第二章电气发热与计算

合集下载

第二章 导体发热、电动力及计算资料

第二章 导体发热、电动力及计算资料
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。
发电厂电气部分
3. 发热对导体和电器的不良影响 (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。
(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,
2. 发热计算的目的:为校验导体、电气各部分发热温度是 否超过允许值。 二、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:
发电厂电气部分
R
Ks Rdc
Ks
[1 t (w
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
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
(2-3)
对流换热系数 c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
换热。此种情况的对流换热系数取:
发电厂电气部分
c 1.5(w 0 )0.35
(2-4)
(2-7)
根据斯蒂芬——玻尔兹曼定律,导体向周围空气辐射的热量为:
Qr
5.7 108
273 w 4
273
0
4
Fr
(2-8)
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;
Fr ——单位长度导体的辐射换热面积(m2/m)。
发电厂电气部分
单条矩形导体的辐射换热面积为

第2章_电器的发热理论

第2章_电器的发热理论
圆筒截面右图,热传导率λ,设导体长度为l。 半径为r处厚度为dr的圆筒的热阻为
r2
r1
λ λ=∞
dr dRT 2rl
(2 17 )
长圆筒热阻为
RT
r2 r1
τ
dr 1 r2 ln 2rl 2l r1
(2 18)
O
τ1
τ2 τ0
2、热传导的计算方法 ——外包绝缘层导体
(2 8)
工程上,采用经验公式
tan 1.8 10 be
4
a ( m )
(2 9)
4、摩擦、碰撞损耗
电器中连接部分在工作过程中会产生机械摩擦和碰 撞,由此产生的损耗形成电器工作中的热源。 机械碰撞越大,电器的机械寿命越低。
5、电弧发热
有触点电器在工作过程中,当执行接通任务时,产 生的触头之间的弹跳,将产生电弧和火花;执行分 断任务时,也会在触头间产生严重的电弧燃烧现象 电弧为高温游离气体,其产生大量的热量。
若内外壁的温度为θ1与θ2,则通过外表面散出的热流P为
2l P (1 2 ) r2 ln r1
绝缘层总热阻
(2 19)
1 n 1 ri 1 RT ln 2l i 1 i ri
(2 20)
3、热对流的计算方法
牛顿提出了热流密度与固体壁面温度和流体温度的 温度差之间的关系,即
(2 27)
例:变压器油中垂直安放的平板导体,对流系数为:
(38 ~ 48) ( 0 ) 0.25
(2 28)
4、热辐射的计算方法
热辐射的方式: 热能(发热)→(转变为)→辐射能(实质是 一种电磁波)→(转变为)→热能(被吸收)
设在一个封闭的腔体壁上,开一个小 孔,可近似为封闭的腔体。

02电器发热计算2

02电器发热计算2

HOME
§1-3 电器中的热传递形式
(4)物体吸收率α: 投射到物体上而被吸收的热辐射能与投射到物体上的总热辐射 能之比称为该物体的吸收率。 (5)物体反射率ρ: 从非发光体表面反射的辐射与入射到该表面的总辐射之比,它是 表征物体表面反射能力的物理量。绝对黑体的反射率为0,纯白物体 的反射率为1,实际物体的反射率介于0与1之间。
在100~150℃范围内:
空气的热导率:(0.244~0.75)×10-4W/(m· K) SF6的热导率: 1.36×10-2W/(m· K)
工程上通常采用傅里叶定律的热传导功率Pcd相量形式:
Pcd div(grad )
HOME
§1-3
2. 热对流
电器中的热传递形式
仅在流体中存在,其实质是粒子的彼此相对移动而产生热能转移。 在流体对流的过程中,常伴随着热传导现象。 1) 热对流方式 ① 自然对流: 流体质点因温度升高而上升形成的对流。 ② 强迫对流: 流体质点在外力作用下被迫流动形成的对流。 2)应用 中小容量电器通常采用自然对流散热; 强电流或高频电器中采用强迫对流散热。
பைடு நூலகம்
6)热对流时的热阻Rr :
Rdl

Φdl

1
n A
HOME
§1-3 电器中的热传递形式
3. 热辐射 1)定义 热辐射是由电磁波传播能量。
HOME
§1-3 电器中的热传递形式
HOME
§1-3 电器中的热传递形式
HOME
§1-3 电器中的热传递形式 热辐射的特点
(1) 辐射换热不依赖物体的接触而进行热量传递; (2) 辐射换热过程伴随着能量形式的两次转化; (3) 一切物体只要其温度T>0K,都会不断地发射热射线。

电气发热及计算

电气发热及计算

触时,在接触区域所呈现的附加电阻。
产生接触电阻的原因:
1、 切面(接触面)表面的凹凸不平,金 属实际接触面积减小,使电流线在接触面 附近发生严重收缩现象; 2、 接触面在空气中可能迅速形成一层薄 膜附着于表面,使电阻增大。
接触电阻的组成
接触电阻RJ由两部分组成: (1)收 缩 电 阻——RS;
电阻损耗
交流电阻: R l
输电线或电磁线圈
的导体本身及连接处都
S
电阻系数与温度的关系:
有电阻存在,当电流流
过时,就会电阻损耗,
0 (1 2
)
0 —— 0 C 时的电阻系数;

