电气主系统第五章发热电动力2版g讲解

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? 影响长期发热最高允许温度的因素主要是保证导体接触部分 可靠地工作。
? 影响短时发热最高允许温度的因素主要是机械强度和带绝缘 导体的绝缘耐热度（如电缆），机械强度的下降还与发热持续 时间有关，发热时间越短，引起机械强度下降的温度就越高， 故短时发热最高允许温度远高于长期发热最高允许温度。
1）当电流通过导体时，在导体电阻中所产生的电阻损耗。 2）绝缘材料在电压作用下所产生的介质损耗。 3）导体周围的金属构件，特别是铁磁物质，在电磁场作用 下，产生的涡流和磁滞损耗。
2. 发热的分类
? 长期发热：导体和电器中长期通过正常工作电流所引起的 发热。 ? 短时发热：由短路电流通过导体和电器时引起的发热。
风向与导体不垂直的修正系数 ? ? A ? B(sin ? )n
当0o< ? ≤24o时，A=0.42，B =0.68 ，n =1.08；
当24o<? ≤90o时，A =0.42，B =0.58，n =0.9。
单位长度圆管形导体的对流换热面积 Fc ? π D 。
2．辐射换热量的计算 根据斯蒂芬——玻尔兹曼定律，导体向周围空气辐射的热量为：
Qτ
?
5.7? ???? 273 ? ? w
??? 100
4
? ? ?
?
?? 273 ? ? 0
? 100
4
? ?
? ?F
τ
? ??
θW 、θ0——导体温度和周围空气温度（℃）；
ε——导体材料的辐射系数（又称黑度），磨光的表面
小，粗糙或涂漆的表面大；
F τ ——单位长度导体的辐射换热面积（ m 2/m ）。
换热。此种情况的对流换热系数取:
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? c ? 1.5(? w ? ? 0 )0.35
单位长度导体的对流换热面积 Fc 是指有效面积，它与导体形 状、尺寸、布置方式和多条导体的间距等因素有关。
单条矩形导体竖放时（如图5-3a所示）的对流换热面积（单
位为m2/m）为
Fc ? 2( A1 ? A2 )
S
?
20)]
? 单位长度的导体，通过有效值为Iw 的交流电流时，由电阻损
耗产生的热量：
QR
?
I
2 w
Rac
? 导体的集肤系数Ks与电流的频率、导体的形状和尺寸有关。
矩形截面导体的集肤系数曲线示于图5-1中。 圆管形截面导体 的集肤系数曲线示于图5-2中。图中f 为电源频率， Rdc为 1000m长导体的直流电阻。
A1 =h/1000和A2 =b/1000可以看成是单位长度导体在高度和宽度 方向的面积。
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圆管形导体(直径为D)，如图5-3d所示，其对流换热面积为
Fc ? π D
（2）强迫对流换热量的计算
屋内人工通风或屋外导体处在风速较大的环境时，可以带
走更多的热量，属于强迫对流换热。圆管形导体的对流换热系
二、导体散热的计算
? 热量传递有三种方式：对流、辐射和传导。
? 导体的散热过程主要是对流和辐射。空气的热传导能力很差， 导体的传导散热可忽略不计。
1．对流换热量的计算
对流换热量与导体对周围介质的温升及换热面积成正比 :
Qc ? ? c (? w ? ? 0 )Fc
对流换热系数 αC的计算
（1）自然对流换热量的计算 屋内空气自然流动或屋外风速小于 0.2m/s ，属于自然对流
将逐渐变脆和老化，使用年限缩短，甚至碳化而烧坏。
4. 为了保证导体在长期发热和短时发热作用下能可靠、安全 地工作，应使其发热的最高温度不超过导体的长期发热和短 时发热最高允许温度。
? 导体的长期发热最高允许温度不应超过+70℃，在计及日照 影响时，钢心铝线及管形导体可按不超过 +80℃考虑。当导体接 触面处有镀（搪）锡的可靠覆盖层时，可提高到 +85℃。 ? 导体的短时最高允许温度，对硬铝及铝锰合金可取 +200℃，硬 铜可取+300℃。
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第五章 导体的发热与电动力 第一节 概 述 第二节 导体发热和散热的计算 第三节 导体的长期发热与载流量 第四节 导体的短时发热 第五节 导体短路的电动力 第六节 大电流封闭母线的发热和电动力
本章计划学时:6 ~ 8学时
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第一节 概 述
1. 引起导体和电器发热的原因
长期发热的特点是导体产生的热量与散失的热量相等，其 温度不再升高，能够达到某一个稳定温度。不计太阳日照热量， 导体长期发热过程中的热量平衡关系为：
单条矩形导体的 F? ? 2( A1 ? A2 )
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第三节 导体的长期发热与载流量
依据能量守恒定律，导体发热过程中一般的热量平衡关系为：
发热量 = 导体升高温度所需热量 + 散热量，即 QR ? Qs ? Qw ? Qc ? Qτ
研究长期发热的目的:计算导体的载流量 一、长期发热的特点
数为:
?c
?
Nu?
D
?
?
0.13??
vD
0.65
? ?
?
?? ?
??
D
当空气温度为20℃时，空气的导热系数为
? ? 2.52 ? 10?2 W/(m ?? C)
当空气温度为20℃时，空气的运动粘度系数（ 为
?
? ? 15.7 ? 10?6 m 2/ s
读“纽”）
v为风速（m/s ）
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5. 发生短路故障时，除了引起发热外，还会产生很大的电动 力，造成导体变形或损坏。
第二节 导体发热和散热的计算
一、导体发热的计算 发热包括导体电阻损耗热量的计算和太阳日照热量的计算。 1．导体电阻损耗产生的热量 ? 单位长度导体的交流电阻：
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Rac
?
Ks
? [1 ?
?
t (? w
2．太阳日照（辐射）的热量
太阳照射（辐射）的热量也会造成导体温度升高，安装在 屋外的导体，一般应考虑日照的影响，圆管形导体吸收的太阳 日照热量为：
Qs ? Es As D
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我国取太阳辐射功率密度 E s ? 1000W/m 2 ；
取铝管导体的吸收率 As ? 0.6 ；D为导体的直径（m）。
3. 发热对导体和电器的wenku.baidu.com良影响
（1）机械强度下降 高温会使金属材料退火软化，机械强度下降。
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（2）接触电阻增加 高温将造成导体接触连接处表面氧化，使接触电阻增加，
温度进一步升高，产生恶性循环，可能导致连接处松动或烧熔。
（3）绝缘性能降低 有机绝缘材料（如电缆纸、橡胶等）长期受高温的作用，