第3章-常用计算的基本理论和方法课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《第3章-常用计算的基本理论和方法课件.ppt》由用户(三亚风情)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 常用 计算 基本理论 方法 课件
- 资源描述:
-
1、第三章第三章 常用计算的基本理论和方法常用计算的基本理论和方法第一节第一节 导体载流量和运行温度计算导体载流量和运行温度计算 第一节第一节 导体载流量和运行温度计算导体载流量和运行温度计算 为了保证导体可靠地工作,须使其发热温度不得超过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。一定限值,这个限值叫作最高允许温度。 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:由短路电流产生。短时发热:由短路电流产生。二、导体的发热和散热二、导体的发热和散热 1 1)导体电阻损耗的热量导体电阻损耗的热量QR (W/m) 。 2 2)导体吸收太阳辐
2、射的热量导体吸收太阳辐射的热量Qt (W/m) 。1、导体发热的类型、导体发热的类型2、导体散热的类型、导体散热的类型 1 1)导体对流散热量)导体对流散热量Q1 (W/m) 。2 2)导体辐射热量)导体辐射热量Qf (W/m) 。 3 3)导体导热散热量)导体导热散热量Qd (W/m) 。导体吸收太阳辐射产生的热量:导体吸收太阳辐射产生的热量:acWRRIQ2tttQE A D3、导体的发热计算、导体的发热计算导体导体通过通过的的电流电流导体的交导体的交流电阻流电阻导体的直径导体的直径导体的吸导体的吸收率收率太阳辐射功太阳辐射功率密度率密度)/()20(1 mKSKRRfwatfdcac导体
3、电阻损耗产生的热量:导体电阻损耗产生的热量:导体温度为导体温度为2020时的直流电阻率时的直流电阻率2020时的电时的电阻温度系数阻温度系数导体的运导体的运行温度行温度导体对流散发的热量:导体对流散发的热量:导体辐射散发的热量:导体辐射散发的热量:4、导体的散热计算、导体的散热计算11w01Q()F 44w0ff273273Q5.7F100100导体运行导体运行温度温度周围空气温度周围空气温度单位长度导体单位长度导体散热面积散热面积对流散热系数对流散热系数导体材料辐射导体材料辐射系数系数单位辐射散热单位辐射散热表面积表面积导体导热散发的热量导体导热散发的热量:(忽略不计):(忽略不计)5、根据
4、能量守恒原理、根据能量守恒原理Rt1fQQQQ二、导体的发热和散热二、导体的发热和散热三、导体载流量的计算三、导体载流量的计算-导体产生的热量导体产生的热量RQCQLfQQ-导体温升所需的热量导体温升所需的热量-导体散失到周围介质的热量导体散失到周围介质的热量 包括包括对流和辐射对流和辐射散热散热()RCLFQQQQW/m 对于均匀导体,其持续发热的热平衡方程式是:对于均匀导体,其持续发热的热平衡方程式是: (不考虑日照的影响不考虑日照的影响))(0wwfLQQ总散热系总散热系数数第一节第一节 导体载流量和运行温度计算导体载流量和运行温度计算在时间在时间dt内,由内,由()RCLFQQQQ20
5、()WWI RdtmcdFdtI I通过导体的电流通过导体的电流(A)(A);R R已考虑了集肤系数的导体交流电阻;已考虑了集肤系数的导体交流电阻;m m导体质量导体质量(kg)(kg);c c导体比热容;导体比热容; 导体总的散热系数;导体总的散热系数;F F导体散热表面积导体散热表面积 m m2 2 ; 导体温度导体温度 ; 周围空气温度周围空气温度; WW0注意:导体通过正常工作注意:导体通过正常工作电流时,其温度变化范围电流时,其温度变化范围不大,因此电阻不大,因此电阻 R R、比热、比热容容c c及散热系数及散热系数 。均可。均可视为常数!视为常数!w得得第一节第一节 导体载流量和运
6、行温度计算导体载流量和运行温度计算将上式整理得将上式整理得:220001()()KtWWwWWmcdtd I RFFRFI 22001()()WWwWWmcdtd I RFFRFI 对上式积分得:对上式积分得:2020()()WwWkI RFmctF I RF 解得:解得:设开始温升为:设开始温升为:0kk0对应于时间对应于时间t的温升为:的温升为:第一节第一节 导体载流量和运行温度计算导体载流量和运行温度计算2(1)WWFFttm cm ckwIReeFt w经很长时间后经很长时间后,导体的温升趋于导体的温升趋于稳定值稳定值(1)rrttwkTTee2wwI RF得得rwmcTF令令由上式可