将电能转变为热能。
P=Kfj
I2R
0 (1 )
100 C
W (1 e ) 0e

t T

t T
其中:
mC T ——发热时间常数 Kzh S
0
2.
用牛顿公式求导体发热稳定温升
PS Kzh S
P S ——散热功率;
牛顿公式:
在热稳定状态下,线圈的发热应等与其散热,即:
I 2 R PS Kzh SW
故可求得导体的稳定温升:
未浸渍过的棉纱、丝及电工绝缘纸等材料或组合物所组成的绝 缘结构
浸渍过的Y及绝缘结构材料 合成的有机薄膜、合而成的有机瓷器等材料或其组合物组成的 绝缘结构 以合适的树脂粘合或浸渍涂覆后的云母、玻璃纤维、石棉等。 以合适的树脂粘合或浸渍涂覆后的云母、玻璃纤维、石棉等, 以及其他无机材料,合适的有机材料或其组合物所组成的绝缘 结构 硅有机漆,云母、玻璃纤维、石棉等用硅有机树脂粘合材料以 及一切经过实验能用在此温度范围内的各种材料

发电厂电气部分(第2章)

发电厂电气部分(第2章)

0
0
短路电流周 期分量热效

短路电流非周 期分量热效应
23
1、短路电流周期分量热效应的计算
对于任意曲线 y f (x) 的定积分,可采用辛卜生算法
y y y y b f (x)dx b a[( ) 2(
a
3n
0
n
2
4
周期分量的热效应求解:
y ) 4( y y

Ff
导体材料辐射 系数
导体导热散发的热量:(忽略不计)
单位辐射散热 表面积
7
5、根据能量守恒原理
QR Qt Ql Qf
8
第三节 导体长期发热及其载流量的计算
通过分析导体长期通过工作电流时的发热过程计算 导体的载流量(长期允许通过的电流)。
一、导体的温升过程:
对于均匀导体,其持续发热的热平衡方程式是: (不考虑日照的影响)
m
[


2
ln(1
) h
]
h
0
A C0 w
m
[


2
ln(1

) w
]
w
0
1
S
2
Q
k

Ah
Aw
21
确定导体短路时导体的最高温度
h
1
S2
Q k

Ah

Aw
式(2-26)
思想:
由已知的导体初始温度 ,w 从
相应的导体材料的曲线上查出 Aw
求解导体短路时发热的微分方程:
1
S2
tk 0
ik2tdt

c0 m 0

发电厂电气部分 第2章 导体的发热、电动力及开关电器的灭弧原理

发电厂电气部分 第2章 导体的发热、电动力及开关电器的灭弧原理

一.概述
气 两种工作状态:

➢ 正常工作状态

➢ 短路工作状态

第 引起发热的原因:

➢ 电阻损耗

➢ 介质损耗
➢ 磁滞及涡流损耗
发 电 第一节 导体的发热和散热——概述
厂 电
发热对电器的不良影响:

➢ 机械强度下降

➢ 接触电阻增加

➢ 绝缘性能下降

第 二
允许温度限值
➢ 正常工作:70℃
式中,T—非周期分量的等效时间。
特别地:
① 当tk大于1秒时可以不计非周期分量; ② 对无限大电源供电网络,Qp I2tk
发 电
第五节 导体的短路电动力
厂 电 气
导体通过短路电流时,相互之间的作用力称为电 动力。
部 研究的目的是在短路冲击电流所产生的电动力作

用下,确定导体(或电器)能否承受这一电
第 二 章
实际计算中,当f1较高或 较低时,均取β=1; 当f1在中间范围内 (30~160Hz)时,
则取曲线中的β值。
例2-3
发 电 第七节 开关电器中电弧的产生及熄灭
厂 电
一. 电弧现象

电弧的产生不可避免,它是介质被击穿的放电现象。
部 主要特征:

① 电弧是一种能量集中、温度很高、亮度很强的放电现象;

I 2Rdt mcd Fdt

可变为:
第 二 章
dt


mc
F I
2R
d
当时间由0→t时,温升由τi →τ,积分得:
t mc ln F I 2R F Fi I 2R

电气设备发热和电动力计算课件

电气设备发热和电动力计算课件

8.3 导体短路时的发热计算(短路电流的热效应)
1、计算载流导体短路发热的目的
.
确定当载流导体附近•发生最严重的短路时,导体
的最高发热温度θd是否超过所规定的短时发热允许最
高温度θdy (铝及其合金为200℃;铜为300℃)。
2、 短时发热的特点
1)短路电流大而持续时间短(0.15~8秒),导体 内产生的热量来不及扩散,可视为绝热过程;
0.1≤ t ≤1s时: t<0.1s时:
t fz 0.05 2
t fz
0.05
'' 2
(1
e
t 0.025
)
(2)大系统短路电流热效应计算
短路电流热效应 QK 计算: •
t
t
2
QK id2dt izt i fzt dt
0
0
可近似认为:QK QZK Q fK
(1) 周期分量有效值的QZK计算
θy ——导体长期发热允许温度,℃, θ——实际环境温度,℃(见表8.3);
θ0——计算环境温度,℃(见表8.4)。
[例] 某发电厂主母线的截面为50mm×5mm,材料为铝。θ0 为25℃,θ为30℃。试求该母线竖放时长期工作允许电流。 解: 从母线载流量表中查出截面为50•mm×50mm,θ0=25℃, 铝母线竖放时的长期允许电流Iy =665A。将其代入式(5.1) 中,得到θ=30℃时的母线长期允许电流,即
8.4 导体短路时的电动力计算(短路电流的电动力效应)
1、计算短路电流产生的电动力之目的 • 以便选用适当强度的电器设备,保证足够的电动力 稳定性;必要时也可采用限制短路电流的措施。
2、动稳定性的概念
动稳定是指电器通过短路电流时,其导体、绝缘和 机械部分不因短路电流的电动力效应引起损坏,而 能继续工作的性能。

