发电厂电气设备课件-第五章-导体的发热与电动力

《发电厂电气主系统》11/22/2022《发电厂电气主系统》11/21/20221导体的发热与电动力一．概述二．导体发热和散热的计算三．导体的长期发热与载流量四．导体的短时发热五．导体短路的电动力六．大电流封闭母线11/22/2022导体的发热与电动力一．概述11/21/20222第一节概述11/22/2022第一节概述11/21/20223发热工作状态：正常运行和故障状态导体发热的原因正常时：电阻损耗、介质损耗、涡流和磁滞损耗故障时：短路电流长期发热：导体和电器中长期通过正常工作电流所 引起的发热。短时发热：短路电流通过导体和电器时引起的发热。11/22/2022发热11/21/20224发热对导体和电器产生的不良影响机械强度下降接触电阻增加绝缘性能降低导体最高允许温度正常时：铝导体为+70℃、铜导体为+80℃短路时：硬铝及铝锰合金为+200℃ 硬铜可取+300℃电动力 短路电流所产生的电动力不应超过允许值。11/22/2022发热对导体和电器产生的不良影响11/21/20225第二节导体发热和散热和计算11/22/2022第二节导体发热和散热和计算11/21/20226一．导体发热的计算（一）导体电阻损耗产生的热量 单位长度的导体，通过有效值为（单位为Ａ）的交流电流时，由电阻损耗产生的热量（单位为Ｗ／m）为其中，（单位为Ω／m）为导体的交流电阻，可按下式计算：11/22/2022一．导体发热的计算（一）导体电阻损耗产生的热量11/21/27式中，—导体的集肤系数；—导体温度为20℃时的直流电阻率（Ω·m㎡/m）；—20℃时的电阻温度系数（）；—导体温度（℃）；

Ｓ—导体的截面积（m㎡）。11/22/202211/21/20228（二）太阳日照（辐射）的热量式中，—太阳辐射功率密度，我国取＝1000W/㎡—导体的直径（m）；—导体的吸收率，对铝管取＝0.6。11/22/2022（二）太阳日照（辐射）的热量11/21/20229二．导体散热的计算

导体散热的过程是热量传递的过程，热量传递有三种方式：对流、辐射和传导。（一）对流换热量的计算式中，—对流换热系数［Ｗ／（㎡·℃）］；—导体温度（℃）；—周围空气温度（℃）；—单位长度导体的对流换热面积（㎡／m）根据对流风速的不同，可分为自然对流换热和强迫对流换热两种情况。11/22/2022二．导体散热的计算导体散热的过程是热量传递的过程，热10（二）辐射换热量的计算式中，、—导体温度和周围空气温度（℃）；—导体材料的辐射系数（又称黑度）；—单位长度导体的辐射换热面积（㎡／m）；（三）传导换热量空气的热传导能力很差，导体的导热可忽略不计。11/22/2022（二）辐射换热量的计算11/21/202211第三节导体的长期发热与载流量11/22/2022第三节导体的长期发热与载流量11/21/202212一．长期发热和特点根据能量守恒定律，导体发热过程中一般的热量平衡关系为

对于屋内导体，导体长期发热过程中的热量平衡关系为

工程上常把辐射换热量近似表示成与对流换热量相同的计算形式，用一个总换热系数α来代替两种换热的作用，则上式变为

11/22/2022一．长期发热和特点根据能量守恒定律，导体发热过程中一般的热13式中，、—导体的稳定温度和周围空气温度（℃）；—对流和辐射总换热系数［Ｗ／（㎡·℃）］；—单位长度导体的换热面积（㎡／m）；

Ｉ—导体中通过的电流（Ａ）；

R

—单位长度导体的交流电阻（Ω／m）；11/22/202211/21/202214可以得到所取导体稳定温度和空气温度下的容许电流值（单位为Ａ，），即提高载流量的措施：提高α：使用α大的导体、表面涂漆、合理布置导体型式。减小Ｒ：使用Ｒ小的导体、增大导体截面积、减小接触电阻。增加F11/22/2022可以得到所取导体稳定温度和空气温度下的容许电流值（单位为Ａ15二．大电流导体附近钢铁构件的发热产生原因：磁滞和涡流损耗发热造成的影响：材料变形和损坏、混凝土裂缝、恶化设备的运行条件和工作人员的工作环境。钢构的最高允许温度：人可触及的钢构为70℃；人不可触及的钢构为100℃；混凝土中的钢筋为80℃。降低钢构的损耗和发热的措施：加大钢构和大电流导体之间的距离；断开大电流导体附近的钢构回路；采用电磁屏蔽；采用分相封闭母线。11/22/2022二．大电流导体附近钢铁构件的发热产生原因：磁滞和涡流损耗1116第四节导体的短时发热11/22/2022第四节导体的短时发热11/21/202217一．短时发热最高温度的计算

