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第三章 常用计算的基本理论和方法 主讲教师：方鸽飞 eefanggf@zju.edu.cn 主要内容 导体载流量和运行温度计算 载流导体短路时发热计算 载流导体短路时电动力计算 电气设备及主接线的可靠性分析 技术经济分析 小结 3.1 导体载流量和运行温度计算 发热对电气设备的影响 绝缘材料的绝缘性能降低 金属材料的机械强度下降 导体接触部分的接触电阻增加 长期发热，短路发热 发热和电动力是电气设备运行中必须注意问题 3.1.1 概述 长期、短时最高允许温度 导体正常最高允许温度（长期发热），一般不超过70℃；计及太阳辐射（日照）影响时，钢芯铝绞线及管形导体，可按80℃ 短路电流（短时发热），硬铝和铝锰合金200℃，硬铜300℃ 导体电阻损耗的热量 导体吸收太阳辐射的热量 导体对流散热量 导体辐射散热量 导热散热量 (自学） 3.1.3 导体载流量的计算 3.1.3 导体载流量的计算 3.1.3 导体载流量的计算 影响导体载流量的因素 材料——电阻率小的材料 形状——同样截面积，矩形、槽形比圆形导体表面积大 布置——竖放比平放散热好 提高导体载流量的措施 减少导体电阻 增大导体的换热面积 提高换热系数 例题 3.1.4 大电流导体附近钢构的发热（自学） 3.1.5 大电流封闭母线运行温度的计算（自学） 3.2 载流导体短路时的发热计算 3.2.1 导体短时发热过程 载流导体和电器耐受短路电流热效应而不致被损坏的能力，称为载流导体和电器的热稳定性。 当确定了导体通过短路电流时的最高温度后，此值若不超过所规定的导体材料短时发热最高允许温度，则称该导体在短路时是热稳定的，否则，需要增加导体截面或限制短路电流，以保证其热稳定性。 等值时间法 等值时间法 周期分量等值时间 非周期分量等值时间 等值时间法（小结） 例（与例3－3类似） 例(续） 实用计算法 实用计算法（续） 例 例（续） 3.3 载流导体短路时电动力计算 载流导体位于磁场中，就会受到磁场力的作用，这种力称为电动力。 当电力系统中发生短路时，导体中流过很大的短路电流，从而产生巨大的电动力。 如果导体和电气设备的机械强度不够时．将使其变形或损坏也可能使闭合状态的开关电器触头打开，造成严重事故。所以，为了安全运行，必须对短路电流产生的电动力的大小和特征进行分析和计算。 3.3.1 计算电动力的方法 毕奥－沙瓦定律 两条平行导体间的电动力的计算 3.3.1 计算电动力的方法（续） 考虑导体截面尺寸和形状的影响，对上述电动力计算进行修正 3.3.2 三相导体短路时的电动力 电动力的最大值(B相） 3.3.2 三相导体短路时的电动力（续） 导体振动时动态应力 配电装置中的母线具有质量和弹性，是一弹性系统。当其受到外力作用，将在平衡位置两侧，按一定频率作往复振动，形成固有振动，又称自由振动，其振动频率称为固有频率。由于受到摩擦和阻尼的作用．振动会逐渐衰减，最后趋于平衡状态。这种衰减振动状态对母线强度的影响是不大的。 但是若受到电动力的持续作用，周期性的电动力会导致强迫振动。电动力中有工频和二倍工频两个周期分量，如果母线的固有频率接近这两个频率之一时，就会出现共振现象，使振幅增大，甚至使母线系统遭到破坏。所以在设计时，应避免发生共振现象。 3.3.2 三相导体短路时的电动力（续） 一阶固有频率 导体发生振动时，在导体内部产生动态应力。当一阶固有频率在一定范围内时，最大电动力应乘上动态应力系数加以修正 3.4 电气设备及主接线的可靠性分析 目的（P82） 设计和评价主接线 不同主接线方案比较，选择最优方案 选择最优运行方式 寻找主接线薄弱环节，以便合理安排检修计划和采取相应对策 可靠性和经济性的最佳搭配 3.4.1 基本概念 可靠性的含义 可靠性定义为元件、设备、系统等在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率 电力系统可靠性定义：在任何情况下，能保质保量连续供电的能力 设计主接线时，多以保证连续供电和发电出力的概率作为可靠性计算的判据 3.4.1 基本概念（续） 电气设备的分类 可修复元件（系统）：若元件(系统)投入使用一段时间后发生故障，经过修理后能再次恢复到正常状态，称之为可修复元件(系统) 不可修复元件（系统）：若元件(系统)投入使用后，一旦发生故障便无法修复，或虽能修复但很不经济，称之为不可修复元件(系统) 发电机 变压器 断路器 输电线路等; 电容器电灯泡等 3.4.1 基本概念（续） 电气设备的工作状态 运行状态（工作或待命），又称为可用状态，即元件处于可执行它的规定功能的状态 停运状态（故障或检修），又称为不可用状态，即元件处于故障不能执行它的规定功能的状态 元件的寿命处在“运行”、“停运”两种状态的交替过程中，是一个循环过程。