發(fā)電廠電氣部分第五講

第三章常用計算的基本理論和方法教學內(nèi)容

載流導體長期發(fā)熱的特點,導體長期允許載流量的計算方法及提高導體載流量的措施

載流導體短時發(fā)熱的特點,導體短時最高發(fā)熱溫度的計算方法、短路電流熱效應(yīng)的計算方法、熱穩(wěn)定的概念三相導體短路電動力的計算方法和特點、動穩(wěn)定的概念大電流導體附近鋼構(gòu)發(fā)熱的原因及減小鋼構(gòu)發(fā)熱的辦法、封閉母線的的特點

技術(shù)經(jīng)濟方案比較一、導體載流量和運行溫度計算發(fā)熱的原因：電阻損耗 導體內(nèi)部磁滯和渦流損耗 導體周圍的金屬構(gòu)件介質(zhì)損耗 絕緣材料內(nèi)部長期發(fā)熱，由正常工作電流產(chǎn)生短時發(fā)熱，由故障短路電流產(chǎn)生發(fā)熱的危害：機械強度下降；接觸電阻增加；絕緣性能下降1、最高允許溫度

正常最高允許工作溫度： 70℃（一般裸導體）

80℃（計及日照時的鋼芯鋁絞線、管形導體）

85℃（接觸面有鍍錫的可靠覆蓋層）--主要決定于系統(tǒng)接觸電阻的大小

短時最高允許溫度： 200℃（硬鋁及鋁錳合金）

300℃（硬銅）

--主要決定于短時發(fā)熱過程中導體機械強度的大小、介質(zhì)絕緣強度的大小

最高允許溫度鋼構(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)）

80℃（混凝土中的鋼筋）封閉母線最高允許溫度：導體：90℃外殼：70℃2、導體的長期發(fā)熱

--指導體通過工作電流時的發(fā)熱過程

I---流過導體的電流（A）R---導體的電阻（Ω）m---導體的質(zhì)量（kg）c---導體的比熱容[J/(kg.℃)]αW---導體總的換熱系數(shù)[W/(m2.℃)]F---導體的換熱面積（m2/m)θ0---周圍空氣的溫度（℃）θ---導體的溫度（℃）1、導體長期發(fā)熱的特點

熱平衡方程：QR=Qc+Ql+Qf導體產(chǎn)生的熱量=導體自身溫度的升高+對流和輻射散失到周圍介質(zhì)的熱量

穩(wěn)定溫升導體發(fā)熱時間常數(shù)初始溫升:對應(yīng)于時間t的溫升:若導體長期發(fā)熱的特點3）導體達到穩(wěn)定發(fā)熱狀態(tài)后，由電阻損耗產(chǎn)生的熱量全部以對流和輻射的形式散失掉，導體的溫升趨于穩(wěn)定，且穩(wěn)定溫升與導體的初始溫度無關(guān)。導體溫升變化曲線1）導體通過電流I后，溫度開始升高，經(jīng)過（3～4）倍Tt(時間常數(shù))，導體達到穩(wěn)定發(fā)熱狀態(tài)；2）導體升溫過程的快慢取決于導體的發(fā)熱時間常數(shù)，即與導體的吸熱能力成正比，與導體的散熱能力成反比，而與通過的電流大小無關(guān)；3、提高導體載流量的措施（1）減小交流電阻 Rac(公式3-3)， 采用電阻率小的材料。如銅、鋁 增大導體的截面 減小接觸電阻。表面鍍錫銀等 采用集膚效應(yīng)系數(shù)小的導體 與電流頻率、導體的形狀和尺寸有關(guān)（圖3-13-2）（2）增大散熱面積。 相同截面積，矩形導體的表面積大于圓形的 矩形豎放的表面積大于平放的（3）增大復合散熱系數(shù)：強迫對流、表面涂漆

關(guān)于集膚效應(yīng)系數(shù)常用硬導體長期允許載流量和集膚效應(yīng)系數(shù)見343頁附表1344頁附表2附表34、大電流導體附近鋼構(gòu)的發(fā)熱1、發(fā)熱的原因：磁滯和渦流損耗 導體電流大于3000A，附近鋼構(gòu)的發(fā)熱不容忽視危害： （1）材料產(chǎn)生應(yīng)力而變形； （2）接觸連接損壞； （3）混凝土中鋼筋受熱膨脹，使混凝土裂縫2、鋼構(gòu)發(fā)熱的最高允許溫度：人可觸及的鋼構(gòu)為70℃；人不可觸及的鋼構(gòu)為100℃； 混凝土中的鋼筋為80℃。3、減少鋼構(gòu)損耗和發(fā)熱的措施： 1）加大導體和鋼構(gòu)間的距離； 2）斷開鋼構(gòu)回路，加絕緣墊； 3）采用電磁屏蔽，在H最大處套短路環(huán)； 4）采用分相封閉母線。5、分相封閉母線的特點優(yōu)點： 1）運行可靠性高：防止相間短路，外殼多點接地能夠保障人體接觸時的安全； 2）短路時母線相間短路電動力大大降低：外殼渦流和環(huán)流的屏蔽作用使殼內(nèi)的磁場減弱； 3）改善母線附近鋼構(gòu)的發(fā)熱：殼外磁場受外殼電流的屏蔽作用而減弱； 4）安裝和維護的工作量減少。缺點： 1）母線散熱條件差； 2）外殼上產(chǎn)生損耗；

