發(fā)電廠電氣部分 第三章 常用計(jì)算的基本理論和方法1

1、 第三章 常用計(jì)算的基本理論和方法學(xué)習(xí)目的： 通過本章的學(xué)習(xí)，了解發(fā)熱對(duì)電氣設(shè)備的影響、導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力的危害，掌握常用計(jì)算的基本原理和方法，包括載流導(dǎo)體的發(fā)熱和電動(dòng)力理論，電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。本章主要內(nèi)容： 導(dǎo)體載流量和運(yùn)行溫度計(jì)算 載流導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱計(jì)算 載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 第一節(jié) 正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)體載流量計(jì)算一、電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的發(fā)熱： 1、為什么會(huì)發(fā)熱2、發(fā)熱有何危害？ 系統(tǒng)發(fā)生故障，I，U，此時(shí)，導(dǎo)體和電器應(yīng)能承受短時(shí)發(fā)熱和電動(dòng)力的作用。 1、兩種工作狀態(tài)1）正常工作狀態(tài) 電壓和電流都不會(huì)超過額定值，導(dǎo)體和電器能

2、夠長(zhǎng)期安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。2）短路工作狀態(tài)一、電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的發(fā)熱：一、電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的發(fā)熱：熱能電阻損耗 介質(zhì)損耗 磁滯和渦流損耗發(fā)熱對(duì)電氣設(shè)備的危害長(zhǎng)期發(fā)熱短時(shí)發(fā)熱長(zhǎng)期發(fā)熱：由正常工作電流產(chǎn)生。短時(shí)發(fā)熱：由短路電流產(chǎn)生。發(fā)熱的兩種形式最高允許溫度 正常最高允許工作溫度： -主要取決于系統(tǒng)接觸電阻的大小 70（一般裸導(dǎo)體） 80（計(jì)及日照時(shí)的鋼芯鋁絞線、 管形導(dǎo)體） 85（接觸面有鍍錫的可靠覆蓋層）短時(shí)最高允許溫度： -主要取決于導(dǎo)體機(jī)械強(qiáng)度的大小、介質(zhì)絕緣強(qiáng)度 的大小 200（硬鋁及鋁錳合金） 300（硬銅） 鋼構(gòu)發(fā)熱的最高允許溫度： 70（人可觸及的鋼構(gòu)） 100（人不可觸及的鋼構(gòu)）

3、 80（混凝土中的鋼筋）封閉母線最高允許溫度： 導(dǎo)體： 90 外殼： 70 最高允許溫度 二、正常情況下導(dǎo)體發(fā)熱的計(jì)算1、計(jì)算目的： 通過分析導(dǎo)體長(zhǎng)期通過工作電流時(shí)的發(fā)熱過程，計(jì)算導(dǎo)體的溫度，使這個(gè)溫度不超過正常最高允許溫度。2.導(dǎo)體的長(zhǎng)期發(fā)熱 導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱: 電阻損耗熱量吸收太陽(yáng)日照的熱量導(dǎo)體升溫吸收的熱量對(duì)流散熱量輻射散熱量iw2.導(dǎo)體的長(zhǎng)期發(fā)熱 單位導(dǎo)體表面積Fl, Ff 的計(jì)算方法： 5種情況：?jiǎn)尉?，二、三、圓管、槽型 A1A21.單條導(dǎo)體：2.二條導(dǎo)體：3.三條導(dǎo)體：4.槽型導(dǎo)體：5.圓管導(dǎo)體：I-流過導(dǎo)體的電流（A）R-導(dǎo)體的電阻（）m-導(dǎo)體的質(zhì)量（kg）c-導(dǎo)體的比熱容J/(

