導(dǎo)體發(fā)熱電動力以及常用計算公式

1、關(guān)于導(dǎo)體的發(fā)熱電動力及常用計算公式第一張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月2一、概述1、導(dǎo)體和電器運(yùn)行兩種工作狀態(tài)：（1）正常工作狀態(tài)：電壓和電流不超過額定值，導(dǎo)體和電器能夠安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行；（2）短路工作狀態(tài)：短路電流比額定電流高出幾十倍，導(dǎo)體和電器承受短時發(fā)熱和電動力地作用。4.1 發(fā)熱和散熱第二張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月32、導(dǎo)體正常工作產(chǎn)生損耗：（1）電阻損耗；（2）渦流和磁滯損耗；（3）絕緣材料介質(zhì)損耗3、發(fā)熱對電器不良影響：（1）機(jī)械強(qiáng)度下降；（2）接觸電阻增加；（3）絕緣性能降低。一、概述第三張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月4 導(dǎo)體正常最高工作溫度不應(yīng)超過

2、70攝氏度， 通過短路電流上硬鋁和鋁錳合金可取200攝氏度，硬銅可取300攝氏度。一、概述第四張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月51、導(dǎo)體的電阻損耗的熱量QR式中：二、導(dǎo)體的發(fā)熱第五張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月6集膚系數(shù)二、導(dǎo)體的發(fā)熱第六張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月7二、導(dǎo)體的發(fā)熱2、太陽日照的熱量QsEs太陽輻射功率密度As導(dǎo)體對太陽照射的吸收率D導(dǎo)體的外直徑第七張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月81、對流：由氣體各部分相對位移將熱量帶走的過程。關(guān)鍵求:換熱系數(shù)ac和單位長度換熱面積Fc三、熱量的傳遞過程第八張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月9三、熱

3、量的傳遞過程（1）自然對流換熱：屋內(nèi)自然通風(fēng)和屋外風(fēng)速小于0.2m/s換熱。換熱系數(shù)ac單位長度換熱面積Fc和導(dǎo)體尺寸、布置方式等因數(shù)有關(guān)。a、單條導(dǎo)體A1為單位長度導(dǎo)體在高度方向的面積（導(dǎo)體截面用毫米mm表示）第九張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月10b、二條導(dǎo)體c、三條導(dǎo)體三、熱量的傳遞過程第十張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月11三、熱量的傳遞過程d、槽型導(dǎo)體第十一張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月12e、圓管導(dǎo)體（2）強(qiáng)迫對流換熱 （一般指屋外配電裝置中的管型導(dǎo)體）三、熱量的傳遞過程第十二張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月132、輻射：熱量從高溫物體，以熱射線方

4、式傳至低溫物體的傳播過程。（1）輻射系數(shù)（2）輻射換熱面積 單條矩形Ff=2（A1+A2)三、熱量的傳遞過程第十三張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月14三、熱量的傳遞過程第十四張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月15三、熱量的傳遞過程（3）導(dǎo)熱第十五張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月4.2 導(dǎo)體的長期發(fā)熱第十六張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月17一、導(dǎo)體長期發(fā)熱的特點(diǎn)（1）發(fā)熱由正常工作電流引起；（2）發(fā)熱熱量少，溫升不高；（3）發(fā)熱連續(xù)且長期；（4）發(fā)熱和放熱相等；（5）電阻R、比熱容C可看成常數(shù)；第十七張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月18二、導(dǎo)體的溫升過程導(dǎo)

5、體產(chǎn)生的熱量：QR導(dǎo)體的散熱：Qc+Qr，導(dǎo)體的溫升熱量： QW熱平衡方程：其中：化簡得：整理方程得：方程求解后可得：穩(wěn)定溫升為：溫升過程表達(dá)式：第十八張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月19根據(jù)公式： 得：故導(dǎo)體的載流量為：考慮日照，對于屋外導(dǎo)體：提高載流量的措施： （1）減小導(dǎo)體電阻 ：a、減小接觸電阻；b、增加導(dǎo)體截面；c、減小電阻率，即采用電阻率小的金屬如：銅（2）增加導(dǎo)體散熱面積（F)：槽型、矩形的散熱面積較大，35KV及以下多采用，大電流母線多采用雙槽型。（3）增加導(dǎo)體散熱系數(shù)（a)： a、強(qiáng)迫冷卻（風(fēng)冷或水冷）；b、合理布置導(dǎo)體；c、表面涂漆（屋內(nèi)：A B C相：黃綠紅）。三

