ch03常用计算的基本理论和方法.pptxVIP

第三章 常用计算的基本理论和方法第三章 常用计算的基本理论和方法3.1 正常运行时导体载流量计算3.2 载流导体短路时发热计算3.3 载流导体短路时电动力计算3.4 电气设备及主接线的可靠性分析3.5 技术经济分析--河南理工大学电气学院第三章 常用计算的基本理论和方法基本要求： 1、熟悉导体的最高允许发热温度 2、了解导体长期发热的特点 3、掌握导体载流量的计算及提高载流量的措施 4、了解导体短路时发热的特点 5、掌握导体短路电流热效应的计算 6、掌握导体在短路时的最大短路电动力计算--河南理工大学电气学院3.1 正常运行时导体载流量计算一、概述导体和电器运行中的两种状态： 正常工作状态 短路工作状态 导体正常工作时：可长期安全经济运行，但产生的各种损耗(电阻损耗、介质损耗、涡流和磁滞损耗）变成热能使导体的温度升高，带来不良影响，如绝缘性能降低、机械强度下降，接触电阻增加等。 导体短路时：持续时间短，但电流大，因此发热量也很大，造成导体迅速升温。同时，导体还受到电动力的作用，若超过允许值，将会使导体发生变形或损坏。发热和电动力是电气设备运行中必须考虑的问题--河南理工大学电气学院3.1 正常运行时导体载流量计算为了保证导体可靠的工作，应使其发热温度不超过一定限值，即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） 95℃（接触面有银的覆盖层）短时最高允许温度： 200℃（硬铝及铝锰合金） 300℃（硬铜）封闭母线最高允许温度： 70 ℃ （外壳） 90 ℃ （导体） 按正常工作电流及额定电压选择设备按短路情况来校验设备--河南理工大学电气学院二、导体载流量的计算导体通电时，其温度将由通电前的初始温度逐渐上升，经过一段时间后达到稳定温度（正常工作时的温度），这一过程称为导体的温升过程。通过分析导体长期通过工作电流时的温升过程，再结合导体长期工作时的正常最高允许温度，就可以计算某一特定尺寸、形状、布置方式下导体的长期允许电流（载流量）。目的：为导体的选择提供依据；研究提高导体允许电流或降低导体温度的各种措施。--河南理工大学电气学院 热平衡方程：二、导体载流量的计算导体的温升过程根据能量守恒原理：导体温升过程中/热稳定状态下，导体产生的热量等于耗散的热量。 产生的热量： QR — 单位长度导体电阻损耗的热量（W/m） Qt — 单位长度导体吸收太阳辐射的热量（W/m） 耗散的热量： Qc —单位长度导体温度升高需要的热量（W/m） Ql — 单位长度导体的对流散热量（W/m） Qf — 单位长度导体的辐射散热量（W/m）--河南理工大学电气学院二、导体载流量的计算导体电阻损耗热量Rac — 导体的交流电阻 Rdc — 导体的直流电阻ρ—20℃时的直流电阻率αt — 20℃时电阻的温度系数（表3-1） Kf —导体的集肤效应系数（图3-1、3-2）θw —导体运行温度导体吸收太阳辐射的热量Et — 太阳辐射功率密度，1000W/m2At —导体对太阳辐射热量的吸收率，取0.6Ft — 单位长度导体受太阳照射面积D—导体外直径，对于单位长度圆管，数值上等于Ft--河南理工大学电气学院二、导体载流量的计算导体对流散热量Ql 对流：由气体各部分发生相对位移将热量带走的过程 对流耗散的热量与温差及散热面积成正比αl —对流散热系数按对流条件的不同分为自然对流散热和强迫对流散热两种情况，其对流散热系数不同。（式3-6、3-7）Fl — 单位长度导体对流散热面积与导体形状、尺寸、布置方式等因素有关单条矩形导体、两条矩形导体、三条矩形导体槽型导体管型导体--河南理工大学电气学院二、导体载流量的计算导体辐射散热量Qf 辐射：热量从高温物体以热射线方式传递给低温物体的传播过程 根据斯蒂芬-波尔兹曼定律，导体向周围空气辐射的热量与导体和周围空气绝对温度的四次方差成正比。ε — 导体材料的相对辐射系数（黑度系数） 表3-2 Ff — 单位长度导体的辐射散热表面积视导体形状和布置情况而定单条矩形导体、两条矩形导体、三条矩形导体槽型导体管型导体--河南理工大学电气学院二、导体载流量的计算导体温升需要的热量Qc m — 单位长度导体的质量 (kg/m) c —导体的比热容 [J/(kg.℃)]τ —导体单位时间内的温升--河南理工大学电气学院工程上为了方便分析和计算，将Qf表示成与Ql相似的计算形式用总散热系数αw 和总散热面积F 来表示对流和辐射的复合散热作用Ql + Qf= αw (θw－θ0) Fθw—导体运行时的温度；θ0—周围环境温度热平衡方程:QR = QC + Ql + Qf二、导体载流量的计算t时刻导体温升定义为τ= θw － θ0设导体通过电