第三章常用计算的基本理论和方法-.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 常用计算的基本理论和方法,导体和电器在运行中常遇到两种工作状态：,发电厂电气部分,第三章,常用计算的基本理论和方法,3-2,载流导体短路时发热计算,一、概述,（,1,）正常工作状态，即电压和电流都不超过额定值得允许偏移范围，正常工作状态是一种长期工作状态；,（,2,）短路工作状态，即系统发生短路故障至故障切除的短时间内的工作状态，故障将引起电流突然增加，短路电流要比额定电流大几倍甚至几十倍。,本章介绍载流导体的发热和电动力理论。,供电系统发生短路时，短路电流相当的大。短路电流通过导体和电气设备，会产生很大的电动力和很高的温度，称短路的,电动效应和热效应,。,主要用于检验设备的,动稳定性和热稳定性,。,石大胜利学院,第三章 常用计算的基本理论和方法,石大胜利学院,发电厂电气部分,第二章 发电、变电和输电的电气部分,载流导体的电阻损耗；,绝缘材料内部的介质损耗；,载流导体周围金属构件处于交变磁场中所产生的磁滞损耗,和涡流损耗。,损耗都将转变成热量使电气设备的温度升高。,发热按流过电流的大小和时间分为,长期发热,和,短时发热,两类。,导体和电气设备有电流通过时将引起发热，发热主要是由于有功功率损耗引起，这些损耗主要包括：,发电厂电气部分,第三章,常用计算的基本理论和方法,发热对电气设备的影响,(1),使绝缘材料的绝缘性能降低,;,(2),使金属材料的机械强度下降,;,(3),使导体接触部分的接触电阻增加。,长期发热,:,由正常工作电流产生的；,短时发热,:,由故障时的短路电流产生的。,石大胜利学院,第三章 常用计算的基本理论和方法,石大胜利学院,发电厂电气部分,第二章 发电、变电和输电的电气部分,最高允许温度,为了保证导体可靠地工作，须使其发热温度不得超过一定限值。这个限值叫作,最高允许温度,。,导体的正常最高允许温度，一般不超过,+70,；,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。,有关规定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。,导体通过短路电流时，短时最高允许温度可高于正常最高允许温度，对硬铝及铝锰合金取,200,，硬铜取,300,。,发电厂电气部分,第三章,常用计算的基本理论和方法,二、导体短路时发热过程,导体短路时发热，指短路开始至短路被切除为止很短时间内导体发热的过程。,计算的目的是确定导体的最高温度。校验是否满足热稳定。,图,3-6,短路时均匀导体的发热过程,石大胜利学院,第三章 常用计算的基本理论和方法,导体正常工作时（短路前）的温度,短路后导体的最高温度,导体周围环境温度,石大胜利学院,发电厂电气部分,第二章 发电、变电和输电的电气部分,导体短路时发热特点,(1),发热时间短，产生热量来不及向周围介质散矢，可认为在短路电流持续时间内所产生的全部热量都用来升高导体自身的温度，即认为是一个绝热过程；,(2),短路时导体温度变化范围很大,它的电阻和比热容不能再视为常数，而应为温度的函数。,热平衡方程式：,石大胜利学院,发电厂电气部分,第二章 发电、变电和输电的电气部分,导体短路时发热的微分方程式,石大胜利学院,发电厂电气部分,第二章 发电、变电和输电的电气部分,对等式左右两边积分：,左端的积分与短路电流发出的热量成正比例，称为,短路电流的热效应（或称热脉冲）,，用,Q,k,表示,右端积分后，微分方程式可写为：,A,值与导体材料和,温度,有关,。,最高温度的计算方法,（,1,）由已知的导体初始温度,w(,通常取为正常运行时最高允许温度,),，从相应的导体材料曲线（图,3-7,）上查出,Aw,；,（,2,）将,Aw,和,k,值代入上式中求出，,即,（,3,）由,Ah,再从图,3-7,中导体材料曲线中 查出,h,值,石大胜利学院,发电厂电气部分,第二章 发电、变电和输电的电气部分,短路电流热效应为：,按定义的要求必须先求,I,kt,，再按进行积分。,由于短路电流,I,kt,变化规律复杂，很难用解,析式表示，工程上常用近似计算的方法。,近似计算方法：,等值时间法,、,实用计算,法,石大胜利学院,发电厂电气部分,第二章 发电、变电和输电的电气部分,三、短路电流热效应,Q,k,的计算,为短路电流的,热效应,。,发电厂电气部分,第三章,常用计算的基本理论和方法,实用计算法,(1),求周期分量的热效应,(2),求非周期分量的热效应,非周期分量等效时间,T,短路点,T,(s),t,k,0.1s,t,k,0.1s,发电机出口,0.15,0.20,发电机升高电压母线及,出线发电机电压电抗器后,0.08,0.10,变电站各电压母线及出线,0.05,0.05,如果短路电流切除时间,t,k,1s,，导体的发热主要由周期分量决定，则非周期分量的影响可略去不计。,石大胜利学院,第三章 常用计算的基本理论和方法,微分方程式,非周期分量的等效时间,T,可以通过表,3-3,查出来,发电厂电气部分,第三章,常用计算的基本理论和方法,3-3,载流导体短路时电动力计算,一、计算电动力的方法,1,、毕奥,-,沙瓦定律法,2,、两条平行导体间电动力计算,考虑导体截面尺寸和形状影响时,石大胜利学院,第三章 常用计算的基本理论和方法,载流导体在磁场中，受到磁场力的作用，这种力称为,电动力,。电力系统短路时，导体中通过短路电流，导体受到巨大的电动力作用。如果机械强度不够，将使导体变形或损坏。,形状系数,K,为实际形状导体所受的电动力与细长导体所受电动力之比,发电厂电气部分,第三章,常用计算的基本理论和方法,二、三相导体短路时的电动力,1,、电动力的计算,(1),作用在中间相,(B,相,),的电动力,(2),作用在外边相,(A,相或,C,相,),的电动力,石大胜利学院,第三章 常用计算的基本理论和方法,发电厂电气部分,第三章,常用计算的基本理论和方法,2,、电动力的最大值,F,A,最大值出现在固定分量和非周期分量之和为最大瞬间,即,75,或,225,等。,F,B,最大值出现在非周期分量最大的瞬间，,即,75 165 225,等。,二、三相导体短路时的电动力,1,、电动力的计算,石大胜利学院,第三章 常用计算的基本理论和方法,石大胜利学院,发电厂电气部分,第二章 发电、变电和输电的电气部分,