发电厂电气部分 第3章 导体的发热与短路电动力PPT文档格式.ppt
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-电流决定温度,推导两者间的定量关系表达式(理论)-具体应用方法:
(1)根据最高允许温度计算最大允许电流,要大于实际电流
(2)根据实际电流计算运行温度,要小于最高允许温度(3)分析除电流外的其它影响因素,确定改善提高措施,发热的分类及其最高允许温度,长期发热,由正常工作电流产生正常最高允许工作温度:
-主要取决于系统接触电阻的大小70(一般裸导体)80(计及日照时的钢芯铝绞线、管形导体)85(接触面有镀锡的可靠覆盖层)短时发热,由故障短路电流产生短时最高允许温度:
-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200(硬铝及铝锰合金)300(硬铜),导体的长期发热,-指导体通过工作电流时的发热过程,
(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=消耗的热量(导体自身温度的升高Qc+对流和辐射散失到周围介质的热量Ql+Qf),I-流过导体的电流(A)R-导体的电阻()m-导体的质量(kg)c-导体的比热容J/(kg.)W-导体总的换热系数W/(m2.)F-导体的换热面积(m2/m)0-周围空气的温度()-导体的温度(),稳定温升,导体发热时间常数,初始温升:
时间t的温升:
若,导体的长期发热,
(2)导体长期发热的分析,导体温升变化曲线,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。
1)导体通过电流I后,温度开始升高,经过(34)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;
导体的长期发热,(3)提高导体载流量的措施,1)减小交流电阻-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,导体的长期发热,常用硬导体型式,ABC,竖放,平放,导体的长期发热,关于集肤效应系数,导体的长期发热,354页,导体的长期发热,355页,导体的短时发热,-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,故障前,故障中,故障后,
(1)短时发热的时间,twtkwh,短路电流,
(2)短时发热计算的目的(热稳定概念),短时均匀导体的发热过程,导体的短时发热,短时最高发热温度,短路切除时刻,短路开始时刻,周围环境温度,短时发热计算的目的是确定短路时导体的最高温度h。
它不应超过短时发热允许温度。
当满足这个条件时则认为导体在流过短路电流时具有热稳定性。
(3)短时发热的过程和特点,-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。
热平衡方程QR=Qc,导体的短时发热,-导体温度变化很大,电阻和比热容随温度而变化。
定义:
(短路电流热效应),导体的短时发热,(4)计算导体短时发热最高温度,假设已知短路电流热效应Qk则:
1)由导体初始温度w查出Aw2)求出Ah3)查出h,导体的短时发热,(5)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,可忽略非周期分量的影响,非周期分量等效时间见表3-3,注意,导体的短时发热,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,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),载流导体短路电动力,两条无线细长载流导体间的电动力,
(1)为什么研究导体短路电动力,短路电流大,导体受到的电动力大,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,载流导体短路电动力,(N),Kf-形状系数,圆形导体:
Kf=1槽形导体:
见表3-4矩形导体:
见图3-18,1)计算矩形导体相间电动力时不需要考虑K2)计算矩形导体同相条间电动力时必须考虑K,注意:
考虑截面因素时两载流导体间的电动力,载流导体短路电动力,
(2)三相导体短路的电动力,载流导体短路电动力,如不计短路电流周期分量的衰减,三相短路电流为:
(a)不衰减的固定分量,(b)衰减的非周期分量,(c)衰减的工频分量,(d)不衰减的2倍工频分量,载流导体短路电动力,(b)衰减的非周期分量,(c)衰减的工频分量,(d)不衰减的2倍工频分量,载流导体短路电动力,t=0.01s时,短路电动力的幅值最大,短路冲击电流,短路开始时刻(t=0)短路电流周期分量的有效值,载流导体短路电动力,(3)两相短路电动力,载流导体短路电动力,(4)三相导体最大短路电动力,三相短路故障后的0.01s,作用在中间B相,,(N),载流导体短路电动力,(5)导体振动的动态应力,导体的固有振动频率:
L绝缘子跨距,L绝缘子跨距,电动力,固有频率接近电动力频率(工频、2倍工频),导体共振,损坏导体及其架构,载流导体短路电动力,凡是连接发电机、主变压器以及配电装置中的导体均应考虑共振的影响,与导体的固有振动频率有关,见图3-23,动态应力系数,为避免共振,重要导体的固有频率在下述范围以外:
(1)单条导体及一组中的各条导体35-135HZ
(2)多条导体及引下线的单条导体35-155HZ(3)槽形和管形导体30-160HZ,导体发生振动时,内部产生动态应力:
载流导体短路电动力,导体长期发热的特点导体短时发热的特点短路电流热效应的计算方法三相导体最大短路电动力的计算,小结,1.为什么要研究导体和设备的发热和电动力?
2.导体在正常运行和短路情况下的最高允许温度是多少?
3.导体的长期允许电流是根据什么确定的?
提高长期允许电流应采取哪些措施?
4.什么是热稳定?
什么是动稳定?
5.如何计算导体短路时的最高发热温度?
其中短路电流热效应如何计算?
6.三相平行导体发生三相短路时最大电动力出现在哪相上?
如何计算最大电动力?
作业,
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