02电器发热计算3

02电器发热计算3

1
电器导体的发热
反复短时工作制为什么能提高负载能力?在同样的 反复短时工作制为什么能提高负载能力 在同样的TD%下,一个电 在同样的 下 器的热时间常数大,另一个热时间常数小,两者的过载能力是否相同? 器的热时间常数大,另一个热时间常数小,两者的过载能力是否相同? 为什么? 为什么? 一导体的尺寸一定,散热环境相同,当该导体通以有效值相同、 一导体的尺寸一定,散热环境相同,当该导体通以有效值相同、频 率不同的交流电流时,试问上述两种情况下的发热温升是否相同? 率不同的交流电流时,试问上述两种情况下的发热温升是否相同?为 什么? 什么? 试证明电器的热时间常数T等于电器在绝热条件下温升达到其稳定 试证明电器的热时间常数 等于电器在绝热条件下温升达到其稳定 温升τ 所需的时间。 温升 w所需的时间。 试用电器的热平衡方程式来阐述电器在什么条件下才能达到稳定温 升?
Id pi = = Ic T pp ≈ t
13
电流过载系数: 电流过载系数
τ 1′
§1-5 不同工作制下的热计算与零部件稳升分布
3、反复短时工作制 、 (1) 定义 电器在通电和断电交替循环的情况下工作, 电器在通电和断电交替循环的情况下工作,电器通电和断电的时间 均小于4T。 均小于 。 (2) 反复短时工作制下的热计算 设电器反复短时工作的功率为P 在通电t 设电器反复短时工作的功率为 f,在通电 1时间后电器的温升由零 升高到
t − τ = τ w 1 − e T

6
§1-5 不同工作制下的热计算与零部件稳升分布
电器绝热状态:如果电器通电后,全部发热均为电器吸收, 电器绝热状态:如果电器通电后,全部发热均为电器吸收,并 使其温度升高(散热为零) 使其温度升高(散热为零)。 电器绝热状态下的热平衡 热平衡: 电器绝热状态下的热平衡:

第二章 导体发热、电动力及计算

第二章 导体发热、电动力及计算

发电厂电气部分
圆管形导体(直径为D),如图2-2e所示,其对流换热面积为
Fc π D (2)强迫对流换热量的计算 流体在导体内或导体外由某种机械的驱使而流动,并在有 温差的条件下和导体表面进行换热,属于强迫对流换热。室外 风速较大时也属于强迫对流。强迫风冷的c 为:
N u vD c 0.13 D
将导体的电阻和比热容及 m w S 代入上式得
2 ikt 0 (1 )
1 d t w Sc0 (1 ) d S
发电厂电气部分
整理得
Ks 2 c0 w i dt 2 kt 0 S 1 1
f
i
d
(2-22)
[1 t ( w 20)]
S 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: 2 (2-1) QR I w R 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2-1中。 图中f 为电源频 率, R0为1000m长导体的直流电阻。 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 E s As D (2-2)
一、长期发热的特点 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 和导热量,导体长期发热过程中的热量平衡关系为:
QR QW Qc Qr
用一个总换热系数和总的换热面积来代替两种换热的作用
QR QW Qc Qr QW ( 0 )F
当 t 时,导体温度趋于 w ,温升趋于稳定值 w ,即

第二章 导体发热、电动力及计算分析

第二章 导体发热、电动力及计算分析

日照热量为:
Qs Es As D
(2-2)
发电厂电气部分
我国取太阳辐射功率密度 Es 1000W/m2 ; 取铝管导体的吸收率 As 0.6 ;D为导体的直径(m)。 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。
Fc π D (2)强迫对流换热量的计算
流体在导体内或导体外由某种机械的驱使而流动,并在有
温差的条件下和导体表面进行换热,属于强迫对流换热。室外
风速较大时也属于强迫对流。强迫风冷的 c 为:
c

Nu
D


0.13 vD 0.65


D

(2-5)
当空气温度为20℃时,空气的导热系数为
发电厂电气部分
➢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℃。
注意:1. 电力电缆的最高允许温度与其导体材料、绝缘材料即电 压等级等因素有关;
当24º< ≤90º时,A =0.42,B =0.58,n =0.9。
此时,换热量为
Qc