4、kg. )W-導(dǎo)體總的散熱系數(shù)W/(m2.)F-導(dǎo)體的散熱面積（ m2 /m)0 -周圍空氣的溫度（ ）W -導(dǎo)體的溫度（ ）Kf-集膚系數(shù)穩(wěn)定溫升導(dǎo)體發(fā)熱時(shí)間常數(shù)設(shè)：初始溫升-對(duì)應(yīng)于時(shí)間t的溫升-若導(dǎo)體溫升變化曲線3）導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定發(fā)熱狀態(tài)后，由電阻損耗產(chǎn)生的熱量全部以對(duì)流和輻射的形式散失掉，導(dǎo)體的溫升趨于穩(wěn)定，且穩(wěn)定溫升與導(dǎo)體的初始溫度無關(guān)。導(dǎo)體長(zhǎng)期發(fā)熱的特點(diǎn)1）導(dǎo)體通過電流I后，溫度開始升高，經(jīng)過（34）倍Tr(時(shí)間常數(shù))，導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定發(fā)熱狀態(tài)；2）導(dǎo)體升溫過程的快慢取決于導(dǎo)體的發(fā)熱時(shí)間常數(shù)，即與導(dǎo)體的吸熱能力成正比，與導(dǎo)體的散熱能力成反比，而與通過的電流大小無關(guān)；對(duì)流散熱量Ql的計(jì)算l

5、對(duì)流散熱系數(shù)，W/(m2. )自然散熱：強(qiáng)迫散熱：P68: (3-8)3.提高導(dǎo)體載流量的措施1)減小交流電阻采用電阻率小的材料，如：銅、鋁增大導(dǎo)體的截面減小接觸電阻：接觸表面鍍錫、鍍銀等 2)增大復(fù)合散熱系數(shù)改變導(dǎo)體的布置方式,涂漆 3)增大散熱面積: 矩形 圓管（同S下）關(guān)于集膚效應(yīng)系數(shù)Kf獲取方法：1：矩形截面查圖3-1，圓管查圖3-2，注意圖中 Rdc是1000m的直流電阻： 2：查附表1問題：隨著截面積的增大， Kf 如何變化？常用硬導(dǎo)體長(zhǎng)期允許載流量和集膚效應(yīng)系數(shù)常用方法查表： 343頁(yè)附表1 344頁(yè)附表2、 附表3 計(jì)算導(dǎo)體長(zhǎng)期允許載流量的例子見P69例3-1：-自己看-總結(jié)計(jì)

6、算方法和步驟二、載流導(dǎo)體的短時(shí)發(fā)熱計(jì)算目的：確定導(dǎo)體的最高溫度-指短路開始到短路切除為止很短一段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體的發(fā)熱過程。短路時(shí)間保護(hù)動(dòng)作時(shí)間斷路器的全開斷時(shí)間燃弧時(shí)間斷路器固有分閘時(shí)間補(bǔ)充：分析短路全電流的瞬時(shí)表達(dá)式短路電流的周期分量： 短路電流的非周期分量： 短路全電流短路電流的周期分量 短路電流的非周期分量 周期分量，是幅值不變，并以50Hz的頻率呈周期變化。 非周期分量，是幅值隨短路回路的Ta呈指數(shù)曲線衰減。 在經(jīng)歷（35） Ta后，非周期分量衰減至零，此時(shí)電路只含短路電流周期分量，進(jìn)入短路的穩(wěn)定狀態(tài)。補(bǔ)充：幾個(gè)有關(guān)的概念短路電流的沖擊值短路電流最大可能的瞬時(shí)值，稱為短路電流的沖擊值。短路全電流的有效值 短路電流在某一時(shí)刻的有效值是以時(shí)間t為中心的一個(gè)周期T內(nèi)短路全電流的均方根值。 為了簡(jiǎn)化計(jì)算，通常取時(shí)刻t的瞬時(shí)值作為一個(gè)周期內(nèi)的有效值，考慮非正弦電流有效值的計(jì)算公式可得：短路電流周期分量有效值Ip或 I當(dāng)t=時(shí)，非周期分量已衰減完畢，這時(shí)的短路電流只有周期分量，稱為穩(wěn)態(tài)短路電流。1、短時(shí)發(fā)熱的特點(diǎn) 短時(shí)均勻?qū)w的發(fā)熱過程是絕熱的過程導(dǎo)體溫度變化很大，電阻和比熱容隨溫度而變化。 短時(shí)最高發(fā)熱溫度h為短路電流切除時(shí)刻tk 對(duì)應(yīng)的導(dǎo)體溫度根據(jù)熱平衡方程:定義：短路電流熱效應(yīng)2、導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱的最高發(fā)熱溫度假設(shè)：已知短路電流熱效應(yīng)Qk則：1）由導(dǎo)體初始溫度