01導(dǎo)體載流量和運行溫度計算資料

第三章常用計算的基本理論和方法§3.1導(dǎo)體載流量和運行溫度計算

一、概述載流導(dǎo)體的電阻損耗絕緣材料內(nèi)部的介質(zhì)損耗金屬構(gòu)件中的磁滯和渦流損耗1.電氣設(shè)備通過電流時產(chǎn)生的損耗熱量電氣設(shè)備的溫度升高一、概述絕緣性能降低：溫度升高=>有機絕緣材料老化加快機械強度下降：溫度升高=>材料退火軟化接觸電阻增加：溫度升高=>接觸部分的彈性元件因退火而壓力降低，同時接觸表面氧化，接觸電阻增加，引起溫度繼續(xù)升高，產(chǎn)生惡性循環(huán)2.發(fā)熱對電氣設(shè)備的影響一、概述長期發(fā)熱：導(dǎo)體在正常工作狀態(tài)下由工作電流產(chǎn)生的發(fā)熱。短時發(fā)熱：導(dǎo)體在短路工作狀態(tài)下由短路電流產(chǎn)生的發(fā)熱。3.兩種工作狀態(tài)時的發(fā)熱1o）短路電流大，發(fā)熱量多2o）時間短，熱量不易散出短時發(fā)熱的特點：在短路時，導(dǎo)體還受到很大的電動力作用，如果超過允許值，將使導(dǎo)體變形或損壞。導(dǎo)體的溫度迅速升高一、概述正常時：+70℃；計及日照+80℃；表面鍍錫+85℃。短路時：硬鋁及鋁錳合金+200℃；硬銅+300℃。4.最高允許溫度二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱導(dǎo)體的發(fā)熱：導(dǎo)體電阻損耗的熱量導(dǎo)體吸收太陽輻射的熱量導(dǎo)體的散熱：導(dǎo)體對流散熱導(dǎo)體輻射散熱導(dǎo)體導(dǎo)熱散熱二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱1.導(dǎo)體電阻損耗的熱量QR（W/m）（Ω/m）導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)Kf與電流的頻率、導(dǎo)體的形狀和尺寸有關(guān)。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（W/m）太陽輻射功率密度導(dǎo)體的吸收率導(dǎo)體的直徑二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱3.導(dǎo)體對流散熱量Ql由氣體各部分發(fā)生相對位移將熱量帶走的過程，稱為對流。Fl—單位長度導(dǎo)體散熱面積，與導(dǎo)體尺寸、布置方式等因素有關(guān)。導(dǎo)體片（條）間距離越近，對流條件就越差，故有效面積應(yīng)相應(yīng)減小。bhbhbbbhbbbbD二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱由氣體各部分發(fā)生相對位移將熱量帶走的過程，稱為對流。3.導(dǎo)體對流散熱量QlθW—導(dǎo)體溫度；θ0

—

周圍空氣溫度。二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱由氣體各部分發(fā)生相對位移將熱量帶走的過程，稱為對流。(1)自然對流散熱：3.導(dǎo)體對流散熱量Qlal—對流散熱系數(shù)。根據(jù)對流條件的不同，有不同的計算公式。(2)強迫對流散熱：強迫對流風(fēng)向修正系數(shù)：強迫對流散熱量：二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱4.導(dǎo)體輻射散熱量Qf熱量從高溫物體以熱射線方式傳給低溫物體的傳播過程，稱為輻射。Ff—單位長度導(dǎo)體的輻射散熱面積，依導(dǎo)體形狀和布置情況而定。二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱5.導(dǎo)體導(dǎo)熱散熱量Qd固體中由于晶格振動和自由電子運動，使熱量由高溫區(qū)傳至低溫區(qū)；而在氣體中，氣體分子不停地運動，高溫區(qū)域的分子比低溫區(qū)域的分子具有較高的速度，分子從高溫區(qū)運動到低溫區(qū)，便將熱量帶至低溫區(qū)。這種傳遞能量的過程，稱為導(dǎo)熱。導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱面積物體厚度三、導(dǎo)體載流量的計算導(dǎo)體長期發(fā)熱過程中的熱量平衡關(guān)系為：用一個總散熱系數(shù)來代替兩種散熱的作用可得導(dǎo)體穩(wěn)定溫度和空氣溫度下的容許電流值，上式將限制導(dǎo)體長期工作電流的條件從溫度轉(zhuǎn)化為電流。我國生產(chǎn)的各類導(dǎo)體截面已標(biāo)準(zhǔn)化，有關(guān)部門已經(jīng)計算出載流量，選用導(dǎo)體時只需查表即可。導(dǎo)體額定電流I的修正當(dāng)實際環(huán)境溫度與額定環(huán)境溫度不同時，應(yīng)對導(dǎo)體的載流量進行修正。兩式兩邊相除，得出實際環(huán)境溫度為時的載流量：載流導(dǎo)體的長期發(fā)熱計算舉例

