发电厂电气部分第五讲

第三章常用计算的基本理论和方法教学内容

载流导体长期发热的特点,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

载流导体短时发热的特点,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、热稳定的概念三相导体短路电动力的计算方法和特点、动稳定的概念大电流导体附近钢构发热的原因及减小钢构发热的办法、封闭母线的的特点

技术经济方案比较一、导体载流量和运行温度计算发热的原因：电阻损耗 导体内部磁滞和涡流损耗 导体周围的金属构件介质损耗 绝缘材料内部长期发热，由正常工作电流产生短时发热，由故障短路电流产生发热的危害：机械强度下降；接触电阻增加；绝缘性能下降1、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）--主要决定于系统接触电阻的大小

短时最高允许温度： 200℃（硬铝及铝锰合金）

300℃（硬铜）

--主要决定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

最高允许温度钢构发热的最高允许温度：

70℃（人可触及的钢构）

100℃（人不可触及的钢构）

80℃（混凝土中的钢筋）封闭母线最高允许温度：导体：90℃外壳：70℃2、导体的长期发热

--指导体通过工作电流时的发热过程

I---流过导体的电流（A）R---导体的电阻（Ω）m---导体的质量（kg）c---导体的比热容[J/(kg.℃)]αW---导体总的换热系数[W/(m2.℃)]F---导体的换热面积（m2/m)θ0---周围空气的温度（℃）θ---导体的温度（℃）1、导体长期发热的特点

热平衡方程：QR=Qc+Ql+Qf导体产生的热量=导体自身温度的升高+对流和辐射散失到周围介质的热量

稳定温升导体发热时间常数初始温升:对应于时间t的温升:若导体长期发热的特点3）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。导体温升变化曲线1）导体通过电流I后，温度开始升高，经过（3～4）倍Tt(时间常数)，导体达到稳定发热状态；2）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比，与导体的散热能力成反比，而与通过的电流大小无关；3、提高导体载流量的措施（1）减小交流电阻 Rac(公式3-3)， 采用电阻率小的材料。如铜、铝 增大导体的截面 减小接触电阻。表面镀锡银等 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3-13-2）（2）增大散热面积。 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（3）增大复合散热系数：强迫对流、表面涂漆

关于集肤效应系数常用硬导体长期允许载流量和集肤效应系数见343页附表1344页附表2附表34、大电流导体附近钢构的发热1、发热的原因：磁滞和涡流损耗 导体电流大于3000A，附近钢构的发热不容忽视危害： （1）材料产生应力而变形； （2）接触连接损坏； （3）混凝土中钢筋受热膨胀，使混凝土裂缝2、钢构发热的最高允许温度：人可触及的钢构为70℃；人不可触及的钢构为100℃； 混凝土中的钢筋为80℃。3、减少钢构损耗和发热的措施： 1）加大导体和钢构间的距离； 2）断开钢构回路，加绝缘垫； 3）采用电磁屏蔽，在H最大处套短路环； 4）采用分相封闭母线。5、分相封闭母线的特点优点： 1）运行可靠性高：防止相间短路，外壳多点接地能够保障人体接触时的安全； 2）短路时母线相间短路电动力大大降低：外壳涡流和环流的屏蔽作用使壳内的磁场减弱； 3）改善母线附近钢构的发热：壳外磁场受外壳电流的屏蔽作用而减弱； 4）安装和维护的工作量减少。缺点： 1）母线散热条件差； 2）外壳上产生损耗；

3）金属耗量增加。二、载流导体的短时发热计算目的：确定导体的最高温度（不应超过规定的导体短时发热温度。当满足这个条件，认为导体在短路时具有热稳定性）-----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。短路时间保护动作时间断路器的全开断时间燃弧时间断路器固有分闸时间1、短时发热的特点

短时均匀导体的发热过程是绝热的过程。由于发热时间短，可认为电阻损耗产生的热量来不及散失，全部用于使导体温度升高。QR=Qc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θh为短路电流切除时刻tk

