发电厂电气部分 第3章 导体的发热及短路电动力

第三章常用计算的基本理论和方法教学内容载流导体长期发热的特点,导体长期允许载流量的计算方法及提高导体载流量的措施载流导体短时发热的特点,导体短时最高发热温度的计算方法、短路电流热效应的计算方法、热稳定的概念三相导体短路电动力的计算方法和特点、动稳定的概念为什么研究发热问题？发热的原因部位危害（后果）电阻损耗 导体内部机械强度下降磁滞和涡流损耗 导体周围的金属构件接触电阻增加介质损耗 绝缘材料内部绝缘性能下降如何研究发热？研究思路：-导体中电流越大，温度越高，后果越严重-温度表征发热的严重程度

-规定最高允许温度，保证导体正常寿命如何保证导体不因发热而折寿：-电流决定温度，推导两者间的定量关系表达式（理论）

-具体应用方法：

（1）根据最高允许温度计算最大允许电流，要大于实际电流（2）根据实际电流计算运行温度，要小于最高允许温度

（3）分析除电流外的其它影响因素，确定改善提高措施发热的分类及其最高允许温度长期发热，由正常工作电流产生

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）短时发热，由故障短路电流产生短时最高允许温度：-主要取决于短时发热过程中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）

导体的长期发热--指导体通过工作电流时的发热过程

（1）导体长期发热的公式推导

热平衡方程：

导体产生的热量QR

=消耗的热量（导体自身温度的升高Qc

+对流和辐射散失到周围介质的热量Ql+Qf）I---流过导体的电流（A）R---导体的电阻（Ω）m---导体的质量（kg）c---导体的比热容[J/(kg.℃)]αW---导体总的换热系数[W/(m2.℃)]F---导体的换热面积（m2/m)θ0---周围空气的温度（℃）θ---导体的温度（℃）稳定温升导体发热时间常数初始温升:时间t的温升:若导体的长期发热（2）导体长期发热的分析导体温升变化曲线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。1）导体通过电流I后，温度开始升高，经过（3～4）倍Tt(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；导体的长期发热（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。表面镀锡银等

-采用集肤效应系数小的导体 与电流频率、导体的形状和尺寸有关（图3-13-2）2）增大散热面积。

-相同截面积，矩形导体的表面积大于圆形的

-矩形竖放的表面积大于平放的3）增大复合散热系数：强迫对流、表面涂漆导体的长期发热常用硬导体型式ABCABC竖放平放导体的长期发热关于集肤效应系数导体的长期发热354页导体的长期发热355页导体的短时发热-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故障前故障中故障后（1）短时发热的时间tw

tk

θwθh短路电流（2）短时发热计算的目的（热稳定概念）短时均匀导体的发热过程导体的短时发热短时最高发热温度短路切除时刻短路开始时刻周围环境温度短时发热计算的目的是确定短路时导体的最高温度θh。它不应超过短时发热允许温度。当满足这个条件时则认为导体在流过短路电流时具有热稳定性。（3）短时发热的过程和特点-绝热过程。由于发热时间短，可认为电阻损耗产生的热量来不及散失，全部用于使导体温度升高。

热平衡方程QR=Qc导体的短时发热-导体温度变化很大，电阻和比热容随温度而变化。定义：（短路电流热效应）导体的短时发热（4）计算导体短时发热最高温度假设已知短路电流热效应Qk则：1）由导体初始温度θw查出Aw2）求出Ah3）查出θh0铝铜导体的短时发热（5）计算短路电流热效应（实用计算法）周期分量的热效应

非周期分量的热效应

当短路电流切除时间超过1秒时，可忽略非周期分量的影响

非周期分量等效时间见表3-3注意导体的短时发热实用短路计算1.计算某地点的发电机到短路点的转移阻抗X*(网络化简).转移阻抗X*是以100MVA为基准的标幺值2.转移阻抗X*转换为计算电抗Xjs*

计算电抗Xjs*

是以发电机容量为基准的标幺值3.如果Xjs*大于3,表示发电机与短路点之间的电气距离较远,可忽略发电机的暂态过程,I”*=1/Xjs*

如果Xjs*小于3,表示发电机与短路点之间的电气距离较近,不能忽略发电机的暂态过程,由Xjs*和tk查运算曲线得到I”*

4.I”*转为有名值(以发电机容量为基准)5.将多个地点的发电机对短路点提供的短路电流有名值相加.如何得到故障点处:Itk/2Itk

I”短路开始(t=0)时刻,短路电流周期分量的有效值Itk/2

短路后(t=tk/2)时刻,短路电流周期分量的有效值Itk

短路后(t=tk)时刻,短路电流周期分量的有效值短路时，导体温度高，还受到电动力作用，当导体和电气设备机械强度不够时，将会变形或损坏。必须研究短路电流产生电动力的大小和特征，以便选用适当强度的导体和电气设备，保证足够的动稳定，必要时采取限制短路电流的措施。(N)载流导体短路电动力两条无线细长载流导体间的电动力（1）为什么研究导体短路电动力短路电流大，导体受到的电动力大根据安装地点处应承受的最大电动力，选择合适的隔离开关。否则，短路时可能将隔离开关自动断开。V型隔离开关承受的电动力较小两柱式隔离开关承受的电动力较大载流导体短路电动力(N)Kf-形状系数圆形导体：Kf=1槽形导体：见表3-4矩形导体：见图3-181)计算矩形导体相间电动力时不需要考虑K2)计算矩形导体同相条间电动力时必须考虑K注意：考虑截面因素时两载流导体间的电动力载流导体短路电动力（2）三相导体短路的电动力载流导体短路电动力如不计短路电流周期分量的衰减，三相短路电流为：(a)不衰减的固定分量(b)衰减的非周期分量(c)衰减的工频分量(d)不衰减的2倍工频分量载流导体短路电动力(b)衰减的非周期分量(c)衰减的工频分量(d)不衰减的2倍工频分量载流导体短路电动力t=0.01s时，短路电动力的幅值最大短路冲击电流短路开始时刻(t=0)短路电流周期分量的有效值载流导体短路电动力（3）两相短路电动力载流导体短路电动力（4）三相导体最大短路电动力三相短路故障后的0.01s，作用在中间B相，（N）载流导体短路电动力（5）导体振动的动态应力导体的固有振动频率：L绝缘子跨距L绝缘子跨距电动力固有频率接近电动力频率（工频、2倍工频）导体共振损坏导体及其架构载流导体短路电动力凡是连接发电机、主变压器以及配电装置中的导体均应考虑共振的影响β与导体的固有振动频率有关，见图3-23动态应力系数为避免共振，重要导体的固有频率在下述范围以外：（1）单条导体及一组中的各条导体35-135HZ（2）多条导体及引下线的单条导体35-155HZ（3）槽形和管形导体30-160HZ导体发生振动时，内部产生动态应力：载流导体短路电动力导体长期发热的特点导体短时发热的特点短路电流热效应的计算方法三相导体