發(fā)電廠電氣部分(第2章)課件

1第二章載流導(dǎo)體的發(fā)熱和電動力1第二章載流導(dǎo)體的發(fā)熱和電動力2第一節(jié)概述無論電力規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理都離不開計(jì)算所以本章將首先介紹一些常用計(jì)算2第一節(jié)概述無論電力規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理都離不開計(jì)算3第一節(jié)概述一、電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的發(fā)熱：當(dāng)電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體通過電流時，有部分電能以不同的損耗形式轉(zhuǎn)化為熱能，使電器和載流導(dǎo)體的溫度升高，這就是電流的熱效應(yīng)。

⑴老化，使絕緣材料的絕緣性能降低。⑵退火，使金屬材料的機(jī)械強(qiáng)度下降?？估茄趸?，使導(dǎo)體接觸部分的接觸電阻增加。

1、為什么會發(fā)熱2、發(fā)熱有何危害？3第一節(jié)概述一、電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的發(fā)熱：當(dāng)電氣設(shè)備和44、什么叫最高允許溫度？

為了保證導(dǎo)體可靠地工作，須使其發(fā)熱溫度不得超過一定限值，這個限值叫作最高允許溫度。導(dǎo)體正常最高允許溫度：

70℃（正常），80℃（計(jì)及日照影響時），

85℃（導(dǎo)體接觸面搪錫時）95℃（搪銀時）導(dǎo)體短時最高允許溫度：

200

℃（硬鋁及鋁錳合金），300

℃（硬銅）3、發(fā)熱的兩種形式：

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。第一節(jié)概述44、什么叫最高允許溫度？3、發(fā)熱的兩種形式：第一節(jié)5第二節(jié)導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱1）導(dǎo)體電阻損耗的熱量QR(W/m)

。

2）導(dǎo)體吸收太陽輻射的熱量Qt

(W/m)

。1、導(dǎo)體發(fā)熱的類型2、導(dǎo)體散熱的類型1）導(dǎo)體對流散熱量Ql

(W/m)

。2）導(dǎo)體輻射熱量Qf

(W/m)

。

3）導(dǎo)體導(dǎo)熱散熱量Qd

(W/m)

。5第二節(jié)導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱1）導(dǎo)體電阻損耗的熱量Q6導(dǎo)體吸收太陽輻射產(chǎn)生的熱量：3、導(dǎo)體的發(fā)熱計(jì)算導(dǎo)體通過的電流導(dǎo)體的交流電阻導(dǎo)體的直徑導(dǎo)體的吸收率太陽輻射功率密度導(dǎo)體電阻損耗產(chǎn)生的熱量：導(dǎo)體溫度為20℃時的直流電阻率20℃時的電阻溫度系數(shù)導(dǎo)體的運(yùn)行溫度導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)6導(dǎo)體吸收太陽輻射產(chǎn)生的熱量：3、導(dǎo)體的發(fā)熱計(jì)算導(dǎo)體通過的電7導(dǎo)體對流散發(fā)的熱量：導(dǎo)體輻射散發(fā)的熱量：4、導(dǎo)體的散熱計(jì)算導(dǎo)體運(yùn)行溫度周圍空氣溫度單位長度導(dǎo)體散熱面積對流散熱系數(shù)導(dǎo)體材料輻射系數(shù)單位輻射散熱表面積導(dǎo)體導(dǎo)熱散發(fā)的熱量：（忽略不計(jì)）7導(dǎo)體對流散發(fā)的熱量：4、導(dǎo)體的散熱計(jì)算導(dǎo)體運(yùn)行溫度周圍空氣85、根據(jù)能量守恒原理85、根據(jù)能量守恒原理9第三節(jié)導(dǎo)體長期發(fā)熱及其載流量的計(jì)算

通過分析導(dǎo)體長期通過工作電流時的發(fā)熱過程計(jì)算導(dǎo)體的載流量（長期允許通過的電流）。--導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量--導(dǎo)體溫升所需的熱量--導(dǎo)體散失到周圍介質(zhì)的熱量包括對流和輻射散熱W/m一、導(dǎo)體的溫升過程：