导体短时发热过程中的热量平衡关系是：电阻损耗产生的热量等于导体的吸热量，即则可得出：

其中，称为短路电流热效应，它是在０－时间间隔内，电阻为１Ω的导体中所放出的热量。可由查出短路终了温度，即短时发热最高温度。11/22/2022一．短时发热最高温度的计算导体短时发热过程中的热量平衡关系18二．短路电流热效应的计算（一）周期分量热效应的计算

取n=4，认为、、用代替，即得式中，—周期分量热效应；—短路切除时间（s）；、和—短路电流周期分量０秒值、时刻值 和时刻值，工程上取４Ｓ。11/22/2022二．短路电流热效应的计算（一）周期分量热效应的计算11/19（二）非周期分量热效应的计算式中，—非周期分量热效应；

Ｔ—非周期分量等效时间（S），其值可查表得。当短路电流切除时间>1s时，导体的发热主要由周期分量热效应来决定，非周期分量热效应可忽略。11/22/2022（二）非周期分量热效应的计算11/21/202220第五节导体短路的电动力11/22/2022第五节导体短路的电动力11/21/202221一．两平行导体间的电动力（一）两平行无限细长导体的电动力由和可得

（二）电流分布对电动力的影响为形状系数，对于圆管导管取１；对于双槽形导体，计算相间和条间电动力时，其值均取１。11/22/2022一．两平行导体间的电动力（一）两平行无限细长导体的电动力1122三．三相导体知路的电动力（一）三相短路电动力的计算三相短路电流为单相受力情况为： 、 、 、 、11/22/2022三．三相导体知路的电动力（一）三相短路电动力的计算11/2123（二）三相系统电动力的最大值三相短路的最大电动力将临界初相角和，在时刻，衰减的工频分量最大值和两倍工频分量最大值都与非周期分量同方向，和达到最大值，短路冲击电流，故，可得Ｂ相最大电动力

A相最大电动力可见，三相短路时，中间相所受电动力最大。11/22/2022（二）三相系统电动力的最大值11/21/202224三相短路最大电动力与两相短路电动力的比较可以看出，三相系统短路时，，故最大电动力应按三相短路计算，即（三）导体共振对电动力的影响动态应力系数β为动态应力与静态应力之比值，当固定频率在30~160Hz以外时，有或，。11/22/2022三相短路最大电动力与两相短路电动力的比较11/21/202225第六节大电流封闭母线11/22/2022第六节大电流封闭母线11/21/202226封闭母线的分类

合相和分相两种分相封闭母线的组成

导体、外壳和绝缘子封闭母线的作用优点：运行安全性可靠性高；短路时电动力减小；降低钢构发热；安装维护方便。缺点：散热差；外壳磁滞、涡流损耗；金属消耗多。11/22/2022封闭母线的分类11/21/20222711/22/202211/21/20222811/22/202211/21/20222911/22/202211/21/202230《发电厂电气主系统》11/22/2022《发电厂电气主系统》11/21/202231导体的发热与电动力一．概述二．导体发热和散热的计算三．导体的长期发热与载流量四．导体的短时发热五．导体短路的电动力六．大电流封闭母线11/22/2022导体的发热与电动力一．概述11/21/202232第一节概述11/22/2022第一节概述11/21/202233发热工作状态：正常运行和故障状态导体发热的原因正常时：电阻损耗、介质损耗、涡流和磁滞损耗故障时：短路电流长期发热：导体和电器中长期通过正常工作电流所 引起的发热。短时发热：短路电流通过导体和电器时引起的发热。11/22/2022发热11/21/202234发热对导体和电器产生的不良影响机械强度下降接触电阻增加绝缘性能降低导体最高允许温度正常时：铝导体为+70℃、铜导体为+80℃短路时：硬铝及铝锰合金为+200℃ 硬铜可取+300℃电动力 短路电流所产生的电动力不应超过允许值。11/22/2022发热对导体和电器产生的不良影响11/21/202235第二节导体发热和散热和计算11/22/2022第二节导体发热和散热和计算11/21/202236一．导体发热的计算（一）导体电阻损耗产生的热量 单位长度的导体，通过有效值为（单位为Ａ）的交流电流时，由电阻损耗产生的热量（单位为Ｗ／m）为其中，（单位为Ω／m）为导体的交流电阻，可按下式计算：11/22/2022一．导体发热的计算（一）导体电阻损耗产生的热量11/21/237式中，—导体的集肤系数；—导体温度为20℃时的直流电阻率（Ω·m㎡/m）；—20℃时的电阻温度系数（）；—导体温度（℃）；

