3第三章 常用計(jì)算的基本理論和(方).ppt

1、第三章 常用計(jì)算的基本理論和方法,主講教師：方鴿飛 ,主要內(nèi)容,導(dǎo)體載流量和運(yùn)行溫度計(jì)算 載流導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱計(jì)算 載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 小結(jié),3.1 導(dǎo)體載流量和運(yùn)行溫度計(jì)算,發(fā)熱對(duì)電氣設(shè)備的影響 絕緣材料的絕緣性能降低 金屬材料的機(jī)械強(qiáng)度下降 導(dǎo)體接觸部分的接觸電阻增加 長(zhǎng)期發(fā)熱，短路發(fā)熱 發(fā)熱和電動(dòng)力是電氣設(shè)備運(yùn)行中必須注意問(wèn)題,3.1.1 概述,長(zhǎng)期、短時(shí)最高允許溫度 導(dǎo)體正常最高允許溫度（長(zhǎng)期發(fā)熱），一般不超過(guò)70；計(jì)及太陽(yáng)輻射（日照）影響時(shí)，鋼芯鋁絞線及管形導(dǎo)體，可按80 短路電流（短時(shí)發(fā)熱），硬鋁和鋁錳合金200，硬銅300,3.1.

2、2 導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱,導(dǎo)體電阻損耗的熱量,導(dǎo)體吸收太陽(yáng)輻射的熱量,導(dǎo)體對(duì)流散熱量,導(dǎo)體輻射散熱量,導(dǎo)熱散熱量 (自學(xué)）,3.1.3 導(dǎo)體載流量的計(jì)算,3.1.3 導(dǎo)體載流量的計(jì)算,3.1.3 導(dǎo)體載流量的計(jì)算,影響導(dǎo)體載流量的因素 材料電阻率小的材料 形狀同樣截面積，矩形、槽形比圓形導(dǎo)體表面積大 布置豎放比平放散熱好,提高導(dǎo)體載流量的措施,減少導(dǎo)體電阻 增大導(dǎo)體的換熱面積 提高換熱系數(shù),例題,3.1.4 大電流導(dǎo)體附近鋼構(gòu)的發(fā)熱（自學(xué)）,3.1.5 大電流封閉母線運(yùn)行溫度的計(jì)算（自學(xué)）,3.2 載流導(dǎo)體短路時(shí)的發(fā)熱計(jì)算,3.2.1 導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱過(guò)程,載流導(dǎo)體和電器耐受短路電流熱效應(yīng)而不致被損壞

3、的能力，稱為載流導(dǎo)體和電器的熱穩(wěn)定性。 當(dāng)確定了導(dǎo)體通過(guò)短路電流時(shí)的最高溫度后，此值若不超過(guò)所規(guī)定的導(dǎo)體材料短時(shí)發(fā)熱最高允許溫度，則稱該導(dǎo)體在短路時(shí)是熱穩(wěn)定的，否則，需要增加導(dǎo)體截面或限制短路電流，以保證其熱穩(wěn)定性。,3.2.1 導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱過(guò)程,等值時(shí)間法,等值時(shí)間法,周期分量等值時(shí)間,周期分量等值時(shí)間,非周期分量等值時(shí)間,等值時(shí)間法（小結(jié)）,例（與例33類似）,例(續(xù)）,實(shí)用計(jì)算法,非周期分量等值時(shí)間 表33,實(shí)用計(jì)算法（續(xù)）,例,解：計(jì)算短路電流的熱效應(yīng)Qk, 短路電流通過(guò)的時(shí)間等于繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間與斷路器全開(kāi)斷時(shí)間之和。 tk=tpr+tab=1+0.2=1.2s,例（續(xù)）,3.3 載

