Qf第九頁，共三十六頁，2022年，8月28日則在dt時間內，導體的熱量積累情況為：I2Rdt＝mcdθ＋αwF（θw－θ0）dt對上式積分，此時時間0－t，導體溫度由θk上升為θ，解得：第十頁，共三十六頁，2022年，8月28日導體穩(wěn)定溫升導體熱時間常數(shù)第十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日導體通過電流I后，溫度開始升高，經(jīng)過（3~4）Tt(時間常數(shù))導體達到穩(wěn)定發(fā)熱狀態(tài)。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。第十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日導體載流量問題：導體最大載流量如何計算？問題：如何提高導體載流量第十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日減小交流電阻：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、鍍銀等增大復合散熱系數(shù)：改變導體的布置方式增大散熱面積作業(yè)：1、截面積相同的情況下，矩形和圓形導體哪一個散熱表面積大？從散熱的角度看35KV以下的配電裝置應采用哪種截面的導體？2、集膚效應系數(shù)與哪些因素有關？導體截面增大集膚系數(shù)如何變化？對交流電阻有何影響？第十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日3.大電流導體附近鋼構的發(fā)熱1、鋼構發(fā)熱的最高允許溫度：人可觸及的鋼構為70℃

；人不可觸及的鋼構為100℃；混凝土中的鋼筋為80℃。2、發(fā)熱的原因：磁滯和渦流損耗3、減少鋼構損耗和發(fā)熱的措施：1）加大導體和鋼構間的距離；2）斷開閉合回路；3）采用電磁屏蔽；4）采用分相封閉母線。第十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日優(yōu)點：1）運行可靠性高：防止相間短路，外殼多點接地能夠保障人體接觸時的安全；2）短路時母線相間短路電動力大大降低：外殼渦流和環(huán)流的屏蔽作用使殼內的磁場減弱；3）改善母線附近鋼構的發(fā)熱：殼外磁場受外殼電流的屏蔽作用而減弱；4）安裝和維護的工作量減少。缺點：母線散熱條件差；外殼上產(chǎn)生損耗；金屬耗量增加。4.大電流封閉母線的運行特點第十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日第十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日第十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日四.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。短時最高發(fā)熱溫度θf短路時間=保護動作時間+斷路器的全開斷時間斷路器的全開斷時間=斷路器的固有分閘時間+燃弧時間

第十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日UAIA第二十頁，共三十六頁，2022年，8月28日tθ0twθwtkθhθ0短路時導體發(fā)熱過程第二十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日短路時候導體發(fā)熱的特點：由于發(fā)熱時間短，可認為電阻損耗產(chǎn)生的熱量來不及散失，全部用于使導體溫度升高，即認為導體短時發(fā)熱基本上是一個絕熱的過程，且導體溫度變化很大，電阻和比熱容隨溫度而變化。Ikt2Rθdt=mCθdθRθ=ρθ(1+αθ)l/SCθ=C0(1+βθ)第二十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日整理積分得：第二十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日第二十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日A[J/（Ωm4）]θθ=f(A)0鋁銅第二十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日定義：短路電流熱效應第二十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日A[J/（Ωm4）]θθwAw求解θh的方法1.由θw求得Aw2.由Ah=Aw+Qk/S2得Ah3.由Ah查曲線θhAhθh第二十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日熱效應的計算周期分量的熱效應

非周期分量的熱效應

當短路電流切除時間超過1秒時，發(fā)熱主要由周期分量決定，可忽略非周期分量的影響第二十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日五.導體短路的電動力1.畢奧－沙瓦定律dF＝iBsinadlBdlLai第二十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日2.兩條平行導體間的電動力i1i2F＝2×10－7i1i2L/a第三十頁，共三十六頁，2022年，8月28日3.三相短路導體所受電動力第三十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日不計短路電流周期份量的衰減時三相短路電流：第三十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日短路電動力的最大值出現(xiàn)在短路后很短的瞬間，忽略周期分量和非周期份量的衰減，則：FA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，臨界初相角φA=75o、225o等；FB的最大值出現(xiàn)在非周期分量為最大的瞬間，臨界初相角φA=75o、225o等。三相短路電動力的最大值第三十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日短路發(fā)生后的最初半個周期，短路電流的幅值最大，此時t=0.01s，三相短路A相的最大電動力三相短路B相的最大電動力（2）兩相短路最大電動力第三十四頁，共三十六頁，2