7、得出导体温升曲线如下图:由上式可得出导体温升曲线如下图:导体的热时导体的热时间常数间常数第一节第一节 导体载流量和运行温度计算导体载流量和运行温度计算温升温升起始阶段上升很快,随时间的延长,其上升速度逐渐起始阶段上升很快,随时间的延长,其上升速度逐渐减小。减小。达到稳定温升的时间,从理论上讲应该是无穷大,实际上,达到稳定温升的时间,从理论上讲应该是无穷大,实际上,当当t(34)Tt(34)Tr r 时,其温升值即可按稳定温升时,其温升值即可按稳定温升w w计。计。对于某一导体,当通过不同的电流时,由于发热量不同,稳对于某一导体,当通过不同的电流时,由于发热量不同,稳定温升也就不同。定温升也就不
8、同。2wwI RF由温升变化曲线可得出由温升变化曲线可得出如下结论:如下结论:(1)rrttwkTTee!第一节第一节 导体载流量和运行温度计算导体载流量和运行温度计算2、导体的载流量计算、导体的载流量计算若已知导体的稳定温升,可计算导体的载流量。若已知导体的稳定温升,可计算导体的载流量。2wwI RF2wwlfI RFQQ0()wWFlfIRQQR导体的总散热导体的总散热若考虑日照影响时:若考虑日照影响时:RQQQItlf第一节第一节 导体载流量和运行温度计算导体载流量和运行温度计算采用电阻率小的材料;采用电阻率小的材料;采用散热条件最佳的布置方式(采用散热条件最佳的布置方式(矩形截面导体竖
9、矩形截面导体竖放的散热效果比平放的散热效果好放的散热效果比平放的散热效果好)。)。lfIQQRLRS如何提高导体的载流量如何提高导体的载流量I第二节第二节 载流导体短路时发热的计算载流导体短路时发热的计算回顾:回顾:短时发热的概念:短时发热的概念: 指指短路开始短路开始到到短路切除短路切除为止很短一段时间导体发热的为止很短一段时间导体发热的过程。过程。短时最高允许温度:短时最高允许温度: 为了保证导体可靠地工作,须使其短时发热温度不得为了保证导体可靠地工作,须使其短时发热温度不得超过一定限值,这个限值叫作短时最高允许温度。超过一定限值,这个限值叫作短时最高允许温度。与正常发热相比,短时发热的特
10、点:与正常发热相比,短时发热的特点:导体发出的热量比正常发热要多,导体温度升的很高。导体发出的热量比正常发热要多,导体温度升的很高。第二节第二节 载流导体短路时发热的计算载流导体短路时发热的计算h 补充短路电流的概念和数学表达式。补充短路电流的概念和数学表达式。短时发热计算的目的:短时发热计算的目的:第二节第二节 载流导体短路时发热的计算载流导体短路时发热的计算一、短路电流计算(补充)一、短路电流计算(补充)(一)产生短路电流的原因(一)产生短路电流的原因1 1、什么是短路?、什么是短路? 短路,就是指供电系统中不等电位的导体在短路,就是指供电系统中不等电位的导体在电气上被短接,如相与相之间、
11、相与地之间的短电气上被短接,如相与相之间、相与地之间的短接等。接等。2 2、什么是短路电流?、什么是短路电流? 短路电流是指供电系统短路时产生超出规定值短路电流是指供电系统短路时产生超出规定值许多倍的大电流。许多倍的大电流。第二节第二节 载流导体短路时发热的计算载流导体短路时发热的计算3 3、短路产生的原因、短路产生的原因电气设备载流部分的绝缘材料老化、损坏。电气设备载流部分的绝缘材料老化、损坏。雷击或过电压击穿、风灾引起断线等。雷击或过电压击穿、风灾引起断线等。工作人员误操作,如带负荷拉刀闸、检修线工作人员误操作,如带负荷拉刀闸、检修线 路或设备未拆除地线就合闸供电。路或设备未拆除地线就合闸
12、供电。其它外来物体搭在裸导线上,挖沟损伤电缆等。其它外来物体搭在裸导线上,挖沟损伤电缆等。 第二节第二节 载流导体短路时发热的计算载流导体短路时发热的计算4 4、短路的危害、短路的危害热效应:热效应:短路电流通常是正常工作电流值的十几倍或短路电流通常是正常工作电流值的十几倍或几十倍,使设备过热,导致绝缘加速老化或损坏。几十倍,使设备过热,导致绝缘加速老化或损坏。电动力效应:电动力效应:巨大的短路电流产生很大的电动力,使巨大的短路电流产生很大的电动力,使设备机械变形、扭曲甚至损坏。设备机械变形、扭曲甚至损坏。磁效应:磁效应:不对称短路电流产生不平衡的交变磁场,对不对称短路电流产生不平衡的交变磁场