4、流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算,載流導(dǎo)體位于磁場(chǎng)中，就會(huì)受到磁場(chǎng)力的作用，這種力稱為電動(dòng)力。 當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生短路時(shí)，導(dǎo)體中流過(guò)很大的短路電流，從而產(chǎn)生巨大的電動(dòng)力。 如果導(dǎo)體和電氣設(shè)備的機(jī)械強(qiáng)度不夠時(shí)將使其變形或損壞也可能使閉合狀態(tài)的開(kāi)關(guān)電器觸頭打開(kāi)，造成嚴(yán)重事故。所以，為了安全運(yùn)行，必須對(duì)短路電流產(chǎn)生的電動(dòng)力的大小和特征進(jìn)行分析和計(jì)算。,3.3.1 計(jì)算電動(dòng)力的方法,畢奧沙瓦定律 兩條平行導(dǎo)體間的電動(dòng)力的計(jì)算,3.3.1 計(jì)算電動(dòng)力的方法（續(xù)）,考慮導(dǎo)體截面尺寸和形狀的影響，對(duì)上述電動(dòng)力計(jì)算進(jìn)行修正,3.3.2 三相導(dǎo)體短路時(shí)的電動(dòng)力,電動(dòng)力的最大值(B相）,3.3.2 三相導(dǎo)體短路時(shí)的電動(dòng)力（續(xù)

5、）,導(dǎo)體振動(dòng)時(shí)動(dòng)態(tài)應(yīng)力 配電裝置中的母線具有質(zhì)量和彈性，是一彈性系統(tǒng)。當(dāng)其受到外力作用，將在平衡位置兩側(cè)，按一定頻率作往復(fù)振動(dòng)，形成固有振動(dòng)，又稱自由振動(dòng)，其振動(dòng)頻率稱為固有頻率。由于受到摩擦和阻尼的作用振動(dòng)會(huì)逐漸衰減，最后趨于平衡狀態(tài)。這種衰減振動(dòng)狀態(tài)對(duì)母線強(qiáng)度的影響是不大的。 但是若受到電動(dòng)力的持續(xù)作用，周期性的電動(dòng)力會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)迫振動(dòng)。電動(dòng)力中有工頻和二倍工頻兩個(gè)周期分量，如果母線的固有頻率接近這兩個(gè)頻率之一時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)共振現(xiàn)象，使振幅增大，甚至使母線系統(tǒng)遭到破壞。所以在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)避免發(fā)生共振現(xiàn)象。,3.3.2 三相導(dǎo)體短路時(shí)的電動(dòng)力（續(xù)）,一階固有頻率 導(dǎo)體發(fā)生振動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生動(dòng)態(tài)應(yīng)

6、力。當(dāng)一階固有頻率在一定范圍內(nèi)時(shí)，最大電動(dòng)力應(yīng)乘上動(dòng)態(tài)應(yīng)力系數(shù)加以修正,3.4 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析,目的（P82） 設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)主接線 不同主接線方案比較，選擇最優(yōu)方案 選擇最優(yōu)運(yùn)行方式 尋找主接線薄弱環(huán)節(jié)，以便合理安排檢修計(jì)劃和采取相應(yīng)對(duì)策 可靠性和經(jīng)濟(jì)性的最佳搭配,3.4.1 基本概念,可靠性的含義 可靠性定義為元件、設(shè)備、系統(tǒng)等在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率 電力系統(tǒng)可靠性定義：在任何情況下，能保質(zhì)保量連續(xù)供電的能力 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),3.4.1 基本概念（續(xù)）,電氣設(shè)備的分類 可修復(fù)元件（系統(tǒng)）：若元件(系統(tǒng))

7、投入使用一段時(shí)間后發(fā)生故障，經(jīng)過(guò)修理后能再次恢復(fù)到正常狀態(tài)，稱之為可修復(fù)元件(系統(tǒng)) 不可修復(fù)元件（系統(tǒng)）：若元件(系統(tǒng))投入使用后，一旦發(fā)生故障便無(wú)法修復(fù)，或雖能修復(fù)但很不經(jīng)濟(jì)，稱之為不可修復(fù)元件(系統(tǒng)) 發(fā)電機(jī) 變壓器 斷路器 輸電線路等; 電容器電燈泡等,3.4.1 基本概念（續(xù)）,電氣設(shè)備的工作狀態(tài) 運(yùn)行狀態(tài)（工作或待命），又稱為可用狀態(tài)，即元件處于可執(zhí)行它的規(guī)定功能的狀態(tài) 停運(yùn)狀態(tài)（故障或檢修），又稱為不可用狀態(tài)，即元件處于故障不能執(zhí)行它的規(guī)定功能的狀態(tài) 元件的壽命處在“運(yùn)行”、“停運(yùn)”兩種狀態(tài)的交替過(guò)程中，是一個(gè)循環(huán)過(guò)程。,3.4.2 可靠性的主要指標(biāo),不可修復(fù)元件的可靠性指標(biāo) 可

