第2章 载流导体的发热和电动力

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1、第2章载流导体的发热和电动力第2章载流导体的发热和电动力2.1短路2.1.1短路的概念电力系统除正常运行情况以外的相与相或相与地之间的短接，称为短路。短路的种类可分为三相短路、两相短路、两相短路接地和单相对地短路。经统计分析，以上四种短路占短路总数的比率如表2.1所示。表2.1各种短路占短路总数的比率短路类型符号所占比例三相短路约5%两相短路约10%两相短路接地约20%单相对地短路约65%2.1.2发生短路的原因发生短路的原因有很多种，主要包括：绝缘老化或污染引起的短路；绝缘子的表面放电造成闪络或雷击、操作过电压击穿绝

2、缘介质引起的短路；检修线路时，未拆除接地刀闸带负荷送电或开、合隔离开关等误操作引起的短路；鸟兽与风、雪、冰雹等自然灾害等多方面引起的短路。2.1.3导体的短时发热导体的短时发热是研究导体短路时的发热过程。(1)导体的短时发热为一绝热过程即导体的短时发热热量全部用于使本身温度的升高。(2)热稳校验≥(2-1)式中：——导体的短时耐受电流；——短路持续时间；——短路电流引起的热效应。2.1.4短路的危害短路通常可以造成如下危害。44第2章载流导体的发热和电动力l短时发热，产生超高温，烧毁或熔化设备。l产生电动力，破坏电器设

3、备与设施。l造成断路器跳闸，使用户停电。l不对称短路会产生不平衡电流、不平衡磁通，干扰通信。2.1.5短路的几个物理量短路全电流：(2-2)式中：——短路全电流瞬时值；——对应时间t的短路周期分量有效值(kA)；——短路电流非周期分量起始值(kA)；——衰减时间常数(rad)。短路全电流有效值为：(2-3)≤≤2(2-4)式中：——对应时间t的短路电流非周期分量的有效值(kA)。——零秒(0s或称0.02s内)短路电流周期分量()的有效值，用于校验动稳定和校验断路器的额定关合电流。——短路冲击电流，即短路全电流的最大瞬

4、时值(0.01s内)。用于校验动稳。我国推荐的冲击系数和冲击电流如表2.2所示。表2.2我国推荐的冲击系数和冲击电流指标短路地点发电机端1.92.69发电厂高压侧母线1.852.63变电所1.82.55的电路(电缆)1.31.842.2载流导体的发热2.2.1长期发热的不良影响(1)机械强度下降，导体若超过正常工作温度(铝100℃，铜150℃)，机械强度会下降。(2)接触电阻(R)增加：44第2章载流导体的发热和电动力温度↗氧化↗↗R↗↗↗(3)绝缘性能降低，绝缘物变脆老化。2.2.2发热最高允许温度长期：裸导体≤70

5、℃考虑到日照≤80℃短时：硬铝≤200℃硬铜≤300℃2.2.3母线的热平衡方程(2-5)式中：——导体流过电流所产生的热量；——导体吸收太阳的热量；——辐射散热；——对流散热。2.2.4短路电流的热效应计算短路电流在导体和电器中引起的热效应按下式计算：(2-6)式中：——短路电流周期分量引起的热效应()；——短路电流非周期分量引起的热效应()；——短路全电流瞬时值(kA)；——短路电流周期分量有效值(kA)；——短路电流非周期分量起始值(kA)；——短路持续时间；——非周期分量衰减时间常数。短路电流周期分量引起的热效

6、应按下式计算：(2-7)式中，表示短路电流在秒时的周期分量有效值(kA)。当为多支路向短路点供给短路电流时，不能采用先算出每个支路的热效应然后再相加的迭加法则，而应先求电流和，再求总的热效应。在下式中，、和分别为各个支路短路电流之和，即44第2章载流导体的发热和电动力(2-8)短路电流非周期分量引起的热效应按下式计算：(2-9)式中，T表示非周期分量等效时间(s)。为简化工程计算，可按表2.3查得。表2.3非周期分量等效时间(s)短路点T发电机出口及母线0.150.2发电厂升高电压母线及出线的发电机电压电抗器后0.08

7、0.1变电所各级电压母线及出线0.05当为多支路向短路点供给短路电流时，仍不能用迭加法则。在用式(2-9)计算时，应取各支路短路电流之和，取多支路的等效衰减时间常数。2.3导体短路的电动力载流导体位于磁场中，要受到力的作用，这种力称为电动力。电力网络发生短路时，导体中通过很大的短路电流，导体会遭受巨大的电动力作用。为了减小和避免导体的变形或损坏，应对电动力的大小进行分析和计算。2.3.1三相导体短路的电动力三相短路时，中间相(B相)和外边相(A、C相)的受力情况并不一样，如图2.1所示。在图中，a为两导体之间的距离，L

8、为导体长度。图2.1三相对称短路时的电动力通过对中间相和外边相所受电动力的比较，再通过对大多数情况下的两相短路与三相短路最大电动力的比较，可知以三相短路时的中间相所受电动力44第2章载流导体的发热和电动力为最大。为使设备安全有充分的保障，通常取作为最大电动力进行校核。(2-10)式中：——短路计算最大电动力；——导体长度；——两导