13、,对通讯、控制设备造成影响。通讯、控制设备造成影响。电压降低电压降低:很大的短路电流在线路上造成很大的电压:很大的短路电流在线路上造成很大的电压降,影响用电设备的使用。降,影响用电设备的使用。第二节第二节 载流导体短路时发热的计算载流导体短路时发热的计算(二)短路电流暂态过程分析(二)短路电流暂态过程分析什么是短路电流的暂态过程?什么是短路电流的暂态过程? 短路发生后,电流在短时间内突然增大,经短路发生后,电流在短时间内突然增大,经过一段时间,短路电流有所减少,系统又重过一段时间,短路电流有所减少,系统又重新稳定在一个稳定的状态。新稳定在一个稳定的状态。 从短路发生到系统重新稳定的这段过程,叫
14、从短路发生到系统重新稳定的这段过程,叫系统的暂态过程系统的暂态过程。 1. 1. 短路暂态过程的简单分析短路暂态过程的简单分析 设供电系统在设供电系统在K K点处发生三相短路。由于这是点处发生三相短路。由于这是对称性故障,三相的故障相同,取其一相分析对称性故障,三相的故障相同,取其一相分析 设取设取A相分析。相分析。电源电源 母线母线 线路线路k 1. 1. 短路暂态过程的简单分析短路暂态过程的简单分析(1 1)设短路前:)设短路前: 电源的相电压:电源的相电压:msin()uUtmsin()iItklklZ(RR )j (LL ) 线路电流:线路电流:线路阻抗:线路阻抗: 1. 1. 短路暂
15、态过程的简单分析短路暂态过程的简单分析 由电工基础知道当电源电压以正弦规律变化时电流由电工基础知道当电源电压以正弦规律变化时电流也以正弦规律变化,但比电压落后一个相位角也以正弦规律变化,但比电压落后一个相位角。mImU(2 2)当在)当在k k点发生三相短路时:点发生三相短路时:dtdiLiRtUuklkklkmsin这是一个标准非齐次一阶微分方程,解得这是一个标准非齐次一阶微分方程,解得:sinsinaattTTmkklpmklklUitceItceZ短路电流短路电流周期分量周期分量的幅值的幅值其微分方程式为:其微分方程式为:arctanklklklLRklaklLTR求解常数求解常数C C
16、:短路短路前前瞬间的电流瞬间的电流:mI sin0i 设在设在t0时刻发生短路时刻发生短路解得常数:解得常数:0sinsinmpmklnpcIIi短路短路后后瞬间的电流瞬间的电流:pmklIsinc0i将将c代入,得代入,得短路全电流的瞬时表达式短路全电流的瞬时表达式 :00ii-pmmpmsin()sin()sin() eatTkklkliIt I I 分析分析短路全电流的瞬时表达式:短路全电流的瞬时表达式:短路电流的周期分量:短路电流的周期分量: pmmpmsin()sin()sin() eatTkklkliItIIpmsin()pkliIt短路电流的非周期分量:短路电流的非周期分量: n
17、pmpmsin()sin() eatTkliII短路全电流短路全电流短路电流的周期分量短路电流的周期分量 短路电流的非周期分量短路电流的非周期分量 周期分量周期分量:是幅值不变,并以是幅值不变,并以50Hz的频率呈周期变化。的频率呈周期变化。 非周期分量非周期分量:是幅值随短路回路的是幅值随短路回路的Ta呈指数曲线衰减。呈指数曲线衰减。正常状态正常状态暂态过程暂态过程稳定状态稳定状态pmmpmsin()sin()sin() eatTkklkliItII短路电流各分量的波形图:短路电流各分量的波形图:非周期分量在经历(非周期分量在经历(35)Ta后,衰减至零,此时后,衰减至零,此时电路只含短路电
18、流周期分量,进入短路的稳定状态。电路只含短路电流周期分量,进入短路的稳定状态。2. 几个有关的概念几个有关的概念短路电流的冲击值短路电流的冲击值短路电流最大可能的瞬时值,称为短路电流最大可能的瞬时值,称为短路电流的冲击值。短路电流的冲击值。短路电流周期分量有效值短路电流周期分量有效值Ip或或 I当当t=时,非周期分量已衰减完毕,这时的短时,非周期分量已衰减完毕,这时的短路电流只有周期分量,称为稳态短路电流。路电流只有周期分量,称为稳态短路电流。shishi短路全电流的有效值:短路全电流的有效值:Ikt22ktptnptIII 短路电流在某一时刻的有效值是以时间短路电流在某一时刻的有效值是以时间
19、t为中心的一为中心的一个周期个周期T内短路全电流的均方根值。内短路全电流的均方根值。 为了简化计算,通常取时刻为了简化计算,通常取时刻t的瞬时值作为一个周期的瞬时值作为一个周期内的有效值,考虑非正弦电流有效值的计算公式可得:内的有效值,考虑非正弦电流有效值的计算公式可得:短路全电流的最大有效值短路全电流的最大有效值-冲击电流的有效值冲击电流的有效值:如果短路在最不利的条件下发生,在第一个周期内的短如果短路在最不利的条件下发生,在第一个周期内的短路电流有效值最大,称为短路全电流的最大有效值。路电流有效值最大,称为短路全电流的最大有效值。shI二、导体短路时发热过程二、导体短路时发热过程1、导体短
