《吕林四川大学电气信息学院说课材料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《吕林四川大学电气信息学院说课材料（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、发电厂电气部分,吕 林 四川大学电气信息学院,(),课程学习辅导,本课程的目的和任务,掌握发电厂电气主系统的设计方法，并在分析、计算和解决实际工程问题的能力等方面得到训练，为从事电力系统中的设计、运行和科研工作，奠定必要的理论基础。,二、发电厂和变电所的类型,第一章 电力系统概述,一、电力系统组成,三、电力网及电力负荷的基本概念及分类,四、电力系统电压等级的概念,五、电力系统中性点的接地方式及各自的特点,3.1 概述 3.2 导体的长期发热和短时发热 3.3 导体的电动力计算 3.6 母线、绝缘子和绝缘套管的选择,第三章 导体的发热和电动力、导体的选择,导体的长期发热是指： 导体正常工作时长期
2、通过工作电流所引起的发热。,导体长期发热的计算目的： 根据导体长期发热允许温度确定导体载流量（即导体 长期允许通过电流），研究提高导体允许电流或降低 导体温度的各种措施。,发热温度不得超过一定数值，称为最高允许温度。 正常运行时最高允许温度： LGJ 70 电缆 80,导体的短时发热是指： 短路开始到短路切除为止，很短一段时间内导体通过 短路电流所引起的发热。,导体短时发热的计算目的： 确定导体通过短路电流时的最高温度K 。,如果K 没有超过所规定的导体短时发热允许温度， 则称该导体在短路时是热稳定的。,否则，需要增大导体截面积或限制短路电流以保证导 体在短路时的热稳定。,短路时最高允许温度：
3、 铝 200 铜 300,3.2导体的长期发热和短时发热,式中：QR 导体产生的热量 Qc 导体本身温度升高所需的热量 QI 通过对流方式散失的热量 Qf 通过辐射方式散失的热量,作者：李长松 版权所有,一、导体的长期发热与计算,由于导体各部分温度相同，所以无传导方式散热。,导体的升温过程，可按热量平衡关系描述。,作者：李长松 版权所有,一、导体的长期发热与计算,（34）式,可见，升温过程是按指数曲线变化的。,t,w,T,0,2,1,0,作者：李长松 版权所有,一、导体的长期发热与计算,导体的温升按时间变化的曲线如图所示：,当t时，导体的温 升趋于稳定温升w,即在稳定发热状态下，导体中产生的全
4、部热量都散失 到周围环境中。 w 与电流平方成正比，与导体散热 能力成反比，而与导体起始温度无关。,作者：李长松 版权所有,一、导体的长期发热与计算,根据稳定温升w的公式,有：,而稳定温升w = w - 0 ， 其中：0 是环境温度， w 是导体正常工作时长期发热稳 定温度。,如果令w = al ，即导体长 期发热允许温度，则长期发热 允许电流 Ial 为：,则有：,作者：李长松 版权所有,一、导体的长期发热与计算,导体长期发热允许电流为：,通常，厂家给出的导体载流量是在环境温度0为额定 环境温度25时得出的。而当导体工作的实际环境温 度0与该温度不同时，则该导体的实际载流量应进行 修正。,即
5、当实际环境温度为0N时，导体的实际载流量,其中,是温度修正系数,作者：李长松 版权所有,二、导体的短时发热与计算,1短时发热的特点,绝热过程：短路电流大而且持续时间短，导体内产生很大的热量来不及向周围环境散热，因此全部热量都用来使导体温度升高,短路时导体温度变化范围很大，它的电阻R和比热c不能再视为常数，而应为温度的函数,(3-9),作者：李长松 版权所有,二、导体的短时发热与计算,于是有：,Qk短路电流热效应（热脉冲）,(3-15),作者：李长松 版权所有,二、导体的短时发热与计算,为了简化AK和Aw的计算，已按各种材料的平均参数，做出f(A)的曲线。如图所示：,作者：李长松 版权所有,二、
6、导体的短时发热与计算,根据该f(A)曲线计算K 的步骤如下：,求出导体正常工作时的温度w 。w 与0和I有关。,由式,得,一般可取为等于该段母线上最大 一台发电机或变压器的Igmax,一般可取为等于该段母线上最大 一台发电机额定电流的50%-80%,二、导体的短时发热与计算,作者：李长松 版权所有,二、导体的短时发热与计算,计算短路电流热效应 Qk,计算 Ak,最后由 Ak查曲线(图3-3)得到k,检查k 是否超过导体短时最高允许温度。,由w 和导体的材料查曲线(图3-3)得到 Aw,作者：李长松 版权所有,二、导体的短时发热与计算,辛普森法,即短路电流热效应包括周期分量热效应和非周期分量热
7、效应两部分。,作者：李长松 版权所有,二、导体的短时发热与计算,(1)周期分量热效应Qp的计算,对任意曲线的定积分，可采用辛普森法近似计算。得：,tk短路切除时间。等于继电保护动作时间与断路器 全开断时间之和。,I”t=0时的短路电流周期分量有效值（次暂态电流）,作者：李长松 版权所有,二、导体的短时发热与计算,(2)非周期分量热效应Qnp的计算,Ta非周期分量时间常数。其值由课本p55表31查得。,当tk1s时，导体的发热主要由周期分量决定，故可 以不计Qnp影响。,作者：李长松 版权所有,二、导体的短时发热与计算,短路计算时间,短路计算时间tk为继电保护动作时间tpr和相应断路器 的全开断
