发电厂电气设备课件-第五章-导体的发热与电动力.ppt

1、2023年1月7日星期六发电厂电气主系统发电厂电气主系统2023年1月7日星期六导体的发热与电动力导体的发热与电动力一一概述概述二二导体发热和散热的计算导体发热和散热的计算三三导体的长期发热与载流量导体的长期发热与载流量四四导体的短时发热导体的短时发热五五导体短路的电动力导体短路的电动力六六大电流封闭母线大电流封闭母线2023年1月7日星期六第一节概述第一节概述2023年1月7日星期六n发热发热u工作状态：工作状态：正常运行正常运行和和故障状态故障状态u导体发热的原因导体发热的原因正常时：电阻损耗、介质损耗、涡流和磁滞损耗正常时：电阻损耗、介质损耗、涡流和磁滞损耗故障时：短路电流故障时：短路电

2、流长期发热：导体和电器中长期通过正常工作电流所长期发热：导体和电器中长期通过正常工作电流所 引起的发热。引起的发热。短时发热：短路电流通过导体和电器时引起的发热。短时发热：短路电流通过导体和电器时引起的发热。2023年1月7日星期六u发热对导体和电器产生的不良影响发热对导体和电器产生的不良影响机械强度下降机械强度下降接触电阻增加接触电阻增加绝缘性能降低绝缘性能降低u导体最高允许温度导体最高允许温度正常时：铝导体为正常时：铝导体为+70、铜导体为、铜导体为+80短路时：硬铝及铝锰合金为短路时：硬铝及铝锰合金为+200 硬铜可取硬铜可取+300 n电动力电动力短路电流所产生的电动力不应超过允许值。

3、短路电流所产生的电动力不应超过允许值。2023年1月7日星期六第二节导体发热和散热和计算第二节导体发热和散热和计算2023年1月7日星期六一导体发热的计算一导体发热的计算（一）导体电阻损耗产生的热量（一）导体电阻损耗产生的热量单位长度的导体，通过有效值为（单位为）单位长度的导体，通过有效值为（单位为）的交流电流时，由电阻损耗产生的热量（单位的交流电流时，由电阻损耗产生的热量（单位为为m）为）为其中，（单位为其中，（单位为m）为导体的交流电阻，）为导体的交流电阻，可按下式计算：可按下式计算：acWRRIQ2WIRQacR2023年1月7日星期六式中，式中，导体的集肤系数；导体的集肤系数；导体温度

4、为导体温度为20时的直流电阻率（时的直流电阻率（m m/m）；）；20时的电阻温度系数（）；时的电阻温度系数（）；导体温度（导体温度（）；）；导体的截面积（导体的截面积（m m）。）。SK1-CtWSC201WtSacKR2023年1月7日星期六（二）太阳日照（辐射）的热量（二）太阳日照（辐射）的热量式中，式中，太阳辐射功率密度，我国取太阳辐射功率密度，我国取1000W/导体的直径（导体的直径（m）；）；导体的吸收率，对铝管取导体的吸收率，对铝管取0.6。DAEQSSSSESEDSASA2023年1月7日星期六二导体散热的计算二导体散热的计算 导体散热的过程是热量传递的过程，热量传递有三导体散

5、热的过程是热量传递的过程，热量传递有三种方式：对流、辐射和传导。种方式：对流、辐射和传导。（一）对流换热量的计算（一）对流换热量的计算式中，式中，对流换热系数对流换热系数（）；）；导体温度（导体温度（）；）；周围空气温度（周围空气温度（）；）；单位长度导体的对流换热面积（单位长度导体的对流换热面积（mm）根据对流风速的不同，可分为根据对流风速的不同，可分为自然对流换热自然对流换热和和强迫强迫对流换热对流换热两种情况。两种情况。CWCCFQ0CW0CF2023年1月7日星期六（二）辐射换热量的计算（二）辐射换热量的计算式中，、式中，、导体温度和周围空气温度（导体温度和周围空气温度（）；）；导体材

