電氣設(shè)備課程課件河北工程技術(shù)高等專(zhuān)科學(xué)校 二

第六章載流導(dǎo)體的發(fā)熱和電動(dòng)力第一節(jié)概述第二節(jié)導(dǎo)體的長(zhǎng)期發(fā)熱第三節(jié)短路電流的電動(dòng)力效應(yīng)思考題與習(xí)題第一節(jié)概述一、發(fā)熱和電動(dòng)力對(duì)電氣設(shè)備的影響▉電氣設(shè)備的兩種工作狀態(tài)▉電氣設(shè)備工作中的兩種損耗▉電氣設(shè)備工作時(shí)的兩種發(fā)熱及不良影響▉電氣設(shè)備流過(guò)短路電流時(shí)的巨大危害二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱▉發(fā)熱▉散熱

▉發(fā)熱和電動(dòng)力對(duì)電氣設(shè)備的影響

1.電氣設(shè)備在運(yùn)行中的兩種工作狀態(tài)

（1）正常工作狀態(tài)。指運(yùn)行參數(shù)都不超過(guò)額定值，電氣設(shè)備能夠長(zhǎng)期而經(jīng)濟(jì)地工作的狀態(tài)。（2）短路時(shí)工作狀態(tài)。當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生短路故障時(shí)，電氣設(shè)備要流過(guò)很大的短路電流，在短路故障被切除前的短時(shí)間內(nèi)，電氣設(shè)備要承受短路電流產(chǎn)生的發(fā)熱和電動(dòng)力的作用。

2.電氣設(shè)備工作中的兩種損耗（1）“銅損”，即電流在導(dǎo)體電阻中的損耗；（2）“鐵損”，即在導(dǎo)體周?chē)慕饘贅?gòu)件中產(chǎn)生的磁滯和渦流損耗；（3）“介損”，即絕緣材料在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的損耗。這些損耗都轉(zhuǎn)換為熱能，使電氣設(shè)備的溫度升高。本章主要討論銅損發(fā)熱問(wèn)題。

▉發(fā)熱和電動(dòng)力對(duì)電氣設(shè)備的影響▉發(fā)熱和電動(dòng)力對(duì)電氣設(shè)備的影響

3.電氣設(shè)備工作時(shí)的兩種發(fā)熱及不良影響電氣設(shè)備由正常工作電流引起的發(fā)熱稱(chēng)為長(zhǎng)期發(fā)熱，由短路電流引起的發(fā)熱稱(chēng)為短時(shí)發(fā)熱。發(fā)熱不僅消耗能量，而且導(dǎo)致電氣設(shè)備的溫度升高，從而產(chǎn)生不良的影響。（1）機(jī)械強(qiáng)度下降。（2）接觸電阻增加。（3）絕緣性能下降。

▉發(fā)熱和電動(dòng)力對(duì)電氣設(shè)備的影響

4.電氣設(shè)備流過(guò)短路電流時(shí)的巨大危害當(dāng)電氣設(shè)備通過(guò)短路電流時(shí)，短路電流所產(chǎn)生的巨大電動(dòng)力對(duì)電氣設(shè)備具有很大的危害性。如：（1）載流部分可能因?yàn)殡妱?dòng)力而振動(dòng)，或者因電動(dòng)力所產(chǎn)生的應(yīng)力大于其材料允許應(yīng)力而變形，甚至使絕緣部件（如絕緣子）或載流部件損壞。（2）電氣設(shè)備的電磁繞組，受到巨大的電動(dòng)力作用，可能使繞組變形或損壞。（3）巨大的電動(dòng)力可能使開(kāi)關(guān)電器的觸頭瞬間解除接觸壓力，甚至發(fā)生斥開(kāi)現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備故障。

▉導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱

1.發(fā)熱導(dǎo)體的發(fā)熱主要來(lái)自導(dǎo)體電阻損耗的熱量和太陽(yáng)日照的熱量。（1）導(dǎo)體電阻損耗的熱量QR；（2）太陽(yáng)日照產(chǎn)生的熱量。

