電氣主系統(tǒng)第五章發(fā)熱電動(dòng)力2版g

1、發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-1第五章第五章 導(dǎo)體的發(fā)熱與電動(dòng)力導(dǎo)體的發(fā)熱與電動(dòng)力 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述第二節(jié)第二節(jié) 導(dǎo)體發(fā)熱和散熱的計(jì)算導(dǎo)體發(fā)熱和散熱的計(jì)算 第三節(jié)第三節(jié) 導(dǎo)體的長期發(fā)熱與載流量導(dǎo)體的長期發(fā)熱與載流量 第四節(jié)第四節(jié) 導(dǎo)體的短時(shí)發(fā)熱導(dǎo)體的短時(shí)發(fā)熱 第五節(jié)第五節(jié) 導(dǎo)體短路的電動(dòng)力導(dǎo)體短路的電動(dòng)力 第六節(jié)第六節(jié) 大電流封閉母線的發(fā)熱和電動(dòng)力大電流封閉母線的發(fā)熱和電動(dòng)力 本章計(jì)劃學(xué)時(shí)本章計(jì)劃學(xué)時(shí):6 8學(xué)時(shí)學(xué)時(shí) 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-2第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 1）當(dāng)電流通過導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體電阻中所產(chǎn)生的電阻損耗。）當(dāng)電流通過導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體電阻中所產(chǎn)生的電阻損耗

2、。 2）絕緣材料在電壓作用下所產(chǎn)生的介質(zhì)損耗。）絕緣材料在電壓作用下所產(chǎn)生的介質(zhì)損耗。 3）導(dǎo)體周圍的金屬構(gòu)件，特別是鐵磁物質(zhì)，在電磁場(chǎng)作用）導(dǎo)體周圍的金屬構(gòu)件，特別是鐵磁物質(zhì)，在電磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生的渦流和磁滯損耗。下，產(chǎn)生的渦流和磁滯損耗。 3. 發(fā)熱對(duì)導(dǎo)體和電器的不良影響發(fā)熱對(duì)導(dǎo)體和電器的不良影響 長期發(fā)熱：導(dǎo)體和電器中長期通過正常工作電流所引起的長期發(fā)熱：導(dǎo)體和電器中長期通過正常工作電流所引起的發(fā)熱。發(fā)熱。 短時(shí)發(fā)熱：由短路電流通過導(dǎo)體和電器時(shí)引起的發(fā)熱。短時(shí)發(fā)熱：由短路電流通過導(dǎo)體和電器時(shí)引起的發(fā)熱。 2. 發(fā)熱的分類發(fā)熱的分類 （1）機(jī)械強(qiáng)度下降）機(jī)械強(qiáng)度下降 高溫會(huì)使金屬材料退火軟

3、化，機(jī)械強(qiáng)度下降。高溫會(huì)使金屬材料退火軟化，機(jī)械強(qiáng)度下降。 1. 引起導(dǎo)體和電器發(fā)熱的原因引起導(dǎo)體和電器發(fā)熱的原因發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-3（2）接觸電阻增加）接觸電阻增加 高溫將造成導(dǎo)體接觸連接處表面氧化，使接觸電阻增加，高溫將造成導(dǎo)體接觸連接處表面氧化，使接觸電阻增加，溫度進(jìn)一步升高，產(chǎn)生惡性循環(huán)，可能導(dǎo)致連接處松動(dòng)或燒熔。溫度進(jìn)一步升高，產(chǎn)生惡性循環(huán)，可能導(dǎo)致連接處松動(dòng)或燒熔。 （3）絕緣性能降低）絕緣性能降低 有機(jī)絕緣材料（如電纜紙、橡膠等）長期受高溫的作用，有機(jī)絕緣材料（如電纜紙、橡膠等）長期受高溫的作用，將逐漸變脆和老化，使用年限縮短，甚至碳化而燒壞。將逐漸變脆和老化，

4、使用年限縮短，甚至碳化而燒壞。 4. 為了保證導(dǎo)體在長期發(fā)熱和短時(shí)發(fā)熱作用下能可靠、安全為了保證導(dǎo)體在長期發(fā)熱和短時(shí)發(fā)熱作用下能可靠、安全地工作，應(yīng)使其發(fā)熱的最高溫度不超過導(dǎo)體的長期發(fā)熱和短地工作，應(yīng)使其發(fā)熱的最高溫度不超過導(dǎo)體的長期發(fā)熱和短時(shí)發(fā)熱最高允許溫度。時(shí)發(fā)熱最高允許溫度。 導(dǎo)體的長期發(fā)熱最高允許溫度不應(yīng)超過導(dǎo)體的長期發(fā)熱最高允許溫度不應(yīng)超過+70，在計(jì)及日照，在計(jì)及日照影響時(shí)，鋼心鋁線及管形導(dǎo)體可按不超過影響時(shí)，鋼心鋁線及管形導(dǎo)體可按不超過+80考慮。當(dāng)導(dǎo)體接考慮。當(dāng)導(dǎo)體接觸面處有鍍（搪）錫的可靠覆蓋層時(shí)，可提高到觸面處有鍍（搪）錫的可靠覆蓋層時(shí)，可提高到+85。 導(dǎo)體的短時(shí)最高允許

