導(dǎo)體載流量和運(yùn)行溫度計(jì)算

第三章常用計(jì)算的

基本理論和方法第一節(jié)導(dǎo)體載流量和運(yùn)行溫度計(jì)算教學(xué)內(nèi)容本節(jié)教學(xué)內(nèi)容一、概述二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱三、導(dǎo)體載流量的計(jì)算首頁一.概述一、概述

1）當(dāng)電流通過導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體電阻中所產(chǎn)生的電阻損耗。2）絕緣材料在電壓作用下所產(chǎn)生的介質(zhì)損耗。3）導(dǎo)體周圍的金屬構(gòu)件，特別是鐵磁物質(zhì)，在電磁場作用下，產(chǎn)生的渦流和磁滯損耗。（1）長期發(fā)熱：導(dǎo)體和電器中長期通過正常工作電流所引起的發(fā)熱。（2）短時(shí)發(fā)熱：由短路電流通過導(dǎo)體和電器時(shí)引起的發(fā)熱。

發(fā)熱的分類

第一節(jié)導(dǎo)體載流量和運(yùn)行溫度計(jì)算

一.概述發(fā)熱對(duì)電器設(shè)備的影響

（1）機(jī)械強(qiáng)度下降高溫會(huì)使金屬材料退火軟化，機(jī)械強(qiáng)度下降。

（2）接觸電阻增加高溫將造成導(dǎo)體接觸連接處表面氧化，使接觸電阻增加，溫度進(jìn)一步升高，產(chǎn)生惡性循環(huán)，可能導(dǎo)致連接處松動(dòng)或燒熔。（3）絕緣性能降低有機(jī)絕緣材料（如電纜紙、橡膠等）長期受高溫的作用，將逐漸變脆和老化，使用年限縮短，甚至碳化而燒壞。一.概述

為了保證導(dǎo)體在長期發(fā)熱和短時(shí)發(fā)熱作用下能可靠、安全地工作，應(yīng)使其發(fā)熱的最高溫度不超過導(dǎo)體的長期發(fā)熱和短時(shí)發(fā)熱最高允許溫度。

（1）導(dǎo)體的長期發(fā)熱最高允許溫度不應(yīng)超過+70℃，在計(jì)及日照影響時(shí)，鋼心鋁線及管形導(dǎo)體可按不超過+80℃考慮。當(dāng)導(dǎo)體接觸面處有鍍（搪）錫的可靠覆蓋層時(shí)，可提高到+85℃。

（2）導(dǎo)體的短時(shí)最高允許溫度，對(duì)硬鋁及鋁錳合金可取+200℃，硬銅可取+300℃。一.概述（3）影響長期發(fā)熱最高允許溫度的因素主要是保證導(dǎo)體接觸部分可靠地工作。發(fā)生短路故障時(shí)，除了引起發(fā)熱外，還會(huì)產(chǎn)生很大的電動(dòng)力，造成導(dǎo)體變形或損壞。（4）影響短時(shí)發(fā)熱最高允許溫度的因素主要是機(jī)械強(qiáng)度和帶絕緣導(dǎo)體的絕緣耐熱度（如電纜），機(jī)械強(qiáng)度的下降還與發(fā)熱持續(xù)時(shí)間有關(guān)，發(fā)熱時(shí)間越短，引起機(jī)械強(qiáng)度下降的溫度就越高，故短時(shí)發(fā)熱最高允許溫度遠(yuǎn)高于長期發(fā)熱最高允許溫度。二.導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱二、導(dǎo)體發(fā)熱和散熱的計(jì)算

導(dǎo)體的發(fā)熱計(jì)算,是根據(jù)能量守恒原理,即導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與耗散的熱量應(yīng)相等來進(jìn)行計(jì)算的。在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),導(dǎo)體電阻損耗的熱量及吸收太陽熱量之和應(yīng)等于導(dǎo)體輻射散熱和空氣對(duì)流散熱之和(對(duì)空氣的導(dǎo)熱可略去不計(jì)),即:式中QR–單位長度導(dǎo)體電阻損耗的熱量,W/m;Qt–單位長度導(dǎo)體吸收太陽日照的熱量,W/m;Ql–單位長度導(dǎo)體的對(duì)流散熱量,W/m;Qf–單位長度導(dǎo)體向周圍介質(zhì)輻射散熱量,W/m;二.導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱1．導(dǎo)體電阻損耗產(chǎn)生的熱量QR單位長度導(dǎo)體的交流電阻：

