导体的发热与短路电动PPT课件

1、教学内容教学内容 载流导体载流导体长期发热长期发热的特点的特点, , 导体长期允许载流量导体长期允许载流量的计算方法及提高导体载流量的措施的计算方法及提高导体载流量的措施 载流导体载流导体短时发热短时发热的特点的特点, , 导体短时最高发热温导体短时最高发热温度的计算方法、短路电流热效应的计算方法、热度的计算方法、短路电流热效应的计算方法、热稳定的概念稳定的概念 三相导体三相导体短路电动力短路电动力的计算方法和特点、动稳定的计算方法和特点、动稳定的概念的概念第1页/共30页一、导体载流量和运行温度计算一、导体载流量和运行温度计算发热的原因发热的原因： 电阻损耗电阻损耗 导体内部导体内部 磁滞和

2、涡流损耗磁滞和涡流损耗导体周围的金属构件导体周围的金属构件 介质损耗介质损耗 绝缘材料内部绝缘材料内部长期发热，由正常工作电流产生长期发热，由正常工作电流产生短时发热，由故障短路电流产生短时发热，由故障短路电流产生发热的危害发热的危害： 机械强度下降；机械强度下降； 接触电阻增加；接触电阻增加； 绝缘性能下降绝缘性能下降第2页/共30页1 1、最高允许温度最高允许温度 正常最高允许工作温度正常最高允许工作温度：7070（一般裸导体）（一般裸导体）8080（计及日照时的钢芯铝绞线、管形导体）（计及日照时的钢芯铝绞线、管形导体）8585（接触面有镀锡的可靠覆盖层）（接触面有镀锡的可靠覆盖层） -

3、-主要取决于系统接触电阻的大小主要取决于系统接触电阻的大小 短时最高允许温度短时最高允许温度：200200（硬铝及铝锰合金）（硬铝及铝锰合金）300300（硬铜）（硬铜） -主要取决于短时发热过程中导体机械强度的大小、主要取决于短时发热过程中导体机械强度的大小、介质绝缘强度的大小介质绝缘强度的大小 第3页/共30页2 2、导体的长期发热、导体的长期发热 I-流过导体的电流（A）R-导体的电阻（）m-导体的质量（kg）c-导体的比热容J/(kg. )W W -导体总的换热系数W/(m2. )F-导体的换热面积（ m2 /m)0 -周围空气的温度（ ） -导体的温度（ ）（1 1）导体长期发热的公

4、式推导）导体长期发热的公式推导 热平衡方程：热平衡方程： 导体产生的热量导体产生的热量QRQR = = 导体自身温度的升高导体自身温度的升高QcQc + + 对流和辐射散失到周围介质的热量对流和辐射散失到周围介质的热量Q Ql l + Q + Qf f稳定稳定温升温升导体发热时间常数rrTtkTtwee)1 (0kk0FRIww2FmcTwrdtFmcdRdtIww)(02初始温升初始温升: :时间时间t t的温升的温升: :若若tw-指导体通过工作电流指导体通过工作电流时的发热过程时的发热过程 第4页/共30页（2 2）导体长期发热的特点）导体长期发热的特点3 3）导体达到稳定发热状态后，由

5、电阻损耗）导体达到稳定发热状态后，由电阻损耗产生的热量全部以对流和辐射的形式散失产生的热量全部以对流和辐射的形式散失掉，导体的温升趋于稳定，且稳定温升与掉，导体的温升趋于稳定，且稳定温升与导体的初始温度无关。导体的初始温度无关。导体温升变化曲线导体温升变化曲线1 1）导体通过电流）导体通过电流I I后，温度开始升高，后，温度开始升高，经过（经过（3 34 4）倍）倍T Tt t( (时间常数时间常数) )，导体达，导体达到稳定发热状态；到稳定发热状态；2 2）导体升温过程的快慢取决于导体的发）导体升温过程的快慢取决于导体的发热时间常数，即与导体的吸热能力成正热时间常数，即与导体的吸热能力成正比

6、，与导体的散热能力成反比，而与通比，与导体的散热能力成反比，而与通过的电流大小无关；过的电流大小无关；第5页/共30页3.3.提高导体载流量的措施提高导体载流量的措施1 1）减小交流电阻）减小交流电阻Rac(Rac(公式公式3-3)3-3)， 采用电阻率小的材料。如铜、铝采用电阻率小的材料。如铜、铝 增大导体的截面增大导体的截面减小接触电阻。减小接触电阻。 表面镀锡表面镀锡 银等银等采用集肤效应系数小的导体采用集肤效应系数小的导体与电流频率、导体的形状和尺寸有关（图与电流频率、导体的形状和尺寸有关（图3-1 3-1 3-23-2）2 2）增大散热面积。）增大散热面积。相同截面积，矩形导体的表面

