第三章 常用计算的基本理论和方法

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发电厂电气主系统第三章 常用计算的基本理论和方法罗庆跃 主讲

邵阳学院电气工程系电 话：13973554619 E-mail:luo610718@ mail:■

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◆主要教学内容本章讲述常用计算的基本理论和方法， 本章讲述常用计算的基本理论和方法，包括载流导体的发 热和电动力理论， 热和电动力理论，电气设备及主接线的可靠性分析和技术经济分 析理论。为后续内容的学习打下基础。 析理论。为后续内容的学习打下基础。

◆教学重点及难点 1、导体载流量的确定方法 、 2、短路电流热效应 k计算 、短路电流热效应Q 3、 3、可靠性的定量计算 。 ◆计划授课时数 6-8课时。 课时。 - 课时 学完后， ◆学完后，学生应具备的能力 掌握导体和电气设备热稳定、 掌握导体和电气设备热稳定、动稳定计算的基本方 根本条件和工程条件， 法、根本条件和工程条件，主接线的可靠性定量计算原 理和方法。 理和方法。■

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第一节 导体载流量和运行温度计算主要内容: 主要内容 一、概述 二、发热和散热 三、导体载流量的计算 四、大电流导体附近钢构的发热

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一、概述1、两种工作状态 1)正常工作状态 电压和电流都不会超过额定值，导体和电器能够长 期安全经济地运行。 2)短路工作状态 系统发生故障，I↑↑,U↓↓,此时，导体和电器 应能承受短时发热和电动力的作用。

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2、所有电气设备在工作中，会产生各种功率损 所有电气设备在工作中， 其损耗有(三种) 耗，其损耗有(三种): 1)电阻损耗：导体本身存在 电阻。 2)介质损耗：绝缘材料在电 场作用下产生的。 3)涡流和磁滞损耗：铁磁物 质在强大的交变磁场中。

它们都以热量 的形式表现出 来，使导体的 温度升高。 温度升高。

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3、发热对电气设备的影响(三种) 发热对电气设备的影响(三种)1)机械强度下降：T↑,会使材料退火软化。 2)接触电阻增加：T过高，接触连接表面会强烈 恶性循环) 氧化，使接触电阻进一步增加。(恶性循环 恶性循环 3)绝缘性能降低：长期受高温作用，将逐渐变脆 和老化，使用寿命大为缩短。

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4、最高允许温度为了保证导体可靠地工作，须使其发热温度不得超 过一定的数值。按照工作状态，它又可分为下述两种：

1)正常最高允许温度θal :对裸铝导体，θal=+70℃, 当接触面镀锡时，θal=+85℃。 2)短时最高允许温度θsp :θsp >θal ,因为短路电流 持续时间短。硬铝θsp=200℃,硬铜

θsp=300℃。

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5、发热的分类按流过电流的大小和时间，发热可分为(两种): 1)长期发热：由正常工作电流引起的发热。 2)短时发热：由短路电流引起的发热，导体 短路时间很小，但Ik很大。Q发仍然很多，且不易散 出，另外，还要受到电动力的作用。

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二、发热和散热1、发热：主要来自电阻损耗和太阳日照热量。 发热：主要来自电阻损耗和太阳日照热量 1)导体电阻损耗的(热量)功率QR 单位长度导体通过电流IW时，所发出的热量，可按下式 计算： Q = I 2 R (W/m)R W ac

式中： R = ρ[1 + αt (θw 20)] K ( /m) ac f S 2)太阳日照的(热量)功率Qt 凡要装在屋外的导体，均应考虑日照的影响。 Qt=EtAtFt(w/m) 式中：Et----太阳辐射功率密度(W/m)) At----导体的吸收率，对铝导体At=0.6 Ft----单位长度导体受太阳辐射的面积(m2/m),对于 圆管导体Ft=D(D:导体直径，m)■

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热量的传递过程(散热) 2、热量的传递过程(散热)1)对流Ql:气体各部分相对位移将热量带走的过程 对流换热Ql: Ql = α l (θ w θ 0 ) Fl (W/m) 根据对流条件不同，可分为自然对流(风速小于0.2m/s 0.2m/s) 根据对流条件不同，可分为自然对流(风速小于0.2m/s)和 强迫对流两种情况。 强迫对流两种情况。 2)辐射Qf:以热辐射方式传至低温物体的传播过程。 Q 辐射换热量： Q f = 5.7ε{[(273+ θ w ) / 100]4 [(273+ θ0 ) / 100]4}Ff 式中， ε -导体材料的辐射系数；

Fr -导体的辐射换热面积(m2/m)。3)导热Qd:固体中由于晶格振动和自由电子运动 导体内部由于温度处处相同，没有导热，另外，由于空气 的导热系数很少，可以忽略不计。因此，Qd=0■

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三、导体载流量的计算计算目的：确定导体的长期允许工作电流，即载流量。 计算目的：确定导体的长期允许工作电流，即载流量。

1、导体的温升过程导体的温度由起始温度(θk)开始上升，经过一段时间后 达到稳定温度(θw)。导体所产生的热量(QR),一部分用于 本身温度升高所需的热量(Qc),另一部分散失到周围的介质中 (Ql+Qf)。 根据热平衡方程式： QR=Qc+Ql+Qf 【暂不考虑日照Qt的影响】 (1) Ql + Qf = αw (θ θ0 )F (W/m)【复合换热】 式中，θ ----导体运行的实际温度； α W----总放热系数；F:单位长度的总放热面积。■

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