5、溫度，對(duì)硬鋁及鋁錳合金可取導(dǎo)體的短時(shí)最高允許溫度，對(duì)硬鋁及鋁錳合金可取+200，硬，硬銅可取銅可取+300。 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-4 影響長期發(fā)熱最高允許溫度的因素主要是保證導(dǎo)體接觸部分影響長期發(fā)熱最高允許溫度的因素主要是保證導(dǎo)體接觸部分可靠地工作?？煽康毓ぷ鳌?影響短時(shí)發(fā)熱最高允許溫度的因素主要是機(jī)械強(qiáng)度和帶絕緣影響短時(shí)發(fā)熱最高允許溫度的因素主要是機(jī)械強(qiáng)度和帶絕緣導(dǎo)體的絕緣耐熱度（如電纜），機(jī)械強(qiáng)度的下降還與發(fā)熱持續(xù)導(dǎo)體的絕緣耐熱度（如電纜），機(jī)械強(qiáng)度的下降還與發(fā)熱持續(xù)時(shí)間有關(guān)，發(fā)熱時(shí)間越短，引起機(jī)械強(qiáng)度下降的溫度就越高，時(shí)間有關(guān)，發(fā)熱時(shí)間越短，引起機(jī)械強(qiáng)度下降的溫度就越高，

6、故短時(shí)發(fā)熱最高允許溫度遠(yuǎn)高于長期發(fā)熱最高允許溫度。故短時(shí)發(fā)熱最高允許溫度遠(yuǎn)高于長期發(fā)熱最高允許溫度。 5. 發(fā)生短路故障時(shí)，除了引起發(fā)熱外，還會(huì)產(chǎn)生很大的電動(dòng)發(fā)生短路故障時(shí)，除了引起發(fā)熱外，還會(huì)產(chǎn)生很大的電動(dòng)力，造成導(dǎo)體變形或損壞。力，造成導(dǎo)體變形或損壞。第二節(jié)第二節(jié) 導(dǎo)體發(fā)熱和散熱的計(jì)算導(dǎo)體發(fā)熱和散熱的計(jì)算 一、導(dǎo)體發(fā)熱的計(jì)算一、導(dǎo)體發(fā)熱的計(jì)算 發(fā)熱包括導(dǎo)體電阻損耗熱量的計(jì)算和太陽日照熱量的計(jì)算。發(fā)熱包括導(dǎo)體電阻損耗熱量的計(jì)算和太陽日照熱量的計(jì)算。 1導(dǎo)體電阻損耗產(chǎn)生的熱量導(dǎo)體電阻損耗產(chǎn)生的熱量 單位長度導(dǎo)體的交流電阻：單位長度導(dǎo)體的交流電阻： 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-5矩形截面

7、導(dǎo)體的集膚系數(shù)曲線示于圖矩形截面導(dǎo)體的集膚系數(shù)曲線示于圖5-1中。中。 圓管形截面導(dǎo)體圓管形截面導(dǎo)體的集膚系數(shù)曲線示于圖的集膚系數(shù)曲線示于圖5-2中。圖中中。圖中f 為電源頻率，為電源頻率， Rdc為為1000m長導(dǎo)體的直流電阻。長導(dǎo)體的直流電阻。 SKR)20(1wtsac 單位長度的導(dǎo)體，通過有效值為單位長度的導(dǎo)體，通過有效值為Iw 的交流電流時(shí)，由電阻損的交流電流時(shí)，由電阻損耗產(chǎn)生的熱量：耗產(chǎn)生的熱量： ac2wRIQR 導(dǎo)體的集膚系數(shù)導(dǎo)體的集膚系數(shù)Ks與電流的頻率、導(dǎo)體的形狀和尺寸有關(guān)。與電流的頻率、導(dǎo)體的形狀和尺寸有關(guān)。 2太陽日照（輻射）的熱量太陽日照（輻射）的熱量 太陽照射（輻射

8、）的熱量也會(huì)造成導(dǎo)體溫度升高，安裝在太陽照射（輻射）的熱量也會(huì)造成導(dǎo)體溫度升高，安裝在屋外的導(dǎo)體，一般應(yīng)考慮日照的影響，圓管形導(dǎo)體吸收的太陽屋外的導(dǎo)體，一般應(yīng)考慮日照的影響，圓管形導(dǎo)體吸收的太陽日照熱量為：日照熱量為： DAEQsss 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-6對(duì)流換熱系數(shù)對(duì)流換熱系數(shù) C的計(jì)算的計(jì)算我國取太陽輻射功率密度我國取太陽輻射功率密度 ；2sW/m1000 E取鋁管導(dǎo)體的吸收率取鋁管導(dǎo)體的吸收率 ；6 . 0s AD為導(dǎo)體的直徑（為導(dǎo)體的直徑（m）。）。二、導(dǎo)體散熱的計(jì)算二、導(dǎo)體散熱的計(jì)算 熱量傳遞有三種方式：熱量傳遞有三種方式：對(duì)流、輻射和傳導(dǎo)對(duì)流、輻射和傳導(dǎo)。1對(duì)流換