8、时间tbr之和。,而,即：,式中：tbr断路器全开断时间 tpr后备继电保护动作时间 tin断路器固有分闸时间(查产品参数表) ta断路器燃弧时间,作者：李长松 版权所有,三、满足热稳定的最小截面,当导体在短路时所达到的最高温度k 没有超过所规 定的导体短时发热允许温度，则称该导体在短路时是热 稳定的。,计算导体在短路时所达到的 最高温度k的公式是：,所以有：,(考虑了集肤效应系数Kf),作者：李长松 版权所有,三、满足热稳定的最小截面,定义C为热稳定系数：,式中： Kf 集肤效应系数(查产品参数) Qk 短路电流热效应(计算) Aw 对应导体正常工作时温度w的A值(查曲线) Ak 对应导体短
9、时最高允许温度al的A值(查曲线),作者：李长松 版权所有,三、满足热稳定的最小截面,热稳定系数C与导体材料、导体工作温度w(Aw)和导体 短时最高允许温度al (Ak)有关。,C值可以自己计算，或查课本p55表32。,只要实际选择的截面积大于这个最小允许截面积，就 可以说导体是热稳定的。,3.3 导体的电动力计算,作者：李长松 版权所有,导体短路的电动力,电气设备中的载流导体当通过电流时，除了发热效应以外，还有载流导体相互之间的作用力，称为电动力。 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、形状和相互之间的位置以及周围介质的特性。,作者：李长松 版权所有,导体短路的
10、电动力,通常，由正常的工作电流所产生的电动力是不大的，但短路时冲击电流所产生的电动力将达到很大的数值，可能导致设备变形或损坏。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超过电器和载流导体的允许应力。,作者：李长松 版权所有,一、电动力的计算,计算电动力可采用毕奥沙瓦定律。如图所示：,通过电流i的导体，处在磁感应强度为B的外磁场中，导体L上的元长度dL上所受到的电动力dF为：,对上式沿导体L全长积分，可得L全长上所受电动力为：,作者：李长松 版权所有,一、电动力的计算,1平行细长导体间的电动力,如图为两根平行细长导体，两导体中电流分别为i1和i2， 长度为L，导体中心轴线
11、距离为a。,当La，ad时， 导体中的电流可以看 作是集中在导体中心 轴线上。,电动力的方向决定于导体中电流的方向。当电流同向 时相吸，异向时相斥。,作者：李长松 版权所有,一、电动力的计算,1平行细长导体间的电动力,如图为两根平行细长导体，两导体中电流分别为i1和i2， 长度为L，导体中心轴线距离为a。,导体1中电流i1在导体 2处所产生的磁感应强 度等于：,B1=210-7i1/a,则导体2全长上所受的电动力为：,作者：李长松 版权所有,一、电动力的计算,2其它形状截面的导体间的电动力,对于具有其它形状截面的导体，电流并不是集中在导体 中心轴线上。但是，可以将其看成是由若干个平行细长 导体
12、组成，则可以在平行细长导体间的电动力基础上， 乘以一个考虑了不同形状截面因素的截面系数k来计算 实际的电动力。,即：,Kx形状系数。表示实际形状导体电动力与细长导体 电动力之比。,作者：李长松 版权所有,一、电动力的计算,形状系数的确定,矩形截面导体： 查课本 p57 图3-4,如图： Kx是 (a-b)/(h+b) 和 b/h 的函数,圆形截面导体： Kx =1,作者：李长松 版权所有,二、三相导体短路时的电动力,三相系统中，发生短路时作用于每相导体的电动力， 取决于该相导体中的电流与其它两相导体中电流的相互 作用力。,当发生三相短路时，如不考虑短路电流周期分量的衰 减，则三相短路电流为：,
13、作者：李长松 版权所有,二、三相导体短路时的电动力,1电动力的计算,三相短路时，中间相（B相）和边相（A、C相）受力情 况不一样。如图：,作者：李长松 版权所有,二、三相导体短路时的电动力,(1)作用在边相(A、C相)的电动力,把短路电流 iA、iB、iC 代入 上式，经三角变换后可得,形状系数Kx=1,作者：李长松 版权所有,二、三相导体短路时的电动力,(2)作用在中间相(B相)的电动力,把短路电流 iA、iB、iC 代入上式，经三角变换后可得,形状系数Kx=1,作者：李长松 版权所有,二、三相导体短路时的电动力,最后得出：,A相电动力最大值为,B相电动力最大值为,比较上述二式可知，FBma
14、x FAmax 。 故三相短路时电动力最大值出现在中间相(B相)上。,作者：李长松 版权所有,二、三相导体短路时的电动力,2导体振动的动态应力,任何物体都具有一定的质量和弹性，比如导体及支撑 它的绝缘子。由弹性物体构成的组合体称为弹性系统。,母线在外力作用下将发生变形，当外力除去后，母线 并不立即恢复到原来的平衡位置，而是在平衡位置两 侧作往复振动。这种由弹性系统引起的振动，称为自 由振动。自由振动的频率称为固有频率。,作者：李长松 版权所有,二、三相导体短路时的电动力,式中：ri母线惯性半径(查有关手册) L绝缘子跨距 材料系数(铜1.14104 ，铝1.55104 ，钢 1.64104),作者：李长松 版权所有,二、三相导体短路时的电动力,与导体固有 振动频率的关 系如图所示：,由图可见： 固有频率在中间范围内变化时，1，动态应力较大。 当固有频率较低时， 1。 固有频率较高时， 1。,动应力系数,作者：李长松 版权所有,二、三相导体短路时的电动力,当计算出的f0无法限制在共振频率之外时，导体所受 作用力必须乘以动应力系数。,作者：李长松 版权所有,二、三相导体短路时的电动力,若已知导体材料、形状、布置方式和应避开的固有频 率（通常取f0=160Hz），则可以计算出导体不发生共振 的最大绝缘子跨距Lmax。,由,得,当绝缘子所取跨距LLmax，则母线满足不共振要求。,