对应的导体温度根据热平衡方程:定义：短路电流热效应2、导体短时发热的最高发热温度假设：已知短路电流热效应Qk则：1）由导体初始温度θw查出Aw；2）求出Ah3)查出θh0铝铜18定义：短路全电流短路电流周期分量有效值短路电流非周期分量起始值3、短路电流热效应的计算（等值时间法）1920

等值时间曲线短路电流热效应的计算（实用计算法）周期分量的热效应

非周期分量的热效应

当短路电流切除时间超过1秒时，可忽略非周期分量的影响

非周期分量等效时间见表3-3注意22例：有一铝母线型号为LMY-100×8，UN=10.5kV，IN=1500A,θi=46OC，tk=1.2s，I∥=28kA，I0.6=22kA,I1.2=20kA，求QK、θf。解：1）23三、载流导体短路电动力计算1、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，当导体和电气设备机械强度不够时，将会变形或损坏。必须研究短路电流产生电动力的大小和特征，以便选用适当强度的导体和电气设备，保证足够的动稳定，必要时采取限制短路电流的措施。(N)(N)Kf-形状系数圆形导体：Kf=1槽形导体：见表3-4矩形导体：见图3-181)计算矩形导体相间电动力时不需要考虑K2)计算矩形导体同相条间电动力时必须考虑K注意：考虑截面因素时两载流导体间的电动力2、三相导体短路的电动力三相短路时如不计短路电流周期分量的衰减，三相短路电流为：最大电动力：FA的最大值出现在固定分量和非周期分量之和为最大的瞬间；

FB的最大值出现在非周期分量为最大的瞬间。临界初相角为75º、225º

…….说明：短路电动力的最大值出现在短路后很短的瞬间，忽略周期分量和非周期分量的衰减，则：FA的最大值出现在固定分量和非周期分量之和为最大的瞬间，临界初相角φA=75º、225º等；FB的最大值出现在非周期分量为最大的瞬间，临界初相角φA=75º、165º、225º等。t=0.01s时，短路电动力的幅值最大3、两相短路电动力4、最大短路电动力三相导体最大短路电动力出现在三相短路故障后的0.01s，作用在中间B相，（N）5、导体振动的动态应力凡是连接发电机、主变压器以及配电装置中的导体均应考虑共振的影响导体发生振动时，内部产生动态应力：β与导体的固有振动频率有关，见图3-23动态应力系数为避免共振，重要导体的固有频率在下述范围以外：（1）单条导体及一组中的各条导体35~135HZ（2）多条导体及引下线的单条导体35~155HZ（3）槽形和管形导体30~160HZ四、技术经济方案比较发电厂和变电站的设计方案选择先提出若干个可行的接线方案经技术分析评价（可靠、先进、适用）,逐渐淘汰在剩余满足技术要求的几个方案中，进行经济比较（合理，费用少）

经济比较主要是对各方案的综合总投资和年运行费用进行综合效益比较，确定最佳方案。1、方案的经济比较项目（1）综合总投资主要包括变压器、开关设备、配电装置综合投资以及不可预见的附加投资等。只需计算方案不同部分的投资。I0:主体设备的综合投资，包括变压器、开关设备、母线、配电装置及明显的增修桥梁、公路和拆迁等费用。a:不明显的附加费用比例系数，如基础加工、电缆沟道开挖费用等，220KV取70，110KV取90（2）运行期的年运行费用主要包括一年中变压器的电能损耗及检修、维护、折旧费等。变压器的电能损耗，kW.h电价检修维护费率，0.022～0.042折旧费率，0.005～0.058年电能损耗的计算（1）双绕组变压器。n台同类型同容量双绕组变压器并联运行。变压器年运行小时数每台变压器的空载有功和无功损耗每台变压器的短路有功和无功损耗单位无功损耗引起的有功损耗系数.发电机母线上的变压器取0.02,系统中的变压器取0.1～0.15最大负荷损耗小时数n台担负的总负荷/每台额定容量（2）三绕组变压器。参见（3－106）2、常用的技术经济分析方法（1）年费用比较法将全部支出费用折算至工程建成年后再折算为年费用。折算至工程建成