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文檔簡介
1第二章載流導體的發(fā)熱和電動力1第二章載流導體的發(fā)熱和電動力2第一節(jié)概述無論電力規(guī)劃設計和運行管理都離不開計算所以本章將首先介紹一些常用計算2第一節(jié)概述無論電力規(guī)劃設計和運行管理都離不開計算3第一節(jié)概述一、電氣設備和載流導體的發(fā)熱:當電氣設備和載流導體通過電流時,有部分電能以不同的損耗形式轉化為熱能,使電器和載流導體的溫度升高,這就是電流的熱效應。
⑴老化,使絕緣材料的絕緣性能降低。⑵退火,使金屬材料的機械強度下降??估茄趸?,使導體接觸部分的接觸電阻增加。
1、為什么會發(fā)熱2、發(fā)熱有何危害?3第一節(jié)概述一、電氣設備和載流導體的發(fā)熱:當電氣設備和44、什么叫最高允許溫度?
為了保證導體可靠地工作,須使其發(fā)熱溫度不得超過一定限值,這個限值叫作最高允許溫度。導體正常最高允許溫度:
70℃(正常),80℃(計及日照影響時),
85℃(導體接觸面搪錫時)95℃(搪銀時)導體短時最高允許溫度:
200
℃(硬鋁及鋁錳合金),300
℃(硬銅)3、發(fā)熱的兩種形式:
長期發(fā)熱:由正常工作電流產(chǎn)生。
短時發(fā)熱:由短路電流產(chǎn)生。第一節(jié)概述44、什么叫最高允許溫度?3、發(fā)熱的兩種形式:第一節(jié)5第二節(jié)導體的發(fā)熱和散熱1)導體電阻損耗的熱量QR(W/m)
。
2)導體吸收太陽輻射的熱量Qt
(W/m)
。1、導體發(fā)熱的類型2、導體散熱的類型1)導體對流散熱量Ql
(W/m)
。2)導體輻射熱量Qf
(W/m)
。
3)導體導熱散熱量Qd
(W/m)
。5第二節(jié)導體的發(fā)熱和散熱1)導體電阻損耗的熱量Q6導體吸收太陽輻射產(chǎn)生的熱量:3、導體的發(fā)熱計算導體通過的電流導體的交流電阻導體的直徑導體的吸收率太陽輻射功率密度導體電阻損耗產(chǎn)生的熱量:導體溫度為20℃時的直流電阻率20℃時的電阻溫度系數(shù)導體的運行溫度導體的集膚效應系數(shù)6導體吸收太陽輻射產(chǎn)生的熱量:3、導體的發(fā)熱計算導體通過的電7導體對流散發(fā)的熱量:導體輻射散發(fā)的熱量:4、導體的散熱計算導體運行溫度周圍空氣溫度單位長度導體散熱面積對流散熱系數(shù)導體材料輻射系數(shù)單位輻射散熱表面積導體導熱散發(fā)的熱量:(忽略不計)7導體對流散發(fā)的熱量:4、導體的散熱計算導體運行溫度周圍空氣85、根據(jù)能量守恒原理85、根據(jù)能量守恒原理9第三節(jié)導體長期發(fā)熱及其載流量的計算
通過分析導體長期通過工作電流時的發(fā)熱過程計算導體的載流量(長期允許通過的電流)。--導體產(chǎn)生的熱量--導體溫升所需的熱量--導體散失到周圍介質的熱量包括對流和輻射散熱W/m一、導體的溫升過程:
對于均勻導體,其持續(xù)發(fā)熱的熱平衡方程式是:(不考慮日照的影響)總散熱系數(shù)9第三節(jié)導體長期發(fā)熱及其載流量的計算通過分析導體長10在時間dt內,由I——通過導體的電流(A);R——已考慮了集膚系數(shù)的導體交流電阻;m——導體質量(kg);c——導體比熱容(J/(kg·℃));
——導體總的散熱系數(shù)(W/(m2·℃
));F——導體散熱表面積m2
;
——導體溫度℃;
——周圍空氣溫度℃;
注意:導體通過正常工作電流時,其溫度變化范圍不大,因此電阻R、比熱容c及散熱系數(shù)。均可視為常數(shù)!得10在時間dt內,由I——通過導體的電流(A);注意:導體通11將上式整理得:對上式積分得:解得:設開始溫升為:對應于時間t的溫升為:11將上式整理得:對上式積分得:解得:設開始溫升為:對應于時12經(jīng)很長時間后,導體的溫升趨于穩(wěn)定值得令由上式可得出導體溫升曲線如下圖:導體的熱時間常數(shù)12經(jīng)很長時間后,導體的溫升趨于穩(wěn)定值得令由上式可得出導體溫13⑴溫升τ起始階段上升很快,隨時間的延長,其上升速度逐漸減小。⑵達到穩(wěn)定溫升的時間,從理論上講應該是無窮大,實際上,當t>(3~4)Tr
