發(fā)電廠電氣部分第五講

第三章常用計(jì)算的基本理論和方法教學(xué)內(nèi)容

載流導(dǎo)體長(zhǎng)期發(fā)熱的特點(diǎn),導(dǎo)體長(zhǎng)期允許載流量的計(jì)算方法及提高導(dǎo)體載流量的措施

載流導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱的特點(diǎn),導(dǎo)體短時(shí)最高發(fā)熱溫度的計(jì)算方法、短路電流熱效應(yīng)的計(jì)算方法、熱穩(wěn)定的概念三相導(dǎo)體短路電動(dòng)力的計(jì)算方法和特點(diǎn)、動(dòng)穩(wěn)定的概念大電流導(dǎo)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(diǎn)

技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案比較一、導(dǎo)體載流量和運(yùn)行溫度計(jì)算發(fā)熱的原因：電阻損耗 導(dǎo)體內(nèi)部磁滯和渦流損耗 導(dǎo)體周?chē)慕饘贅?gòu)件介質(zhì)損耗 絕緣材料內(nèi)部長(zhǎng)期發(fā)熱，由正常工作電流產(chǎn)生短時(shí)發(fā)熱，由故障短路電流產(chǎn)生發(fā)熱的危害：機(jī)械強(qiáng)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(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）--主要決定于系統(tǒng)接觸電阻的大小

短時(shí)最高允許溫度： 200℃（硬鋁及鋁錳合金）

300℃（硬銅）

--主要決定于短時(shí)發(fā)熱過(guò)程中導(dǎo)體機(jī)械強(qiáng)度的大小、介質(zhì)絕緣強(qiáng)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(dǎo)體：90℃外殼：70℃2、導(dǎo)體的長(zhǎng)期發(fā)熱

--指導(dǎo)體通過(guò)工作電流時(shí)的發(fā)熱過(guò)程

I---流過(guò)導(dǎo)體的電流（A）R---導(dǎo)體的電阻（Ω）m---導(dǎo)體的質(zhì)量（kg）c---導(dǎo)體的比熱容[J/(kg.℃)]αW---導(dǎo)體總的換熱系數(shù)[W/(m2.℃)]F---導(dǎo)體的換熱面積（m2/m)θ0---周?chē)諝獾臏囟龋ā妫│?--導(dǎo)體的溫度（℃）1、導(dǎo)體長(zhǎng)期發(fā)熱的特點(diǎn)

熱平衡方程：QR=Qc+Ql+Qf導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量=導(dǎo)體自身溫度的升高+對(duì)流和輻射散失到周?chē)橘|(zhì)的熱量

穩(wěn)定溫升導(dǎo)體發(fā)熱時(shí)間常數(shù)初始溫升:對(duì)應(yīng)于時(shí)間t的溫升:若導(dǎo)體長(zhǎng)期發(fā)熱的特點(diǎn)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(wú)關(guān)。導(dǎo)體溫升變化曲線1）導(dǎo)體通過(guò)電流I后，溫度開(kāi)始升高，經(jīng)過(guò)（3～4）倍Tt(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(guò)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(guò)的電流大小無(wú)關(guān)；3、提高導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體 與電流頻率、導(dǎo)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(dǎo)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(fù)合散熱系數(shù)：強(qiáng)迫對(duì)流、表面涂漆

關(guān)于集膚效應(yīng)系數(shù)常用硬導(dǎo)體長(zhǎng)期允許載流量和集膚效應(yīng)系數(shù)見(jiàn)343頁(yè)附表1344頁(yè)附表2附表34、大電流導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體和鋼構(gòu)間的距離； 2）斷開(kāi)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(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 1）運(yùn)行可靠性高：防止相間短路，外殼多點(diǎn)接地能夠保障人體接觸時(shí)的安全； 2）短路時(shí)母線相間短路電動(dòng)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(chǎng)減弱； 3）改善母線附近鋼構(gòu)的發(fā)熱：殼外磁場(chǎng)受外殼電流的屏蔽作用而減弱； 4）安裝和維護(hù)的工作量減少。缺點(diǎn)： 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(dǎo)體的短時(shí)發(fā)熱計(jì)算目的：確定導(dǎo)體的最高溫度（不應(yīng)超過(guò)規(guī)定的導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱溫度。當(dāng)滿足這個(gè)條件，認(rèn)為導(dǎo)體在短路時(shí)具有熱穩(wěn)定性）-----指短路開(kāi)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(guò)程。短路時(shí)間保護(hù)動(dòng)作時(shí)間斷路器的全開(kāi)斷時(shí)間燃弧時(shí)間斷路器固有分閘時(shí)間1、短時(shí)發(fā)熱的特點(diǎn)

短時(shí)均勻?qū)w的發(fā)熱過(guò)程是絕熱的過(guò)程。由于發(fā)熱時(shí)間短，可認(rèn)為電阻損耗產(chǎn)生的熱量來(lái)不及散失，全部用于使導(dǎo)體溫度升高。QR=Qc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θh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(jì)算（等值時(shí)間法）1920

