第13章導(dǎo)體的發(fā)熱及電動(dòng)力計(jì)算

1、電氣工程基礎(chǔ)第十三章 導(dǎo)體發(fā)熱及電動(dòng)力計(jì)算與電氣設(shè)備選擇n介紹電氣設(shè)備發(fā)熱和電動(dòng)力產(chǎn)生的原因介紹電氣設(shè)備發(fā)熱和電動(dòng)力產(chǎn)生的原因n導(dǎo)體發(fā)熱量和電動(dòng)力計(jì)算方法導(dǎo)體發(fā)熱量和電動(dòng)力計(jì)算方法n電氣設(shè)備選擇的一般條件電氣設(shè)備選擇的一般條件一、導(dǎo)體發(fā)熱的原因一、導(dǎo)體發(fā)熱的原因 交流電通過導(dǎo)體，產(chǎn)生各種功率損耗，引起交流電通過導(dǎo)體，產(chǎn)生各種功率損耗，引起電器發(fā)熱，主要有：電器發(fā)熱，主要有： （1）電流通過電阻時(shí)的損耗引起的焦耳熱；）電流通過電阻時(shí)的損耗引起的焦耳熱； （2）交流電在周圍鐵磁體中引起的渦流損耗、）交流電在周圍鐵磁體中引起的渦流損耗、磁滯損耗；磁滯損耗； （3）絕緣體內(nèi)的介質(zhì)損耗）絕緣體內(nèi)的介質(zhì)損

2、耗。二、發(fā)熱種類：二、發(fā)熱種類： （1）因工作電流產(chǎn)生的連續(xù)發(fā)熱，也稱作為）因工作電流產(chǎn)生的連續(xù)發(fā)熱，也稱作為長期持續(xù)發(fā)熱長期持續(xù)發(fā)熱 （2）短時(shí)大電流引起的發(fā)熱，又稱）短時(shí)大電流引起的發(fā)熱，又稱短時(shí)發(fā)熱短時(shí)發(fā)熱電氣工程基礎(chǔ)第十三章 導(dǎo)體發(fā)熱及電動(dòng)力計(jì)算與電氣設(shè)備選擇電氣工程基礎(chǔ)第十三章 導(dǎo)體發(fā)熱及電動(dòng)力計(jì)算與電氣設(shè)備選擇三、發(fā)熱對(duì)電氣設(shè)備的影響三、發(fā)熱對(duì)電氣設(shè)備的影響 （1）使絕緣材料的絕緣性能降低）使絕緣材料的絕緣性能降低 （2）使電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)體機(jī)械強(qiáng)度下降）使電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)體機(jī)械強(qiáng)度下降 （3）使導(dǎo)電體接觸部分的電阻增大）使導(dǎo)電體接觸部分的電阻增大 溫度高會(huì)加劇接觸面氧化，產(chǎn)生電阻率很高溫

3、度高會(huì)加劇接觸面氧化，產(chǎn)生電阻率很高的氧化層，從而加大溫升。的氧化層，從而加大溫升。 （國標(biāo)對(duì)導(dǎo)體的長期發(fā)熱和短時(shí)發(fā)熱有規(guī)定）（國標(biāo)對(duì)導(dǎo)體的長期發(fā)熱和短時(shí)發(fā)熱有規(guī)定） 導(dǎo)體正常最高允許溫度一般不超過導(dǎo)體正常最高允許溫度一般不超過+70; 在計(jì)及太陽輻射影響時(shí)在計(jì)及太陽輻射影響時(shí),鋼芯鋁絞線及管形導(dǎo)體鋼芯鋁絞線及管形導(dǎo)體,按不按不超過超過+80 考慮考慮; 當(dāng)導(dǎo)體接觸面處有鍍當(dāng)導(dǎo)體接觸面處有鍍(搪搪)錫的可靠覆蓋層時(shí)錫的可靠覆蓋層時(shí),允許提高允許提高到到+85 ,當(dāng)有銀的覆蓋層時(shí)，可提高到當(dāng)有銀的覆蓋層時(shí)，可提高到95 。 一、均勻?qū)w的長期發(fā)熱及載流量確定一、均勻?qū)w的長期發(fā)熱及載流量確定 1