20、路时发热特点:、导体短路时发热特点: 发热时间短,认为是一绝热过程(不计及散热)。发热时间短,认为是一绝热过程(不计及散热)。 短路时导体温度变化范围大,它的短路时导体温度变化范围大,它的电阻电阻和和比热容比热容不能再视为常数,应为温度的函数。不能再视为常数,应为温度的函数。2、dt时间内的热平衡方程时间内的热平衡方程: :I Ikt kt 短路电流全电流的有效值,短路电流全电流的有效值,A AR R温度为温度为时导体电阻,时导体电阻,C C温度为温度为时导体比热容,时导体比热容, J/(kg. ) J/(kg. ) m m 导体的质量,导体的质量, 0 0 0 0时导体电阻率,时导体电阻率,
21、 . m . m ;电阻率电阻率0 0时温度系数时温度系数 ,1/ 1/ C C0 0 0 0时导体比热容,时导体比热容,J/(kg. )J/(kg. );比热容比热容C C0 0时温度系数时温度系数 ,1/1/l l 导体长度导体长度(m)(m);S S 导体截面导体截面(m(m2 2) )2ktR dtm c dI)()1(0SlRmmsl0(1)CC导体短路时发热的微分方程:导体短路时发热的微分方程:200(1)(1)ktmldtslCdSI2201001()1kktthmdtSwCdI221001()1ktmdtSCdI化简化简对该式积分对该式积分时间变化时间变化:短路开始(短路开始(
22、t tw w=0) =0) 短路切除(短路切除(t tk k),),温度变化:短路开始温度(温度变化:短路开始温度(w w) 短路发热后的最高温度(短路发热后的最高温度(h h)求解导体短路时发热的微分方程:求解导体短路时发热的微分方程:001()1hWhmwCdAA等式右边积分得:等式右边积分得:20kktktdtQI令等式左边称为等式左边称为短路电流的热效应短路电流的热效应020ln(1)mhhhCA020ln(1)mwwwCA21hwkQAAS2201001()1kktthmdtSwCdI确定导体短路时导体的最高温度确定导体短路时导体的最高温度21hwkQAAShwA思想:思想:由已知的
23、导体初始温度由已知的导体初始温度 ,从,从相应的导体材料的曲线上查出相应的导体材料的曲线上查出将值带入式将值带入式(3 33434)求出求出由从曲线上查出值由从曲线上查出值w式(式(3 33434)hAh!关键在于!关键在于 的求法的求法kQQK的求法的求法).()sin(2220200220002sAQQdteidtIdteitIdtiQnppTttnptpTtaptklptktkakkakk短路电流周短路电流周期分量热效期分量热效应应短路电流非周短路电流非周期分量热效应期分量热效应1、短路电流周期分量热效应的计算、短路电流周期分量热效应的计算0242131( )()2()4()3bnnna
24、baf x dxnyyyyyyyy对于任意曲线对于任意曲线( )yf x的定积分,可采用辛卜生算法的定积分,可采用辛卜生算法周期分量的热效应求解:周期分量的热效应求解:2( )ptf xI0,kabt222kytI24kytI22014,kyytII2343kytI当当n=4n=4时:时:1322yyy为了简化计算,近似认为:为了简化计算,近似认为:222220(10)12kkkkptptdttttQIIII0242131( )()2()4()3bnnnabaf x dxnyyyyyyyy短路电流周期分量热效应的计算短路电流周期分量热效应的计算1、短路电流非周期分量热效应的计算、短路电流非周期
25、分量热效应的计算).()1 ()2)(1 (2)1 (222 2 22 22022020sAITIeTIeTieTdteiQakakakakTtaTtanpTtaTttnpnpT-T-非周期分量等效时间,可查表求得:非周期分量等效时间,可查表求得:当短路切除时间当短路切除时间t tk k1s1s时,导体的发热主要由短路电时,导体的发热主要由短路电流周期分量决定,此时可不计非周期分量的影响。流周期分量决定,此时可不计非周期分量的影响。小结小结1 的求法步骤:的求法步骤:1、由、由 ,求出,求出 。2、由已知的导体温度由已知的导体温度 ,从相应的导体材料的曲线上,从相应的导体材料的曲线上查出查出
展开阅读全文