例1某降壓變電所10kV屋內(nèi)配電裝置采用裸鋁母線，母線截面積為120×10(mm)2，規(guī)定容許電流I

為1905(A)。配電裝置室內(nèi)空氣溫度為36℃。試計算母線實際容許電流。(θ0取25℃)解：因鋁母線的θw=70℃，規(guī)定的周圍介質(zhì)極限溫度θ0=25℃，介質(zhì)實際溫度為36℃，規(guī)定容許電流I

為1905(A)。利用公式可得：正常負(fù)荷電流的發(fā)熱溫度的計算

式中θ0---導(dǎo)體周圍介質(zhì)溫度；θe---導(dǎo)體的正常最高容許溫度；IF---導(dǎo)體中通過的長期最大負(fù)荷電流；I‘e---導(dǎo)體容許電流，為導(dǎo)體額定電流Ie

的修正值。

載流導(dǎo)體的長期發(fā)熱計算舉例

例2鋁猛合金管狀裸母線，直徑為Ф120／110（mm）,最高容許工作溫度80℃時的額定載流量是2377(A)。如果正常工作電流為1875(A),周圍介質(zhì)(空氣)實際溫度θ0為25℃。計算管狀母線的正常最高工作溫度θF?(θ0e=25℃)解：§3.2載流導(dǎo)體的短時發(fā)熱計算

載流導(dǎo)體的短時發(fā)熱，是指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)熱計算的目的，就是要確定導(dǎo)體的最高溫度θh，以校驗導(dǎo)體和電器的熱穩(wěn)定是否滿足要求。載流導(dǎo)體短時發(fā)熱的特點是：發(fā)熱時間很短，基本上是一個絕熱過程。即導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，全都用于使導(dǎo)體溫度升高。又因載流導(dǎo)體短路前后溫度變化很大，電阻和比熱容也隨溫度而變，故也不能作為常數(shù)對待。

一、短時發(fā)熱過程

在導(dǎo)體短時發(fā)熱過程中熱量平衡的關(guān)系是，電阻損耗產(chǎn)生的熱量應(yīng)等于使導(dǎo)體溫度升高所需的熱量。

(W／m)電阻損耗產(chǎn)生的熱量＝導(dǎo)體的吸熱量。短時發(fā)熱過程中，導(dǎo)體的電阻和比熱容與溫度的函數(shù)關(guān)系為：由熱量平衡微分方程得將代入得整理得：對兩邊積分，時間從0（短路開始）到（短路切除），溫度對應(yīng)從（導(dǎo)體短路開始溫度）到（通過短路電流發(fā)熱后最高溫度），令稱為短路電流熱效應(yīng)。和

曲線，見書圖。具有相同的函數(shù)關(guān)系，與導(dǎo)體的材料和溫度有關(guān)，有關(guān)部門給出常用材料的銅、鋁、鋼三種材料的Aθ=f(θ)曲線

短路終了時的Ａ值：根據(jù)曲線計算短時發(fā)熱最高溫度的方法：由短路開始溫度（通常取正常運行時最高允許溫度），查出對應(yīng)的如已知短路電流熱效應(yīng)則計算出再由查出短路終了溫度，即短時發(fā)熱最高溫度。如果該值小于所規(guī)定的導(dǎo)體短時發(fā)熱允許溫度，導(dǎo)體不會因短時發(fā)熱而損壞，稱之滿足熱穩(wěn)定要求。短路電流熱效應(yīng)工程上常采用近似計算法來計算短路電流熱效應(yīng)。等值時間法利用曲線面積代表導(dǎo)體在短路過程終所發(fā)出的熱量，導(dǎo)體的電流始終是穩(wěn)態(tài)短路電流，短路電流發(fā)熱等值時間，則短路電流熱效應(yīng)積分式子轉(zhuǎn)化成：二、短路電流熱效應(yīng)Qk的計算短路電流是由短路電流周期分量和非周期分量短路電流發(fā)熱等值時間也分為兩部分：短路電流周期分量發(fā)熱等值時間和短路電流非周期分量發(fā)熱等值時間周期分量等值時間和短路切除時間以及短路衰減特性相關(guān)組成，為短路電流周期分量0s值周期分量等值時間曲線見書表

非周期分量等值時間

短路電流非周期分量衰減很快，短路切除時間，可以不計非周期分量的影響，，則必須考慮但短路切除時間二、短路電流熱效應(yīng)Qk的計算2）實用計算法。采用近似的數(shù)值積分法，即可求出短路電流周期分量熱效應(yīng)為

周期分量熱效應(yīng)非周期分量熱效應(yīng)非周期分量等效時間T(s)

短路點

T(s)

td≤0.1td>0.1

發(fā)電機出口及母線發(fā)電機電壓電抗器后

0.150.2

發(fā)電廠升高電壓母線及出線

0.08

0.1

變電所各級電壓母線及出線

0.05

短路電流熱效應(yīng)Qd的計算舉例例發(fā)電機出口的短路電流I“(0)=18（kA），I（0.5）=9（kA），I（