第三章 常用計算的基本理論和方法

第三章常用計算的基本理論和方法第一頁，共三十六頁，2022年，8月28日消耗在電阻上的電阻損耗，電磁變換中的磁滯和渦流損耗及電場產(chǎn)生的介質(zhì)損耗導(dǎo)體在磁場中受到力的作用F＝IBL機(jī)械強(qiáng)度下降；接觸電阻增加；絕緣性能下降導(dǎo)體到底可以承受多大的熱積累導(dǎo)體到底可以承受多大力的作用過大的電動力將造成導(dǎo)體變形和損壞第二頁，共三十六頁，2022年，8月28日導(dǎo)體正常運(yùn)行時和故障時候I變化很大，故障時電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常運(yùn)行時候?qū)w正常運(yùn)行時發(fā)熱情況－長期發(fā)熱導(dǎo)體發(fā)生故障時發(fā)熱情況－短時發(fā)熱導(dǎo)體發(fā)生故障時受力的情況－電動力思考短路時候和運(yùn)行時候發(fā)熱和電動力的特點第三頁，共三十六頁，2022年，8月28日二.最高允許溫度正常最高允許工作溫度：70℃（一般裸導(dǎo)體）、80℃（計及日照時的鋼芯鋁絞線、管形導(dǎo)體）、85℃（接觸面有鍍錫的可靠覆蓋層）短時最高允許溫度：200℃（硬率及鋁錳合金）、300℃（硬銅）第四頁，共三十六頁，2022年，8月28日三.長期發(fā)熱的研究導(dǎo)體長期發(fā)熱是指導(dǎo)體通過工作電流時的發(fā)熱過程

長期發(fā)熱的特點：電流?。９ぷ麟娏?。時間長－可以認(rèn)為趨于無窮大。

1.導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱在穩(wěn)定狀態(tài)下，導(dǎo)體吸收的熱量等于散去的熱量，QR＋Qt＝Ql＋Qf。

第五頁，共三十六頁，2022年，8月28日QR＋Qt＝Ql＋QfQR－單位長度導(dǎo)體電阻損耗的熱量Qt－單位長度導(dǎo)體吸收的日照熱量Ql－單位長度導(dǎo)體的對流散熱量Qf－單位長度導(dǎo)體向周圍介質(zhì)輻射的熱量1）QR電阻損耗1）QR電阻損耗QR＝IW2Rac（W/m）第六頁，共三十六頁，2022年，8月28日Qt＝EtAtD

(W/m)Et–太陽輻射功率密度At－導(dǎo)體吸收率D–導(dǎo)體的直徑2）Qt導(dǎo)體吸收太陽輻射熱量第七頁，共三十六頁，2022年，8月28日3）Ql導(dǎo)體對流散熱量Ql＝α1（θw－θ0

）F1

(W/m)α1–對流散熱系數(shù)θw－導(dǎo)體溫度θ0–環(huán)境溫度F1－單位長度導(dǎo)體散熱面積第八頁，共三十六頁，2022年，8月28日2.導(dǎo)體載流量的計算載流量：長期允許電流溫升過程中散熱公式：Ql＋Qf＝αw（θw－

θ0）Fαw－對流和輻射總的散熱系數(shù)溫升過程：QR＝Qc＋Ql＋Qf第九頁，共三十六頁，2022年，8月28日則在dt時間內(nèi)，導(dǎo)體的熱量積累情況為：I2Rdt＝mcdθ＋αwF（θw－θ0）dt對上式積分，此時時間0－t，導(dǎo)體溫度由θk上升為θ，解得：第十頁，共三十六頁，2022年，8月28日導(dǎo)體穩(wěn)定溫升導(dǎo)體熱時間常數(shù)第十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日導(dǎo)體通過電流I后，溫度開始升高，經(jīng)過（3~4）Tt(時間常數(shù))導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定發(fā)熱狀態(tài)。導(dǎo)體升溫過程的快慢取決于導(dǎo)體的發(fā)熱時間常數(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)；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)。第十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日導(dǎo)體載流量問題：導(dǎo)體最大載流量如何計算？問題：如何提高導(dǎo)體載流量第十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日減小交流電阻：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、鍍銀等增大復(fù)合散熱系數(shù)：改變導(dǎo)體的布置方式增大散熱面積作業(yè)：1、截面積相同的情況下，矩形和圓形導(dǎo)體哪一個散熱表面積大？從散熱的角度看35KV以下的配電裝置應(yīng)采用哪種截面的導(dǎo)體？2、集膚效應(yīng)系數(shù)與哪些因素有關(guān)？導(dǎo)體截面增大集膚系數(shù)如何變化？對交流電阻有何影響？第十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日3.大電流導(dǎo)體附近鋼構(gòu)的發(fā)熱1、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℃。2、發(fā)熱的原因：磁滯和渦流損耗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）斷開閉合回路；3）采用電磁屏蔽；4）采用分相封閉母線。第十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日優(yōu)點：1）運(yùn)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(hù)的工作量減少。缺點：母線散熱條件差；外殼上產(chǎn)生損耗；金屬耗量增加。4.大電流封閉母線的運(yùn)行特點第十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日第十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日第十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日四.導(dǎo)體的短時發(fā)熱--------指短路開始到短路切除為止很短一段時間內(nèi)導(dǎo)體的發(fā)熱過程。短時最高發(fā)熱溫度θf短路時間=保護(hù)動作時間+斷路器的全開斷時間斷路器的全開斷時間=斷路器的固有分閘時間+燃弧時間

第十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日UAIA第二十頁，共三十六頁，2022年，8月28日tθ0twθwtkθhθ0短路時導(dǎo)體發(fā)熱過程第二十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日短路時候?qū)w發(fā)熱的特點：由于發(fā)熱時間短，可認(rèn)為電阻損耗產(chǎn)生的熱量來不及散失，全部用于使導(dǎo)體溫度升高，即認(rèn)為導(dǎo)體短時發(fā)熱基本上是一個絕熱的過程，且導(dǎo)體溫度變化很大，電阻和比熱容隨溫度而變化。Ikt2Rθdt=mCθdθRθ=ρθ(1+αθ)l/SCθ=C0(1+βθ)第二十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日整理積分得：第二十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日第二十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日A[J/（Ωm4）]θθ=f(A)0鋁銅第二十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日定義：短路電流熱效應(yīng)第二十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日A[J/（Ωm4）]θθwAw求解θh的方法1.由θw求得Aw2.由Ah=Aw+Qk/S2得Ah3.由Ah查曲線θhAhθh第二十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日熱效應(yīng)的計算周期分量的熱效應(yīng)

非周期分量的熱效應(yīng)

當(dāng)短路電流切除時間超過1秒時，發(fā)熱主要由周期分量決定，可忽略非周期分量的影響第二十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日五.導(dǎo)體短路的電動力1.畢奧－沙瓦定律dF＝iBsinadlBdlLai第二十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日2.兩條平行導(dǎo)體間的電動力i1i2F＝2×10－7i1i2L/a第三十頁，共三十六頁，2022年，8月28日3.三相短路導(dǎo)體所受電動力第三十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日不計短路電流周期份量的衰減時三相短路電流：第三十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日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份量的衰減，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、225o等。三相短路電動力的最大值第三十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日短路發(fā)生后的最初半個周期，短路電流的幅值最大，此時t=0.01s，三相短路A相的最大電動力三相短路B相的最大電動力（2）兩相短路最大電動力第三十四頁，共三十六頁，2