1第三章常用計(jì)算的基本理論和方法

導(dǎo)體載流量和運(yùn)行溫度的計(jì)算

載流導(dǎo)體短路時(shí)的發(fā)熱計(jì)算

載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力的計(jì)算2第一節(jié)導(dǎo)體載流量和運(yùn)行溫度的計(jì)算一、概述1、導(dǎo)體和電氣設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的兩種工作狀態(tài)

正常工作狀態(tài)電壓和電流均不超過(guò)額定值，導(dǎo)體和電器能夠長(zhǎng)期工作。短路工作狀態(tài)系統(tǒng)故障，電流突然增大，比額定值高出幾倍甚至幾十倍。32、導(dǎo)體和電氣設(shè)備的兩種發(fā)熱方式長(zhǎng)期發(fā)熱由正常工作電流產(chǎn)生的。短時(shí)發(fā)熱由故障時(shí)短路電流產(chǎn)生的。發(fā)熱：只要有電流流過(guò)導(dǎo)體，就會(huì)產(chǎn)生熱量。43、導(dǎo)體發(fā)熱產(chǎn)生的損耗電阻損耗磁滯損耗，渦流損耗絕緣材料的介質(zhì)損耗}轉(zhuǎn)化成熱量使導(dǎo)體溫度升高54、導(dǎo)體發(fā)熱的不良影響長(zhǎng)期發(fā)熱的不良影響機(jī)械強(qiáng)度下降；接觸電阻增加；絕緣性能下降。短時(shí)發(fā)熱的不良影響導(dǎo)體溫度升高；電動(dòng)力增大。}發(fā)熱和電動(dòng)力是電氣設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中必須注意的問(wèn)題。65、導(dǎo)體發(fā)熱的最高允許溫度正常最高工作溫度導(dǎo)體發(fā)熱溫度不得超過(guò)一定的數(shù)值。短時(shí)最高允許溫度短路時(shí)最高允許溫度硬鋁錳合金材料為200°C

硬銅為300°C長(zhǎng)期發(fā)熱的最高允許溫度，最高不應(yīng)超過(guò)70°C，計(jì)及太陽(yáng)輻射的影響，鋼芯鋁絞線不應(yīng)超過(guò)80°C,導(dǎo)體接觸面處有鍍錫的保護(hù)層時(shí)，允許提高到85°C,當(dāng)有銀的覆蓋層時(shí)，可提高到95°C。7二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱1、發(fā)熱原因

母線（導(dǎo)體）都是由硬鋁或者鋁錳合金制成，無(wú)論正?；蛘叨搪饭ぷ骶鶗?huì)產(chǎn)生熱量。2、散熱方式對(duì)流：由氣體部分相對(duì)位移將熱量帶走的過(guò)程；輻射：熱量由高溫物體以熱射線方式傳至低溫物體的傳播過(guò)程；導(dǎo)熱：固體中由于晶格振動(dòng)和自由電子運(yùn)動(dòng)，使熱量由高溫區(qū)傳至低溫區(qū)。8二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱3、分析計(jì)算

熱平衡方程：目的和意義：母線（導(dǎo)體）發(fā)熱溫度不超過(guò)最高允許溫度。正常最高允許溫度：對(duì)應(yīng)于導(dǎo)體載流量的計(jì)算；短時(shí)最高允許溫度：對(duì)應(yīng)于熱穩(wěn)定性的計(jì)算。正常工作時(shí)的熱平衡方程：短路時(shí)的熱平衡方程：9二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱3、分析計(jì)算

Q發(fā)的計(jì)算10二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱QR的計(jì)算11二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱QR的計(jì)算12表3-1電阻率及電阻溫度系數(shù)材料名稱純鋁0.029000.00403鋁錳合金0.037900.00420鋁鎂合金0.045800.00420銅0.017900.00385鋼0.139000.0045513集膚效應(yīng)系數(shù)的查取從圖可見(jiàn)：與電流的頻率、導(dǎo)體的形狀和尺寸，以及1000米長(zhǎng)的直流電阻有關(guān)。14例題：設(shè)矩形純鋁導(dǎo)線，截面寬b=1mm2,長(zhǎng)

h=8mm2,求解：由表3-1知，由曲線圖查得：15Qt的計(jì)算針對(duì)圓管導(dǎo)體注：屋外配電裝置計(jì)及這部分太陽(yáng)輻射熱量，屋內(nèi)配電裝置不記及這部分熱量16二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱Q散的計(jì)算3、分析計(jì)算分別計(jì)算三種散熱方式的散熱量，進(jìn)而計(jì)算出總的散熱量。17二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱3、分析計(jì)算對(duì)流散熱討論一下的計(jì)算。18二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱3、分析計(jì)算對(duì)流散熱

的計(jì)算：自然對(duì)流條件下：(自然對(duì)流是指屋內(nèi)自然通風(fēng)或者屋外風(fēng)速小于0.2m/s)強(qiáng)迫對(duì)流條件下：(強(qiáng)迫對(duì)流是指屋外管形導(dǎo)體受到較大風(fēng)速吹的情況)19二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱3、分析計(jì)算對(duì)流散熱