單位長度的導(dǎo)體，通過有效值為Iw的交流電流時(shí)，由電阻損耗產(chǎn)生的熱量：(W/m)(/m)式中Rac－導(dǎo)體的交流電阻（/m）；－導(dǎo)體溫度為20℃時(shí)的直流電阻率（·mm2/m）；t－電阻溫度系數(shù)（℃－1）；w－導(dǎo)體的運(yùn)行溫度（℃）；Kf－集膚系數(shù)：S－導(dǎo)體截面積（mm2）。二.導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱矩形截面導(dǎo)體的集膚系數(shù)曲線示于圖3-1中。圓管形截面導(dǎo)體的集膚系數(shù)曲線示于圖3-2中。圖中f為電源頻率，Rdc為1000m長導(dǎo)體的直流電阻。

導(dǎo)體的集膚系數(shù)Kf與電流的頻率、導(dǎo)體的形狀和尺寸有關(guān)。

常用電工材料的電阻率及溫度系數(shù)，列于表3-l。二.導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱表3－1電阻率及溫度系數(shù)t

二.導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱圖3－1矩形導(dǎo)體的集膚系數(shù)

導(dǎo)體的集膚系數(shù)與電流的頻率、導(dǎo)體的形狀和尺寸有關(guān)。矩形截面導(dǎo)體的集膚系數(shù)，示于圖3－1。二.導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱

圓柱及圓管導(dǎo)體的集膚系數(shù)，示于圖3－2。f為電源頻率，Rdc為1000m長導(dǎo)體的直流電阻。圖3－2圓柱及管形導(dǎo)體的集膚系數(shù)

二.導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱2．導(dǎo)體吸收太陽輻射的熱量Qt

太陽照射（輻射）的熱量也會(huì)造成導(dǎo)體溫度升高，安裝在屋外的導(dǎo)體，一般應(yīng)考慮日照的影響，圓管形導(dǎo)體吸收的太陽日照熱量為：(W/m)式中Et－太陽輻射功率密度，取Et＝1000（W/m2）；At－導(dǎo)體的吸收率，對(duì)鋁管取At＝0.6；D－導(dǎo)體的直徑（m）。二.導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱3．導(dǎo)體對(duì)流散熱量Ql

(W/m)式中l(wèi)－對(duì)流換熱系數(shù)[W／(m2·℃)]；w－導(dǎo)體溫度(℃)；0－周圍空氣溫度(℃)；Fl－單位長度導(dǎo)體散熱面積（m2/m)。對(duì)流換熱所傳遞的熱量，與溫差及換熱面積成正比，即對(duì)流換熱量為二.導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱對(duì)流換熱系數(shù)αl的計(jì)算

（1）自然對(duì)流換熱量的計(jì)算屋內(nèi)空氣自然流動(dòng)或屋外風(fēng)速小于0.2m/s，屬于自然對(duì)流換熱。此種情況的對(duì)流換熱系數(shù)取:[W／(m2·℃)]單位長度導(dǎo)體的對(duì)流換熱面積Fl是指有效面積，它與導(dǎo)體形狀、尺寸、布置方式和多條導(dǎo)體的間距等因素有關(guān)。圖3-3二.導(dǎo)體手的發(fā)仰熱和蛾散熱單條逆矩形微導(dǎo)體質(zhì)豎放脈時(shí)（靠如圖3-設(shè)3a所示疑）的羅對(duì)流善散熱皇面積轉(zhuǎn)（單球位為m2/m）為:圓管許形導(dǎo)瞎體(直徑赴為D)，如軌圖5-財(cái)3d所示蔽，的汪對(duì)流廢換熱計(jì)面積若為兩條閱矩形貿(mào)導(dǎo)體系豎放醋時(shí)（燭如圖3-葬3b所示懂）的律對(duì)流厚散熱欄面積測(cè)（單歌位為m2/m）為:二.導(dǎo)體述的發(fā)舟熱和煉散熱（2）強(qiáng)脾迫對(duì)宮流散擺熱量灑的計(jì)笨算屋內(nèi)狠人工點(diǎn)通風(fēng)忍或屋言外導(dǎo)那體處燃在風(fēng)眾速較炸大的敢環(huán)境東時(shí)，偏可以陷帶走腐更多首的熱蝴量，復(fù)屬于幫強(qiáng)迫亭對(duì)流醬換熱參。圓冷管形雙導(dǎo)體累的對(duì)趁流散查熱系地?cái)?shù)為:式中－空氣撫的導(dǎo)厲熱系犧數(shù)，踢當(dāng)氣購溫為20價(jià)℃時(shí)，＝2.勤52尋×1盲0－2〔W／（m·戲℃）〕；D－圓管構(gòu)外徑(m葛)；Nu—努謝紹爾特補(bǔ)準(zhǔn)則茫數(shù)，蒼這是扶傳熱誰學(xué)中粥表示黑對(duì)流岸換熱淹強(qiáng)度異的一虎個(gè)數(shù)屆據(jù)于；V－風(fēng)速(m/梯s)；D－圓管頃外徑(m冒)；－空氣博的運(yùn)淋動(dòng)粘漂度系燃數(shù)，辨當(dāng)空熱氣溫恐度為20℃時(shí)，＝15喝.7×1蔬0－6（m2/s）。二.導(dǎo)體命的發(fā)絞熱和科散熱風(fēng)向與導(dǎo)體不垂直的修正系數(shù)

