第三章常用计算理论和方法

▪ 二、导体的发热和散热
▪ 电阻损耗，金属构件的磁滞涡流损耗，介质损耗 太阳辐射等等都可引起导体的发热，但真正对导 体的温升起作用的是电阻损耗和太阳辐射。
▪ 在稳定状态下，导体电阻损耗的热量及吸收太阳 热量之和等于导体辐射散热、空气对流散热和空 气导热散热之和。
▪ 1. 导体电阻损耗的热量
QR
I
采取的措施：
▪ 加大钢构和导体之间的距离，使磁场强度减弱， 降低磁滞和涡流损耗。
▪ 断开钢构回路，并加上绝缘垫，消除环流； ▪ 采用电磁屏蔽； ▪ 采用分相封闭母线。 ▪ 五、大电流封闭母线运行温度的计算 ▪ 供电可靠； ▪ 运行安全； ▪ 减小了母线的电动力及母线周围钢构件的发热； ▪ 运行维护工作量小。 ▪ 母线散热条件较差； ▪ 外壳上产生损耗，金属消耗量增加。
▪ 将 Aw 与 Qk 代入公式，求出 Ah ，再从曲线上 查处对应的温度即为短时最高温度。
二、短路电流热效应的计算
▪ 1.等值时间法
Qk
tk 0
I
2 kt
dt
I 2 teq
等值时间
Qk
tk 0
I
2 P
in2p
dt
I
t2
eq
I
2
tP tnp
周期分量等值时间
▪ （1）短路电流周期分量等值时间
▪ 最高允许温度:为了保证导体可靠地工作,须使其 温度不得超过一定限值,这个限值即为最高允许温 度。
▪ 导体正常最高允许温度一般取+70℃；在计及太 阳辐射的影响时，钢芯铝绞线及管形导体可取 +80℃；当导体接触面有镀锡的可靠覆盖面时， 取+85℃；当有银的覆盖面时，可取+95℃；
▪ 导体短时最高允许温度，对硬铝及硬锰合金可取 +200 ℃，硬铜可取+300 ℃。
2 w
Rac
导体的运行温度
Rac
1 t
w
S
20
K
f
电阻温度系数
导体的集肤效应系数
与电流的频率、导体的形状和尺寸有关
▪ 2. 导体吸收太阳辐射的热量
▪ 对于不同形状的导体吸收太阳辐射的能量的公式 也不一样，一般与太阳辐射功率密度、导体的吸 收率和导体的形状有关系。
▪ 对于屋内导体，可不考虑太阳辐射能量。
▪ （2）短路时导体温度变化范围大，它的电阻和 比热容不能再视为常数，而是温度的函数。
▪ 根据能量守恒即可求出导体的短时最高温度。
1 S2
Qk
Ah
Aw
Qk
tk 0
I
2 kt
dt
短路电流热效应
▪ 利用温度与A值的关系曲线求导体的短时最高温
度：
▪ 由已知的导体初始温度，从相应的导体材料上 查出Aw
▪ 3. 导体对流散热量
导体散热面积
Q1 1 w 0 F1
对流散热系数
导体尺寸、布置方式
▪ 4、导体辐射散热量
▪ 与的导体的辐射系数（导体材料、颜色及表面粗 糙程度）和辐射散热面积有关。
▪ 5. 导热散热量 ▪ 这部分热量值很小，一般不考虑。 ▪ 三、导体载流量的计算 ▪ 导体的载流量即是导体的长期允许电流。 ▪ 1.导体的温升过程：
I wF (w 0 )
R
计及太阳辐射能量
Q1 Qf R
I Q1 Qf Qt R
为了提高载流量，可采取的办法： 选用电阻率小的材料； 使导体截面积增大； 选取散热效果好的导体形状及布置方式。
▪ 四、大电流导体附近钢构的发热 ▪ 当导体电流大于3000A时，附近钢构的发热不能
忽略。
▪ 钢构发热的最高允许温度： ▪ 人可触及的钢构为70℃； ▪ 人不触及的钢构为100 ℃； ▪ 混凝土中的钢筋为80 ℃。 ▪ 在现代发电厂中，为了减少钢构损耗和发热，常
I
t2
np
Ta I ''2
1 e
Ta
t
2I ''e Ta
衰减时间常数， 其均值取0.05s
当短路切除时间大于1s时，短路的发热主要由周 期分量决定可忽略非周期分量。
▪ 等值时间法只适用于容量为50MW以下的发电机， 因为其周期分量的等值时间曲线是针对50MW以 下的发电机绘制的。
▪ 2.实用计算法
第二节 载流导体短路时发热计算
▪ 一、导体短路时发热过程 ▪ 计算载流导体短时发热的目的： ▪ 确定短时发热过程中导体的最高温度，不应超过
其短时发热允许温度。
▪ 导体短路时发热的特点： ▪ （1）发热时间短（短路发生到被切除），产生
的热量来不及向周围介质散布，可认为短路电流 持续时间内所产生的全部热量都用来升高导体自 身的温度。
tk 0
I
2 P
dt
I 2 tP
▪ 短路电流周期分量等值时间与短路切除时间和 短路电流的衰减特性有关。
'' I '' / I
▪ 实际中我们将周期分量等值时间与短路切除时 间和短路电流的衰减特性的关系作成曲线。
▪ （2）非周期分量等值时间
tk 0
in2p dt
I 2 tnp
inp
2tk
▪ 由初始温度开始上升，经过一定的时间，达到稳 定温度。
▪ 温升的过程是一个能量守恒的过程，导体电阻的
能量损耗和太阳辐射的能量一部分用于导体本身
的温度升高，一部分通过对流和辐射散到周围介
质中。
w
I 2 R（未计及太阳辐射能量）
F
总的散热系数 ▪ 2. 导体的载流量
散热面积
I 2R wF w Q1 Qf
▪ (1)周期分量的热效应
b
a
f
(x)dx
ba 3n
y
0
yn
2(
y
源自文库
2
y4
L
yn2 ) 4( y1 y3 L
yn1)
QP
tk 0
I
2 pt
dx
tk 3
4
I
''2
I2 tk
2
I
2 tk
2
4
I
2 tk 4
发电厂电气部分
第三章 常用计算的基本理论
2007.09
第一节 导体载流量和运行温度计算
▪ 一、概述 ▪ 长期发热：由正常工作电流产生的发热； ▪ 短时发热：由故障时的短路电流产生的发热。 ▪ 发热对电气设备的影响： ▪ 长期发热温度过高将使金属发生慢性退火，降低
金属的弹性，从而使其机械强度下降； ▪ 使绝缘材料的弹性变差，绝缘性能降低； ▪ 使导体接触部分的接触电阻增加。
▪ 封闭母线导体的最高允许温度不应大于+90℃， 外壳最高允许温度不应大于+70 ℃。
▪ 在稳定状态下，母线的发热损耗等于母线向外壳 的散热量；母线和外壳发热损耗的总和等于外壳 向外辐射的能量。
▪ 求外壳温度和母线运行温度的方法：查散热曲线。
▪ 散热曲线：外壳总散热量与外壳温度的关系曲线； 母线在运行温度为85℃时的总散热量（总发热损 耗）与外壳温度的关系曲线；母线散热差值与母 线运行温度的关系曲线。