3）金屬耗量增加。二、載流導體的短時發(fā)熱計算目的：確定導體的最高溫度（不應(yīng)超過規(guī)定的導體短時發(fā)熱溫度。當滿足這個條件，認為導體在短路時具有熱穩(wěn)定性）-----指短路開始到短路切除為止很短一段時間內(nèi)導體的發(fā)熱過程。短路時間保護動作時間斷路器的全開斷時間燃弧時間斷路器固有分閘時間1、短時發(fā)熱的特點

短時均勻?qū)w的發(fā)熱過程是絕熱的過程。由于發(fā)熱時間短，可認為電阻損耗產(chǎn)生的熱量來不及散失，全部用于使導體溫度升高。QR=Qc導體溫度變化很大，電阻和比熱容隨溫度而變化。短時最高發(fā)熱溫度θh為短路電流切除時刻tk

對應(yīng)的導體溫度根據(jù)熱平衡方程:定義：短路電流熱效應(yīng)2、導體短時發(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）由導體初始溫度θw查出Aw；2）求出Ah3)查出θh0鋁銅18定義：短路全電流短路電流周期分量有效值短路電流非周期分量起始值3、短路電流熱效應(yīng)的計算（等值時間法）1920

等值時間曲線短路電流熱效應(yīng)的計算（實用計算法）周期分量的熱效應(yīng)

非周期分量的熱效應(yīng)

當短路電流切除時間超過1秒時，可忽略非周期分量的影響

非周期分量等效時間見表3-3注意22例：有一鋁母線型號為LMY-100×8，UN=10.5kV，IN=1500A,θi=46OC，tk=1.2s，I∥=28kA，I0.6=22kA,I1.2=20kA，求QK、θf。解：1）23三、載流導體短路電動力計算1、兩條無線細長載流導體間的電動力短路時，導體溫度高，還受到電動力作用，當導體和電氣設(shè)備機械強度不夠時，將會變形或損壞。必須研究短路電流產(chǎn)生電動力的大小和特征，以便選用適當強度的導體和電氣設(shè)備，保證足夠的動穩(wěn)定，必要時采取限制短路電流的措施。(N)(N)Kf-形狀系數(shù)圓形導體：Kf=1槽形導體：見表3-4矩形導體：見圖3-181)計算矩形導體相間電動力時不需要考慮K2)計算矩形導體同相條間電動力時必須考慮K注意：考慮截面因素時兩載流導體間的電動力2、三相導體短路的電動力三相短路時如不計短路電流周期分量的衰減，三相短路電流為：最大電動力：FA的最大值出現(xiàn)在固定分量和非周期分量之和為最大的瞬間；

FB的最大值出現(xiàn)在非周期分量為最大的瞬間。臨界初相角為75o、225o

…….說明：短路電動力的最大值出現(xiàn)在短路后很短的瞬間，忽略周期分量和非周期分量的衰減，則：FA的最大值出現(xiàn)在固定分量和非周期分量之和為最大的瞬間，臨界初相角φA=75o、225o等；FB的最大值出現(xiàn)在非周期分量為最大的瞬間，臨界初相角φA=75o、165o、225o等。t=0.01s時，短路電動力的幅值最大3、兩相短路電動力4、最大短路電動力三相導體最大短路電動力出現(xiàn)在三相短路故障后的0.01s，作用在中間B相，（N）5、導體振動的動態(tài)應(yīng)力凡是連接發(fā)電機、主變壓器以及配電裝置中的導體均應(yīng)考慮共振的影響導體發(fā)生振動時，內(nèi)部產(chǎn)生動態(tài)應(yīng)力：β與導體的固有振動頻率有關(guān)，見圖3-23動態(tài)應(yīng)力系數(shù)為避免共振，重要導體的固有頻率在下述范圍以外：（1）單條導體及一組中的各條導體35~135HZ（2）多條導體及引下線的單條導體35~155HZ（3）槽形和管形導體30~160HZ四、技術(shù)經(jīng)濟方案比較發(fā)電廠和變電站的設(shè)計方案選擇先提出若干個可行的接線方案經(jīng)技術(shù)分析評價（可靠、先進、適用）,逐漸淘汰在剩余滿足技術(shù)要求的幾個方案中，進行經(jīng)濟比較（合理，費用少）

經(jīng)濟比較主要是對各方案的綜合總投資和年運行費用進行綜合效益比較，確定最佳方案。1、方案的經(jīng)濟比較項目（1）綜合總投資主要包括變壓器、開關(guān)設(shè)備、配電裝置綜合投資以及不可預(yù)見的附加投資等。只需計算方案不同部分的投資。I0:主體設(shè)備的綜合投資，包括變壓器、開關(guān)設(shè)備、母線、配電裝置及明顯的增修橋梁、公路和拆遷等費用。a:不明顯的附加費用比例系數(shù)，如基礎(chǔ)加工、電纜溝道開挖費用等，220KV取70，110KV取90（2）運行期的年運行費用主要包括一年中變壓器的電能損耗及檢修、維護、折舊費等。變壓器的電能損耗，kW.h電價檢修維護費率，0.022～0.042折舊費率，0.005～0.058年電能損耗的計算（1）雙繞組變壓器。n臺同類型同容量雙繞組變壓器并聯(lián)運行。變壓器年運行小時數(shù)每臺變壓器的空載有功和無功損耗每臺變壓器的短路有功和無功損耗單位無功損耗引起的有功損耗系數(shù).發(fā)電機母線上的變壓器取0.02,系統(tǒng)中的變壓器取0.1～0.15最大負荷損耗小時數(shù)n臺擔負的總負荷/每臺額定容量（2）三繞組變壓器。參見（3－106）2、常用的技術(shù)經(jīng)濟分析方法（1）年費用比較法將全部支出費用折算至工程建成年后再折算為年費用。折算至工程建成