3.1导体载流量和运行温度计算-河海大学

3.1导体载流量和运行温度计算
一、概述
二、导体的发热和散热 三、导体载流量的计算
四、大电流导体附近钢构的发热 五、大电流封闭母线运行温度的计算
二、导体的发热和散热
为了使发电厂和变电站中的母线（导体）通过
电流时的发热温度不超过最高允许温度，必须 了解发热过程并进行分析计算。 导体的发热计算，根据能量守恒原理，有导体 产生的热量与耗散的热量应相等。
的热量及吸收太阳热量之和应等于导体辐射散 热和空气对流散热之和（由于空气导热量很小， 因此裸导体对空气的导热可以忽略不计）：
Q R Qt Q l Q f
导体电阻损 耗的热量
导体辐射 散热量
导体吸收太阳 辐射的热量
导体对流 散热量
单位：W/m
1.导体电阻损耗的热量
单位长度的导体，通过有效值为Iw 的交流电流
一、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
散失到周围介质中
使设备发热
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输电线或电磁线圈的导体本身及连接处都有电
阻存在，当电流流过时，就会产生功率损耗， 将电能转变为热能。
时，由电阻损耗产生的热量：
Q R I Rac
2 W
其中Rac为导体的交流电阻
Rac K s
[1 t ( w 20)]
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。
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℃
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。
导体材料机械强度σ与温度θ的关系
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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 绝缘材料长期受高温的作用，将逐渐变脆和老化，丧失原 有的机械性能和绝缘性能，使用年限缩短，甚至碳化而烧坏。
导体长期发热的特点：
导体内通过的电流为工作电流，数值小；
电流作用于导体的时间长；
导体温升缓慢；
电阻R和比热容C可以看做常数。
热量传递有三种方式：对流、辐射和传导。 空气的热传导能力很差，导体的传导散热可忽略不计。
导体的散热过程主要是对流和辐射。
单位长度导体达到稳定温升后，导体电阻损耗
（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。
曲线 1为冷拉铜线迅速加热10秒时的曲线， 曲线 2是冷拉铜线缓慢加热两小时的变化规律。 由两曲线可知，缓慢加热时铜的软化点在 100-200°C，而迅速加热时可达300°C。
这说明迅速加热、发热时间很短时电器 零部件的发热温度极限比缓慢加热 发 零部件的发热温度极限比缓慢加热、发 热持续时间很长时要高得多 热持续时间很长时要高得多。
金属材料机械强度与温度之间的关系
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导体允许温升需要考虑的条件：
1）裸导体的极限允许温度温升应小于材料软化点（机
械性能显著下降即软化）
2）对绝缘材料或外包绝缘材料的导体：其极限允许温
升的大小由绝缘材料的老化和击穿特性决定。
3）对于触头材料，除考虑机械强度外，还要考虑氧化
和其他问题。
补充：钢构发热的最高允许温度
规定钢构发热的最高允许温度
人可触及的钢构为 70 ℃ ； 人不可触及的钢构为 100 ℃ ； 混凝土中的钢筋为 80 ℃ 。
3、发热对导体和电器的不良影响包括： 机械强度下降：高温会使金属材料退火软化， 机械强度下降。 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 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
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下 课！
第三章 常用计算的基本理论和方法
3.1 导体载流量和运行温度计算
河海大学 能源与电气学院 王敏
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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℃。
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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
第三章 常用计算的基本理论和方法
3.1 导体载流量和运行温度计算
河海大学 能源与电气学院 王敏
第三章 常用计算的基本理论和方法
3.1 导体载流量和运行温度计算
3.2 载流导体短路时发热计算 3.3 载流导体短路时电动力计算
3.4 电气设备及主接线的可靠性分析 3.5 技术经济分析
导体和电器运行中的两种状态：
正常工作状态： U＜Umax ， I＜Imax
可以长期安全经济的运行
短路工作状态： Id＞＞Imax
短时间内，导体要承受短时发热和电动力的作用
3.1导体载流量和运行温度计算
一、概述
二、导体的发热和散热 三、导体载流量的计算
四、大电流导体附近钢构的发热 五、大电流封闭母线运行温度的计算