9、熱量的計(jì)算對(duì)流換熱量的計(jì)算 對(duì)流換熱量與導(dǎo)體對(duì)周圍介質(zhì)的溫升及換熱面積成正比對(duì)流換熱量與導(dǎo)體對(duì)周圍介質(zhì)的溫升及換熱面積成正比: c0wcc)(FQ （1）自然對(duì)流換熱量的計(jì)算）自然對(duì)流換熱量的計(jì)算 屋內(nèi)空氣自然流動(dòng)或屋外風(fēng)速小于屋內(nèi)空氣自然流動(dòng)或屋外風(fēng)速小于0.2m/s，屬于自然對(duì)流，屬于自然對(duì)流換熱。此種情況的對(duì)流換熱系數(shù)取換熱。此種情況的對(duì)流換熱系數(shù)取: 導(dǎo)體的散熱過程主要是對(duì)流和輻射?？諝獾臒醾鲗?dǎo)能力很差，導(dǎo)體的散熱過程主要是對(duì)流和輻射?？諝獾臒醾鲗?dǎo)能力很差，導(dǎo)體的傳導(dǎo)散熱可忽略不計(jì)。導(dǎo)體的傳導(dǎo)散熱可忽略不計(jì)。 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-7單位長度導(dǎo)體的對(duì)流換熱面積單位長度導(dǎo)體

10、的對(duì)流換熱面積 Fc 是指有效面積，它與導(dǎo)體形是指有效面積，它與導(dǎo)體形狀、尺寸、布置方式和多條導(dǎo)體的間距等因素有關(guān)。狀、尺寸、布置方式和多條導(dǎo)體的間距等因素有關(guān)。 35. 00wc)(5 . 1 單條矩形導(dǎo)體豎放時(shí)（如圖單條矩形導(dǎo)體豎放時(shí)（如圖5-3a所示）的對(duì)流換熱面積（單所示）的對(duì)流換熱面積（單位為位為m2/m）為）為 )(221cAAF A1 =h/1000和和A2 =b/1000可以看成是單位長度導(dǎo)體在高度和寬度可以看成是單位長度導(dǎo)體在高度和寬度方向的面積。方向的面積。 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-8（2）強(qiáng)迫對(duì)流換熱量的計(jì)算）強(qiáng)迫對(duì)流換熱量的計(jì)算 屋內(nèi)人工通風(fēng)或屋外導(dǎo)體處在風(fēng)

11、速較大的環(huán)境時(shí)，可以帶屋內(nèi)人工通風(fēng)或屋外導(dǎo)體處在風(fēng)速較大的環(huán)境時(shí)，可以帶走更多的熱量，屬于強(qiáng)迫對(duì)流換熱。圓管形導(dǎo)體的對(duì)流換熱系走更多的熱量，屬于強(qiáng)迫對(duì)流換熱。圓管形導(dǎo)體的對(duì)流換熱系數(shù)為數(shù)為: DvDDN 65. 0uc13. 0當(dāng)空氣溫度為當(dāng)空氣溫度為20時(shí)，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)為時(shí)，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)為C)W/(m1052. 22 當(dāng)空氣溫度為當(dāng)空氣溫度為20時(shí)，空氣時(shí)，空氣的運(yùn)動(dòng)粘度系數(shù)（的運(yùn)動(dòng)粘度系數(shù)（ 讀讀“紐紐”）為為s/m107 .1526 v為風(fēng)速（為風(fēng)速（m/s） 圓管形導(dǎo)體圓管形導(dǎo)體(直徑為直徑為D)，如圖如圖5-3d所示，其對(duì)流換熱面積為所示，其對(duì)流換熱面積為DFc 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)

12、發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-9單位長度單位長度圓管形圓管形導(dǎo)體的對(duì)流換熱面積導(dǎo)體的對(duì)流換熱面積 。當(dāng)當(dāng)24 90時(shí)，時(shí)，A =0.42，B =0.58，n =0.9。 當(dāng)當(dāng)0 24時(shí)，時(shí)，A=0.42，B =0.68 ，n =1.08；風(fēng)向與導(dǎo)體不垂直的風(fēng)向與導(dǎo)體不垂直的修正系數(shù)修正系數(shù) DFc nBA)(sin 2輻射換熱量的計(jì)算輻射換熱量的計(jì)算 根據(jù)斯蒂芬根據(jù)斯蒂芬玻爾茲曼定律，導(dǎo)體向周圍空氣輻射的熱量為：玻爾茲曼定律，導(dǎo)體向周圍空氣輻射的熱量為： 404w1002731002737 . 5FQ W 、0導(dǎo)體溫度和周圍空氣溫度（導(dǎo)體溫度和周圍空氣溫度（）； 導(dǎo)體材料的輻射系數(shù)（又稱黑度），磨光的表

13、面導(dǎo)體材料的輻射系數(shù)（又稱黑度），磨光的表面小，粗糙或涂漆的表面大；小，粗糙或涂漆的表面大；F單位長度導(dǎo)體的輻射換熱面積（單位長度導(dǎo)體的輻射換熱面積（m2/m）。）。 )(212AAF單條矩形導(dǎo)體的單條矩形導(dǎo)體的 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-10第三節(jié)第三節(jié) 導(dǎo)體的長期發(fā)熱與載流量導(dǎo)體的長期發(fā)熱與載流量 一、長期發(fā)熱的特點(diǎn)一、長期發(fā)熱的特點(diǎn) 依據(jù)能量守恒定律，導(dǎo)體發(fā)熱過程中一般的熱量平衡關(guān)系為：依據(jù)能量守恒定律，導(dǎo)體發(fā)熱過程中一般的熱量平衡關(guān)系為： cwsRQQQQQ 發(fā)熱量發(fā)熱量 = 導(dǎo)體升高溫度所需熱量導(dǎo)體升高溫度所需熱量 + 散熱量散熱量，即即 長期發(fā)熱的特點(diǎn)是導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與散