4、. 長期發(fā)熱熱平衡方程長期發(fā)熱熱平衡方程 導(dǎo)體從電網(wǎng)中吸收的熱量，一部分作為導(dǎo)體本身吸收的熱量，導(dǎo)體從電網(wǎng)中吸收的熱量，一部分作為導(dǎo)體本身吸收的熱量，另一部分為導(dǎo)體散發(fā)到周圍介質(zhì)中的熱量。上式微分方程的解為：另一部分為導(dǎo)體散發(fā)到周圍介質(zhì)中的熱量。上式微分方程的解為： ，穩(wěn)態(tài)溫升；T，發(fā)熱時(shí)間常數(shù)。 2. 均勻?qū)w載流量計(jì)算均勻?qū)w載流量計(jì)算 導(dǎo)體的載流量與導(dǎo)體允許的溫升、材料有關(guān)，通過載流量計(jì)算導(dǎo)體的載流量與導(dǎo)體允許的溫升、材料有關(guān)，通過載流量計(jì)算，可以計(jì)算導(dǎo)體長期可靠工作時(shí)的最大電流，充分利用導(dǎo)體截面。，可以計(jì)算導(dǎo)體長期可靠工作時(shí)的最大電流，充分利用導(dǎo)體截面。電氣工程基礎(chǔ)第十三章 導(dǎo)體發(fā)熱及

5、電動(dòng)力計(jì)算與電氣設(shè)備選擇dtFmcdRdtI)(02Ttstiste)(TtieFRIFRI)(220FRIst2mcTFst提高導(dǎo)體允許的載流量有以下途徑：提高導(dǎo)體允許的載流量有以下途徑：（1）減少導(dǎo)體電阻）減少導(dǎo)體電阻（2）周圍環(huán)境溫度降低）周圍環(huán)境溫度降低（3）增加散熱面積）增加散熱面積（4）增大綜合換熱系數(shù)）增大綜合換熱系數(shù)電氣工程基礎(chǔ)第十三章 導(dǎo)體發(fā)熱及電動(dòng)力計(jì)算與電氣設(shè)備選擇RFIalal)(0導(dǎo)體的載流量計(jì)算公式：導(dǎo)體的載流量計(jì)算公式： 導(dǎo)體綜合換熱系數(shù)導(dǎo)體綜合換熱系數(shù)F 導(dǎo)體散熱面積導(dǎo)體散熱面積al 導(dǎo)體允許溫度導(dǎo)體允許溫度0 環(huán)境溫度環(huán)境溫度R 導(dǎo)體電阻導(dǎo)體電阻120120r

6、rtkm 二、均勻?qū)w的短時(shí)發(fā)熱計(jì)算二、均勻?qū)w的短時(shí)發(fā)熱計(jì)算 1. 短時(shí)發(fā)熱計(jì)算短時(shí)發(fā)熱計(jì)算 （1）短時(shí)發(fā)熱定義）短時(shí)發(fā)熱定義 短路開始至短路切除時(shí)間內(nèi)，短路電流引短路開始至短路切除時(shí)間內(nèi)，短路電流引起的導(dǎo)體發(fā)熱過程。起的導(dǎo)體發(fā)熱過程。 （2）短時(shí)發(fā)熱研究目的）短時(shí)發(fā)熱研究目的 校核導(dǎo)體短路后最高發(fā)熱溫度是否超過導(dǎo)校核導(dǎo)體短路后最高發(fā)熱溫度是否超過導(dǎo)體短路時(shí)的最高允許溫度。體短路時(shí)的最高允許溫度。 （3）短時(shí)發(fā)熱的特點(diǎn)）短時(shí)發(fā)熱的特點(diǎn) a. 發(fā)熱時(shí)間短（絕熱過程）發(fā)熱時(shí)間短（絕熱過程） b. 發(fā)熱量大發(fā)熱量大,電阻、比熱容等參數(shù)是溫度電阻、比熱容等參數(shù)是溫度的函數(shù)的函數(shù) 電氣工程基礎(chǔ)第十三章