等值時(shí)間曲線短路電流熱效應(yīng)的計(jì)算（實(shí)用計(jì)算法）周期分量的熱效應(yīng)

非周期分量的熱效應(yīng)

當(dāng)短路電流切除時(shí)間超過(guò)1秒時(shí)，可忽略非周期分量的影響

非周期分量等效時(shí)間見(jiàn)表3-3注意22例：有一鋁母線型號(hào)為L(zhǎng)MY-100×8，UN=10.5kV，IN=1500A,θi=46OC，tk=1.2s，I∥=28kA，I0.6=22kA,I1.2=20kA，求QK、θf(wàn)。解：1）23三、載流導(dǎo)體短路電動(dòng)力計(jì)算1、兩條無(wú)線細(xì)長(zhǎng)載流導(dǎo)體間的電動(dòng)力短路時(shí)，導(dǎo)體溫度高，還受到電動(dòng)力作用，當(dāng)導(dǎo)體和電氣設(shè)備機(jī)械強(qiáng)度不夠時(shí)，將會(huì)變形或損壞。必須研究短路電流產(chǎn)生電動(dòng)力的大小和特征，以便選用適當(dāng)強(qiáng)度的導(dǎo)體和電氣設(shè)備，保證足夠的動(dòng)穩(wěn)定，必要時(shí)采取限制短路電流的措施。(N)(N)Kf-形狀系數(shù)圓形導(dǎo)體：Kf=1槽形導(dǎo)體：見(jiàn)表3-4矩形導(dǎo)體：見(jiàn)圖3-181)計(jì)算矩形導(dǎo)體相間電動(dòng)力時(shí)不需要考慮K2)計(jì)算矩形導(dǎo)體同相條間電動(dòng)力時(shí)必須考慮K注意：考慮截面因素時(shí)兩載流導(dǎo)體間的電動(dòng)力2、三相導(dǎo)體短路的電動(dòng)力三相短路時(shí)如不計(jì)短路電流周期分量的衰減，三相短路電流為：最大電動(dòng)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(shuō)明：短路電動(dòng)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(shí)，短路電動(dòng)力的幅值最大3、兩相短路電動(dòng)力4、最大短路電動(dòng)力三相導(dǎo)體最大短路電動(dòng)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(dǎo)體振動(dòng)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力凡是連接發(fā)電機(jī)、主變壓器以及配電裝置中的導(dǎo)體均應(yīng)考慮共振的影響導(dǎo)體發(fā)生振動(dòng)時(shí)，內(nèi)部產(chǎn)生動(dòng)態(tài)應(yīng)力：β與導(dǎo)體的固有振動(dòng)頻率有關(guān)，見(jiàn)圖3-23動(dòng)態(tài)應(yīng)力系數(shù)為避免共振，重要導(dǎo)體的固有頻率在下述范圍以外：（1）單條導(dǎo)體及一組中的各條導(dǎo)體35~135HZ（2）多條導(dǎo)體及引下線的單條導(dǎo)體35~155HZ（3）槽形和管形導(dǎo)體30~160HZ四、技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案比較發(fā)電廠和變電站的設(shè)計(jì)方案選擇先提出若干個(gè)可行的接線方案經(jīng)技術(shù)分析評(píng)價(jià)（可靠、先進(jìn)、適用）,逐漸淘汰在剩余滿足技術(shù)要求的幾個(gè)方案中，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較（合理，費(fèi)用少）

經(jīng)濟(jì)比較主要是對(duì)各方案的綜合總投資和年運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行綜合效益比較，確定最佳方案。1、方案的經(jīng)濟(jì)比較項(xiàng)目（1）綜合總投資主要包括變壓器、開(kāi)關(guān)設(shè)備、配電裝置綜合投資以及不可預(yù)見(jiàn)的附加投資等。只需計(jì)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(kāi)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(fèi)用。a:不明顯的附加費(fèi)用比例系數(shù)，如基礎(chǔ)加工、電纜溝道開(kāi)挖費(fèi)用等，220KV取70，110KV取90（2）運(yùn)行期的年運(yùn)行費(fèi)用主要包括一年中變壓器的電能損耗及檢修、維護(hù)、折舊費(fèi)等。變壓器的電能損耗，kW.h電價(jià)檢修維護(hù)費(fèi)率，0.022～0.042折舊費(fèi)率，0.005～0.058年電能損耗的計(jì)算（1）雙繞組變壓器。n臺(tái)同類(lèi)型同容量雙繞組變壓器并聯(lián)運(yùn)行。變壓器年運(yùn)行小時(shí)數(shù)每臺(tái)變壓器的空載有功和無(wú)功損耗每臺(tái)變壓器的短路有功和無(wú)功損耗單位無(wú)功損耗引起的有功損耗系數(shù).發(fā)電機(jī)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(fù)荷損耗小時(shí)數(shù)n臺(tái)擔(dān)負(fù)的總負(fù)荷/每臺(tái)額定容量（2）三繞組變壓器。參見(jiàn)（3－106）2、常用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析方法（1）年費(fèi)用比較法將全部支出費(fèi)用折算至工程建成年后再折算為年費(fèi)用。折算至工程建成