第五章 导体的发热和电动力计算.ppt

第五章 导体的发热及电动力计算 主讲人： 徐明荣 一、概述 1、导体和电器运行两种工作状态： （1）正常工作状态：电压和电流不超过额定值，导体和电器能够安全经济地运行； （2）短路工作状态：短路电流比额定电流高出几十倍，导体和电器承受短时发热和电动力地作用。 2、导体正常工作产生地损耗：（1）电阻损耗；（2）涡流和磁滞损耗；（3）绝缘材料介质损耗 3、发热对电器不良影响： （1）机械强度下降； （2）接触电阻增加； （3）绝缘性能降低。 导体正常最高工作温度不应超过＋70摄氏度，通过短路电流上硬铝和铝锰合金可取200摄氏度，硬铜可取300摄氏度。 二、导体的发热 1、导体的电阻损耗的热量QR 式中： 2、太阳日照的热量Qs 集肤系数 三、热量的传递过程 1、对流：由气体各部分相对位移将热量带走的过程。 关键求:换热系数ac 和单位长度换热面积Fc （1）自然对流换热：屋内自然通风和屋外风速小于0.2m/s换热。 换热系数ac 单位长度换热面积Fc和导体尺寸、布置方式等因数有关。 a、单条导体 A1为单位长度导体在高度方向的面积 （导体截面用毫米mm表示） b、二条导体 c、三条导体 d、槽型导体 d、槽型导体 e、圆管导体 （2）强迫对流换热 （一般指屋外配电装置中的管型导体） 一、导体长期发热的特点 （1）发热由正常工作电流引起； （2）发热热量少，温升不高； （3）发热连续且长期； （4）发热和放热相等； （5）电阻R、比热容C可看成常数； 二、导体的温升过程 导体产生的热量：QR 导体的散热：Qc+Qr，导体的温升热量： QW 热平衡方程： 其中： 化简得： 整理方程得： 方程求解后可得： 稳定温升为： 温升过程表达式： 三、导体的载流量 根据公式： 得： 故导体的载流量为： 考虑日照，对于屋外导体： 提高载流量的措施： （1）减小导体电阻 ：a、减小接触电阻；b、增加导体截面；c、减小电阻率，即采用电阻率小的金属如：铜 （2）增加导体散热面积（F)：槽型、矩形的散热面积较大，35KV及以下多采用，大电流母线多采用双槽型。 （3）增加导体散热系数（a)： a、强迫冷却（风冷或水冷）；b、合理布置导体；c、表明涂漆（屋内：A B C相：黄绿红）。 一、导体短期发热的特点 （1）发热由短路电流引起； （2）发热热量多，温升高； （3）发热时间短； （4）由于发热时间短，所以热量来不及耗散，热量全部用于导体温升（绝热过程）； （5）电阻R、比热容C不是常数，随温度变化； 二、短时发热过程 热平衡方程：QR＝QW 化简得： 整理方程得： 方程求解后可得： 令 则上式可表示为： 最终温度的求解： 思路： 曲线： 三、热效应Qk的计算方法 热效应Qk的化简： （1）周期分量的热效应Qp的 （2）非周期分量的热效应Qnp的 注：如果短路电流切除时间tk1s，导体的发热主要由周期分量来决定，此时可不计非周期分量的影响。 非周期分量等效时间的查询： 例题： 一、计算电动力的方法 1、毕奥－沙瓦定律 2、两根平行导体间的电动力计算 导体2全长在dL1处产生的磁感应强度为： 化简得： 由于： 则长度为L的导体上所受的电动力为： 3、不同形状导体间的电动力计算 不同形状导体的形状系数： 二、三相导体短路的电动力 1、电动力计算 （1）作用在中间相（B相）的电动力 2、最大电动力 A相最大电动力： B相最大电动力： 最大电动力： 3、导体振动的动态应力 导体的固有频率： 最大电动力修正： 为避免导体共振应使其固有频率 在下述范围之外：范围之外β＝1 一、分相封闭母线的特点 1、优点： （1）运行可靠性高因母线置于外壳中，能防止相间短路，而且外壳多点接地，可保障人体接触时的安全； （2）短路时母线相间的电动力大大降低，由于外壳涡流和环流的屏蔽作用，使壳内磁场减弱，对减小短路电动力有明显的效果； （3）壳外磁场亦受外壳电流的屏蔽作用而减弱，可改善母线附近钢构的发热； （4）安装和维护的工作量小； 2、缺点： （1）母线散热条件差； （2）外壳产生损耗； （3）金属消耗量大 二、封闭母线的发热和散热 1、封闭母线的发热 （1）封闭母线导体的发热损失 （2）封闭母线外壳的发热损失 2、封闭母线的散热 （1）母线的散热 1）母线向外壳的辐射散热