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1、第三章 常用计算的基本理论和方法,主讲教师：方鸽飞,主要内容,正常运行时导体载流量计算载流导体短路时发热计算载流导体短路时电动力计算电气设备及主接线的可靠性分析,3.1 正常运行时导体载流量计算,发热对电气设备的影响绝缘材料的绝缘性能降低金属材料的机械强度下降导体接触部分的接触电阻增加长期发热，短路发热发热和电动力是电气设备运行中必须注意问题,3.1.1 概述,长期、短时最高允许温度导体正常最高允许温度（长期发热），一般不超过70；计及太阳辐射（日照）影响时，钢芯铝绞线及管形导体，可按80短路电流（短时发热），硬铝和铝锰合金200，硬铜300,3.1.2 导体的发热和散热,导体电阻损耗的热量,
2、导体吸收太阳辐射的热量,导体对流散热量,导体辐射散热量,导热散热量(自学）由于空气导热量很小,因此裸导体对空气的导热可略去不计.,3.1.3 导体载流量的计算,3.1.3 导体载流量的计算,3.1.3 导体载流量的计算,影响导体载流量的因素材料电阻率小的材料形状同样截面积，矩形、槽形比圆形导体表面积大布置竖放比平放散热好,提高导体载流量的措施,减少导体电阻增大导体的换热面积提高换热系数,例题,3.2 载流导体短路时的发热计算,3.2.1 导体短时发热过程,载流导体和电器耐受短路电流热效应而不致被损坏的能力，称为载流导体和电器的热稳定性。当确定了导体通过短路电流时的最高温度后，此值若不超过所规定
3、的导体材料短时发热最高允许温度，则称该导体在短路时是热稳定的，否则，需要增加导体截面或限制短路电流，以保证其热稳定性。,3.2.1 导体短时发热过程,等值时间法,等值时间法,周期分量等值时间,周期分量等值时间,非周期分量等值时间,等值时间法（小结）,例（与例33类似）,例(续）,实用计算法,非周期分量等值时间 表33,实用计算法（续）,例,解：计算短路电流的热效应Qk,短路电流通过的时间等于继电保护动作时间与断路器全开断时间之和。tk=tpr+tab=1+0.2=1.2s,例（续）,3.3 载流导体短路时电动力计算,载流导体位于磁场中，就会受到磁场力的作用，这种力称为电动力。当电力系统中发生短
4、路时，导体中流过很大的短路电流，从而产生巨大的电动力。如果导体和电气设备的机械强度不够时将使其变形或损坏也可能使闭合状态的开关电器触头打开，造成严重事故。所以，为了安全运行，必须对短路电流产生的电动力的大小和特征进行分析和计算。,3.3.1 计算电动力的方法,毕奥沙瓦定律两条平行导体间的电动力的计算,3.3.1 计算电动力的方法（续）,考虑导体截面尺寸和形状的影响，对上述电动力计算进行修正,3.3.2 三相导体短路时的电动力,电动力的最大值(B相）,3.3.2 三相导体短路时的电动力（续）,导体振动时动态应力 配电装置中的母线具有质量和弹性，是一弹性系统。当其受到外力作用，将在平衡位置两侧，按
5、一定频率作往复振动，形成固有振动，又称自由振动，其振动频率称为固有频率。由于受到摩擦和阻尼的作用振动会逐渐衰减，最后趋于平衡状态。这种衰减振动状态对母线强度的影响是不大的。但是若受到电动力的持续作用，周期性的电动力会导致强迫振动。电动力中有工频和二倍工频两个周期分量，如果母线的固有频率接近这两个频率之一时，就会出现共振现象，使振幅增大，甚至使母线系统遭到破坏。所以在设计时，应避免发生共振现象。,3.3.2 三相导体短路时的电动力（续）,一阶固有频率导体发生振动时，在导体内部产生动态应力。当一阶固有频率在一定范围内时，最大电动力应乘上动态应力系数加以修正,3.4 电气设备及主接线的可靠性分析,目