7、积大于圆形的相同截面积，矩形导体的表面积大于圆形的矩形竖放的表面积大于平放的矩形竖放的表面积大于平放的3 3）增大复合散热系数：强迫对流、表面涂漆）增大复合散热系数：强迫对流、表面涂漆 FRIww2RQQRFIflw)(0第6页/共30页关于集肤效应系数关于集肤效应系数第7页/共30页常用硬导体长期允许载流量和常用硬导体长期允许载流量和集肤效应系数集肤效应系数见见 343 343页附表页附表1 1 344 344页附表页附表2 2 附表附表3 3 第8页/共30页二、载流导体的短时发热计二、载流导体的短时发热计算算 目的：确定导体的最高温度（目的：确定导体的最高温度（不应超过规定的不应超过规定

8、的导体短时发热温度。当满足这个条件，认为导导体短时发热温度。当满足这个条件，认为导体在短路时具有体在短路时具有热稳定热稳定性）性）-指短路开始到短路切除为止很短一段时间内导体的发热过程。指短路开始到短路切除为止很短一段时间内导体的发热过程。ainbrbrprKtttttt短路时短路时间间保护动作保护动作时间时间断路器的全开断断路器的全开断时间时间燃弧时燃弧时间间断路器固有分断路器固有分闸时间闸时间第9页/共30页1 1、短时发热的特点、短时发热的特点 短时均匀导体的发热过程短时均匀导体的发热过程n绝热过程。由于发热时间短，可认为电阻损耗产生的热量绝热过程。由于发热时间短，可认为电阻损耗产生的热

9、量来不及散失，全部用于使导体温度升高。来不及散失，全部用于使导体温度升高。 QR = Qc n导体温度变化很大，电阻和比热容随温度而变化。导体温度变化很大，电阻和比热容随温度而变化。 短时最高发热温度短时最高发热温度h h为为短路电流切除时刻短路电流切除时刻t tk k 对应对应的导体温度的导体温度第10页/共30页)1 ()1 (002CCSlmSlRdmCdtRImkt热平衡方程热平衡方程: :dCdtISmkt1110022hwkdCdtISmtkt11100022320000/1)(0/10)(mkgmSmlCCCkgJCCCmCkgmCkgJCRAImtk导体材料的密度，导体的截面积

10、，导体的长度，的温度系数，比热容时导体的比热容，的温度系数，电阻率时导体的电阻率，导体的质量，时导体的比热容，温度为时导体的电阻，温度为短路全电流的有效值， 第11页/共30页)1ln()1ln(1200200022wwmhhmtktcCdtISk定义：定义：dtIQkkttk02（短路电流热效应）（短路电流热效应）whkAAQS21)1ln(hh200hwcA)1ln(ww200wwcA第12页/共30页2 2、计算导体短时发热的最高发热温、计算导体短时发热的最高发热温度度假设假设：已知短路电流热效应已知短路电流热效应Q Qk k则：则：1 1）由导体初始温度）由导体初始温度ww查查出出Aw

11、Aw；2 2）求出求出A Ah h3)3)查出查出h h)( C)/(4mJA0的曲线)(Af铝铜wwAhkwAQSA21h第13页/共30页3 3、计算短路电流热效应（实用计算、计算短路电流热效应（实用计算法）法）npptktkQQdtIQk02)10(12222202kkkttktptpIIItdtIQ222)1 (TIIeTQakTtanp周期分量的热周期分量的热效应效应 非周期分量的非周期分量的热效应热效应 当短路电流切除时间超过当短路电流切除时间超过1 1秒时，可忽略秒时，可忽略非周期分量的影响非周期分量的影响 非周期分非周期分量等效时量等效时间见表间见表3-33-3注注意意pkQQ

12、 第14页/共30页实用短路计算实用短路计算1.1.计算某地点的发电机到短路点的转移阻抗计算某地点的发电机到短路点的转移阻抗X X* *( (网络化简网络化简).). 转移阻抗转移阻抗X X* * 是以是以100100MVAMVA为基准的标幺值为基准的标幺值2.2.转移阻抗转移阻抗X X* * 转换为转换为 计算电抗计算电抗XjsXjs* * 计算电抗计算电抗XjsXjs* * 是以发电机容量为基准的标幺值是以发电机容量为基准的标幺值3.3.如果如果XjsXjs* *大于大于3,3,表示发电机与短路点之间的电气距离较远表示发电机与短路点之间的电气距离较远, ,可忽略发电可忽略发电机的暂态过程机

13、的暂态过程, ,I I”* * = 1/ Xjs = 1/ Xjs* * 如果如果XjsXjs* *小于小于3,3,表示发电机与短路点之间的电气距离较近表示发电机与短路点之间的电气距离较近, ,不能忽略发不能忽略发电机的暂态过程电机的暂态过程, ,由由 XjsXjs* *和和tktk查运算曲线得到查运算曲线得到I I”* * 4.4.I I”* *转为有名值转为有名值( (以发电机容量为基准以发电机容量为基准) )5.5.将多个地点的发电机对短路点提供的短路电流有名值相加将多个地点的发电机对短路点提供的短路电流有名值相加. .如何得到故障点处如何得到故障点处: :Itk/2 ItkItk/2

