导体的发热和电动力课件.pptx

1、第四章第四章 导体的发热和电动力导体的发热和电动力第一节第一节 概述概述第二节第二节 导体的长期发热和短时发热导体的长期发热和短时发热第三节第三节 导体的电动力计算导体的电动力计算第四节第四节 大电流封闭母线的发热和电动力大电流封闭母线的发热和电动力第一节第一节 概述概述一、概述一、概述导体和电器运行中的两种状态：导体和电器运行中的两种状态：正常工作状态正常工作状态：U Ue，I Ie 可以长期安全经济的运行可以长期安全经济的运行短路工作状态短路工作状态：U Ue，I 0.1发电机出口及母线发电机出口及母线0.150.2发电机升高电压母线及出线；发电机升高电压母线及出线；发电机电压电抗器后发电

2、机电压电抗器后0.080.1变电所各级电压母线及出线变电所各级电压母线及出线0.053 3、短路时导体允许的最小截面、短路时导体允许的最小截面 (14)若短路最高温度若短路最高温度k等于短路最高允许温度，且已等于短路最高允许温度，且已知短路前知短路前w，则从曲线，则从曲线=f(A)可查得可查得Ak和和Aw，由此可得短路时满足热稳定要求的最小截面由此可得短路时满足热稳定要求的最小截面kwkkQCAAQS1min式中：式中：C与导体材料和短路前温度有关的热稳与导体材料和短路前温度有关的热稳工作温度工作温度4045505560657075808590硬铝及铝锰合金硬铝及铝锰合金99979593918

3、98785838281硬铜硬铜186183181179 176 174 171 169166164161不同工作温度的裸导体不同工作温度的裸导体C值值定系数，查表可得。定系数，查表可得。第三节第三节 导体的电动力计算导体的电动力计算电气设备中的载流导体通过电流时，除了发电气设备中的载流导体通过电流时，除了发热效应外，还有热效应外，还有载流导体相互之间的作用力，载流导体相互之间的作用力，称为电动力。称为电动力。与正常工作电流产生的电动力相比，短路冲与正常工作电流产生的电动力相比，短路冲击电流所产生的电动力是很大的，可能导致设击电流所产生的电动力是很大的，可能导致设备变形或损坏。因此，为了保证电器

4、和载流导备变形或损坏。因此，为了保证电器和载流导体不致破坏，短路冲击电流产生的电动力不应体不致破坏，短路冲击电流产生的电动力不应超过电器和载流导体的允许应力。超过电器和载流导体的允许应力。载流导体之间电动力的大小和方向，取决于载流导体之间电动力的大小和方向，取决于电流的大小和方向，导体的尺寸、形状和相互电流的大小和方向，导体的尺寸、形状和相互之间的位置以及周围介质的特性。之间的位置以及周围介质的特性。一、平行导体电动力的计算一、平行导体电动力的计算如图为两根平行细长导体，两导体中电流分别如图为两根平行细长导体，两导体中电流分别为为i1和和i2，长度为，长度为L，导体中心轴线距离为，导体中心轴线

5、距离为a。ai1i2LF电动力的方向取决电动力的方向取决于导体中电流的方于导体中电流的方向。当向。当电流同向时电流同向时相吸，异向时相斥相吸，异向时相斥。根据根据比奥沙伐尔定理比奥沙伐尔定理，可以得到平行细长导，可以得到平行细长导体所受的电动力为体所受的电动力为aLiiaLiiF2172101022二、三相导体短路的电动力二、三相导体短路的电动力1.电动力的计算电动力的计算不计短路电流周期分量的衰减，三相短路电流不计短路电流周期分量的衰减，三相短路电流为：为：sin)sin(ATtAmAaetIi)32sin()32sin(ATtAmBaetIi)32sin()32sin(ATtAmCaetI