6、、導(dǎo)體的載流量第十九張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月4.3 導(dǎo)體的短時發(fā)熱第二十張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月21引言短時發(fā)熱的含義：載流導(dǎo)體短路時發(fā)熱，是指從短路開始至短路切除為止很短一段時間內(nèi)導(dǎo)體發(fā)熱的過程。短時發(fā)熱的特點(diǎn)：短路電流大，發(fā)熱量多時間短，熱量不易散發(fā)短時發(fā)熱計算的目的：確定導(dǎo)體的最高溫度。導(dǎo)體的溫度迅速升高 第二十一張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月22一、導(dǎo)體短路時發(fā)熱過程熱平衡關(guān)系：在dt時間內(nèi)，第二十二張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月23一、導(dǎo)體短路時發(fā)熱過程整理得：兩邊積分：求解得：第二十三張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月24一

7、、導(dǎo)體短路時發(fā)熱過程23451016AJ/(m4)1002003004000()鋁銅AwAhhw令短路電流的熱效應(yīng)第二十四張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月25二、短路電流熱效應(yīng)Qk的計算短路電流周期分量有效值短路電流非周期分量起始值非周期分量衰減時間常數(shù)由于短路電流Ikt的表達(dá)式很復(fù)雜，一般難于用簡單的解析式求解Qk，工程上常采用近似計算法計算。第二十五張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月26二、短路電流熱效應(yīng)Qk的計算數(shù)值積分的辛卜生法1. 短路電流周期分量熱效應(yīng)Qp的計算任意曲線 y = f (x) 的定積分，可用下式近似計算：若n=4，因?yàn)?y1 + y3 2 y2 ，則則第

8、二十六張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月27二、短路電流熱效應(yīng)Qk的計算短路電流周期分量的熱效應(yīng)1. 短路電流周期分量熱效應(yīng)Qp的計算a = 0b = tk第二十七張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月28二、短路電流熱效應(yīng)Qk的計算2. 短路電流非周期分量熱效應(yīng)Qnp的計算短路電流非周期分量的熱效應(yīng)非周期分量等效時間，可查表得。若tk1s，則Qnp可忽略。第二十八張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月29非周期分量等效時間的查詢：第二十九張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月30例鋁導(dǎo)體型號為LMY-1008，正常工作電壓UN=10.5 kV，正常負(fù)荷電流Iw =1500A。正常

9、負(fù)荷時，導(dǎo)體的溫度 w = 46，繼電保護(hù)動作時間 tpr=1s，斷路器全開斷時間 tbr= 0.2s，短路電流I=28kA，I0.6s=22kA，I1.2s=20kA。計算短路電流的熱效應(yīng)和導(dǎo)體的最高溫度。解(1) 計算短路電流的熱效應(yīng)第三十張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月31解(2) 計算導(dǎo)體的最高溫度由 w = 46，查圖得 Aw = 0.351016 J/(m4)查圖得 h = 60 200（鋁導(dǎo)體最高允許溫度）第三十一張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月4.4 導(dǎo)體短路的電動力計算第三十二張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月33一、計算電動力的方法1、畢奧沙瓦定律第三

10、十三張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月342、兩根平行導(dǎo)體間的電動力計算導(dǎo)體2全長在dL1處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：化簡得： 一、計算電動力的方法第三十四張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月35由于：則長度為L的導(dǎo)體上所受的電動力為：一、計算電動力的方法第三十五張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月36 3、不同形狀導(dǎo)體間的電動力計算不同形狀導(dǎo)體的形狀系數(shù)：一、計算電動力的方法第三十六張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月37二、三相導(dǎo)體短路的電動力 1、電動力計算（1）作用在中間相（B相）的電動力第三十七張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月38（2）作用在外邊相（A或C相）的電

11、動力二、三相導(dǎo)體短路的電動力第三十八張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月39（2）作用在外邊相（A或C相）的電動力FA的四個分量：a、不衰減的固定分量b、按時間常數(shù)衰減 的非周期分量c、按時間常數(shù)衰減 的工頻分量d、不衰減的兩倍 工頻分量e、合力二、三相導(dǎo)體短路的電動力第三十九張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月402、最大電動力A相最大電動力：B相最大電動力：最大電動力：二、三相導(dǎo)體短路的電動力第四十張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月413、導(dǎo)體振動的動態(tài)應(yīng)力導(dǎo)體的固有頻率：二、三相導(dǎo)體短路的電動力第四十一張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月42最大電動力修正：為避免導(dǎo)體共

