第3章 載流導(dǎo)體的發(fā)熱.ppt

1、第三章 導(dǎo)體的發(fā)熱和電動(dòng)力、導(dǎo)體的選擇,導(dǎo)體和電器在運(yùn)行中常遇到兩種工作狀態(tài)： (1)正常工作狀態(tài); (2)短路工作狀態(tài) 導(dǎo)體正常工作時(shí)將產(chǎn)生各種損耗，包括：電阻損耗；渦流和磁滯損耗；介質(zhì)損耗 。 這些損耗變成熱能使導(dǎo)體的溫度升高，以致使材料的物理性能和化學(xué)性能變壞。,3.1 載流導(dǎo)體的發(fā)熱,發(fā)熱對(duì)導(dǎo)體和電器產(chǎn)生的不良影響包括： 1) 機(jī)械強(qiáng)度下降 2) 接觸電阻增加 3) 絕緣性能降低,導(dǎo)體最高允許溫度的規(guī)定:,導(dǎo)體的正常最高允許溫度： 一般不超過+70。 在計(jì)及太陽輻射(日照)的影響時(shí)，鋼芯鋁絞線及管形導(dǎo)體，可按不超過+80來考慮。 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、。 短時(shí)最高允許溫度： 對(duì)硬鋁及鋁錳合金可取220，硬銅可取320。,3.1.1 導(dǎo)體的長(zhǎng)期發(fā)熱,式中： 0-導(dǎo)體周圍介質(zhì)溫度； -導(dǎo)體的溫度； I -導(dǎo)體中通過的負(fù)荷電流； s-導(dǎo)體的起始溫度； -導(dǎo)體散熱系數(shù)； A-導(dǎo)體散熱面積,導(dǎo)體的安全載流量,式中： -導(dǎo)體散熱系數(shù)； A-導(dǎo)體散熱面積 al-導(dǎo)體長(zhǎng)期發(fā)熱最高允許溫度； Ial-允許載流量；,對(duì)于電氣設(shè)備，按照一定的標(biāo)準(zhǔn)使用條件，給出了允許的最大工作電流。 當(dāng)周圍介質(zhì)溫度與標(biāo)準(zhǔn)條件不同時(shí)，導(dǎo)體的安全載流量應(yīng)加以修正，溫度修正系數(shù)可按下式進(jìn)行修正,3.1.2 導(dǎo)體的短時(shí)發(fā)熱,載流導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱的特點(diǎn)是：發(fā)熱時(shí)間很短， 基本上是一個(gè)絕熱過程。

3、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(duì)待。,一、短時(shí)發(fā)熱過程,在導(dǎo)體短時(shí)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。,式中： tk-短路切除時(shí)間； Ak， Aw 與導(dǎo)體的材料有關(guān)，材料一定時(shí)為常數(shù)。,銅、鋁、鋼三種材料的 曲線,代表短路全電流在其存在時(shí)間內(nèi)的熱效應(yīng)。 求得短路電流熱效應(yīng)值后，就可根據(jù) 曲線查的導(dǎo)體短路時(shí)的最高溫度。,二、Qk的計(jì)算,式中： Qp-短路周期電流熱效應(yīng)； Qnp-短路電流非周期分量熱效應(yīng)。,1）短路電流周期分量熱效應(yīng),2）短路電流非周期分量熱效應(yīng),非周

4、期分量等效時(shí)間Ta,三、短路時(shí)導(dǎo)體允許的最小截面,計(jì)及集膚效應(yīng)，與導(dǎo)體形狀有關(guān),Kf與導(dǎo)體截面形狀有關(guān)。,3.2 導(dǎo)體的電動(dòng)力計(jì)算,載流導(dǎo)體處在磁場(chǎng)中將受到電磁作用力。 在配電裝置中，許多地方都存在著電磁作用力。 短路電流產(chǎn)生的電磁力稱為電動(dòng)力效應(yīng)。 短路電流數(shù)值很大，產(chǎn)生的電動(dòng)力也非常大，足以使電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體產(chǎn)生變形或破壞。,3.2.1 兩平行導(dǎo)體通過電流時(shí)的電動(dòng)力,式中： Kx-導(dǎo)體截面形狀系數(shù),受鄰近效應(yīng)的影響，實(shí)際電流il 和i2并非在軸線而是向?qū)w截面外側(cè)排擠，電流在導(dǎo)體截面上分布不均勻。所以在公式中應(yīng)引入一個(gè)形狀系數(shù)。,3.2.2 三平行導(dǎo)體通過電流時(shí)的電動(dòng)力,最大電動(dòng)力出現(xiàn)在

5、短路發(fā)生后的半個(gè)周期； 今后在設(shè)計(jì)水平布置的三相平行載流導(dǎo)體時(shí)，以B相所受最大電動(dòng)力作為驗(yàn)算機(jī)械強(qiáng)度的依據(jù) 。,3.2.3 三相導(dǎo)體的共振,母線作為一個(gè)彈性振動(dòng)系統(tǒng)，具有固有振動(dòng)頻率。 如果短路電動(dòng)力中的工頻分量和二倍工頻分量的頻率與母線固有頻率相等或接近，母線將產(chǎn)生共振(強(qiáng)迫振動(dòng))。 振動(dòng)時(shí)的位移在兩支點(diǎn)中間就是撓度，撓度越大，母線材料所受彎曲應(yīng)力越大，超過容許極限應(yīng)力時(shí)母線將變形損壞。,先計(jì)算系統(tǒng)的固有頻率；設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使母線的固有頻率避開某段頻率范圍（查表） 不能避開的話，應(yīng)力計(jì)算時(shí)計(jì)及共振修正系數(shù),3.3 母線的選擇,3.3.1 母線材料、截面形狀和布置方式,母線一般采用導(dǎo)電率高的鋁、銅型材制成。 常用的硬母線截面形狀為矩形、槽形和管形。 母線的散熱條件和機(jī)械強(qiáng)度與母線的布置方式有關(guān)。,3.3.2 母線截面選擇,按最大長(zhǎng)期工作電流選擇 按經(jīng)濟(jì)電流密