常用计算的基本理论和方法
发电厂电气部分常用计算的基本理论和方法
❖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。
一、电动力的计算
•作者： 版权所有
计算电动力可采用毕奥－沙瓦定律。如图所示：
•dF •L •i
• •dL
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：
❖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。
❖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。
•A (×1016)[J/Ωm4]
一、导体短路时发热过程
•作者： 版权所有
根据该θ＝f(A)曲线计算θh 的步骤如下：
①求出导体正常工作时的温度θw 。θw 与θ0 和I有关 。
•由式3-19
•得
②由θw 和导体的材料查曲线得到 Aw
一、导体短路时发热过程
•作者： 版权所有
根据该θ＝f(A)曲线计算θh 的步骤如下： ③计算短路电流热效应 Qk
❖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
一、导体短路时发热过程
•作者： 版权所有
2．短路时最高发热温度的计算
❖根据短路时导体发热的特点可列出热平衡方程式
式 中
代入 得
一、导体短路时发热过程
•作者： 版权所有
为了求出短路切除时导体的最高温度，可对上式两 边 求积分。 左边积分从 0 到 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） 右边从起始温度θw 到最高温度θh
发电厂电气部分-常用计算的基本理论和方法
Qt Et At D
(W / m)
我国取太阳辐射功率密度 Et 1000W/m 2 取铝管导体的吸收率 At 0.6 ； D为导体的直径（m）。 对于屋内导体，这部分热量可忽略。
；
3.对流散热量的计算Ql
对流：由气体个部分发生相对位移将热量带走的过程。 对流散热量与温差及散热面积成正比:
Fl π D
(m m)
(2)强迫对流散热量的计算 屋内人工通风或屋外导体处在风速较大的环境时，可以 带走更多的热量，属于强迫对流散热。圆管形导体的强迫对 流散热系数为: Nu l
D vD Nu 0.13
0.65
当空气温度为20℃时，空气的导热系数为 2.52 102 W/(m C)
Ql l ( w 0 ) Fl
下面是对流散热系数αl的计算
(W / m)
根据对流条件不同，分为自然对流和强迫对流。
(1)自然对流散热量的计算 屋内空气自然流动或屋外风速小于0.2m/s，属于自然对 流换热。对流散热系数可按大空间湍流状态来考虑，一般取:
l 1.5( w 0 )0.35
F f 2( A1 A2 ) 0.266 m2/m
因导体表面涂漆，取 0.95 ，辐射换热量为 273 70 4 273 25 4 Q f 5.7 0.95 0.266 100 100 322.47 0.266 85.77 W/m (4)导体的载流量
从上式可以得到所取导体稳定温度和空气温度下的容许 电流值，即
导体的散热面积
I
Ql Q f R
w F ( w 0 )
R
2.导体的载流量 导体的载流量：在额定环境温度θ0下，使导体的稳定温度正好 为长期发热最高允许温度，即使θw=θal的电流，称为该θ0下的 载流量（或长期允许电流），即 Ql Q f w F ( al 0 )
第三章 常用计算的基本理论和方法
导体吸热后温度 的变化
短路电流热效应的计算
Q
k
I2 f dt
0
2 I pt dt i 2 fpt dt Q p Qnp td td
td
• 式中 Ipt---对应时间t的短路电流周期分量有效(kA)； ifpt p ---短路电流非周期分量起始值(kA)； Qp---短路电流周期分量热效应(kA2·s)； Qnp---短路电流非周期分量热效应(kA2·s )
最小允许截面Smin的计算
• 根据θN及θht查出相应的AN 及 Aht ，然后利用公 式 求出Smin
S min Qk Qk Aht AN C
• 式中 C
Aht AN
为常数，可从表中查取。
利用Smin i 进行热稳定校验举例
• 例6 10kV铝芯纸绝缘电缆，截面 S 为150×10 6 (m2)，Q =165.8(kA2·s)。试用最小允许截面法校 k 验导体的热稳定。
L 0 ( N 0 )(
IL 2 ' ) IN
• 例1 某降压变电所10 kV 屋内配电装置采用裸铝母线，母线 截面积为 截面积为120×10(mm) ( )2，规定容许电流 规定容许电流IN 为1905(A)。配电 为 ( ) 配电 装置室内空气温度为36℃。试计算母线实际容许电流。 (θtim取25℃)
1 导体中通过负荷电流及短路电流时温度的变化 1.
