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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,第二章 電氣發(fā)熱與計算,第二章 電氣發(fā)熱與計算,1,內(nèi)容,發(fā)熱對載流導體的影響,導體的長時發(fā)熱與散熱,導體的短時發(fā)熱與散熱,內(nèi)容發(fā)熱對載流導體的影響,2,2.1 發(fā)熱對載流導體的影響,電氣發(fā)熱 載流導體和周圍介質發(fā)熱 工作環(huán)境惡化，絕緣老化 電氣設備的故障或事故是引發(fā)火災的直接或間接原因,使得,導致,引起,為什么電氣會發(fā)熱？主要是,損耗,引起。,2.1 發(fā)熱對載流導體的影響電氣發(fā)熱 載流,3,2.1 發(fā)熱對載流導體的影響,一、電氣發(fā)熱原因,導體中有電流流過時，要克服各種損耗消耗能量，以熱的形式散發(fā)出來。,1

2、、,電阻損耗,(銅損),2、,附加損耗,3、,介質損耗,4、,磁滯、渦流損耗,（鐵損）,2.1 發(fā)熱對載流導體的影響一、電氣發(fā)熱原因 導體中,4,1、電阻損耗,定義：電流流過導體時克服,電阻,作用所,消耗的功,稱,為電阻損耗。,大?。弘娮钃p耗大小與電流平方、電阻和時間成,正比。,1、電阻損耗定義：電流流過導體時克服電阻作用所消耗的功,5,2、附加損耗,附加損耗定義：導體中通過交流電時，由于,集膚效應和鄰近效應的作用,而產(chǎn)生的額外能量損耗。,附加損耗系數(shù)：K,fj,=K,j,K,l,K,j：,集膚效應系數(shù),K,l：,鄰近效應系數(shù),交流電阻損耗：p=K,fj,I,2,Rt,2、附加損耗附加損耗定義

3、：導體中通過交流電時，由于,6,集膚效應,：當導體中通過交流電流時，產(chǎn)生使電流趨于表面的現(xiàn)象。,與電流的頻率有關：頻率集膚效應。,鄰近效應,：相鄰兩載流導體之間磁場的相互作用，使導體截面中電流密度發(fā)生改變的現(xiàn)象。與電流的方向有關。,鄰近效應系數(shù)與導體之間的分布與距離有關，導體相距愈遠，則鄰近效應系數(shù)愈小。,附加損耗產(chǎn)生與集膚效應、鄰近效應有關。,集膚效應：當導體中通過交流電流時，產(chǎn)生使電流趨于表面的現(xiàn)象。,7,3、介質損耗,組成：,電導損耗和電介質周期性極化消耗,能量造成的損耗的統(tǒng)稱。,大小：,介質損耗與,電場強度,與,頻率,有關。,電場強度和頻率越大，則介質損耗,越大。,3、介質損耗組成：電

4、導損耗和電介質周期性極化消耗,8,4、磁滯、渦流損耗,定義：,磁滯損耗是鐵磁物質在交變磁場作用下由于內(nèi)部的不可逆過程使鐵心發(fā)熱而造成的一種損耗。,大小,：磁滯損耗與鐵磁材料性質、磁感應強度B、磁場頻率f 成正比。,B,H,4、磁滯、渦流損耗定義：磁滯損耗是鐵磁物質在交變磁場作用下由,9,磁滯、渦流損耗,定義,：,渦流消耗磁場能量，它與普通電流,一樣要產(chǎn)生焦耳熱造成的損耗，即,渦流損耗。,大?。?渦流損耗與交變頻率f、磁感應強度,最大值B、鐵芯體積V成正比。,危害及預防措施：,一方面引起鐵芯發(fā)熱，,另一方面削弱原磁場強度。,2、,渦流損耗,磁滯、渦流損耗定義：渦流消耗磁場能量，它與普通電流 2、

5、,10,二、發(fā)熱對載流導體的不良影響,（一）、,絕緣材料性能降低,（二）、機械強度下降,（三）、導體接觸部分性能下降,二、發(fā)熱對載流導體的不良影響 （一）、絕緣材料性能降低,11,（一）、絕緣材料性能降低,發(fā)熱,加速絕緣材料老化,，,縮短,絕緣材料,壽命,，,降低,絕緣材料的,電氣特性,和,機械 特性,。,耐熱溫度,允許溫度,（一）、絕緣材料性能降低 發(fā)熱加速絕緣材料老化，縮短絕緣材料,12,絕緣材料性能降低,耐熱溫度,各級絕緣材料按耐熱溫度分類,定義：該類絕緣材料所能承受的而不致使其機械特性和電氣特性降低的最高工作溫度。,等級,耐熱 溫度,等級,耐熱溫度,Y,90（）,F,155（）,A,1