當(dāng)0o<≤24o時(shí)，A=0.42，B=0.68，n=1.08；當(dāng)24o<≤90o時(shí)，A=0.42，B=0.58，n=0.9。

將式(3－7)代入式(3－5)，即得強(qiáng)迫對(duì)流散熱量Qf為:(W/m)二.導(dǎo)體兇的發(fā)殼熱和欄散熱4．輻切射換語熱量詞的計(jì)糠算根據(jù)里斯蒂啟芬—玻爾侵茲曼賺定律覽，導(dǎo)乒體向窯周圍增空氣旬輻射繪的熱決量為譽(yù)：θW、θ0——導(dǎo)體禽溫度織和周哀圍空顛氣溫秀度（℃）；ε—導(dǎo)體鋪材料傘的輻算射系酒數(shù)，孕如表3-副2所示暢；Ff—單位角長度醫(yī)導(dǎo)體局的輻鹿射換筐熱面被積（m2/m）。(W/m)二.導(dǎo)體序的發(fā)倒熱和妖散熱表3－2導(dǎo)體收材料遍的輻園射換辛熱系角數(shù)二.導(dǎo)體宋的發(fā)曾熱和燥散熱5.導(dǎo)熱歷散熱侵量Qd固體絡(luò)中由門于晶臂格振而動(dòng)和襖自由教電子磁運(yùn)動(dòng)農(nóng)，使嘴熱量落由高敘溫區(qū)辨?zhèn)髦劣驳蜏叵^(qū)。篩而在跌氣體革中，譜氣體榮分子麥不停哪地運(yùn)惠動(dòng)，折高溫炭區(qū)域改的分葬子具練有較徐高的荒速度兔，分當(dāng)子從稍高溫滑區(qū)運(yùn)駛動(dòng)到柿低溫仿區(qū)，顏便將筋熱量流帶至局低溫顆區(qū)，聰這種鬼傳遞巴能量碼的過疊程，繞稱為愚導(dǎo)熱棕。導(dǎo)移熱量Qd為（W）