正常负荷电流的发热温度（长期发热温度）的计算
IL 2 L 0 ( N 0 )( ' ) IN
• 式中 θ0---导体周围介质温度； θN---导体的正常最高容许温度； IL ---导体中通过的长期最大负荷电流；
IN′ ---导体容许电流，为导体额定电流IN 的修正值。
常用计算的基本理论和方法
积分是微积分的另一重要概念，用于计算曲 线与x轴所夹的面积，是解决实际问题的重 要方法。
线性代数基础
向量
向量是一组有序数，可以表示空间中的点或方向，是线性代数中 的基本概念。
矩阵
矩阵是由数字组成的矩形阵列，可以表示向量之间的关系和变换， 是线性代数中的重要工具。
线性方程组
线性方程组是描述多个未知数之间线性关系的方程组，通过矩阵和 向量运算可以求解线性方程组。
代数运算
代数运算包括加法、减法、乘法、 除法以及指数、对数等运算，是 数学中基本的运算方法。
代数式
代数式是由数字、字母通过有限 次的四则运算得到的数学表达式， 是代数中常用的表达方式。
微积分基础
极限
极限是微积分的基本概念，描述了函数在某 点的变化趋势，是研究连续函数的重要工具 。
导数
导数描述了函数在某点的切线斜率，是研究函数变 化速度和极值点的关键概念。
阐述本主题的目的，即掌握常用计算 的基本理论和方法，提高计算思维和 解决问题的能力。
意义
强调常用计算基本理论和方法的重要 性，包括在计算机科学、数学、工程 等领域的应用价值。
02 数学基础
代数基础
代数方程
代数方程是数学中的基本概念， 包括一元一次方程、一元二次方 程、多元一次方程组等，用于描 述数学关系和解决实际问题。
方差分析
总结词
方差分析是一种通过比较不同组数据的变异程度来分 析因素对结果的影响的方法。
详细描述
方差分析的基本思想是将数据的变异分解为两部分：一 部分是由实验操作或处理引起的变异，另一部分是由随 机误差引起的变异。通过比较不同组数据的变异程度， 可以判断不同因素对结果的影响是否显著。方差分析需 要满足一定的假设条件，如各组数据的方差齐性、正态 性等。在应用方差分析时，需要注意数据的分布特征和 处理方式，以及选择合适的统计方法和软件进行数据分 析。
3常用计算的基本理论和方法
1. 最高允许温度
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）
短时最高允许温度： ----主要取决于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）
4
273 0
100
4
Ff
2）单位导体表面积Fl, Ff的计算方法：5种情况：单距，二、三、圆管、槽型
3） K 集肤效应系数 f 与频率、导体的形状和尺寸有关, Kf ≥1, 查图3-1, 或附表1
2.导体的长期发热
单位导体表面积Fl, Ff 的计算方法：
1. 最高允许温度
钢构发热的最高允许温度： 70℃（人可触及的钢构） 100℃（人不可触及的钢构） 80℃（混凝土中的钢筋）
封闭母线最高允许温度： 导体： 90 ℃ 外壳： 70 ℃
2.导体的长期发热 iw
导体的发热和散热: QR Qt Qc Ql Q f
电阻损耗热量 吸收太阳日
QR IW2 Rac
Rac
1 t (W
S
20)
Kf
照的热量
导体升温吸 收的热量 对流散热量
Qt Et At D
Qc mcd
Ql Q f w ( w 0 )F
Ql l (W 0 )Fl
注辐：射1散）热以量分析单位Q长f 度导5体.7发热2为71例30:0mW
强迫散热：P60: (3-8)
3.提高导体载流量的措施
w
I 2R
3第三章 常用计算的基本理论和方法(1)
100 8 2 F f 2 A1 2 A2 2( ) 2( ) 0.216 (m / m) 1000 1000
⑶求辐射散热量Qf 。 辐射散热面积：
69.65 (W / m)
⑷导体的载流量；
I
Ql Q f R
52.26 69.65 1679 ( A) 3 0.0443 10
Nu 计算公式： l D
N u 0.13(
VD
) 0.65
－ 空气的导热系数 － 空气的运动黏度系数
若：风向与导体不垂直，夹角 ，需要加修正系数
N u － 努谢尔特准则数，传热学中表示对流散热强度的数据
A B(sin )
当0 24 ,
n
A 0.42, B 0.68, n 1.08
ρ—导体温度为20℃时的直流电阻率； Ω · mm2/m αt —电阻温度系数； ℃ -1
表3-1
材料名称 纯 铝 铝锰合金 电阻率ρ及电阻温度系数αt ρ(Ω·mm2/m) 0.027~0.029 0.03790 αt (℃ -1) 0.00410 0.00420
铝镁合金
软棒铜 硬棒铜 钢
0.04580
0.01748 0.01790 0.15000
0.00420
0.00433 0.00433 0.00625
Kf —导体的集肤效应系数。
与电流的频度、导体 的形状和尺寸有关。
２、导体吸收太阳辐射的热量Qt
凡安装在室外的导体应考虑日照的影响。对于圆管 导体可用下式计算：
Qt Et At D (W / m)
2
则导体载流量：
Ql Q f aW F (W 0 ) I R R
导体载流量和运行温度计算