14、失的熱量相等，其長期發(fā)熱的特點(diǎn)是導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與散失的熱量相等，其溫度不再升高，能夠達(dá)到某一個(gè)穩(wěn)定溫度。不計(jì)太陽日照熱量，溫度不再升高，能夠達(dá)到某一個(gè)穩(wěn)定溫度。不計(jì)太陽日照熱量，導(dǎo)體長期發(fā)熱過程中的熱量平衡關(guān)系為：導(dǎo)體長期發(fā)熱過程中的熱量平衡關(guān)系為：cRQQQ 用一個(gè)總換熱系數(shù)來代替兩種換熱的作用用一個(gè)總換熱系數(shù)來代替兩種換熱的作用FQQRI)(0wc2 研究長期發(fā)熱的目的研究長期發(fā)熱的目的:計(jì)算導(dǎo)體的載流量計(jì)算導(dǎo)體的載流量 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-11在環(huán)境溫度在環(huán)境溫度0下，導(dǎo)體中通過電流下，導(dǎo)體中通過電流I I所引起導(dǎo)體升高的溫度所引起導(dǎo)體升高的溫度W為為RFRQQI)(0w

15、c )/(20wFRI 則在空氣溫度則在空氣溫度0下，使導(dǎo)體穩(wěn)定溫度等于下，使導(dǎo)體穩(wěn)定溫度等于W的容許電流值為的容許電流值為發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-12 導(dǎo)體的載流量：導(dǎo)體的載流量：在額定環(huán)境溫度在額定環(huán)境溫度0下，使導(dǎo)體的穩(wěn)定溫度正下，使導(dǎo)體的穩(wěn)定溫度正好為長期發(fā)熱最高允許溫度，即使好為長期發(fā)熱最高允許溫度，即使W =al的電流，稱為該的電流，稱為該0下的載流量（或長期允許電流），即下的載流量（或長期允許電流），即 二、導(dǎo)體的載流量二、導(dǎo)體的載流量 RFRQQI)(0alcal 計(jì)及日照影響時(shí)，屋外導(dǎo)體的載流量為：計(jì)及日照影響時(shí)，屋外導(dǎo)體的載流量為： RQQQIscal 上兩式將

16、限制導(dǎo)體長期工作電流的條件從溫度上兩式將限制導(dǎo)體長期工作電流的條件從溫度轉(zhuǎn)化為電流。轉(zhuǎn)化為電流。 我國生產(chǎn)的各類導(dǎo)體截面已標(biāo)準(zhǔn)化，有關(guān)部門已經(jīng)計(jì)算出我國生產(chǎn)的各類導(dǎo)體截面已標(biāo)準(zhǔn)化，有關(guān)部門已經(jīng)計(jì)算出其載流量，選用導(dǎo)體時(shí)只需查表即可。其載流量，選用導(dǎo)體時(shí)只需查表即可。 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-13將上兩式兩邊相除，可得出實(shí)際環(huán)境溫度為將上兩式兩邊相除，可得出實(shí)際環(huán)境溫度為時(shí)的載流量為時(shí)的載流量為 : : 當(dāng)實(shí)際環(huán)境溫度當(dāng)實(shí)際環(huán)境溫度與額定環(huán)境溫度與額定環(huán)境溫度0不同時(shí)，應(yīng)對(duì)導(dǎo)體的載不同時(shí)，應(yīng)對(duì)導(dǎo)體的載流量流量進(jìn)行進(jìn)行修正。修正。RFRQQI)(0alcal RFRQQI)(alcal

17、 0alalalal II 提高導(dǎo)體載流量的措施：提高導(dǎo)體載流量的措施：()減小導(dǎo)體電阻減小導(dǎo)體電阻 。用銅代替鋁；。用銅代替鋁；()增大導(dǎo)體的散熱面積。在相同截面下，矩形、槽形比圓形增大導(dǎo)體的散熱面積。在相同截面下，矩形、槽形比圓形導(dǎo)體的表面積大；導(dǎo)體的表面積大；發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-14解解 （1 1）計(jì)算單位長度的交流電阻）計(jì)算單位長度的交流電阻 查表查表5-15-1得，鋁導(dǎo)體溫度得，鋁導(dǎo)體溫度為為2020時(shí)的直流電阻率時(shí)的直流電阻率 mmmm2 2/m/m，電阻溫度系數(shù)，電阻溫度系數(shù) ()提高放熱系數(shù)。矩形導(dǎo)體豎放散熱效果好，屋內(nèi)導(dǎo)體提高放熱系數(shù)。矩形導(dǎo)體豎放散熱效果好，

18、屋內(nèi)導(dǎo)體(屋外屋外導(dǎo)體表面要光，不涂漆導(dǎo)體表面要光，不涂漆)表面涂漆可以提高輻射散熱量并用以識(shí)表面涂漆可以提高輻射散熱量并用以識(shí)別相序別相序(黃黃A、綠、綠B、紅、紅C)；()提高長期發(fā)熱最高允許溫度。在導(dǎo)體接觸面鍍提高長期發(fā)熱最高允許溫度。在導(dǎo)體接觸面鍍(搪搪)錫等。錫等。【例例5-1】計(jì)算屋內(nèi)配電裝置中】計(jì)算屋內(nèi)配電裝置中125mm8mm矩形導(dǎo)體的載流矩形導(dǎo)體的載流量，長期發(fā)熱最高允許溫度為量，長期發(fā)熱最高允許溫度為70，周圍空氣溫度為，周圍空氣溫度為25。 028. 0 0041. 0t -1，1000m長導(dǎo)體的直流電阻為長導(dǎo)體的直流電阻為 8125)2070(0041. 01 028.