6、i式中：式中：Im短路电流周期分量的最大值，短路电流周期分量的最大值，2IIm A短路电流短路电流A相的初相角相的初相角 Ta短路电流非周期分量衰减时间常数短路电流非周期分量衰减时间常数二、三相导体短路的电动力二、三相导体短路的电动力(1)对中间相对中间相三相短路时，中间相三相短路时，中间相(B相相)和两外边相和两外边相(A,C相相)受受力不同：力不同：ABCiAiBiCFBAFBCaLiiiiFFFBCBABCBAB)(1027将将iA,iB,iC的值代入有的值代入有)3422sin(23)342sin(3)342sin(23102227AATtATtmBtteeIaLFaa二、三相导体短路

7、的电动力二、三相导体短路的电动力(2)对外边相对外边相三相短路时，中间相三相短路时，中间相(B相相)和两外边相和两外边相(A,C相相)受受力不同：力不同：将将iA,iB,iC的值代入有的值代入有ABCiAiBiCFABFCBFACFCAaLiiiiFFFCABAACABA)2(1027)6122cos(43)612cos(23cos43)612cos(438383102227ATtATtAmAtetteIaLFaa二、三相导体短路的电动力二、三相导体短路的电动力2.电动力的最大值电动力的最大值分析发现分析发现)2cos43cos4323832383(102227maxtteeIaLFaaTtT

8、tmA)2cos23cos323(102227maxtteeIaLFaaTtTtmB一般衰减时间常数一般衰减时间常数Ta=0.05s。而且，由短路电流。而且，由短路电流分析知道，在分析知道，在t=0.01s时短路电流幅值最大，冲时短路电流幅值最大，冲击电流击电流ish=1.82Im。代入可计算得。代入可计算得max2727max1073.110616.1BshshAFiaLiaLF三、导体振动的动态应力三、导体振动的动态应力导体的振动过程，按具有分布质量的简支梁来导体的振动过程，按具有分布质量的简支梁来分析，其动力学方程为：分析，其动力学方程为：)(2244tFtymxyEI式中：式中：Ft作

9、用在导体上的电动力作用在导体上的电动力(N/m)E导体材料的弹性模量导体材料的弹性模量(Pa)I导体断面二次矩导体断面二次矩(m4)m导体单位长度的质量导体单位长度的质量(kg/m)y导体各点的位移导体各点的位移(m)x导体各点的坐标导体各点的坐标(m)三、导体振动的动态应力三、导体振动的动态应力式中：式中：L跨距跨距(m)Nf频率系数频率系数该系统的一阶固有频率为该系统的一阶固有频率为mEILNff2考虑到电动力中的工频会与固有频率相同从而引考虑到电动力中的工频会与固有频率相同从而引起起共振破坏共振破坏，需要对最大电动力进行修正，需要对最大电动力进行修正maxmaxFF式中：式中：动态应力系

10、数动态应力系数第四节第四节 大电流封闭母线的发热和电动力大电流封闭母线的发热和电动力一、概述一、概述随着大容量机组的出现，母线采用敞露式布置会随着大容量机组的出现，母线采用敞露式布置会造成造成绝缘子闪络绝缘子闪络以及由外物引起的以及由外物引起的短路故障短路故障；此；此外，母线工作电流很大，使附件钢构件外，母线工作电流很大，使附件钢构件发热严重发热严重，周围环境温度升高，影响母线的正常运行。因此，周围环境温度升高，影响母线的正常运行。因此，目前一般采用目前一般采用封闭母线封闭母线。外壳外壳母线母线二、封闭母线的发热和散热二、封闭母线的发热和散热1.封闭母线的发热封闭母线的发热封闭母线的发热由本身

