导体的发热和电动力

1、第四章 导体的发热和电动力第一节 概述第二节 导体的长期发热和短时发热第三节 导体的电动力计算第四节 大电流封闭母线的发热和电动力第一节 概述一、概述导体和电器运行中的两种状态：正常工作状态：U Ue，I Ie 可以长期安全经济的运行短路工作状态：U Ue，I 0.1发电机出口及母线0.150.2发电机升高电压母线及出线；发电机电压电抗器后0.080.1变电所各级电压母线及出线0.05273、短路时导体允许的最小截面 (14)若短路最高温度k等于短路最高允许温度，且已知短路前w ，则从曲线=f(A)可查得Ak和Aw ，由此可得短路时满足热稳定要求的最小截面式中：C与导体材料和短路前温度有关的热

2、稳工作温度4045505560657075808590硬铝及铝锰合金9997959391898785838281硬铜186183181179176174171169166164161不同工作温度的裸导体C值定系数，查表可得。28第三节 导体的电动力计算电气设备中的载流导体通过电流时，除了发热效应外，还有载流导体相互之间的作用力，称为电动力。与正常工作电流产生的电动力相比，短路冲击电流所产生的电动力是很大的，可能导致设备变形或损坏。因此，为了保证电器和载流导体不致破坏，短路冲击电流产生的电动力不应超过电器和载流导体的允许应力。载流导体之间电动力的大小和方向，取决于电流的大小和方向，导体的尺寸、形

3、状和相互之间的位置以及周围介质的特性。30一、平行导体电动力的计算如图为两根平行细长导体，两导体中电流分别为i1和i2，长度为L，导体中心轴线距离为a。ai1i2LF电动力的方向取决于导体中电流的方向。当电流同向时相吸，异向时相斥。根据比奥沙伐尔定理，可以得到平行细长导体所受的电动力为31二、三相导体短路的电动力1.电动力的计算不计短路电流周期分量的衰减，三相短路电流为：式中：Im短路电流周期分量的最大值， A短路电流A相的初相角 Ta短路电流非周期分量衰减时间常数32二、三相导体短路的电动力(1) 对中间相三相短路时，中间相(B相)和两外边相(A,C相)受力不同：ABCiAiBiCFBAFB

4、C将iA, iB, iC的值代入有33二、三相导体短路的电动力(2) 对外边相三相短路时，中间相(B相)和两外边相(A,C相)受力不同：将iA, iB, iC的值代入有ABCiAiBiCFABFCBFACFCA34二、三相导体短路的电动力2.电动力的最大值分析发现一般衰减时间常数Ta=0.05s。而且，由短路电流分析知道，在t =0.01s时短路电流幅值最大，冲击电流ish=1.82Im。代入可计算得35三、导体振动的动态应力导体的振动过程，按具有分布质量的简支梁来分析，其动力学方程为：式中：Ft作用在导体上的电动力(N/m) E导体材料的弹性模量(Pa) I导体断面二次矩(m4) m导体单位

5、长度的质量(kg/m) y导体各点的位移(m) x导体各点的坐标(m)36三、导体振动的动态应力式中：L跨距(m) Nf频率系数该系统的一阶固有频率为考虑到电动力中的工频会与固有频率相同从而引起共振破坏，需要对最大电动力进行修正式中：动态应力系数37第四节 大电流封闭母线的发热和电动力一、概述随着大容量机组的出现，母线采用敞露式布置会造成绝缘子闪络以及由外物引起的短路故障；此外，母线工作电流很大，使附件钢构件发热严重，周围环境温度升高，影响母线的正常运行。因此，目前一般采用封闭母线。外壳母线39二、封闭母线的发热和散热1.封闭母线的发热封闭母线的发热由本身发热和外壳发热产生（1）封闭母线导体的

6、发热损失式中： Ks母线集肤效应系数 tw母线运行温度(0C) Dw圆管母线外径(mm) Rw 母线电阻(/m) w圆管母线壁厚(mm) 20电阻系数(.mm2/m)40二、封闭母线的发热和散热1.封闭母线的发热封闭母线的发热由本身发热和外壳发热产生（1）封闭母线外壳的发热损失式中： ts外壳运行温度(0C) Ds外壳外径(mm) Rs 外壳电阻(/m) s外壳壁厚(mm)41二、封闭母线的发热和散热2.封闭母线的散热散热:母线 外壳 空气（1）母线的散热式中：母线表面黑度 tw母线温度(0C)母线向外壳的辐射散热 ts外壳温度(0C) Dw母线外径(m)42二、封闭母线的发热和散热2.封闭母

7、线的散热散热:母线 外壳 空气（1）母线的散热式中：K 开槽影响系数，不开槽时K=1,开槽 相当导热系数母线向外壳的对流散热时K=1.3-1.443二、封闭母线的发热和散热2.封闭母线的散热散热:母线 外壳 空气（2）外壳的散热外壳对空气的辐射散热 b分相系数，中间相时b = 1，式中：平均角系数 Ds外壳直径(m)边相时b = 0.544二、封闭母线的发热和散热2.封闭母线的散热散热:母线 外壳 空气（2）外壳的散热外壳的自然对流散热式中：1换热系数按照热量平衡，列出方程式解出母线运行温度tw45三、封闭母线的电动力母线通过短路电流时，受到壳内磁场作用，三相短路电动力为式中：Ik三相短路电流幅值(A) Ka直流屏蔽系数 tm三相短路时，直流磁场峰值出现时间 Ta三相短路电流直流衰减时间常数三、封闭母线的电动力导体应力按静力梁计算，最大应力为 a系数,二跨取a