19、 01000)20(1 1000wtdc SR =0.0337 由由 52.380337. 050dc Rf及及 625.1511258 hb發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-153dcsac100337. 008. 1 RKR3100364. 0 /m （2）對(duì)流換熱量）對(duì)流換熱量266. 0/mm)1000/821000/1252()(2221c AAFm2/m 對(duì)流換熱系數(shù)為對(duì)流換熱系數(shù)為 685. 5)2570(5 . 1)(5 . 135. 035. 00wc W/（m2） 對(duì)流換熱量為對(duì)流換熱量為 05.68W/m266. 0)2570(685. 5)(c0wcc FQ W/m

20、（3）輻射換熱量）輻射換熱量 ，查圖，查圖5-1曲線得曲線得 08. 1s K266. 0)(221 AAFm2/m 對(duì)流換熱面積為對(duì)流換熱面積為輻射換熱面積為輻射換熱面積為發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-16第四節(jié)第四節(jié) 導(dǎo)體的短時(shí)發(fā)熱導(dǎo)體的短時(shí)發(fā)熱 一、短時(shí)發(fā)熱最高溫度的計(jì)算一、短時(shí)發(fā)熱最高溫度的計(jì)算 短時(shí)發(fā)熱的特點(diǎn)短時(shí)發(fā)熱的特點(diǎn):（1）發(fā)熱時(shí)間很短，電流比正常工作電流大的多，導(dǎo)體產(chǎn)生）發(fā)熱時(shí)間很短，電流比正常工作電流大的多，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量來不及散失到周圍介質(zhì)中去，全部用來使導(dǎo)體溫度升高，的熱量來不及散失到周圍介質(zhì)中去，全部用來使導(dǎo)體溫度升高，散熱量可以忽略不計(jì)。散熱量可以忽略不計(jì)。因

21、導(dǎo)體表面涂漆，取因?qū)w表面涂漆，取 95. 0 ，輻射換熱量為，輻射換熱量為 mW/77.85266. 047.322266. 0100252731007027395. 07 . 544 Q（4）導(dǎo)體的載流量）導(dǎo)體的載流量A2056100364. 077.8505.683cal RQQI豎放時(shí)為豎放時(shí)為研究短時(shí)發(fā)熱的目的研究短時(shí)發(fā)熱的目的:計(jì)算導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱的計(jì)算導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱的最高溫度。最高溫度。發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-17 導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱過程中的熱量平衡關(guān)系是：導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱過程中的熱量平衡關(guān)系是： 電阻損耗產(chǎn)生的熱量電阻損耗產(chǎn)生的熱量=導(dǎo)體的吸熱量，導(dǎo)體的吸熱量，即即wRQQ 短時(shí)發(fā)

22、熱過程中，導(dǎo)體的電阻和比熱容短時(shí)發(fā)熱過程中，導(dǎo)體的電阻和比熱容與溫度的函數(shù)關(guān)系為與溫度的函數(shù)關(guān)系為 SR1)1(0 )1(0 cc由熱平衡微分方程，得由熱平衡微分方程，得 dd2ktmctRi （2）在短時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)體的溫度快速升高，其電阻和比熱容（溫）在短時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)體的溫度快速升高，其電阻和比熱容（溫度變化度變化1，單位質(zhì)量物體吸熱量的變化量）不再是常數(shù)而是溫，單位質(zhì)量物體吸熱量的變化量）不再是常數(shù)而是溫度的函數(shù)。度的函數(shù)。發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-18ikt為為t時(shí)刻短路全電流瞬時(shí)值（時(shí)刻短路全電流瞬時(shí)值（A）；）； S為導(dǎo)體的截面積（為導(dǎo)體的截面積（m2）; w為導(dǎo)體材料的密度，

23、鋁為為導(dǎo)體材料的密度，鋁為2.7103kg/m3； 0 和和c c0分別分別為為導(dǎo)體在導(dǎo)體在0時(shí)的電阻率（時(shí)的電阻率（m）和導(dǎo)體在）和導(dǎo)體在0時(shí)時(shí)的比熱容的比熱容J/(kg)； 和和分別分別為為0 和和c c0的溫度系數(shù)（的溫度系數(shù)（-1）。）。 d)1(d1)1(0w02kt SctSi將導(dǎo)體的電阻和比熱容及將導(dǎo)體的電阻和比熱容及 代入得代入得Smw 其中：其中：發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-19 d11d10w02kt2 ctiS對(duì)上式兩邊積分，時(shí)間從對(duì)上式兩邊積分，時(shí)間從0到到 tk ，溫度對(duì)應(yīng)從，溫度對(duì)應(yīng)從i 升到升到f ，得，得 dctiSwt fik11d10002kt2 i

