精品工程类本科大三课件《发电厂电气》第二讲 载流导体的发热和电动力

3）减少钢构发热损耗的措施
•采用分相封闭母线 •加大钢构与导体距离 •断开闭合回路——在钢构连接处加绝缘垫 •采用电磁屏蔽
三、导体的短时发热
• 研究短期发热目的：确定短路时导体可能出现的最高 温• 要度保证（<校2h0验0℃设（备铝是）或否3具00有℃热（铜稳）定性） • 短期发热计算时间：指短路开始到短路切除为止很短 一段时间内导体的发热过程
• 电阻损耗 • 介质损耗 • 磁滞和涡流损耗 长期发热：由工作电流产生 短期发热：由故障时的短路电流产生
1、发热的危害：
• 机械强度下降； • 接触电阻增加； • 绝缘性能下降。
热能
2、最高允许温度
• 正常最高允许工作温度：70℃（一般裸导体）、80℃（计及日照时的钢芯 铝绞线、 管形导体）、85℃（接触面有镀锡的可靠覆盖层）
教学目的
• 明确载流导体长期发热、短时发热的特点 • 了解导体运行温度、长期允许载流量的计算方法及提高导体载流量的
措施 • 了解导体短时最高发热温度的计算方法、短路电流热效应的计算方法、
热稳定的概念 • 明确三相导体短路电动力的计算方法和特点、动稳定的概念
§1、导体载流量和运行温度计算
• 一、概述
２）导体载流量计算
导体达到稳定温升后
I 2R wF(w 0) Ql Qf Qt
•导体的载流量：
I wF(w 0 ) Ql Qf Qt
R
R
令 w 70C ，可求出最大载流量
•导体的实际运行温度 w
利用 w I 2 ，可由导体的允许电流、温度（Ial ,al 可查表得到）
和最大工作电流 I max
w (w 0 )F
2、导体载流量的计算
温升过程中的热平衡方程
用于导体本身温 度升高所需热量
QR Qc Ql Qf
1）温升过程
散失到周围空气中
研究I长2期R发dt热时m，c导d体 温度变wF化(范围w 不大0，)dt
因此，电阻R，比热容c，散热系数 w 均可视为常数
整理上式并对其在0——t内进行积分，温度由 k 上升到相应于t的温度
t
dt
mc
0
wF
k
I 2R
1
wF (w
d[I 2R
0 )
wF (w
0 )]
t
t
解得温升过程表达式 w (1 e Tr ) ke Tr
导体长期发热的特点
t
t
w (1 e Tr ) ke Tr
0
k k 0
稳定温升
w
I2R
wF
导体发热 时间常数
mc
Tr wF
I---流过导体的电流（A） R---导体的电阻（Ω） m---导体的质量（kg） c---导体的比热容[J/(kg. ℃)] αw---导体总的换热系数[W/(m2. ℃)] F---导体的换热面积（ m2 /m) θ0 ---周围空气的温度（ ℃） θ ---导体的温度（ ℃）
I2 max
I
2 al
(al
0 )
w
0
3)提高导体载流量的措施
I wF(w 0 ) Ql Qf Qt
R
R
• 减小交流电阻：
• 采用电阻率小的材料如铜、铝
• 增大导体的截面 • 减小接触电阻：接触表面镀锡、镀银等
• 增大复合（总）散热系数：
• 改变导体的布置方式 • 强迫对流 • 涂漆
• 增大散热面积
• 短路时间=保护动作时间+断路器的全开断时间 • 断路器的全开断时间=断路器的固有分闸时间+燃弧时间
校验热稳定时，为后 备保护动作时间
1、短时发热的特点
• 发热时间短，（ 0 tk ,w ）来h 不及散热，可认
为是一个绝热过程，电阻损耗产生的热量全部用于 使导体温度升高
• 导• 体Q温R （度Q电变w阻化损大耗，产电生热阻量和=比导体热温容度随升温高度所而需热变量化），是 温度的函数
R
0
(1
)
l S
对应0℃ 温度系数 的电阻率
C C0 (1 )
对应0℃ 的比热容
温度系数
2、导体短时发热的最高发热温度
热平衡方程的微分形式：I
2 kt
R
dt
mC d
Ikt ：t时刻短路全电流的有效值
根据热平衡方程可得到：
1 S2
tk 0
ik2t dt
Ah
Aw
A
c0 w 0
[ 2
ln(1 )
• 截面积相同的情况下，矩形和圆形导体哪一个散热表面积大？从 散热的角度看35KV以下的配电装置应采用哪种截面的导体？
3、大电流导体附近钢构的发热
1）钢构发热原因
导体周围产生交变磁场 钢构中涡流和磁滞损耗
发热
Ｉ＞３ kＡ时，发热不容忽视
2）发热限值
人可接触＜７０℃ 人不可触＜１００℃
混凝土中的钢构＜８０℃
导体温升变化曲线
导体通过电流I后，温度开始升 高，经过（3~4）Tt(时间常数) 导体达到稳定发热状态。导体 升温过程的快慢取决于导体的 发热时间常数，即与导体的吸 热能力成正比，与导体的散热 能力成反比，而与通过的电流 大小无关；导体达到稳定发热 状态后，由电阻损耗产生的热 量全部以对流和辐射的形式散 失掉，导体的温升趋于稳定， 且稳定温升与导体的初始温度 无关。
导体温度在２０℃时的直 流电阻率
导体的集肤效应系数；与电流频 率、导体形状和尺寸有关
2）导体吸收太阳辐射的热量
屋外： Qt Et At D
屋内： Qt 0
3）导体对流散热量 Ql l (w 0 )Fl
与温差 w 0 、散热面积 Fl 成正比
对流散热系数 l 自然、强迫
4）导体的辐射散热量
Qf
5.7
273
100
w
4
273 0
100
4
Ff
与导体尺寸、布置 方式等因素有关， 导体间距越近，对 流条件越差，有效
面积越小
与导体和周围空气绝对温度四次方差成正比
：导体材料的辐射系数，导体表面涂漆的目的是增加
5）热平衡方程
导体散热用一个总的散热系数 w
来表示
QR Qt
Ql Qf
]
f ( )
Ah
（f h）
，
Aw
（f
）
w
根据热平衡方程可得到：
1
S2
tk 0
ik2t dt
Ah
Aw
定义：短路电流热效应
Ah
1 S2
Qk
Aw
tk
Qk ik2tdt
0
假设短路电流热效应Qk已 知， 则由图3-7：
• 短时最高允许温度：200℃（硬铝及铝锰合金）、300℃（硬铜）
二、导体的长期发热
• 研究目的：导体载流量和运行温度计算 • 1、热平衡方程
• 发热量=散热量
QR Qt Ql Qf
1）导体电阻损耗发热量 QR
QR
I
2 w
Rac
电阻温度系数
导体的交流电阻
Rac
[1 t (w
S
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20)]
Kf
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