[工学]第三章 常用计算的基本理论20110228.ppt

第三章 常用计算的基本理论和方法 内容简介 第一节 正常运行时导体载流量计算 第二节 载流导体短路时发热计算 第三节 载流导体短路时电动力计算 第四节 电气设备及主接线的可靠性分析 第五节 技术经济分析 3.1 导体载流量和运行温度计算 3.1.1 概述 1.发热：电气设备有电流通过时将产生损耗，这些损耗都将转变成热量使电气设备的温度升高。 长期发热：由正常工作电流产生。 短时发热：由故障时的短路电流产生。 3.发热对电气设备的影响 使绝缘材料的绝缘性能降低； 使金属材料的机械强度下降； 使导体接触部分的接触电阻增加。 4.最高允许温度 裸导体长期工作发热的最高允许温度一般为70oC； 在计及日照影响时，钢芯铝绞线及管形导体为80oC； 当导体接触处有镀（搪）锡的可靠覆盖层时为85oC，有银的覆盖层时为95oC。 4.最高允许温度 导体通过短路电流时的短时最高允许温度，对硬铝及铝锰合金为200oC，对硬铜为300oC。 电力电缆的最高允许温度与其导体材料、绝缘材料及电压等级等因素有关。 有关规程还规定了交流高压电器各部分长期工作发热的最高允许温度。 3.1.2 导体的发热和散热 导体的发热计算：根据能量守恒原理，即导体产生的热量与耗散的热量应相等来进行计算。 1. 导体电阻损耗的热量QR 单位长度（1m）的导体通过电流IW时，在单位时间内由电阻损耗产生的热量为： 2. 导体吸收太阳能辐射的热量Qt 对于圆管导体： 3. 导体对流散热量Ql 对流：由气体各部分发生相对位移将热量带走的过程。 由传热学知：对流散热所传递的热量，与温差及散热面积成正比，即导体对流散热量为： 根据对流条件的不同，分为： 自然对流散热：屋内自然通风或屋外风速小于0.2m/s。 强迫对流散热：屋外配电装置中导体，常受到大气中风吹的作用，风速越大，空气分子与导体表面接触的数目增多，对流散热的条件就越好，因而形成强迫对流散热。 自然对流散热和强迫对流散热具有不同的对流散热系数。 （1）自然对流散热 1）对流散热系数 可按大空间湍流（又称紊流）状态来考虑，一般取： 几种常用导体的对流散热面积 单条导体对流散热面积 二条导体对流散热面积 三条导体对流散热面积 槽形导体对流散热面积 圆管导体 对流散热面积为： （2）强迫对流散热 1）强迫对流散热系数 如果风向与导体不垂直，二者之间有一夹角，则上式须乘以修正系数。 4.导体辐射散热量Qf 辐射：热量从高温物体以热射线方式传给低温物体的传播过程。 1）矩形导体的辐射散热表面积 二条矩形导体 通常计算中，内侧面积应乘上系数 ， 3）圆管导体的辐射表面积 五、导热散热量Qd 导热：物体的各部分直接接触，热量由高温区传至低温区的过程。气体的导热量相对较小，可忽略不计。 3.1.3 导体载流量的计算 导体的载流量：导体的长期允许的电流。通过分析导体长期通过工作电流时的发热过程来计算。 1.导体的温升过程（用热量平衡方程式来描述） 在导体升温过程中的热平衡方程 在时间dt内，由上式可得： 2.导体的载流量 3. 提高导体载流量的措施 减小导体电阻R 宜采用电阻率小的材料，如铜、铝、铝合金等； 减小接触电阻，如接触面镀锡、银等； 增加导体截面积S. 增大导体的换热面F。同样截面积S下，实心圆形导体的表面积最小，而矩形、槽形导体的表面积较大 提高换热系数aw 采取散热效果最佳的方式，矩形截面导体竖放的散热效果比平放的要好; 屋内配电装置的导体表面涂漆，可提高辐射系数，从而提高辐射散热能力，但屋外配电装置的导体不宜涂漆，而保留光亮表面，以减少对日照热量的吸收； 采用强迫冷却。 【例3-1】 屋内配电装置中100mm×8mm的矩形导体，正常运行温度为70oC，周围空气温度为25oC，试计算该导体的载流量。 3.1.4 大电流导体附近钢构的发热 1. 钢构发热的原因 随着发电机组容量的增大，导体电流也相应增大，导体周围出现强大的交变电磁场，使其附近钢构中产生很大的磁滞和涡流损耗，钢构因此而发热。 2. 钢构发热的最高允许温度 人可触及的钢构为70oC； 人不可触及的钢构为100oC； 混凝土中的钢筋为80oC。 3. 导体磁场中钢构的布置方式与磁场分布 a)与导体平行的长直钢构 4. 减少钢构损耗和发热采取的措施 加大钢构和导体之间的距离，使磁场强度减弱，可以降低涡流和磁滞损耗； 断开钢构回路，并加上绝缘垫，消除环流； 采用电磁屏蔽（如图）； 采用分相封闭母线。 3.1.5 大电流封闭母线运行温度的计算 一、敞露母线的缺点 容易受到外界的影响； 对大电流敞露母线，当发电机出口回路发生相间短路时，短路电流很大，使母线及其支持绝缘子受到很