24、i20w0ff200)1ln()1ln( ccw將上式改寫為將上式改寫為 ifk21AAQS 其中其中tiQtdk02ktk Qk稱為短路電流熱效應(yīng)，它是在稱為短路電流熱效應(yīng)，它是在0到到 tk 時(shí)間內(nèi)，電阻為時(shí)間內(nèi)，電阻為1的導(dǎo)的導(dǎo)體中所放出的熱量體中所放出的熱量(單位為單位為 As)。 tk是短路切除時(shí)間。是短路切除時(shí)間。整理得整理得 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-20 ff200f)1ln( wcA ii200i)1ln( wcA可以看出：可以看出： Af和和Ai具有相同的函數(shù)關(guān)系，有關(guān)部門給出了常具有相同的函數(shù)關(guān)系，有關(guān)部門給出了常用材料的用材料的 = f (A)曲線，如圖曲線，

25、如圖5-5所示。所示。 短路終了時(shí)的短路終了時(shí)的A值為值為: k2if1QSAA )mmJ/(10)mJ/(10:A44416 的的單單位位發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-21其中，其中，短路電流非周期分量起始值短路電流非周期分量起始值 根據(jù)根據(jù) = f (A)曲線曲線計(jì)算短時(shí)發(fā)熱最計(jì)算短時(shí)發(fā)熱最高溫度的方法：高溫度的方法： （）由短路開始溫度（）由短路開始溫度i （短路前導(dǎo)體的工作溫度），查出（短路前導(dǎo)體的工作溫度），查出對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的Ai值值 ；（）如已知短路電流熱效應(yīng)（）如已知短路電流熱效應(yīng)Qk ，可按式（，可按式（5-15）計(jì)算出）計(jì)算出Af ；（）再由（）再由Af查出短路終了溫度查

26、出短路終了溫度f ，即短時(shí)發(fā)熱最高溫度。，即短時(shí)發(fā)熱最高溫度。 如果如果f 0.1s發(fā)電機(jī)出口及母線發(fā)電機(jī)出口及母線0.150.2發(fā)電機(jī)升高電壓母線及出線發(fā)電機(jī)升高電壓母線及出線發(fā)電機(jī)電壓電抗器后發(fā)電機(jī)電壓電抗器后0.080.1變電站各級(jí)電壓母線及出線變電站各級(jí)電壓母線及出線0.05kt 當(dāng)當(dāng)tk 1s時(shí)，導(dǎo)體的發(fā)熱主要由周期分量熱效應(yīng)時(shí)，導(dǎo)體的發(fā)熱主要由周期分量熱效應(yīng)來決定，非周來決定，非周期分量熱效應(yīng)可略去不計(jì)。期分量熱效應(yīng)可略去不計(jì)。 kt(kA)s發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-26【例例5-2】某變電所匯流母線，采用矩形鋁導(dǎo)體，截面為】某變電所匯流母線，采用矩形鋁導(dǎo)體，截面為63

27、 mm8mm，集膚系數(shù)為，集膚系數(shù)為1.03 ，導(dǎo)體的正常工作溫度為，導(dǎo)體的正常工作溫度為50，短路切除時(shí)間為短路切除時(shí)間為2.6s，短路電流，短路電流kA8 .15 IkA9 .133 . 1 I，。，kA5 .126 . 2 I試計(jì)算導(dǎo)體的短路電流熱效應(yīng)和短時(shí)發(fā)熱最高溫度。試計(jì)算導(dǎo)體的短路電流熱效應(yīng)和短時(shí)發(fā)熱最高溫度。 解解 （1 1）短路電流熱效應(yīng)）短路電流熱效應(yīng) s(kA)56.506s)(kA)5 .129 .13108 .15(126 . 2)10(12d22222222/2k02ptpkkk tttIIIttIQs(kA)482.12s(kA)8 .1505. 02222np T

28、IQs(kA)042.519s)(kA)482.1256.506(22nppk QQQ（2）短時(shí)發(fā)熱最高溫度）短時(shí)發(fā)熱最高溫度 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-27由導(dǎo)體的正常工作溫度為由導(dǎo)體的正常工作溫度為50，查圖查圖5-55-5曲線可得曲線可得Ai=0.41016J/（m4）。）。 )mJ/()008. 0063. 0(03. 110042.519104 . 0142616sk2if KQSAA)mJ/(1061. 0416 查圖查圖5-5曲線可得曲線可得f =80 2( h + b )時(shí)，時(shí)，Kf =1，故計(jì)算相間電動(dòng)力時(shí)，故計(jì)算相間電動(dòng)力時(shí)Kf 取取1；（2）對(duì)于圓管形導(dǎo)體）對(duì)于

