电气设备的发热和电动力计算知识培训.pptx
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1、第第 8 8 章章 电气设备发烧和电动力计算电气设备发烧和电动力计算电气设备的发热和电动力计算知识培训第1页 电流经过电气设备有热效应和力效应电流经过电气设备有热效应和力效应,本章本章介绍电气设备介绍电气设备(正常状态正常状态,短路状态短路状态)发烧和电动发烧和电动力计算力计算.因为课时数有限因为课时数有限,对于详细计算不做太高对于详细计算不做太高要求要求,只要求了解其只要求了解其原理和相关概念原理和相关概念.这一章也是这一章也是第九章电气设备选择理论基础第九章电气设备选择理论基础.第第8 8章章 电气设备发烧和电动力计算电气设备发烧和电动力计算电气设备的发热和电动力计算知识培训第2页电流经过
2、导体时产生电能损耗电流经过导体时产生电能损耗;铁磁物质在交变磁场中产生涡流和磁滞损耗铁磁物质在交变磁场中产生涡流和磁滞损耗;绝缘材料在强电场作用下产生介质损耗绝缘材料在强电场作用下产生介质损耗 热能热能散失到周围介质中散失到周围介质中 加热导体和电器使其温度升高加热导体和电器使其温度升高 8.1 电气设备允许温度电气设备允许温度电气设备的发热和电动力计算知识培训第3页一、发烧危害一、发烧危害当导体和电器温度超出一定范围以后,将会加速绝缘当导体和电器温度超出一定范围以后,将会加速绝缘材料老化材料老化,降低绝缘强度降低绝缘强度,缩短使用寿命,显著地缩短使用寿命,显著地降降低金属导体机械强度低金属导
3、体机械强度(见图见图8.1);将会恶化导电接触部;将会恶化导电接触部分连接状态分连接状态(接触电阻增加接触电阻增加),以致破坏电器正常工,以致破坏电器正常工作。作。图图8.1 金属材料机械强度与温度状态金属材料机械强度与温度状态(a)铜)铜1连续发烧;连续发烧;2短时发烧短时发烧(b)不一样金属导体)不一样金属导体1硬粒铝;硬粒铝;2青铜;青铜;3钢;钢;4电解铜;电解铜;5铜铜(a)(b)电气设备的发热和电动力计算知识培训第4页二、发烧类型二、发烧类型长长久久发发烧烧:由由正正常常工工作作电电流流引引发发发发烧烧。导导体体经经过过电电流流较较小小,时时间间长长,产产生生热热量量有有充充分分时
4、时间间散散失失到到周周围围介介质质中中,热热量量是是平平衡。到达稳定温升之后,衡。到达稳定温升之后,导体温度保持不变导体温度保持不变。短短路路时时发发烧烧:由由短短路路电电流流引引发发发发烧烧。因因为为导导体体经经过过短短路路电电流流大大,产产生生热热量量很很多多,而而时时间间又又短短,所所以以产产生生热热量量向向周周围围介介质质散发极少,几乎都用于导体温度升高,热量是不平衡散发极少,几乎都用于导体温度升高,热量是不平衡。导体和电器在运行中经常工作状态有:导体和电器在运行中经常工作状态有:(1)正常工作状态:)正常工作状态:电压、电流均未超出允许值,对应电压、电流均未超出允许值,对应 发烧为长
5、久发烧;发烧为长久发烧;(2)短路工作状态:)短路工作状态:发生短路故障,对应发烧为短时发烧。发生短路故障,对应发烧为短时发烧。电气设备的发热和电动力计算知识培训第5页为了限制发烧有害影响,确保导体和电器工作为了限制发烧有害影响,确保导体和电器工作可靠性和正常使用寿命,对上述两种发烧允许可靠性和正常使用寿命,对上述两种发烧允许温度和允许温升做了明确要求,见表温度和允许温升做了明确要求,见表8.1和表和表8.2。假如长久正常工作电流或短路电流经过导体、假如长久正常工作电流或短路电流经过导体、电器时,实际发烧温度不超出它们各自发烧允电器时,实际发烧温度不超出它们各自发烧允许温度。即许温度。即有足够
6、热稳定性有足够热稳定性。电气设备的发热和电动力计算知识培训第6页8.2 导体长久发烧计算导体长久发烧计算导体长久发烧计算是导体长久发烧计算是依据导体长久发烧允许温度依据导体长久发烧允许温度y y来确定其允许电流来确定其允许电流I Iy y。只要导体最大长久工作电流小于导体允许经过电流,只要导体最大长久工作电流小于导体允许经过电流,那么导体长久发烧温度就不会超出那么导体长久发烧温度就不会超出y y ;或者依据经过导体最大长久工作电流或者依据经过导体最大长久工作电流I Imaxmax来计算导体来计算导体长久发烧温度长久发烧温度c c,导体长久发烧温度导体长久发烧温度c c小于长久发烧允许温度小于长