QR Qt Ql Q f
式中 QR– 单位长度导体电阻损耗的热量,W/m; Qt– 单位长度导体吸收太阳日照的热量,W/m; Ql– 单位长度导体的对流散热量,W/m; Qf– 单位长度导体向周围介质辐射散热量,W/m;
第一节 导体载流量和运行温度计算 二.导体的发热和散热
《发电厂电气主系统》
《发电厂电气主系统》
第三章 常用计算的 基本理论和方法
第一节 导体载流量
和运行温度计算
第一节 导体载流量和运行温度计算
《发电厂电气主系统》
第三章 常用计算的基本理论和方法
教学内容
本节教学内容
一、概述 二、导体的发热和散热
三、导体载流量的计算
首页
第一节 导体载流量和运行温度计算 一.概述
《发电厂电气主系统》
Fd－导热面积（m2）；
－物体厚度（m）； 1、2－分别为高温区和低温区的温度（℃）。
第一节 导体载流量和运行温度计算 三、导体载流量的计算
《发电厂电气主系统》
第三章 常用计算的基本理论和方法
三. 导体载流量的计算
1、导体的温升过程 导体的温度由最初温度开始上升，经过一段时间后达到 稳定温度。导体的升温过程，可按热量平衡关系来描述。 导体散到周围介质的热量，为对流换热量QI与辐射换热 量Qf之和（一般导热量很小可以忽略），这是一种复合换热。 工程上为了便于分析与计算，常把辐射换热量表示成与对流 换热量相似的计算形式，故用一个总换热系数w来包括对流 换热与辐射换热的作用，即
第三章 常用计算的基本理论和方法
第一节 导体载流量和运行温度计算 一、概述
1）当电流通过导体时，在导体电阻中所产生的电阻损耗。 2）绝缘材料在电压作用下所产生的介质损耗。 3）导体周围的金属构件，特别是铁磁物质，在电磁场作 用下，产生的涡流和磁滞损耗。 发热的分类 （1）长期发热：导体和电器中长期通过正常工作电流所引 起的发热。 （2） 短时发热：由短路电流通过导体和电器时引起的发热。
3第三章 基本理论和方法(3-4、5)
(t ) 与时间无关，为一常数，即 偶发故障期的特点，
(t ) 常数
发电厂变电所电气设备
12
第四节 电气设备及主接线的可靠性分析
因此，对电力系统和电气设备而言
R(t ) e t
（3-54）
F(t ) 1 R(t ) 1 e t （3-55）
f (t ) e
TS TU TD
（7）可用度。可用度又称可用率、有效度，常用符号A表示，是指稳态下元件或系 统处于正常运行状态的概率。 设备在长期运行中，由于其寿命处于“运行”与“停运”两种状态的交迭中，则可 用度应为
A
TU TU TS TU TD 1 1
1
（3-61）
程。
图3-15可修复元件的状态变化图
发电厂变电所电气设备
6
第四节 电气设备及主接线的可靠性分析
二、可靠性的主要指标 （一）不可修复元件的可靠性指标
（1）可靠度。一个元件在预定时间t内和规定条件下执行规定功能的概率，称为可
靠度，记作R(t)。相反，不可靠度用F(t)表示。它们都是时间的函数。
元件的可靠度是用概率表示的。设总共有n个相同元件，运行 t 时间以后，已有 nf(t)个元件损坏，还剩 ns(t)个元件完好，则有
发电厂变电所电气设备
17
第四节 电气设备及主接线的可靠性分析
（8）不可用度。不可用度又称不可用率、无效度，常用符号
A 表示，是可用度的
对立事件，它是指稳态下元件或系统失去规定功能而处于停运状态的概率。
A 1 A
TD TU TD
（3-62）
元件的不可用度常用一个无量钢的因数来表示，称为强迫停运率（Forced outage
除法的基本性质和计算
除法的基本性质和计算除法作为数学运算中的一种基本运算，旨在寻找被除数与除数的商。
除法的基本性质以及计算的方法在数学学习中具有重要意义。
本文将从理论和实践两个方面，详细介绍除法的基本性质以及计算方法。
一、除法的基本性质1. 商的唯一性在除法运算中，对于给定的被除数和除数，商是唯一的。
这意味着，无论采用何种方法进行除法计算，得到的商都应该是相同的。
这一性质使得除法运算具有普遍适用性和唯一性。
2. 除数不为0除法的基本性质中，除数不为零是一项重要的规定。
在数学中，零不能作为除数，因为任何数除以零都没有意义。
除数为零时，除法运算无法进行。
这一规定保证了除法运算的合理性和可靠性。
3. 除法与乘法的关系除法在数学中与乘法有着密切的关系。
除法可以看作是乘法的逆运算。
例如，对于乘法运算1×2=2，除法运算可以表示为2÷1=2。
乘法和除法之间的关联提供了一种便捷的运算转换方式。
二、除法的计算方法除法的计算方法包括整数除法和小数除法两种形式。
1. 整数除法整数除法是指除法运算中，被除数和除数均为整数的情况。
在整数除法中，商可能是整数，也可能是一个带余数的分数。
a. 余数法余数法是整数除法中一种常用的计算方法。
具体操作步骤如下：(1) 将除数写在长除号的左边，将被除数写在长除号的右边。
(2) 从被除数的最高位开始依次作除法运算，将商写在上方，将余数写在下方。
(3) 将余数与下一位的数字结合，再进行下一次的除法运算。
(4) 直到被除数被整除或者余数为0，运算结束。
b. 短除法短除法是整数除法中另一种常用的计算方法。
与余数法相比，短除法更加简洁。
具体操作步骤如下：(1) 将除数写在左边，被除数写在下边。