Nu
D

w -0

D

0.13
vD

0.65


A

b

sin

n


w
-0

电气设备发热量的估算及计算方法

电气设备发热量的估算及计算方法

高压柜、低压柜、变压器的发热量计算方法变压器损耗可以在生产厂家技术资料上查到铜耗加铁耗;高压开关柜损耗按每台200W估算;高压电容器柜损耗按3W/kvar估算;低压开关柜损耗按每台300W估算;低压电容器柜损耗按4W/kvar估算..一条n芯电缆损耗功率为:Pr=nI2r/s;其中I 为一条电缆的计算负荷电流A;r为电缆运行时平均温度为摄氏50度时电缆芯电阻率Ωmm2/m;铜芯为0.0193;铝芯为0.0316;S为电缆芯截面mm2;计算多根电缆损耗功率和时;电流I要考虑同期系数..上面公式中的"2"均为上标;平方..一、如果变压器无资料可查;可按变压器容量的1~1.5%左右估算;二、高、低压屏的单台损耗取值200~300W;指标稍高尤其是高压柜;三、除设备散热外;还应考虑通过围护结构传入的太阳辐射热..主要电气设备发热量电气设备发热量继电器小型继电器 0.2~1W中型继电器 1~3W励磁线圈工作时8~16W功率继电器 8~16W灯全电压式带变压器灯的W数带电阻器灯的W数+约10W控制盘电磁控制盘依据继电器的台数;约300W程序盘主回路盘低压控制中心 100~500W高压控制中心 100~500W高压配电盘 100~500W变压器变压器输出kW1/效率-1 KW电力变换装置半导体盘输出kW1/效率-1 KW照明灯白炽灯灯W数放电灯 1.1X灯W数假设变压器为1000KVA;其有功输出为680KW;则其效率大致为680/850=0.8;根据上述计算损耗的公式;该变压器的损耗为6801/0.8-1=170KW变压器的热损失计算公式:△Pb=Pbk+0.8Pbd△Pb-变压器的热损失kWPbk-变压器的空载损耗kWPbd-变压器的短路损耗kW具体的计算方法:一、发电机组发热量发电机组的散热量主要来自于两个方面;一是发电机组的盖板传热和机壳围护结构传热;另一是发电机组的冷却循环风的漏风所带来的热量..大、中型发电机组的冷却方式通常采用封闭式空气自循环冷却方式;发电机绕组的损耗传给冷却空气;空气的热量再通过机组水冷却器由冷却水带走..根据实测的数据;定子排出的空气温度一般不超过65℃;而进入转子的空气温度一般不低于5℃..发电机机壳的散热量可以按下式计算:()n g t t KA q k -=w 1 1其中:K ——发电机机壳的传热系数 w/㎡·℃A ——发电机机壳的面积 ㎡ gt ——发电机冷却循环风的平均温度℃n t ——室内空气温度℃发电机的漏风散热量可以按下式计算:()n f t t vc q f -=γβw 1 2其中:β——漏风系数;钢盖板取0.3%v ——发电机的冷却循环风量m3/hc ——空气比热 w/kg ·℃γ——空气容重取1.2kg/m3f t ——发电机漏风温度℃ n t ——室内空气温度℃根据发电机组内部的冷却风温和发电机的表面积;我们不难计算机组壳体的传热量..但漏风热量的计算上却有较大的差异;随着机械制造技术的不断提高;特别是空气冷却器的效率的提高;发电机组的冷却循环风量各个厂商有较大区别..例如按机电设计手册计算;30万KW 机组的冷却循环风量约为200m 3/h;但多数国际厂商提供的冷却风量约为120m 3/h;这就给计算结果产生较大的出入..机组的冷却风量不仅和机组的容量有关;而且和机组的水头、转速、尺寸有关..一般情况下;冷却风温越低;发电机的线圈温度也越低;发电机的效率就越高;但是冷却风温受冷却器的布置尺寸影响;冷却器大;机组的制造难度相对增大;经济性下降;冷却风温不可能无限降低;机组制造厂设计时考虑一个经济区域;达到机组的最大性价比..因此;在实际的设计计算中;应由发电机厂商提供冷却循环风量参数对漏风热量加以核算..二、 变压器发热量变压器散热散热主要指变压器内部的能量损耗;由铜损电阻损耗和铁损铁磁损耗两部分组成;其中铜损是随负荷大小而变化;而铁损与负荷的大小无关;可以看成一定值..通常将额定负荷时的铜损定为短路损耗;额定电压下的铁损定为空载损耗..自冷、风冷和干式变压器的损耗;全部散发到周围空气中;而水冷变压器的损耗则大部份由水冷却系统带走;一小部份由于油温高于周围空气温度而将热量散入空气中..一般情况下;封闭厂房、地下厂房和抽水蓄能电站;布置于厂房内部或地下的主变多采用库水冷却的主变;而电站中的其他变压器还有厂用变、照明变、事故变、励磁变等;多采用风冷或干式变压器..风冷变压器的散热量;简单地可以按下式计算:dk P P Q +=Kw 3其中:k P ——变压器的空载损耗 KwdP ——变压器的短路损耗 Kw水冷变压器的散热量可以按下式计算:()325.1n y 105.5-⨯-⨯=A t t Q Kw 1 4其中:y t——油箱的平均油温 ℃;一般在65~70℃之间n t ——室内气温 ℃A ——油箱的散热面积 ㎡电站的水冷却主变;受到冷却水温和水冷却器效率的影响较大;特别是抽水蓄能电站;由于库容较小;冷却水温受季节的影响较大;应按正常运行时;可能产生的最高水温核算变压器的散热量..三、 母线、电缆发热量在电站中;发电机和变压器之间的连接多用自冷却式封闭母线..母线的发热量包括母线的功率损耗发热和外壳感应散热两部分..由于主线的两端分别分别连接发电机和变压器设备;实际上母线与外壳之间的空气是封闭的;外壳起到一个保护和屏蔽电磁波的作用;以减少母线电磁场对周围电气设备和环境的影响;并没有减小母线的散热..母线的功率损耗散热传给母线和外壳间的空气;然后通过外壳壳体传入环境..而外壳感应散热则直接传入环境..