7、久发烧允许温度y y。电气设备的发热和电动力计算知识培训第7页1、允许电流、允许电流Iy确实定确实定 对对于于母母线线、电电缆缆等等均均匀匀导导体体允允许许电电流流Iy,在在实实际际电电气设计中,通常采取查表法来确定气设计中,通常采取查表法来确定.国国产产各各种种母母线线和和电电缆缆截截面面已已标标准准化化,依依据据标标准准截截面面和和导导体体计计算算环环境境温温度度为为25及及最最高高发发烧烧允允许许温温度度y为为70,编制了,编制了标准截面允许电流表标准截面允许电流表。设计时可从中查取。设计时可从中查取。当任意当任意环境温度为环境温度为时允许电流时允许电流为为 (A)Iy实际环境温度为实际
8、环境温度为时导体允许电流,时导体允许电流,A;Iy 计算环境温度为计算环境温度为0时导体允许电流,时导体允许电流,A;y 导体长久发烧允许温度,导体长久发烧允许温度,实际环境温度,实际环境温度,(见表(见表8.3););0计算环境温度,计算环境温度,(见表(见表8.4)。)。电气设备的发热和电动力计算知识培训第8页 例例 某发电厂主母线截面为某发电厂主母线截面为50mm5mm,材料为铝。,材料为铝。0为为25,为为30。试求该母线竖放时长久工作允许电流。试求该母线竖放时长久工作允许电流。解:解:从母线载流量表中查出截面为从母线载流量表中查出截面为50mm50mm,025,铝,铝母线竖放时长久允
9、许电流母线竖放时长久允许电流Iy=665A。将其代入式(。将其代入式(5.1)中,)中,得到得到30时母线长久允许电流,即时母线长久允许电流,即 (A)电气设备的发热和电动力计算知识培训第9页当实际环境温度为当实际环境温度为,经过载流导体长久负荷电流为经过载流导体长久负荷电流为Imax时,稳定温度时,稳定温度c 可按下式计算可按下式计算。2、导体长久发烧稳定温度、导体长久发烧稳定温度 c确实定确实定式中式中 c导体长久发烧温度,导体长久发烧温度,;Imax经过导体最大长久工作电流经过导体最大长久工作电流(连续连续30min 以上最大工作电流以上最大工作电流)A;Iy校正后导体允许电流,校正后导
10、体允许电流,A。电气设备的发热和电动力计算知识培训第10页8.3 导体短路时发烧计算导体短路时发烧计算(短路电流热效应短路电流热效应)1、计算载流导体短路发烧目标、计算载流导体短路发烧目标.确定当载流导体附近发生确定当载流导体附近发生最严重短路最严重短路时,导体时,导体最最高发烧温度高发烧温度d是否超出所要求是否超出所要求短时发烧允许最高温度短时发烧允许最高温度dy(铝及其合金为(铝及其合金为200;铜为;铜为300)。)。2、短时发烧特点短时发烧特点 1)短路电流大而连续时间短()短路电流大而连续时间短(0.158秒),导体秒),导体内产生热量来不及扩散,可视为内产生热量来不及扩散,可视为绝
11、热过程绝热过程;电气设备的发热和电动力计算知识培训第11页3、热稳定性概念:、热稳定性概念:是是指指电电器器经经过过短短路路电电流流时时,电电器器导导体体和和绝绝缘缘部部分分不不因因短短路路电电流流热热效效应应使使其其温温度度超超出出它它短路时最高允许温度,而造成损坏。短路时最高允许温度,而造成损坏。当当ddy时,就满足导体或电器热稳定性时,就满足导体或电器热稳定性 2)短路时,温度改变范围很大,导体)短路时,温度改变范围很大,导体电阻电阻和和比热比热不能再视为常数,而应不能再视为常数,而应为温度函数为温度函数。电气设备的发热和电动力计算知识培训第12页4、短路电流热效应短路电流热效应Qk计算
12、计算 S导体截面积,导体截面积,m2。id短路电流有效值,短路电流有效值,A Ad为导体短路发烧至最高温度时所对应为导体短路发烧至最高温度时所对应A值值 Aq为短路开始时刻导体起始温度为为短路开始时刻导体起始温度为q所对应所对应A值。发生短路时,导体温度改变范围很大,从几十度升高几发生短路时,导体温度改变范围很大,从几十度升高几baidu。所以,导体。所以,导体电阻率和比热电阻率和比热不能看做常数,应是温度不能看做常数,应是温度函数。依据短路时导体发烧计算条件,导体产生全部热量与函数。依据短路时导体发烧计算条件,导体产生全部热量与其吸收热量相平衡其吸收热量相平衡:电气设备的发热和电动力计算知识
13、培训第13页此式左边此式左边 与短路电流产生热量成百分比,称为与短路电流产生热量成百分比,称为短短路电流热效应路电流热效应(或热脉冲),用(或热脉冲),用 Qk 表示表示,故有:故有:J/(m4)Qk计算和计算和Ad与与Aq计算,用解析方法都很麻烦,所以,计算,用解析方法都很麻烦,所以,工工程上普通都采取简化计算方法程上普通都采取简化计算方法。现分述以下。现分述以下。电气设备的发热和电动力计算知识培训第14页u(1)小系统短路电流热效应)小系统短路电流热效应Qk计算计算因为短路电流瞬时值d改变复杂,所以在工程应用中在工程应用中采取采取稳定电流稳定电流I及及等效(假象)发烧时间等效(假象)发烧时
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