(2) 从被除数的最高位开始，找到一个数与除数相乘等于或者最接近于被除数的数。
(3) 将这个数写在除号上方，称为商，也即商中第一位。
(4) 用这个数乘以除数，将乘积写在被除数下方。
然后，用被除数减去这个乘积，得到一个差。
土石坝边坡稳定分析与计算方法
土石坝边坡稳定分析与计算方法土石坝作为常见的水利工程构筑物，在防洪、供水、发电等方面发挥着重要的作用。
土石坝边坡稳定性是影响其安全运行的关键因素之一，因此边坡稳定性分析与计算方法十分重要。
本文将介绍土石坝边坡稳定性分析与计算方法的基本理论和应用技术。
一、土石坝边坡稳定性基本理论土石坝边坡稳定性分析的基本理论包括弹性地基理论、破坏力学理论、岩土力学和数值计算方法等。
1.弹性地基理论弹性地基理论是建立在弹性力学基础上的一种土体稳定性分析方法。
其核心思想是将土体与石坝看成一体，在一定的约束条件下，求解土坝体系和地基的弹性应力和应变分布，评估土石坝边坡的稳定性。
这种方法适用于土石坝边坡倾角较小、地基水平变形和竖向应力分布较均匀的情况。
2.破坏力学理论破坏力学理论是通过破裂力学和变形理论相结合的方法，对土石坝边坡的稳定性进行分析。
其核心思想是土体在受力作用下，随着剪切应力和水平应力的增加，会发生变形和破裂，并使边坡处于不稳定状态。
通过破坏力学理论，可以预测土石坝边坡的破坏形式，如滑坡、倾斜、涌浅等。
3.岩土力学岩土力学是土石坝边坡稳定性分析的重要理论基础，它研究土、岩体在地下工程中受力、应力、变形、破坏和稳定性等问题。
其核心思想是通过分析土石坝边坡的岩土力学性质，如强度、压缩模量、剪切模量、抗裂性、渗透性等，预测边坡在不同条件下的稳定性。
4.数值计算方法数值计算方法是通过数学和计算机技术，对复杂的土石坝边坡稳定性问题进行求解的方法。
其核心思想是将边坡分割成若干个小单元，通过模拟不同荷载条件下的应力和变形情况，预测边坡在不同条件下的稳定性。
常用的数值计算方法包括有限元法、有限差分法和边界元法等。
二、土石坝边坡稳定性计算方法1.经验法经验法是一种基于工程经验、检验和修改的方法。
这种方法一般适用于经验较丰富、边坡较小且地质条件比较安全的情况。
其中常用的经验法有刘安钦法、耐均匀法等。
2.解析方法解析方法是通过对已知物理或参考问题进行分析，求解所需要的未知物理的方法。
化学例行研究中的理论计算方法
化学例行研究中的理论计算方法化学是自然科学中的一门基础科学，研究的是物质的组成、结构、性质，以及与其它物质之间的相互作用。
在化学研究中，理论计算方法作为非实验手段之一，具有重要的作用。
本文将从基本概念入手，介绍化学例行研究中常用的理论计算方法，并探讨它们的优缺点。
一、基本概念理论计算方法是指利用物理、化学等学科的理论知识和计算机技术，对化学分子的结构、性质、反应等进行计算模拟的方法。
其基本流程如下：1.建立模型：根据实验数据或先前的理论知识，将分子构建成几何结构，并确定所需计算的参数。
2.计算参数：将建立的模型输入计算机程序，利用量子力学等现代化学理论计算所需的参数。
3.分析结果：将计算所得的参数进行数据处理和分析，并与实验结果进行对比。
二、常用的理论计算方法1.分子轨道理论（Molecular Orbital Theory，简称 MO）分子轨道理论是理论化学中的一个基本理论，它认为，分子中的电子存在于共价键中的一种名为分子轨道的描述性电子态中。
在分子轨道理论中，化学键可以被认为是来自于两个原子的原子轨道的一种线性组合。
利用分子轨道理论，可以计算分子的结构、能量、电荷分布等性质。
分子轨道理论被广泛应用于物质结构的计算和预测，例如有机分子的电离能和吸收光谱等。
2.密度泛函理论（Density Functional Theory，简称 DFT）密度泛函理论是一种计算电子结构的量子力学方法，它对分子体系所受的电荷密度和势能进行计算，从而提供有关分子结构和属性的信息。
DFT是一种最为广泛应用的计算方法之一，其计算速度快、适用于大分子和复杂分子体系。
DFT在生物学、药学、材料科学等领域得到了广泛应用，例如新材料的设计、药效预测等。
3.分子动力学模拟（Molecular Dynamics Simulation，简称 MD）分子动力学模拟是一种基于牛顿运动定律计算分子在众多条件下的运动轨迹和相互作用的方法。
分子动力学模拟可以在分子水平上模拟分子内部和分子之间的动态行为。
发电厂电气部分教学大纲
《水电站电气设备》课程教学大纲课程编号: 000300930课程名称：水电站电气设备英文名称：Electrical Equipment of hydro power plant总学时：32总学分：2适用对象: 水电专业的本科生。
先修课程：电路原理一、课程性质、目的和任务本课程目的在于使学生获得和掌握发电、变电和输电的电气主系统的构成、设计和运行的基本理论和计算方法，熟悉和掌握主要水电站常用电气设备的原理和性能，了解同步发电机和电力变压器运行方面的简单常识。
二、教学要求和内容基本要求1、了解发电厂的类型，熟悉火电厂、水电厂、核电站的电能生产过程及其特点；掌握发电厂和变电站中主要的一次设备和二次设备的作用；了解典型的300MW发电机电气主接线、600MW发电机电气主接线的特点。