7、 導(dǎo)體發(fā)熱及電動(dòng)力計(jì)算與電氣設(shè)備選擇dmCdtRIkt)()(2ktI 短路電流有效值短路電流有效值導(dǎo)體的電阻導(dǎo)體的電阻導(dǎo)體的比熱容導(dǎo)體的比熱容SLR)1 ()(0)1 ()(0 CCSLmm 其中：其中：導(dǎo)體的質(zhì)量導(dǎo)體的質(zhì)量計(jì)算導(dǎo)體短路時(shí)的發(fā)熱溫度：計(jì)算導(dǎo)體短路時(shí)的發(fā)熱溫度：電氣工程基礎(chǔ)第十三章 導(dǎo)體發(fā)熱及電動(dòng)力計(jì)算與電氣設(shè)備選擇 導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱最高溫度求?。簩?dǎo)體短時(shí)發(fā)熱最高溫度求取：由已知導(dǎo)體初始溫度查找曲線，查出由已知導(dǎo)體初始溫度查找曲線，查出Ai;由上式將由上式將Ai短路熱脈沖值代入求出短路熱脈沖值代入求出Af;由由Af再次查對(duì)應(yīng)曲線，得出導(dǎo)體短時(shí)再次查對(duì)應(yīng)曲線，得出導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱最高溫度

8、。發(fā)熱最高溫度。熱平衡方程兩邊積分后得：熱平衡方程兩邊積分后得：電氣工程基礎(chǔ)第十三章 導(dǎo)體發(fā)熱及電動(dòng)力計(jì)算與電氣設(shè)備選擇21kfiQAAS短路熱效應(yīng)的計(jì)算：短路熱效應(yīng)的計(jì)算：等值時(shí)間法；等值時(shí)間法； 電動(dòng)力就是載流導(dǎo)體所受到的電磁力，由于電動(dòng)力就是載流導(dǎo)體所受到的電磁力，由于交流電產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，而置于磁場(chǎng)中的導(dǎo)體通交流電產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，而置于磁場(chǎng)中的導(dǎo)體通過電流時(shí)必然產(chǎn)生電磁力。過電流時(shí)必然產(chǎn)生電磁力。 導(dǎo)體全長導(dǎo)體全長L上所受的總電動(dòng)力為：上所受的總電動(dòng)力為： 其中其中B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，為磁感應(yīng)強(qiáng)度，i為導(dǎo)體通過的電流，為導(dǎo)體通過的電流，為為 與與B的夾角。的夾角。 電動(dòng)力電動(dòng)力F的計(jì)算分兩種情

9、況，的計(jì)算分兩種情況，1.兩平行導(dǎo)體間兩平行導(dǎo)體間的電動(dòng)力，的電動(dòng)力，2.三相導(dǎo)體短路時(shí)的電動(dòng)力三相導(dǎo)體短路時(shí)的電動(dòng)力dliBFLsin0dl電氣工程基礎(chǔ)第十三章 導(dǎo)體發(fā)熱及電動(dòng)力計(jì)算與電氣設(shè)備選擇電氣工程基礎(chǔ)第十三章 導(dǎo)體發(fā)熱及電動(dòng)力計(jì)算與電氣設(shè)備選擇一、兩平行導(dǎo)體間的電動(dòng)力一、兩平行導(dǎo)體間的電動(dòng)力 設(shè)兩平行導(dǎo)線長度為設(shè)兩平行導(dǎo)線長度為L，導(dǎo)線中心距為，導(dǎo)線中心距為a，如果將導(dǎo)體，如果將導(dǎo)體中通過的電流近似為集中于軸心線上，此時(shí)，導(dǎo)體中通過的電流近似為集中于軸心線上，此時(shí)，導(dǎo)體1中電流中電流在導(dǎo)體在導(dǎo)體2中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為： 兩根平行導(dǎo)線的磁感應(yīng)強(qiáng)度與電流方向垂直，所

10、以導(dǎo)體兩根平行導(dǎo)線的磁感應(yīng)強(qiáng)度與電流方向垂直，所以導(dǎo)體2上所受的電動(dòng)力上所受的電動(dòng)力F為：為： 考慮導(dǎo)線形狀系數(shù)后可得總電動(dòng)力為：考慮導(dǎo)線形狀系數(shù)后可得總電動(dòng)力為：aiHB210101217010220102sin2siniiaLdlaiidlBiFLLKiiaLF217102電氣工程基礎(chǔ)第十三章 導(dǎo)體發(fā)熱及電動(dòng)力計(jì)算與電氣設(shè)備選擇二、三相導(dǎo)體短路時(shí)的電動(dòng)力二、三相導(dǎo)體短路時(shí)的電動(dòng)力 1. 電動(dòng)力的計(jì)算電動(dòng)力的計(jì)算710(2)AABACABCCLFFFiiiFa27233321 0co s28846atTACmALFFIea 622cos4362cos23cos43 ATtAtetta作用在外

