发电厂电气部分 第3章 导体的发热与短路电动力.ppt

第三章 常用计算的基本理论和方法 教 学 内 容 载流导体长期发热的特点, 导体长期允许载流量的计算方法及提高导体载流量的措施 载流导体短时发热的特点, 导体短时最高发热温度的计算方法、短路电流热效应的计算方法、热稳定的概念 三相导体短路电动力的计算方法和特点、动稳定的概念 为什么研究发热问题？ 发热的原因 部位 危害（后果） 电阻损耗 导体内部 机械强度下降 磁滞和涡流损耗 导体周围的金属构件 接触电阻增加 介质损耗 绝缘材料内部 绝缘性能下降 如何研究发热？ 研究思路： - 导体中电流越大，温度越高，后果越严重 - 温度表征发热的严重程度 - 规定最高允许温度，保证导体正常寿命 如何保证导体不因发热而折寿： - 电流决定温度，推导两者间的定量关系表达式（理论） - 具体应用方法： （1）根据最高允许温度计算最大允许电流，要大于实际电流 （2）根据实际电流计算运行温度，要小于最高允许温度 （3）分析除电流外的其它影响因素，确定改善提高措施 发热的分类及其最高允许温度 长期发热，由正常工作电流产生 正常最高允许工作温度：-主要取决于系统接触电阻的大小 70℃（一般裸导体） 80℃（计及日照时的钢芯铝绞线、管形导体） 85℃（接触面有镀锡的可靠覆盖层） 短时发热，由故障短路电流产生 短时最高允许温度：-主要取决于短时发热过程中导体机械强度的大小、介质绝缘强度的大小 200℃（硬铝及铝锰合金） 300℃（硬铜） 导体的长期发热 --指导体通过工作电流时的发热过程 （1）导体长期发热的公式推导 热平衡方程： 导体产生的热量QR = 消耗的热量 （ 导体自身温度的升高Qc + 对流和辐射散失到周围介质的热量Ql + Qf ） I---流过导体的电流（A） R---导体的电阻（Ω） m---导体的质量（kg） c---导体的比热容[J/(kg. ℃)] αW ---导体总的换热系数[W/(m2. ℃)] F---导体的换热面积（ m2 /m) θ0 ---周围空气的温度（ ℃） θ ---导体的温度（ ℃） 稳定温升 导体发热时间常数 初始温升: 时间t的温升: 若 导体的长期发热 （2）导体长期发热的分析 导体温升变化曲线 3）导体达到稳定发热状态后，由电阻损耗产生的热量全部以对流和辐射的形式散失掉，导体的温升趋于稳定，且稳定温升与导体的初始温度无关。 1）导体通过电流I后，温度开始升高，经过（3～4）倍Tt(时间常数)，导体达到稳定发热状态； 2）导体升温过程的快慢取决于导体的发热时间常数，即与导体的吸热能力成正比，与导体的散热能力成反比，而与通过的电流大小无关； 导体的长期发热 （3）提高导体载流量的措施 1）减小交流电阻 - 采用电阻率小的材料。如铜、铝 - 增大导体的截面 - 减小接触电阻。 表面镀锡 银等 - 采用集肤效应系数小的导体 与电流频率、导体的形状和尺寸有关（图3-1 3-2） 2）增大散热面积。 - 相同截面积，矩形导体的表面积大于圆形的 - 矩形竖放的表面积大于平放的 3）增大复合散热系数：强迫对流、表面涂漆 导体的长期发热 常用硬导体型式 A B C A B C 竖放 平放 导体的长期发热 关于集肤效应系数 导体的长期发热 354页 导体的长期发热 355页 导体的短时发热 -指短路开始到短路切除为止很短一段时间内导体的发热过程 短路时间 保护动作时间 断路器的全开断时间 燃弧时间 断路器固有分闸时间 故障前 故障中 故障后 （1）短时发热的时间 tw tk θw θh 短路电流 （2）短时发热计算的目的（热稳定概念） 短时均匀导体的发热过程 导体的短时发热 短时最高发热温度 短路切除时刻 短路开始时刻 周围环境温度 短时发热计算的目的是确定短路时导体的最高温度θh。 它不应超过短时发热允许温度。当满足这个条件时则认为导体在流过短路电流时具有热稳定性。 （3）短时发热的过程和特点 - 绝热过程。由于发热时间短，可认为电阻损耗产生的热量来不及散失，全部用于使导体温度升高。 热平衡方程 QR = Qc 导体的短时发热 - 导体温度变化很大，电阻和比热容随温度而变化。 定义： （短路电流热效应） 导体的短时发热 （4）计算导体短时发热最高温度 假设已知短路电流热效应Qk 则： 1）由导体初始温度θw查出Aw