母线功率损耗引起的散热量可以按下式计算:3s Z 2103-⨯⨯=L R I q s ϕKw 1 5母线外壳感应散热量可以按下式计算:3k k 2103-⨯⨯=L R I q k ϕKw 1 6其中:I ——母线的相电流AZ R ——母线在工作温度时的直流电阻Ω/m k R ——母线外壳在工作温度时的直流电阻Ω/ms ϕ——母线集肤效应系数k ϕ——母线外壳集肤效应系数L ——母线的长度m以下是某电站的母线参数:表1 母线参数序号 基本参数主母线分支母线启动母线1 额定电压 KV 18 18 182 工作电压KV 19.8 19.8 19.83 额定电流A 13000 250 30004 导体正常温度℃ 87 50 745 外壳正常温度℃ 67 47 546 导体截面积mm2 21375 3358 3358 7外壳截面积mm215944836983698 导体电阻μΩ/m 1.357 9外壳电阻μΩ/m1.879按上面两式计算;主母线单相的散热量约为550W/m;和母线制造商提供的母相散热损耗600 W/m 基本相近..母线的发热损耗和母线的材质、制造技术、焊接工艺水平关系较大..材质越好;母线接头的焊接工艺水平越高;其直流电阻就越小;发热损耗也就越小..另外;在水电站厂房内敷设了各种电压等级的动力、照明、控制电缆;在运行中会散发出一定的热量;如果电缆温度过高;将导致电缆表面绝缘老化;电缆的载流量下降..在各种电缆中;低压动力电缆发热量较大;电气设计手册上;对电缆损耗大于150W/m 的有通风要求..一般的3000V 以下的铜芯电缆的散热损失较小..电缆截面3×50mm 的发热量约为25W/m;3×150mm 的发热量约为40W/m;电压等级越高;散热量越小..因此;除在主厂房中设有大量的电缆桥架如母线层、母线洞、水轮机层等和专门的电缆层、电缆廊道应核算电缆的发热量;其他部位的电缆发热可以忽略不计..四、 电抗器发热量电抗器用于较大容量的配电装置中;起到限制短路电流的作用;也可以用于整流装置中作滤波电抗器..电抗器的散热量可以按下式计算:P Q 21ηη=Kw 7其中:1η——电抗器的利用系数;一般取1η=0.952η——电抗器的负荷系数;一般取2η=0.75P ——电抗器在额定功率下的功率损耗Kw;根据额定电流、额定电抗和型号确定..电抗器是由绕组组成的;发热特性是热容量和发热量较大;达到稳定发热量需要一段时间..如果是长期运行的电抗器;其发热量是稳定的;如果是间歇运行的电抗器;应按运行时间和电抗器的发热特性曲线确定发热量..五、 高、低压盘柜发热量高压配电盘柜的散热量可以按下式计算:e 2egq II Q ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=Kw 1 8其中:g I——高压开关的工作电流 Ae I ——高压开关的额定电流 Aeq ——高压开关的额定电流时的散热量 Kw高压开关柜分为进线开关柜和馈电开关柜;一般说来进线开关柜的发热量要比馈电开关柜的发热量大..低压配电盘柜的散热量可以按下式计算:P ex Q ∑=Kw 9其中:e ——盘柜的利用系数x ——盘柜的实耗系数P ∑——低压盘柜的功率损耗之和 Kw由于电站内各种盘柜的用途不同;盘柜的工作电流不同;一般说来;工作电流越大;盘柜内的电器元件发热量也越大..对于集中布置的配电盘柜尽可能由设备制造商提供发热量较为准确..特别的;对于重要的配电盘柜;由于制造商对盘柜内的电气元件的保护;防止运行湿度过大;绝缘性能的下降;在盘柜内本身另设有电加热器..一般每只盘柜在0.3~0.5Kw 左右;集中布置的继电保护室等应加以考虑..在高压盘柜中;励磁柜的发热量较大..根据某电站外商提供的发热资料:表2 励磁柜的发热量序号 名 称发热量1 整流闸管 8Kw 2母线组2Kw3散热风机2Kw4其它继电器2Kw5合计14Kw由于励磁系统关系到机组的安全启动和运行;对于集中或封闭布置的励磁盘柜应较为准确地核算其发热量..六、SFC静态变频启动装置发热量SFC称为静态变频启动装置;主要用于抽水蓄能电站的机组抽水工况的启动..它由输入电抗器、输出电抗器、滤波器、功率柜和直流电抗器组成..某个单机容量30万千瓦的抽水蓄能电站;根据外商提供的SFC装置各设备的容量如下:表3 SFC装置的容量设备名称运行时停止时序号1输入电抗器27Kw3Kw2输出电抗器63Kw03滤波器83Kw28Kw4功率柜15Kw6Kw5直流电抗器200Kw06合计388Kw37Kw我们可以看出;如果按照满负荷计算;SFC装置的热量高达388Kw..按照一些已运行的抽水蓄能电站的实际运行分析统计;一台机组的启动;从静止拖动到并网时间仅需240秒;六台机组的启动时间约为25分钟..根据外商提供的SFC装置运行特性曲线;输入电抗器、输出电抗器和直流电抗器运行25分钟;发热达到额定发热量的20%;滤波器、功率柜发热达到额定发热量的70%左右..按此计算SFC装置的发热量约为126.6Kw;是额定发热量的32.6%..SFC装置的发热量和SFC的容量、运行时间有极为密切的关系;如果要较为准确的确定设备发热量;应请有关制造商提供设备的运行特性曲线;然后根据设备的容量和运行时间确定..七、照明设备发热量大、中型电站随着建筑装修景观设计对灯光的需求;照明功率有增加的趋势..虽然照明设备的发展;电站的照明应用从白炽灯和荧光灯向碘钨灯和金卤灯等高亮度灯源转变..但照明设备散热量属于稳定得热;只要电压、功率稳定;散热量是不变化的..照明所耗电能的一部分直接转化为热能;此热能以对流、传导和向周围散出..光能以红外辐射方式向外辐射;但红外辐射不能直接被空气吸收;而是透过空气被周围物体吸收;尔后再给予空气..转化为光的那部分也是先射向周围物体;被物体吸收后再转化为热能;再以对流、传导或辐射等方式传给空气和其他物体..照明发热量为:QKw 1 10nN1其中:1n——镇流器消耗的功率系数;一般取1.2N——照明灯具功率 Kw一般情况下;全厂的照明发热量约为照明变压器容量的80%左右..但随着电站自动化程度的提高和无人值班的推广;厂房内部的实际照明设备开启情况变化较大;可考虑正常运行时照明的利用系数..。