11、邊相作用在外邊相(A相或相或C相相)的電動(dòng)力的電動(dòng)力電氣工程基礎(chǔ)第十三章 導(dǎo)體發(fā)熱及電動(dòng)力計(jì)算與電氣設(shè)備選擇 作用在中間相作用在中間相(B相相)的電動(dòng)力的電動(dòng)力72 10()BABBCA BB CLFFFi ii ia342sin3342sin23102227ATtATtmBteeIaLFaa3422sin23At電氣工程基礎(chǔ)第十三章 導(dǎo)體發(fā)熱及電動(dòng)力計(jì)算與電氣設(shè)備選擇2. 電動(dòng)力的最大值電動(dòng)力的最大值721.616 10()AshLFiNa721.73 10()BshLFiNaFA最大值出現(xiàn)在固定分量和非周期分量之和為最大瞬間。FB最大值出現(xiàn)在非周期分量最大的瞬間。電氣工程基礎(chǔ)第十三章 導(dǎo)體

12、發(fā)熱及電動(dòng)力計(jì)算與電氣設(shè)備選擇3. 導(dǎo)體的共振導(dǎo)體的共振 導(dǎo)體發(fā)生振動(dòng)時(shí)導(dǎo)體發(fā)生振動(dòng)時(shí),在導(dǎo)體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)應(yīng)力。對(duì)動(dòng)態(tài)應(yīng)在導(dǎo)體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)應(yīng)力。對(duì)動(dòng)態(tài)應(yīng)力的考慮力的考慮,一般采用導(dǎo)體具有質(zhì)量和彈性，組成一彈性系統(tǒng)一般采用導(dǎo)體具有質(zhì)量和彈性，組成一彈性系統(tǒng)。當(dāng)受到一次外力作用時(shí)，就按一定頻率在其平衡位置上。當(dāng)受到一次外力作用時(shí)，就按一定頻率在其平衡位置上下運(yùn)動(dòng)，形成固有振動(dòng)，其振動(dòng)頻率稱為固有頻率。若導(dǎo)下運(yùn)動(dòng)，形成固有振動(dòng)，其振動(dòng)頻率稱為固有頻率。若導(dǎo)體受到電動(dòng)力的持續(xù)作用而發(fā)生振動(dòng)，便形成強(qiáng)迫振動(dòng)。體受到電動(dòng)力的持續(xù)作用而發(fā)生振動(dòng)，便形成強(qiáng)迫振動(dòng)。固有頻率應(yīng)處于下列范圍之外：固有頻率應(yīng)處于下列范圍之外：單導(dǎo)體及組合導(dǎo)體中各導(dǎo)體：單導(dǎo)體及組合導(dǎo)體中各導(dǎo)體：35-150Hz多導(dǎo)體組合及有引下線單條導(dǎo)體：多導(dǎo)體組合及有引下線單條導(dǎo)體： 35-155Hz槽形和管形導(dǎo)體：槽形和管形導(dǎo)體： 30-160Hz)(1073. 127maxNiaLFsh 電氣工程基礎(chǔ)第十三章 導(dǎo)體發(fā)熱及電動(dòng)力計(jì)算與電氣設(shè)備選擇maxNWIINNSUUalmsmUU 電氣工程基礎(chǔ)第十三章 導(dǎo)體發(fā)熱及電動(dòng)力計(jì)算與電氣設(shè)備選擇max=1.05WNII 電氣工程基礎(chǔ)第十三章 導(dǎo)體發(fā)熱及電動(dòng)力計(jì)算與電氣設(shè)備選擇() ()alalalNNII電氣工程基礎(chǔ)第十三章 導(dǎo)體發(fā)熱及電動(dòng)力計(jì)算與電氣設(shè)