导体的发热与短路电动.pptVIP

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 --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.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 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） 1、短时发热的特点 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 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 3、计算短路电流热效应（实用计算法） 三、载流导体短路电动力计算 1、两条无线细长载流导体间的电动力 短路时，导体温度高，还受到电动力作用，当导体和电气设备机械强度不够时，将会变形或损坏。 必须研究短路电流产生电动力的大小和特征，以便选用适当强度的导体和电气设备，保证足够的动稳定，必要时采取限制短路电流的措施。 例如：根据安装地点处应承受的最大电动力，选择合适的隔离开关。否则，短路时可能将隔离开关自动断开。 V型隔离开关: 承受的电动力较小 两柱式隔离开关:承受的电动力较大 考虑截面因素时两载流导体间的电动力 2、三相导体短路的电动力 3、两相短路电动力 4、三相导体最大短路电动力 三相短路故障后的0.01s，作用在中间B相， 5、导体振动的动态应力 导体的固有振动频率： 凡是连接发电机、主变压器以及配电装置中的导体均应考虑共振的影响 小结 导体长期发热的特点 导体短时发热的特点 短路电流热效应的计算方法 三相导体最大短路电动力的计算 作业 1.为什么要研究导体和设备的发热和电动力？ 2.导体在正常运行和短路情况下的最高允许温度是多少？ 3.导体的长期允许电流是根据什么确定的？提高长期允许电流应采取哪些措施？ 4.什么是热稳定？什么是动稳定？ 5.如何计算导体短路时的最高发热温度?其中短路电流热效应如何计算? 6.三相平行导体发生三相短路时最大电动力出现在哪相上？如何计算最大电动力? * * 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 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； 见 343页附表1 344页附