载流导体的发热和电动力的效应解析PPT学习教案

1、会计学1 载流导体的发热和电动力的效应解析载流导体的发热和电动力的效应解析 载流导体的发热和电动力效应载流导体的发热和电动力效应 第1页/共24页 电阻损耗磁滞损耗涡流损耗 2、损耗形式 由电阻引起，是损耗的主要形式。 可由焦耳-楞次定律计算其发热量： QI2Rt（J） 式中：I通过的电流（A）； t电流作用的时间（s）； 介质损耗 R电阻（），如为直流电路，即直 流欧姆电阻R；如为交流电路，则交流电阻R ： RKf R 其中：Kf附加损耗系数，计及交流电路中集 肤效应和邻近效应使电阻增大的系数。在大截面 母线中，附加损耗的影响不可忽略，对于绞线和 空心导线，Kf可以取1。 由交变磁场的作用引

2、起，针对铁磁材料零配件；由交变磁场的作用引起，磁性或非磁性导电材料 零配件均有； 由强电场的作用引起，针对绝缘材料。 所有这些损耗几乎全部变成热能，从而使导体的 温度升高。 正常情况下磁滞损耗、涡流损耗和介质损耗的影 响可不计。 第2页/共24页 2、影响接触电阻 触头和连接部位由于温度过高，表面会强烈氧化 并产生一层电阻率很高的氧化层薄膜，从而使接 触电阻增加，导致温度进一步升高，形成恶性循 环，直至烧红、松动甚至熔化。 3、降低绝缘强度 温度超过允许值时，绝缘材料将加速老化，丧失 原有的机械性能和绝缘性能，甚至引起绝缘击穿 、直至烧毁。 第3页/共24页 第4页/共24页 第5页/共24页

3、 第6页/共24页 第7页/共24页 第8页/共24页 载流导体的发热和电动力效应载流导体的发热和电动力效应 第9页/共24页 d ARI mC dt t s t )( 0 2 0 t mC A s t mC A t ee A RI )()1 ( 0 2 0 T t T t t ee A RI 0 2 )1 ( A RI t 2 T t t e )( 0 )1 ( T t t e 第10页/共24页 T t t e )( 0 )1 ( T t t e A RI t 2 第11页/共24页 R A R A I alal al )( 0 Nal al K 0 2 00 )( al al I I 第

4、12页/共24页 d K SC dti f m kt )1 ( )1 ( 0 2 02 d K SC dti k f m t kt 1 1 0 2 0 0 2 第13页/共24页 nptptpa t ptkt QQITdtIQ 2 0 2 )( dtt t ep 0 2 )( )4424( 6 )( 2123210nn b a yyyyyy n ab dxxf )424( 12 )( 43210 yyyyy ab dxxf b a )10( 12 )( 420 yyy ab dxxf b a 2 4 2 2 2 0 ,)( 2 pt p p IyIyIy t 10)( 12 222 2 pt

5、p ppt III t Q t )1 ()( 2 2 0 2 a T t pa t ptkt eITdtIQ dtiQ t ktkt 0 2 a T t npptkt eitIi 0 cos2 t T t nppt t ktkt dteitIdtiQ a 0 2 0 0 2 )cos2( k f m t kt K SC dti 1 1 0 2 0 0 2 0cos 0 t tdt ppMnp IIi 2 0 a T t pa eIT 2 2 )( dtIQ t ptpt 0 2 ep t ptpt tIdtIQ 2 0 2 dt I I dtI I t t pt t ptep 0 2 0 2

6、2 )( 1 I I pt 2 )( panpt ITQ 第14页/共24页 )1ln()1ln( 2 0 2 0 2 0 2 0 f m kk f m K SC K SC )1ln( 2 0 0 kk m k C A )1ln( 2 0 0 m C A 2 AA K S Q k f kt AQ S K A kt f k 2 d K SC k f m 1 1 0 2 0 d K SC dti k f m t kt 1 1 0 2 0 0 2 第15页/共24页 ktfQ K C S 1 min AAC k f kt K SC Q 22 2 AA K S Q k f kt tIQ tkt 2 A