12、振應(yīng)使其固有頻率在下述范圍之外：范圍之外1二、三相導(dǎo)體短路的電動力第四十二張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月4.6 可靠性計算公式第四十三張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月44一、可靠性的概念及指標(biāo)1. 可靠性 可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定的功能的能力。第四十四張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月45 2. 可靠性指標(biāo) 衡量產(chǎn)品可靠性的指標(biāo)很多，各指標(biāo)之間有著密切聯(lián)系，其中最主要的有四個，即：可靠度R (t)、不可靠度(或稱故障概率)F (t)、故障密度函數(shù)f (t)故障率(t)。 一、可靠性的概念及指標(biāo)第四十五張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月46

13、 (1)可靠度R (t) 把產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率定義為產(chǎn)品的“可靠度”。用R (t)表示： R (t) = P (Tt) 其中P (Tt)就是產(chǎn)品使用時間T大于規(guī)定時間t的概率。 一、可靠性的概念及指標(biāo)第四十六張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月47 若受試驗(yàn)的樣品數(shù)是N0個，到t時刻未失效的有N s (t)個；失效的有N f (t)個。則沒有失效的概率估計值，即可靠度的估計值為 一、可靠性的概念及指標(biāo)第四十七張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月48 如果仍假定t為規(guī)定的工作時間，T為產(chǎn)品故障前的時間，則產(chǎn)品在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)喪失規(guī)定的功能(

14、即發(fā)生故障)的概率定義為不可靠度(或稱為故障概率)，用F(t)表示： F (t) = P (Tt)一、可靠性的概念及指標(biāo)第四十八張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月49同樣，不可靠度的估計值為： 一、可靠性的概念及指標(biāo)第四十九張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月50由于故障和不故障這兩個事件是對立的，所以 R (t) + F (t) =1 當(dāng)N0足夠大時，就可以把頻率作為概率的近似值。同時可見可靠度是時間t的函數(shù)。因此R (t)亦稱為可靠度函數(shù)。 0R (t)1 一、可靠性的概念及指標(biāo)第五十張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月51(2)故障密度函數(shù)f (t) 如果N0是產(chǎn)品試驗(yàn)總數(shù)

15、，N f是時刻tt+t時間間隔內(nèi)產(chǎn)生的故障產(chǎn)品數(shù)，N f (t)(N0t)稱為tt+t時間間隔內(nèi)的平均失效(故障)密度，表示這段時間內(nèi)平均單位時間的故障頻率，若N0，t0，則頻率概率。一、可靠性的概念及指標(biāo)第五十一張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月52也可根據(jù)F(t)的定義，得到f (t)，即 F (t)具有以下性質(zhì)： 0 F (t) 1，且為增函數(shù)。 一、可靠性的概念及指標(biāo)第五十二張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月53 (3)故障率(t) 故障率(t)是衡量可靠性的一個重要指標(biāo)，其含義是產(chǎn)品工作到t時刻后的單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率，即產(chǎn)品工作到t時刻后，在單位時間內(nèi)發(fā)生故障的產(chǎn)品

16、數(shù)與在時刻t時仍在正常工作的產(chǎn)品數(shù)之比。(t)可由下式表示。 式中dNf (t)為d t時間內(nèi)的故障產(chǎn)品數(shù)。 一、可靠性的概念及指標(biāo)第五十三張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月54故障率、故障密度及可靠度之間的關(guān)系當(dāng)N0時 一、可靠性的概念及指標(biāo)第五十四張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月55根據(jù)R (t)，F(xiàn) (t)，f (t),(t)的定義，還可以推導(dǎo)出： 一、可靠性的概念及指標(biāo)第五十五張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月56失效率曲線 耗損失效期t時間偶然失效期早期失效期使用壽命規(guī)定的失效率(t)失效率AB一、可靠性的概念及指標(biāo)第五十六張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月

17、57“浴盆曲線”。 (a)早期故障期：產(chǎn)品早期故障反映了設(shè)計、制造、加工、裝配等質(zhì)量薄弱環(huán)節(jié)。早期故障期又稱調(diào)整期或鍛煉期，此種故障可用廠內(nèi)試驗(yàn)的辦法來消除。 一、可靠性的概念及指標(biāo)第五十七張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月58 (b)正常工作期：在此期間產(chǎn)品故障率低而且穩(wěn)定，是設(shè)備工作的最好時期。在這期間內(nèi)產(chǎn)品發(fā)生故障大多出于偶然因素，如突然過載、碰撞等，因此這個時期又叫偶然失效期。 可靠性研究的重點(diǎn)，在于延長正常工作期的長度。 一、可靠性的概念及指標(biāo)第五十八張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月59 (c)損耗時期：零件磨損、陳舊，引起設(shè)備故障率升高。如能預(yù)知耗損開始的時間，通過加