Ｓ—导体的截面积（m㎡）。11/22/202211/21/202238（二）太阳日照（辐射）的热量式中，—太阳辐射功率密度，我国取＝1000W/㎡—导体的直径（m）；—导体的吸收率，对铝管取＝0.6。11/22/2022（二）太阳日照（辐射）的热量11/21/202239二．导体散热的计算

导体散热的过程是热量传递的过程，热量传递有三种方式：对流、辐射和传导。（一）对流换热量的计算式中，—对流换热系数［Ｗ／（㎡·℃）］；—导体温度（℃）；—周围空气温度（℃）；—单位长度导体的对流换热面积（㎡／m）根据对流风速的不同，可分为自然对流换热和强迫对流换热两种情况。11/22/2022二．导体散热的计算导体散热的过程是热量传递的过程，热40（二）辐射换热量的计算式中，、—导体温度和周围空气温度（℃）；—导体材料的辐射系数（又称黑度）；—单位长度导体的辐射换热面积（㎡／m）；（三）传导换热量空气的热传导能力很差，导体的导热可忽略不计。11/22/2022（二）辐射换热量的计算11/21/202241第三节导体的长期发热与载流量11/22/2022第三节导体的长期发热与载流量11/21/202242一．长期发热和特点根据能量守恒定律，导体发热过程中一般的热量平衡关系为

对于屋内导体，导体长期发热过程中的热量平衡关系为

工程上常把辐射换热量近似表示成与对流换热量相同的计算形式，用一个总换热系数α来代替两种换热的作用，则上式变为

11/22/2022一．长期发热和特点根据能量守恒定律，导体发热过程中一般的热43式中，、—导体的稳定温度和周围空气温度（℃）；—对流和辐射总换热系数［Ｗ／（㎡·℃）］；—单位长度导体的换热面积（㎡／m）；

Ｉ—导体中通过的电流（Ａ）；

R

—单位长度导体的交流电阻（Ω／m）；11/22/202211/21/202244可以得到所取导体稳定温度和空气温度下的容许电流值（单位为Ａ，），即提高载流量的措施：提高α：使用α大的导体、表面涂漆、合理布置导体型式。减小Ｒ：使用Ｒ小的导体、增大导体截面积、减小接触电阻。增加F11/22/2022可以得到所取导体稳定温度和空气温度下的容许电流值（单位为Ａ45二．大电流导体附近钢铁构件的发热产生原因：磁滞和涡流损耗发热造成的影响：材料变形和损坏、混凝土裂缝、恶化设备的运行条件和工作人员的工作环境。钢构的最高允许温度：人可触及的钢构为70℃；人不可触及的钢构为100℃；混凝土中的钢筋为80℃。降低钢构的损耗和发热的措施：加大钢构和大电流导体之间的距离；断开大电流导体附近的钢构回路；采用电磁屏蔽；采用分相封闭母线。11/22/2022二．大电流导体附近钢铁构件的发热产生原因：磁滞和涡流损耗1146第四节导体的短时发热11/22/2022第四节导体的短时发热11/21/202247一．短时发热最高温度的计算

导体短时发热过程中的热量平衡关系是：电阻损耗产生的热量等于导体的吸热量，即则可得出：

其中，称为短路电流热效应，它是在０－时间间隔内，电阻为１Ω的导体中所放出的热量。可由查出短路终了温度，即短时发热最高温度。11/22/2022一．短时发热最高温度的计算导体短时发热过程中的热量平衡关系48二．短路电流热效应的计算（一）周期分量热效应的计算

取n=4，认为、、用代替，即得式中，—周期分量热效应；—短路切除时间（s）；、和—短路电流周期分量０秒值、时刻值 和时刻值，工程上取４Ｓ。11/22/2022二．短路电流热效应的计算（一）周期分量热效应的计算11/49（二）非周期分量热效应的计算式中，—非周期分量热效应；

Ｔ—非周期分量等效时间（S），其值可查表得。当短路电流切除时间>1s时，导体的发热主要由周期分量热效应来决定，非周期分量热效应可忽略。11/22/2022（二）非周期分量热效应的计算11/21/202250第五节导体短路的电动力11/22/2022第五节导体短路的电动力11/21/202251一．两平行导体间的电动力（一）两平行无限细长导体的电动力由和可得

（二）电流分布对电动力的影响为形状系数，对于圆管导管取１；对于双槽形导体，计算相间和条间电动力时，其值均取１。11/22/2022一．两平行导体间的电动力（一）两平行无限细长导体的电动力1152三．三相导体知路的电动力（一）三相短路电动力的计算三相短