发电厂电气部分 第三章 常用计算的基本理论和方法1

1、 第三章 常用计算的基本理论和方法学习目的： 通过本章的学习，了解发热对电气设备的影响、导体短路时电动力的危害，掌握常用计算的基本原理和方法，包括载流导体的发热和电动力理论，电气设备及主接线的可靠性分析和技术经济分析。本章主要内容： 导体载流量和运行温度计算 载流导体短路时发热计算 载流导体短路时电动力计算 电气设备及主接线的可靠性分析 技术经济分析 第一节 正常运行时导体载流量计算一、电气设备和载流导体的发热： 1、为什么会发热2、发热有何危害？ 系统发生故障，I，U，此时，导体和电器应能承受短时发热和电动力的作用。 1、两种工作状态1）正常工作状态 电压和电流都不会超过额定值，导体和电器能

2、够长期安全经济地运行。2）短路工作状态一、电气设备和载流导体的发热：一、电气设备和载流导体的发热：热能电阻损耗 介质损耗 磁滞和涡流损耗发热对电气设备的危害长期发热短时发热长期发热：由正常工作电流产生。短时发热：由短路电流产生。发热的两种形式最高允许温度 正常最高允许工作温度： -主要取决于系统接触电阻的大小 70（一般裸导体） 80（计及日照时的钢芯铝绞线、 管形导体） 85（接触面有镀锡的可靠覆盖层）短时最高允许温度： -主要取决于导体机械强度的大小、介质绝缘强度 的大小 200（硬铝及铝锰合金） 300（硬铜） 钢构发热的最高允许温度： 70（人可触及的钢构） 100（人不可触及的钢构）

3、 80（混凝土中的钢筋）封闭母线最高允许温度： 导体： 90 外壳： 70 最高允许温度 二、正常情况下导体发热的计算1、计算目的： 通过分析导体长期通过工作电流时的发热过程，计算导体的温度，使这个温度不超过正常最高允许温度。2.导体的长期发热 导体的发热和散热: 电阻损耗热量吸收太阳日照的热量导体升温吸收的热量对流散热量辐射散热量iw2.导体的长期发热 单位导体表面积Fl, Ff 的计算方法： 5种情况：单距，二、三、圆管、槽型 A1A21.单条导体：2.二条导体：3.三条导体：4.槽型导体：5.圆管导体：I-流过导体的电流（A）R-导体的电阻（）m-导体的质量（kg）c-导体的比热容J/(

4、kg. )W-导体总的散热系数W/(m2.)F-导体的散热面积（ m2 /m)0 -周围空气的温度（ ）W -导体的温度（ ）Kf-集肤系数稳定温升导体发热时间常数设：初始温升-对应于时间t的温升-若导体温升变化曲线3）导体达到稳定发热状态后，由电阻损耗产生的热量全部以对流和辐射的形式散失掉，导体的温升趋于稳定，且稳定温升与导体的初始温度无关。导体长期发热的特点1）导体通过电流I后，温度开始升高，经过（34）倍Tr(时间常数)，导体达到稳定发热状态；2）导体升温过程的快慢取决于导体的发热时间常数，即与导体的吸热能力成正比，与导体的散热能力成反比，而与通过的电流大小无关；对流散热量Ql的计算l

5、对流散热系数，W/(m2. )自然散热：强迫散热：P68: (3-8)3.提高导体载流量的措施1)减小交流电阻采用电阻率小的材料，如：铜、铝增大导体的截面减小接触电阻：接触表面镀锡、镀银等 2)增大复合散热系数改变导体的布置方式,涂漆 3)增大散热面积: 矩形 圆管（同S下）关于集肤效应系数Kf获取方法：1：矩形截面查图3-1，圆管查图3-2，注意图中 Rdc是1000m的直流电阻： 2：查附表1问题：随着截面积的增大， Kf 如何变化？常用硬导体长期允许载流量和集肤效应系数常用方法查表： 343页附表1 344页附表2、 附表3 计算导体长期允许载流量的例子见P69例3-1：-自己看-总结计

6、算方法和步骤二、载流导体的短时发热计算目的：确定导体的最高温度-指短路开始到短路切除为止很短一段时间内导体的发热过程。短路时间保护动作时间断路器的全开断时间燃弧时间断路器固有分闸时间补充：分析短路全电流的瞬时表达式短路电流的周期分量： 短路电流的非周期分量： 短路全电流短路电流的周期分量 短路电流的非周期分量 周期分量，是幅值不变，并以50Hz的频率呈周期变化。 非周期分量，是幅值随短路回路的Ta呈指数曲线衰减。 在经历（35） Ta后，非周期分量衰减至零，此时电路只含短路电流周期分量，进入短路的稳定状态。补充：几个有关的概念短路电流的冲击值短路电流最大可能的瞬时值，称为短路电流的冲击值。短路全电流的有效值 短路电流在某一时刻的有效值是以时间t为中心的一个周期T内短路全电流的均方根值。 为了简化计算，通常取时刻t的瞬时值作为一个周期内的有效值，考虑非正弦电流有效值的计算公式可得：短路电流周期分量有效值Ip或 I当t=时，非周期分量已衰减完毕，这时的短路电流只有周期分量，称为稳态短路电流。1、短时发热的特点 短时均匀导体的发热过程是绝热的过程导体温度变化很大，电阻和比热容随温度而变化。 短时最高发热温度h为短路电流切除时刻tk 对应的导体温度根据热平衡方程:定义：短路电流热效应2、导体短时发热的最高发热温度假设：已知短路电流热效应Qk则：1）由导体初始温度