時,其溫升值即可按穩(wěn)定溫升τw計。⑶對于某一導體,當通過不同的電流時,由于發(fā)熱量不同,穩(wěn)定溫升也就不同。由溫升變化曲線可得出如下結論:13⑴溫升τ起始階段上升很快,隨時間的延長,其上升速度逐漸減14二、導體的載流量計算(長期通過的電流)若已知導體的穩(wěn)定溫升,可計算導體的載流量。導體的總散熱若考慮日照影響時:14二、導體的載流量計算(長期通過的電流)導體的總散熱若考慮15方法如下:?采用電阻率小的材料鋁,鋁合金;?增加散熱面積。矩形,槽型表面積較大?采用散熱條件最佳的布置方式(矩形截面導體豎放的散熱效果比平放的散熱效果好)。如何提高導體的載流量I15方法如下:如何提高導體的載流量I16第四節(jié)短路時導體的發(fā)熱及最高溫度計算?短時發(fā)熱的概念:
指短路開始到短路切除為止很短一段時間導體發(fā)熱的過程。?短時最高允許溫度:
為了保證導體可靠地工作,須使其短時發(fā)熱溫度不得超過一定限值,這個限值叫作短時最高允許溫度。?與正常發(fā)熱相比,短時發(fā)熱的特點:導體發(fā)出的熱量比正常發(fā)熱要多,導體溫度升的很高。16第四節(jié)短路時導體的發(fā)熱及最高溫度計算17
通過分析導體通過短路電流時的發(fā)熱過程,確定導體達到的最高溫度,使這個溫度不超過短時發(fā)熱的最高允許溫度。短時發(fā)熱計算的目的:第四節(jié)短路時導體的發(fā)熱及最高溫度計算17通過分析導體通過短路電流時的發(fā)熱過程,確定導體18一、導體短路時發(fā)熱過程1、導體短路時發(fā)熱特點:
發(fā)熱時間短,所有熱量全部用來發(fā)熱,認為是一絕熱過程(不計及散熱)。
短路時導體溫度變化范圍大,它的電阻和比熱容不能再視為常數(shù),應為溫度的函數(shù)。18一、導體短路時發(fā)熱過程1、導體短路時發(fā)熱特點:192、dt時間內的熱平衡方程:Ikt——短路電流全電流的有效值,ARθ——溫度為θ時導體電阻,ΩCθ——溫度為θ時導體比熱容,J/(kg.℃)m——導體的質量,㎏ρ0——0℃時導體電阻率,Ω.m;α——電阻率ρ0時溫度系數(shù),1/℃C0——0℃時導體比熱容,J/(kg.℃);β——比熱容C0時溫度系數(shù),1/℃l——導體長度(m);S——導體截面(m2)192、dt時間內的熱平衡方程:Ikt——短路電流全電流的20導體短路時發(fā)熱的微分方程:化簡對該式積分時間變化:短路開始(tw=0)短路切除(tk),溫度變化:短路開始溫度(θw)短路發(fā)熱后的最高溫度(θh)20導體短路時發(fā)熱的微分方程:化簡對該式積分時間變化:短路開21求解導體短路時發(fā)熱的微分方程:等式右邊積分得:等式左邊稱為短路電流的熱效應21求解導體短路時發(fā)熱的微分方程:等式右邊積分得:等式左邊稱22確定導體短路時導體的最高溫度思想:
由已知的導體初始溫度,從相應的導體材料的曲線上查出
將Aw和Qk值代入式(2-26)求出
由從曲線上查出值式(2-26)!關鍵在于的求法22確定導體短路時導體的最高溫度思想:式(2-26)!關鍵在23QK的求法短路電流周期分量熱效應短路電流非周期分量熱效應23QK的求法短路電流周期分量熱效應短路電流非周期分量熱效應241、短路電流周期分量熱效應的計算對于任意曲線的定積分,可采用辛卜生算法周期分量的熱效應求解:當n=4時:為了簡化計算,近似認為:241、短路電流周期分量熱效應的計算對于任意曲線的定積分,可25短路電流周期分量熱效應的計算25短路電流周期分量熱效應的計算262、短路電流非周期分量熱效應的計算T---非周期分量等效時間,可查表求得當短路切除時間tk>1s時,導體的發(fā)熱主要由短路電流周期分量決定,此時可不計非周期分量的影響。262、短路電流非周期分量熱效應的計算T---非周期分量等效27小結