学习_第二章电气发热与计算

学习_第二章电气发热与计算

(三)、导体接触部分性能变 坏
发热引起电接触部分 R
(接触面氧化形成氧 化层薄膜)
加剧发热 接触表面氧化加剧
三、导体散热形 式
热传导 基本质点间能量的相互作用
热对流 不断运动着的冷介质——气体或液
体将热能带走的过程
热辐射 电磁波传播能量的过程
(三)、导体散热形 式
总散热系数:
将三种散热形式综合在一起,用 一
4.4
4.7
(W /
变压器硅钢片
0.5
0.35
3.0
2.4
1.3
0.7
3)铁磁损耗 交变磁通在铁芯中产生的磁滞损耗和涡流损耗
合起来叫做铁磁损耗。
3、介质损

组成:电导损耗和电介质周期性极化
消耗
能量造成的损耗的统称。
大小:介质损耗与电场强度与频率有
电流收缩现 象
收缩电阻:电流流经电接触区域时,从 原来截面较大的导体突然转入截面很小 的接触点,电流线发生剧烈收缩所呈现 出的附加电阻。
表面膜电阻:电接触面上,由于污染而 覆盖的一层导电性很差的物质所呈现出 的电阻。
表面膜电阻
尘埃膜
吸附膜
无机膜
有机膜
尘埃膜:飘扬与空气中的固体微粒由于静电的 吸力而覆盖于接触表面形成膜电阻。
电流
一样要产生焦耳热造成的损耗, 即
涡流损耗。
大小:涡流损耗与交变频率f、磁感应 强度
应用: 在电机、电器、变压器内部为了减少铁芯的涡
流损耗和去磁作用,通常采用增加铁磁材料 电阻率的方法以减少涡流损耗。 用硅钢片迭片的方法代替整块铁芯材料,各片 之间加绝缘层,使涡流在各层间受阻。
在电讯工程中,采取的措施是: 1)将铁磁材料粉碎,再将这些磁粉末加上绝

电气发热与计算[专业类别]

电气发热与计算[专业类别]
短时发热:导体发热持续的时间极其短暂 (短路电流引起的发热)。
长时发热:导体长时间连续发热。
高级课件
18
2、机械强度下降
当导体的温度超过一定允许值后,过高的 温度会导致导体材料退火,使其机械强度显著 下降。
铝和铜导体在温
度 分 别 超 过 100℃ 和
150℃ 后 , 其 抗 拉 强
度急剧下降。当短路
3、铁磁损耗(铁损) (1)磁滞损耗 铁磁物质在交变磁场的反复磁化作用下,
由于内部的不可逆过程而使铁磁物质发热所造 成的损耗,称为磁滞损耗。
磁滞损耗经验公式:
Pcz fBmn
磁滞损耗与频率 f 的一次方成正比,与最大磁感 强度Bm的n次方成正比。
高级课件
28
磁滞回线
B
Bm Br
-Hc
-Hm
O
Hc Hm
邻近效应与导体之间的分布、导体间的距离 有关。
高级课件
25
(3)附加损耗
趋肤效应和邻近效应都使得电流在导体的横
截面上的分布不均匀,结果使导体的电阻增大, 它的损耗功率也增大。
趋肤效应和邻近效应产生的损耗总 称附加损耗(焦耳损耗)。
附加损耗功率为:
PR KfjI 2R I 2Rac
❖Kfj:附加损耗系数。 Kfj = KjKl。 ❖Kj:趋肤效应系数。 ❖Kl:邻近效应系数。
2
焦作市天堂录像厅特大火灾
2000年3月29日凌晨3时许,位于焦作市中心 闹市区的天堂录像厅发生特大火灾,造成当时在 此观看录像的74名观众在大火中丧生。
火灾原因,系当日天堂录像厅15号包间内使 用石英电热器长时间发热、辐射,引燃周围易烧 物所致。
高级课件
3
哈尔滨市道外区天潭酒店火灾

发电厂电气部分 第五版-第二章-载流导体的发热和电动力

发电厂电气部分  第五版-第二章-载流导体的发热和电动力

面积应相应减小。
bbbbb
D
Fl D
h
当b 180mmmm,Fl 34(AA1 14AA22)
§2.2导体的发热和散热
3. 导体对流散热量Ql
由气体各部分发生相对位移将热量带走的过程,称为 对流。
Ql l ( W 0 )Fl
θW — 导体温度;
θ0 — 周围空气温度。
§2.2导体的发热和散热
铝导体型号为LMY-100×8,正常工作电压UN=10.5 kV, 正常负荷电流Iw =1500A。正常负荷时,导体的温度 θw = 46℃,继电保护动作时间 tpr=1s,断路器全开断时间 tbr= 0.2s,短路电流I″=28kA,I0.6s=22kA,I1.2s=20kA。计算短 路电流的热效应和导体的最高温度。
b a
f
( x) d
x
ba 3n [(y0
yn )
2( y2
yn2 ) 4( y1
yn 1 )]
若n=4, 则
b a
f
( x) d
x
ba 12
[( y0
y4 )
2( y2 )
4( y1
y3 )]
因为 y1 + y3 ≈ 2 y2 , 则
b a
f
( x) d
x
ba 12 [ y0
10 y2
y4 ]
强迫对流散热量: Ql
Nu
D
(W
0 )[A
B(sin)n ]D
§2.2导体的发热和散热
4. 导体辐射散热量Qf
热量从高温物体以热射线方式传给低温物体的传播过 程,称为辐射。
Qf
5.73 273 W
100
4
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