14、ItkI I” 短路开始短路开始( (t=0)t=0)时刻时刻, ,短路电流周期分量的有效值短路电流周期分量的有效值Itk/2 Itk/2 短路后短路后( (t=tk/2)t=tk/2)时刻时刻, ,短路电流周期分量的有效值短路电流周期分量的有效值Itk Itk 短路后短路后( (t=tk)t=tk)时刻时刻, ,短路电流周期分量的有效值短路电流周期分量的有效值第15页/共30页三、载流导体短路电动力计算三、载流导体短路电动力计算1 1、两条无线细长载流导体间的电动力、两条无线细长载流导体间的电动力 短路时，导体温度高，还受到电动力作用，当导体和电短路时，导体温度高，还受到电动力作用，当导体和

15、电气设备机械强度不够时，将会气设备机械强度不够时，将会变形或损坏变形或损坏。 必须研究短路电流产生电动力的大小和特征，以便选用必须研究短路电流产生电动力的大小和特征，以便选用适当强度的导体和电气设备，保证足够的适当强度的导体和电气设备，保证足够的动稳定动稳定，必要，必要时采取限制短路电流的措施。时采取限制短路电流的措施。LaiiF217102(N)第16页/共30页例如：根据安装地点处应承受的最大电动力，选择合适的隔离例如：根据安装地点处应承受的最大电动力，选择合适的隔离开关。否则，短路时可能将隔离开关自动断开。开关。否则，短路时可能将隔离开关自动断开。V V型隔离开关型隔离开关: : 承受的

16、电动力较小承受的电动力较小两柱式隔离开关两柱式隔离开关: :承受的电动力较大承受的电动力较大第17页/共30页217102iiaLKFf(N)K Kf f- -形状系数形状系数n圆形导体：圆形导体： K Kf f =1=1n槽形导体：见表槽形导体：见表3-43-4n矩形导体：见图矩形导体：见图3-18 3-18 11Khb，1趋近于增大，bhba1)1)计算矩形导体相间电动力时不需要考虑计算矩形导体相间电动力时不需要考虑K K2)2)计算矩形导体同相条间电动力时必须考虑计算矩形导体同相条间电动力时必须考虑K K注意：注意：考虑截面因素时两考虑截面因素时两载流导体间的电动载流导体间的电动力力第1

17、8页/共30页2 2、三相导体短路的电动力、三相导体短路的电动力)(1027CBBABCBABiiiiaLFFF)5 . 0(1027CABAACABAiiiiaLFFF第19页/共30页如不计短路电流周期分量的衰减，三相短路电流为：如不计短路电流周期分量的衰减，三相短路电流为： sin)sin(3ATtAmAaetIi )32sin()32sin(3ATtAmBaetIi )32sin()32sin(3ATtAmCaetIi第20页/共30页)3422sin(23)342sin(3)342sin(23102227AATtATtmBtteeIaLFaa)6122cos(43)612cos(23

18、cos43)612cos(438383102227ATtATtAmAtetteIaLFaa不衰减的固定分量不衰减的固定分量衰减的非周期分量衰减的非周期分量衰减的工频分量衰减的工频分量不衰减的不衰减的2倍工频分量倍工频分量第21页/共30页第22页/共30页t=0.01st=0.01s 时，短路电动力的幅值最大时，短路电动力的幅值最大2)3(7max10616. 1shAiaLF2)3(7max1073. 1shBiaLF282. 182. 1IIimsh三相短路的电动力三相短路的电动力短路冲击电流短路冲击电流短路开始时刻短路开始时刻( (t=0)t=0)短路电流周期分量的有效值短路电流周期分量

19、的有效值第23页/共30页2)3(72)3(72)2(7)2(max105 . 123102102shshshiaLiaLiaLF3 3、两相短路电动力、两相短路电动力2)3(7max1073. 1shBiaLF第24页/共30页4 4、三相导体最大短路电动、三相导体最大短路电动力力三相短路故障后的三相短路故障后的0.010.01s s，作用在中间作用在中间B B相相，27max1073. 1shiaLF（N）282. 182. 1IIimsh第25页/共30页5 5、导体振动的动态应、导体振动的动态应力力导体的固有振动频率：导体的固有振动频率：mEJLN2f1fL 绝缘子跨距L 绝缘子跨距电动力固有频率接近电动力频率（工频、固有频率接近电动力频率（工频、2 2倍工频倍工频）导体共振导体共振损坏导体及其架构损坏导体及其架构第26页/共30页 凡是连接发电机、主变压