29、圓管形導(dǎo)體Kf =1；（3）對(duì)于雙槽形導(dǎo)體）對(duì)于雙槽形導(dǎo)體Kf =1。發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-32發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-33二、三相導(dǎo)體短路的電動(dòng)力二、三相導(dǎo)體短路的電動(dòng)力 1. 三相短路電動(dòng)力的計(jì)算三相短路電動(dòng)力的計(jì)算 不計(jì)短路電流周期分量的衰減時(shí)的三相短路電流為不計(jì)短路電流周期分量的衰減時(shí)的三相短路電流為 sine)sin(AAmAa TttIi )32sin(e)32sin(AAmBa TttIi)32sin(e)32sin(AAmCa TttIi2mII 其中，其中， A A相短路電流的初相角；相短路電流的初相角； aT非周期分量衰減時(shí)間常數(shù)（非周期分量衰減時(shí)

30、間常數(shù)（s）。）。 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-34 布置在同一平面的三相導(dǎo)體的短路電動(dòng)力的計(jì)算布置在同一平面的三相導(dǎo)體的短路電動(dòng)力的計(jì)算: 利用兩平利用兩平行導(dǎo)體的電動(dòng)力計(jì)算公式與力的合成。行導(dǎo)體的電動(dòng)力計(jì)算公式與力的合成。 布置在同一平面的導(dǎo)體三相布置在同一平面的導(dǎo)體三相短路時(shí)，外邊相（短路時(shí)，外邊相（A相或相或C相）受相）受力情況一樣，故只需分析中間相（力情況一樣，故只需分析中間相（B相）和外邊相（相）和外邊相（A相或相或C相）相）兩種情況。兩種情況。 在假定電流正方向下，在假定電流正方向下，由兩平行導(dǎo)體間的電動(dòng)力計(jì)算公式可由兩平行導(dǎo)體間的電動(dòng)力計(jì)算公式可得作用在中間相（得作用在

31、中間相（B相）的電動(dòng)力為：相）的電動(dòng)力為： )(102CBAB7BCBABiiiiaLFFF 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-35將式（將式（5-23）中的三相短路電流代入式（）中的三相短路電流代入式（5-24），經(jīng)三角公式），經(jīng)三角公式進(jìn)行變換，得進(jìn)行變換，得 )322sin(23)32sin(e3)32sin(e23102AAA22m7Baa ttIaLFTtTt 在假定電流正方向下，在假定電流正方向下，由兩平行導(dǎo)體間的電動(dòng)力計(jì)算公式可由兩平行導(dǎo)體間的電動(dòng)力計(jì)算公式可得作用在外邊相（得作用在外邊相（A相或相或C相）的電動(dòng)力為相）的電動(dòng)力為 )21(102CABA7ACABAiiiiaL

32、FFF 將式（將式（5-23）中的三相短路電流代入式（）中的三相短路電流代入式（5-26），經(jīng)三角公式），經(jīng)三角公式進(jìn)行變換，得進(jìn)行變換，得 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-36 )622cos(43e)62cos(23cos43e)62cos(438383102AA2A2m7Aaa tttIaLFTtTt 三相短路時(shí)，三相短路時(shí)， FB有三個(gè)分量有三個(gè)分量組成，如圖組成，如圖5-10所示，所示， 即即:1) 按按Ta /2衰減的非周期分量；衰減的非周期分量；2) 按按Ta衰減的工頻分量；衰減的工頻分量；3) 不衰減的兩倍工頻分量。不衰減的兩倍工頻分量。 FA有四個(gè)分量組成有四個(gè)分量組成，

33、多了一，多了一個(gè)固定分量。個(gè)固定分量。發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-37將臨界初相角將臨界初相角 =75， 代入式（代入式（5-25），得），得 臨界初相角臨界初相角 為為75，165，255和和345等時(shí)。等時(shí)。 2三相系統(tǒng)電動(dòng)力的最大值三相系統(tǒng)電動(dòng)力的最大值 （1）三相短路的最大電動(dòng)力）三相短路的最大電動(dòng)力 三相短路的電動(dòng)力能否達(dá)到最大值，與短路發(fā)生瞬間的短路電三相短路的電動(dòng)力能否達(dá)到最大值，與短路發(fā)生瞬間的短路電流初相角有關(guān)，使電動(dòng)力為最大的短路電流初相角稱為臨界初流初相角有關(guān)，使電動(dòng)力為最大的短路電流初相角稱為臨界初相角。相角。 在短路發(fā)生瞬間，在短路發(fā)生瞬間， FB中的非周期分

34、量為最大時(shí)，中的非周期分量為最大時(shí)， FB才會(huì)出才會(huì)出現(xiàn)最大值現(xiàn)最大值 。此時(shí)。此時(shí)1)32sin(A )21(32A n 即即 A sT05. 0a A ttIaLFtt 2cos23cose3e2310205. 005. 022m7B，n為正整數(shù)為正整數(shù) 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-38 在短路發(fā)生瞬間，在短路發(fā)生瞬間， FA中中的固定分量與非周期分量之和為最的固定分量與非周期分量之和為最大大時(shí)，時(shí)， FA才會(huì)出現(xiàn)最大值才會(huì)出現(xiàn)最大值 。此時(shí)。此時(shí)1)62cos(A 即即 )12(62A n 臨界初相角臨界初相角 為為75和和255等時(shí)。等時(shí)。 A 將臨界初相角將臨界初相角 =75

