发电厂电气部分3

第三章导体的发热和点动力、导体的选择第一节概述导体通过电流发热：（1）电阻；（2）周围的铁磁物质因交变磁场；（3）导体的绝缘材料因电场的介质损耗。温度高对导体的不良影响：（1）导体机械强度下降；（2）破坏接触部分的工作；（3）显著降低绝缘材料的绝缘性能。导体有两种发热状态：一种是导体长期流过工作电流引起的发热，称为长期发热；另一种是导体短时间流过短路电流引起的发热，称为短时发热。接触面，导体的最高允许温度：螺栓连接—70度，80度；接触面搪锡处理：85度。短路电流时，硬铝及铝锰合金200度，铜300度。电动力，短路时，导体中流过的短路电流很大，由此产生的电动力也很大，有可能造成导体的变形或结构损坏。短路时的发热和电动力—热稳定性和动稳定性。)13(,)(02dtAmCdRdtI第二节导体的长期发热和短期发热一、导体的长期发热计算1.通过电流后导体的稳定温升和稳定温度RImCA0--通过导体的电流;--导体交流电阻;--导体的质量，kg;--导体的比热容，J/（kg.0C）;--导体的散热系数，W/（m2.0C）;--导体的散热表面积，m2；--导体的温度0C；--导体周围环境的温度0C。)33(,)()1(020tmCAstmCAeeARI)23(,)(020dARImCdtstmCddtARI)]([02,00s令：称为起始时刻的温升，为任意时刻的温升，,0AmCTsT600)43(,)1(1012tTtTeeARI对于一般截面大于16mm2的导体，有：(3-4)式表明，导体任意时刻的温升按指数规律上升。图3-1t)53(,2ARIw导体的发热时间常数。ARIw2导体温升趋于稳定。实际约30分钟温升趋于稳定。2.导体的安全载流量Tt)4~3(有（3-5）设导体已达到长期允许温度和允许温升，则此时导体中流通的即为长期允许电流，亦即该导体的安全载流量。)63(,()0RARAIalalalalalalI表示电流在导体中产生的热量等于散发到周围介质的热量。由（3-6）可见，导体最大长期允许电流取决于导体材料的长期发热允许温度、表面散热能力和导体的电阻。提高导体的载流能力：选用电阻率小的材料；改进导体接头的连接方法，可以提高；改善导体的散热能力（形状、安装方式）。al在自然冷却条件下，裸导体按周围环境温度为+25度，允许最高温度为+70度，进过计算和试验，编制了各种标准截面导体长期允许电流表。对于电气设备，则是按照一定的标准使用条件，（如环境温度为+25度，允许最高温度为+75度等）规定了允许的最大工作电流，即额定电流。产品手册、铭牌提供。周围环境温度与标准温度不同时，导体的安全载流量应修正，温度修正系数可查手册，或计算)83(,))((200alalwII当流经导体的电流小于其允许载流量时，负荷电流使导体达到稳定温度为:)73(,0NalalK二、导体的短时发热与计算短路电流持续时间短，约零点几秒到几秒。（一）短时发热过程及导体的最高温度图3-2。近似是一个绝热过程。热平衡方程式：)93(,2dmCdtRIkLSmm)1(0CCSLRt)1(0ktImRCLmS0t0C--短路全电流有效值，A;--导体的质量，kg;--温度为时的导体电阻，;--温度为时的导体比热容，J/（kg.0C）;--导体的材料密度，kg/m3;--导体的长度，m；--导体的截面积，；--00C时导体的电阻率，。--导体电阻的温度系数1/0C;--00C时导体的比热容J/（kg.0C）；--导体的比热容的温度系数1/0C.2mm)123(,)11(100202dCdtIStmkttkwk)113(,)11(10022dCdtIStmkt)103(,)1()1(002dLSCdtSLImtkt])1ln([])1ln([)11(20020000wtwtttmktktttmtmCCdCkw)133(,1202wkkttAAdtISkkktktttmAC])1ln([200wwtwtttmAC])1ln([200令：A的单位为)/(4mJ式（3-12）写为：)(Af图3-3wwAAf)(一般为已知，或根据短路前导体的工作状况计算出来。wdtIkttk20)153(,12wkkAQSA代表短路电流在其存在时间内产生的热效应，用表示。kQ（二）短路电流热效应值的计算短路电流包含周期分量非周期分量kQ)183()],...(2)...(4)[(3)(2421310nnnbayyyyyyyynabdxxfpInpI)163(,nppkQQQ1.短路周期电流热效应的计算pQ)173(,02dtIQkipp辛普生公式)193(],424[12)(43210yyyyyabdxxfba)(21312yyy)203(),10(12)(420yyyabdxxfba)213(),10(12225.0202ttkippIIItdtIQk2.短路非周期电流热效应的计算npQ)223(,)1()2(222002IeTdteIdtiQaakkTtaTttinpnptItI5.0--短路切除瞬间的周期分量有效值；--0.5t瞬间的有效值。,0.1stk非周期分量一衰减完毕，与比很小，非周期分量的热效应可忽略。npQpQ0,1.02akTtkest)233(,2ITQanp（三）短路时导体允许的最小截面表3-1非周期分量时间常数，kwkkQCAAQS1min)243(,1minkfQKCSwkAAC87C171C铝铜例3-1Page55解：1.