2、理解载流导体的发热和电动力的理论和计算方法，掌握载流导体长期发热、短时发热的特点，熟悉提高导体载流量的措施，掌握短路电流热效应的计算方法，掌握最大短路电动力的计算方法；熟悉电气主接线可靠性的分析方法；熟悉技术经济分析的基本原则和常用的分析方法。
3、掌握电气主接线的概念；熟悉发电厂、变电站电气主接线设计的原则和程序；掌握各典型的电气主接线（单母线（带旁路母线）、单母线分段（带旁路母线）、双母线（带旁路母线）、双母线分段（带旁路母线）、一台半断路器接线、变压器母线组接线、单元接线、桥形接线、角形接线等）的特点和适用范围；掌握主变压器的选择方法；掌握限制短路电流的方法；了解不同类型的发电厂、变电站电气主接线的特点；熟悉电气主接线运行中典型的倒闸操作的原则和步骤。
4、掌握厂用电及厂用电率的概念；掌握厂用电负荷的分类及供电特点；掌握厂用电的电压等级、厂用电系统中性点的接地方式以及厂用电源引接方式的设计原则；了解不同类型发电厂的厂用电接线的特点；熟悉厂用变压器的选择方法；熟悉厂用电动机的选择方法；掌握厂用电动机自启动校验的方法；了解厂用电源的切换问题。
发电厂电气课件——第3章 常用计算的基本理论和方法-3
设导体1中的电流在导体2
最大电动力必须乘以一个动态应力系数，以求得共振时的最
大电动力，即
Fmax 1.73107
L a
ish3
2
称为动态应力系数，为动态应力与静态应力之比值，
它可根据固有频率，从图3-14查得。
•由图3-14可见，固有频率
1.6 1.4
在中间范围变化时，β ＞1， 1.2
动态应力较大；当固有频
• （1）导体具有质量和弹性，组成一弹性系统。 •当收到一次外力作用时，就按一定频率在其平衡位置上下运 动，形成固有振动，其振动频率称为固有频率。 •由于受到摩擦和阻尼作用，振动会逐渐衰减。 •若导体受到电动力的持续作用而发生振动，便形成强迫振 动。如图3-12（c）（d）可知，电动力中工频和二倍工频两 个分量。 •（2）如果导体的固有频率接近这两个频率工频（50Hz）和 两倍工频(100Hz)两个分量之一时，就会出现共振现象，甚 至使导体及其构架损坏，所以在设计时应避免发生共振。
分量。
图3－12三相短路时A相电动力的各分量及其合力 a）不衰减的固定分量；b）按时间常数Ta/2衰减的非周 期分量；c）按时间常数Ta衰减的工频分量； d） 不衰 减的两倍工频分量。e）合力FA
2.电动力的最大值
工程上常用电动力的最大值。先求外边相（A相或C相）和中间相（B相） 电动力的最大值，然后进行比较。
[工学]第三章 常用计算的基本理论和方法
![[工学]第三章 常用计算的基本理论和方法](https://img.taocdn.com/s3/m/4b3ccda0e87101f69f319524.png)
室内的载流量为：I Ql Qf
A
R
室外的载流量为：I Ql Qf Qt A
R
3、提高导体载流量的措施 第一、减小导体电阻R （1）采用电阻率小的材料（2）减小接触电阻 （3）增大界面值（但单根S<1250平方毫米）、 增加根数、或槽形、管型。
第二、增大导体的换热面F 同样截面积下，实心圆形最小、矩形和槽
式中：
1
A2 A1
2
A2 A1
【2】槽形导体：Ff=2（h+2b）+b 【3】圆管导体：Ff=πD
5、导体传递的热量Qd（可忽略不计）
Qd
Fd
1 2
:导热系数
Fd：导热面积
：物体厚度
1、
：分别为高温区和低温区的温度
2
三、导体载流量的计算 导体的载流量就是导体长期允许通过的电
流。 1、导体的温升过程
（2）短时发热：短路电流引起的发热。由于 迅速升温和热量无法散发而烧坏电器。
4、发热产生的不良影响 （1）机械强度下降 （2）接触电阻增加 （3）绝缘水平下降 5、最高允许温度
保证导体可靠地工作而规定的导体长期
工作发热和短路发热的温度限值。
（1）长期发热最高允许温度 裸导体：70度 铜心铝绞线和管型导体：80度 有镀锡覆盖时：85度 有镀银覆盖时：95度
N
：
u
努谢
尔特准则数
：风速，m / s
D：圆管外径
v：空气的黏度系数，真空v 15.7 106 m2 / s
：空气导热系数，真空 2.52102W / m0C
：修正系数，与风向和导体的夹角有关
修正系数值表
φ 0~24度 24~90度
A
化学合成中的理论计算方法
化学合成中的理论计算方法化学合成是指在化学反应中实现有机物合成的过程。
在化学合成过程中，我们需要使用一系列的理论计算方法来设计和优化合成路线。
这些方法通常基于量子化学原理，可以帮助化学家预测化学反应的性质和机理，指导实验工作并开发新的合成方法。
理论计算方法的基本原理理论计算方法是化学研究领域中的一个分支，它基于时空领域中的原子和分子，使用量子力学的原理进行模拟计算。
理论计算方法通过解析和解释分子结构和反应运动，从而探索分子之间相互作用的性质和机理。
理论计算方法可以预测化学反应的能量、热力学性质、动力学行为和反应条件，为实验合成提供指导和理论依据。
常用理论计算方法目前，理论计算方法的种类繁多，常见的方法包括密度泛函理论（DFT），分子力场（MM），半经验和量子力学化学方法（QM）。
这些方法在化学合成中有不同的应用。
DFT方法是预测量子力学化学反应性质和机理的重要工具。