35、， 代入式（代入式（5-27），得），得 sT05. 0a A ttIaLFtt 2cos43cose4323e83238310205. 005. 022m7A 三相短路的最大電動(dòng)力三相短路的最大電動(dòng)力 滿足臨界初相角條件的電動(dòng)力，在滿足臨界初相角條件的電動(dòng)力，在t=0.01s時(shí)刻，衰減的工時(shí)刻，衰減的工頻分量和兩倍工頻分量出現(xiàn)最大值，且都與非周期分量同方向，頻分量和兩倍工頻分量出現(xiàn)最大值，且都與非周期分量同方向， FB和和FA出現(xiàn)最大值。出現(xiàn)最大值。，n為正整數(shù)為正整數(shù) 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-39將將t=0.01s和和Im = ish /1.82代入，得代入，得B相最大電動(dòng)力：

36、相最大電動(dòng)力： 2sh7maxB1073. 1iaLF A相最大電動(dòng)力：相最大電動(dòng)力： 2sh7maxA10616. 1iaLF 可見，三相短路時(shí)，中間相所受電動(dòng)力最大?？梢姡喽搪窌r(shí)，中間相所受電動(dòng)力最大。 （2）三相短路最大電動(dòng)力與兩相短路電動(dòng)力的比較）三相短路最大電動(dòng)力與兩相短路電動(dòng)力的比較 23)2(II sh)2(sh23ii 由于由于，故兩相短路時(shí)的沖擊電流為，故兩相短路時(shí)的沖擊電流為，由兩平行導(dǎo)體電動(dòng)力計(jì)算公式可得，由兩平行導(dǎo)體電動(dòng)力計(jì)算公式可得 發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-402sh72sh72)2(sh7)2(max105 . 1)23(102102iaLiaLia

37、LF 結(jié)論：結(jié)論：三相短路時(shí)，中間相所受電動(dòng)力最大，最大電動(dòng)力為三相短路時(shí)，中間相所受電動(dòng)力最大，最大電動(dòng)力為2sh7max1073. 1iaLF 在電動(dòng)力計(jì)算中，電流的單位為在電動(dòng)力計(jì)算中，電流的單位為A，長度單位為，長度單位為m，電動(dòng)，電動(dòng)力的單位為力的單位為N。發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-413導(dǎo)體共振對(duì)電動(dòng)力的影響導(dǎo)體共振對(duì)電動(dòng)力的影響 (1) 硬導(dǎo)體、支持絕緣子及固定絕緣子的支架組成一個(gè)可以振硬導(dǎo)體、支持絕緣子及固定絕緣子的支架組成一個(gè)可以振動(dòng)的彈性系統(tǒng)。動(dòng)的彈性系統(tǒng)。 自由振動(dòng)或固有振動(dòng)自由振動(dòng)或固有振動(dòng)：在初始外力擾動(dòng)消失后，除受阻力：在初始外力擾動(dòng)消失后，除受阻力外，彎

38、曲的導(dǎo)體系統(tǒng)在自身彈性恢復(fù)力的作用下，以一定頻外，彎曲的導(dǎo)體系統(tǒng)在自身彈性恢復(fù)力的作用下，以一定頻率在其平衡位置兩側(cè)發(fā)生的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。率在其平衡位置兩側(cè)發(fā)生的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 自振頻率或固有頻率自振頻率或固有頻率：自由振動(dòng)的頻率，由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和材：自由振動(dòng)的頻率，由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和材料決定。料決定。 強(qiáng)迫振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)：導(dǎo)體在周期性短路電動(dòng)力的持續(xù)作用下而發(fā)生：導(dǎo)體在周期性短路電動(dòng)力的持續(xù)作用下而發(fā)生的振動(dòng)。的振動(dòng)。 機(jī)械共振機(jī)械共振：強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率接近或等于導(dǎo)體系統(tǒng)的自振頻：強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率接近或等于導(dǎo)體系統(tǒng)的自振頻率時(shí)，將發(fā)生機(jī)械共振，其振幅特別大，導(dǎo)致材料的應(yīng)力增率時(shí)，將發(fā)生機(jī)械共振，其振幅特別大，導(dǎo)致材料

39、的應(yīng)力增加，有可能使導(dǎo)體及支持絕緣子損壞。加，有可能使導(dǎo)體及支持絕緣子損壞。(2) 出現(xiàn)共振的頻率：由于電動(dòng)力中有工頻（出現(xiàn)共振的頻率：由于電動(dòng)力中有工頻（50Hz）和兩倍）和兩倍工頻工頻(100Hz)兩個(gè)分量，故當(dāng)導(dǎo)體系統(tǒng)的自振頻率接近這兩個(gè)兩個(gè)分量，故當(dāng)導(dǎo)體系統(tǒng)的自振頻率接近這兩個(gè)頻率之一時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)共振現(xiàn)象。頻率之一時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)共振現(xiàn)象。發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)5-42(3) 對(duì)于重要回路，如發(fā)電機(jī)、主變壓器回路及配電裝置中的匯對(duì)于重要回路，如發(fā)電機(jī)、主變壓器回路及配電裝置中的匯流母線等，需要考慮共振的影響。流母線等，需要考慮共振的影響。 工程上常采用工程上常采用“振動(dòng)系數(shù)法振動(dòng)系數(shù)法”來考慮共振的影響。來考慮共振的影響。 1) 計(jì)算硬導(dǎo)體系統(tǒng)的一階固有頻率計(jì)算硬導(dǎo)體系統(tǒng)的一階固有頻率 導(dǎo)體