2.散熱散熱的過(guò)程實(shí)質(zhì)是熱量的傳遞過(guò)程，其形式一般由三種:（1）導(dǎo)熱。使熱量由高溫區(qū)傳至低溫區(qū)。（2）對(duì)流。在氣體中，各部分氣體發(fā)生相對(duì)位移將熱量帶走的過(guò)程。（3）輻射。熱量從高溫以熱射線方式傳至低溫物體的傳播過(guò)程。第二節(jié)導(dǎo)體的長(zhǎng)期發(fā)熱一、導(dǎo)體的溫升過(guò)程二、導(dǎo)體的載流量三、提高導(dǎo)體載流量的措施

▉導(dǎo)體的溫升過(guò)程—（1）

導(dǎo)體在未通過(guò)電流時(shí)，其溫度和周?chē)橘|(zhì)溫度相同。當(dāng)通過(guò)電流時(shí)，由于發(fā)熱，使溫度升高，并因此與周?chē)橘|(zhì)產(chǎn)生溫差，熱量將逐漸散失到周?chē)橘|(zhì)中去。在正常工作情況下，導(dǎo)體通過(guò)的電流是持續(xù)穩(wěn)定的，因此經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，電流所產(chǎn)生的全部熱量將隨時(shí)完全散失到周?chē)橘|(zhì)中去，即達(dá)到發(fā)熱與散熱的平衡，使導(dǎo)體的溫度維持在某一穩(wěn)定值。當(dāng)工作狀況改變時(shí)，熱平衡被破壞，導(dǎo)體的溫度發(fā)生變化；再過(guò)一段時(shí)間，又建立新的熱平衡，導(dǎo)體在新的穩(wěn)定溫度下工作。所以，導(dǎo)體溫升過(guò)程也是一個(gè)能量守恒的過(guò)程。▉導(dǎo)體溫升過(guò)程—（2）

（1）溫升過(guò)程是按指數(shù)曲線變化，開(kāi)始階段上升很快，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，其上升速度逐漸減小。（2）對(duì)于某一導(dǎo)體，當(dāng)通過(guò)的電流不同，發(fā)熱量不同，穩(wěn)定溫升也就不同。電流大時(shí)，穩(wěn)定溫升高；電流小時(shí)，穩(wěn)定溫升低。（3）大約經(jīng)過(guò)（3～4）T的時(shí)間，導(dǎo)體的溫升即可認(rèn)為已趨近穩(wěn)定溫升τW。從均勻?qū)w持續(xù)發(fā)熱時(shí)溫升與時(shí)間的關(guān)系式看出：

▉導(dǎo)體的載流量

導(dǎo)體長(zhǎng)期通過(guò)電流Ⅰ時(shí),穩(wěn)定溫升為。由此可知：導(dǎo)體的穩(wěn)定溫升，與電流的平方和導(dǎo)體材料的電阻成正比，而與總換熱系數(shù)和換熱面積成反比。導(dǎo)體允許的長(zhǎng)期工作電流為：

式中，，稱(chēng)為導(dǎo)體載流量的修正系數(shù)。

▉提高導(dǎo)體載流量的措施—（1）

在工程實(shí)踐中，為了保證配電裝置的安全和提高經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)采取措施提高導(dǎo)體的載流量。常用的措施有：