该方法可以计算分子中每个原子的电子云密度，并由此来推导如电荷分布、分子结构和反应动力学等重要性质。
在有机合成中，DFT可用于预测配体选择、反应选择性和化学键断裂的能量等重要参数。
分子力场（MM）方法则可计算分子中的原子位置、能量和反应动力学。
这种方法假设分子中的每个原子都是点电荷，并通过分析化学物质的基本结构和键来描述其相互作用力。
在化学合成中，MM可用于研究分子内和分子间相互作用力，并探究反应机理和反应条件。
半经验方法和量子力学化学方法（QM）是预测分子反应机理和热力学性质的重要工具。
这些方法可以通过模拟反应中每个原子和电子的动作和位置来预测分子的反应动力学和热力学性质。
在有机合成中，QM和半经验方法可用于设计新的催化剂和反应物，以实现更高效的反应条件。
应用举例理论计算方法在有机合成领域中有着广泛应用。
比如，近年来的研究表明，理论计算方法可用于化学催化合成的优化设计。
在氮杂环化合成中，理论计算方法通过计算反应过程中的电荷转移和分子定向性，预测了反应条件对反应的影响。
第三章 常用计算的基本理论和方法
F 2 10 i1i2 1 L( N / m) a
• 受邻近效应的影响，实际电流il 和i2并非在轴线而是向导体 截面外侧排挤，电流在导体截面上分布不均匀。所以在公式 中应引入一个形状系数K。
第一节 正常运行时导体载流量计 算
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。矩形截面导体的 集肤效应系数如图3—1所示。圆柱及圆管导体的集肤效应系数如图3—2所示。
图3—1矩形导体的集肤效应系数 图3—2圆柱及圆管导体的集肤效应系数
第一节 正常运行时导体载流量计算
2．导体吸收太阳辐射的热量Qt 吸收太阳辐射(日照)的能量会造成导体温度升高，凡安装在屋外的导体应 考虑日照的影响。
第一节 正常运行时导体载流量计 算
常用电工材料的电阻率ρ及电阻温度系数αt见表3-1。
表3-1 电阻率p及电阻温度系数αt
材料名称 纯铝 铝锰合金 铝镁合金 铜 钢
p(Ω ． · 2／m) mm O．029 OO 0.037 90 O．045 80 O．017 90 O．139 OO
αt(℃-1) O．004 03 O．004 20 O．004 20 O．003 85 O．004 55
(2)短路前后导体温度变化范围很大，电阻和比热容也随温度而变，故也
不能作为常数对待。 根据短路时导体发热的特点，当时间由0到td(td为短路切除时间)，导体温度由 开始温度θL上升到最高温度θh，其相应的平衡关系经过变换成为
1 i 2 dt mC0 (1 )d 0 1 S 2 kt
第一节 正常运行时导体载流量计算
1．导体电阻损耗的热量QR
←导体的交流电阻
式中：Rdc为导体的直流电阻(Ω／m)；
Kr为导体的集肤效应系数； ρ为导体温度为20 ℃时的直流电阻率(Ω ．mm2／m)； αt为20 ℃时的电阻温度系数(℃-1)； θw为导体的运行温度(℃)； S为导体截面积(mm2)。
03-03-载流导体短路时电动力计算
整理得: 整理得:
∫
tk
0
ρ m C0 I kt dt = ρ0
2
1 + βθ ( )dθ ∫θ w 1 + αθ
θh
积分结果: 积分结果:
1 Qk = Ah Aw 2 S
Qk = ∫ I kt dt 与短路电流产生的热量 0 成正比,称为短路电流的热效应(或热脉 成正比,称为短路电流的热效应 或热脉 冲),简称热效应. ,简称热效应.
左手定则
两条平行导体间的电动力计算
F = ∫ i2 B1 sin αdl
0
L
= ∫ 2 × 10
0
L
7 1 2
ii dl a
= 2 × 10
7 1 2
ii L a
同方向吸引力, 同方向吸引力,异方向排斥力
两条平行导体间的电动力计算
考虑到形状因素: 考虑到形状因素:
i1i2 F = 2 × 10 K L a
由于I 为短路全电流, 由于 kt为短路全电流,它由短路电流 周期分量I 和非周期分量I 周期分量 p,和非周期分量 np ,两个分量 组成,由于两个分量的变化规律不同, 组成,由于两个分量的变化规律不同,将 它们分开计算比较方便, 它们分开计算比较方便,相应的等值时间 也分为两部分. 也分为两部分.
实用计算法的计算公式
tk 周期分量: 周期分量: Q p = ( I ′′ 2 + 10 I (2tk 12
2)
+ I t2 ) k
非周期分量: 非周期分量: Qnp = TI ′′ 2
第三节 载流导体短路时电动力计算
1,电动力效应—— 载流导体之间产生电动力的相互 ,电动力效应 作用 2,短路电流所产生的巨大电动力的危害性: ,短路电流所产生的巨大电动力的危害性: 电器的载流部分可能因为电动力而振动, 电器的载流部分可能因为电动力而振动,或者因 电动力所产生的应力大于其材料允许应力而变形, 电动力所产生的应力大于其材料允许应力而变形,甚 至使绝缘部件或载流部件损坏. 至使绝缘部件或载流部件损坏. 电气设备的电磁绕组,受到巨大的电动力作用, 电气设备的电磁绕组,受到巨大的电动力作用, 可能使绕组变形或损坏. 可能使绕组变形或损坏. 3,动稳定的校验. ,动稳定的校验.