式中－涌導(dǎo)熱拉系數(shù)〔W摸/（m.℃）〕；Fd－導(dǎo)熱勸面積龍（m2）；－物體憑厚度我（m）；1、2－分別叨為高雷溫區(qū)科和低找溫區(qū)暖的溫它度（℃）。三、興導(dǎo)體陡載流暖量的魯計(jì)算三.導(dǎo)體紋載流早量的批計(jì)算1、導(dǎo)魯體的籃溫升艘過程導(dǎo)體奔的溫分度由恒最初哄溫度嫌開始罰上升昏，經(jīng)貿(mào)過一番段時(shí)們間后悉達(dá)到牧穩(wěn)定葡溫度曉。導(dǎo)霞體的位升溫團(tuán)過程然，可疫按熱倘量平丙衡關(guān)辣系來倡描述種。導(dǎo)體從散到爆周圍撿介質(zhì)暖的熱水量，糾為對(duì)病流換忍熱量QI與輻奇射換和熱量Qf之和券（一快般導(dǎo)嗎熱量透很小姐可以累忽略熔），脊這是提一種垃復(fù)合魯換熱仗。工浙程上粘為了芹便于喪分析胡與計(jì)魔算，正常把密輻射格換熱籃量表辜示成每與對(duì)快流換掏熱量怒相似戚的計(jì)花算形弦式，嫂故用就一個(gè)垂總換凳熱系兩數(shù)w來包鞠括對(duì)細(xì)流換熄熱與儲(chǔ)輻射剩換熱午的作附用，艱即三、么導(dǎo)體幅載流優(yōu)量的繭計(jì)算在導(dǎo)設(shè)體升汁溫的形過程閉中，功導(dǎo)體澡產(chǎn)生母的熱健量（QR），患一部鎮(zhèn)分用有于本傍身溫雪度升槽高所肝需的涉熱量漲（Qc），獲一部聞分散冠失到橫周圍辨介質(zhì)濁中（QI+Qf）。肆由此蔽可寫罩出熱保量平真衡方濾程式魔如下(W/m)在時(shí)濫間dt內(nèi)，嚇由上君式可工得：(J/m)式中I－流止過導(dǎo)明體的賠電流(A遠(yuǎn))；R－導(dǎo)尋體的亮電阻()；m－導(dǎo)損體的服質(zhì)量(k鉤g)；c－導(dǎo)辱體的千比熱莊容〔J斧/(醋kg圈·℃勾)〕；w－導(dǎo)抹體的介總換舞熱系話數(shù)〔w／(m2·℃獅)〕；F－導(dǎo)經(jīng)體的鄰換熱帽面積(m扁2/琴m)；w－導(dǎo)秀體的厚溫度(℃掩)；0－周圍抵空氣叨的溫牌度(℃柱)。三、旦導(dǎo)體膽載流繳量的近計(jì)算導(dǎo)體破通過券正常徑工作慘電流喂時(shí)，慶其溫閥度變基化范野圍不暴大，耐因此幼，電當(dāng)阻R、比罷熱容C及換回?zé)嵯党釘?shù)均可宇視為證常數(shù)覆。式影（3－13）經(jīng)號(hào)整理法后，舉即得對(duì)上礙式進(jìn)隱行積散分，元當(dāng)時(shí)凍間由0t時(shí)，酸溫度針從開共始溫驢度i上升鑼至相武應(yīng)溫籍度，故解之得：三、初導(dǎo)體簡載流畢量的偽計(jì)算設(shè)開習(xí)始溫狡升為k＝k－0，對(duì)應(yīng)普于時(shí)牧間t的溫柳升為＝卸－0，代禮入式（3－14），昨可求予得經(jīng)過姜很長兇時(shí)間謊后t，導(dǎo)體原的溫紙升亦敵趨于室穩(wěn)定礙值s，故穩(wěn)定些溫升稈為三、執(zhí)導(dǎo)體咬載流隙量的球計(jì)算式中Tr－導(dǎo)語體的挑發(fā)熱砍時(shí)間班常數(shù)沉。得出演升溫項(xiàng)過程陷的表飲達(dá)式簡為

此式說明，升溫過程是按指數(shù)曲線變化，如圖3－5所示。大約經(jīng)過t＝（3～4）Tr時(shí)間，便趨近穩(wěn)定溫升w。令三、臺(tái)導(dǎo)體煮載流鑒量的寺計(jì)算2.導(dǎo)體畜的載限流量上面吸已推獸導(dǎo)出評(píng)，導(dǎo)賣體長猾期通耗過電諸流I時(shí)，束穩(wěn)定徒溫升蜓為w＝I2R/F。由保此可洪知：豎導(dǎo)體偉的穩(wěn)塌定溫錄升，輩與電劇流的股平方芽、導(dǎo)啟體材縣料的瞎電阻摟成正濁比，齡而與股總散威熱系債數(shù)和饑散熱司面積趁成反小比。根據(jù)豬穩(wěn)定姜溫升惑的公餅式，桂可計(jì)忽算出某導(dǎo)體之的載羊流量惹。因杜：故導(dǎo)騰體的鉤載流執(zhí)量為談：三、蒜導(dǎo)體插載流略量的彎計(jì)算上式扭并未訊考慮胸日照恢的影掙響。鉗對(duì)于逐屋外裙導(dǎo)體疊，計(jì)鋤及日墳照作取用時(shí)握導(dǎo)體設(shè)的載級(jí)流量賞為:（A）

為了文提高沃導(dǎo)體庫的載屬流量直，宜筑采用拘電阻扭率小測(cè)的材謙料，頃如鋁瘦、鋁帖合金踏等。廢導(dǎo)體錦的形令狀，喚在同冬樣截滿面積笨的條拔件下躲，圓辨形導(dǎo)讀體的左表面益積較步小，尋而矩乏形、唇槽形尼的表娘面積鏡則較斑大。脈導(dǎo)體僅布置塌應(yīng)采