短路切除全电流热效应计算（1）短路全电流切除时间)(2.12.01stttbpk（2）短路电流周期分量热效应表3-2对应不同工作温度的裸导体C值，Page55C--与导体材料和短路前温度有关的热稳定系数只要选用大于，导体便是而稳定的。minS)(8.702)22241028(122.1)10(12222225.0202skAIIItdtIQttkippk)*(8.702skAQQpkstk1（3）短路电流非周期分量热效应可以或略（4）短路全电流热效应2.求短路时导体的最高温度及热稳定校验)*/(1055.0704160mJACww（查图3-3）代入（3-15），并计入集肤效应。)](8.156282.0[22skAITQanp)(312)(800810022mmmmSCCk0020090)(312108.70205.1871126minmmQKCSkf（铝导体最高允许温度）或者：实际的导体截面：两种方法都说明满足热稳定的要求。)*/(10665.01055.010115.01055.0108.702)100081000100(05.1416161616622mJAQSKAwkfk查图3-3)(312108.70205.1871126minmmQKCSkf第三节导体的电动力计算一、两平行导体通过电流时的电动力)253(),(2.021NaLiiKFx21,ii--流过两平行导体中的电流瞬时值，kA;--平行导体的长度，m;--两导体的中心距离，m;--导体截面的形状系数。LaxK)263(),(173.02NaLiKFshx二、三相母线在短路时的电动力当三相母线安装于同一母线时，中间相母线受的电动力最大（约比边相母线大7%）。在三相短路冲击电流作用下，中间相母线所受最大电动力为：最大电动力出现在三相短路发生后的0.01秒瞬间，完全与三相短路电流最大瞬时值同步。例3-8--两支持绝缘子之间的一段母线长度，称为跨距，m;--三相冲击电流，KA;--相邻两导体的中心距离，m;--形状系数。LshiaxK三、三相导体的共振应力发电厂的母线及其绝缘子构成一个弹性系统。固有频率；周期性的持续外力—强迫振动；周期性的持续外力周期等于固有频率周期--共振。固有频率：)273(),(11220HzLrfi避开以下频率：单条母线：35—135Hz,多条母线：35---155Hz,槽形和管形：30---160Hz)283(),(173.02NaLiKFshx修正系数：当母线系统的固有频率在上述范围内，乘修正系数。。母线系统就不会发生振只要,)293(,84.0160112maxmaxLLrrLii当母线系统的固有频率等于或大于160Hz时，母线系统不会发生共振，改变母线截面积和布置方式及绝缘子跨距，均可改变的大小。0f第四节大电流封闭母线的发热和电动力一、概述敞露母线的局限；解决办法：封闭母线。形式；图3-6全连式分相封闭母线的优点：（1）运行可靠性高。母线被装在里面，避免了外界自然环境对母线及其绝缘子的粉尘污染，消除了母线相间短路的可能性。（2）可有效地减小母线及其附近短路时母线间的电动力。外壳与母线形成1：1的空心变压器。由于外壳涡流和环流磁场对母线电流磁场的强烈去磁作用，使壳内磁场大为减弱，有效地减小了短路时母线的电动力。（3）可有效地减小母线附近钢构的发热。（4）外壳可多点接地，可保证人体触及时的安全。（5）维护工作量较小。（6）母线和外壳之间可兼作强迫冷却的介质通道，可大大提高母线的载流量。缺点：（1）母线的自然散热条件较差。（2）外壳会发热产生损耗。（3）有色金属消耗较多，投资较大。二、封闭母线作用的原理分析1.壳外磁场已所剩无几1:1单匝空心变压器，外壳感应电流磁场与原边电流磁场相反，强烈的去磁作用使壳外磁场衰减到原来的10%以下。2.已经很小的壳外磁场进入邻相壳内的磁场时，进一步削弱。涡流，图3-7第五节大电流母线附近钢构的感应发热涡流发热；允许温度：烫伤人体，限70—75度；引发火灾，限80度。减少钢构损耗和发热的措施：（1）加大与载流导体的距离。（2）装屏蔽环。在钢构发热最严重处（即磁场强度最大处）套上屏蔽环（铝或铜）利用短路环中的感应电流起去磁作用。（3）断开钢构的闭合回路，使其内不产生环流。（4）采用非磁性材料代替钢构。（5）采用分相封闭母线。第六节母线、绝缘子和绝缘套管的选择一、母线的选择（一）母线的材料、截面形状和布置方式1.母线的材料铜铝铝合金2.母线的结构母线的结构和形状决定于母线的工作特点。发电机电压母线持续电流大，一般在几千到上万安培，突出问题是散热和动稳定。矩形:散热条件好，安装连接方便，但集肤效应系数较大，一般最大截面不超过1250mm2,电流不超过2000A,单条;超过2000A,到4000A，2--3条。槽形：载流量大，集肤效应系数小，机械强度高，4000---8000A管形:集肤效应系数最小，机械强度高，还可以采用管内通水或通风的冷却措施，大于8000A采用。3.母线的布置形式矩形：图3-9槽形：图3-10aaY0Y0Y0xxxxxxaaa4.电晕的问题升高电压母线工作电流小，但母线的电压高，一般在110—500kV，突出问题是电晕。电晕是强电场下的放电。电场强度超出空气的耐压强度（E=2.1kV/cm）,导体周围空气被电离，发生放电。试验和分析表明