的求法步驟:1、由,求出。2、由已知的導體溫度,從相應的導體材料的曲線上查出。3、將值帶入式,求出。4、由從曲線上查出值。27小結的求法步驟:28舉例:2-2已知:鋁導體型號為LMY-100×8,正常工作電壓為10.5kV,正常負荷電流為1500A,正常負荷時導體溫度為θw=46℃。繼電保護動作時間為tpr=1s,斷路器全開斷時間為0.2s,短路電流:
試計算:短路電流的熱效應和母線的最高溫度28舉例:2-2已知:鋁導體型號為LMY-100×8,正常工29解:(1)計算短路電流的熱效應短路電流作用時間:
=繼電保護動作時間+斷路器全開斷時間短路電流周期分量的熱效應:因為短路電流切除時間tk=1.2s>1s所以導體的發(fā)熱主要由周期分量決定,非周期分量可忽略。29解:(1)計算短路電流的熱效應短路電流作用時間:短路電流30(2)求導體的最高溫度由右圖查得:℃查得:60℃<200℃(鋁導體最高允許溫度)滿足熱穩(wěn)定性要求。30(2)求導體的最高溫度由右圖查得:℃查得:60℃<20031第五節(jié)短路時導體電動力的計算
電動力的概念:
載流導體位于磁場中,要受到磁場力的作用,這種力稱為電動力。用或校驗設備的電動力稱為動穩(wěn)定校驗電動力計算目的:
當短路時,特別是流過沖擊電流的瞬間,產(chǎn)生較大的電動力,可能導致導體變形或破壞電氣設備。所以必須要求電氣設備有足夠的電動力承受能力。即動穩(wěn)定性。31第五節(jié)短路時導體電動力的計算電動力的概念32一、電動力的計算方法導體在電磁場中受到的電動力F按左手定則確定:32一、電動力的計算方法導體在電磁場中受到的電動力F按左手定331、兩根平行細長載流導體間的電動力導體1在a處產(chǎn)生的磁感應強度B為:導體2受到的電動力:331、兩根平行細長載流導體間的電動力導體1在a處產(chǎn)生的磁感34當兩導體中流過的電流互為反向時結論:兩導體中流過的電流互為同向時,兩力相吸。兩導體中流過的電流互為反向時,兩力相斥。34當兩導體中流過的電流互為反向時結論:35當考慮導體截面時,需要加形狀系數(shù)k進行修正
矩形導體形狀系數(shù)曲線如圖:修正后的電動力須乘載流導體的形狀系數(shù)k。矩形導體的形狀系數(shù)K實際的電動力:圓形導體、管型導體:k=135當考慮導體截面時,需要加形狀系數(shù)k進行修正矩形導體36二、三相平行導體短路時的電動力
如三相載流導體敷設在同一平面上,邊緣相的導體和中間相的導體受力不一樣??梢宰C明,中間相的導體受力最大。aal36二、三相平行導體短路時的電動力如三相載流導體敷設在371、三相平行導體短路時的電動力的計算B相的導體所受電動力:得B相最大受力:371、三相平行導體短路時的電動力的計算B相的導體所受電動力382、短路電流沖擊值通過導體,求B相最大受力:
產(chǎn)生電動力最嚴重的時刻是發(fā)生短路后出現(xiàn)沖擊電流的瞬間,這時有最大電動力Fmax。
當發(fā)生三相短路故障時,短路電流沖擊值通過導體,中間相所受電動力的最大值為:電力系統(tǒng)中的一切電氣設備都必須按照能夠承受Fmax為條件來校驗機械強度的穩(wěn)定性。382、短路電流沖擊值通過導體,求B相最大受力:產(chǎn)393、導體振動時動態(tài)應力什么叫導體的固有頻率?
導體當受到一次外力作用時,就按一定頻率在其平衡位置上下運動,形成固有振動,其振動頻率稱為固有頻率。什么叫共振?
當導體受到電動力的持續(xù)作用而發(fā)生振動時,電動力中有工頻和2倍工頻兩個分量,如果導體的固有頻率接近這兩個頻率之一時,就會出現(xiàn)共振現(xiàn)象。凡連接發(fā)電機、主變壓器以及配電裝置中的導體均屬重要回路,這些回路需考慮共振的影響。393、導體振動時動態(tài)應力什么叫導體的固有頻率?凡連接發(fā)電機40導體發(fā)生振動時,動態(tài)應力的計算導體的
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