11、发热和外壳发热产生封闭母线的发热由本身发热和外壳发热产生（1 1）封闭母线导体的发热损失）封闭母线导体的发热损失wwwRRIQ2wwwwswDtKR)()20(004.01 20式中：式中：Ks母线集肤效应系数母线集肤效应系数 tw母线运行温度母线运行温度(0C)Dw圆管母线外径圆管母线外径(mm)Rw 母线电阻母线电阻(/m)w圆管母线壁厚圆管母线壁厚(mm)20电阻系数电阻系数(.mm2/m)二、封闭母线的发热和散热二、封闭母线的发热和散热1.封闭母线的发热封闭母线的发热封闭母线的发热由本身发热和外壳发热产生封闭母线的发热由本身发热和外壳发热产生（1 1）封闭母线外壳的发热损失）封闭母线外

12、壳的发热损失swsssRRIRIQ22ssssssDtKR)()20(004.01 20式中：式中：ts外壳运行温度外壳运行温度(0C)Ds外壳外径外壳外径(mm)Rs 外壳电阻外壳电阻(/m)s外壳壁厚外壳壁厚(mm)二、封闭母线的发热和散热二、封闭母线的发热和散热2.封闭母线的散热封闭母线的散热散热散热:母线母线 外壳外壳 空气空气（1 1）母线的散热）母线的散热式中：式中：母线表面黑度母线表面黑度 tw母线温度母线温度(0C)母线向外壳的辐射散热母线向外壳的辐射散热wswwrDttQ)100273()100273(7.544 ts外壳温度外壳温度(0C)Dw母线外径母线外径(m)二、封闭

13、母线的发热和散热二、封闭母线的发热和散热2.封闭母线的散热封闭母线的散热散热散热:母线母线 外壳外壳 空气空气（1 1）母线的散热）母线的散热式中：式中：K 开槽影响系数，不开槽时开槽影响系数，不开槽时K=1,开槽开槽 相当导热系数相当导热系数母线向外壳的对流散热母线向外壳的对流散热wssswwcDDttKQ2ln)(2时时K=1.3-1.4二、封闭母线的发热和散热二、封闭母线的发热和散热2.封闭母线的散热封闭母线的散热散热散热:母线母线 外壳外壳 空气空气（2 2）外壳的散热）外壳的散热外壳对空气的辐射散热外壳对空气的辐射散热 b分相系数，中间相时分相系数，中间相时b=1，式中：式中：平均角

14、系数平均角系数 Ds外壳直径外壳直径(m)1()100273()100273(7.5404bDttQsssr边相时边相时b=0.5二、封闭母线的发热和散热二、封闭母线的发热和散热2.封闭母线的散热封闭母线的散热散热散热:母线母线 外壳外壳 空气空气（2 2）外壳的散热）外壳的散热外壳的自然对流散热外壳的自然对流散热式中：式中：1换热系数换热系数)(162.101ttDQsssc按照热量平衡，列出方程式解出母线运行温度按照热量平衡，列出方程式解出母线运行温度tw三、封闭母线的电动力三、封闭母线的电动力母线通过短路电流时，受到壳内磁场作用，三相短母线通过短路电流时，受到壳内磁场作用，三相短路路电动

15、力电动力为为)231(10327amTtakweKIaF式中：式中：Ik三相短路电流幅值三相短路电流幅值(A)Ka直流屏蔽系数直流屏蔽系数 tm三相短路时，直流磁场峰值出现时间三相短路时，直流磁场峰值出现时间 Ta三相短路电流直流衰减时间常数三相短路电流直流衰减时间常数三、封闭母线的电动力三、封闭母线的电动力导体应力按静力梁计算，导体应力按静力梁计算，最大应力最大应力为为 a系数系数,二跨取二跨取a=1/8,三跨取三跨取 Fw母线导体所受电动力母线导体所受电动力(N/m)L绝缘子之间的跨距绝缘子之间的跨距(m)W母线的截面系数母线的截面系数(mm3)WLaFw12对于圆管母线：对于圆管母线：wwwDdDW441.0显然，计算应显然，计算应力应小于材料力应小于材料容许应力，即容许应力，即al Dw圆管母线的外径圆管母线的外径(mm)dw圆管母线的内径圆管母线的内径(mm)式中：式中：a=1/10