對于均勻?qū)w，其持續(xù)發(fā)熱的熱平衡方程式是：（不考慮日照的影響）總散熱系數(shù)9第三節(jié)導(dǎo)體長期發(fā)熱及其載流量的計(jì)算通過分析導(dǎo)體長10在時間dt內(nèi)，由I——通過導(dǎo)體的電流(A)；R——已考慮了集膚系數(shù)的導(dǎo)體交流電阻；m——導(dǎo)體質(zhì)量(kg)；c——導(dǎo)體比熱容（J/(kg·℃)）；

——導(dǎo)體總的散熱系數(shù)(W/（m2·℃

）)；F——導(dǎo)體散熱表面積m2

；

——導(dǎo)體溫度℃；

——周圍空氣溫度℃；

注意：導(dǎo)體通過正常工作電流時，其溫度變化范圍不大，因此電阻R、比熱容c及散熱系數(shù)。均可視為常數(shù)！得10在時間dt內(nèi)，由I——通過導(dǎo)體的電流(A)；注意：導(dǎo)體通11將上式整理得：對上式積分得：解得：設(shè)開始溫升為：對應(yīng)于時間t的溫升為：11將上式整理得：對上式積分得：解得：設(shè)開始溫升為：對應(yīng)于時12經(jīng)很長時間后，導(dǎo)體的溫升趨于穩(wěn)定值得令由上式可得出導(dǎo)體溫升曲線如下圖：導(dǎo)體的熱時間常數(shù)12經(jīng)很長時間后，導(dǎo)體的溫升趨于穩(wěn)定值得令由上式可得出導(dǎo)體溫13⑴溫升τ起始階段上升很快，隨時間的延長，其上升速度逐漸減小。⑵達(dá)到穩(wěn)定溫升的時間，從理論上講應(yīng)該是無窮大，實(shí)際上，當(dāng)t>(3~4)Tr

時，其溫升值即可按穩(wěn)定溫升τw計(jì)。⑶對于某一導(dǎo)體，當(dāng)通過不同的電流時，由于發(fā)熱量不同，穩(wěn)定溫升也就不同。由溫升變化曲線可得出如下結(jié)論：13⑴溫升τ起始階段上升很快，隨時間的延長，其上升速度逐漸減14二、導(dǎo)體的載流量計(jì)算（長期通過的電流）若已知導(dǎo)體的穩(wěn)定溫升，可計(jì)算導(dǎo)體的載流量。導(dǎo)體的總散熱若考慮日照影響時：14二、導(dǎo)體的載流量計(jì)算（長期通過的電流）導(dǎo)體的總散熱若考慮15方法如下:?采用電阻率小的材料鋁，鋁合金；?增加散熱面積。矩形，槽型表面積較大?采用散熱條件最佳的布置方式（矩形截面導(dǎo)體豎放的散熱效果比平放的散熱效果好）。如何提高導(dǎo)體的載流量I15方法如下:如何提高導(dǎo)體的載流量I16第四節(jié)短路時導(dǎo)體的發(fā)熱及最高溫度計(jì)算?短時發(fā)熱的概念：

指短路開始到短路切除為止很短一段時間導(dǎo)體發(fā)熱的過程。?短時最高允許溫度：

為了保證導(dǎo)體可靠地工作，須使其短時發(fā)熱溫度不得超過一定限值，這個限值叫作短時最高允許溫度。?與正常發(fā)熱相比，短時發(fā)熱的特點(diǎn)：導(dǎo)體發(fā)出的熱量比正常發(fā)熱要多，導(dǎo)體溫度升的很高。16第四節(jié)短路時導(dǎo)體的發(fā)熱及最高溫度計(jì)算17

通過分析導(dǎo)體通過短路電流時的發(fā)熱過程，確定導(dǎo)體達(dá)到的最高溫度，使這個溫度不超過短時發(fā)熱的最高允許溫度。短時發(fā)熱計(jì)算的目的：第四節(jié)短路時導(dǎo)體的發(fā)熱及最高溫度計(jì)算17通過分析導(dǎo)體通過短路電流時的發(fā)熱過程，確定導(dǎo)體18一、導(dǎo)體短路時發(fā)熱過程1、導(dǎo)體短路時發(fā)熱特點(diǎn)：

