電氣設(shè)備的發(fā)熱和電動力計算b

1、第五章 電氣設(shè)備的發(fā)熱及電動力計算,§5.1 電氣設(shè)備的允許溫度1、電氣設(shè)備的運(yùn)行特點,2、電氣設(shè)備的發(fā)熱類型長期發(fā)熱－－由正常工作電流引起，可用來確定導(dǎo)體正常工作時的最大允許載流量。特點：電流小，持續(xù)時間長，熱量的產(chǎn)生與散失將維持一動態(tài)平衡，達(dá)到一穩(wěn)定溫升，溫度不再改變。短（路）時發(fā)熱－－由短路電流引起，可用來確定短路切除以前可能出現(xiàn)的最大溫度。特點：電流大且時間短暫，熱量幾乎全部用于導(dǎo)體溫升。,3、發(fā)熱的其

2、它概念：熱穩(wěn)定性－－長期工作電流或短路電流通過導(dǎo)體、電器時，實際發(fā)熱溫度不超過各自發(fā)熱的允許溫度，即具有足夠熱穩(wěn)定性。允許溫度：可承受的最高溫度值。允許溫升：長期發(fā)熱的允許溫升－－較周圍（計算）環(huán)境溫度的溫度升高值。短時發(fā)熱的允許溫升－－較短路前的溫度升高值，通常與導(dǎo)體長期工作時的最高允許溫度相比較。,§5.2 導(dǎo)體長期發(fā)熱的計算,兩種計算思路：根據(jù)θy（導(dǎo)體長期發(fā)熱允許溫度）　 　Iy（允許電流）； 　進(jìn)而校

3、驗，使?jié)M足Ig.zd≤Iy 根據(jù)Ig.zd（導(dǎo)體最大長期工作電流） 　　θc（導(dǎo)體長期發(fā)熱穩(wěn)定溫度）； 進(jìn)而校驗，使?jié)M足θc≤θy,,,一、允許電流Iy的確定對于母線、電纜等均勻?qū)w，其允許電流Iy可查標(biāo)準(zhǔn)截面允許電流表。注意：對應(yīng)查得的電流的條件為：計算環(huán)境溫度θ0 ＝ 25℃，最高發(fā)熱允許溫度θy＝70℃；故當(dāng)實際環(huán)境溫度θ與θ0不一致或敷設(shè)條件不同時，需要進(jìn)行溫度校正：,二、導(dǎo)體長期發(fā)熱溫度θcθc＝θ＋（θy

4、 －θ）(Ig.zd/Iyθ)θ－－實際環(huán)境溫度Ig.zd－－最大長期工作電流（一般考慮持續(xù)30min以上的最大工作電流）Iyθ－－校正后的允許電流,§5.3 導(dǎo)體短路時的發(fā)熱計算,導(dǎo)體必須能承受短路電流的熱效應(yīng)而不致使絕緣材料軟化燒壞，也不致使芯線材料的機(jī)械強(qiáng)度降低，這種能力即－－導(dǎo)體的短路熱穩(wěn)定性。短路熱穩(wěn)定性的校驗思路：當(dāng)導(dǎo)體通過短路電流時的最高發(fā)熱溫度θd≤θd y規(guī)定的導(dǎo)體短時發(fā)熱允許溫度，則認(rèn)為導(dǎo)體

5、在短路條件下是熱穩(wěn)定的；否則是熱不穩(wěn)定的。,一、短路時發(fā)熱的計算條件由其短時發(fā)熱的主要特點而決定:a、視為絕熱過程－－短路時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量全部用來提高導(dǎo)體本身的溫度，即不考慮散熱；b、短路時導(dǎo)體的物理特性，如比熱、電阻率等不能視為常數(shù)，而是溫度的函數(shù)；c、短路電流瞬時值的實際變化規(guī)律復(fù)雜，故選取短路電流全電流的有效值來進(jìn)行發(fā)熱計算。,二、短路時最高發(fā)熱溫度θd的計算熱平衡：產(chǎn)生的全部熱量＝吸收的短路電流全電流的有效

6、值；　(5-3)、　(5-4)分別為溫度θ℃時導(dǎo)體的電阻、比熱。設(shè)短路發(fā)生時間為0　　t，相應(yīng)的導(dǎo)體溫度變化為θq （起始溫度） 　　θd，兩邊積分、整理可得：式中　　　　　　　即短路電流的熱效應(yīng)。,,,（5-7）,Ad＝……Aq＝……參見P71式5－8　 但注意：Aq有誤！由上述可看出Qd、Ad、Aq的解析算法很麻煩，所以一般采取簡化方法－－等值時間法：１、Qd的等效計算（因id實際變化復(fù)雜）由I∞（穩(wěn)態(tài)電流）和td

7、z（短路發(fā)熱等效時間，假想值）推出Qd，則有：　　　　　　　　?。?－9）且tz, tfz－分別為周期性、非周期性短路電流分量等值時間。①tz的確定－－由周期分量等值時間曲線（圖5－3）tz=f(β″,t)可查得。,即以I″/I ∞之比代表短路電流的變化規(guī)律。其中，I″－－短路次暫態(tài)電流有效值，即短路后第一周期的iz有效值（周期性分量0s有效值）。 圖5-3的tz=f(β″,t)曲線只作出了t≤5s時，若短路持續(xù)時間t

8、>5s，則： tdz=tz(5)+(t－5) 　(s)（短路時間一般不會超過5s，即5s后已達(dá)短路后穩(wěn)態(tài)。）②tfzt≥1s時，短路電流非周期分量基本衰減完，不計其發(fā)熱，即無需計算tfz。t<1s時，應(yīng)計其發(fā)熱影響：　　　　　?。ǖ刃В?,又因為其中，Ta為短路電流非周期分量ifz衰減時間常數(shù)（Ta≈0.05s）所以