18、強(qiáng)維修，在此時間開始之前就及時將陳舊損壞的零件更換下來，可使故障率下降，也就是說可延長可維修的設(shè)備與系統(tǒng)的有效壽命。 故障率的單位一般采用10-5小時或10-9小時。 故障率也可用工作次數(shù)、轉(zhuǎn)速、距離等。 一、可靠性的概念及指標(biāo)第五十九張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月60(4)平均壽命 平均壽命是指產(chǎn)品從投入運(yùn)行到發(fā)生故障的平均工作時間。對于不維修產(chǎn)品又稱失效前平均時間MTTF(Mean time to failure)，根據(jù)數(shù)學(xué)期望的定義，可得 一、可靠性的概念及指標(biāo)第六十張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月61 當(dāng)(t) = 常數(shù)時，R (t)= e-t，所以 一、可靠性的概念

19、及指標(biāo)第六十一張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月62 對于可維修產(chǎn)品而言，平均壽命指的是產(chǎn)品兩次相鄰故障間的平均工作時間，稱為平均故障間隔時間MTBF(Mean time between failure)，和MTTF有同樣的數(shù)學(xué)表達(dá)式： 當(dāng)(t) = 常數(shù)時， 一、可靠性的概念及指標(biāo)第六十二張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月63(5)有效度 對于可修復(fù)產(chǎn)品，只考慮其發(fā)生故障的概率顯然是不合適的，還應(yīng)考慮被修復(fù)的可能性，衡量修復(fù)可能性的指標(biāo)為維修度，用M(t)表示。 一、可靠性的概念及指標(biāo)第六十三張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月64 維修度M(t)產(chǎn)品在規(guī)定條件下進(jìn)行修理時，

20、在規(guī)定時間內(nèi)完成修復(fù)的概率。 在維修性工程中，還有維修密度函數(shù)m(t)、維修率(t)，其相互關(guān)系有： 一、可靠性的概念及指標(biāo)第六十四張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月65 平均修復(fù)時間(MTTRMean time to Repair)應(yīng)理解為產(chǎn)品修復(fù)時間的數(shù)學(xué)期望。有： 當(dāng)(t)=常數(shù)時，一、可靠性的概念及指標(biāo)第六十五張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月66 對可修復(fù)系統(tǒng)，當(dāng)考慮到可靠性和維修性時，綜合評價的尺度就是有效度A(t)，它表示產(chǎn)品在規(guī)定條件下保持規(guī)定功能的能力。 一、可靠性的概念及指標(biāo)第六十六張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月67MTBF反映了可靠性的含義。MTTR

21、反映維修活動的一種能力。 兩者結(jié)合固有有效度A(t) 當(dāng)考慮后勤保障、服務(wù)質(zhì)量時，就會在時間序列上出現(xiàn)平均等待時間(MWTMean Wait time)。如果從實(shí)際出發(fā)，使用有效度A0應(yīng)表示為： 一、可靠性的概念及指標(biāo)第六十七張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月68 (6)重要度 若干個部件組成的系統(tǒng)中，每個部件并非等同重要，在可靠性分析中，一般將各部件在系統(tǒng)中所起的重要程度進(jìn)行定量描述，用wj表示。顯然，0wj1。這個重要度是從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來看部件的重要程度，因此它是結(jié)構(gòu)重要度。 一、可靠性的概念及指標(biāo)第六十八張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月69 (7)復(fù)雜度 復(fù)雜度ci可以簡單地用分系統(tǒng)的基本構(gòu)件數(shù)來表示，即： 其中：ni第i個分系統(tǒng)的構(gòu)件數(shù)； N系統(tǒng)的構(gòu)件總數(shù)； n分系統(tǒng)數(shù)。一、可靠性的概念及指標(biāo)第六十九張，PPT共八十頁，創(chuàng)作于2022年6月70二、系統(tǒng)可靠性模型一、串聯(lián)模型 組成系統(tǒng)的所有單元中任一單元的故障就會導(dǎo)致整個系統(tǒng)故障的系統(tǒng)稱串聯(lián)系統(tǒng)。它屬于非貯