6、05 ）,H,180（）,E,120,）,C,180（）,B,130 ）,絕緣材料性能降低耐熱溫度各級絕緣材料按耐熱溫度分類定義：,13,絕緣材料性能降低耐熱溫度,八度規(guī)則（估算絕緣材料的壽命）,定義：,當溫度超過其耐熱溫度時，溫度每上升8，,其壽命降低一半。,要點及不足：,絕緣等級不同，起點溫度不同,8實際指上升8,10。每上升8，則絕緣材料壽命降低一半。,絕緣材料性能降低耐熱溫度八度規(guī)則（估算絕緣材料的壽命）,14,絕緣材料性能降低允許溫度,定義：,允許溫度,是用一定方法測得的電器元件最熱,溫度，并且在此溫度下，整個電器能保持連續(xù)工,作。,規(guī)定：,允許溫度小于耐熱溫度（5度）。,允許溫度要

7、考慮到電氣設備的最薄弱環(huán)節(jié)。,允許溫度要考慮電氣設備發(fā)熱時間的長短。,絕緣材料性能降低允許溫度定義：,15,強度下降原因：,載流體長期處于高溫狀態(tài)，會使其,慢性退火導致其變形或破壞。,（二）、機械強度下降,強度下降原因：（二）、機械強度下降,16,對最高允許溫度規(guī)定：,裸導線的正常最高允許溫度，一般,不超過70，短路最高允許溫度可高于,正常最高允許溫度，硬鋁不得超過200，硬銅不得超過300 。,對最高允許溫度規(guī)定：,17,（三）、導體接觸部分性能變壞,接觸電阻定義：,當,兩個金屬導體,以某種機械方式互,相接觸時，在接觸區(qū)域所呈現(xiàn)的,附加,電阻,。,接觸電阻=收縮電阻+表面膜電阻,（三）、導體

8、接觸部分性能變壞 接觸電阻定義：接觸電阻=收縮電,18,收縮電阻與表面膜電阻,電流收縮現(xiàn)象,收縮電阻：,電流流經(jīng)電接觸區(qū)域時，從原來截面較大的導體突然轉入截面很小的接觸點，電流線發(fā)生劇烈收縮所呈現(xiàn)出的附加電阻。,表面膜電阻：,電接觸面上，由于污染而覆蓋的一層導電性很差的物質所呈現(xiàn)出的電阻。,收縮電阻與表面膜電阻電流收縮現(xiàn)象收縮電阻：電流流經(jīng)電接觸區(qū)域,19,影響接觸電阻的因素,一、接觸形式,二、材料性質,三、接觸壓力,四、接觸表面的光潔度,五、觸頭密封結構,六、腐蝕,七、溫度,影響接觸電阻的因素一、接觸形式,20,（三）、導體接觸部分性能變壞,發(fā)熱引起電接觸部分 R,（接觸面氧化形成氧化層薄膜

9、）,加劇發(fā)熱,接觸表面氧化加劇,（三）、導體接觸部分性能變壞發(fā)熱引起電接觸部分 R加劇發(fā)熱,21,三、導體散熱形式,熱傳導,基本質點間能量的相互作用,熱對流,不斷運動著的冷介質氣體或液體將熱能帶走的過程,熱輻射,電磁波傳播能量的過程,三、導體散熱形式 熱傳導,22,（三）、導體散熱形式,總散熱系數(shù)：,將三種散熱形式綜合在一起，用一,個總散熱系數(shù)K,zh,表示，即牛頓公式法：,P,S,=K,zh,F,P,S,散熱功率(w)F散熱面積(m,2,),導體對周圍環(huán)境溫升,(,)=-,0,K,zh,導體的總放熱系數(shù)w/(m,2,),（三）、導體散熱形式總散熱系數(shù)：PS散熱功率(w),23,22,導體的長

10、期發(fā)熱,1、熱平衡遵循的基本物理定律：,導體發(fā)熱量,=,導體自身溫升所需熱量,+,散發(fā)到周圍中去的熱量,均質導體,系指其全長有相同截面,和材料的導體，母線、電纜均屬此類。,一、導體的溫升,22 導體的長期發(fā)熱1、熱平衡遵循的基本物理定律：,24,一、導體的溫升,2、熱平衡方程式：,I,2,Rdt=mcd,+K,zh,F,(-,0,),dt,令,=,-,0,，上式變?yōu)椋?I,2,Rdt=mcd,+K,zh,F,dt,一、導體的溫升 2、熱平衡方程式：,25,3、方程解及分析：,導體達到穩(wěn)定溫升后，熱平衡方程式為：,I,2,R=K,zh,F,w,=,K,zh,F(,-,0,)=p,s,I,2,R,

11、dt,=p,s,dt,=,I,2,R/K,zh,F,=,w,(,導體穩(wěn)定溫升,),一、導體的溫升,3、方程解及分析：導體達到穩(wěn)定溫升后，熱平衡方程式為：,26,一、導體的溫升,發(fā)熱時間常數(shù)：T=mc/K,zh,F,一、導體的溫升 發(fā)熱時間常數(shù)：T=mc/KzhF,27,一、導體的溫升,4、牛頓公式分析,根據(jù)牛頓公式變形,I,2,R=K,zh,F(,-,0,),導體的載流量與導體運行溫度有關，當導體運行溫度確定，則導體載流量也將確定。,同樣，當環(huán)境溫度一定，在導體溫度給定條件下，對不同橫截面的導體，有一個最大載流量與之對應。,一、導體的溫升 4、牛頓公式分析根據(jù)牛頓公式變形I2R=,28,二、長