9、 (5-13)因為ifz為一衰減分量，其發(fā)熱時間常數(shù)為0.025s；在4倍時間常數(shù)后，即短路時間t≥0.1s后熱量不再增加，所以tfz可作如下簡化處理：t≥1s時，tfz=00.1≤t<1s時，t<0.1s時，tfz按(5-13)式計算,,又因為其中，Ta為短路電流非周期分量ifz衰減時間常數(shù)（Ta≈0.05s）所以

10、 (5-13)因為ifz為一衰減分量，其發(fā)熱時間常數(shù)為0.025s；在4倍時間常數(shù)后，即短路時間t≥0.1s后熱量不再增加，所以tfz可作如下簡化處理：t≥1s時，tfz=00.1≤t<1s時，t<0.1s時，tfz按(5-13)式計算,,又因為其中，Ta為短路電流非周期分量ifz衰減時間常數(shù)（Ta≈0.05s）所以

11、 (5-13)因為ifz為一衰減分量，其發(fā)熱時間常數(shù)為0.025s；在4倍時間常數(shù)后，即短路時間t≥0.1s后熱量不再增加，所以tfz可作如下簡化處理：t≥1s時，tfz=00.1≤t<1s時，t<0.1s時，tfz按(5-13)式計算,,2、 θd的確定－－全步驟將材料的A值與溫

12、度θ的關(guān)系作成圖5－4示θ＝f(A)曲線（取決于導(dǎo)體的材料類型）；由導(dǎo)體材料及初始溫度θq查出Aq ；按上述方法（式5－9）求出Qd ，又由Aq、導(dǎo)體截面S，推出Ad值：最后，可由Ad值查相應(yīng)材料的θ＝f(A) 曲線得到θd 。（注意：A為導(dǎo)體加熱系數(shù)，也有些以K表示，決定于材料類型； Aq 、Ad分別為負(fù)荷時、短路時的導(dǎo)體加熱系數(shù)。）,三、校驗熱穩(wěn)定性1、載流導(dǎo)體允許溫度法： θd ≤ θd y最小截面法：由式（5

13、－7）及（5－9）可算出設(shè)θd ＝θd y，θq＝θy 進(jìn)而θd y Ad y ，θy Ay 一般取集膚效應(yīng)系數(shù)Kj＝1；C為導(dǎo)體熱穩(wěn)定系數(shù)，參表5－5。只需實際截面S≥Szx，即熱穩(wěn)定滿足。,,,2、一般電器式中，Ir為電器熱穩(wěn)定電流、t為熱穩(wěn)定試驗時間，兩者均為產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)、可查。3、三相短路和兩相短路發(fā)熱比較一般均以三相短路電流為準(zhǔn)校驗；若　　　　（如獨(dú)立運(yùn)行的發(fā)電廠

14、，有可能）則須進(jìn)行發(fā)熱比較。若　　　　　　　　則需按兩相短路校驗。,其中　　　的計算－－由周期分量等值時間曲線：又因為所以　　　　　　　　進(jìn)而查曲線5－3得　　　則由式（5－13）算出。,§5.4導(dǎo)體短路時的電動力,基本概念載流導(dǎo)體的電動力：載流導(dǎo)體處在磁場中會受到力的作用，載流導(dǎo)體間也會有力的作用，這種力稱為電磁互作用力，即電動力。在電器中，載流導(dǎo)體間、線圈匝間、動靜觸頭間、電弧與鐵磁體間等都有電

15、動力的作用。在正常電流下，電動力不致于使電器損壞，但動、靜觸頭間的電動斥力過大會使接觸壓力減小、接觸電阻增大，從而造成觸頭的熔化或熔焊，影響其正常工作。,在強(qiáng)大短路電流下所形成的電動力，可能使電器發(fā)生誤動作或使導(dǎo)體機(jī)械變形，甚至損壞。 電動力常用來驗證電氣設(shè)備的機(jī)械強(qiáng)度是否足夠。電動力穩(wěn)定性：簡稱動穩(wěn)定性，是指－－當(dāng)大電流通過電器時，在其產(chǎn)生的電動力作用下，電器有關(guān)部件不產(chǎn)生損壞或永久變形的性能；或者說，電器有關(guān)部分在電動力作

16、用下不產(chǎn)生損壞或永久變形所能通過的最大電流的能力。以可能的最大沖擊電流的峰值表示，也有的以其與額定電流的比值表示。,電動力的計算：,一、兩平行圓導(dǎo)體（實心、空心即圓管形均可）α為兩導(dǎo)體中心距離，L為導(dǎo)體長度，d為截面半徑；當(dāng)d<<α且α<<L時，可不考慮電流在導(dǎo)體截面上的分布：,（5－18）,二、兩平行矩形截面導(dǎo)體截面寬為h，厚為b；α為兩導(dǎo)體中心距離，L導(dǎo)體長度：若b1時， Kx >

17、;1；b/h<1時， Kx <1； b/h=1, Kx =1。,（5－19）,三、三相母線短路時的電動力短路沖擊電流ish產(chǎn)生的電動力最大，故均以ish為準(zhǔn)；又因為故以　　為準(zhǔn)；又因為實踐證明中間相所受電動力最大；故（回顧：短路沖擊電流　　　　　　　　　　Ksh－短路電流沖擊系數(shù)，一般取1～2之間。）,四、校驗動穩(wěn)定性1、母線母線通過　　時受到的最大計算應(yīng)力。2、一般電器　　　為極限通過電流（