二、长期运行载流量
1、牛顿公式应用: 牛顿公式应用:
Iy = Kzh ⋅ F ⋅ (θy −θ 0) R
导体长期运行的 长期运行的允许电流 Iy:导体长期运行的允许电流 θy:导体允许温度 PS:导体表面放出总热量
二、长期运行载流量
2、提高导体载流量的方法
Iy = Kzh ⋅ F ⋅ (θy −θ 0) R
二、发热对载流导体的不良影响
(一)、绝缘材料性能降低
(二)、机械强度下降 )、机械强度下降 (三)、导体接触部分性能下降 )、导体接触部分性能下降
(一)、绝缘材料性能降低 )、绝缘材料性能降低
发热加速绝缘材料老化, 发热加速绝缘材料老化,缩短绝缘材料 寿命,降低绝缘材料的电气特性和机械 寿命, 特性。 特性。 耐热温度 允许温度
合理布置导体加强 自然通风 采取强迫冷却 导体表面涂漆
二、长期运行载流量
2、提高导体载流量的方法
Iy = Kzh ⋅ F ⋅ (θy −θ 0) R
减小导体电阻R 减小导体电阻R 增加导体散热面积F 增加导体散热面积F 提高散热系数K 提高散热系数Kzh 提高导体允许温度θ 提高导体允许温度θy
采用耐热绝缘材料
(三)、导体接触部分性能变坏 )、导体接触部分性能变坏
接触电阻定义: 接触电阻定义: 当两个金属导体以某种机械方式互 相接触时, 相接触时,在接触区域所呈现的附加 电阻。 电阻。 接触电阻=收缩电阻+ 接触电阻=收缩电阻+表面膜电阻
收缩电阻与表面膜电阻
收缩电阻: 收缩电阻:电流流经电 接触区域时, 接触区域时,从原来截 面较大的导体突然转入 截面很小的接触点, 截面很小的接触点,电 流线发生剧烈收缩所呈 现出的附加电阻。 现出的附加电阻。 表面膜电阻: 表面膜电阻:电接触面 上,由于污染而覆盖的 一层导电性很差的物质 所呈现出的电阻。 所呈现出的电阻。
根据牛顿公式变形I 根据牛顿公式变形 2·R=Kzh·F· (θ-θ0) θθ
◆导体的载流量与导体运行温度有关, 导体的载流量与导体运行温度有关,
当导体运行温度确定, 当导体运行温度确定,则导体载流量也将 确定。 确定。 同样,当环境温度一定, ◆同样,当环境温度一定,在导体温 度给定条件下,对不同横截面的导体, 度给定条件下,对不同横截面的导体,有 一个最大载流量与之对应。 一个最大载流量与之对应。
例 题:
已知: 已知: Kzh、 θy 、 θ0 ,S, ρ
Iy = Kzh ⋅ F ⋅ (θy −θ 0) R
解:R= ρL/S F=2πrL r = (S/ π )1/2 π F =2π(S/ π )1/2 L π 所以将各参数代入上式得 上式得: 所以将各参数代入上式得:Iy=106.7A 如环境温度θ 需修正: 如环境温度θ0=35 ℃ ,需修正: θ −θ I′ = I y (θt=25℃) θ ℃ y θ −θt 得修正值: 得修正值:Iyˊ=92.4A
3、介质损耗
组成: 组成:电导损耗和电介质周期性极化消耗
能量造成的损耗的统称。 能量造成的损耗的统称。
大小:介质损耗与电场强度与频率有关。 大小:介质损耗与电场强度与频率有关。
电场强度和频率越大,则介质损耗 电场强度和频率越大, 越大。 越大。
4、磁滞、涡流损耗 磁滞、
定义: 定义:磁滞损耗是铁磁 物质在交变磁场作用下 由于内部的不可逆过程 使铁心发热而造成的一 种损耗。 种损耗。
载流导体长期发热允许电流的修正
I = KI y = I y
' y
θ y − θ1 θ y − θ0
例题
已知绝缘铝导线横截面S=25mm 已知绝缘铝导线横截面S=25mm2,环境温度 ℃,其允许温度θ =25 ℃,其允许温度θY =65 ℃ ,总放热 系数 Kzh =18[w/m2·℃], ℃], 电阻率ρ m), 电阻率ρ=0.028*10-6(Ω·m),求 Iy=? m)
电流收缩现象
影响接触电阻的因素
一、接触形式 二、材料性质 三、接触压力 四、接触表面的光洁度 五、触头密封结构 六、腐蚀 七、温度
(三)、导体接触部分性能变坏 )、导体接触部分性能变坏
发热引起电接触部分 R (接触面氧化形成氧化 层薄膜) 层薄膜)
加剧发热
接触表面氧化加剧
三、导体散热形式
热传导 基本质点间能量的相互作用 热对流 不断运动着的冷介质——气体或液体将 气体或液体将 不断运动着的冷介质 热能带走的过程 热辐射 电磁波传播能量的过程
绝缘材料性能降低— 绝缘材料性能降低 耐热温度
定义: 定义: 该类绝 缘材料所能 承受的而不 致使其机械 特性和电气 特性降低的 最高工作温 度。
等级 Y A E B
各级绝缘材料按耐热温度分类
耐热 温度 90( ℃ ) ( 105 ℃ ) 120 ℃ ) 130 ℃ ) C 等级 F H 耐热温度 155( ℃ ) ( 180( ℃ ) ( >180( ℃ ) (
1、电阻损耗