發(fā)熱時間短，所有熱量全部用來發(fā)熱，認(rèn)為是一絕熱過程（不計(jì)及散熱）。

短路時導(dǎo)體溫度變化范圍大，它的電阻和比熱容不能再視為常數(shù)，應(yīng)為溫度的函數(shù)。18一、導(dǎo)體短路時發(fā)熱過程1、導(dǎo)體短路時發(fā)熱特點(diǎn)：192、dt時間內(nèi)的熱平衡方程:Ikt——短路電流全電流的有效值，ARθ——溫度為θ時導(dǎo)體電阻，ΩCθ——溫度為θ時導(dǎo)體比熱容，J/(kg.℃)m——導(dǎo)體的質(zhì)量，㎏ρ0——0℃時導(dǎo)體電阻率，Ω.m；α——電阻率ρ0時溫度系數(shù)，1/℃C0——0℃時導(dǎo)體比熱容，J/(kg.℃)；β——比熱容C0時溫度系數(shù)，1/℃l——導(dǎo)體長度(m)；S——導(dǎo)體截面(m2)192、dt時間內(nèi)的熱平衡方程:Ikt——短路電流全電流的20導(dǎo)體短路時發(fā)熱的微分方程：化簡對該式積分時間變化：短路開始（tw=0)短路切除（tk），溫度變化：短路開始溫度（θw）短路發(fā)熱后的最高溫度（θh）20導(dǎo)體短路時發(fā)熱的微分方程：化簡對該式積分時間變化：短路開21求解導(dǎo)體短路時發(fā)熱的微分方程：等式右邊積分得：等式左邊稱為短路電流的熱效應(yīng)21求解導(dǎo)體短路時發(fā)熱的微分方程：等式右邊積分得：等式左邊稱22確定導(dǎo)體短路時導(dǎo)體的最高溫度思想：

由已知的導(dǎo)體初始溫度，從相應(yīng)的導(dǎo)體材料的曲線上查出

將Aw和Qk值代入式（2－26）求出

由從曲線上查出值式（2－26）！關(guān)鍵在于的求法22確定導(dǎo)體短路時導(dǎo)體的最高溫度思想：式（2－26）！關(guān)鍵在23QK的求法短路電流周期分量熱效應(yīng)短路電流非周期分量熱效應(yīng)23QK的求法短路電流周期分量熱效應(yīng)短路電流非周期分量熱效應(yīng)241、短路電流周期分量熱效應(yīng)的計(jì)算對于任意曲線的定積分，可采用辛卜生算法周期分量的熱效應(yīng)求解：當(dāng)n=4時：為了簡化計(jì)算，近似認(rèn)為：241、短路電流周期分量熱效應(yīng)的計(jì)算對于任意曲線的定積分，可25短路電流周期分量熱效應(yīng)的計(jì)算25短路電流周期分量熱效應(yīng)的計(jì)算262、短路電流非周期分量熱效應(yīng)的計(jì)算T---非周期分量等效時間，可查表求得當(dāng)短路切除時間tk>1s時，導(dǎo)體的發(fā)熱主要由短路電流周期分量決定，此時可不計(jì)非周期分量的影響。262、短路電流非周期分量熱效應(yīng)的計(jì)算T---非周期分量等效27小結(jié)

的求法步驟：1、由，求出。2、由已知的導(dǎo)體溫度，從相應(yīng)的導(dǎo)體材料的曲線上查出。3、將值帶入式，求出。4、由從曲線上查出值。27小結(jié)的求法步驟：28舉例：2-2已知：鋁導(dǎo)體型號為LMY-100×8，正常工作電壓為10.5kV，正常負(fù)荷電流為1500A，正常負(fù)荷時導(dǎo)體溫度為θw=46℃。繼電保護(hù)動作時間為tpr=1s，斷路器全開斷時間為0.2s，短路電流:

試計(jì)算：短路電流的熱效應(yīng)和母線的最高溫度28舉例：2-2已知：鋁導(dǎo)體型號為LMY-100×8，正常工29解：(1)計(jì)算短路電流的熱效應(yīng)短路電流作用時間：

=繼電保護(hù)動作時間+斷路器全開斷時間短路電流周期分量的熱效應(yīng)：因?yàn)槎搪冯娏髑谐龝r間tk=1.2s>1s所以導(dǎo)體的發(fā)熱主要由周期分量決定，非周期分量可忽略。29解：(1)計(jì)算短路電流的熱效應(yīng)短路電流作用時間：短路電流30（2）求導(dǎo)體的最高溫度由右圖查得:℃查得：60℃<200℃(鋁導(dǎo)體最高允許溫度）滿足熱穩(wěn)定性要求。30（2）求導(dǎo)體的最高溫度由右圖查得:℃查得：60℃<20031第五節(jié)短路時導(dǎo)體電動力的計(jì)算