6、料的辐射系数（又称黑度）；导体材料的辐射系数（又称黑度）；单位长度导体的辐射换热面积单位长度导体的辐射换热面积（mm）；）；（三）传导换热量（三）传导换热量空气的热传导能力很差，导体的导热可忽略不计。空气的热传导能力很差，导体的导热可忽略不计。FQW4041002731002737.5W0F2023年1月7日星期六第三节导体的长期发热与载流量第三节导体的长期发热与载流量2023年1月7日星期六一长期发热和特点一长期发热和特点根据能量守恒定律，导体发热过程中一般的热量平根据能量守恒定律，导体发热过程中一般的热量平衡关系为衡关系为 对于屋内导体，导体长期发热过程中的热量平衡关对于屋内导体，导体长期

7、发热过程中的热量平衡关系为系为 工程上常把辐射换热量近似表示成与对流换热量相工程上常把辐射换热量近似表示成与对流换热量相同的计算形式，用一个总换热系数同的计算形式，用一个总换热系数来代替两种换来代替两种换热的作用，则上式变为热的作用，则上式变为QQQQQCWSRQQQCR2023年1月7日星期六式中，、式中，、导体的稳定温度和周围空气温度导体的稳定温度和周围空气温度（）；）；对流和辐射总换热系数对流和辐射总换热系数（）；）；单位长度导体的换热面积（单位长度导体的换热面积（mm）；）；导体中通过的电流（）；导体中通过的电流（）；R 单位长度导体的交流电阻（单位长度导体的交流电阻（m）；）；FQQ

8、RIWC02W0F2023年1月7日星期六可以得到所取导体稳定温度和空气温度下的容许电可以得到所取导体稳定温度和空气温度下的容许电流值（单位为，），即流值（单位为，），即提高载流量的措施：提高载流量的措施：n提高提高：使用：使用大的导体、表面涂漆、合理布置大的导体、表面涂漆、合理布置 导体型式。导体型式。n减小：使用小的导体、增大导体截面积、减减小：使用小的导体、增大导体截面积、减 小接触电阻。小接触电阻。n增加增加FRFRQQIWC02023年1月7日星期六二大电流导体附近钢铁构件的发热二大电流导体附近钢铁构件的发热n产生原因：磁滞和涡流损耗产生原因：磁滞和涡流损耗n发热造成的影响：发热造成

9、的影响：材料变形和损坏、混凝土裂缝、恶化设备的运行条材料变形和损坏、混凝土裂缝、恶化设备的运行条件和工作人员的工作环境。件和工作人员的工作环境。n钢构的最高允许温度：人可触及的钢构为钢构的最高允许温度：人可触及的钢构为70；人不可触及的钢构为人不可触及的钢构为100；混凝土中的钢筋为；混凝土中的钢筋为80。n降低钢构的损耗和发热的措施：降低钢构的损耗和发热的措施：加大钢构和大电流导体之间的距离；加大钢构和大电流导体之间的距离；断开大电流导体附近的钢构回路；断开大电流导体附近的钢构回路；采用电磁屏蔽；采用电磁屏蔽；采用分相封闭母线。采用分相封闭母线。2023年1月7日星期六第四节导体的短时发热第

10、四节导体的短时发热2023年1月7日星期六一短时发热最高温度的计算一短时发热最高温度的计算导体短时发热过程中的热量平衡关系是：电阻损耗导体短时发热过程中的热量平衡关系是：电阻损耗产生的热量等于导体的吸热量，即产生的热量等于导体的吸热量，即则可得出：则可得出：其中，称为短路电流热效应，它是其中，称为短路电流热效应，它是在在 时间间隔内，电阻为时间间隔内，电阻为的导体中所放的导体中所放出的热量。出的热量。可由查出短路终了温度，即短时发热最高可由查出短路终了温度，即短时发热最高温度。温度。RQWQWRQQ kifQSAA21dtiQktktk02ktfAf2023年1月7日星期六二短路电流热效应的计

11、算二短路电流热效应的计算（一）周期分量热效应的计算（一）周期分量热效应的计算取取n=4，认为、用代替，认为、用代替，即得即得式中，式中，周期分量热效应；周期分量热效应；短路切除时间（短路切除时间（s）；）；、和和 短路电流周期分量秒值、时刻值短路电流周期分量秒值、时刻值 和和 时刻值，工程上取。时刻值，工程上取。nppkQQQpQ1312420423)(nnnbayyyyyyyynabdxxf2312yyy ptIxf2ktabkkkttktptpIIItdtIQ2222021012 pQktskA2I 2ktIktI2/ktktkt2023年1月7日星期六（二）非周期分量热效应的计算（二）非

