导体的发热与短路电动—培训课件.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 一、导体载流量和运行温度计算 发热的原因： 电阻损耗 导体内部 磁滞和涡流损耗 导体周围的金属构件 介质损耗 绝缘材料内部 长期发热，由正常工作电流产生 短时发热，由故障短路电流产生 发热的危害： 机械强度下降； 接触电阻增加； 绝缘性能下降 1、最高允许温度 正常最高允许工作温度： 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） --主要取决于系统接触电阻的大小 短时最高允许温度： 200℃（硬铝及铝锰合金） 300℃（硬铜） --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 2、导体的长期发热 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（ ℃） （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 = 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 稳定温升 导体发热时间常数 初始温升: 时间t的温升: 若 --指导体通过工作电流时的发热过程 （2）导体长期发热的特点 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。 导体温升变化曲线 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； 3.提高导体载流量的措施 1）减小交流电阻 Rac(公式3-3)， 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 关于集肤效应系数 常用硬导体长期允许载流量和集肤效应系数 见 343页附表1 344页附表2 附表3 二、载流导体的短时发热计算 目的：确定导体的最高温度（不应超过规定的导体短时发热温度。当满足这个条件，认为导体在短路时具有热稳定性） --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 1、短时发热的特点 短时均匀导体的发热过程 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。 QR = Qc 导体温度变化很大，电阻和比热容随温度而变化。 短时最高发热温度θh为短路电流切除时刻tk 对应的导体温度 热平衡方程: 定义： （短路电流热效应） 2、计算导体短时发热的最高发热温度 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； 2）求出Ah 3)查出θh 0 铝 铜 3、计算短路电流热效应（实用计算法） 周期分量的热效应 非周期分量的热效应 当短路电流切除时间超过1秒时，可忽略非周期分量的影响 非周期分量等效时间见表3-3 注意 实用短路计算 1.计算某地点的发电机到短路点的转移阻抗X*(网络化简). 转移阻抗X* 是以100MVA为基准的标幺值 2.转移阻抗X* 转换为 计算电抗Xjs* 计算电抗Xjs* 是以发电机容量为基准的标幺值 3.如果Xjs*大于3,表示发电机与短路点之间的电气距离较远,可忽略发电机的暂态过程,I”* = 1/ Xjs* 如果Xjs*小于3,表示发电机与短路点之间的电气距离较近,不能忽略发电机的暂态过程,由 Xjs*和tk查运算曲线得到I”* 4.I”*转为有名值(以发电机容量为基准) 5.将多个地点的发电机对短路点提供的短路电流有名值相加. 如何得到故障点处:Itk/2 Itk I” 短路开始(t=0)时刻,短路电流周期分量的有效值 Itk/2