12、期運行載流量,1、牛頓公式應用：,I,y,:導體,長期運行的,允許電流,y,:導體允許溫度,P,S,:導體表面放出總熱量,二、長期運行載流量1、牛頓公式應用：Iy:導體長期運行的允許,29,二、長期運行載流量,2、,提高導體載流量的方法,減小導體電阻R,增加導體散熱面積F,提高散熱系數(shù)K,zh,提高導體允許溫度,y,采用電阻率小的導體,減小導體接觸電阻,增加導體的橫截面積,二、長期運行載流量2、提高導體載流量的方法 減小導體電阻R,30,二、長期運行載流量,2、,提高導體載流量的方法,減小導體電阻R,增加導體散熱面積F,提高散熱系數(shù)K,zh,提高導體允許溫度,y,主要與導體幾何形狀有關,二、長

13、期運行載流量2、提高導體載流量的方法 減小導體電阻R,31,二、長期運行載流量,2、,提高導體載流量的方法,減小導體電阻R,增加導體散熱面積F,提高散熱系數(shù)K,zh,提高導體允許溫度,y,合理布置導體加強自然通風,采取強迫冷卻,導體表面涂漆,二、長期運行載流量2、提高導體載流量的方法 減小導體電阻R,32,二、長期運行載流量,2、,提高導體載流量的方法,減小導體電阻R,增加導體散熱面積F,提高散熱系數(shù)K,zh,提高導體允許溫度,y,采用耐熱絕緣材料,二、長期運行載流量2、提高導體載流量的方法 減小導體電阻R,33,載流導體長期發(fā)熱允許電流的修正,載流導體長期發(fā)熱允許電流的修正,34,例題,已知

14、絕緣鋁導線橫截面S=25mm,2,，環(huán)境溫度,=25，其允許溫度,Y,=65 ，總放熱,系數(shù) K,zh,=18w/m,2,電阻率,=0.028*10,-6,(,m),求 I,y,=?,例題已知絕緣鋁導線橫截面S=25mm2，環(huán)境溫度,35,已知:K,zh,、,y,、,0,，S,解：R=L/S,F=2,rL r=（S/）,1/2,F,=2（S/）,1/2,L,所以將各參數(shù)代入,上式得：I,y,=106.7A,如環(huán)境溫度,0,=35 ，需修正：,(,t,=25),得修正值：I,y,=92.4A,例 題：,已知:Kzh、y、0，S,解：R=,36,作業(yè),已知絕緣鋁導線橫截面S=35mm,2,，環(huán)境溫

15、度,=35，其允許溫度,Y,=65 ，總放熱,系數(shù) K,zh,=20w/m,2,電阻率,=0.028*10,-6,(,m),求 I,y,=?,作業(yè)已知絕緣鋁導線橫截面S=35mm2，環(huán)境溫度,37,作業(yè),已知絕緣鋁導線橫截面S=35mm,2,，環(huán)境溫度,=30，其允許溫度,Y,=70 ，總放熱,系數(shù) K,zh,=22w/m,2,電阻率,=0.028*10,-6,(,m),求 I,y,=?,作業(yè)已知絕緣鋁導線橫截面S=35mm2，環(huán)境溫度,38,2-3,導體短路時發(fā)熱,一、短路發(fā)熱時的特點,二、短路時導體的熱穩(wěn)定性,2-3 導體短路時發(fā)熱一、短路發(fā)熱時的特點,39,一、短路發(fā)熱時的特點,1、短路

16、時發(fā)熱，是指短路開始到短路切除這一很短的時間內(nèi)導體的發(fā)熱過程，可看著一個絕熱過程。,2、短路時導體溫度變化范圍大，導體的電阻和比熱（熱容）是溫度的函數(shù)。,3、短路電流瞬時值i,d,變化規(guī)律復雜。,一、短路發(fā)熱時的特點1、短路時發(fā)熱，是指短路開始到短路切除這,40,（一）、短路時的熱平衡方程式,1、方程式：,I,d,短路電流全電流有效值（A),R,-,R,=,0,（1+,）L/S,C,-C,=C,0,（1+,）,m=,sL,（一）、短路時的熱平衡方程式1、方程式：Id短路電流全,41,2、方程解,2、方程解,42,（二）、等值時間法求Q,d,等值時間法：依據(jù)等效發(fā)熱的概念，設導體中通過的短路電流的穩(wěn)態(tài)值I,2,其作用時間為t,j,時，導體中產(chǎn)生的熱效應與短路電流有效值的熱效應相等。,t,j,就是短路電流作用的假想時間,t,j,=（t,jz,+t,jf,)t,jz,等于短路電流在導體上的作用時間，等于保護裝置動作時間與斷路器切斷電流的機械動作時間之和。t,jf,為非周期分量。,（二）、等值時間法求Qd等值時間法：依據(jù)等效發(fā)熱的概念，設導,43,（三）、用曲線計算,d,步驟：,1、已知初始溫