（1）減小導(dǎo)體的電阻。因?yàn)閷?dǎo)體的載流量與導(dǎo)體的電阻成反比，故減小導(dǎo)體電阻可以有效的提高導(dǎo)體載流量。減小導(dǎo)體電阻的方法：①采用電阻率ρ小的材料作導(dǎo)體，如銅、鋁合金等；②減小導(dǎo)體的接觸電阻（Rj）；③增大導(dǎo)體的截面積(S),但隨著截面積的增加，往往集膚系數(shù)(Kf)也跟著增加，所以單條導(dǎo)體的截面積不宜做得過(guò)大，如矩形截面鋁導(dǎo)體，單條導(dǎo)體的最大截面積不超過(guò)1250mm2。▉提高捕導(dǎo)體席載流潤(rùn)量的銀措施—（2線）（2匙）增恨大有冬效散甘熱面去積。導(dǎo)體盟的載伶流量徑與有臘效散鞋熱表牢面積貨（F字）成拆正比廊，所陜以導(dǎo)從體宜昂采用背周邊五最大孤的截待面形中式，見(jiàn)如矩竊形截尾面、族槽形守截面防等，廊并采治用有鴉利于慎增大培散熱罪面積示的方撞式布駱置，榴如矩偏形導(dǎo)礦體豎攔放。（3雞）提餡高換桃熱系腸數(shù)。提高爺換熱當(dāng)系數(shù)漆的方今法主沫要有宗：①加踢強(qiáng)冷偽卻。畝如改雞善通脂風(fēng)條渠件或稼采取閘強(qiáng)制算通風(fēng)值，采剃用專(zhuān)摩用的員冷卻聽(tīng)介質(zhì)鎖，如尾SF6氣體膜、冷毛卻水體等；②室標(biāo)內(nèi)裸溫導(dǎo)體部表面帽涂漆弟。利斯用漆嶺的輻鏡射系飛數(shù)大懼的特陷點(diǎn)，牛提高饞換熱癥系數(shù)幕，以權(quán)加強(qiáng)粉散熱澆，提赴高導(dǎo)易體載膏流量泰。表囑面涂蠢漆還寧便于翻識(shí)別看相序茂。第三塘節(jié)短路攔電流陽(yáng)的電掠動(dòng)力陳效應(yīng)一、削兩平先衡導(dǎo)洽體間胡的電態(tài)動(dòng)力閱計(jì)算▉兩根恢平行明載流谷導(dǎo)體脈間的作用除力▉蟲(chóng)導(dǎo)體惕間的電動(dòng)腔力二、肚三相顏短路樣時(shí)的權(quán)電動(dòng)象力計(jì)刻算▉三相囑短路時(shí)的停電動(dòng)奏力▉兩相賓短路時(shí)的掉電動(dòng)黨力三、羅考慮劉母線盼共振敘影響俊時(shí)對(duì)錯(cuò)電動(dòng)原力的項(xiàng)修正▉兩平祖行導(dǎo)罰體間升電動(dòng)秒力的薪計(jì)算1.累兩搜根平餓行載您流導(dǎo)列體間妖的作用嘴力當(dāng)兩結(jié)個(gè)平奪行導(dǎo)規(guī)體通護(hù)過(guò)電盼流時(shí)桑，由御于磁柿場(chǎng)相比互作窯用而筋產(chǎn)生鞭電動(dòng)擱力，穩(wěn)電動(dòng)雅力的仔方向銜與所京通過(guò)爺?shù)碾婎B流的稼方向臥有關(guān)徑。如鮮圖6鉗-7宏所示擋，當(dāng)醉電流旨的方丑向相暗反時(shí)惹，導(dǎo)廣體間宅產(chǎn)生籠斥力步；而坑當(dāng)電姿流方靠向相過(guò)同時(shí)先，則終產(chǎn)生幣吸力拘。▉兩平塵行導(dǎo)憤體間朵電動(dòng)丈力的解計(jì)算2.見(jiàn)兩譯根導(dǎo)海體間吸的電動(dòng)鎮(zhèn)力根據(jù)婆比奧辯——糟沙瓦熊定律圣，導(dǎo)擁體間社的電纏動(dòng)力姐為式中板i1、i2——慮—分鋸別通票過(guò)兩勻平行棕導(dǎo)體緊的電眉流（卷A）賞；l—娛——息該段供導(dǎo)體軌的長(zhǎng)作度（鈔m）傷；a—努——與兩根胖導(dǎo)體蒼軸線端間的蘆距離螞（m出）；Kx——頁(yè)形狀惕系數(shù)伯。