6、的（P80）设计和评价主接线不同主接线方案比较，选择最优方案选择最优运行方式寻找主接线薄弱环节，以便合理安排检修计划和采取相应对策可靠性和经济性的最佳搭配,3.4.1 基本概念,可靠性的含义可靠性定义为元件、设备、系统等在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率电力系统可靠性定义：在任何情况下，能保质保量连续供电的能力设计主接线时，多以保证连续供电和发电出力的概率作为可靠性计算的判据,3.4.1 基本概念（续）,电气设备的分类可修复元件（系统）：若元件(系统)投入使用一段时间后发生故障，经过修理后能再次恢复到正常状态，称之为可修复元件(系统)不可修复元件（系统）：若元件(系统)投入使用后
7、，一旦发生故障便无法修复，或虽能修复但很不经济，称之为不可修复元件(系统)发电机 变压器 断路器 输电线路等;电容器电灯泡等,3.4.1 基本概念（续）,电气设备的工作状态运行状态（工作或待命），又称为可用状态，即元件处于可执行它的规定功能的状态停运状态（故障或检修），又称为不可用状态，即元件处于故障不能执行它的规定功能的状态元件的寿命处在“运行”、“停运”两种状态的交替过程中，是一个循环过程。,3.4.2 可靠性的主要指标,不可修复元件的可靠性指标可靠度不可靠度故障率平均无故障时间,不可修复元件的可靠性指标,不可修复元件的可靠性指标（续）,不可修复元件的可靠性指标（续）,不可修复元件的可靠性
8、指标（续）,不可修复元件的可靠性指标（续）,不可修复元件的可靠性指标（续）,3.4.2.2 可修复元件的可靠性指标,3.4.2.2 可修复元件的可靠性指标（续）,FOR 强迫停运率,3.4.2.2 可修复元件的可靠性指标（续）,故障频率：表示设备在长期运行条件下，每年平均故障次数。平均运行周期的倒数。,电气主接线的可靠性指标,可用度平均无故障工作时间每年平均停运时间故障频率,电气主接线的可靠性计算,网络法逻辑图、双态模型状态空间法马尔可夫模型,3.4.3.1 串联系统,串联系统：（参见图327）,3.4.3.1 串联系统（续）,例37,3.4.3.1 串联系统（续）,串连系统特点系统可靠度元件
9、可靠度系统平均寿命元件平均寿命从提高系统可靠度或延长系统寿命来讲，不宜采用多元件的串连系统,3.4.3.1 串联系统（续）,可修复系统,例38,3.4.3.2 并联系统,3.4.3.2 并联系统(续）,3.4.3.2 并联系统(续）,例39,3.4.3.3 串并联混合系统,将系统分解成若干个串、并联的子系统，然后按照先后顺序，分别计算各个子系统的可靠度，最后得到系统的可靠度例37,3.4.4 电气主接线可靠性的计算程序,根据主接线的形式，列出其中所有元件给出每个元件的故障率、修复率、计划检修率和停运时间等确定系统故障判据，即规定主接线正常和故障条件建立数学模型，选择要计算的可靠性指标采用合适的可靠性计算方法，计算电气主接线系统的可靠性指标,3.5 技术经济分析（阅读了解）,最小费用法（费用现值法和年费用比较法）净现值法内部收益率法抵偿年限法阅读了解其他部分,小结,导体长期发热发热散热，载流量短路发热等值时间法、实用计算法电动力三相短路、中间相、动态应力、固有频率主接线的可靠性可用度、平均无故障工作时间、每年平均停运时间、故障频率等技术经济分析 最小费用法（费用现值法 年费用比较法）,小结（续）,小结（续）,作业,P98 习题3-2；3-3；3-5；3-6；3-7；3-10；3-11；3-12,
