导体的发热与短路电动

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1、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、

2、管形导体）85℃（接触面有镀锡的可靠覆盖层）--主要取决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2、导体的长期发热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）导体长期发热的公式推导热平衡方程：导体产生的热量QR=导体自身温度的升高Qc+对流

3、和辐射散失到周围介质的热量Ql+Qf稳定温升导体发热时间常数初始温升:时间t的温升:若--指导体通过工作电流时的发热过程（2）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-

4、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3二、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

5、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绝热过程。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对应的导体温度热平衡方程:定义：（短路电流热效应）2、计算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3、计算短路电流热效应（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

6、非周期分量的影响非周期分量等效时间见表3-3注意实用短路计算1.计算某地点的发电机到短路点的转移阻抗X*(网络化简).转移阻抗X*是以100MVA为基准的标幺值2.转移阻抗X*转换为计算电抗Xjs*计算电抗Xjs*是以发电机容量为基准的标幺值3.如果Xjs*大于3,表示发电机与短路点之间的电气距离较远,可忽略发电机的暂态过程,I”*=1/Xjs*如果Xjs*小于3,表示发电机与短路点之间的电气距离较近,不能忽略发电机的暂态过程,由Xjs*和tk查运算曲线得到I”*4.I”*转为有名值(以发电机容量为基准)5.将多个地点的发电机对短路点提供的短路电流有名值

7、相加.如何得到故障点处:Itk/2ItkI”短路开始(t=0)时刻,短路电流周期分量的有效值Itk/2短路后(t=tk/2)时刻,短路电流周期分量的有效值Itk短路后(t=tk)时刻,短路电流周期分量的有效值三、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)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

8、隔离开关自动断开。V型隔离开关:承受的电动力较小两柱式隔离开关:承受的电动力较大