形狀捎系數(shù)腎表示涂實(shí)際構(gòu)形狀拆導(dǎo)體掙所受樹(shù)的電萄動(dòng)力獲與細(xì)航長(zhǎng)導(dǎo)森體（政把電流勵(lì)看作真是集銀中在雖軸線學(xué)上）熔電動(dòng)董力之艱比。▉三相子短路朵時(shí)的喇電動(dòng)維力計(jì)傘算—（1羊）三相志短路筐時(shí)，桌每相蔥導(dǎo)體借所承妖受的剛電動(dòng)煙力等翼于該婆相導(dǎo)處體與螺其它偷兩相鴉之間情電動(dòng)往力的嘉矢量鉛和。適三相康導(dǎo)體踐布置候在同賽一平買(mǎi)面時(shí)旦，各駱相導(dǎo)節(jié)體所塑通過(guò)教的電允流不愚同，致故邊楊緣相斯與中宴間相刻所承密受的勝電動(dòng)堡力也隙不同止。圖盞6-結(jié)8為必對(duì)稱(chēng)砍三相漢短路員時(shí)的偷電動(dòng)俘力示罰意圖陜。▉三相翅短路繞時(shí)的蛛電動(dòng)混力計(jì)番算—（2療）最大雁沖擊盾力發(fā)肌生在坡短路監(jiān)后0建.1歇s，久而且性以中喜間相訊受力幫最大遣。用三膽相沖皂?yè)舳填w路電斷流ich(k亞A)浮表示仙的中擠間相嫩的最攀大電仁動(dòng)力滿(mǎn)為根據(jù)犁電力手系統(tǒng)預(yù)短路往故障某分析瘦的知惜識(shí)：深，書(shū)故兩拍相短路時(shí)呢的沖樸擊電做流為勁。發(fā)暢生兩傳相短袖路時(shí)旋，最暈大電驕動(dòng)力為兩相飽短路窗時(shí)最助大電爹動(dòng)力陣小于滾同一遠(yuǎn)地點(diǎn)鍵三相惕短路凝時(shí)的高最大市電動(dòng)力膀，要爽用三捎相短賢路時(shí)窯的最槳大電淘動(dòng)力懼校驗(yàn)乓電氣意設(shè)備改的動(dòng)汗穩(wěn)定編。▉考慮嬸母線踩共振客影響孔時(shí)對(duì)辨電動(dòng)春力的嗽修正—（1象）如果宅把導(dǎo)膜體看汽成是沸多垮蘋(píng)的連錫續(xù)梁戶(hù)，則煎母線阻的一哄階固奇有振動(dòng)頻沈率為式中買(mǎi)Nf——縣頻率皆系數(shù)著；里L(fēng)樣——燈跨距照，m心；E—席—導(dǎo)砍體材食料的僻彈性糞摸具亂，P成a；Ⅰ—圍—導(dǎo)洞線斷享面二貫次矩潛，m4；m全——冊(cè)導(dǎo)線為單位烏長(zhǎng)度知的質(zhì)住量，終kg封/m奧。Nf根據(jù)漠導(dǎo)體昆連續(xù)記跨數(shù)寬和支伐撐方皺式?jīng)Q收定，趨其值稿如表錫6-幅4示條。表6背-4侄導(dǎo)沿體不找同固定方裂式時(shí)律的頻決率系談數(shù)血Nf值▉考慮阻母線炭共振等影響鑰時(shí)對(duì)筋電動(dòng)晨力的紋修正—（2扛）當(dāng)一蠢階固嬌有振報(bào)動(dòng)頻腿率f1在3瓣0～和16灘0H禍z范勺圍內(nèi)尊時(shí)，捧因其納接近電進(jìn)動(dòng)力救的頻泊率（避或倍倘頻）連而產(chǎn)渡生共頂振，歲導(dǎo)致嫁母線候材料芳的應(yīng)力增怨加，喘此時(shí)匠用動(dòng)卵態(tài)應(yīng)幸力系稅數(shù)β方進(jìn)行栗修正您，故味考慮藏共振工影響后的斑電動(dòng)猛力的獸公式作為（1）裹單條宇導(dǎo)體戒及一外組中駱的各條導(dǎo)綱體漆35座～1往35師Hz（2精）多花條導(dǎo)看體及姜有引千下線咳的單條活導(dǎo)體淚3概5～舒15厘5H芝z（3么）槽多形和戀管形演導(dǎo)體30祖～1易60抹Hz賊。▉載流忽導(dǎo)體鐮的發(fā)矮熱和巷電動(dòng)類(lèi)力—思考想題（霜