7、Q S K A kt f k 2 第16页/共24页 载流导体的发热和电动力效应载流导体的发热和电动力效应 第17页/共24页 如果导体本身及其支撑物(如绝缘瓷件等)的机械 强度不够，就可能导致变形甚至损坏，引发更为 严重的事故。 因此，需要计算出在短路冲击电流作用下载流导 体所受到的电动力，也就是短路电流的电动力效 应，进行导体或电器的动稳定校验。 第18页/共24页 图3-4 矩形母线截面形状系 数 第19页/共24页 a L KiF sh 2 173. 0 此最大电动力大约出现于三相短路发生后的0.01s 瞬间，完全与三相短路电流最大瞬时值同步。而 同一地点发生二相短路时，母线所受的电动

8、力要 比三相短路时小13。 第20页/共24页 可见母线平放与竖放所受之电动力是不相同的。 平放时所受的电动力略大，但平放时母线对受力 方向的抗弯强度却大为提高（见表3-4）。 因此，综合起来看，还是三相水平布置且母线平 放时动稳定性能较好。 当母线竖放时： 05. 139. 1 108 150 1008 100250 , 5 .12 8 100 , 8,100 k bh ba h b mhb (kA) 55.30128 . 12 sh i (N) 1356 250 2000 )55.30(05. 1173. 0 2 F （N） 124. 2 108 242 8100 8250 ,08. 0

9、100 8 ,100, 8 k bh ba h b mhb (N) 7 .1291 250 2000 )55.30(1173. 0 2 F 第21页/共24页 因此，可令f0160Hz，则式（3-27）变为 只要实际选用的绝缘子跨距LLmax,母线系统就不 会发生共振。 母线系统在外力的作用下要发生变形。当撤去外 力后，母线系统要经历一个往复振动过程，才回 到原来的平衡位置，这种振动称为自由振动。 母线系统的自由振动频率就称为母线系统的固有 频率。 5、绝缘子最大允许跨距 为了避免母线系统可能发生的共振现象，可以直 接求解不发生共振的绝缘子最大允许跨距。 从母线发生共振频率的范围和图3-5可见

10、，当母 线固有频率大于或等于160Hz时，l，母线系 统不会发生共振。又从式（3-27）知，改变母线 的截面积和布置方式以及绝缘子跨距，均可改变 f0的大小，但最有效的是改变绝缘子的跨距。 若给母线系统一周期性的持续外力（如三相短路 时的电动力），母线系统将发生强迫振动，如果 周期性外力的频率等于母线系统的固有频率，母 线系统将发生共振现象。 此时振动的幅值特别大，可能超过母线系统的弹 性限度，使母线的结构遭到破坏。 为此，对大电流和重要的母线，必须进行共振校 验，以尽量避开共振。 无法避开时，应计及母线系统在共振时的电动力 。 2、母线系统的固有频率 母线系统的振动问题，从结构动力学的角度，

11、可 以将其看成是一个多等跨、简支连续梁的单频振 动问题。系统的固有频率可按下式计算 （Hz） （3-27） 式中：ri与母线截面和布置方式有关的母线 惯 性半径,cm，可从有关设计手册查 到； L绝缘子跨距，cm； 材料系数，铜为1.14104，铝为 1.55104，钢为1.64104。 4、母线系统电动力修正计算 当母线系统的固有频率在上述范围以外时，可不 考虑共振问题； 如在上述范围以内时，则应乘以修正系数，此 时式（3-26）应改写为 （N） （3-28） 修正系数可从图3-5查得。 3、35kV及以下硬母线系统的固有频率 对于35kV及以下的硬母线系统，为了避免可能 发生的共振现象，设计时应使母线系统的固有频 率避开下列频率范围： 1）对于单条母线及组合母线中的各条母线为35 135（Hz）； 2）对