化学反应机制研究中的理论计算方法
化学反应机制研究中的理论计算方法化学反应是物质转化和变化的过程，而化学反应机制的研究是对反应过程的深入了解和探究，具有重要的理论意义和实际应用价值。
但是，化学反应机制的研究面临诸多挑战，其中之一就是对反应中各种中间体和过渡态的结构、能量和反应动力学的精确描述，这需要借助一系列理论计算方法来解决。
本文将从几个方面介绍化学反应机制研究中常用的理论计算方法，包括分子力场法、半经验分子轨道法、密度泛函理论、量子力学分子动力学等。
一、分子力场法分子力场法是指根据分子结构和化学键类型，通过一些经验参数和假设模型，构建一个描述分子的力场模型，进而计算分子的能量、力、振动等属性。
其优点在于计算速度较快、易于理解和使用，适用于大分子和有机化合物等的计算。
但是，分子力场法存在一些明显的限制，如对于非键相互作用和电子相关性的描述较弱，不能对反应动力学提供较精确的预测。
二、半经验分子轨道法半经验分子轨道法是一种介于经验式和量子力学方法之间的近似计算方法，其基本思想是在量子力学基础上，通过一些经验参数和假设模型，将分子的哈密顿量分解为分子轨道和电子积分的和式，最终求解得到分子的能量和波函数等性质。
半经验分子轨道法适用于有机化合物和生物分子等大分子的计算，其优点在于计算较快、可用于分子设计和模拟等应用，但缺点在于难以处理过渡态和离子等反应中间体的结构和属性描述。
三、密度泛函理论密度泛函理论是一种基于电子密度的第一性原理计算方法，其基本思想是将分子中的电子密度视作独立变量，通过泛函理论和假设模型，求解得到分子的总能量和电子密度分布等性质。
密度泛函理论适用于准确描述分子和固体物质等的结构、能量和反应动力学等性质，尤其在生物大分子和纳米材料等复杂系统的计算中表现出较强的优越性。
但是，密度泛函理论也存在一些局限性，如对于强关联电子系统和非准平衡态的描述较难，需要进一步提炼出新的方法和算法。
四、量子力学分子动力学量子力学分子动力学方法是基于量子力学原理和分子动力学的理论计算方法，其基本思想是通过求解分子的薛定谔方程和分子间相互作用势能，模拟分子的轨迹和位置、动量等动力学过程。
3第三章 常用计算的基本理论和方法(2)
固有频率fl在35-135Hz范围内，应考虑动态应力系数。 查图3-23曲线，对应f＝96.15Hz，β＝1.35，得到：
Fmax 1.73 10
7
L a
2 ish
2 1.73 10 7 01..35 45000 2 1.35
1621.5 ( N )
三、分相封闭母线的电动力
7
L a
2 ish
(N )
【例3-5 】 某发电厂装有10kV单条矩形铝导体，尺寸为 60mm×6mm，支柱绝缘子之间的距离L=1.2m，相间距离a ＝0.35m，三相短路冲击电流ish＝45kA。导体弹性模量E ＝7×1010Pa，单位长度的质量m＝0.972kg/m。试求导体 的固有频率及最大电动力。
再比较两相短路和三相短路时的电动力
I ( 2) 3 ( 3) I 2
两相短路冲击电流
7
i
( 2) sh
3 2
(3 ish )
F
( 2) max
2 10
L a
7
[i ] 2 10
( 2) 2 sh
7
L a
[
3 2
(3 ish ) ]2
1.5 10
L a
短路电流热效应
2 Qk I (t p tnp ) 202 (0.65 0.1) 300(kA2 s)
（2）计算母线最高温度θh θ w＝46℃，查图3-13得到Aw=0.35×1016J/(Ω·m4) 代入（3-34）得到
Ah 1 S2 Qk Aw 1 [2 100 8 2 ] 1000 1000 300 106 0.35 1016
7
L a
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
单 母 线 带 旁 路
常用计算的基本理论和方法
QF1
W
A段
B段
单母分段带旁路
常用计算的基本理论和方法
（二）双母线及其变形
1.双母线接线的组成： *有两组母线，并通过母联开关连接； *每回进出线均经一台QF和两组QS分别连接在两组
母线上。
常用计算的基本理论和方法
双母线接线 常用计算的基本理论和方法
常用计算的基本理论和方法
3/2QF接线的特点：
1. 可靠性高 （1）每一回路由两台QF供电，检修任一台不停电。 （2）母线故障时，只跳开与此母线相连的所有QF，
任何回路不停电；
2. 运行调度灵活 正常时，两组母线和所有断路器均投入，从而
形成多环形供电，通路多，运行调度灵活。
常用计算的基本理论和方法
2.运行方式：
（1）一组工作，一组备用——单母线。
（2）都是工作母线——单母线分段。 若合母联开关，电源与负荷平均分配在两组
母线上——固定连接，使母线保护变得简单。 若断母联开关——母线硬分段，可以限制短
路电流。
常用计算的基本理论和方法
3.特点 优点： （1）供电可靠