12、周期分量热效应的计算式中，式中，非周期分量热效应非周期分量热效应 ；非周期分量等效时间（非周期分量等效时间（S），其值可查表），其值可查表得。得。当短路电流切除时间当短路电流切除时间1s时，导体的发热主要由时，导体的发热主要由周期分量热效应来决定，非周期分量热效应可忽略。周期分量热效应来决定，非周期分量热效应可忽略。npQnpQskA2kt2221ITIeTakTta 022020212npTtatTtnpnpieTdteiQakka2023年1月7日星期六第五节导体短路的电动力第五节导体短路的电动力2023年1月7日星期六一两平行导体间的电动力一两平行导体间的电动力（一）两平行无限细长导体的

13、电动力（一）两平行无限细长导体的电动力由和可得由和可得（二）电流分布对电动力的影响（二）电流分布对电动力的影响为形状系数，对于圆管导管取；对于双槽形导为形状系数，对于圆管导管取；对于双槽形导体，计算相间和条间电动力时，其值均取。体，计算相间和条间电动力时，其值均取。aiB171102dlBidFsin11LaiidFFL2170102LaiiKFf217102fK2023年1月7日星期六三三相导体知路的电动力三三相导体知路的电动力（一）三相短路电动力的计算（一）三相短路电动力的计算三相短路电流为三相短路电流为单相受力情况为：单相受力情况为：、ATtAmAaetIisinsin32sin32si

14、nATtAmBaetIi32sin32sinATtAmCaetIiLaiiFBABA7102LaiiFCACA21027LaiiFBCBC7102ACABAFFFBCBABFFFCACBCFFF2023年1月7日星期六（二）三相系统电动力的最大值（二）三相系统电动力的最大值n三相短路的最大电动力三相短路的最大电动力将临界初相角和，在时刻，衰将临界初相角和，在时刻，衰减的工频分量最大值和两倍工频分量最大值都与非减的工频分量最大值和两倍工频分量最大值都与非周期分量同方向，和周期分量同方向，和 达到最大值，短路冲击电达到最大值，短路冲击电流，故，可得流，故，可得相最大电动力相最大电动力A A相最大电

15、动力相最大电动力可见，三相短路时，中间相所受电动力最大。可见，三相短路时，中间相所受电动力最大。75AsTa05.0st01.0IIimsh 282.182.1BFAF82.1/shmiIshBiaLF27max1073.1shAiaLF27max10616.1maxBF2023年1月7日星期六n三相短路最大电动力与两相短路电动力的比较三相短路最大电动力与两相短路电动力的比较可以看出，三相系统短路时，故可以看出，三相系统短路时，故最大电动力应按三相短路计算，即最大电动力应按三相短路计算，即（三）导体共振对电动力的影响（三）导体共振对电动力的影响动态应力系数动态应力系数为动态应力与静态应力之比值

16、，当为动态应力与静态应力之比值，当固定频率在固定频率在30160Hz以外时，有以外时，有 或或 ，。shshshiaLiaLiaLF2727227max)2(105.123102102 max2maxmaxFFFABshiaLF27max1073.1shiaLF27max1073.11112023年1月7日星期六第六节大电流封闭母线第六节大电流封闭母线2023年1月7日星期六n封闭母线的分类封闭母线的分类合相合相和和分相分相两种两种n分相封闭母线的组成分相封闭母线的组成导体、外壳导体、外壳和和绝缘子绝缘子n封闭母线的作用封闭母线的作用u优点：运行安全性可靠性高；优点：运行安全性可靠性高；短路时电动力减小；短路时电动力减小；降低钢构发热；降低钢构发热；安装维护方便。安装维护方便。u缺点：散热差；外壳磁滞、涡流损耗；金属消耗缺点：散热差；外壳磁滞、涡流损耗；金属消耗多。多。2023年1月7日星期六2023年1月7日星期六2023年1月7日星期六