電動力的概念:

載流導(dǎo)體位于磁場中，要受到磁場力的作用，這種力稱為電動力。用或校驗(yàn)設(shè)備的電動力稱為動穩(wěn)定校驗(yàn)電動力計(jì)算目的:

當(dāng)短路時，特別是流過沖擊電流的瞬間，產(chǎn)生較大的電動力，可能導(dǎo)致導(dǎo)體變形或破壞電氣設(shè)備。所以必須要求電氣設(shè)備有足夠的電動力承受能力。即動穩(wěn)定性。31第五節(jié)短路時導(dǎo)體電動力的計(jì)算電動力的概念32一、電動力的計(jì)算方法導(dǎo)體在電磁場中受到的電動力F按左手定則確定：32一、電動力的計(jì)算方法導(dǎo)體在電磁場中受到的電動力F按左手定331、兩根平行細(xì)長載流導(dǎo)體間的電動力導(dǎo)體1在a處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為:導(dǎo)體2受到的電動力：331、兩根平行細(xì)長載流導(dǎo)體間的電動力導(dǎo)體1在a處產(chǎn)生的磁感34當(dāng)兩導(dǎo)體中流過的電流互為反向時結(jié)論：兩導(dǎo)體中流過的電流互為同向時，兩力相吸。兩導(dǎo)體中流過的電流互為反向時，兩力相斥。34當(dāng)兩導(dǎo)體中流過的電流互為反向時結(jié)論：35當(dāng)考慮導(dǎo)體截面時，需要加形狀系數(shù)k進(jìn)行修正

矩形導(dǎo)體形狀系數(shù)曲線如圖：修正后的電動力須乘載流導(dǎo)體的形狀系數(shù)k。矩形導(dǎo)體的形狀系數(shù)K實(shí)際的電動力：圓形導(dǎo)體、管型導(dǎo)體：k=135當(dāng)考慮導(dǎo)體截面時，需要加形狀系數(shù)k進(jìn)行修正矩形導(dǎo)體36二、三相平行導(dǎo)體短路時的電動力

如三相載流導(dǎo)體敷設(shè)在同一平面上，邊緣相的導(dǎo)體和中間相的導(dǎo)體受力不一樣?？梢宰C明，中間相的導(dǎo)體受力最大。aal36二、三相平行導(dǎo)體短路時的電動力如三相載流導(dǎo)體敷設(shè)在371、三相平行導(dǎo)體短路時的電動力的計(jì)算B相的導(dǎo)體所受電動力:得B相最大受力：371、三相平行導(dǎo)體短路時的電動力的計(jì)算B相的導(dǎo)體所受電動力382、短路電流沖擊值通過導(dǎo)體，求B相最大受力:

產(chǎn)生電動力最嚴(yán)重的時刻是發(fā)生短路后出現(xiàn)沖擊電流的瞬間，這時有最大電動力Fmax。

當(dāng)發(fā)生三相短路故障時，短路電流沖擊值通過導(dǎo)體，中間相所受電動力的最大值為：電力系統(tǒng)中的一切電氣設(shè)備都必須按照能夠承受Fmax為條件來校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度的穩(wěn)定性。382、短路電流沖擊值通過導(dǎo)體，求B相最大受力:產(chǎn)393、導(dǎo)體振動時動態(tài)應(yīng)力什么叫導(dǎo)體的固有頻率?

導(dǎo)體當(dāng)受到一次外力作用時，就按一定頻率在其平衡位置上下運(yùn)動，形成固有振動，其振動頻率稱為固有頻率。什么叫共振？

當(dāng)導(dǎo)體受到電動力的持續(xù)作用而發(fā)生振動時，電動力中有工頻和2倍工頻兩個分量，如果導(dǎo)體的固有頻率接近這兩個頻率之一時，就會出現(xiàn)共振現(xiàn)象。凡連接發(fā)電機(jī)、主變壓器以及配電裝置中的導(dǎo)體均屬重要回路，這些回路需考慮共振的影響。393、導(dǎo)體振動時動態(tài)應(yīng)力什么叫導(dǎo)體的固有頻率?凡連接發(fā)電機(jī)40導(dǎo)體發(fā)生振動時，動態(tài)應(yīng)力的計(jì)算導(dǎo)體的