8、靠度 不可靠度 故障率 平均無(wú)故障時(shí)間,3.4.2.1不可修復(fù)元件的可靠性指標(biāo),3.4.2.1不可修復(fù)元件的可靠性指標(biāo)（續(xù)）,3.4.2.1不可修復(fù)元件的可靠性指標(biāo)（續(xù)）,3.4.2.1不可修復(fù)元件的可靠性指標(biāo)（續(xù)）,3.4.2.1不可修復(fù)元件的可靠性指標(biāo)（續(xù)）,3.4.2.1不可修復(fù)元件的可靠性指標(biāo)（續(xù)）,3.4.2.2 可修復(fù)元件的可靠性指標(biāo),3.4.2.2 可修復(fù)元件的可靠性指標(biāo)（續(xù)）,FOR 強(qiáng)迫停運(yùn)率,3.4.2.2 可修復(fù)元件的可靠性指標(biāo)（續(xù)）,故障頻率：表示設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行條件下，每年平均故障次數(shù)。平均運(yùn)行周期的倒數(shù)。,3.4.2.3電氣主接線的可靠性指標(biāo),可用度 平均無(wú)故障工作時(shí)

9、間 每年平均停運(yùn)時(shí)間 故障頻率 ,3.4.3電氣主接線的可靠性計(jì)算,網(wǎng)絡(luò)法邏輯圖、雙態(tài)模型 狀態(tài)空間法馬爾可夫模型,3.4.3.1 串聯(lián)系統(tǒng),串聯(lián)系統(tǒng)：（參見(jiàn)圖327）,3.4.3.1 串聯(lián)系統(tǒng)（續(xù)）,例37,3.4.3.1 串聯(lián)系統(tǒng)（續(xù)）,串連系統(tǒng)特點(diǎn) 系統(tǒng)可靠度元件可靠度 系統(tǒng)平均壽命元件平均壽命 從提高系統(tǒng)可靠度或延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命來(lái)講，不宜采用多元件的串連系統(tǒng),3.4.3.1 串聯(lián)系統(tǒng)（續(xù)）,可修復(fù)系統(tǒng),例38,3.4.3.2 并聯(lián)系統(tǒng),3.4.3.2 并聯(lián)系統(tǒng)(續(xù)）,3.4.3.2 并聯(lián)系統(tǒng)(續(xù)）,例39,3.4.3.3 串并聯(lián)混合系統(tǒng),將系統(tǒng)分解成若干個(gè)串、并聯(lián)的子系統(tǒng)，然后按照先后順序，分別計(jì)算各個(gè)子系統(tǒng)的可靠度，最后得到系統(tǒng)的可靠度 圖3-30 例310,3.4.4 電氣主接線可靠性的計(jì)算程序,根據(jù)主接線的形式，列出其中所有元件 給出每個(gè)元件的故障率、修復(fù)率、計(jì)劃?rùn)z修率和停運(yùn)時(shí)間等 確定系統(tǒng)故障判據(jù)，即規(guī)定主接線正常和故障條件 建立數(shù)學(xué)模型，選擇要計(jì)算的可靠性指標(biāo) 采用合適的可靠性計(jì)算方法，計(jì)算電氣主接線系統(tǒng)的可靠性指標(biāo),3.5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析（閱讀了解）,最小費(fèi)用法（費(fèi)用現(xiàn)值法和年費(fèi)用比較法） 式391 式394 式395、396 閱讀了解其他部分,小結(jié),導(dǎo)體長(zhǎng)期發(fā)熱 發(fā)熱散熱，載流量 短路發(fā)熱 等值時(shí)間法、實(shí)用計(jì)算法 電動(dòng)力 三相短路、中間相、動(dòng)態(tài)應(yīng)力、固有頻率