定义: 定义:电流流过导体时克服电阻作用所消耗的功 称为电阻损耗。 称为电阻损耗。 大小:电阻损耗大小与电流平方、 大小:电阻损耗大小与电流平方、电阻和时间成 正比。 正比。
2、附加损耗
附加损耗定义:导体中通过交流电时, 附加损耗定义:导体中通过交流电时,由于 集肤效应和邻近效应的作用 而产生的额外能量损耗。 而产生的额外能量损耗。 附加损耗系数: j 附加损耗系数:Kf·j=Kj·Kl K
绝缘材料性能降低—耐热温度 绝缘材料性能降低 耐热温度
八度规则 定义: 定义:
当温度超过其耐热温度时,温度每上升8℃ 当温度超过其耐热温度时,温度每上升8℃ , 其寿命降低一半。 其寿命降低一半。
要点及不足: 要点及不足:
绝缘等级不同, 绝缘等级不同,起点温度不同 8℃实际指上升 10℃ 实际指上升8 8℃实际指上升8~10℃ 。 每上升8℃ 则绝缘材料寿命降低一半。 每上升8℃ ,则绝缘材料寿命降低一半。
(二)、机械强度下降 )、机械强度下降
强度下降原因: 强度下降原因: 载流体长期处于高温状态,会使其 载流体长期处于高温状态, 慢性退火导致其变形或破坏。 慢性退火导致其变形或破坏。
对最高允许温度规定: 对最高允许温度规定: 裸导线的正常最高允许温度, 裸导线的正常最高允许温度,一般 不超过70℃,短路最高允许温度可高于 不超过70℃, 70℃ 正常最高允许温度,硬铝不得超过200℃ 正常最高允许温度,硬铝不得超过200℃ , 硬铜不得超过300 硬铜不得超过300 ℃ 。
y 0 y
§2-3 导体短路时发热
一、短路发热时的特点 二、短路时导体的热稳定性
一、短路发热时的特点
1、短路时发热,是 、短路时发热, 指短路开始到短路切 除这一很短的时间内 导体的发热过程, 导体的发热过程,可 看着一个绝热过程。 看着一个绝热过程。 2、短路时导体温度 、 变化范围大, 变化范围大,导体的 电阻和比热(热容) 电阻和比热(热容) 是温度的函数。 是温度的函数。 3、短路电流瞬时值 、 id变化规律复杂。 变化规律复杂。
减小导体电阻R 减小导体电阻R 增加导体散热面积F 增加导体散热面积F 提高散热系数K 提高散热系数Kzh 提高导体允许温度θ 提高导体允许温度θy
采用电阻率小的导体 减小导体接触电阻 增加导体的横截面积
二、长期运行载流量
2、提高导体载流量的方法
Iy = Kzh ⋅ F ⋅ (θy −θ 0) R
Kzh⋅F t m⋅c
导体达到稳定温升后,热平衡方程式为: 导体达到稳定温升后,热平衡方程式为:
I2·R= Kzh·F·τw=Kzh·F· (θ-θ0) =ps τ θθ I2·R·dt =ps ·dt dt dt
一、导体的温升
发热时间常数: 发热时间常数:T=m·c/Kzh·F
一、导体的温升 4、牛顿公式分析
(三)、导体散热形式 )、导体散热形式
总散热系数: 总散热系数: 将三种散热形式综合在一起, 将三种散热形式综合在一起,用一 个总散热系数K 表示,即牛顿公式法: 个总散热系数Kzh表示,即牛顿公式法: PS=Kzh·F·τ Fτ
散热功率(w) PS—散热功率(w) 散热功率 F—散热面积 F 散热面积 (m2) τ= θ- θ0 导体对周围环境温升( τ—导体对周围环境温升(℃) 导体对周围环境温升
减小导体电阻R 减小导体电阻R 增加导体散热面积F 增加导体散热面积F 提高散热系数K 提高散热系数Kzh 提高导体允许温度θ 提高导体允许温度θy
主要与导体几何形状 有关
二、长期运行载流量
2、提高导体载流量的方法
Iy = Kzh ⋅ F ⋅ (θy −θ 0) R
减小导体电阻R 减小导体电阻R 增加导体散热面积F 增加导体散热面积F 提高散热系数K 提高散热系数Kzh 提高导体允许温度θ 提高导体允许温度θy
绝缘材料性能降低—允许温度 绝缘材料性能降低 允许温度
定义: 定义:
允许温度是用一定方法测得的电器元件最热 温度,并且在此温度下, 温度,并且在此温度下,整个电器能保持连续工 作。
规定: 规定:
允许温度小于耐热温度( 允许温度小于耐热温度(5度)。 允许温度要考虑到电气设备的最薄弱环节。 允许温度要考虑到电气设备的最薄弱环节。 允许温度要考虑电气设备发热时间的长短。 允许温度要考虑电气设备发热时间的长短。
(一)、短路时的热平衡方程式 )、短路时的热平衡方程式
Kj:集肤效应系数 Kl:邻近效应系数
交流电阻损耗:p=Kf·j·I2·R·t 交流电阻损耗:
附加损耗产生与集肤效应、邻近效应有关。 附加损耗产生与集肤效应、邻近效应有关。
集肤效应:当导体中通过交流电流时,产生 使电流趋于表面的现象。 与电流的频率有关:频率↑集肤效应↑。 邻近效应:相邻两载流导体之间磁场的相互 作用,使导体截面中电流密度发生改变的现 象。与电流的方向有关。 邻近效应系数与导体之间的分布与距离有关, 导体相距愈远,则邻近效应系数愈小。
相关文档
最新文档