的計(jì)算（以矩形導(dǎo)體為例）單條導(dǎo)體：bh當(dāng)尺寸單位為mm時(shí)：20二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱3、分析計(jì)算對(duì)流散熱

的計(jì)算（以矩形導(dǎo)體為例）兩條導(dǎo)體：bbhb21二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱3、分析計(jì)算對(duì)流散熱

的計(jì)算（以矩形導(dǎo)體為例）三條導(dǎo)體：bbhbbb22二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱3、分析計(jì)算

的計(jì)算（槽形導(dǎo)體和管形導(dǎo)體）槽型導(dǎo)體：管型導(dǎo)體：23二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱3、分析計(jì)算輻射散熱bh主要是散熱面積的計(jì)算單條導(dǎo)體：24二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱3、分析計(jì)算兩條導(dǎo)體：bbhb輻射散熱25二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱3、分析計(jì)算三條導(dǎo)體：輻射散熱bbhbbb26二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱3、分析計(jì)算導(dǎo)熱散熱說(shuō)明：電力系統(tǒng)中不存在導(dǎo)熱散熱，所以在計(jì)算時(shí)不計(jì)及這部分熱量。27三、導(dǎo)體載流量的計(jì)算什么是載流量？

導(dǎo)體長(zhǎng)期允許電流。載流量對(duì)應(yīng)于導(dǎo)體的長(zhǎng)期發(fā)熱過(guò)程。1、導(dǎo)體的溫升過(guò)程：熱平衡方程導(dǎo)體的溫度由最初的溫度開(kāi)始上升，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后達(dá)到穩(wěn)定溫度，導(dǎo)體的溫升過(guò)程可以用熱平衡方程來(lái)描述。28三、導(dǎo)體載流量的計(jì)算2、導(dǎo)體載流量的計(jì)算推導(dǎo)：工程上將這樣，熱平衡方程可寫(xiě)為：29三、導(dǎo)體載流量的計(jì)算2、導(dǎo)體載流量的計(jì)算推導(dǎo)：由于導(dǎo)體載流量是針對(duì)導(dǎo)體正常運(yùn)行工作狀態(tài)進(jìn)行的分析計(jì)算，所以，此處的電阻R，比熱容C，散熱系數(shù)均視為常數(shù)，不隨溫度的變化而變化。式（3-13）對(duì)式3-13整理得：30三、導(dǎo)體載流量的計(jì)算2、導(dǎo)體載流量的計(jì)算推導(dǎo)：對(duì)上式進(jìn)行積分31三、導(dǎo)體載流量的計(jì)算2、導(dǎo)體載流量的計(jì)算推導(dǎo)：32三、導(dǎo)體載流量的計(jì)算2、導(dǎo)體載流量的計(jì)算推導(dǎo)：可見(jiàn)，溫升過(guò)程是按指數(shù)曲線變化，大約經(jīng)過(guò)33三、導(dǎo)體載流量的計(jì)算2、導(dǎo)體載流量的計(jì)算推導(dǎo)：推導(dǎo)結(jié)果：屋外配電裝置，計(jì)及日照時(shí):34三、導(dǎo)體載流量的計(jì)算提高導(dǎo)體載流量的措施：宜采用電阻率小的材料；宜采用矩形、槽形截面的導(dǎo)體，相同截面積散熱面積大；若采用矩形導(dǎo)體，宜豎放，加大散熱面積。35例題：分析：分別求出：36例題：（1）先求屋內(nèi)自然對(duì)流條件下的散熱系數(shù)37例題：（2）再求38例題：（3）再求先求1000m長(zhǎng)的再求：39例題：再求：40例題：（4）最后求41第二節(jié)載流導(dǎo)體短路時(shí)的發(fā)熱計(jì)算一、短時(shí)發(fā)熱1、定義載流導(dǎo)體短路時(shí)的發(fā)熱，稱為短時(shí)發(fā)熱。是指從短路開(kāi)始到短路被切除為止很短一段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體的發(fā)熱過(guò)程。42第二節(jié)載流導(dǎo)體短路時(shí)的發(fā)熱計(jì)算一、短時(shí)發(fā)熱2、特點(diǎn)發(fā)熱時(shí)間短，熱量來(lái)不及向周圍介質(zhì)散布，產(chǎn)生熱量均用來(lái)使導(dǎo)體溫度升高，所以可認(rèn)為是一個(gè)絕熱的過(guò)程；溫度變化范圍大，此時(shí)導(dǎo)體的電阻R，比熱容C不可再視為常數(shù)。43第二節(jié)載流導(dǎo)體短路時(shí)的發(fā)熱計(jì)算一、短時(shí)發(fā)熱3、計(jì)算短時(shí)發(fā)熱的目的和意義校驗(yàn)導(dǎo)體發(fā)生短路時(shí)的熱穩(wěn)定性。