载流导体的发热和电动力47页PPT
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QR Iw2Rac 导体的集肤系数Ks与电流的频率、导体的形状和尺寸有关。
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 EsAsD
■
5-7
电气设备及运行维护
我国取太阳辐射功率密度 Es 100W 0 /m 2 ； 取铝管导体的吸收率 As 0.6 ； D为导体的直径（m）。
本章学习难点
掌握导体长期发热和短期发热的计算 掌握三相短路电动力的计算
■
5-2
电气设备及运行维护
第一节 概 述
1. 引起导体和电器发热的原因
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。
单位长度圆管形导体的对流换热面积 Fc πD。
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：
Qτ5.721 70 3w 0421703004Fτ
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； Fτ——单位长度导体的辐射换热面积（m2/m）。
当空气温度为20℃时，空气的运动粘度系数为
1.7 5 1 6 0m 2/s
v为风速（m/s）
■
5-10
来自百度文库
电气设备及运行维护
风向与导体不垂直的修正系数 AB(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。
钢的退火是把钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓 慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。退火的目的在于 均匀化学成分、改善机械性能及工艺性能、消除或减少内应力 并为零件最终热处理作好组织准备。
钢的退火工艺种类颇多，包括完全退火、不完全退火、等 温退火、球化退火和扩散退火等
■
5-4
电气设备及运行维护
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:
Q cc(w0)F c
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
2. 发热的分类 （1）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。
（2） 短时发热：由短路电流通过导体和电器时引起的发热。
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。
■
5-3
电气设备及运行维护
退火是生产中常用的预备热处理工艺。大部分机器零件及 工、模具的毛坯经退火后，可消除铸、锻及焊件的内应力与成 分的组织不均匀性；能改善和调整钢的力学性能，为下道工序 作好组织准备。对性能要求不高、不太重要的零件及一些普通 铸件、焊件，退火可作为最终热处理。
圆管形导体(直径为D)，如图5-3d所示，的对流换热面积为
Fc πD
（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
数为:
cN D u0.13vD 0.65D
当空气温度为20℃时，空气的导热系数为
2.5 21 02W/(C m)
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。
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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电气设备及运行维护
RacKs[1t(S w2)0]
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）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，
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。
（1） 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℃。
（2） 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℃。
■
5-5
电气设备及运行维护
（3） 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。 （4） 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。
电气设备及运行维护
本章教学要求
➢了解发热和电动力对设备的影响 ➢熟悉导体的发热和散热方式及计算 ➢掌握导体长期发热和短期发热的计算 ➢掌握三相短路电动力的计算 ➢掌握硬母线共振频率计算
■
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电气设备及运行维护
本章学习重点
掌握导体长期发热和短期发热的计算 掌握三相短路电动力的计算 掌握硬母线共振频率计算
■
5-11
电气设备及运行维护
第二节 导体的长期发热
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
Q R Q sQ w Q c Q τ 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， 导体长期发热过程中的热量平衡关系为：
换热。此种情况的对流换热系数取:
■
5-8
电气设备及运行维护
c1.5(w0)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
F c2(A 1A 2)
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电气设备及运行维护
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 EsAsD
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电气设备及运行维护
我国取太阳辐射功率密度 Es 100W 0 /m 2 ； 取铝管导体的吸收率 As 0.6 ； D为导体的直径（m）。
本章学习难点
掌握导体长期发热和短期发热的计算 掌握三相短路电动力的计算
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电气设备及运行维护
第一节 概 述
1. 引起导体和电器发热的原因
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。
单位长度圆管形导体的对流换热面积 Fc πD。
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：
Qτ5.721 70 3w 0421703004Fτ
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； Fτ——单位长度导体的辐射换热面积（m2/m）。
当空气温度为20℃时，空气的运动粘度系数为
1.7 5 1 6 0m 2/s
v为风速（m/s）
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风向与导体不垂直的修正系数 AB(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。
钢的退火是把钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓 慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。退火的目的在于 均匀化学成分、改善机械性能及工艺性能、消除或减少内应力 并为零件最终热处理作好组织准备。
钢的退火工艺种类颇多，包括完全退火、不完全退火、等 温退火、球化退火和扩散退火等
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电气设备及运行维护
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:
Q cc(w0)F c
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
2. 发热的分类 （1）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。
（2） 短时发热：由短路电流通过导体和电器时引起的发热。
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。
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电气设备及运行维护
退火是生产中常用的预备热处理工艺。大部分机器零件及 工、模具的毛坯经退火后，可消除铸、锻及焊件的内应力与成 分的组织不均匀性；能改善和调整钢的力学性能，为下道工序 作好组织准备。对性能要求不高、不太重要的零件及一些普通 铸件、焊件，退火可作为最终热处理。
圆管形导体(直径为D)，如图5-3d所示，的对流换热面积为
Fc πD
（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
数为:
cN D u0.13vD 0.65D
当空气温度为20℃时，空气的导热系数为
2.5 21 02W/(C m)
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。
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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RacKs[1t(S w2)0]
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）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，
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。
（1） 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℃。
（2） 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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电气设备及运行维护
（3） 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。 （4） 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。
电气设备及运行维护
本章教学要求
➢了解发热和电动力对设备的影响 ➢熟悉导体的发热和散热方式及计算 ➢掌握导体长期发热和短期发热的计算 ➢掌握三相短路电动力的计算 ➢掌握硬母线共振频率计算
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电气设备及运行维护
本章学习重点
掌握导体长期发热和短期发热的计算 掌握三相短路电动力的计算 掌握硬母线共振频率计算
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电气设备及运行维护
第二节 导体的长期发热
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
Q R Q sQ w Q c Q τ 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， 导体长期发热过程中的热量平衡关系为：
换热。此种情况的对流换热系数取:
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电气设备及运行维护
c1.5(w0)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
F c2(A 1A 2)
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