*检修任一段母线，不中断供电；
常用计算的基本理论和方法
具有专用旁路QF的双母线带旁路母线接线
常用计算的基本理论和方法
（三）3/2断路器接线
每两个元件（出线、电源）用三台断路器 构成一串接至两组母线。
在一串中，两个元件各自经1台断路器接至 不同的母线，两回路之间的断路器称为联络断 路器。
常用计算的基本理论和方法
一 台 半 断 路 器 接 线
的电路，称为电气主接线 。
电气主接线表明电能送入与分配的关 系以及各种接线方式，是单线图，即以 一条线表示三相线路。
常用计算的基本理论和方法
在发电厂和变电站的控制室内，为了 表明实际运行状况，通常设有电气主接
线模拟图。运行时，模拟图算的基本理论和方法
第三章 常用计算的基本理论和方法(P.63)
第四章 电气主接线及设计(P.100)
主要内容：
1. 主接线的基本接线形式； 2. 主变压器选择； 3. 限制短路电流的方法； 4. 电气主接线设计。
常用计算的基本理论和方法
第一节 概述
用标准的图形和符号把发电机、变压 器、断路器等设备按预期生产流程连成
常用计算的基本理论和方法
2.灵活性
定义：
（1）操作的方便性：结构简单，操作方便。 （2）调度的方便性：指适应系统运行方式要求的能
力，即改变运行方式的简捷程度、快慢速度。 （3）扩建的方便性：指考虑扩建的可能性，即扩建
时能否不停电或少停电。
3.经济性 1）投资省，包括一次部分、二次部分 2）占地少 3）电能损耗少
3.操作检修灵活 （1）隔离开关仅在检修时用，避免了将隔离开
4. 提高可靠性、灵活性的措施： （1）母线分段 （2）加旁路母线
常用计算的基本理论和方法
QF1 QS1
单母线分段接线 常用计算的基本理论和方法
单母线分段接线仍存在以下缺点：
（1）检修出线断路器，停该回路； （2）任一段母线或QS-W故障或检修时，连接在
该段母线上的所有回路都停电。
为使检修出线断路器时不停电，可以加装 旁路母线： （1）单母线带旁路； （2）单母线分段带旁路。
（倒闸步骤多，误操作机会就多）。
4.改进措施 （1）双母线三分段
缩小了母线故障的停电范围。 可以在分段处加母线电抗器，以限制短路电流， 提高可靠性。
常用计算的基本理论和方法
双母线三分段接线 常用计算的基本理论和方法
（2）加旁路母线——避免检修出线开关停电 *具有专用旁路QF的双母线带旁路母线接线； 特点： *运行操作方便； *增加投资（设备多）； *增加占地面积。
总之，发展、节约并重，以经营为主。 常用计算的基本理论和方法
二、设计原则 以设计任务书为依据，以技术法规为准绳，结
合实际。
工程设计四个阶段：可行性研究阶段，初步设计
阶段、技术设计阶段、施工设计阶段。
强调：（1）树立技术法规观念；
（2）从实际出发，解决可靠性、经济性之间的 矛盾，随时解决出现的问题；
倒闸：
*任一段母线故障，能迅速恢复供电； *检修任一回路的QS-W，只断该回路。 （2）调度灵活 *通过倒闸操作可以组成多种运行方式； *扩建方便，向左右任一方向扩建，不会造成原有 回路停电。
常用计算的基本理论和方法
缺点： （1）投资大（设备多）； （2）检修出线QF时，停该回路； （3）母线故障时，需短时切换较多的电源和负荷
（3）经过技术经济比较，确定主接线方案； （4）大机组、超高压机组需计算可靠性。
常用计算的基本理论和方法
三、设计步骤（以课程设计、毕业设计为例）
1. 分析原始资料； 2. 确定主接线方案； 3. 计算短路电流； 4. 选择主要设备； 5. 绘制主接线图； 6. 概算。
常用计算的基本理论和方法
第二节 主接线的基本接线形式 一、有汇流母线
一般而言，因事故被迫中断供电的机会越少、 影响范围越小、停电时间越短，主接线的可靠性 就越高。
说明：
1）只有大系统、大机组才定量计算可靠性。 2）定性分析和衡量可靠性时，一般从以下几方面考
虑： （1）QF检修，是否影响供电； （2）线路、QF或母线故障，以及母线或QS-W检修时，
停运多少条线以及停电时间长短； （3）全厂（所）停电的可能性； （4）大机组停运时，对稳定的影响。
常用计算的基本理论和方法
一、对主接线的基本要求
1.可靠性 就是连续供电的可能性。
怎样分析和评价主接线的可靠性？
1） 厂（所）在电力系统中的地位和作用； 2）可靠性与负荷性质和类别有关； 3）为保证系统可靠，应提高设备的可靠性； 4）运行经验写入规程，是提高可靠性的重要条件。
常用计算的基本理论和方法
单母线及其变形、双母线及其变形、3/2QF （4/3QF）接线、变压器—母线组接线。
以下分别介绍：
常用计算的基本理论和方法
（一）单母线及其变形
1.单母线接线是将所有电源线及出线都接在同一组 母线上。 2.倒闸操作：QS先通后断的原则。 3.特点：简单、设备少、操作方便、便于扩建；
可靠性低：*检修出线开关，停该回路； *检修母线或QS-W，全停； *母线或QS-W故障，全停。