校驗(yàn)公式滿足熱穩(wěn)定要求不滿足熱穩(wěn)定要求44第二節(jié)載流導(dǎo)體短路時(shí)的發(fā)熱計(jì)算二、計(jì)算1、短時(shí)發(fā)熱的熱平衡方程為：即：45第二節(jié)載流導(dǎo)體短路時(shí)的發(fā)熱計(jì)算二、計(jì)算2、短路電流的熱效應(yīng)：46二、計(jì)算2、短路電流的熱效應(yīng)：47二、計(jì)算2、短路電流的熱效應(yīng)：工程上，通過(guò)查曲線查得Ah，Aw48二、計(jì)算3、熱穩(wěn)定性校驗(yàn)步驟：關(guān)鍵是求：49第二節(jié)載流導(dǎo)體短路時(shí)的發(fā)熱計(jì)算三、短路電流熱效應(yīng)的計(jì)算兩種方法：1、等值時(shí)間法；適用于小型機(jī)組適用于大型機(jī)組2、實(shí)用計(jì)算法；50第二節(jié)載流導(dǎo)體短路時(shí)的發(fā)熱計(jì)算三、短路電流熱效應(yīng)的計(jì)算1、等值時(shí)間法；（1）等值時(shí)間的定義：51第二節(jié)載流導(dǎo)體短路時(shí)的發(fā)熱計(jì)算三、短路電流熱效應(yīng)的計(jì)算1、等值時(shí)間法；（2）短路電流熱效應(yīng)的計(jì)算：52第二節(jié)載流導(dǎo)體短路時(shí)的發(fā)熱計(jì)算三、短路電流熱效應(yīng)的計(jì)算1、等值時(shí)間法；（3）等值時(shí)間的求?。?3第二節(jié)載流導(dǎo)體短路時(shí)的發(fā)熱計(jì)算三、短路電流熱效應(yīng)的計(jì)算1、等值時(shí)間法；（3）等值時(shí)間的求取：54第二節(jié)載流導(dǎo)體短路時(shí)的發(fā)熱計(jì)算三、短路電流熱效應(yīng)的計(jì)算2、實(shí)用計(jì)算法；等值時(shí)間法的缺點(diǎn)，等值時(shí)間tp的曲線是根據(jù)容量為50MW以下的發(fā)電機(jī)組繪制，用于更大容量的發(fā)電機(jī)，必然產(chǎn)生很大的誤差。實(shí)用計(jì)算法的計(jì)算步驟：55第二節(jié)載流導(dǎo)體短路時(shí)的發(fā)熱計(jì)算解：實(shí)用計(jì)算法先計(jì)算短路電流熱效應(yīng)Qk56第二節(jié)載流導(dǎo)體短路時(shí)的發(fā)熱計(jì)算解：實(shí)用計(jì)算法計(jì)算導(dǎo)體的最高溫度57第三節(jié)載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力的計(jì)算2、計(jì)算電動(dòng)力的必要性1、電動(dòng)力產(chǎn)生載流導(dǎo)體位于磁場(chǎng)中，要受到磁場(chǎng)力的作用，這種力就是電動(dòng)力。電力系統(tǒng)短路時(shí)，導(dǎo)體中通過(guò)很大的短路電流，導(dǎo)體會(huì)遭受巨大的電動(dòng)力的作用，如果機(jī)械強(qiáng)度不夠，將會(huì)使導(dǎo)體變形或者損壞，為了安全運(yùn)行，必須對(duì)導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力的大小進(jìn)行分析計(jì)算，選擇合適強(qiáng)度的導(dǎo)體和設(shè)備。必要時(shí)，還要采取一些限制短路電流的措施。一、概述58第三節(jié)載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力的計(jì)算二、計(jì)算電動(dòng)力的基本方法1、畢奧——沙瓦定律2、兩條平行導(dǎo)體間電動(dòng)力的計(jì)算1、畢奧——沙瓦定律處于磁場(chǎng)中的導(dǎo)體L,（單位為m），通過(guò)電流i（單位為A）則導(dǎo)體單位長(zhǎng)度dl上所受的電動(dòng)力dF為：用左手定則判斷電動(dòng)力的方向。59第三節(jié)載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力的計(jì)算二、計(jì)算電動(dòng)力的基本方法1、畢奧——沙瓦定律對(duì)上式兩端進(jìn)行積分得：60第三節(jié)載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力的計(jì)算二、計(jì)算電動(dòng)力的基本方法2、兩條平行導(dǎo)體間電動(dòng)力的計(jì)算61第三節(jié)載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力的計(jì)算二、計(jì)算電動(dòng)力的基本方法2、兩條平行導(dǎo)體間電動(dòng)力的計(jì)算62第三節(jié)載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力的計(jì)算二、計(jì)算電動(dòng)力的基本方法2、兩條平行導(dǎo)體間電動(dòng)力的計(jì)算注意：63第三節(jié)載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力的計(jì)算二、計(jì)算電動(dòng)力的基本方法2、兩條平行導(dǎo)體間電動(dòng)力的計(jì)算64第三節(jié)載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力的計(jì)算三、三相導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力的計(jì)算1、不計(jì)及短路電流周期分量的衰減，三相短路電流表達(dá)式為：65第三節(jié)載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力的計(jì)算三、三相導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力的計(jì)算